[发明专利]隧道结过孔

说明书

技术领域

本发明一般涉及隧道结器件电路的制造领域。

背景技术

隧道结（TJ）阵列用于制造各种电器件，包括磁阻随机存取存储器（MRAM）阵列以及超导约瑟夫森（Josephson）结电路。TJ包括两种不同材料之间的结（例如，具有导电基部电极材料、绝缘隧道势垒材料以及导电顶部电极材料的夹层结构）；电子经由跨越绝缘隧道势垒材料的量子隧穿（tunneling）在两种导电材料之间移动。具有基于TJ的器件的电路可以具有接触TJ的顶部电极的顶部金属层（例如，后段制程（back-end-of-line，BEOL）布线级）、以及接触TJ的底部电极的底部金属布线层。一个或者多个低电阻外围触点或者过孔可以将底部金属层连接到顶部金属层。过孔可以包括低电阻金属，诸如铜或者钨。跨越TJ器件各层的、从顶部金属层到底金属层的过孔连接可以使用专用光掩膜级、以及单或者双嵌入（大马士革（Damascene））金属化来制造。图1图示形成包括过孔的隧道结电路的方法的实施例。在块101中，形成用于将电路连接到隧道结结构的底部的基层或者底层布线。在块102中，通过适合的方法（诸如掩蔽（masking）以及刻蚀工艺）来形成隧道结。在块103中，围绕隧道结形成电介质膜。电介质膜的顶部表面可以被平坦化以与相继发生的光刻和刻蚀步骤简单地整合。在块104，将过孔洞光刻地限定并且刻蚀到电介质，以使得能电连接到块101中形成的基布线层。在块105中，以这样的方式使用相对复杂的多层掩蔽来形成顶层布线沟槽，使得在应用布线沟槽光刻之前保护和/或平坦化块104中形成的过孔洞。在块106，使用例如单或者双嵌入工艺利用金属填充顶层布线沟槽和过孔。

创建TJ器件电路中的过孔结构必需的工艺步骤可能减少电路的产量，因为该工艺步骤可能引起电路的关键区域中的缺陷，或者可能形成有缺陷的过孔。过孔还可能随着时间倾向于形成开路，引起电路操作中的故障。另外，过孔形成可能是相对昂贵的；过孔形成要求的工艺步骤以及光刻可能是用于TJ器件电路的后段制程（BEOL）处理的总成本的至多10%。

发明内容

在一方面，一种用于形成隧道结（TJ）电路的方法，该方法包括：形成底部布线层；形成接触底部布线层的多个TJ；与多个TJ的形成同时形成多个隧道结过孔（TJV），TJV接触底部布线层；以及形成接触多个TJ和多个TJV的顶部布线层。

在一方面，包括多个隧道结（TJ）的电路包括：接触多个TJ的底部布线层，底部布线层还接触多个隧道结过孔（TJV），其中，多个TJ和多个TJV包括相同的材料；以及接触多个TJ和多个TJV的顶部布线层。

在一方面，将顶部布线层连接到底部布线层的隧道结过孔（TJV）包括：第一层导电材料；第一层导电材料顶部上的隧道势垒；以及隧道势垒顶部上的第二层导电材料，其中，TJV包括顶部布线层和底部布线层之间的低电阻连接。

通过本示例性实施例的技术实现附加特征。在此详细描述其他实施例，并且其被视为要求保护的一部分。为了更好地理解示例性实施例的特征，参考描述和附图。

附图说明

现在参考附图，其中在几个图中同样的元件被同样地标号。

图1是图示形成包括金属过孔的隧道结电路的方法的实施例的流程图；

图2是图示形成包括隧道结过孔的隧道结电路的方法的实施例的流程图；

图3图示包括隧道结过孔的隧道结电路的实施例的剖视图；以及

图4图示包括隧道结过孔的隧道结电路的实施例的俯视图。

具体实施方式

利用下面详细讨论的示例性实施例提供隧道结过孔（TJV）的实施例。

可以通过用隧道结过孔（TJV）结构替代金属过孔，来消除TJ阵列制造中的常规过孔工艺。TJV可以与TJ同时并且用与TJ相同的材料形成。TJV可以具有相对低的电阻，使得TJV可以充当金属过孔的替代物。与TJ器件相比TJV可以在面积上制作得相对大，以便降低TJV的电阻。TJV是有利的，其中过孔和TJ器件结构之间的重叠容差是关键的。这是因为TJV形成不要求与TJ级对准的单独过孔光刻级，所以多级掩膜重叠误差不出现。TJV可以从与TJ相同的光刻掩膜来印制，确保良好的对准。TJV还可以在各种类型的工艺中使用，诸如先沟槽双嵌入（trench-first dual-damascene）工艺，由于过孔尺寸或者特征形状工艺可能不允许铜过孔的形成。此外，TJV材料可能在故障时形成短路，允许TJ阵列中的TJV的连续操作，而标准金属过孔可能当故障时形成开路，导致过孔变得不可操作。