用于高密度的局部互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】用于高密度的局部互連結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年3月14日提交的美國非臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?3/829，864的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過援引納入于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及改進(jìn)的高密度電路架構(gòu)，尤其涉及高密度局部互連結(jié)構(gòu)。
[0004]背景
[0005]隨著半導(dǎo)體技術(shù)前進(jìn)到深亞微米工藝節(jié)點(diǎn)中，短溝道效應(yīng)可能會(huì)使性能嚴(yán)重降級(jí)。載流子速度在此類短溝道中飽和，這會(huì)減慢開關(guān)速度并且減小晶體管強(qiáng)度。為了達(dá)成高密度而仍具有足夠的晶體管強(qiáng)度，已開發(fā)了應(yīng)變工程技術(shù)以使得半導(dǎo)體基板的晶格在用于形成晶體管源極和漏極的擴(kuò)散區(qū)中應(yīng)變。參照晶體管布局術(shù)語，擴(kuò)散區(qū)通常被稱為氧化物擴(kuò)散或“0D”。換言之，OD不僅被適當(dāng)?shù)卅切突騊型摻雜以達(dá)成期望的晶體管類型(NM0S或PM0S)，而且還應(yīng)變以增加載流子速度和晶體管強(qiáng)度。
[0006]與跨整個(gè)基板使用全局應(yīng)變相比，僅對(duì)擴(kuò)散區(qū)應(yīng)用局部應(yīng)變已證明是更優(yōu)的。局部應(yīng)變的類型取決于晶體管類型。PMOS晶體管的擴(kuò)散區(qū)被壓縮應(yīng)變，而NMOS晶體管的擴(kuò)散區(qū)具有拉伸應(yīng)變。例如，SiGe膜可被應(yīng)用于P型擴(kuò)散區(qū)以引入壓縮應(yīng)變，而SiN膜可被應(yīng)用于η型擴(kuò)散區(qū)以引入拉伸應(yīng)變。對(duì)于在深亞微米工藝節(jié)點(diǎn)中達(dá)成令人滿意的晶體管強(qiáng)度而言，結(jié)果得到的硅應(yīng)變工程已證明是相當(dāng)成功的。
[0007]擴(kuò)散區(qū)上的應(yīng)變工程將數(shù)個(gè)約束引入了布局工藝。圖1解說了示例晶體管對(duì)的布局。第一晶體管100的源極(S)和漏極(D)由第一擴(kuò)散區(qū)105定義。多晶硅柵極110將源極區(qū)域與漏極區(qū)域分開。擴(kuò)散區(qū)105在多晶硅柵極110下面橫跨在源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間以形成第一晶體管100的溝道。另一擴(kuò)散區(qū)115和多晶硅120的類似安排定義了第二晶體管101。在高級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)處，圖1的布局將是效率低下的，因?yàn)閿U(kuò)散區(qū)105和115相對(duì)較短。盡管使用了局部應(yīng)變工程，擴(kuò)散區(qū)的這種短長(zhǎng)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(kuò)散區(qū)105和115可以如虛線125所示的那樣延伸以形成連續(xù)的擴(kuò)散區(qū)，則將有增加的局部應(yīng)變并且因此有較佳的性能。但是擴(kuò)散區(qū)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。
[0008]為了在深亞微米工藝節(jié)點(diǎn)中達(dá)成令人滿意的晶體管性能，已開發(fā)了 “連續(xù)0D”布局。圖2解說了擴(kuò)散區(qū)200的示例連續(xù)擴(kuò)散區(qū)布局。晶體管100和101仍分別關(guān)于多晶硅柵極110和120來定義。但是擴(kuò)散區(qū)200對(duì)于這兩個(gè)晶體管而言是連續(xù)的，以使得擴(kuò)散區(qū)200能夠?yàn)榱钊藵M意的晶體管強(qiáng)度而形成足夠的晶格應(yīng)變。關(guān)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(kuò)散區(qū)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(kuò)散區(qū)200是η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。
[0009]盡管連續(xù)OD的使用使得能夠達(dá)成充分的晶格應(yīng)變，但是阻擋晶體管的柵極的充電會(huì)使布局復(fù)雜。為了執(zhí)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。
[0010]因此，在本領(lǐng)域中需要改進(jìn)的本地互連布局。
[0011]概述
[0012]深亞微米技術(shù)已導(dǎo)致開發(fā)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(dǎo)體基板之間的多級(jí)局部互連。半導(dǎo)體基板與第一金屬層之間的分隔可被認(rèn)為細(xì)分成三級(jí)。第一級(jí)最接近半導(dǎo)體基板，而第三級(jí)最接近第一金屬層。第二級(jí)位于第一級(jí)與第二級(jí)之間。第一級(jí)局部互連和柵極層安排在第一級(jí)內(nèi)。如半導(dǎo)體領(lǐng)域中已知的，柵極層是根據(jù)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(jí)局部互連因此是第一級(jí)柵極定向局部互連，以使得柵極定向的第一級(jí)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(duì)比，半導(dǎo)體基板中的連續(xù)擴(kuò)散區(qū)被安排成在與柵極定向方向一般正交的擴(kuò)散定向方向上延伸。
