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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterkomponenten und
insbesondere kompakte Speicherarrays.
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Im
Allgemeinen werden Halbleiterbauelemente in vielfältigen elektronischen
Anwendungen verwendet, wie zum Beispiel Computern, Mobiltelefonen,
persönlichen
Datenverarbeitungsgeräten
und vielen anderen Anwendungen. Häusliche, industrielle und Automotiv-Geräte, die
in der Vergangenheit nur mechanische Komponenten umfassten, weisen
nun elektronische Teile auf, die zum Beispiel Halbleiterbauelemente
erfordern.
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Es
besteht ein Trend in der Halbleiterindustrie in Richtung Skalierung.
Skalierung erfordert eine Verringerung der Komponentengröße zum Beispiel durch
Verringern der Größe von Strukturelementen, z.
B. der Schaltungen, Elemente, leitfähigen Leitungen und Durchkontaktierungen
von Halbleiterbauelementen, um die Leistungsfähigkeit der Halbleiterbauelemente
zu vergrößern, während gleichzeitig
die Dichte vergrößert wird.
Die minimale Strukturelementegröße von Halbleiterbauelementen
hat mit der Zeit stetig abgenommen. Mit kleiner werdenden Strukturelementen
von Halbleiterbauelementen wird es jedoch schwieriger, alle Strukturelemente
aggressiv zu skalieren, um die notwendige Schrumpfung der Chipgröße zu erzielen.
Es werden daher alternative Strategien zum Skalieren benötigt.
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Eine
Möglichkeit,
Skalierung zu erzielen, ohne die Strukturelemente zu verringern,
ist eine Verbesserung des Entwurfs von Schaltungen, um die durch
Prozesse eingeführten
Beschränkungen
zu überwinden.
Eine Möglichkeit
zur Verbesserung von Schaltungen erfordert eine Verbesserung des Layouts
der Schaltungen. Verbesserungen beim Layoutentwurf können dabei
helfen, die Last der Skalierung zu verteilen. Layoutänderungen
sind jedoch gegenüber
Ausbeuteverlusten anfällig,
die durch elektrische Kurzschlüsse
usw. entstehen. Es werden daher Layoutänderungen zur Erzielung von
Skalierung ohne Beeinträchtigung
der Prozessausbeute benötigt.
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Diese
und andere Probleme werden im Allgemeinen durch bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die kompakte Speicherzellenarrays umfassen,
gelöst
oder umgangen und es werden im Allgemeinen technische Fortschritte
erzielt.
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Ausführungsformen
der Erfindung weisen auf Speicherzellenarrays mit Wortleitungs-Stitching, das
in mehreren Metallisierungsschichten angeordnet ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst ein Speicherzellenarray erste, zweite
und dritte Gateleitungen, die über
einem Substrat angeordnet sind, wobei die zweiten Gateleitungen
zwischen den ersten und den dritten Gateleitungen angeordnet sind
und wobei die ersten, zweiten und dritten Gateleitungen angrenzende
Gateleitungen des Speicherzellenarrays bilden. Die Speicherzelle
weist ferner auf über
den ersten Gateleitungen angeordnete erste Metallleitungen, wobei
die ersten Metallleitungen mit den ersten Gateleitungen gekoppelt
sind; über
den zweiten Gateleitungen angeordnete zweite Metallleitungen, wobei die
zweiten Metallleitungen mit den zweiten Gateleitungen gekoppelt
sind; und über
den dritten Gateleitungen angeordnete dritte Metallleitungen, wobei
die dritten Metallleitungen mit den dritten Gateleitungen gekoppelt
sind, wobei die ersten Metallleitungen, die zweiten Metallleitungen
und die dritten Metallleitungen in verschiedenen Metallisierungsebenen
angeordnet sind.
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Im
Obigen wurden die Merkmale einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung relativ allgemein umrissen, damit die folgende ausführliche Beschreibung
der Erfindung besser verständlich wird.
Im Folgenden werden zusätzliche
Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung
bilden. Für
Fachleute ist erkennbar, dass die Konzeption und die spezifischen
offenbarten Ausführungsformen
ohne weiteres als Grundlage für
das Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen oder Prozesse
zur Ausführung
derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Außerdem ist
für Fachleute
erkennbar, dass solche äquivalenten
Konstruktionen nicht von den in den angefügten Ansprüchen dargelegten Gedanken und
dem Schutzumfang der Erfindung abweichen.
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden
Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen.
