JP2008004664A - Semiconductor device - Google Patents

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Mariko Inaoka
万里子 稲岡
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  • Static Random-Access Memory (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress asymmetry failure in device characteristics of a transistor, relating to a memory cell of SRAM. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises an SRAM cell including a pair of inverters consisting of a driver transistor and a load transistor, being so connected that an input and output form a cross-couple, and a pair of access transistors connected to the outputs of the paired inverter. At least one paired transistor among the paired drive transistor and the paired load transistor constituting the paired inverter as well as the paired access transistor is so arranged that the directions are identical from source to drain. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置、特に、半導体記憶装置のうちのSRAM(Static Random Access Memory)のメモリセル及び差動アンプのレイアウトに関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a layout of a SRAM (Static Random Access Memory) memory cell and a differential amplifier in a semiconductor memory device.

近年、SRAMのメモリセルの微細化が進んでいるが、メモリセル内にあるMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタのデバイス特性における回路マージンを稼いで、高性能且つ高頼性のSRAMセルをレイアウトすることが難しくなってきている。   In recent years, miniaturization of SRAM memory cells has progressed, but a circuit margin in the device characteristics of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor in the memory cell is gained, and a high-performance and highly reliable SRAM cell is laid out. Is getting harder.

以下、従来技術として、6個のトランジスタで構成されるSRAMのメモリセルのレイアウトについて、図6及び図7を参照しながら説明する(例えば、特許文献1参照)。   Hereinafter, as a conventional technique, an SRAM memory cell layout including six transistors will be described with reference to FIGS. 6 and 7 (see, for example, Patent Document 1).

図6は、6個のトランジスタで構成するSRAMのメモリセルの基本的な回路図を示しており、図7は、6個のトランジスタで構成されるSRAMのメモリセルの従来のレイアウトを示している。   FIG. 6 shows a basic circuit diagram of an SRAM memory cell composed of six transistors, and FIG. 7 shows a conventional layout of an SRAM memory cell composed of six transistors. .

図6及び図7に示すように、従来のSRAMのメモリセルは、ドライブnMOSトランジスタTN1及びTN2と、アクセスnMOSトランジスタTN3及びTN4と、ロードpMOSトランジスタTP1及びTP2と、ポリシリコン配線PL1、PL2、PL3及びPL4と、配線層AL1及びAL2と、コンタクトCN1、CN2、CN3及びCN4と、ドライブnMOSトランジスタTN1及びロードpMOSトランジスタTP1で構成される第1のインバータINV1と、ドライブnMOSトランジスタTN2及びロードpMOSトランジスタTP2で構成される第2のインバータINV2と、第1のインバータINV1の出力ノード及び第2のインバータINV2の入力ノードであるノードSN1と、第2のインバータINV2の出力ノード及び第1のインバータINV1の入力ノードであるノードSN2と、ワード線WL1と、縦方向に走るビット線BL1及びBL2と、ビット線プリチャージ信号PRと、プリチャージトランジスタTPR1及びTPR2と、差動アンプSAとを有する。   As shown in FIGS. 6 and 7, the conventional SRAM memory cell includes drive nMOS transistors TN1 and TN2, access nMOS transistors TN3 and TN4, load pMOS transistors TP1 and TP2, and polysilicon wirings PL1, PL2, and PL3. And PL4, wiring layers AL1 and AL2, contacts CN1, CN2, CN3 and CN4, a first inverter INV1 composed of a drive nMOS transistor TN1 and a load pMOS transistor TP1, a drive nMOS transistor TN2 and a load pMOS transistor TP2 A second inverter INV2, a node SN1 which is an output node of the first inverter INV1, an input node of the second inverter INV2, and a second inverter INV2. A node SN2 which is an input node of the power node and the first inverter INV1, a word line WL1, bit lines BL1 and BL2 running in the vertical direction, a bit line precharge signal PR, and precharge transistors TPR1 and TPR2. And a dynamic amplifier SA.

ドライブnMOSトランジスタTN1及びTN2、並びにアクセスnMOSトランジスタTN3及びTN4は、p型拡散領域上に形成されており、ロードpMOSトランジスタTP1及びTP2は、n型拡散領域上に形成されている。   Drive nMOS transistors TN1 and TN2 and access nMOS transistors TN3 and TN4 are formed on the p-type diffusion region, and load pMOS transistors TP1 and TP2 are formed on the n-type diffusion region.

