JP2001167584A - 半導体メモリ装置 - Google Patents
半導体メモリ装置Info
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Abstract
する半導体メモリ装置のチップサイズの縮小化を図れる
ようにする。 【解決手段】 強誘電体からなる容量絶縁膜を有する第
1の強誘電体キャパシタC1及び該キャパシタC1を外
部から選択的にアクセス可能とする第1のFRAMセル
選択トランジスタQ0を含む強誘電体メモリセル10
と、互いに直列に接続され、その共通接続部を第1のデ
ータ保持ノード25とする第1のP型MOSトランジス
タQ2及び第1のN型MOSトランジスタQ3、並びに
第1のデータ保持ノード25を外部から選択的にアクセ
ス可能とする第1のSRAMセル選択トランジスタQ6
を含むSRAMセル20とを備えている。第1のFRA
Mセル選択トランジスタQ0と第1のSRAMセル選択
トランジスタQ6とは、同一のビット線BL0によりア
クセスされる。
Description
ルとSRAMセルとを混載した半導体メモリ装置に関す
る。
が普及し、低電圧、低消費電力及び高速動作が可能な不
揮発性メモリ装置の要望がますます高まっている。不揮
発性メモリ装置として、まずフラッシュメモリが挙げら
れるが、より低消費電力、高速動作が可能な強誘電体メ
モリ装置が注目されてきている。強誘電体メモリ装置は
容量絶縁膜として強誘電体を有しており、強誘電体の分
極方向によって不揮発性データを記憶する構成であるた
め、データの書き換えには分極を反転させる程度の電界
を印加するだけでよく、その結果、低電圧、低消費電力
で且つ高速動作が可能となる。但し、現状の強誘電体メ
モリ装置は、高速動作が可能なSRAM装置と比べると
アクセスタイムが遅く、その上、強誘電体キャパシタの
微細加工が難しい。
込まれるシステムLSIにおいては、低消費電力で動作
する不揮発性メモリ装置である強誘電体メモリと、デー
タを一時的に格納するSRAMとを混載する構成が有効
である。そこで、従来は、SRAMメモリコアと強誘電
体メモリコアとを独立した形態で搭載している。
AMの混載型半導体メモリ装置においては、強誘電体メ
モリ部とSRAM部とはビット線、ワード線駆動回路及
びセンスアンプ回路等がそれぞれ独立して構成されてい
る。
来の半導体メモリ装置は、センスアンプ等の周辺回路を
強誘電体メモリ部とSRAM部とに個別に設ける必要が
あり、チップ全体としてレイアウト面積を縮小すること
が困難であるという問題がある。
電体メモリセルとSRAMセルとを混載する半導体メモ
リ装置のチップサイズの縮小化を図れるようにすること
を目的とする。
め、本発明は、強誘電体メモリ及びSRAM混載型半導
体メモリ装置における強誘電体メモリ部とSRAM部と
が互いにビット線及びセンスアンプ回路を共有する構成
とする。
は、強誘電体からなる容量絶縁膜を有するキャパシタ及
び該キャパシタを外部から選択的にアクセス可能とする
第1のセル選択トランジスタを含む強誘電体メモリセル
と、互いに直列に接続され、その共通接続部をデータ保
持ノードとする第1導電型の負荷トランジスタ及び第2
導電型の駆動トランジスタ並びにデータ保持ノードを外
部から選択的にアクセス可能とする第2のセル選択トラ
ンジスタを含むSRAMセルとを備え、第1のセル選択
トランジスタと第2のセル選択トランジスタとは、同一
のビット線によりアクセスされる。
電体メモリセルにおける第1のセル選択トランジスタと
SRAMセルにおける第2のセル選択トランジスタと
は、同一のビット線によりアクセスされるため、センス
アンプ回路等の周辺回路を共通化できるので、チップ面
積の縮小を図れる。さらに、半導体装置を製造する際
に、装置を形成する基板上において、強誘電体メモリセ
ルの強誘電体キャパシタをSRAMセルを構成するトラ
ンジスタの上方に積層して形成できるので、レイアウト
面積をさらに小さくできる。
電体メモリセルとSRAMセルとがそれぞれ複数設けら
れており、強誘電体メモリセル同士は互いに隣接して配
