[发明专利]垂直场效应晶体管半导体单元的优化

说明书

一种在多个栅极栅格上实施垂直场效应晶体管(VFET)电路的VFET单元，包括：第一电路，包括至少一个VFET，并被提供在至少一个栅极栅格上；以及第二电路，包括至少一个VFET，并被提供在形成于第一电路的左侧或右侧的至少一个栅极栅格上，其中第一电路的VFET的栅极被配置为共享第二电路的VFET的栅极信号或源极/漏极信号，并且第一电路是(X‑1)接触式多晶间距(CPP)电路，其为(X‑1)CPP宽，是从X‑CPP电路转换而来的，X‑CPP电路为X‑CPP宽并且执行与(X‑1)CPP电路相同的逻辑功能，X是大于1的整数。

技术领域

与本发明构思的实施例一致的装置和方法涉及用于由垂直场效应晶体管(vertical field effect transistor，VFET)形成的电路的半导体单元(cell)架构。

背景技术

与诸如平面finFET的横向场效应晶体管(lateral field effect transistor，FET)相比，VFET的特征在于其垂直结构，其中顶部源极/漏极、栅极和底部源极/漏极垂直地重叠。

当基于其布局或俯视图设计由横向FET电路形成的半导体单元时，通过减少单元中虚拟(dummy)栅极结构的数量，使相邻电路共享FET的源极/漏极的情况并不少见。然而，当设计由VFET电路形成的半导体单元时，通常需要在形成有VFET的栅极结构的旁边提供附加的栅极结构或鳍(fin)结构，使得连接VFET的接触式结构的金属线和/或通孔可以放置在附加的栅极结构或鳍结构上，以传送VFET的输出信号。双鳍VFET器件(诸如双鳍反相器)就是典型的示例。因此，很难出于减小单元宽度或面积的目的，仅使用一个栅极结构或鳍结构来设计由单鳍VFET器件(诸如单鳍反相器)形成的VFET半导体单元(以下称为“VFET单元”)。这是因为VFET的固有结构，其中栅极和源极/漏极垂直地重叠。

图1A示出了根据相关技术的双鳍反相器形成在两个栅极结构上的VFET单元的布局。图1B示出了可以由一个p沟道金属氧化物半导体VFET(以下称为“PMOS”)和一个n沟道金属氧化物半导体VFET(以下称为“NMOS”)形成的反相器的示意图。图1C示出了可以由两个PMOS和两个NMOS形成的反相器的示意图。图1C所示的反相器可以在图1A所示的VFET单元中实施。

参考图1A，VFET单元10包括双鳍反相器100，该双鳍反相器100由在栅极结构PC上的一对一个PMOS P和一个NMOS N以及在另一栅极结构PC上的另一对一个PMOS P和一个NMOS N形成。虽然在图1A中未示出，但是每个栅极结构PC被切割成预定尺寸，以在对应的栅极结构PC的两个分割的部分上提供PMOS P和NMOS N。VFET单元10还包括分别连接到电源(Vdd)和地源(Vss)(未示出)的两个底部源极/漏极区RX、栅极连接图案PB、从中切割出栅极连接图案PB的两个栅极层切口(cut)CT、栅极接触式结构CB、两个顶部源极/漏极接触式结构CA和三个通孔V。

然而，即使双鳍反相器100可以被改变为由两个栅极结构PC之一上的一个PMOS和一个NMOS实施的单鳍反相器，VFET单元10仍可能需要另一个栅极结构或鳍结构，即两个栅极结构PC中的另一个，用于将顶部源极/漏极接触式结构CA连接到金属线(为简洁起见未示出)和通孔V。这是防止单元宽度的减小以实现VFET单元架构的优化的VFET器件结构的示例。

因此，需要一种具有减小的单元宽度的VFET单元及其设计方法，以克服VFET单元的上述缺点。

发明内容

本发明构思的各种实施例涉及半导体单元布局、半导体单元架构以及用于设计包括由多个VFET形成的多个VFET电路的半导体单元的方法。

这些实施例可以提供具有减小的单元宽度的优化的VFET单元(cell)架构，以及设计该改进的VFET单元架构的方法。