JP2004031850A - メモリ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御素子群が形成される制御素子群エリアの形状を変えることにより、制御素子群の複数のトランジスタを配置する際の設計の自由度を高め、寸法的な制限を受けないようにして、制御素子群の動作マージンの向上を図る。
【解決手段】第1電極線(共通ノード電極12)と、第1電極線と交差するように形成された第2電極線(プレート線14)との交差領域にキャパシタ13を備え、プレート線14は独立に制御可能な配線であり、共通ノード電極12によって接続されたキャパシタ13群をメモリユニット11とし、このメモリユニット11毎に制御素子群を有する強誘電体メモリ装置において、制御素子群が配置される制御素子群エリア32はキャパシタ13より下層でかつ複数のメモリユニット11間にわたって配置されているものである。
【選択図】 図1
【解決手段】第1電極線(共通ノード電極12)と、第1電極線と交差するように形成された第2電極線(プレート線14)との交差領域にキャパシタ13を備え、プレート線14は独立に制御可能な配線であり、共通ノード電極12によって接続されたキャパシタ13群をメモリユニット11とし、このメモリユニット11毎に制御素子群を有する強誘電体メモリ装置において、制御素子群が配置される制御素子群エリア32はキャパシタ13より下層でかつ複数のメモリユニット11間にわたって配置されているものである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリ装置に関し、詳しくはクロスポイント型メモリ装置のメモリセルに対する制御素子群のレイアウト構成に特徴を有するメモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体薄膜を電極間に挟んでなるキャパシタを備え、共通ノード電極に複数の前記キャパシタが並列に接続されてなるクロスポイント型の強誘電体メモリ装置は、大容量、高速書き込みかつ低消費電力を実現する半導体メモリ装置として、有望とされている(特開2001−319886号、特開2001−305393等参照)。
【0003】
クロスポイント型メモリ装置の一例を図8の回路図によって説明する。図8に示すように、クロスポイント型メモリ装置は、以下の素子によって構成される。
【0004】
メモリセル10は、メモリユニット11を備えている。このメモリユニット11は、一方の電極が共通ノード電極12に接続された複数のキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13を有している。また各キャパシタ13の他方の電極はそれぞれ独立してプレート線14に接続されている。この構成によって、各キャパシタ13では互いに独立したデータを記憶することができる。
【0005】
上記共通ノード電極12には共通電極線21が接続され、この共通電極線21には、共通電極線21の電位変動を感知して電流もしくは電圧の変化として出力端に信号を伝達する制御素子群31が接続されている。また共通電極線21端は、リセットトランジスタ33を介して共通ソース線23に接続されている。このリセットトランジスタ33のゲート側はリセット選択線34が接続されている。上記共通ソース線23は、任意の電位で良く、例えば電源電圧(Vcc)に接続されている。
【0006】
上記制御素子群31にはゲイントランジスタ35が設けられ、そのゲート側が共通電極線21に接続され、そのソース側が共通ソース線23に接続されている。さらに、制御素子群31には、書き込み選択用トランジスタ37が設けられ、そのゲート側にスイッチングを行う書き込み選択線38が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。さらにゲイントランジスタ35には読み出し選択用トランジスタ39が接続され、そのゲート側にスイッチングを行う読み出し選択線40が接続され、その出力側に上記ビット線25が接続されている。このように、読み出し選択用トランジスタ39、書き込み選択用トランジスタ37、ゲイントランジスタ35、リセットトランジスタ33、共通ソース線23を制御素子群31としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図9のレイアウト図に示すように、クロスポイント型メモリ装置ではプレート線14および共通ノード電極12を交差させ、その各交差領域Aに強誘電体膜をはさむ形でキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている(図では1つのメモリユニットが16個の強誘電体キャパシタから成る場合を想定している)。プレート線14、プレート線14間の間隔、共通ノード電極12、共通ノード電極12間の間隔は、全て微細加工可能な最小寸法で形成するのが望ましい。制御素子群31(図8参照)はこれに対応するメモリユニット11(図面では代表して一つを示す)の下層に配置され、制御素子群エリア32に収められていた。上記共通ノード電極12とこの下層の制御素子群31とは、接続部61により接続されている。
【0008】
制御素子群エリア32は面積的には十分であるが、形状が細長く、複数のトランジスタを配置するには非常に困難であった。また、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計自由度も低く、寸法的な制限を受けることがあり、この結果、動作マージンの低下をもたらすこともあった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたメモリ装置である。
【0010】
本発明のメモリ装置は、第1電極線と、前記第1電極線と交差するように形成された第2電極線との交差領域に強誘電体キャパシタを備え、前記第1電極線は共通ノード電極であり、前記第2電極線は独立に制御可能な配線であり、前記共通ノード電極によって接続された前記キャパシタ群をメモリユニットとし、前記メモリユニット毎に制御素子群を有するメモリ装置において、前記制御素子群が形成される制御素子群エリアは前記キャパシタより下層でかつ前記複数のメモリユニット間にわたって配置されているものである。
