使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计的制作方法
【专利摘要】本发明揭示一种用于提供使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计的方法。实施例包含下列步骤：提供在一衬底上方的第一及第二栅极结构；提供穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区；提供在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；以及提供在该第一及该第二栅极截止区之间以使该第一栅极接触件耦合至该第二栅极接触件的一扩散接触结构。
【专利说明】使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计
【技术领域】
[0001]本揭示内容涉及基于交叉I禹合(cross-coupling-based)的设计。特别是，本揭示内容可应用于20纳米(nm)及超越20纳米技术节点的设计。
【背景技术】
[0002]随着技术进步，逻辑缩放的重要性继续在成长。不过，缩放标准单元(standardcell，例如逻辑设计的基础区块)的传统方法由于受限于微影极限(lithographiclimitation)而不再有效。近年来，为了减轻微影极限的影响，已有人实施交叉耦合技术以继续提供标准单元的缩放。例如，典型的交叉耦合技术是用金属层结构做交叉耦合。例如，图1示意图示基于交叉稱合的复用器(multiplexer)设计,其用金属I层结构101及金属2层结构103连接各种栅极结构105、栅极接触件107、扩散接触件109、扩散区111及通孔结构113(例如，通孔O、通孔1、等等)。如图示，复用器设计的交叉耦合需要3个接触的多晶娃间距(poly pitch) (3-CPP),造成复用器设计伸展越过9个栅极格点(9_PC grid)。此夕卜，基于3-CPP的触发器(flip-flop)设计(为了便于图解说明而未显示)大体需要至少24个栅极格点(24-PC grid)。为了降低单元大小的要求，可实作用于复用器、触发器及其它标准单元的2-CPP型基于交叉耦合的设计。不过，实作典型2-CPP型基于交叉耦合的设计(例如，使用沟槽硅化物布线法)更贵、复杂及容易漏电及损坏电介质。
[0003]因此，亟须更有效及有效率的2-CPP型基于交叉耦合的设计以避免成本、复杂度或容易漏电及损坏等问题大幅增加，与其致能方法。
【发明内容】
[0004]本揭示内容的一方面(aspect)为一种方法用以实作使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计。
[0005]本揭示内容的另一方面为一种装置，其实作成具有使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计。
[0006]本揭示内容的其它方面及特征将会在以下说明中提出以及部分在本技艺一般技术人员审查以下内容或学习本揭示内容的实施后会明白。按照随附权利要求书所特别提示，可实现及得到本揭示内容的优点。
[0007]根据本揭示内容，一些技术效果的达成部分可通过一种方法，其包含下列步骤:提供在一衬底上方的第一及第二栅极结构；提供穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区(gate cut region),以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区；提供在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；以及提供在该第一及该第二栅极截止区之间以使该第一栅极接触件耦合至该第二栅极接触件的一扩散接触结构。
[0008]本揭示内容的数个方面包括:提供在一两栅极间距区(two-gate pitch region)内的该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区。有些方面包括:该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。附加方面包括:提供在该第一栅极截止区的两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及提供在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。不同的方面包括该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠(overlap)。
[0009]某些方面包括:提供有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一复用器电路。有些方面包括:提供有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一触发器电路。其它的方面包括:提供在该衬底上方的第三、第四、第五及第六栅极结构；提供穿越该第三栅极结构的第三栅极截止区，穿越该第四栅极结构的第四栅极截止区，穿越该第五栅极结构的第五栅极截止区，以及穿越该第六栅极结构的第六栅极截止区；提供在该第三栅极结构上方的第三栅极接触件，在该第四栅极结构上方的第四栅极接触件，在该第五栅极结构上方的第五栅极接触件，以及在该第六栅极结构上方的第六栅极接触件；以及提供在该第三及该第四栅极截止区之间以使该第三栅极接触件耦合至该第四栅极接触件的第二扩散接触结构，以及在该第五及该第六栅极截止区之间以使该第五栅极接触件耦合至该第六栅极接触件的第三扩散接触结构，其中，该触发器电路进一步包含该第三、该第四、该第五及该第六栅极结构、该第三、该第四、该第五及该第六栅极截止区、该第三、该第四、该第五及该第六栅极接触件及该第二及该第三扩散接触结构。