置されていると共にSRAMセル同士は互いに隣接して
配置されていることが好ましい。このようにすると、従
来の強誘電体メモリセルアレイ及びSRAMセルアレイ
をそのまま使用できる。
パシタとデータ保持ノードとが、外部からの制御信号に
より導通状態とされるデータ転送トランジスタを介して
互いに接続されていることが好ましい。従来の混載型半
導体メモリ装置は、強誘電体メモリセルとSRAMセル
とが互いに独立して構成されているため、それぞれのメ
モリ間でデータの転送を行なう場合には各センスアンプ
回路及び各ビット線を経由して転送しなければならず、
これらのセンスアンプ回路及びビット線が所定の時間占
有されてしまう。その上、データの転送時間も必要とな
り、高速動作の障害となるという問題をも生じる。しか
しながら、本発明のように、強誘電体メモリセルのキャ
パシタとSRAMセルのデータ保持ノードとが選択的に
活性化されるデータ転送トランジスタを介して互いに接
続されているため、強誘電体メモリセルとSRAMセル
とがそれぞれ独立したメモリセルとして機能すると共
に、これらのメモリセル間でデータ転送が可能となる。
電体メモリセルとSRAMセルとが互いに隣接するよう
にそれぞれ複数設けられていることが好ましい。
メモリセル及びSRAMセルからなる一の対と、ビット
線が延びる方向に隣接する他の対とが、隣接する領域の
境界線に対して線対称となるように配置されているここ
とが好ましい。このようにすると、例えば、半導体チッ
プ上において、SRAMセル同士のPチャネル型トラン
ジスタを互いに対向するように配置できるため、レイア
ウト面積をさらに縮小できる。
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
体メモリ装置の部分的な回路構成を示している。図1に
示すように、本実施形態に係る半導体メモリ装置は、第
1のビット線BL0及び第2のビット線BL1とそれぞ
れ接続された強誘電体メモリセル10及びSRAMセル
20と、第1及び第2のビット線BL0、BL1と接続
され、強誘電体メモリセル10又はSRAMセル20に
対してデータの読み出し又は書き込みを行なうセンスア
ンプ回路15とを備えている。
セルプレート線FCP0と接続され、他方の電極が第1
のFRAMセル選択トランジスタQ0のソースと接続さ
れた第1の強誘電体キャパシタC0と、一方の電極がセ
ルプレート線FCP0と接続され、他方の電極が第2の
FRAMセル選択トランジスタQ1のソースと接続され
た第2の強誘電体キャパシタC1とを有している。第1
のFRAMセル選択トランジスタQ0は、ゲートがFR
AM選択用ワード線FWL0と接続され、ドレインが第
1のビット線BL0と接続されている。第2のFRAM
セル選択トランジスタQ1は、ゲートがFRAM選択用
ワード線FWL0と接続され、ドレインが第2のビット
線BL1と接続されている。
接続部を第1のデータ保持ノード25とする負荷トラン
ジスタとしての第1のP型MOSトランジスタQ2及び
駆動トランジスタとしての第1のN型MOSトランジス
タQ3と、直列接続された共通接続部を第2のデータ保
持ノード26とする負荷トランジスタとしての第2のP
型MOSトランジスタQ4及び駆動トランジスタとして
の第2のN型MOSトランジスタQ5とを有している。
また、第1のデータ保持ノード25は、第2のP型MO
SトランジスタQ4及び第2のN型MOSトランジスタ
Q5の各ゲートと接続され、第2のデータ保持ノード2
6は、第1のP型MOSトランジスタQ2及び第1のN
型MOSトランジスタQ3の各ゲートと接続されて、い
わゆるクロスカップル型のラッチ回路を構成している。
RAMセル選択トランジスタQ6を介して第1のビット
線BL0と接続され、第2のデータ保持ノード26は、
第2のSRAMセル選択トランジスタQ7を介して第2
のビット線BL1と接続されている。第1のSRAMセ
ル選択トランジスタQ6及び第2のSRAMセル選択ト
ランジスタQ7の各ゲートは、SRAM選択用ワード線
SWL0と接続されている。
RAMセル20とが、センスアンプ回路15等の周辺回