【0011】
上記メモリ装置では、制御素子群が形成される制御素子群エリアの面積を変えることなく、制御素子群の複数のトランジスタを配置することが容易になる。それによって、設計の自由度を増やすことが可能となる。例えば、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計に自由度が出るため、動作マージンを増やすことも可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明のメモリ装置に係る第1実施の形態を、図1のレイアウト図によって説明する。
【0013】
図1に示すように、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには誘電体膜(例えば強誘電体膜)が挟まれており、ここにキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。ここでは一例として、1つの共通ノード電極12に16本のプレート線14が交差するタイプ(1ユニット当たり16キャパシタ)を示したが、交差するプレート線14の数、言いかえれば一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0014】
一方、制御素子群が形成される領域の制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図1では、一例として4つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置されている。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。
【0015】
次に、メモリセルの回路例を図2の回路図によって説明する。ここでは一例として強誘電体メモリ装置を示す。
【0016】
図2に示すように、クロスポイント型のメモリ装置は、以下の素子によって構成される。すなわち、メモリセル10は、メモリユニット11を備えている。このメモリユニット11は、共通ノード電極12に一方の電極が接続された複数のキャパシタ(例えば強誘電体キャパシタ)13を有するとともに各キャパシタ13の他方の電極はそれぞれ独立してプレート線14に接続されたものである。
【0017】
また、共通ノード電極12には共通電極線21の一端が接続され、さらに共通電極線21の他端にはリセットトランジスタ33を介してソース線23に接続されている。上記リセットトランジスタ33のゲート側にはリセット選択線34が接続されている。さらに上記共通電極線21には、この共通電極線21の電位変動を感知して電流もしくは電圧の変化として出力端に信号を伝達する制御素子群31が接続されている。
【0018】
この制御素子群31には、ゲイントランジスタ35が設けられ、そのゲート側が共通電極線21に接続され、そのソース側がソース線23に接続されている。さらに書き込み選択用トランジスタ37が設けられ、そのゲート側に書き込み選択線38が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。さらにゲイントランジスタ35には読み出し選択用トランジスタ39が接続され、そのゲート側に読み出し選択線40が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。上記ソース線23は電源電圧(Vcc)に接続されていてもよく、もしくは、任意の電位であっても良い。
【0019】
また、配線層の増大や、セル面積の増加を防ぐため、ソース線23はアクティブ配線(活性領域)とし、各種選択線(ゲート層)と平行にレイアウトしている。
【0020】
上記強誘電体メモリ装置のように、ゲイン回路を有する構造では、読み出し時に、キャパシタ13に保存されたデータに応じた信号を共通電極線21に発生させ共通電極線21をゲートとするゲイントランジスタ35によって、この信号を増幅しビット線25に伝達するようになっている。これは信号を増幅することで読み出しマージンを増大させるのが主な目的である。
【0021】
次に、上記図2に示した制御素子群23のレイアウトの一例を、図3のレイアウト図によって説明する。なお、図面において、活性領域は、わかり易くするために、破線のハッチングを描いて示した。
【0022】
図3に示すように、半導体基板100上に、リセット選択線34、読み出し選択線40、書き込み選択線38が順にかつ平行に形成されている。上記各選択線は、例えばポリシリコンで形成されている。さらに、上記各選択線上を図示はしない絶縁膜を介して直交する状態に共通電極線21およびビット線25が形成されている。
【0023】
共通電極線21の一端側には上記リセット選択線34をゲート電極とするリセットトランジスタ33が形成されている。このリセットトランジスタ33の活性領域71はリセット選択線34を挟んだ領域の半導体基板100に形成されている。
【0024】
リセットトランジスタ33の活性領域に形成される一方の拡散層43は接続部63を介して共通電極線21に接続され、リセットトランジスタ33の他方の拡散層44は各選択線に平行に、かつリセット選択線34と読み出し選択線40との間における半導体基板100に形成されるソース線23に接続されている。このソース線23は活性領域(拡散層)で形成されている。
【0025】
さらにソース線23の活性領域は、上記ビット線25下の半導体基板100に、書き込み選択線38方向に延長形成されている。リセット選択線34と読み出し選択線40との間には、この延長形成された活性領域を横切るように、ゲイントランジスタ35のゲート電極85が形成されている。このゲート電極85には接続部65を介して上記共通電極線21が接続されている。このゲイントランジスタ35の一方の拡散層45は上記ソース線23に接続され、他方の拡散層46は、読み出し用選択トランジスタ39の一方の拡散層49と共用されている。この読み出し用選択トランジスタ39は、読み出し選択線40をゲート電極としている。また読み出し用選択トランジスタ39の他方の拡散層50は、後に説明する書き込み用選択トランジスタ37の一方の拡散層47と共用されている。この共用されている拡散層47には、ビット線25に接続する接続部67が形成されている。