[0010]本揭示内容的一附加方面为一种装置，其包含:在一衬底上方的第一及第二栅极结构；穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区；在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；以及在该第一及该第二栅极截止区之间以使该第一栅极接触件耦合至该第二栅极接触件的一扩散接触结构。
[0011 ] 数个方面包括一种装置，其具有:在一两栅极间距区内的该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区。不同的方面包括该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。其它方面包括一种装置，其具有:在该第一栅极截止区的两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。其它的方面包括一种有该扩散接触结构的装置，该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠。
[0012]某些方面包括一种有复用器电路的装置，该复用器电路包含该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件、以及该扩散接触结构。有些方面包括一种有触发器电路的装置，该触发器电路包含该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件，以及该扩散接触结构。其它的方面包括一种有该触发器电路的装置，该触发器电路进一步包含:在该衬底上方的第三、第四、第五及第六栅极结构；穿越该第三栅极结构的第三栅极截止区，穿越该第四栅极结构的第四栅极截止区，穿越该第五栅极结构的第五栅极截止区，以及穿越该第六栅极结构的第六栅极截止区；在该第三栅极结构上方的第三栅极接触件，在该第四栅极结构上方的第四栅极接触件，在该第五栅极结构上方的第五栅极接触件，以及在该第六栅极结构上方的第六栅极接触件；以及在该第三及该第四栅极截止区之间以使该第三栅极接触件耦合至该第四栅极接触件的第二扩散接触结构，以及在该第五及该第六栅极截止区之间以使该第五栅极接触件耦合至该第六栅极接触件的第三扩散接触结构。
[0013]本揭示内容的另一方面包括:提供在一衬底上方的第一及第二栅极结构；提供穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区；提供在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；提供在该第一栅极截止区、该第二栅极截止区或其组合外的一扩散接触结构；以及用该扩散接触结构耦合该第一栅极接触件与该第二栅极接触件。
[0014]其它方面包括:提供在一两栅极间距区内的该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区，其中，该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。有些方面包括:提供在该第一栅极截止区的两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及提供在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。其它的方面包括该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠。
[0015]本领域技术人员由以下详细说明将明白本揭示内容的其它方面及技术效果，其中仅以预期可实现本揭示内容的最佳模式举例描述本揭示内容的实施例。应了解，本揭示内容能够做出其它及不同的实施例，以及在各种明显的方面，能够修改数个细节而不脱离本揭示内容。因此，附图及说明内容本质上应被视为图解说明用而不是用来限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]在此用附图举例说明而不是限定本揭示内容，图中类似的组件用相同的组件符号表示，且其中:
[0017]图1示意图示使用金属层结构的基于交叉耦合的复用器设计；
[0018]图2示意图示根据本揭示内容的一示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计；
[0019]图3A至图3C示意图示根据本揭示内容的示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的复用器设计的各种组件；以及
[0020]图4A与图4B示意图示根据本揭示内容的示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的触发器设计的各种组件。
【具体实施方式】
[0021]为了解释，在以下的说明中，提出各种特定的细节供澈底了解示范实施例。不过，显然没有所述特定细节或用等价配置仍可实施示范实施例。在其它情况下，众所周知的结构及装置用方块图显示以免不必要地混淆示范实施例。此外，除非明示，在本专利说明书及权利要求书中表示成分、反应状态等等的数量、比例及数值性质的所有数字应被理解为在所有情况下可用措辞“约(about)”来修饰。
[0022]本揭示内容针对及解决典型基于交叉耦合的设计的以下问题:大单元大小，高成本及复杂度，以及容易漏电及损坏伴随物。例如，特别是，本揭示内容针对及解决所述问题通过提供在穿越第一栅极结构的第一栅极截止区与穿越第二栅极结构的第二栅极截止区之间的扩散接触结构以使在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件耦合至在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件。