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Es
zeigen
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1 ein
hochdichtes Speicherarray, wobei eine Speicherzelle und Wortleitungen
dargestellt sind;
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2, die 2a bis 2e enthält, ein Speicherzellenarray,
das Wortleitungs-Stitching verwendet, wobei 2a eine
Draufsicht zeigt und 2b bis 2e Querschnittsansichten
zeigen, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3, die 3a bis 3d enthält, ein Speicherzellenarray,
das Wortleitungs-Stitching verwendet, wobei 3a eine
Draufsicht zeigt und 3b bis 3e Querschnittsansichten
zeigen, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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4, die 4a bis 4d enthält, das Layout
von 3, wobei jede Ebene separat dargestellt
ist;
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5 ein
Speicherzellenarray, das Wortleitungs-Stitching mit diskontinuierlichen
Gateleitungen verwendet, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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6, die 6a bis 6e enthält, ein Speicherzellenarray,
das Wortleitungs-Stitching verwendet, wobei 6a eine
Draufsicht zeigt und 6b bis 6e Querschnittsansichten
zeigen, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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7, die 7a bis 7c enthält, das Layout
von 6, wobei eine Kopplung mit jeder
Metallebene separat dargestellt ist;
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8 ein
Speicherzellenarray, das Wortleitungs-Stitching mit diskontinuierlichen
Gateleitungen verwendet, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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9, die 9a bis 9d enthält, ein Speicherzellenarray,
das Wortleitungs-Stitching mit vier Metallebenen verwendet, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet
zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten
Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer
direkten oder indirekten Kopplung.
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Entsprechende
Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen
sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern es nicht anders
angegeben wird. Die Figuren sind so gezeichnet, dass die relevanten
Aspekte der Ausführungsformen
deutlich dargestellt werden, und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu
gezeichnet.
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Im
Folgenden werden die Herstellung und Verwendung der zurzeit bevorzugten
Ausführungsformen
ausführlich
besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung
viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte
bereitstellt, die in vielfältigen
spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die spezifischen besprochenen
Ausführungsformen
veranschaulichen lediglich spezifische Arten der Herstellung und
Verwendung der Erfindung und begrenzen nicht den Schutzumfang der
Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich einem kompakten Speicherarray,
das durch Wortleitungs-Stitching unter Verwendung mehrerer Metallisierungsebenen gebildet
wird. Die Erfindung kann jedoch auch auf andere Leiter, sowie auf
andere Halbleiterkomponenten und Halbleiterbauelemente angewandt
werden.
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Die
Skalierung von Speicherschaltungen erfordert die Skalierung der
Speicherzellengröße, ohne Leistungsmetriken
zu beeinträchtigen. 1 zeigt eine
in einem aktiven Bereich gebildete Speicherzelle 11. Eine
Speicherzelle 11 wird von einer Technologiegeneration zur
nächsten
um etwa 50% skaliert, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen,
und bei vielen Technologien wird die Leistungsfähigkeit mit jedem nachfolgenden
Technologieknoten verbessert. Der Entwurf solcher Speicherzellen
erfordert eine Maximierung der Leistungsfähigkeit (z. B. Minimierung
von Verzögerung
und Stromverbrauch), während
die Größe der integrierten
Schaltung verringert wird, um die Dichte zu verbessern.
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Die
Skalierung der Speicherzelle erfordert eine Skalierung aller Strukturelemente
der Schaltung von dem vorherigen Technologieknoten. Dies erfordert
eine Skalierung der Zellenhöhe 12 (1),
die den Bereich der Speicherzelle 11 definiert. Im Idealfall
definiert der Abstand zwischen den Gateleitungen oder Steuergates
(minimaler Poly-Rasterabstand) die Zellenhöhe 12 der Speicherzelle 11.
Ein Layout einer Speicherzelle mit einer Speicherzellenhöhe auf dem
minimalen Poly-Rasterabstand führt
jedoch zu zusätzlichen
Problemen, wenn Lösungen
zur Steigerung der Leistungsfähigkeit
wie nachfolgend erläutert verwendet
werden.
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Eines
der Probleme bei der Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Speicherzellen
betrifft abnehmenden parasitären
Widerstand und abnehmende parasitäre Kapazität verbindender leitfähiger Leitungen.
Einer der kritischen Engpässe
ist der parasitäre
Widerstand der Wortleitungen, die das Gate oder die Steuergates
individueller Transistoren in einem Speicherarray koppeln. Wortleitungen
weisen typischerweise lange Polysiliziumleitungen auf. Der größere (elektrische)
Widerstand von Polysilizium relativ zu Metallen führt zu signifikanten
Widerstandsverlusten durch die Wortleitungen. Zum Beispiel sind
in 1 die Wortleitungen (WL0, WL1, WL2, WL3, WL4,
WL5) aus Polysiliziumleitungen gebildete Wortleitungen. Die Wortleitungen
sind wie in 1 dargestellt senkrecht zu den
Bitleitungen orientiert.