[0013]第二級(jí)包括形成兩種類型的級(jí)2互連:級(jí)2柵極定向局部互連和級(jí)2擴(kuò)散定向局部互連。級(jí)2柵極定向局部互連全部在柵極定向方向上延伸。相反，級(jí)2擴(kuò)散定向局部互連可以在擴(kuò)散定向方向上延伸。替換地，級(jí)2擴(kuò)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(kuò)散定向的。第三級(jí)包括耦合在第一金屬層(或較高金屬層)與下面各級(jí)中的結(jié)構(gòu)之間的通孔。
[0014]以下討論關(guān)注級(jí)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(jí)I或級(jí)2限定詞)將被理解成指代級(jí)2局部互連。換言之，出于簡(jiǎn)潔的目的，級(jí)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(cè)安排一對(duì)柵極定向局部互連。擴(kuò)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(jìn)一步解釋的，此類耦合為各種設(shè)備(諸如晶體管)實(shí)現(xiàn)了減小的單元高度。
[0015]附圖簡(jiǎn)述
[0016]圖1解說了具有非連續(xù)擴(kuò)散區(qū)的一對(duì)晶體管的布局。
[0017]圖2解說了連續(xù)擴(kuò)散區(qū)中的一對(duì)晶體管的布局。
[0018]圖3是多級(jí)局部互連和相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0019]圖4A解說了包括阻擋晶體管的連續(xù)擴(kuò)散區(qū)中的一對(duì)晶體管的布局，其中柵極定向局部互連通過不與擴(kuò)散區(qū)交疊的擴(kuò)散定向局部互連耦合至阻擋晶體管的柵極層。
[0020]圖4B解說了包括阻擋晶體管的連續(xù)擴(kuò)散區(qū)中的一對(duì)晶體管的布局，其中柵極定向局部互連通過與擴(kuò)散區(qū)交疊的擴(kuò)散定向局部互連耦合至阻擋晶體管的柵極層。
[0021]圖5A解說了二極管式連接的晶體管的布局，其中擴(kuò)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(xù)擴(kuò)散區(qū)交疊。
[0022]圖5B解說了二極管式連接的晶體管的布局，其中擴(kuò)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(kuò)散定向局部互連與該二極管式連接的晶體管的連續(xù)擴(kuò)散區(qū)交疊。
[0023]圖5C是圖5A和5C的二極管式連接的晶體管的示意性表示。
[0024]圖6A解說了反相器到反相器串聯(lián)耦合的布局，其中擴(kuò)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。
[0025]圖6B是圖6A的反相器到反相器串聯(lián)親合的示意性表示。
[0026]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(kuò)散定向局部互連。
[0027]圖7B解說了使用擴(kuò)散定向局部互連來移位圖7A的通孔放置。
[0028]圖8解說了由柵極切割層隔離的多個(gè)柵極層的布局，其中柵極層之一通過局部互連的擴(kuò)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。
[0029]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(kuò)散定向局部互連的流程圖。
[0030]詳細(xì)描述
[0031]公開了用于在柵極與非柵極區(qū)域之間進(jìn)行耦合的各種局部互連布局或結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)是參照兩層局部互連拓?fù)鋪砉_的。盡管金屬層中的導(dǎo)線有時(shí)也被表示為“局部互連”，但是此類導(dǎo)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(jié)點(diǎn)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(dǎo)體工藝技術(shù)前進(jìn)到深亞微米區(qū)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(jié)構(gòu)。通孔由此在上方的第三層(級(jí)3)中、在局部互連的兩個(gè)較低層(級(jí)I和級(jí)2)之間。
[0032]圖3中示出了一些示例兩級(jí)局部互連。級(jí)I局部互連310包括標(biāo)示為L(zhǎng)Ic的局部互連(LI)類型。局部互連的第二級(jí)包括兩種類型的局部互連。LIa 315和LIb 320。因此，在級(jí)I中有一種類型(類型Lie)，而在級(jí)2中有兩種類型(類型LIb和LIa)。級(jí)I互連(諸如LIc 310)直接耦合至連續(xù)擴(kuò)散區(qū)305。此類級(jí)I互連將由此在級(jí)2互連的形成之前通過恰適的半導(dǎo)體工藝掩膜被應(yīng)用到連續(xù)擴(kuò)散區(qū)305。級(jí)I還是柵極層300 (諸如多晶硅層或高K金屬層)的級(jí)。柵極層300不是局部互連的形式，因?yàn)樗纬稍谶B續(xù)擴(kuò)散區(qū)305中具有源極、漏極和溝道的晶體管的柵極。級(jí)2互連(諸如LIa 315和LIb 320)通過通孔(諸如通孔V0)耦合至第一金屬層Ml (或較高金屬層)。這些通孔安排在級(jí)3中、在級(jí)2與第一金屬層Ml之間。
[0033]回頭參考圖2，柵極層110、120和205的版圖形成相對(duì)較窄的多邊形，這些多邊形所具有的縱軸與連續(xù)擴(kuò)散區(qū)200的多邊形版圖的縱軸正交。局部互連遵循此類組織:給定類型的局部互連一般將被安排成要么與柵極層要么與連續(xù)擴(kuò)散區(qū)平行(即，所具有的多邊形版圖的縱軸與柵極層或連續(xù)擴(kuò)散區(qū)的多邊形版圖的縱軸平行)。由于重復(fù)地指代用于布局目的的多邊形形狀的縱軸會(huì)是麻煩的，因而如果局部互連的多邊形版圖所具有的縱軸與柵極