本發(fā)明屬于先進封裝集成芯片，具體涉及一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、對于現(xiàn)有用于先進封裝集成的硅轉(zhuǎn)接板，硅轉(zhuǎn)接板布線層中的電路結(jié)構(gòu)是根據(jù)集成需求進行設(shè)計的。當(dāng)硅轉(zhuǎn)接板制造工藝完成后，硅轉(zhuǎn)接板的互連電路是無法改變的。然而，隨著更高集成度、更高智能化的集成芯片需求的不斷加大，具有多種功能的硅轉(zhuǎn)接板成為了熱點。其中具有可變互連電路的硅轉(zhuǎn)接板可以在芯片集成后變換芯粒之間的互連關(guān)系，有利于實現(xiàn)集成芯片與系統(tǒng)的功能切換。憶阻器是目前一種可以實現(xiàn)電阻變換的器件，開關(guān)比可達107-108，同時與芯片工藝具有較好的兼容性，可作為人工神經(jīng)元、開關(guān)器件等。目前，憶阻器多一種獨立的電子元件，用于制備憶阻器芯片，如專利cn101593810a公開了納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器及其制造方法，其可作為一種獨立的開關(guān)元件，但難以在集成芯片中實現(xiàn)，其制備過程也難以與2.5d、3d集成，如專利cn114203756a，公開了一種憶阻器單元與cmos電路的后端集成結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過將在標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝的基礎(chǔ)上，采用后端工藝集成的方法，實現(xiàn)了憶阻器與cmos電路的混合集成。但是，就目前而言，將憶阻器用于先進封裝集成芯片的制備工藝仍然不夠完善，成型產(chǎn)品在實現(xiàn)整個集成芯片的功能切換中有待進一步優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)及其制備方法，目的在于解決目前將憶阻器用于先進封裝集成芯片的制備工藝仍然不夠完善，成型產(chǎn)品在實現(xiàn)整個集成芯片的功能切換中有待進一步優(yōu)化的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、在硅轉(zhuǎn)接板的表面沉積保護層；

5、s2、在保護層的表面制備第一光刻膠掩模層，在待制備憶阻器開關(guān)陣列的位置處露出保護層并制備憶阻器底電極，去除第一光刻膠掩模層；

6、s3、在保護層與底電極上制備憶阻器功能層，隨后制備第二光刻膠掩模層，將除底電極以外的功能層露出并將露出的功能層去除，然后去除第二光刻膠掩模層；

7、s4、在憶阻器功能層上制備第三光刻膠掩模層，露出憶阻器功能層并制備憶阻器頂電極，去除第三光刻膠掩模層；

8、s5、在保護層和憶阻器頂電極的外層制備互連絕緣層，并在需要互連的位置制備互連開口；

9、s6、在互連開口上沉積種子層，采用電鍍工藝制備互連布線，以便實現(xiàn)憶阻器開關(guān)陣列與外部導(dǎo)線、硅通孔的電學(xué)互連。

10、在一些實施方式下，在s1中，在沉積保護層前，對待制備憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板進行表面平整化處理；

11、控制制備區(qū)域的粗糙度為1-10nm；

12、表面平整化處理采用化學(xué)機械拋光或光刻工藝與等離子刻蝕工藝，表面平整化后對晶圓進行化學(xué)試劑、去離子水或等離子的清洗。

13、在一些實施方式下，在s1中，保護層的材料采用sio2、si3n4或聚酰亞胺。

14、在一些實施方式下，在s2中，制備憶阻器底電極采用電子束蒸鍍或者磁控濺射技術(shù)，憶阻器底電極包括底電極粘附層和底電極功能層，其中：

15、電極粘附層的材料采用ni、ti、cr或tiw，底電極功能層的采用au、pt、pd或ru。

16、在一些實施方式下，在s3中，憶阻器功能層的材料采用過渡金屬氧化物、金屬鹵化物材料、二維材料或有機材料。

17、在一些實施方式下，在s3中，憶阻器功能層采用化學(xué)氣相沉積、分子束外延、原子沉積或涂覆的方式制備；

18、憶阻器功能層的厚度控制為1-100nm。

19、在一些實施方式下，在s3中，在制備憶阻器功能層后，對憶阻器功能層進行清洗；

20、采用熱氧化、等離子處理、電子束輻照、化學(xué)摻雜、激光輻照或臭氧氧化技術(shù)對憶阻器功能層進行摻雜、減薄、誘導(dǎo)氧化與相變。

21、在一些實施方式下，在s4中，憶阻器頂電極包括頂電極功能層和頂電極導(dǎo)電層，頂電極功能層的材料采用ti、al、ag或cu，頂電極導(dǎo)電層的材料采用au、pd或pt。