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Eine
Möglichkeit
zur Verringerung des Widerstands der Polysiliziumleitungen ist das „Stitchen” der Polysiliziumleitungen
durch Einführung
von Metallleitungen. Bei Stitching werden die Wortleitungen gebildet,
indem man einen Leiter mit niedrigem Widerstand durch Verwendung
von Kontakten zwischen Dielektrika oder Kontakt-Plugs mit einem
Leiter (Poly-Gateleitung) mit hohem Widerstand koppelt. Beim Wortleitungs-Stitching
koppeln Kontakt-Plugs die Polysilizium-Gateleitungen mit einer Metallleitung
unmittelbar über
den Polysilizium-Gateleitungen, so dass der Strompfad durch die
Leitungen mit niedrigem Widerstand (z. B. Metallleitungen) verläuft, so dass
die Polysiliziumleitungen mit höherem
Widerstand vermieden werden.
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Die
Verwendung von Wortleitungs-Stitching vergrößert die Geschwindigkeit, mit
der das Potential auf der Wortleitung umgeschaltet werden kann,
da die Geschwindigkeit durch den Wert des RC-Produkts der Wortleitung
begrenzt wird. Da der Flächenwiderstand
der Metallleitungen wesentlich geringer als der Flächenwiderstand
des den Gateleiter bildenden Materials ist, verringert die Verwendung
von Wortleitungs-Stitching den Widerstand auf Kosten von wenig zusätzlicher
Kapazität
sehr. Somit wird der Wert des RC-Produkts stark verringert, wodurch
eine Vergrößerung der
Schaltgeschwindigkeit der Wortleitung ermöglicht wird.
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Obwohl
die Verwendung des Wortleitungs-Stitching die Leistungsfähigkeit
verbessert, erfordert die Implementierung eines solchen Verfahrens
einen Stitch-Bereich zur Unterbringung von Kontakten zwischen den
Metallleitungen und den Polysilizium-Gateleitungen. Die zum Stitching
der Metallleitungen einer Wortleitung an seine Polysilizium-Gateleitungen verwendeten
Kontakte sind in den Stitch-Bereichen
angeordnet, die sich angrenzend an die Speicherarrays befinden und
typischerweise zwischen angrenzenden Spalten von Speicherarrays angeordnet
sind. In den Bereichen über
den Kontakt-Plugs oder Durchkontaktierungen werden Metallleitungen
jedoch größer als
ihre normale Linienbreite strukturiert. Für gute Kontaktbildung wird
die Breite der Metallleitungen lokal vergrößert. Diese lokale Zunahme
der Metallleitungsbreite begrenzt daher den zulässigen Minimalabstand zwischen
angrenzenden Metallleitungen (kontaktierter Metall-Rasterabstand). Da
die Wortleitungen nun mit den Metallleitungen gekoppelt sind, wird
auch der minimale Abstand zwischen den Wortleitungen auf dem kontaktierten
Metall-Rasterabstand begrenzt (sogar in dem Speicherarray).
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Die
Skalierung der Zellengröße wird
daher durch den kontaktierten Metall-Rasterabstand begrenzt. Dies
ist sehr nachteilhaft, da der minimale kontaktierte Rasterabstand
der Poly-Gateleitungen viel geringer als der minimale kontaktierte
Rasterabstand von Metallleitungen sein kann. Obwohl die Poly-Leitungen
dichter strukturiert werden können,
verhindert anders ausgedrückt
das Wortleitungs-Stitching ein Leveraging dieses zusätzlichen
Bereichs. In Technologien, die Wortleitungs-Stitching verwenden,
werden die Poly-Gateleitungen
daher nur bis herauf zu dem kontaktierten Metall-Rasterabstand für die erste
Metallebene strukturiert. Die Verwendung von Wortleitungs-Stitching
erzwingt einen Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Skalierung.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen,
die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, wird dieser
Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit
und Skalierung vermieden, indem man ein Mehrebenen-Metallisierungsverfahren
einführt,
das die Anforderung bezüglich
minimalen Rasterabstands jeder individuellen Metallebene von dem
minimalen Rasterabstand der Wortleitungen trennt. In Wortleitungen
werden einander (unmittelbar) benachbarte Wortleitungen mit verschiedenen
Metallebenen gekoppelt, so dass der minimale Rasterabstand von Poly
mit dem minimalen kontaktierten Rasterabstand jeder Metallebene
entkoppelt wird.