路を共有できるため、レイアウト面積を縮小できる。
のメモリ装置を形成する際には、強誘電体メモリセル1
0を構成する第1及び第2の強誘電体キャパシタC0、
C1を、SRAMセル20を構成するMOSトランジス
タQ2〜Q5の上方に積層して形成できるため、セル自
体の面積の縮小を容易に図ることができる。
実施形態の一変形例を説明する。
メモリ装置のメモリセルアレイの部分的な回路構成を示
している。図2において、図1に示す構成要素と同一の
構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。
施形態の強誘電体メモリセル10と同一構成の複数の強
誘電体メモリセル10A〜10Dからなる強誘電体メモ
リセル部100と、第1の実施形態のSRAMセル20
と同一構成の複数のSRAMセル20A〜20Dからな
るSRAMセル部200とを備えている。
A〜10Dを有する強誘電体メモリセル部100と、複
数のSRAMセル20A〜20Dを有するSRAMセル
部200とは、各ビット線BL0〜BL3を共有しなが
ら互いに分離されてた構成である。
形態と同様の効果を得られる上に、従来の強誘電体メモ
リセルアレイやSRAMセルアレイを変更せずにそのま
ま使用することができる。
うに、1つの強誘電体メモリセル10と1つのSRAM
セル20とを対とし、複数個の対を設けてアレイ状に配
置してもよい。
実施形態について図面を参照しながら説明する。
体メモリ装置の部分的な回路構成を示している。図3に
おいて、図1に示す構成要素と同一の構成要素には同一
の符号を付すことにより説明を省略する。
0における第1の強誘電体キャパシタC0と第1のFR
AMセル選択トランジスタQ0との間のノードと、SR
AMセル20における第1のデータ保持ノード25とが
第1のデータ転送トランジスタQ8を介して接続されて
いる。同様に、強誘電体メモリセル10における第2の
強誘電体キャパシタC1と第2のFRAMセル選択トラ
ンジスタQ1との間のノードと、SRAMセル20にお
ける第2のデータ保持ノード26とが、第2のデータ転
送トランジスタQ9を介して接続されている。第1のデ
ータ転送トランジスタQ1及び第2のデータ転送トラン
ジスタQ2の各ゲートは、データ転送制御線SFC0と
接続されている。これにより、一体型メモリセル30を
形成している。
電圧でハイレベルとして、第1及び第2のデータ転送ト
ランジスタQ8、Q9をそれぞれ導通状態とすることに
よって、強誘電体メモリセル10とSRAMセル20と
の間でデータ転送が可能となる。
値(電圧)でハイレベルとし、且つ、セルプレート線F
CP0を論理値(電圧)でハイレベルからローレベルに
遷移させることにより、SRAMセル20のデータを強
誘電体メモリセル10に転送することができる。
Mセル10へのデータ転送は、SRAMセル10をラッ
チ回路として構成しているため、第1又は第2のFRA
Mセル選択トランジスタQ0、Q1を介し、さらに第1
又は第2のビット線BL0、BL1及びセンスアンプ回
路15を介してデータ転送を行なう。
状態が解除可能な構成とすれば、ラッチ状態を解除した
状態で強誘電体メモリセル10のセルプレート線FCP
0を論理値(電圧)でローレベルからハイレベルに遷移
させることにより強誘電体メモリセル10のデータの読
み出し動作を行ない、その後ラッチ状態を保持すること
により強誘電体メモリセル10のデータをSRAMセル
20に転送することができる。
様の効果を得られる上に、強誘電体メモリセル10とS
RAMセル20との間で相互にデータ転送が可能とな
る。このため、不揮発性である強誘電体メモリセル10
と高速動作が可能なSRAMセル20との各セルの特性
を活かしたシステムの構築が可能である。
ド同士を選択的に接続できるため、異種のメモリセル間
のデータ転送を迅速に行なえる。
る際には、強誘電体メモリセル10を構成する強誘電体
キャパシタC0、C1を、SRAMセル20を構成する
MOSトランジスタQ2〜Q5の上方に積層して形成で
きるため、セル自体の面積の縮小を容易に図ることがで
