JP2005141812A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 マスクROMにおいて、隣接するビット線間に生じるカップリング現象の抑止を図る。
【解決手段】 本発明は、コンタクトホール及びこのコンタクトホールに埋め込まれる電極がメモリトランジスタMTijに形成されるか否かにより、その記憶状態を切り換えるコンタククトマスク切り換え方式のマスクROMにおいて、選択されていないビット線の電位を固定するビット線固定回路を設けたことを特徴とするものである。また、本発明のマスクROMは、上記構成におけるビット線固定回路が、ビット線固定用トランジスタから成ることを特徴とするものである。また、上記マスクROMは、マイクロコンピュータに用いられることを特徴とするものである。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明は、コンタクトホール及びこのコンタクトホールに埋め込まれる電極がメモリトランジスタMTijに形成されるか否かにより、その記憶状態を切り換えるコンタククトマスク切り換え方式のマスクROMにおいて、選択されていないビット線の電位を固定するビット線固定回路を設けたことを特徴とするものである。また、本発明のマスクROMは、上記構成におけるビット線固定回路が、ビット線固定用トランジスタから成ることを特徴とするものである。また、上記マスクROMは、マイクロコンピュータに用いられることを特徴とするものである。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、読出し専用半導体記憶装置に関する。
従来より、読出し専用半導体記憶装置として、マスクの切り換えによりプログラムの書き込みを行うマスクROMが知られている。マスクROMの方式には、(1)メモリトランジスタをビット線に接続するか否かを拡散層の有無で切り換える拡散層マスク切り換え方式、(2)メモリトランジスタの導通状態をそのチャネル領域にイオン注入がされているか否かにより切り換えるイオン注入マスク切り換え方式、(3)コンタクトの有無によりメモリトランジスタをビット線に接続するか否かを切り換えるコンタクトマスク切り換え方式がある。
一般にマスクROMはユーザーからの受注があったときにプログラム書き込み工程を行うため、このプログラム書き込み工程はマスクROMの製造工程の最終工程に近い程、TATを短縮することができる。すなわち、受注から納品までの期間を短縮することができる。
上記マスクROMの方式の中、(1)の拡散マスク切り換え方式は、拡散工程がマスクROMの製造工程の初期に行われるため、TAT短縮のためには不利である。
また、(2)のイオン注入マスク切り換え方式では、プログラム書き込み用のイオン注入工程をROMの製造工程の後期に行うことができ、TATの短縮を図ることができる。しかし、多層メタルプロセスが適用されるマスクROMに対してこの方式を採用する場合には、メモリトランジスタのチャネル領域にイオンを打ち込むために、多層に積層された絶縁層を貫通させるような高加速エネルギーでイオン注入を行うか、もしくは比較的低加速エネルギーでイオン注入できるように、絶縁層をある程度エッチングした後に、イオン注入しなければならず、工程が複雑になってしまう。
(3)のコンタクトマスク切り換え方式は、(1)の拡散マスク切り換え方式や(2)のイオン注入マスク切り換え方式に比して、TAT短縮に関して有効であり、かつ複雑な工程を回避し得るものである。以下に、コンタクトマスク切り換え方式について、図面を参照して説明する。図2は、従来例に係るコンタクトマスク切り換え方式によるマスクROMの回路図である。
図2に示すように、複数のワード線WLi(i=1,・・・,m)と複数のビット線BLj(j=1,・・・,n)が、互いに交叉して配置されている。上記複数のワード線WLi及び複数のビット線BLiの各交叉点に対応して、複数のメモリトランジスタMTijが配置されている。複数のメモリトランジスタMTijの各ソースには、第1の電位である電源電位Vddが供給されている。メモリトランジスタMTijは、そのドレインがビット線BLjに接続されるか否かに応じてデータを記憶するものである。なお、上記ソースとビット線BLjとの接続は、不図示のコンタクトホールに埋め込まれた電極を介して行われる。