22、在一些實施方式下，在s5中，互連絕緣層的材料采用聚酰亞胺或二氧化硅；

23、在采用聚酰亞胺的情形下，采用旋涂與光刻技術(shù)制備，在制備中形成用于與導(dǎo)線及硅通孔互連的互連開口；

24、在采用二氧化硅的情形下，采用化學(xué)氣相沉積制備，并利用光刻工藝制備sio2刻蝕光刻膠掩模層，采用等離子刻蝕制備互連開口。

25、本發(fā)明還提供一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)是基于上述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法制備而成，硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)包括硅轉(zhuǎn)接板單元以及集成于硅轉(zhuǎn)接板單元上的憶阻器開關(guān)陣列，其中：

26、憶阻器開關(guān)陣列由內(nèi)向外依次包括保護層、憶阻器底電極、憶阻器功能層、憶阻器頂電極以及互連絕緣層。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果：

28、本發(fā)明一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，實現(xiàn)了硅轉(zhuǎn)接板內(nèi)集成基于憶阻器的開關(guān)陣列，使得在硅轉(zhuǎn)接板制備完成后，或者芯粒與硅轉(zhuǎn)接板集成后，在后續(xù)的作業(yè)中，通過對憶阻器施加電壓，改變其組態(tài)，進而控制互連線路的導(dǎo)通與斷開，改變芯粒集成中的互連電路網(wǎng)絡(luò)，有利于實現(xiàn)集成芯片功能的切換。采用本發(fā)明方法，有利于減小器件的體積，提高集成密度，便于在現(xiàn)有的生產(chǎn)線上進行集成和擴展。本發(fā)明通過控制工藝步驟可以優(yōu)化憶阻器的電學(xué)性能，通過制備保護層、互連絕緣層等結(jié)構(gòu)，增強了器件的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s1中，在沉積保護層前，對待制備憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板進行表面平整化處理；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s1中，保護層的材料采用sio2、si3n4或聚酰亞胺。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s2中，制備憶阻器底電極采用電子束蒸鍍或者磁控濺射技術(shù)，憶阻器底電極包括底電極粘附層和底電極功能層，其中：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s3中，憶阻器功能層的材料采用過渡金屬氧化物、金屬鹵化物材料、二維材料或有機材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s3中，憶阻器功能層采用化學(xué)氣相沉積、分子束外延、原子沉積或涂覆的方式制備；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s3中，在制備憶阻器功能層后，對憶阻器功能層進行清洗；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s4中，憶阻器頂電極包括頂電極功能層和頂電極導(dǎo)電層，頂電極功能層的材料采用ti、al、ag或cu，頂電極導(dǎo)電層的材料采用au、pd或pt。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述s5中，互連絕緣層的材料采用聚酰亞胺或二氧化硅；

10.一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)，其特征在于，集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)是基于權(quán)利要求1-9任一項集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)的制備方法制備而成，硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)包括硅轉(zhuǎn)接板單元以及集成于硅轉(zhuǎn)接板單元上的憶阻器開關(guān)陣列，其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種集成憶阻器開關(guān)陣列的硅轉(zhuǎn)接板結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于先進封裝集成芯片技術(shù)領(lǐng)域，方法：在硅轉(zhuǎn)接板的表面沉積保護層；在保護層表面制備憶阻器底電極；在底電極上制備憶阻器功能層，在憶阻器功能層上制備憶阻器頂電極；制備互連絕緣層，制備互連開口；在互連開口上沉積種子層，制備互連布線。本發(fā)明在硅轉(zhuǎn)接板內(nèi)集成憶阻器的開關(guān)陣列，使得在硅轉(zhuǎn)接板制備完成后，或者芯粒與硅轉(zhuǎn)接板集成后，通過對憶阻器施加電壓，改變其阻態(tài)，進而控制互連線路的導(dǎo)通與斷開，改變芯粒集成中的互連電路網(wǎng)絡(luò)，有利于實現(xiàn)集成芯片功能的切換。

技術(shù)研發(fā)人員：王根旺,潘鵬輝,李寶霞
受保護的技術(shù)使用者：西安微電子技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15