具有高密度的局部互連結構的電路及其制造方法技術

提供了包括通過擴散定向局部互連(445)耦合至毗鄰的柵極層(425)的柵極定向局部互連(435)的局部互連結構。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有高密度的局部互連結構的電路及其制造方法相關申請的交叉引用本申請要求于2013年3月14日提交的美國非臨時申請號13/829,864的優先權，其全部內容通過援引納入于此。
本申請涉及改進的高密度電路架構，尤其涉及高密度局部互連結構。背景隨著半導體技術前進到深亞微米工藝節點中，短溝道效應可能會使性能嚴重降級。載流子速度在此類短溝道中飽和，這會減慢開關速度并且減小晶體管強度。為了達成高密度而仍具有足夠的晶體管強度，已開發了應變工程技術以使得半導體基板的晶格在用于形成晶體管源極和漏極的擴散區中應變。參照晶體管布局術語，擴散區通常被稱為氧化物擴散或“OD”。換言之，OD不僅被適當地n型或p型摻雜以達成期望的晶體管類型(NMOS或PMOS)，而且還應變以增加載流子速度和晶體管強度。與跨整個基板使用全局應變相比，僅對擴散區應用局部應變已證明是更優的。局部應變的類型取決于晶體管類型。PMOS晶體管的擴散區被壓縮應變，而NMOS晶體管的擴散區具有拉伸應變。例如，SiGe膜可被應用于p型擴散區以引入壓縮應變，而SiN膜可被應用于n型擴散區以引入拉伸應變。對于在深亞微米工藝節點中達成令人滿意的晶體管強度而言，結果得到的硅應變工程已證明是相當成功的。擴散區上的應變工程將數個約束引入了布局工藝。圖1解說了示例晶體管對的布局。第一晶體管100的源極(S)和漏極(D)由第一擴散區105定義。多晶硅柵極110將源極區域與漏極區域分開。擴散區105在多晶硅柵極110下面橫跨在源極區域與漏極區域之間以形成第一晶體管100的溝道。另一擴散區115和多晶硅120的類似安排定義了第二晶體管101。在高級工藝節點處，圖1的布局將是效率低下的，因為擴散區105和115相對較短。盡管使用了局部應變工程，擴散區的這種短長度仍允許其晶格過分放松。晶體管100和101將因此太弱。相反，如果擴散區105和115可以如虛線125所示的那樣延伸以形成連續的擴散區，則將有增加的局部應變并且因此有較佳的性能。但是擴散區105和115的這種延伸將使第一晶體管100的漏極與第二晶體管101的源極短接。為了在深亞微米工藝節點中達成令人滿意的晶體管性能，已開發了“連續OD”布局。圖2解說了擴散區200的示例連續擴散區布局。晶體管100和101仍分別關于多晶硅柵極110和120來定義。但是擴散區200對于這兩個晶體管而言是連續的，以使得擴散區200能夠為令人滿意的晶體管強度而形成足夠的晶格應變。關于多晶硅柵極205定義的阻擋晶體管201通過被配置成始終截止而使晶體管100和101電隔離。例如，如果擴散區200是p型摻雜的，則阻擋晶體管201是PMOS晶體管，以使得多晶硅柵極205將被綁定至電源電壓VDD以將晶體管100和101彼此隔離。替換地，如果擴散區200是n型摻雜的，則阻擋晶體管201是NMOS晶體管，以使得多晶硅柵極205將被綁定至接地以隔離晶體管100和101。盡管連續OD的使用使得能夠達成充分的晶格應變，但是阻擋晶體管的柵極的充電會使布局復雜。為了執行此充電，局部互連被用于從電源(或接地)金屬層耦合至阻擋晶體管的柵極層。阻擋晶體管的局部互連的布局已證明是不方便的并且減小了密度。因此，在本領域中需要改進的本地互連布局。概述深亞微米技術已導致開發出安排在集成電路的第一金屬層與集成電路的下面的半導體基板之間的多級局部互連。半導體基板與第一金屬層之間的分隔可被認為細分成三級。