【0026】
さらに、上記ソース線23よりビット線25にそって延長形成された活性領域75端は、さらに共通電極線21方向に、すなわち、読み出し選択線40と書き込み選択線38との間で各選択線の配設方向における半導体基板100に延長形成されている。この延長形成された活性領域77を横切るように共通電極線21とビット線25との間には、書き込み選択線38に接続される書き込み用トランジスタ37のゲート電極87が形成されている。このゲート電極87の一方側の拡散層47は、上記説明したように、上記読み出し用選択トランジスタ39の拡散層49と共用されている。また、他方の拡散層48は共通電極線21に接続部68を介して接続されている。
【0027】
さらに、上記共通電極線21の他端にはメモリユニットの共通ノード電極(図示せず)が接続部61を介して接続されている。
【0028】
上記各ゲート電極は活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成されている。また、活性領域以外の半導体基板100には素子分離領域が形成されている。
【0029】
次に、メモリセルの別の回路例を図4の回路図によって説明する。
【0030】
図4に示すように、クロスポイント型の強誘電体メモリ装置は、前記図2によって説明した回路構成において、共通ノード電極12と共通電極線21との間に、メモリユニット11を選択するためのユニット選択トランジスタ91を設け、このユニット選択トランジスタ91のゲートに接続されるユニット選択線92が他の選択線と平行に配置されているものである。したがって、キャパシタ13、プレート線14、メモリユニット11、書き込み選択用トランジスタ37、書き込み選択線38、読み出し選択用トランジスタ39、読み出し選択線40、ゲイントランジスタ35、リセットトランジスタ33、リセット選択線34、制御素子群31、ソース線23は前記図2によって説明した構成と同様である。
【0031】
また、図4に示した構成においても、配線層の増大や、セル面積の増加を防ぐため、ソース線23はアクティブ配線(活性領域)とし、各種選択線(ゲート層)と平行にレイアウトしている。
【0032】
さらにゲイン回路を有する構造であるため、読み出し時に、キャパシタ13に保存されたデータに応じた信号を共通電極線21に発生させ、共通電極線21をゲートとするゲイントランジスタ35によって、この信号を増幅しビット線25に伝達するようになっている。これは信号を増幅することで読み出しマージンを増大させるのが主な目的である。
【0033】
次に、上記図4に示したユニット選択トランジスタ91を含めた制御素子群31のレイアウトの一例を、図5のレイアウト図によって説明する。なお、図面において、活性領域は、わかり易くするために、破線のハッチングを描いて示した。
【0034】
図5に示すように、半導体基板100上に、リセット選択線34、読み出し選択線40、書き込み選択線38、ユニット選択線92が順にかつ平行に形成されている。上記各選択線は、例えばポリシリコンで形成されている。さらに、上記各選択線上を図示はしない絶縁膜を介して直交する状態に共通電極線21およびビット線25が形成されている。
【0035】
共通電極線21の一端側には上記リセット選択線34をゲート電極とするリセットトランジスタ33が形成されている。このリセットトランジスタ33の活性領域71はリセット選択線34を挟んだ領域の半導体基板100に形成されている。
【0036】
リセットトランジスタ33の活性領域71に形成される一方の拡散層43は接続部63を介して共通電極線21に接続され、リセットトランジスタ33の他方の拡散層44は各選択線に平行に、かつリセット選択線34と読み出し選択線40との間における半導体基板100に形成されるソース線23に接続されている。このソース線23は活性領域で形成されている。
【0037】
さらにソース線23の活性領域は、上記ビット線25下の半導体基板100に、書き込み選択線38方向に延長形成されている。リセット選択線34と読み出し選択線40との間には、この延長形成された活性領域75を横切るように、ゲイントランジスタ35のゲート電極85が形成されている。このゲート電極85には接続部65を介して上記共通電極線21が接続されている。このゲイントランジスタ35の一方の拡散層45は上記ソース線23に接続され、他方の拡散層46は、読み出し用選択トランジスタ39の一方の拡散層49と共用されている。この読み出し用選択トランジスタ39は、読み出し選択線40をゲート電極としている。また読み出し用選択トランジスタ39の他方の拡散層50は、後に説明する書き込み用選択トランジスタ38の一方の拡散層47と共用されている。この共用されている拡散層47には、ビット線25に接続する接続部67が形成されている。
【0038】
さらに、上記ソース線23よりビット線25にそって延長形成された活性領域75端は、さらに共通電極線21方向に、すなわち、読み出し選択線40と書き込み選択線38との間で各選択線の配設方向における半導体基板100に延長形成されている。この延長形成された活性領域77を横切るように共通電極線21とビット線25との間には、書き込み選択線38に接続される書き込み用トランジスタ37のゲート電極87が形成されている。このゲート電極87の一方側の拡散層47は、上記説明したように、上記読み出し用選択トランジスタ39の拡散層49と共用されている。また、他方の拡散層48は共通電極線21に接続部68を介して接続されている。
【0039】
さらに、上記共通電極線21の他端の半導体基板100には、ユニット選択トランジスタ91が形成される活性領域79が形成され、その活性領域79上には上記ユニット選択線92が形成され、このユニット選択線92がユニット選択トランジスタ91のゲートとなっている。また活性領域79におけるユニット選択線92の一方側(書き込み選択線38側)の拡散層93には上記共通電極線21の他端が接続部95を介して接続されている。またユニット選択線92の他方側の拡散層94には接続部96、接続線97、接続部61を介して、メモリユニットの共通ノード電極(図4参照)が接続される。
【0040】