[0023]图2示意图示根据本揭示内容的一示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的设计。如图示，图2的设计包含在有扩散接触结构(CA) 205的扩散区(RX) 203上方的栅极结构(PC) 201a.201b.201c及201d，以及在栅极结构201a至201d上方的栅极接触件化8)207&至207§。此外，图2的设计用穿越栅极结构201b的栅极截止区(PC截止(cut)) 209a分离栅极接触件207a与栅极接触件207b，用穿越栅极结构201c的栅极截止区209b分离栅极接触件207c与栅极接触件207d，以及用扩散接触结构211使栅极接触件207b耦合至栅极接触件207c。
[0024]如图示，使用扩散接触结构211、栅极截止区209a及209b，以及在两栅极间距区(例如，2-CPP)内的栅极接触件207a至207d致能4个晶体管(例如，在传输栅中的)连接成紧密的两栅极间距区。例如，第一晶体管的晶体管栅极可对应至栅极结构201b中与栅极接触件207a重叠的部分，第二晶体管的晶体管栅极可对应至栅极结构201b中与栅极接触件207b重叠的部分，第三晶体管的晶体管栅极可对应至栅极结构201c中与栅极接触件207c重叠的部分，以及第四晶体管的晶体管栅极可对应至栅极结构201c中与栅极接触件207d重叠的部分。因此，利用本地栅极接触件207a至207d(CB)与扩散接触结构211 (CA)，以及特殊的CA/CB交握(handshake),可提供高密度库(例如，由64纳米金属2层结构组成的8轨)的紧密连接以减少标准单元所需的面积(例如，与没有本地组件、CA/CB交握等等的标准单元相比，至少再减少7%)。此外，如上述，本揭示内容的实施例可提供较低的成本及改进可靠性，例如，由于没有困扰典型基于交叉耦合的设计的各种工艺复杂度。
[0025]图3A至图3C示意图示根据本揭示内容的示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的复用器设计的各种组件。例如，图3A图示复用器设计，其具有在扩散区303上方的栅极结构301，在扩散区303上方的扩散接触结构305，在栅极结构301上方的栅极接触件307，连接下层组件与上层组件(例如，在不同金属层上的)的通孔0结构309，以及与伸展穿越栅极结构301的顶部及底部的上、下栅极截止区311重叠的栅极接触件307。如图示，该复用器设计使用图2的该基于交叉耦合的设计。如此，该复用器设计用栅极截止区311使在第一栅极结构301上方的第一及第二栅极接触件307相互分离，以及使在第二栅极结构301上方的第三及第四栅极接触件307相互分离。此外，该复用器设计用扩散接触结构313使栅极接触件307中之一者耦合至栅极接触件307中之另一个(例如，第二栅极接触件307耦合至第三栅极接触件307)。以此方式，与典型复用器设计(例如，图1的设计)有关的9-PC格点要求相比，图3A至图3C的复用器设计只伸展穿越7个PC格点，导致带有复用器电路的标准单元所需的单元面积减少。
[0026]图3B图示金属I层结构315及317 (例如，用不同掩膜形成的)，金属2层结构319及321 (例如，用不同掩膜形成的)，以及连接图3A的下层组件与金属层(通孔I结构，为了便于图解说明而 未显示)的通孔0结构309。图3C图示图3A及图3B的组件的组合。如图示，使用图2的基于交叉耦合的设计使得复用器设计可包含4个晶体管以连接成紧密的两栅极间距区(例如，在复用器设计中央四周)。如上述，使用本地栅极接触件307 (CB)及扩散接触结构313 (CA)以及CA/CB交握，以及如图3A至图3C所示，没有困扰典型基于交叉耦合的设计的各种工艺复杂度，与基于典型基于交叉耦合的设计的标准单元相比，有较小的单元大小、较低的成本及改进可靠性。
[0027]图4A与图4B示意图示根据本揭示内容的示范实施例的使用扩散接触结构的基于交叉耦合的触发器设计的各种组件。例如，图4A图示有各种栅极结构401、扩散接触结构403、栅极接触件405、通孔O结构407及栅极截止区409的触发器设计。如指针411所示，该触发器设计包含3个两栅极间距区，这3个两栅极间距区各自可包含基于图2的交叉耦合设计的4个晶体管。此外，除了图4A的组件以外，图4B图示有金属I层结构413及金属2层结构415及417的触发器设计。如上述，典型触发器设计可能伸展超过至少24个PC格点。另一方面，如图示，图4A与图4B的触发器设计(基于图2的交叉耦合设计)只伸展穿越21个PC格点，导致带有触发器电路的标准单元所需的单元面积减少。如上述，使用本地栅极接触件405 (CB)及扩散接触结构403 (CA)以及CA/CB交握，以及如图4A与图4B所示，没有困扰典型基于交叉耦合的设计的各种工艺复杂度，与基于典型基于交叉耦合的设计的标准单元相比，有较小的单元大小、较低的成本、以及改进可靠性。
[0028]本揭示内容的实施例可达成数种技术效果，包括减少单元大小、有较低的成本、较小的复杂度、以及改进可靠性。本揭示内容的实施例可用于各种工业应用，例如，微处理器、智能型手机、行动电话、手机、机上盒、DVD烧录机及播放机、汽车导航、列表机及接口设备，网络及电信设备，游戏系统及数字照相机。因此，本揭示内容在产业上可用于各种高度整合的半导体组件，特别是20纳米及超越20纳米的技术节点。
[0029]在以上说明中，本揭示内容用数个示范实施例来描述。不过，显然仍可做出各种修改与改变而不脱离本揭示内容更宽广的精神及范畴，如权利要求书所述。因此，本专利说明书及附图应被视为图解说明用而非限定。应了解，本揭示内容能够使用各种其它组合及实施例以及在如本文所述的本发明概念范畴内能够做出任何改变或修改。
【权利要求】
1.一种方法，其包含下列步骤: 提供在一衬底上方的第一及第二栅极结构； 提供穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区； 提供在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；以及 提供在该第一及该第二栅极截止区之间以使该第一栅极接触件耦合至该第二栅极接触件的一扩散接触结构。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括: 提供在一两栅极间距区内的该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。