ここで、複数のワード線WLiは、当該ワード線WLiを選択するワード線選択回路WSに接続されている。複数のビット線BLjは、複数のビット線選択用トランジスタSTjを介して、当該ビット線BLjを選択するビット線選択回路BSに接続されている。
そして、各ビット線選択用トランジスタSTjの各ソースは、初期設定線ILを介して、初期設定回路PHに接続されている。この初期設定回路PHは、ビット線選択回路BSによって選択されたビット線BLiを第2の電位であるプリチャージ電位Vp(例えば接地電位)に初期設定するものであり、かつ、当該プリチャージ電位Vpを持続的に保持する保持回路を有するものである。
また、初期設定回路PHに接続された初期設定線ILのもう一方の端部には、読出し回路RCが接続されている。この読出し回路RCは、各ビット線BLjの電位を、所定の閾値を基準として「0」または「1」のプログラムデータとして判定するものである。
次に、上記構成のマスクROMの動作を、図3に示す動作タイミング図を参照して説明する。なお、以下の説明では、メモリトランジスタMTijは、すべてNチャンネル型MOSトランジスタであるとする。ここで、例えば、ワード線選択回路WS及びビット線選択回路BSによって、メモリトランジスタMT21が選択されるとする。
この場合、最初に、図3(a)に示すように、初期設定回路PHにハイレベルの初期設定信号φpが所定期間にわたり入力されて、初期設定線ILにプリチャージ電位Vp(例えば接地電位、即ちローレベル)が継続的に供給される。
そして、図3(b)に示すように、ビット線選択回路BSから、ビット線選択用トランジスタST1のゲートに、ハイレベルのビット線選択信号φsが入力される。これにより、ビット線BL1に対応するビット線選択トランジスタST1がオン状態となり、ビット線BL1及びメモリトランジスタMT21が選択され、図3(d)に示すように、当該ビット線BL1はプリチャージ電位Vpに初期設定される(時点t0参照)。
その後、ワード線選択回路WSによって、ワード線WL2が選択されることにより、図3(c)に示すように、ワード線WL2の電位がハイレベルとなる。これにより、ワード線WL2に接続されたすべてのメモリトランジスタMT2jがオン状態になる。
ここで、選択されたメモリトランジスタMT21は、不図示のコンタクトホールに埋め込まれた電極を介して、ビット線BL1に接続されているため、電源電位Vddが、メモリトランジスタMT21を通してビット線BL2に出力される。これにより、ビット線BL1の電位はプリチャージ電位Vpから電源電位Vddに変化する(図3(d)の時点t0乃至t1参照)。なお、このようなメモリトランジスタを、以下、記憶状態「1」のメモリトランジスタと呼ぶことにする。
こうして電源電位Vddに向けて変化するビット線BL1の電位は、ビット線選択用トランジスタST1を通して、初期設定線ILから、読出し回路RCに出力される。読出し回路RCにおいて、ビット線BL1の電位は、所定の閾値Vthとの比較により、プログラムデータ「1」として判定されて読み出される。
一方、ワード線選択回路WS及びビット線選択回路BSによって、例えば、メモリトランジスタMT22が選択されるとする。この場合、メモリトランジスタMT21の場合と同様の動作に従い、ワード線WL2及びビット線BL2が選択され、メモリトランジスタMT22はオン状態になる。
メモリトランジスタMT22とビット線BL2とは、コンタクトホールを介して接続されていない。従って、図3(e)の実線に示すように、ビット線BL2の電位は、理想的にはプリチャージ電位Vpのまま、読出し回路RCに出力され、所定の閾値Vthとの比較により、プログラムデータ「0」として判定されて読み出される。なお、このようなメモリトランジスタを、以下、記憶状態「0」のメモリトランジスタと呼ぶことにする。
こうして、各メモリトランジスタMTijのドレインをビット線BLjに接続するか否か、即ち、各メモリトランジスタMTijに、電極が埋め込まれたコンタクトホールを形成するか否かに応じて、「0」もしくは「1」のいずれかのプログラムデータをマスクROMの各アドレスに書き込み、そのデータを読み出すことが可能となる。