上記各ゲート電極は活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成されている。また、活性領域以外の半導体基板100には素子分離領域が形成されている。
【0041】
次に、本発明に係る第2、第3実施の形態を、図6、図7に示すレイアウト図によって説明する。
【0042】
第2実施の形態では、図6に示すように、前記第1実施の形態と同様に、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには、キャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。第2実施の形態においても、一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0043】
一方、制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図6では、一例として2つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。すなわち、制御素子群エリア32は2本の隣接する共通ノード電極12にわたって、共通ノード電極12の配設方向に長方形状に形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置される。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。この素子構成は、一例として、前記図2〜図5によって説明した構成である。
【0044】
第3実施の形態では、図7に示すように、前記第1実施の形態と同様に、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには、キャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。第3実施の形態においても、一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0045】
一方、制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図7では、一例として8つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。すなわち、制御素子群エリア32は8本の隣接する共通ノード電極12にわたって、共通ノード電極12の配設方向に長方形状に形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置される。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。この素子構成は、一例として、前記図2〜図5によって説明した構成である。
【0046】
前記図6のように、制御素子群エリア32は、X方向側を短く、Y方向側を長く形成しても、また、前記図7のように、X方向側を長く、Y方向側を短くしても、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0047】
また、前記図1、図6、図7においては、制御素子群エリア32は、矩形形状を成しているが、これに限るものではなく、L字形状や、T字形状となっていても同様の効果を得ることができる。
【0048】
上記説明した制御素子群31の回路構成、レイアウト構成は、一例であって、他の回路構成、レイアウト構成を採ることもできる。例えば、図3に示したレイアウト構成では、共通ノード電極との接続部の配置位置は共通電極線21上であればどのような位置でもよい。例えば、図5に示したレイアウト構成では、共通ノード電極12との接続部61を直接ユニット選択トランジスタ91の拡散層94に接続してもよい。このような構成を採る制御素子群であっても、図1および図6、図7に示す本発明のメモリユニット11に対する制御素子群エリア32の配置構成を採ることができる。
【0049】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のメモリ装置によれば、制御素子群を複数のメモリユニット間にわたってキャパシタより下層に配置したので、上記メモリ装置では、制御素子群の占有面積を変えることなく、ゲイントランジスタ、書き込み用選択トランジスタ、読み出し用選択トランジスタ等の複数の制御トランジスタを配置することが容易になる。それによって、設計の自由度を増やすことができる。例えば、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計に自由度が出るため、動作マージンを増やすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメモリ装置に係る第1実施の形態を示すレイアウト図である。
【図2】メモリセルの回路例を示す回路図である。
【図3】図2に示したメモリセルのレイアウト例を示すレイアウト図である。
【図4】メモリセルの別の回路例を示す回路図である。
【図5】図4に示したメモリセルのレイアウト例を示すレイアウト図である。
【図6】本発明のメモリ装置に係る第2実施の形態を示すレイアウト図である。
【図7】本発明のメモリ装置に係る第3実施の形態を示すレイアウト図である。
【図8】従来のメモリセルを説明する回路図である。
【図9】従来のメモリ装置を示すレイアウト図である。
【符号の説明】
11…メモリユニット、12…共通ノード電極、13…キャパシタ、14…プレート線、32…制御素子群エリア
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリ装置に関し、詳しくはクロスポイント型メモリ装置のメモリセルに対する制御素子群のレイアウト構成に特徴を有するメモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体薄膜を電極間に挟んでなるキャパシタを備え、共通ノード電極に複数の前記キャパシタが並列に接続されてなるクロスポイント型の強誘電体メモリ装置は、大容量、高速書き込みかつ低消費電力を実現する半導体メモリ装置として、有望とされている(特開2001−319886号、特開2001−305393等参照)。