きる。
2の実施形態の第1変形例を説明する。
体メモリ装置のメモリセルアレイの部分的な回路構成を
示している。図4において、図3に示す構成要素と同一
の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略
する。
30を複数個アレイ状に配置した構成を採る。これによ
り、各一体型メモリセル30の内部において、異種のメ
モリセル間でデータ転送を行なえる。さらに、各ビット
線BL0〜BL3を介することによって、一の一体型メ
モリセル30と他の一体型メモリセル30との間のデー
タ転送も可能となる。データ転送時には、各ビット線B
Lを介するものの、センスアンプ回路15以外の周辺回
路とは独立してデータ転送が行なえる。
2の実施形態の第2変形例を説明する。
体メモリ装置のメモリセルアレイの部分的な回路構成を
示している。図5において、図4に示す構成要素と同一
の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略
する。
Aと、該第1の一体型メモリセル30Aとビット線BL
が延びる方向に隣接する第2の一体型メモリセル30B
とがビット線方向に対向するように配置されている。
形例に示した強誘電体メモリセル10とSRAMセル2
0とから構成されており、第2の一体型メモリセルを構
成する強誘電体メモリセル11及びSRAMセル21
は、第1の一体型メモリセル30Aと第2の一体型メモ
リセル30Bとが隣接する領域の境界線に対して線対称
となるように配置されている。すなわち、第2の一体型
メモリセル30Bの強誘電体メモリセル11及びSRA
Mセル21は、第1の一体型メモリセル30Aを第2の
一体型メモリセル30Bとの境界を軸として折り返した
配置を採る。
リ装置を形成する基板上において、互いに隣接する第1
の一体型メモリセル30AにおけるSRAMセル20の
P型MOSトランジスタQ2、Q4、及び第2の一体型
メモリセル30BにおけるSRAMセル21のP型MO
SトランジスタQ2、Q4が互いに対向するため、基板
におけるP型MOSトランジスタQ2、Q4を形成する
N型ウエル領域がこれらP型トランジスタQ2、Q4に
より共有されるレイアウト構成が可能となる。さらに、
図5において、本変形例に係るメモリセルアレイは、便
宜上、一対のビット線当たり、例えば第1のビット線B
L0及び第2のビット線BL1に対して2つの一体型メ
モリセル30A、30Bのみを図示しているが、一体型
メモリセル30A、30Bからなるセル対を2対以上配
置すると、第1のFRAMセル選択トランジスタQ0同
士、及び第2のFRAMセル選択トランジスタQ1同士
が互いに対向するため、これらのN型トランジスタQ
0、Q1を形成するP型基板領域がこれらのトランジス
タQ0、Q1により共有されるレイアウト構成を採るこ
とができる。その結果、半導体装置のレイアウト面積を
小さくできる。
2の一体型メモリセル30A、30Bの内部において、
異種のメモリセル間でデータ転送を行なえる。さらに、
各ビット線BL0〜BL3を介することによって、第1
の一体型メモリセル30A同士の間、第2の一体型メモ
リセル30B同士の間、又は第1の一体型メモリセル3
0A及び第2の一体型メモリセル30Bとの間のデータ
転送も可能となる。データ転送時には、各ビット線BL
を介するものの、センスアンプ回路15以外の周辺回路
とは独立してデータ転送が行なえる。
第2の一体型メモリセル30Bとが折り返してなるパタ
ーンの配置を採るため、実際のプロセスにおいて基板上
にメモリ装置を形成する際には、SRAMセル20、2
1同士のウエル領域を共有できるので、さらにレイアウ
ト面積を削減できる。
ャパシタセル10、11は2T2C型として説明してい
るが、1T1C型であってもよい。
と、強誘電体メモリセルにおける第1のセル選択トラン
ジスタと、SRAMセルにおける第2のセル選択トラン
ジスタとが、同一のビット線によりアクセスされるた
め、センスアンプ回路等の周辺回路を共通化できるの
で、チップ面積の縮小を図ることができる。また、半導