なお、関連する技術文献としては、例えば、以下の特許文献1がある。
特開2002−230987号公報
しかしながら、従来例におけるコンコンタクトマスク切り換え方式のマスクROMでは、選択されたビット線BLjが記憶状態「0」のメモリトランジスタに接続され、かつ、そのビット線BLjに隣接するビット線BL(j−1),BL(j+1)が記憶状態「1」のメモリトランジスタに接続されている場合、選択されたビット線BLjの電位が、プリチャージ電位Vp、即ち、ローレベルに保持されずに反転する場合があった。
例えば、ワード線WL2が選択され、さらに記憶状態「0」のメモリトランジスタMT22に対応するビット線BL2が選択されたとする。また、ビット線BL2に隣接するビット線BL1,BL3には、前回のビット線選択時のプリチャージ電位Vpが保持されたまま残存しているものとする。このとき、メモリトランジスタMT22はコンタクトホールによりビット線BL2と接続されていないため、ビット線BL2のプリチャージ電位Vpが、読出し回路RCに出力されようとする。
しかし、ビット線BL2に隣接するビット線BL1,BL3は、ワード線WL2上で隣接する記憶状態「1」のメモリトランジスタMT21,MT23と、不図示のコンタクトホールを介して接続しているため、その電位はプリチャージ電位Vpから電源電位Vddに変化する(図3(d)参照)。ここで、ビット線BL2と、それに隣接するビット線BL1,BL3との間には、寄生容量Cpが存在しているため、ビット線BL2のプリチャージ電位Vpは、それに隣接するビット線BL1,BL3の上記電位の変化に応じて、電源電位Vddに向けて変化する(図3(e)の破線参照)。即ち、カップリング現象が生じてしまう。マスクROMの微細化に伴い、ビット線間のスペースが小さくなり、寄生容量Cpは大きくなる傾向にある。寄生容量Cpが大きくなると、このカップリング現象は、より顕著になる。
このカップリング現象により変化したビット線BL2の電位は、初期設定回路PHに設けられた保持回路により、再びプリチャージ電位Vpに戻されるが(図3(e)の時点t2参照)、そのためには所定の時間を要する。このプリチャージ電位Vpに戻すための時間の経過を待って、読出し回路RCによる「0」または「1」の判定が行われる。従って、プログラムデータ「0」または「1」の読出し動作が低速になるという問題が生じていた。
もし、仮に、閾値との判定時点を早めて、ビット線BL2の電位がプリチャージ電位Vpに戻る以前(例えば図3(e)の時点t1)に「0」または「1」の判定を行うと、本来ならば「0」に判定されるべきビット線BL2の電位は、上記カップリングによる電位の上昇により、誤って、閾値より高い電位として「1」に判定されてしまう。即ち、プログラムデータの読出しに際して、誤動作が生じてしまう。
また、上記カップリング現象は、隣接するメモリトランジスタの記憶状態の組合わせに応じて変化するため、その組合わせのワーストケースを知ることは一般に困難であった。そのため、上記マスクROMを出荷する際に行われる不良品を選別するテスト工程では、メモリトランジスタの記憶状態の組合わせによっては、上記選別の精度が低下するという問題が生じていた。
そこで、本発明は、隣接するビット線間におけるカップリング現象を生じさせないマスクROMを提供するものである。
本発明のマスクROMは、上述の課題に鑑みて為されたものであり、コンタククトマスク切り換え方式のマスクROMにおいて、選択されたビット線の読出し時においても、選択されていないビット線の電位を変化させずに固定するビット線固定回路を設けたことを特徴とするものである。
また、本発明の上記マスクROMは、上記構成におけるビット線固定回路が、ビット線固定用トランジスタから成ることを特徴とするものである。
また、本発明の上記マスクROMは、マイクロコンピュータに用いられることを特徴とするものである。
本発明は、マスクROM内に、選択されていないビット線の電位を変化させずに固定するビット線固定回路を設けたことにより、隣接するビット線間のカップリング現象の発生を回避することができる。これにより、プログラムデータの読出しの誤動作を生じさせることなく、読出し動作の高速化を図ることができる。