【0003】
クロスポイント型メモリ装置の一例を図8の回路図によって説明する。図8に示すように、クロスポイント型メモリ装置は、以下の素子によって構成される。
【0004】
メモリセル10は、メモリユニット11を備えている。このメモリユニット11は、一方の電極が共通ノード電極12に接続された複数のキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13を有している。また各キャパシタ13の他方の電極はそれぞれ独立してプレート線14に接続されている。この構成によって、各キャパシタ13では互いに独立したデータを記憶することができる。
【0005】
上記共通ノード電極12には共通電極線21が接続され、この共通電極線21には、共通電極線21の電位変動を感知して電流もしくは電圧の変化として出力端に信号を伝達する制御素子群31が接続されている。また共通電極線21端は、リセットトランジスタ33を介して共通ソース線23に接続されている。このリセットトランジスタ33のゲート側はリセット選択線34が接続されている。上記共通ソース線23は、任意の電位で良く、例えば電源電圧(Vcc)に接続されている。
【0006】
上記制御素子群31にはゲイントランジスタ35が設けられ、そのゲート側が共通電極線21に接続され、そのソース側が共通ソース線23に接続されている。さらに、制御素子群31には、書き込み選択用トランジスタ37が設けられ、そのゲート側にスイッチングを行う書き込み選択線38が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。さらにゲイントランジスタ35には読み出し選択用トランジスタ39が接続され、そのゲート側にスイッチングを行う読み出し選択線40が接続され、その出力側に上記ビット線25が接続されている。このように、読み出し選択用トランジスタ39、書き込み選択用トランジスタ37、ゲイントランジスタ35、リセットトランジスタ33、共通ソース線23を制御素子群31としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図9のレイアウト図に示すように、クロスポイント型メモリ装置ではプレート線14および共通ノード電極12を交差させ、その各交差領域Aに強誘電体膜をはさむ形でキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている(図では1つのメモリユニットが16個の強誘電体キャパシタから成る場合を想定している)。プレート線14、プレート線14間の間隔、共通ノード電極12、共通ノード電極12間の間隔は、全て微細加工可能な最小寸法で形成するのが望ましい。制御素子群31(図8参照)はこれに対応するメモリユニット11(図面では代表して一つを示す)の下層に配置され、制御素子群エリア32に収められていた。上記共通ノード電極12とこの下層の制御素子群31とは、接続部61により接続されている。
【0008】
制御素子群エリア32は面積的には十分であるが、形状が細長く、複数のトランジスタを配置するには非常に困難であった。また、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計自由度も低く、寸法的な制限を受けることがあり、この結果、動作マージンの低下をもたらすこともあった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたメモリ装置である。
【0010】
本発明のメモリ装置は、第1電極線と、前記第1電極線と交差するように形成された第2電極線との交差領域に強誘電体キャパシタを備え、前記第1電極線は共通ノード電極であり、前記第2電極線は独立に制御可能な配線であり、前記共通ノード電極によって接続された前記キャパシタ群をメモリユニットとし、前記メモリユニット毎に制御素子群を有するメモリ装置において、前記制御素子群が形成される制御素子群エリアは前記キャパシタより下層でかつ前記複数のメモリユニット間にわたって配置されているものである。
【0011】
上記メモリ装置では、制御素子群が形成される制御素子群エリアの面積を変えることなく、制御素子群の複数のトランジスタを配置することが容易になる。それによって、設計の自由度を増やすことが可能となる。例えば、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計に自由度が出るため、動作マージンを増やすことも可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明のメモリ装置に係る第1実施の形態を、図1のレイアウト図によって説明する。
【0013】
図1に示すように、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには誘電体膜(例えば強誘電体膜)が挟まれており、ここにキャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。ここでは一例として、1つの共通ノード電極12に16本のプレート線14が交差するタイプ(1ユニット当たり16キャパシタ)を示したが、交差するプレート線14の数、言いかえれば一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0014】
一方、制御素子群が形成される領域の制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図1では、一例として4つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置されている。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。
【0015】
次に、メモリセルの回路例を図2の回路図によって説明する。ここでは一例として強誘電体メモリ装置を示す。
【0016】
図2に示すように、クロスポイント型のメモリ装置は、以下の素子によって構成される。すなわち、メモリセル10は、メモリユニット11を備えている。このメモリユニット11は、共通ノード電極12に一方の電極が接続された複数のキャパシタ(例えば強誘電体キャパシタ)13を有するとともに各キャパシタ13の他方の電極はそれぞれ独立してプレート線14に接続されたものである。
