面向可重构逻辑应用的CMOS后段工艺单片三维MEMS非易失性存储器集成

《Journal of Microelectromechanical Systems》：Monolithic 3-D Integration of MEMS Non-Volatile Memory on CMOS BEOL for Reconfigurable Logic Applications

　　

摘要：

本文提出了一种非易失性面外 MEMS 存储器的单片三维 (M3D) 集成方案，直接位于互补金属氧化物半导体 (CMOS) 后段工艺 (BEOL) 之上，用于可重构逻辑应用。该集成工艺结合了化学机械抛光 (CMP) 以平坦化 BEOL 表面，并采用低温电镀以保持与后道 CMOS 热预算的完全兼容。通过在 BEOL 上方制造 MEMS 存储器，而不是直接从 BEOL 金属层构建器件，这种方法克服了先前面内 BEOL 集成 MEMS 存储器的几何和材料限制，并显著降低了其典型的 k Ω 级别的导通电阻。集成的跷跷板式 MEMS 存储器表现出近乎为零的关态漏电流，保持时间超过 106 秒，以及约 240 Ω 的低导通电阻，并在 184 次开关循环下运行。这些特性代表了相对于先前 BEOL 集成 MEMS 存储器的显著改进。此外，使用四个这样的存储单元实现的 2 输入查找表 (LUT) 成功通过编程其非易失状态执行了与、或和异或逻辑操作，证实了片上可重构逻辑能力。总体而言，这项工作首次演示了在 CMOS 平台上单片集成的面外 MEMS 存储器，并建立了通往 CMOS-MEMS 混合电路的实用途径。结果突出了这种集成对于未来超低功耗、高密度和可重构逻辑系统的潜力。[2025-0229]