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Strukturelle
Ausführungsformen
des Layouts werden unter Verwendung von 2, 3, 5, 6, 8 und 9 dargestellt. Obere Schnittansichten,
die die Bildung des individuellen Wortleitungs-Stitching in einer
einzigen Metallebene darstellen, werden unter Verwendung von 4 und 7 dargestellt,
um individuelle Schichten (oder Maskenlayout für jede Metallisierungsebene)
mit Bezug auf die Gateleitungen zu beschreiben.
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2, die 2a bis 2e enthält, zeigt ein
Layout eines Speicherzellenarrays bei einer Ausführungsform der Erfindung. 2a zeigt
die Draufsicht und zeigt alle miteinander überlagerten Schichten, während 2b bis 2e entsprechende
vertikale Querschnittsansichten zeigen.
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Mit
Bezug auf 2a weist das Speicherzellenarray 1 ein
Array von Speicherzellen 11 auf. Jede Speicherzelle weist
eine Speicherzellenhöhe 12 auf, die
die Zellenabmessung und daher die Größe oder den Bereich der Speicherzelle
beschreibt. Die Gateleitungen 20 bilden die Wortleitungen
(WL0, WL1, WL2, WL3, WL4 und WL5) und sind über einem aktiven Bereich angeordnet.
Der aktive Bereich des Speicherzellenarrays weist ferner möglicherweise aktive
Bauelemente wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren und Widerstände auf.
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2b bis 2e zeigen
Querschnittsansichten von 2a. Wie
in Querschnittsansichten von 2b bis 2e dargestellt,
werden die Gateleitungen 20 entweder mit den ersten Metallleitungen 21,
den zweiten Metallleitungen 22 oder den dritten Metallleitungen 23 gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform
werden die ersten Metallleitungen 21 über den Gateleitungen 20 der
ersten Wortleitung WL0 und der vierten Wortleitung WL3 gebildet.
Die ersten Metallleitungen 21 werden auch mit den entsprechenden Wortleitungen
darunter gekoppelt und bilden einen Teil der ersten Wortleitung
WL0 und der vierten Wortleitung WL3. Die zweiten Metallleitungen 22 sind über den
Gateleitungen 20 der zweiten Wortleitung WL1 und der fünften Wortleitung
WL4 angeordnet. Die zweiten Metallleitungen 22 bilden einen
Teil der zweiten Wortleitung WL1 und der fünften Wortleitung WL4. Ähnlich sind
die dritten Metallleitungen 23 über den Gateleitungen 20 der
dritten Wortleitung WL2 und der sechsten Wortleitung WL5 angeordnet.
Die dritten Metallleitungen 23 bilden einen Teil der dritten Wortleitung
WL2 und der sechsten Wortleitung WL5.
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Die
Zellenhöhe 12 (einer
anderen Zelle) in dem in 2a gebildeten
Speicherzellenarray ist auch in 2b dargestellt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen
ist ferner die Zellehöhe 12 auch
der minimal zulässige
Abstand zwischen den Gateleitungen 20. Ferner ist der Abstand
zwischen den mittleren Leitungen der ersten Metallleitungen 21 (P21), der zweiten Metallleitungen 22 (P22) und der dritten Metallleitungen 23 (P23) in 2b markiert.
Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die Gateleitungen 20 dichter
beieinander gepackt sind als irgendwelche der Metallleitungen. Anders
ausgedrückt,
ist der Rasterabstand zwischen Poly kleiner als der minimale Rasterabstand
der anderen Metallebenen, d. h. P20 < P21,
P22 oder P23.
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Man
erreicht dies durch Koppeln mehrerer Metallleitungen im Wortleitungs-Stitching
mit den Gateleitungen 20. Durch Koppeln mit mehreren Metallleitungen
wird jede Metallebene in einem Rasterabstand ausgelegt, der größer oder
gleich dem minimalen kontaktierten Rasterabstand für diese
Metallebene ist. Da sich Metallleitungen in verschiedenen Schichten
teilweise oder wesentlich überlappen
können,
werden im Idealfall drei Metallleitungen in dem Platz geroutet,
der normalerweise für
nur eine Metallleitung verfügbar
ist, und die Poly-Gateleitungen können mit dem minimalen kontaktierten
Poly strukturiert werden. Zum Beispiel bei einer Ausführungsform,
bei der die Metallleitungen vertikal ohne jeglichen zusätzlichen
Platz für
die Kontaktierung und ohne eine Änderung
der Beabstandung mit den Gateleitungen 20 gekoppelt werden.
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In
der Realität
wird jedoch zusätzlicher
Platz für
die Verbindung der höheren
Metallebenen bis herunter zu den Gateleitungen 20 zugeteilt.