【0017】
また、共通ノード電極12には共通電極線21の一端が接続され、さらに共通電極線21の他端にはリセットトランジスタ33を介してソース線23に接続されている。上記リセットトランジスタ33のゲート側にはリセット選択線34が接続されている。さらに上記共通電極線21には、この共通電極線21の電位変動を感知して電流もしくは電圧の変化として出力端に信号を伝達する制御素子群31が接続されている。
【0018】
この制御素子群31には、ゲイントランジスタ35が設けられ、そのゲート側が共通電極線21に接続され、そのソース側がソース線23に接続されている。さらに書き込み選択用トランジスタ37が設けられ、そのゲート側に書き込み選択線38が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。さらにゲイントランジスタ35には読み出し選択用トランジスタ39が接続され、そのゲート側に読み出し選択線40が接続され、その出力側にビット線25が接続されている。上記ソース線23は電源電圧(Vcc)に接続されていてもよく、もしくは、任意の電位であっても良い。
【0019】
また、配線層の増大や、セル面積の増加を防ぐため、ソース線23はアクティブ配線(活性領域)とし、各種選択線(ゲート層)と平行にレイアウトしている。
【0020】
上記強誘電体メモリ装置のように、ゲイン回路を有する構造では、読み出し時に、キャパシタ13に保存されたデータに応じた信号を共通電極線21に発生させ共通電極線21をゲートとするゲイントランジスタ35によって、この信号を増幅しビット線25に伝達するようになっている。これは信号を増幅することで読み出しマージンを増大させるのが主な目的である。
【0021】
次に、上記図2に示した制御素子群23のレイアウトの一例を、図3のレイアウト図によって説明する。なお、図面において、活性領域は、わかり易くするために、破線のハッチングを描いて示した。
【0022】
図3に示すように、半導体基板100上に、リセット選択線34、読み出し選択線40、書き込み選択線38が順にかつ平行に形成されている。上記各選択線は、例えばポリシリコンで形成されている。さらに、上記各選択線上を図示はしない絶縁膜を介して直交する状態に共通電極線21およびビット線25が形成されている。
【0023】
共通電極線21の一端側には上記リセット選択線34をゲート電極とするリセットトランジスタ33が形成されている。このリセットトランジスタ33の活性領域71はリセット選択線34を挟んだ領域の半導体基板100に形成されている。
【0024】
リセットトランジスタ33の活性領域に形成される一方の拡散層43は接続部63を介して共通電極線21に接続され、リセットトランジスタ33の他方の拡散層44は各選択線に平行に、かつリセット選択線34と読み出し選択線40との間における半導体基板100に形成されるソース線23に接続されている。このソース線23は活性領域(拡散層)で形成されている。
【0025】
さらにソース線23の活性領域は、上記ビット線25下の半導体基板100に、書き込み選択線38方向に延長形成されている。リセット選択線34と読み出し選択線40との間には、この延長形成された活性領域を横切るように、ゲイントランジスタ35のゲート電極85が形成されている。このゲート電極85には接続部65を介して上記共通電極線21が接続されている。このゲイントランジスタ35の一方の拡散層45は上記ソース線23に接続され、他方の拡散層46は、読み出し用選択トランジスタ39の一方の拡散層49と共用されている。この読み出し用選択トランジスタ39は、読み出し選択線40をゲート電極としている。また読み出し用選択トランジスタ39の他方の拡散層50は、後に説明する書き込み用選択トランジスタ37の一方の拡散層47と共用されている。この共用されている拡散層47には、ビット線25に接続する接続部67が形成されている。
【0026】
さらに、上記ソース線23よりビット線25にそって延長形成された活性領域75端は、さらに共通電極線21方向に、すなわち、読み出し選択線40と書き込み選択線38との間で各選択線の配設方向における半導体基板100に延長形成されている。この延長形成された活性領域77を横切るように共通電極線21とビット線25との間には、書き込み選択線38に接続される書き込み用トランジスタ37のゲート電極87が形成されている。このゲート電極87の一方側の拡散層47は、上記説明したように、上記読み出し用選択トランジスタ39の拡散層49と共用されている。また、他方の拡散層48は共通電極線21に接続部68を介して接続されている。
【0027】
さらに、上記共通電極線21の他端にはメモリユニットの共通ノード電極(図示せず)が接続部61を介して接続されている。
【0028】
上記各ゲート電極は活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成されている。また、活性領域以外の半導体基板100には素子分離領域が形成されている。
【0029】
次に、メモリセルの別の回路例を図4の回路図によって説明する。
【0030】
図4に示すように、クロスポイント型の強誘電体メモリ装置は、前記図2によって説明した回路構成において、共通ノード電極12と共通電極線21との間に、メモリユニット11を選択するためのユニット選択トランジスタ91を設け、このユニット選択トランジスタ91のゲートに接続されるユニット選択線92が他の選択線と平行に配置されているものである。したがって、キャパシタ13、プレート線14、メモリユニット11、書き込み選択用トランジスタ37、書き込み選択線38、読み出し選択用トランジスタ39、読み出し選択線40、ゲイントランジスタ35、リセットトランジスタ33、リセット選択線34、制御素子群31、ソース線23は前記図2によって説明した構成と同様である。
【0031】
また、図4に示した構成においても、配線層の増大や、セル面積の増加を防ぐため、ソース線23はアクティブ配線(活性領域)とし、各種選択線(ゲート層)と平行にレイアウトしている。
【0032】