4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括: 提供在该第一栅极截止区的两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及 提供在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括: 提供有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一复用器电路。
7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括: 提供有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一触发器电路。
8.如权利要求7所述的方法，其进一步包括: 提供在该衬底上方的第三、第四、第五及第六栅极结构； 提供穿越该第三栅极结构的第三栅极截止区，穿越该第四栅极结构的第四栅极截止区，穿越该第五栅极结构的第五栅极截止区，以及穿越该第六栅极结构的第六栅极截止区； 提供在该第三栅极结构上方的第三栅极接触件，在该第四栅极结构上方的第四栅极接触件，在该第五栅极结构上方的第五栅极接触件，以及在该第六栅极结构上方的第六栅极接触件；以及 提供在该第三及该第四栅极截止区之间以使该第三栅极接触件耦合至该第四栅极接触件的第二扩散接触结构，以及在该第五及该第六栅极截止区之间以使该第五栅极接触件耦合至该第六栅极接触件的第三扩散接触结构， 其中，该触发器电路进一步包含该第三、该第四、该第五及该第六栅极结构、该第三、该第四、该第五及该第六栅极截止区、该第三、该第四、该第五及该第六栅极接触件及该第二及该第三扩散接触结构。
9.一种装置，其包含: 在一衬底上方的第一及第二栅极结构； 穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区； 在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件；以及 在该第一及该第二栅极截止区之间以使该第一栅极接触件耦合至该第二栅极接触件的一扩散接触结构。
10.如权利要求9所述的装置，其中，该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区都在一两栅极间距区内。
11.如权利要求10所述的装置，其中，该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。
12.如权利要求11所述的装置，其进一步包含: 在该第一栅极截止区的 两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及 在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。
13.如权利要求9所述的装置，其中，该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠。
14.如权利要求9所述的装置，其进一步包含: 有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一复用器电路。
15.如权利要求9所述的装置，其进一步包含: 有该第一及该第二栅极结构、该第一及该第二栅极截止区、该第一及该第二栅极接触件以及该扩散接触结构的一触发器电路。
16.如权利要求15所述的装置，其中，该触发器电路进一步包含: 在该衬底上方的第三、第四、第五及第六栅极结构； 穿越该第三栅极结构的第三栅极截止区，穿越该第四栅极结构的第四栅极截止区，穿越该第五栅极结构的第五栅极截止区，以及穿越该第六栅极结构的第六栅极截止区； 在该第三栅极结构上方的第三栅极接触件，在该第四栅极结构上方的第四栅极接触件，在该第五栅极结构上方的第五栅极接触件，以及在该第六栅极结构上方的第六栅极接触件；以及 在该第三及该第四栅极截止区之间以使该第三栅极接触件耦合至该第四栅极接触件的第二扩散接触结构，以及在该第五及该第六栅极截止区之间以使该第五栅极接触件耦合至该第六栅极接触件的第三扩散接触结构。
17.一种方法，其包含下列步骤: 提供在一衬底上方的第一及第二栅极结构； 提供穿越该第一栅极结构的第一栅极截止区，以及穿越该第二栅极结构的第二栅极截止区； 提供在该第一栅极结构上方的第一栅极接触件，以及在该第二栅极结构上方的第二栅极接触件； 提供在该第一栅极截止区、该第二栅极截止区或其组合外的一扩散接触结构；以及 用该扩散接触结构耦合该第一栅极接触件与该第二栅极接触件。
18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括: 提供在一两栅极间距区内的该扩散接触结构、该第一栅极截止区及该第二栅极截止区，其中，该两栅极间距区包含第一、第二、第三及第四晶体管。
19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括: 提供在该第一栅极截止区的两对边上的该第一晶体管的第一晶体管栅极结构与该第二晶体管的第二晶体管栅极结构；以及 提供在该第二栅极截止区的两对边上的该第三晶体管的第三晶体管栅极结构与该第四晶体管的第四晶体管栅极结构。
20.如权利要求17所述的方法，其中，该扩散接触结构与该第一栅极结构、该第二栅极结构或其组合重叠。
【文档编号】H01L23/535GK103579091SQ201310042100
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】M·拉希德, M·泰拉比, C·阮, D·多曼, J·金, X·齐, S·文卡特桑 申请人:格罗方德半导体公司