Dies erfordert dazwischentretende Metall-Spots in den Metallschichten
zwischen den höheren
Metallebenen und den Gateleitungen 20. An die anderen Gateleitungen 20 gekoppelte
Metallleitungen werden daher wegbewegt, um einen Kurzschluss zu
höheren
Metallebenen zu verhindern, wodurch ausreichend Platz für die Platzierung
der dazwischentretenden Metall-Spots ermöglicht wird. In 2a ist
dies durch die Biegungen in der ersten Metallleitung 21 und
der zweiten Metallleitung 22 visualisiert.
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Nunmehr
mit Bezug auf 2c ist die dritte Metallleitung 23 mit
einer Poly-Gateleitung 20 gekoppelt, die durch die Kontakt-Plugs 16 und
eine erste Durchkontaktierung 17 und eine zweite Durchkontaktierung 18 eine
dritte Wortleitung WL2 und sechste Wortleitung WL5 bildet. Die Kontakte
mit der dritten Metallleitung 23 werden in definierten
Bereichen, zum Beispiel in dem ersten Kontaktbereich 31 und dem
zweiten Kontaktbereich 32, platziert. Die mit den Gateleitungen 20,
die zwischen der dritten Wortleitung WL2 und der sechsten Wortleitung
WL5 angeordnet sind, gekoppelten Wortleitungen werden zwischen ihnen
angeordnet, um den Abstand zwischen der ersten Metallleitung 21 und
der zweiten Metallleitung 22 zu maximieren. Zum Beispiel
sind die vierte Wortleitung WL3 in der ersten Metallleitung 21 und die
fünfte
Wortleitung WL4 in der zweiten Metallleitung 22 übereinander
angeordnet und befinden sich zwischen der dritten Wortleitung WL2
und der sechsten Wortleitung WL5. Der effektive Rasterabstand der
ersten Metallleitungen 21 (EP21)
und der zweiten Metallleitungen 22 (EP22)
in dem Bereich zwischen dem ersten Kontaktbereich 31 und
dem zweiten Kontaktbereich 32 ist daher kleiner als der
Rasterabstand der ersten Metallleitungen 21 (P21)
und der zweiten Metallleitungen 22 (P22),
d. h. EP21 < P21 und EP22 < P22. Diese Verringerung des erforderlichen
effektiven Rasterabstands führt
zu dem Verlust an Entwurfseffizienz relativ zum Idealfall. Wie in
dieser Ausführungsform
dargestellt (siehe z. B. 2c), können daher drei
Metallleitungen in dem Platz geroutet werden, der normalerweise
für nur
zwei Metallleitungen verfügbar
ist. Dies verringert die Zellenhöhe
um 33% oder vergrößerte alternativ
dazu den minimalen Metallrasterabstand um 50%.
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Ähnlich zeigt 2d die
Bildung einer zweiten Wortleitung WL1 und einer fünften Wortleitung WL4
durch die Kontakt-Plugs 16 und erste Durchkontaktierungen 17.
Die entsprechenden Kontaktbereiche der zweiten Wortleitung WL1 und
der fünften Wortleitung
WL4 sind in 2d als den dritten Kontaktbereich 35 und
den vierten Kontaktbereich 36 bildend dargestellt. Die die
vierte Wortleitung WL3 bildenden ersten Metallleitungen 21 sind äquidistant von
den die zweite Wortleitung WL1 und die fünfte Wortleitung WL4 bildenden
ersten Metallleitungen 21 gebildet. Somit ist der effektive
Rasterabstand der ersten Metallleitungen EP21 kleiner
als der Rasterabstand der ersten Metallleitungen P21 in
dem Rest des Layouts. Der signifikante Gewinn an minimalem Metallrasterabstand,
der durch die mehrfache Stapelung des Wortleitungs-Stitching erzielt
wird, reicht jedoch aus, um einige Verluste aufgrund solcher Einschränkungen
auszugleichen. 2e zeigt die Verbindung einer
ersten Wortleitung WL0 und einer vierten Wortleitung Wl3 durch die
die Kontakt-Plugs 16 in den Kontaktbereichen 37 und 38.
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3, die 3a bis 3d enthält, zeigt ein
Layout eines Speicherzellenarrays bei einer Ausführungsform der Erfindung. 3a zeigt
die Draufsicht und zeigt alle Schichten miteinander überlagert, während 3b bis 3d entsprechende
vertikale Querschnittsansichten zeigen. Bei dieser Ausführungsform
ist ein größerer Teil
des Layouts gezeigt, um eine deutlichere Darstellung bereitzustellen.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden im Gegensatz zu der vorherigen Ausführungsform die ersten Metallleitungen 21 und
die zweiten Metallleitungen 22 nicht äquidistant um die Kontaktbereiche
z. B. den ersten Kontaktbereich 31 und den zweiten Kontaktbereich 32 herum
gebildet. Der Entwurf ist in diesem Fall daher weniger effizient
als die in 2 dargestellte Ausführungsform.