第一級最接近半導體基板，而第三級最接近第一金屬層。第二級位于第一級與第二級之間。第一級局部互連和柵極層安排在第一級內。如半導體領域中已知的，柵極層是根據柵極層間距來安排的，以使得所有柵極層都在柵極定向方向上延伸。第一級局部互連因此是第一級柵極定向局部互連，以使得柵極定向的第一級局部互連也全部被安排成在柵極定向方向上延伸。與柵極層形成對比，半導體基板中的連續擴散區被安排成在與柵極定向方向一般正交的擴散定向方向上延伸。第二級包括形成兩種類型的級2互連：級2柵極定向局部互連和級2擴散定向局部互連。級2柵極定向局部互連全部在柵極定向方向上延伸。相反，級2擴散定向局部互連可以在擴散定向方向上延伸。替換地，級2擴散定向局部互連可以具有正方形版圖，以使得它們既不是柵極定向的、也不是擴散定向的。第三級包括耦合在第一金屬層(或較高金屬層)與下面各級中的結構之間的通孔。以下討論關注級2局部互連的有利安排。因此，如本文中所使用的，“局部互連”(不具有任何級1或級2限定詞)將被理解成指代級2局部互連。換言之，出于簡潔的目的，級2局部互連可僅被表示為“局部互連”。在本文公開的有利安排中，在柵極層的任一側安排一對柵極定向局部互連。擴散定向局部互連耦合在柵極定向局部互連之一與柵極層之間。如以下將進一步解釋的，此類耦合為各種設備(諸如晶體管)實現了減小的單元高度。附圖簡述圖1解說了具有非連續擴散區的一對晶體管的布局。圖2解說了連續擴散區中的一對晶體管的布局。圖3是多級局部互連和相關聯的結構的橫截面圖。圖4A解說了包括阻擋晶體管的連續擴散區中的一對晶體管的布局，其中柵極定向局部互連通過不與擴散區交疊的擴散定向局部互連耦合至阻擋晶體管的柵極層。圖4B解說了包括阻擋晶體管的連續擴散區中的一對晶體管的布局，其中柵極定向局部互連通過與擴散區交疊的擴散定向局部互連耦合至阻擋晶體管的柵極層。圖5A解說了二極管式連接的晶體管的布局，其中擴散定向局部互連耦合在柵極定向局部互連與該二極管式連接的局部晶體管的柵極層之間，而不與該二極管式連接的晶體管的連續擴散區交疊。圖5B解說了二極管式連接的晶體管的布局，其中擴散定向局部互連耦合在柵極定向局部互連與該二極管式連接的局部晶體管的柵極層之間，其中擴散定向局部互連與該二極管式連接的晶體管的連續擴散區交疊。圖5C是圖5A和5C的二極管式連接的晶體管的示意性表示。圖6A解說了反相器到反相器串聯耦合的布局，其中擴散定向局部互連耦合在第一反相器的柵極定向局部互連與第二反相器的柵極層之間。圖6B是圖6A的反相器到反相器串聯耦合的示意性表示。圖7A解說了用于晶體管的柵極定向局部互連的通孔放置的布局，該晶體管包括耦合至其柵極的擴散定向局部互連。圖7B解說了使用擴散定向局部互連來移位圖7A的通孔放置。圖8解說了由柵極切割層隔離的多個柵極層的布局，其中柵極層之一通過局部互連的擴散定向和柵極定向安排而跨柵極切割層耦合至另一柵極層。圖9是用于形成耦合在柵極層與柵極定向局部互連之間的擴散定向局部互連的流程圖。詳細描述公開了用于在柵極與非柵極區域之間進行耦合的各種局部互連布局或結構。這些結構是參照兩層局部互連拓撲來公開的。盡管金屬層中的導線有時也被表示為“局部互連”，但是此類導線被排除在本文使用的“局部互連”的定義之外。在較老的工藝節點中，第一金屬層(以及較高金屬層)中的互連將通過通孔耦合至晶體管柵極和漏極/源極端子。但是隨著半導體工藝技術前進到深亞微米區域中，來自第一金屬層(或較高層)的通孔通過兩層局部互連耦合至這些晶體管結構。通孔由此在上方的第三層(級3)中、在局部互連的兩個較低層(級1和級2)之間。圖3中示出了一些示例兩級局部互連。級1局部互連310包括標示為LIc的局部互連(LI)類型。