さらにゲイン回路を有する構造であるため、読み出し時に、キャパシタ13に保存されたデータに応じた信号を共通電極線21に発生させ、共通電極線21をゲートとするゲイントランジスタ35によって、この信号を増幅しビット線25に伝達するようになっている。これは信号を増幅することで読み出しマージンを増大させるのが主な目的である。
【0033】
次に、上記図4に示したユニット選択トランジスタ91を含めた制御素子群31のレイアウトの一例を、図5のレイアウト図によって説明する。なお、図面において、活性領域は、わかり易くするために、破線のハッチングを描いて示した。
【0034】
図5に示すように、半導体基板100上に、リセット選択線34、読み出し選択線40、書き込み選択線38、ユニット選択線92が順にかつ平行に形成されている。上記各選択線は、例えばポリシリコンで形成されている。さらに、上記各選択線上を図示はしない絶縁膜を介して直交する状態に共通電極線21およびビット線25が形成されている。
【0035】
共通電極線21の一端側には上記リセット選択線34をゲート電極とするリセットトランジスタ33が形成されている。このリセットトランジスタ33の活性領域71はリセット選択線34を挟んだ領域の半導体基板100に形成されている。
【0036】
リセットトランジスタ33の活性領域71に形成される一方の拡散層43は接続部63を介して共通電極線21に接続され、リセットトランジスタ33の他方の拡散層44は各選択線に平行に、かつリセット選択線34と読み出し選択線40との間における半導体基板100に形成されるソース線23に接続されている。このソース線23は活性領域で形成されている。
【0037】
さらにソース線23の活性領域は、上記ビット線25下の半導体基板100に、書き込み選択線38方向に延長形成されている。リセット選択線34と読み出し選択線40との間には、この延長形成された活性領域75を横切るように、ゲイントランジスタ35のゲート電極85が形成されている。このゲート電極85には接続部65を介して上記共通電極線21が接続されている。このゲイントランジスタ35の一方の拡散層45は上記ソース線23に接続され、他方の拡散層46は、読み出し用選択トランジスタ39の一方の拡散層49と共用されている。この読み出し用選択トランジスタ39は、読み出し選択線40をゲート電極としている。また読み出し用選択トランジスタ39の他方の拡散層50は、後に説明する書き込み用選択トランジスタ38の一方の拡散層47と共用されている。この共用されている拡散層47には、ビット線25に接続する接続部67が形成されている。
【0038】
さらに、上記ソース線23よりビット線25にそって延長形成された活性領域75端は、さらに共通電極線21方向に、すなわち、読み出し選択線40と書き込み選択線38との間で各選択線の配設方向における半導体基板100に延長形成されている。この延長形成された活性領域77を横切るように共通電極線21とビット線25との間には、書き込み選択線38に接続される書き込み用トランジスタ37のゲート電極87が形成されている。このゲート電極87の一方側の拡散層47は、上記説明したように、上記読み出し用選択トランジスタ39の拡散層49と共用されている。また、他方の拡散層48は共通電極線21に接続部68を介して接続されている。
【0039】
さらに、上記共通電極線21の他端の半導体基板100には、ユニット選択トランジスタ91が形成される活性領域79が形成され、その活性領域79上には上記ユニット選択線92が形成され、このユニット選択線92がユニット選択トランジスタ91のゲートとなっている。また活性領域79におけるユニット選択線92の一方側(書き込み選択線38側)の拡散層93には上記共通電極線21の他端が接続部95を介して接続されている。またユニット選択線92の他方側の拡散層94には接続部96、接続線97、接続部61を介して、メモリユニットの共通ノード電極(図4参照)が接続される。
【0040】
上記各ゲート電極は活性領域上にゲート絶縁膜を介して形成されている。また、活性領域以外の半導体基板100には素子分離領域が形成されている。
【0041】
次に、本発明に係る第2、第3実施の形態を、図6、図7に示すレイアウト図によって説明する。
【0042】
第2実施の形態では、図6に示すように、前記第1実施の形態と同様に、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには、キャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。第2実施の形態においても、一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0043】
一方、制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図6では、一例として2つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。すなわち、制御素子群エリア32は2本の隣接する共通ノード電極12にわたって、共通ノード電極12の配設方向に長方形状に形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置される。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。この素子構成は、一例として、前記図2〜図5によって説明した構成である。
【0044】
第3実施の形態では、図7に示すように、前記第1実施の形態と同様に、複数本のプレート線14と複数本の共通ノード電極12とが交差して格子状に配置されている。各プレート線14と各共通ノード電極12との交差領域Aには、キャパシタ(強誘電体キャパシタ)13が形成されている。すなわち、1本の共通ノード電極12にそって、図示した例では16個のキャパシタ(例えば、強誘電体キャパシタ)13が配置されていて、その16個のキャパシタ13と、各キャパシタ13に接続されている上記プレート線14とによってメモリユニット11が構成されている。第3実施の形態においても、一つの共通ノード電極12に接続されているキャパシタ13の個数はメモリ装置の設計事項として適宜選択することができる。