In dem Zellenarraybereich, der in der Querschnittsansicht dargestellt
ist, sieht diese Ausführungsform ähnlich aus
(3b). In den Kontaktbereichen werden die ersten
Metallleitungen 21 und die zweiten Metallleitungen 22 jedoch nicht
um den maximal verfügbaren
Abstand versetzt, um eine vollständige Überlappung
zwischen ihnen zu vermeiden. Dies ist in 3c und 3d deutlich dargestellt.
Zum Beispiel befinden sich in 3c die vierte
Wortleitung WL3 und die fünfte
Wortleitung WL4 nicht übereinander
(im Gegensatz zu 2c). Ähnlich ist wie in 3d dargestellt
die vierte Wortleitung WL3 nicht äquidistant von dem dritten
Kontaktbereich 35 und vierten Kontaktbereich 36 gebildet.
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4, die 4a bis 4d enthält, zeigt jede
individuelle Schicht der überlagerten
Struktur, die in 3a dargestellt ist, gemäß Ausführungsformen
der Erfindung. Obwohl sie in 3a als
Halbleiterspeicherarray beschrieben werden, könnten die Schichten in 4 auch Maskenschichten einer bei der Herstellung
des Speicherarrays verwendeten Maske darstellen.
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Die
eine erste Maske (Maske 0) darstellende erste Schicht (4a)
stellt die Maske für
die Strukturierung der Polysilizium-Gateleitungen 20 dar. 4b bis 4d zeigen
außerdem
die Gateleitungen 20 der Maske 0 (4a), um
die Überlagerung deutlich
mit Bezug auf die Maske 0 zu zeigen. 4b zeigt
die in den ersten Metallleitungen 21 des Speicherarrays
gebildeten Wortleitungen. Die erste Wortleitung WL0 und die vierte
Wortleitung WL3 werden in den ersten Metallleitungen 21 gebildet
und durch Kontakt-Plugs 16 mit den Gateleitungen 20 gekoppelt.
Wie in 4c dargestellt, werden die zweite Wortleitung
WL1 und die fünfte
Wortleitung WL4 in den zweiten Metallleitungen 22 gebildet
und durch Kontakt-Plugs 16 und erste Durchkontaktierungen 17 mit
den Gateleitungen 20 gekoppelt. Ähnlich werden wie in 4d dargestellt
die dritte Wortleitung WL2 und die sechste Wortleitung WL5 in den
dritten Metallleitungen 23 gebildet und durch Kontakt-Plugs 16, erste
Durchkontaktierungen 17 und zweite Durchkontaktierungen 18 mit
den Gateleitungen 20 gekoppelt.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
des Speicherzellenarrays, wobei die Polysiliziumleitungen nicht
kontinuierlich sind. Im Gegensatz zu der in 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform sind bei dieser
Ausführungsform
die Gateleitungen 20 nicht kontinuierlich. Die Unterbrechungen
in den Gateleitungen 20 ermöglichen mehr Platz für die Platzierung
von Kontakten in einer angrenzenden Wortleitung. Bei solchen Ausführungsformen
wird Sorgfalt walten gelassen, um die Stitching-Metallleitungen
zu kontaktieren, um die Schaltung zu vervollständigen. Insbesondere ist mindestens
ein Kontakt notwendig, bevor eine Gate-Polysiliziumleitungs-Unterbrechung erlaubt
ist.
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6, die 6a bis 6e enthält, zeigt eine
Ausführungsform
der Erfindung, die ein anderes Stitching-Verfahren darstellt, um die Zellenhöhe des Speicherarrays
zu verringern. Bei der in 6 dargestellten
Ausführungsform
werden drei Metall-Pitches verwendet, um vier Polysilizium-Gateleitungen (zum Beispiel
WL0–WL3)
zu stitchen. Die vier Polysilizium-Gateleitungen werden mit Metallleitungen
in der ersten Metallebene, der zweiten Metallebene und der dritten
Metallebene gestitcht. In einem solchen Block werden drei Metall-Pitches,
zwei für
die Metallleitungen selbst und eines für den Platz zum Kontaktieren nach
unten durch die Durchkontaktierungen benötigt.
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6a zeigt
eine Draufsicht und 6b bis 6e zeigen
Querschnittsansichten. Ferner sind lediglich der Klarheit halber
nur die ersten sechs Poly-Gateleitungen in Querschnittsansichten
von 6b bis 6e dargestellt.