体メモリ装置を製造する際に、該装置を形成する基板上
においては、強誘電体メモリセルの強誘電体キャパシタ
をSRAMセルを構成するトランジスタの上方に積層し
て形成でき、レイアウト面積をさらに小さくできる。
置を示す部分的な回路図である。
体メモリ装置におけるメモリセルアレイを示す部分的な
回路図である。
置を示す部分的な回路図である。
導体メモリ装置におけるメモリセルアレイを示す部分的
な回路図である。
導体メモリ装置におけるメモリセルアレイを示す部分的
な回路図である。
のセル選択トランジスタ) Q1 第2のFRAMセル選択トランジスタ Q2 第1のP型MOSトランジスタ(負荷トラン
ジスタ) Q3 第1のN型MOSトランジスタ(駆動トラン
ジスタ) Q4 第2のP型MOSトランジスタ(負荷トラン
ジスタ) Q5 第2のN型MOSトランジスタ(駆動トラン
ジスタ) Q6 第1のSRAMセル選択トランジスタ(第2
のセル選択トランジスタ) Q7 第2のSRAMセル選択トランジスタ Q8 第1のデータ転送トランジスタ Q9 第2のデータ転送トランジスタ 100 強誘電体メモリセル部 200 SRAMセル部 BL0 第1のビット線 BL1 第2のビット線 BL3 第3のビット線 BL4 第4のビット線 FWL0 FRAM選択用ワード線 FCP0 セルプレート線 SWL0 SRAM選択用ワード線 SFC0 データ転送制御線
Claims (5)
- 【請求項1】 強誘電体からなる容量絶縁膜を有するキ
ャパシタ及び該キャパシタを外部から選択的にアクセス
可能とする第1のセル選択トランジスタを含む強誘電体
メモリセルと、 互いに直列に接続され、その共通接続部をデータ保持ノ
ードとする第1導電型の負荷トランジスタ及び第2導電
型の駆動トランジスタ、並びに前記データ保持ノードを
外部から選択的にアクセス可能とする第2のセル選択ト
ランジスタを含むSRAMセルとを備え、 前記第1のセル選択トランジスタと前記第2のセル選択
トランジスタとは、同一のビット線によりアクセスされ
ることを特徴とする半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 前記強誘電体メモリセルと前記SRAM
セルとはそれぞれ複数設けられており、前記強誘電体メ
モリセル同士は互いに隣接して配置されていると共に、
前記SRAMセル同士は互いに隣接して配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項3】 前記キャパシタと前記データ保持ノード
とは、外部からの制御信号により導通状態とされるデー
タ転送トランジスタを介して互いに接続されていること
を特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。 - 【請求項4】 前記強誘電体メモリセルと前記SRAM
セルとは、互いに隣接するようにそれぞれ複数設けられ
ていることを特徴とする請求項1又は3に記載の半導体
メモリ装置。 - 【請求項5】 互いに隣接する前記誘電体メモリセル及
びSRAMセルからなる一の対と、前記ビット線が延び
る方向に隣接する他の対とは、隣接する領域の境界線に
対して線対称となるように配置されていることを特徴と
する請求項4に記載の半導体メモリ装置。
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JP34837799A Expired - Fee Related JP4409018B2 (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 半導体メモリ装置 |
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- 1999-12-08 JP JP34837799A patent/JP4409018B2/ja not_active Expired - Fee Related
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