【0045】
一方、制御素子群エリア32は二つ以上のメモリユニット11にわたる位置の下層に形成されている。図7では、一例として8つのメモリユニット11にわたる領域に制御素子群エリア32(2点鎖線で示す領域)が形成されている。すなわち、制御素子群エリア32は8本の隣接する共通ノード電極12にわたって、共通ノード電極12の配設方向に長方形状に形成されている。図示した例では、制御素子群エリア32はX方向に、共通ノード電極12が配設される1ピッチ分に相当する距離だけずつずらして配置されている。この制御素子群エリア32のずらし量は、適宜設定することができる。そして、上層の共通ノード電極12と下層の制御素子群(図示せず)とは接続部61によって接続されている。接続部61の形成位置は、図示したように制御素子群エリア32の一角部に配置してもよいが、図示した位置に限定するものではない。一つの制御素子群が二つ以上のメモリユニット11に接続しないように、すなわち、一つの制御素子群は一つのメモリユニット11に対応して接続するように、接続部61は配置される。また、制御素子群エリア32内の制御素子のレイアウトは全て同じになっていて、繰り返しパターンとするのが理想的である。この素子構成は、一例として、前記図2〜図5によって説明した構成である。
【0046】
前記図6のように、制御素子群エリア32は、X方向側を短く、Y方向側を長く形成しても、また、前記図7のように、X方向側を長く、Y方向側を短くしても、第1実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0047】
また、前記図1、図6、図7においては、制御素子群エリア32は、矩形形状を成しているが、これに限るものではなく、L字形状や、T字形状となっていても同様の効果を得ることができる。
【0048】
上記説明した制御素子群31の回路構成、レイアウト構成は、一例であって、他の回路構成、レイアウト構成を採ることもできる。例えば、図3に示したレイアウト構成では、共通ノード電極との接続部の配置位置は共通電極線21上であればどのような位置でもよい。例えば、図5に示したレイアウト構成では、共通ノード電極12との接続部61を直接ユニット選択トランジスタ91の拡散層94に接続してもよい。このような構成を採る制御素子群であっても、図1および図6、図7に示す本発明のメモリユニット11に対する制御素子群エリア32の配置構成を採ることができる。
【0049】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のメモリ装置によれば、制御素子群を複数のメモリユニット間にわたってキャパシタより下層に配置したので、上記メモリ装置では、制御素子群の占有面積を変えることなく、ゲイントランジスタ、書き込み用選択トランジスタ、読み出し用選択トランジスタ等の複数の制御トランジスタを配置することが容易になる。それによって、設計の自由度を増やすことができる。例えば、トランジスタのゲート長やゲート幅の設計に自由度が出るため、動作マージンを増やすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメモリ装置に係る第1実施の形態を示すレイアウト図である。
【図2】メモリセルの回路例を示す回路図である。
【図3】図2に示したメモリセルのレイアウト例を示すレイアウト図である。
【図4】メモリセルの別の回路例を示す回路図である。
【図5】図4に示したメモリセルのレイアウト例を示すレイアウト図である。
【図6】本発明のメモリ装置に係る第2実施の形態を示すレイアウト図である。
【図7】本発明のメモリ装置に係る第3実施の形態を示すレイアウト図である。
【図8】従来のメモリセルを説明する回路図である。
【図9】従来のメモリ装置を示すレイアウト図である。
【符号の説明】
11…メモリユニット、12…共通ノード電極、13…キャパシタ、14…プレート線、32…制御素子群エリア
Claims (6)
- 第1電極線と、前記第1電極線と交差するように形成された第2電極線との交差領域にキャパシタを備え、
前記第1電極線は共通ノード電極であり、
前記第2電極線は独立に制御可能な配線であり、
前記共通ノード電極によって接続された前記キャパシタ群をメモリユニットとし、前記メモリユニット毎に制御素子群を有する強誘電体メモリ装置において、前記制御素子群が形成される制御素子群エリアは前記キャパシタより下層でかつ前記複数のメモリユニット間にわたって配置されている
ことを特徴とするメモリ装置。 - 前記各制御素子群は全て同じレイアウト構造を持つ
ことを特徴とする請求項1記載のメモリ装置。 - 前記制御素子群は独立した選択線と選択トランジスタとによって構成されている
ことを特徴とする請求項1記載のメモリ装置。 - 前記制御素子群は、
書き込み選択トランジスタと、
前記書き込み選択トランジスタのゲート側に接続された独立した書き込み選択線と、
読み出し選択トランジスタと、
前記読み出し選択トランジスタのゲート側に接続された独立した読み出し選択線と、
前記共通ノード電極に接続される共通電極線の電位変化をビット線に増幅伝達するもので前記共通電極線がゲートに接続されるゲイントランジスタと、
を備えていることを特徴とする請求項1記載のメモリ装置。 - 前記制御素子群は、
書き込み選択トランジスタと、
前記書き込み選択トランジスタのゲート側に接続された独立した書き込み選択線と、
読み出し選択トランジスタと、
前記読み出し選択トランジスタのゲート側に接続された独立した読み出し選択線と、
前記共通ノード電極に接続される共通電極線の電位変化をビット線に増幅伝達するもので前記共通電極線がゲートに接続されるゲイントランジスタと、
前記共通電極線を任意の電位にリセットするためのもので前記共通電極線および任意の電圧源をドレインおよびソースとし、独立したリセット選択線をゲート電極とするリセットトランジスタと
を備えていることを特徴とする請求項1記載のメモリ装置。 - 前記メモリユニットと前記制御素子群との間にユニット選択線をゲートとするユニット選択トランジスタ
を備えたことを特徴とする請求項1記載のメモリ装置。
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