Mit Bezug auf 6a und die Querschnittsansicht
von 6b ist der Wortleitungs-Stitching-Teil der ersten
Wortleitung WL0 und der zweiten Wortleitung WL1 in vertikal angrenzenden
Metallleitungen angeordnet. Dritte Metallleitungen 23 weisen
auf die Wortleitungs-Stitching-Teile einer zweiten Wortleitung WL1,
einer dritten Wortleitung WL2 und einer sechsten Wortleitung WL5.
Die dritten Metallleitungen 22 sind mit Gateleitungen 20 gekoppelt,
die die zweite Wortleitung WL1, die dritte Wortleitung WL2 und die
sechste Wortleitung WL5 aufweisen. Zweite Metallleitungen 22 weisen
auf die Wortleitungs-Stitching-Teile einer ersten Wortleitung WL0, einer
vierten Wortleitung WL3 und einer fünften Wortleitung WL4. Die
ersten Metallleitungen 21 werden lokal gebildet und mit
den zweiten Metallleitungen 22 und den dritten Metallleitungen 23 gekoppelt. 6a zeigt
ferner eine siebte Wortleitung WL6 und eine achte Wortleitung WL7,
die in den Querschnittsansichten von 6b bis 6e nicht
dargestellt sind.
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Wie
in 6c dargestellt, ist in einem Kontaktbildungsbereich
die dritte Wortleitung WL2 aus den dritten Metallleitungen 23 durch
die zweiten Metallleitungen 22 und die ersten Metallleitungen 21 gekoppelt.
Die zweiten Metallleitungen 22 der dritten Wortleitung
WL2 sind jedoch äquidistant
von angrenzenden Wortleitungen angeordnet, zum Beispiel sind die
zweiten Metallleitungen 22 der dritten Wortleitung WL2 äquidistant
von einer zweiten Nachbarwortleitung (der ersten Wortleitung WL0)
und einer ersten Nachbarwortleitung (der vierten Wortleitung WL3) angeordnet.
Die ersten Metallleitungen 21 der dritten Wortleitung WL2
sind äquidistant
von angrenzenden vierten Nachbar-Wortleitungen angeordnet. Zum Beispiel
sind die ersten Metallleitungen 21 der dritten Wortleitung
WL2 nach drei Wortleitungen periodisch angeordnet. Daher ist die
nächste
erste Metallleitung 21 mit der siebten Wortleitung WL6
gekoppelt. Ähnlich
zeigt 6d das Stitching der zweiten
Wortleitung WL1 durch die zweite Metallebene. 6e zeigt einen
anderen Querschnitt und beschreibt die Kopplung der zweiten Metallleitungen 22,
die Teile der ersten Wortleitung WL0, der vierten Wortleitung WL3 und
der fünften
Wortleitung und WL4 bilden.
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7, die 7a bis 7c enthält, zeigt jede
Metallebene von 6, wobei die elektrische Kopplung
mit dieser bestimmten Metallebene separat gezeigt ist. 7a zeigt
die erste Metallebene, die die ersten Metallleitungen 21 aufweist.
Die ersten Metallleitungen werden lokal gebildet und durch Kontakt-Plugs 16 mit
darunterliegenden Gateleitungen 20 gekoppelt. 7b zeigt
die zweiten Metallleitungen, die eine erste Wortleitung WL0, eine
vierte Wortleitung WL3, eine fünfte
Wortleitung WL4 und eine achte Wortleitung WL7 bilden. 7c zeigt
die dritten Metallleitungen, die eine zweite Wortleitung WL1, eine
dritte Wortleitung WL2, eine sechste Wortleitung WL5 und eine siebte
Wortleitung WL6 bilden.
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8 zeigt
eine Ausführungsform
des Speicherzellenarrays, wobei die Polysilizium-Leitungen in einem
Bereich nicht kontinuierlich sind, die einen Bereich umgibt, in
der Kontakte zu den Gateleitungen 20 hergestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform sind
die Gateleitungen 20 nicht kontinuierlich, im Gegensatz
zu der in 6 beschriebenen Ausführungsform.
Die Diskontinuitäten
in den Gateleitungen 20 ermöglichen mehr Platz für die Platzierung
von Kontakten in einer angrenzenden Wortleitung. Bei solchen Ausführungsformen
wird Sorgfalt walten gelassen, um die Stitching-Metallleitungen zu kontaktieren, um
die Schaltung zu vervollständigen.
Insbesondere ist mindestens ein Kontakt notwendig, bevor eine Unterbrechung
in Gate-Polysiliziumleitungen
erlaubt ist.
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Obwohl
Ausführungsformen
der Erfindung unter Verwendung von nur drei Metallebenen dargestellt
sind, können
verschiedene Ausführungsformen mehr
oder weniger Metallebenen verwenden. 9, die 9a bis 9d enthält, zeigt
ein Vier-Metallisierungs-Stitching-Verfahren,
das das Kontaktplatzierungsverfahren von 2 verwendet.