また、ドライブnMOSトランジスタTN1とロードpMOSトランジスタTP1のゲートは、ポリシリコン配線PL1で接続されており、両ドレインはコンタクトを介して配線層AL1で接続されており、第1のインバータINV1を構成している。ドライブnMOSトランジスタTN2とロードpMOSトランジスタTP2のゲートは、ポリシリコン配線PL2で接続されており、両ドレインはコンタクトを介して配線層AL2で接続されており、第2のインバータINV2を構成している。   In addition, the gates of the drive nMOS transistor TN1 and the load pMOS transistor TP1 are connected by a polysilicon wiring PL1, and both drains are connected by a wiring layer AL1 through a contact, forming a first inverter INV1. Yes. The gates of the drive nMOS transistor TN2 and the load pMOS transistor TP2 are connected by a polysilicon wiring PL2, and both drains are connected by a wiring layer AL2 through contacts, thereby constituting a second inverter INV2.

また、第1のインバータINV1の出力ノードとなる配線層AL1は第2のインバータINV2の入力ノードとして機能する配線PL2に接続されており、第2のインバータINV2の出力ノードとなる配線層AL2は第1のインバータINV1の入力ノードとして機能する配線PL1に接続されている。これにより、データを保持するための回路が形成されている。   Further, the wiring layer AL1 serving as the output node of the first inverter INV1 is connected to the wiring PL2 functioning as the input node of the second inverter INV2, and the wiring layer AL2 serving as the output node of the second inverter INV2 is the first one. It is connected to a wiring PL1 that functions as an input node of one inverter INV1. As a result, a circuit for holding data is formed.

また、アクセスnMOSトランジスタTN3のドレインは、第1のインバータINV1の出力ノードとなる配線層AL1に接続されており、ソースは、コンタクトCN1を介して縦方向に走るビット線BL1に接続されている。アクセスnMOSトランジスタTN4のドレインは、第2のインバータINV2の出力ノードとなる配線層AL2に接続されており、ソースは、コンタクトCN2を介して縦方向に走るビット線BL2に接続されている。アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4は、コンタクトCN3とCN4を介して横方向に走るワード線WL1に接続されている。   The drain of the access nMOS transistor TN3 is connected to the wiring layer AL1 serving as the output node of the first inverter INV1, and the source is connected to the bit line BL1 running in the vertical direction via the contact CN1. The drain of the access nMOS transistor TN4 is connected to the wiring layer AL2 serving as the output node of the second inverter INV2, and the source is connected to the bit line BL2 running in the vertical direction via the contact CN2. Access nMOS transistors TN3 and TN4 are connected to word line WL1 running in the lateral direction via contacts CN3 and CN4.

ここで、図7に示すように、ドライブnMOSトランジスタTN1とTN2、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4、ロードpMOSトランジスタTP1とTP2の各ペアトランジスタは、メモリセル領域の中心の回りに点対称に配置されており、各ペアトランジスタのソース−ドレインの向きは互いに逆になるように配置されている。   Here, as shown in FIG. 7, the drive nMOS transistors TN1 and TN2, the access nMOS transistors TN3 and TN4, and the load pMOS transistors TP1 and TP2 are paired symmetrically around the center of the memory cell region. The source and drain directions of each pair transistor are arranged so as to be opposite to each other.

次に、上記した従来のレイアウトを有するSRAMメモリセルの動作について、ノードSN1に“H”レベル状態、ノードSN2に“L”レベル状態が予め書き込まれた場合における読み出し動作について、図8を参照しながら説明する。   Next, with respect to the operation of the SRAM memory cell having the above-described conventional layout, with reference to FIG. While explaining.

まず最初に、プリチャージ信号PRが“L”レベル状態であり、ビット線BL1とBL2は予め“H”レベル状態にプリチャージされている。その後、ビット線プリチャージ信号PRが“H”レベル状態になってプリチャージが終了すると、ワード線WL1が“H”レベル状態となり、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4とがオン状態となる。これにより、ビット線BL1とノードSN1、ビット線BL2とノードSN2が導通状態になる。   First, the precharge signal PR is in the “L” level state, and the bit lines BL1 and BL2 are precharged to the “H” level state in advance. Thereafter, when the bit line precharge signal PR becomes the “H” level state and the precharge is completed, the word line WL1 becomes the “H” level state, and the access nMOS transistors TN3 and TN4 are turned on. As a result, the bit line BL1 and the node SN1, and the bit line BL2 and the node SN2 become conductive.