また、カップリング現象が無くなるため、出荷前に行われる不良製品の選別の際に、メモリトランジスタの記憶状態の組合わせのワーストケースを考慮する必要が無くなる。従って、出荷前に行われる不良製品の選別の精度を向上することが可能となる。
次に、本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」と略称する)に係るマスクROMついて、図面を参照して説明する。図1は本実施形態に係るマスクROMの回路図である。図1では、図2の回路図に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付して説明する。なお、本実施形態に係るマスクROMは、マイクロコンピュータやロジック等のLSIに内蔵され、プログラム用メモリとして用いられるものである。
図1に示すように、本実施形態のマスクROMは、複数のメモリトランジスタMTijが行列状に配置されたメモリセルアレイMAを有している。メモリセルアレイMAは、以下の構成を有している。
m本のワード線WLi(i=1,・・・,m)が、メモリセルアレイMAの行方向に配置されている。ここで、添え字iは行番号を示すものである。これらの複数のワード線WLは、ワード線選択回路WSに接続されている。このワード線選択回路WSは、複数のワード線WLのうち、1本のワード線WLiを選択するものである。
また、n本のビット線BLj(j=1,・・・,n)が、メモリセルアレイMAの列方向に配置されている。ここで、添え字jは列番号を示すものである。これらの複数のビット線BLjは、Nチャンネル型の複数のビット線選択用トランジスタSTj(j=1,・・・,n)を介して、ビット線選択回路BSに接続されている。このビット線選択回路BSは、複数のビット線BLjのうち、1本のビット線BLjを選択するものである。
また、各ビット線選択用トランジスタSTjのドレインは、ビット線BLjにそれぞれ対応して接続されており、そのソースは、初期設定線ILを介して、初期設定回路PHに接続されている。この初期設定回路PHは、初期設定用トランジスタITにより、ビット線BLjを、第2の電位であるプリチャージ電位Vp(例えば接地電位)に初期設定するものである。
ここで、初期設定用トランジスタITのゲートは、初期設定の開始を制御する初期設定信号φpの入力端となっており、そのソースは、プリチャージ電位Vpである接地電位に接続されている。そのドレインは、初期設定線ILに接続されている。また初期設定回路PHは、上記初期設定したプリチャージ電位Vpを、所定期間にわたり保持する保持回路を有している。この保持回路は、例えば、インバータINVと、保持用トランジスタHTと、高インピーダンスの抵抗Rから成る。ここで、保持用トランジスタHTのゲートはインバータINVの出力端と接続し、そのドレインは抵抗Rに接続している。抵抗Rのもう一方の端部は、初期設定線ILに接続されている。
また、初期設定回路PHに接続された初期設定線ILのもう一方の端部には、読出し回路RCが接続されている。この読出し回路RCは、従来例に係るマスクROMに設けられたものと同様の機能、即ち、各ビット線BLjの電位を、所定の閾値を基準として「0」または「1」のプログラムデータとして判定する機能を有する。
そして、各ビット線選択用トランジスタSTjには、それぞれ、ビット線固定回路としてのビット線固定用トランジスタPTjが形成されている。ビット線固定回路、即ちビット線固定用トランジスタPTは、上記初期設定回路PHによりプリチャージ電位Vpに初期設定されたビット線BLjのうち、ビット線選択回路BSにより選択されないビット線の電位を、すべてハイレベル(電源電位Vdd)に設定して固定する機能を有している。
ここで、各ビット線固定用トランジスタPTjのゲートは、各ビット線選択用トランジスタSTjのゲートと接続され、ビット線選択信号φsが印加されている。そして、各ビット線固定用トランジスタPTjのドレインは、対応するビット線BLjにそれぞれ接続されている。また、各ビット線固定用トランジスタPTjのソースは、第1の電位である電源電位Vddを供給する不図示の電源線に共通に接続されている。なお、複数のビット線固定用トランジスタPTjは、例えば、Pチャンネル型MOSトランジスタから成る。