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Mit
Bezug auf 9a werden die ersten Metallleitungen 21 über den
Gateleitungen 20 der ersten Wortleitung WL0 und der fünften Wortleitung
WL4 gebildet. Die ersten Metallleitungen 21 werden außerdem mit
den entsprechenden Wortleitungen darunter gekoppelt und bilden einen
Teil der ersten Wortleitung WL0 und der fünften Wortleitung WL4. Die zweiten
Metallleitungen 22 sind über den Gateleitungen 20 der
zweiten Wortleitung WL1 und der sechsten Wortleitung WL5 angeordnet.
Die zweiten Metallleitungen 22 bilden einen Teil der zweiten
Wortleitung WL1 und der sechsten Wortleitung WL5. Ähnlich sind die
dritten Metallleitungen 23 über den Gateleitungen 20 der
dritten Wortleitung WL2 und der siebten Wortleitung WL6 angeordnet.
Die dritten Metallleitungen 23 bilden einen Teil der dritten
Wortleitung WL2 und der siebten Wortleitung WL6. Die vierten Metallleitungen 24 sind über den
Gateleitungen 20 der vierten Wortleitung WL3 und der achten
Wortleitung WL7 angeordnet und mit diesen gekoppelt.
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9b bis 9d zeigen
Kontaktbereiche, die durch laterale Versetzung der Metallleitungen
gebildet werden. Zum Beispiel ist in 9b (ähnlich 2c und 2d)
die fünfte
Wortleitung WL4 äquidistant
zwischen der zweiten Wortleitung WL1 und der sechsten Wortleitung
WL5 angeordnet.
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Ähnlich sind
in 9c die fünfte
Wortleitung WL4 und die sechste Wortleitung WL5 zwischen der dritten
Wortleitung WL2 und der siebten Wortleitung WL6 angeordnet. Ähnlich sind
in 9d die fünfte Wortleitung
WL4, die sechste Wortleitung WL5 und die siebte Wortleitung WL6
zwischen der vierten Wortleitung WL3 und der achten Wortleitung
WL7 angeordnet. Wie in 9c dargestellt, befinden sich
bei einer Ausführungsform
die fünfte
Wortleitung WL4, die sechste Wortleitung WL5 und die siebte Wortleitung
WL6 nicht übereinander,
sondern sind stattdessen versetzt, um die notwendige laterale Versetzung unterzubringen
(Biegeverringerung wenn notwendig). Bei anderen Ausführungsformen
sind die fünfte Wortleitung
WL4, die sechste Wortleitung WL5 und die siebte Wortleitung WL6 übereinander
angeordnet und daher äquidistant
von der vierten Wortleitung WL3 und der achten Wortleitung WL7.
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Es
versteht sich, dass, obwohl die allgemeine Richtung der Wortleitungen
(sowie anderer horizontal verlaufender Strukturen) typischerweise
horizontal ist, lokale Variationen der allgemeinen Richtung auftreten
können.
Obwohl die allgemeine Richtung der Bitleitungen (sowie anderer vertikal
verlaufender Strukturen) typischerweise vertikal ist, können ähnlich auch
lokale Variationen auftreten. In diesen Fällen ist der lokale Schnitt
zwischen einer Wortleitung und einer Bitleitung möglicherweise
nicht exakt orthogonal, wie zu erwarten ist. Die hier besprochenen
Richtungen sollten somit in dem allgemeinen Sinne aufgefasst werden
und sollen die Erfindungen nicht auf absolute horizontale oder vertikale
Richtungen beschränken.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile hier ausführlich beschrieben
wurden, versteht sich, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und
Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die
angefügten
Ansprüche
definierten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist für
Fachleute ohne Weiteres erkennbar, dass viele der Merkmale, Funktionen,
Prozesse und Materialien, die hier beschrieben werden, variiert
werden können,
ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Darüber hinaus
soll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die in
der Beschreibung beschriebenen konkreten Ausführungsformen von Prozess, Maschine,
Herstellung, Materialzusammensetzung, Mitteln, Verfahren und Schritten
beschränkt
werden. Wie für
Durchschnittsfachleute aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung
ohne Weiteres erkennbar ist, können
zurzeit existierende oder später
zu entwickelnde Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzung, Mittel,
Verfahren oder Schritte, die im Wesentlichen dieselbe Funktion wie
die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen ausführen oder
im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erzielen, gemäß der vorliegenden Erfindung
benutzt werden. Die angefügten
Ansprüche
sollen dementsprechend in ihren Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen, Herstellung,
Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.