[发明专利]可编程通孔器件及其制造方法和集成逻辑电路

说明书

技术领域

本发明涉及可重构电路，更具体地，涉及可编程通孔器件及其制造方法。

背景技术

可重构电路已经广泛用在半导体行业中，用于现场可编程门阵列(FPGA)以及用于缺陷存储元件的修复。FPGA在一个阵列中包括带有可重新安排逻辑块之间互连的散置开关的一组简单的、可配置的逻辑块。

还期望可重构电路在当前正在开发的三维集成技术中扮演重要角色。三维集成制造可形成具有不同功能的单个芯片组合的多层结构。在这种多层(和多功能)系统中，典型地需要可重构电路连接提供可控制的逻辑功能、存储器修复、数据加密以及其他功能。

可编程通孔是一种使能(enabling)技术，用于高性能可重构逻辑应用，而无需在低逻辑门密度和功率中权衡。相变材料是对于这种应用的很好选择，但是目前，作为对闪存的可能的替代品，已经引起半导体存储器开发商的广泛注意。

某些相变材料可以通过改变热供应在导电和高阻状态之间转换。具有包含相变材料的可编程通孔的可重构电路可采用加热元件来影响这种变化。然而，由于相变材料转换的精度、效力和效率直接影响可重构电路的性能，所以使加热元件与可编程通孔相配合仍旧存在挑战。

因此，期望出现可提高转换精度、效力和效率的可编程通孔技术。

发明内容

本发明提供可编程通孔器件及其制造方法。在本发明的一个方面中，提供一种可编程通孔器件。所述可编程通孔器件包括：第一介电层；加热器，在所述第一介电层上；气隙，用于将所述加热器的至少一部分与所述第一介电层分开；隔离层，在所述第一介电层上，覆盖所述加热器的至少一部分；覆盖层，在所述隔离层的与所述第一介电层相对侧上；至少一个可编程通孔，延伸穿过所述覆盖层和所述隔离层的至少一部分，并且与所述加热器接触，所述可编程通孔包括至少一种相变材料；导电覆盖，在所述可编程通孔上；第二介电层，在所述覆盖层的与所述隔离层相对侧上；第一导电通孔和第二导电通孔，每一个都延伸穿过所述第二介电层、所述覆盖层和所述隔离层的至少一部分，并且与所述加热器接触；和第三导电通孔，延伸穿过所述第二介电层，并且与所述导电覆盖接触。

在本发明的另一个方面中，提供一种在半导体芯片的器件层上的可编程通孔器件的制造方法。该方法包括以下步骤。在所述器件层上淀积第一介电层。在所述第一介电层的与所述器件层相对侧上形成加热器。形成用于将所述加热器的至少一部分与所述第一介电层分开的气隙。在所述第一介电层的与所述器件层相对侧上淀积隔离层，以覆盖所述加热器的至少一部分。形成每一个都延伸穿过所述隔离层的一部分并且与所述加热器接触的第一导电通孔和第二导电通孔。在所述隔离层的与所述第一介电层相对侧上淀积覆盖层。形成延伸穿过所述覆盖层和所述隔离层的至少一部分并且与所述加热器接触的至少一个可编程通孔，所述可编程通孔包括至少一种相变材料。在所述可编程通孔上形成导电覆盖。在所述覆盖层的与所述隔离层相对侧上淀积第二介电层。将所述第一导电通孔和所述第二导电通孔的每一个都延伸穿过所述覆盖层和穿过所述第二介电层。形成延伸穿过所述第二介电层并且与所述导电覆盖接触的第三导电通孔。

在本发明的另一个方面中，提供一种实现逻辑功能的方法。该方法包括以下步骤。提供可编程通孔器件。该可编程通孔器件包括：第一介电层；加热器，在所述第一介电层上；气隙，用于将所述加热器的至少一部分与所述第一介电层分开；隔离层，在所述第一介电层上，覆盖所述加热器的至少一部分；覆盖层，在所述隔离层的与所述第一介电层相对侧上；至少一个可编程通孔，延伸穿过所述覆盖层和所述隔离层的至少一部分，并且与所述加热器接触，所述可编程通孔包括至少一种相变材料；导电覆盖，在所述可编程通孔上；第二介电层，在所述覆盖层的与所述隔离层相对侧上；第一导电通孔和第二导电通孔，每一个都延伸穿过所述第二介电层、所述覆盖层和所述隔离层的至少一部分，并且与所述加热器接触；和第三导电通孔，延伸穿过所述第二介电层，并且与所述导电覆盖接触。当所述可编程通孔处于导电状态时，OFF切换脉冲经过所述加热器，所述OFF切换脉冲被配置为使所述可编程通孔中的所述相变材料的至少一部分非晶化，以将所述可编程通孔切换到高阻状态；和/或当所述可编程通孔处于高阻状态时，ON切换脉冲经过所述加热器，所述ON切换脉冲被配置为对所述可编程通孔中的所述相变材料的至少一部分退火，以将所述可编程通孔切换到导电状态。