そして、メモリセルアレイMA内において、上記ワード線WLi及びビット線BLjは、互いに交叉しており、各交叉点に対応する位置には、それぞれ、メモリトランジスタMTij(i=1,・・・,m, j=1,・・・,n)が配置されている。ここで、添え字i,jは、それぞれ行番号及び列番号を示すものである。なお、複数のメモリトランジスタMTijは、例えば、Nチャンネル型MOSトランジスタから成る。
各メモリトランジスタMTijのゲートは、対応するワード線WLiに接続されている。また、各メモリトランジスタMTijのソース領域は、第1の電位である電源電位Vddを供給する不図示の電源線に共通に接続されている。そして、メモリトランジスタMTijのドレイン領域を、当該メモリトランジスタMTijに対応するビット線BLに接続するか否かが、不図示のコンタクトホールに埋め込まれた電極の有無に基づいて切り換えられる。
例えば、メモリトランジスタMT11は、不図示のコンタクトホールに埋め込まれた電極を介して、メモリトランジスタMT11に対応するビット線BL1に接続される。即ち、メモリトランジスタMT11の記憶状態は、「1」となる。同様に、メモリトランジスタMT12,MT21,MT23,MT2n,MTm1,MTm2,MTmnも、各メモリトランジスタに対応するビット線に接続され、当該メモリトランジスタの記憶状態は、それぞれ「1」となる。
一方、メモリトランジスタMT13は、不図示のコンタクトホール及びそれに埋め込まれた電極は形成されておらず、メモリトランジスタMT13に対応するビット線BL3に接続されない。即ち、メモリトランジスタMT13の記憶状態は、「0」となる。同様に、メモリトランジスタMT1n,MT22,MTm3も、各メモリトランジスタに対応するビット線に接続されず、当該メモリトランジスタの記憶状態は、それぞれ「0」となる。
次に、上記構成のマスクROMの動作を、図1に示した本実施形態に係るマスクROMの回路図、及び図3に示した動作タイミング図を参照して説明する。本実施形態のマスクROMでは、最初に、各ビット線BLj(j=1,2,・・・,n)には、ローレベルのビット線選択信号φsが供給されている。これにより、それらのビット線BLjに接続したビット線固定回路、即ちPチャンネル型のビット線固定用トランジスタPTjは、オン状態となる。従って、ビット線固定用トランジスタPTjのドレインの電位が電源電位Vddになると共に、当該ドレインと接続した上記ビット線BLjが電源電位Vdd、即ち、ハイレベルに固定される。
ここで、ワード線選択回路WS及びビット線選択回路BSによって、例えば、記憶状態「0」のメモリトランジスタMT22が選択されるとする。
この場合、最初に、図3(a)に示すように、初期設定回路PHにハイレベルの初期設定信号φpが所定期間にわたり入力される。この初期設定信号φpは、初期設定用トランジスタITのゲートに入力され、これにより、当該初期設定用トランジスタITはオン状態となる。このとき、そのソースの接地電位が、ローレベルであるプリチャージ電位Vpとして、初期設定線ILに出力される。
そして、上記初期設定された初期設定線ILのプリチャージ電位Vpは、保持回路内のインバータINVにより反転されてハイレベルとなるため、インバータINVに接続したPチャンネル型の保持用トランジスタHTがオン状態となる。これにより、保持用トランジスタHTのソース電位である接地電位が、プリチャージ電位Vpとしてドレイン及び抵抗Rを通して初期設定線ILに出力される。従って、初期設定用トランジスタITがオフした後も、保持用トランジスタHTのドレイン及び初期設定線ILに接続した高インピーダンスの抵抗Rにより、ビット線BLjの電位はプリチャージ電位Vpに保持される。
そして、図3(b)に示すように、ビット線選択回路BSから、ビット線選択トランジスタST2をオンするためのハイレベルのビット線選択信号φsがビット線選択トランジスタST2のゲートに入力される。これにより、ビット線選択用トランジスタST2がオン状態となり、ビット線BL2及びメモリトランジスタMT22が選択され、図3(e)に示すように、当該ビット線BL2はプリチャージ電位Vpに初期設定される(時点t0参照)。