局部互連的第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電路，包括：根據第二柵極層與第三柵極層之間的柵極層間距來安排的第一柵極層；安排在所述第一柵極層與所述第二柵極層之間的第一柵極定向局部互連；安排在所述第一柵極層與所述第三柵極層之間的第二柵極定向局部互連；以及配置成將所述第一柵極層耦合至所述第一柵極定向局部互連和所述第二柵極定向局部互連中的一者的擴散定向局部互連層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.03.14 US 13/829,8641.一種具有高密度的局部互連結構的電路，包括：根據第二柵極層與第三柵極層之間的柵極層間距來安排的第一柵極層；安排在所述第一柵極層與所述第二柵極層之間的第一柵極定向局部互連；安排在所述第一柵極層與所述第三柵極層之間的第二柵極定向局部互連；配置成將所述第一柵極層耦合至所述第一柵極定向局部互連和所述第二柵極定向局部互連中的一者的擴散定向局部互連層；以及耦合在金屬層與所述第一和第二柵極定向局部互連中的所述一者之間的通孔，以通過所述第一和第二柵極定向局部互連中的所述一者和所述擴散定向局部互連層來為所述第一柵極層提供必需的偏置電壓。2.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路進一步包括連續擴散區，其中所述第一柵極層包括在所述連續擴散區中形成的具有源極/漏極端子對的阻擋晶體管的柵極，所述第一柵極定向局部互連被配置成耦合至所述漏極/源極端子對中的第一源極/漏極端子，并且所述第二柵極定向局部互連被配置成耦合至所述源極/漏極端子對中剩余的第二源極/漏極端子。3.如權利要求2所述的電路，其特征在于，所述擴散定向局部互連層被置于所述連續擴散區的版圖之外。4.如權利要求2所述的電路，其特征在于，所述擴散定向局部互連層被置于所述連續擴散區的版圖內。5.如權利要求2所述的電路，其特征在于，所述擴散定向局部互連層被配置成將所述第一柵極定向局部互連耦合至所述第一柵極層，所述電路進一步包括耦合在第一金屬層與所述第一柵極定向互連層之間的通孔以將所述阻擋晶體管的所述柵極耦合至電源節點。6.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述第一柵極定向局部互連、所述第二柵極定向局部互連、和所述擴散定向局部互連各自是級2互連，所述電路進一步包括安排在所述第一級2柵極定向局部互連與所述第一源極/漏極端子之間的第一級1柵極定向局部互連以將所述第一級2柵極定向局部互連耦合至所述第一源極/漏極端子。7.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述第一柵極定向局部互連、所述第二柵極定向局部互連、和所述擴散定向局部互連都包括鎢。8.如權利要求1所述的電路，其特征在于，進一步包括：通過柵極切割層與所述第一柵極層分開的第四柵極層，其中所述第一柵極定向局部互連和所述第二柵極定向局部互連中的所述一者被配置成跨所述柵極切割層延伸；以及配置成將所述第一柵極定向局部互連和所述第二柵極定向局部互連中的所述一者耦合至所述第四柵極層的第二擴散定向局部互連。9.一種用于制...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·J·朱，G·納拉帕蒂，P·齊達姆巴蘭姆，
申請(專利權)人：高通股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US