[发明专利]包含具有嵌入的磁场控制元件的磁约瑟夫逊结的计算设备

说明书

芯片内磁场控制设备形成在约瑟夫逊结(JJ)结构附近。芯片内磁场控制设备包括与JJ结构横向相邻的布线结构。在一些实施例中，除了布线结构之外，磁场控制设备还包括连接到布线结构并位于JJ结构下方的导电板。使用穿过布线结构的电流直接或间接地将磁场感应到JJ结构中。可以通过穿过布线结构的电流量来调制场强度。可以根据需要通过停止使电流流过布线结构来关闭磁场。

背景技术

本发明涉及一种计算装置(即，神经形态或人工智能(AI))，并且更具体地涉及一种包括位于约瑟夫逊结(JJ)结构附近的芯片内磁场控制结构的计算装置及其形成方法。

已确定包含磁JJ的设备可用于先进的低功耗/高性能神经元形态应用。JJ包括两个超导体材料层，这两个超导体材料层被非超导阻挡层分隔开，该非超导阻挡层如此薄以致电子可以穿过该阻挡层。JJ总体上表现了超电流的约瑟夫逊效应，其中电流可以在没有施加电压的情况下在JJ上无限地流动。

在包含磁JJ的设备中，有时需要垂直于设备的外部磁场来用于它们的功能。拨动式磁阻随机存取存储器(MRAM)已经使用90°定向的双线来调整MRAM设备的功能。然而，在包含磁JJ的设备中还没有这样的已知实现方式。因此，需要提供可集成在包含JJ的设备中的芯片内磁场控制结构。

发明内容

芯片内磁场控制设备被形成为接近(在5nm至500nm内)约瑟夫逊结(JJ)结构。芯片内磁场控制设备包括与JJ结构横向相邻的布线结构。在一些实施例中，除了布线结构之外，磁场控制设备还包括连接到布线结构并位于JJ结构下方的导电板。使用穿过布线结构的电流直接或间接地将磁场感应到JJ结构中。可以通过穿过布线结构的电流量来调制场强度。可以根据需要通过停止使电流流过布线结构来关闭磁场。

在本发明的一个方面中，提供了一种计算设备，其包括位于JJ结构附近的芯片内磁场控制结构。在本发明的一个实施例中，计算设备包括嵌入在半导体衬底的表面中的导电板。至少一个JJ结构位于导电板上方。第一布线结构横向邻近于至少一个JJ结构定位。在本发明的实施例中，导电板或第一布线结构中的一个被配置为在向至少一个JJ结构施加电流时向所述至少一个JJ结构感应磁场。

在本发明的另一实施例中，提供一种形成这种计算装置的方法。在本发明的一个实施例中，该方法包括在半导体衬底中形成导电板。接下来，在半导体衬底和导电板的物理暴露表面上形成第一电介质材料层，其中，第一电介质材料层包含物理暴露导电板的表面的通孔开口。然后，在每个通孔开口中并且在第一电介质材料层的最顶表面上形成含金属层。接下来，对含金属层进行图案化以提供第一和第二含金属布线结构，其中第一含金属布线结构接触导电板，并且第二含金属布线结构与导电板间隔开。然后在每个第二含金属布线结构上形成JJ结构。接下来，与每个JJ结构横向相邻且在其上方形成第二电介质材料层。第二电介质材料层包括嵌入在其中的布线触点结构和JJ触点结构。布线触点结构接触第一含金属的布线结构，并且JJ触点结构接触JJ结构。

在另一实施例中，所述方法包含在半导体衬底中形成导电板。接下来，在导电板上形成至少一个JJ结构。第一电介质材料层然后被形成为横向邻近于至少一个JJ结构，其中第一电介质材料层包括嵌入在其中的接触半导体衬底的布线结构。接下来，第二电介质材料层被形成在第一电介质材料层上方和至少一个JJ结构上方。第二电介质材料层包括嵌入在其中的布线触点结构和JJ触点结构。所述布线触点结构与所述布线结构接触，以及所述JJ触点结构与所述JJ结构接触。

附图说明

图1是根据本发明实施方式可采用的示例性结构的截面图，示例性结构包括嵌入在半导体衬底中的导电板。

图2是在半导体衬底和导电板的物理暴露表面上形成第一电介质材料层之后的图1的示例性结构的截面图。

图3是图2的示例性结构在形成穿过第一介电材料层的通孔开口之后的截面图，其中每个通孔开口物理地暴露导电板的表面。

图4是图3的示例性结构在每个通孔开口中和在第一电介质材料层的最顶表面上形成含金属层之后的截面图。