次に、図3(c)に示すように、メモリトランジスタMT22に接続されたワード線WL2の電位がハイレベルとなる。これにより、ワード線WL2に接続されたすべてのメモリトランジスタMT2jがオン状態になる。
ここで、選択されたビット線BL2に隣接する非選択のビット線BL1,BL3の電位は、上記ビット線固定用トランジスタPT1,PT3によって、予めハイレベルに固定されている。そのため、従来例のマスクROMにみられたような(図3(d)参照)、プリチャージ電位から電源電位Vddへのビット線の電位の変化は生じない。従って、ビット線BL2と、それに隣接するビット線BL1,BL3との間には、寄生容量Cpが存在しても、従来例のマスクROMにみられたようなカップリング現象は生じない。
即ち、選択されたビット線の電位を示す図3(e)の破線にみられたような、隣接するビット線の変化に伴う電位の上昇は生じず、図3(e)の実線に示したように、プリチャージ電位Vpを読出し回路RCに出力する。この際、選択されたビット線から読出し回路に出力された電位は、プログラムデータ「1」または「0」を判定するための閾値Vthを超える恐れはない。これにより、上昇した当該電位が保持回路によって元の電位に戻される時点t2を待たずに、読出し時点t1において、選択されたビット線の電位をプログラムデータ「0」として判定することが可能となる。従って、プログラムデータの読出しの信頼性を低下させることなく、マスクROMの動作速度を高速化することが可能となる。
一方、選択されるメモリトランジスタMTijが、記憶状態「1」のメモリトランジスタである場合、それに対応するビット線BLjの電位は、電源電位Vdd、即ちハイレベルとなる。
なお、本実施形態に係るマスクROMは、マイクロコンピュータやロジック等のLSIに内蔵され、プログラム用メモリとして用いられるものであるが、本発明はこれに限定されない。即ち、本発明のマスクROMは、上記以外のメモリもしくは単体で用いられるものであってもよい。
また、本実施形態では、第1の電位を電源電位Vddとし、第2の電位、即ちプリチャージ電位Vpを接地電位としたが、本発明はこれに限定されない。即ち、マスクROMの読出し動作を正常に実行可能なものであれば、第1及び第2の電位は、それぞれ、上記以外の電位としてもよい。
また、本実施形態では、メモリトランジスタMTijはNチャンネル型であるが、Pチャンネル型であってもよい。
Claims (5)
- 複数のワード線と、
複数のビット線と、
前記複数のワード線と前記複数のビット線との交叉点に対応して配置され、ソースに第1の電位が供給され、前記ビット線に接続されるか否かに応じてデータを記憶する複数のメモリトランジスタと、
前記ワード線を選択するワード線選択回路と、
前記ビット線を選択するビット線選択回路と、
前記ビット線選択回路によって選択されたビット線を、第2の電位に初期設定する初期設定回路と、
前記ビット線選択回路によって選択されないビット線を、前記第1の電位に設定するビット線固定回路と、
を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記初期設定回路は、当該初期設定回路により初期設定されたビット線の前記第2の電位を保持する保持回路を有することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の電位が電源電位であり、前記第2の電位が接地電位であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記ビット線固定回路は、前記ビット線選択回路によって制御され、前記ビット線毎に設けられたビット線固定用トランジスタから構成されることを特徴とする請求項1,2,3のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- マイクロコンピュータに内蔵されることを特徴とする請求項1,2,3,4のいずれかに記載の半導体記憶装置。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090224 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090731 |