このとき、ビット線BL1とノードSN1は同電位であることから、アクセスnMOSトランジスタTN3には電流が流れないので、ビット線BL1の電位は変化しない(図中8a参照)。一方、ビット線BL2とノードSN2にはVDDレベルに相当する電位差があるために、ビット線BL2からノードSN2へ電流が流れ、ビット線BL2の電位は徐々に下がっていく(図中8b参照)。このとき、ノードSN2は、ビット線BL2、ノードSN2、及びVSSの順に流れる電流(I)の影響により、ドライブnMOSトランジスタTN2のオン抵抗RTN2とアクセスnMOSトランジスタTN4のオン抵抗RTN4より、ノードSN2の電位は、RTN2/(RTN2+RTN4)×VDD分上昇することになる(図中8c参照)。これにより、ドライブnMOSトランジスタTN1のゲートの電位が、同様に、RTN2/(RTN2+RTN4)×VDD分上昇し、ドライブnMOSトランジスタTN1のゲートが開き気味となり若干の電流が流れるために、ノードSN1の電位が若干下がる(図中8d参照)。そして、差動アンプSAの活性化により、下がり出したビット線BL2の電位はVSSレベルまで引き下げられる(図中8e参照)。一方、ビット線BL1の電位はVDDレベルを維持する。   At this time, since the bit line BL1 and the node SN1 have the same potential, no current flows through the access nMOS transistor TN3, so the potential of the bit line BL1 does not change (see 8a in the figure). On the other hand, since there is a potential difference corresponding to the VDD level between the bit line BL2 and the node SN2, a current flows from the bit line BL2 to the node SN2, and the potential of the bit line BL2 gradually decreases (see 8b in the figure). At this time, the node SN2 is affected by the current (I) flowing in the order of the bit line BL2, the node SN2, and the VSS, and the potential of the node SN2 from the on-resistance RTN2 of the drive nMOS transistor TN2 and the on-resistance RTN4 of the access nMOS transistor TN4. Rises by RTN2 / (RTN2 + RTN4) × VDD (see 8c in the figure). As a result, the potential of the gate of the drive nMOS transistor TN1 similarly rises by RTN2 / (RTN2 + RTN4) × VDD, the gate of the drive nMOS transistor TN1 appears to open, and a slight current flows. Slightly lower (see 8d in the figure). As the differential amplifier SA is activated, the lowered potential of the bit line BL2 is lowered to the VSS level (see 8e in the figure). On the other hand, the potential of the bit line BL1 maintains the VDD level.

このとき、ノードSN1とノードSN2の信号を正確に読み出す上で、SRAMのメモリセルにあるドライブnMOSトランジスタTN1とTN2、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4、ロードpMOSトランジスタTP1とTP2の各ペアトランジスタのデバイス特性のバランスが大きく影響する。以下に、このデバイス特性のバランスが、ノードSN1とノードSN2の信号を正確に読み出す上で重要である理由について説明する。   At this time, the device characteristics of the pair transistors of the drive nMOS transistors TN1 and TN2, the access nMOS transistors TN3 and TN4, and the load pMOS transistors TP1 and TP2 in the SRAM memory cell are accurately read out from the signals of the nodes SN1 and SN2. The balance is greatly affected. The reason why this balance of device characteristics is important for accurately reading the signals of the nodes SN1 and SN2 will be described below.

各ペアトランジスタのデバイス特性に非対称性不良が発生すると、正確な信号を差動アンプに出力することができなくなる。例えば、ドライブnMOSトランジスタTN1とTN2のペアトランジスタにおいて、(ドライブnMOSトランジスタTN2の閾値電圧VT2)>(ドライブnMOSトランジスタTN1の閾値電圧VT1)の関係となるように、デバイス特性に非対称性が発生した場合における読み出し動作を例に説明する。   If an asymmetry defect occurs in the device characteristics of each pair transistor, an accurate signal cannot be output to the differential amplifier. For example, in the pair transistors of the drive nMOS transistors TN1 and TN2, when asymmetry occurs in the device characteristics so as to satisfy the relationship of (threshold voltage VT2 of the drive nMOS transistor TN2)> (threshold voltage VT1 of the drive nMOS transistor TN1) An example of the read operation in FIG.

プリチャージ状態は、上述した図8に示す時刻T0から時刻T1までの状態と同じ状態である。しかし、ドライブnMOSトランジスタTN2の閾値電圧VT2が高いため、ノードSN2は、ビット線BL2、ノードSN2、及びVSSの順に電流が流れるまでにノードSN2の電位上昇が大きくなり、逆に、ドライブnMOSトランジスタTN1の閾値電圧VT1は低いため、ノードSN2が少しの電位上昇でドライブnMOSトランジスタTN1の閾値電圧VT1を上回りオン状態になり、ノードSN1の電位が徐々に下がり出す。そのため、予めノードSN1に“H”レベル状態、ノードSN2に“L”レベル状態が書き込まれたSRAMのメモリセルのノードSN1が“H”レベル状態から“L”レベル状態に近づき、ノードSN2が“L”レベル状態から“H”レベル状態に近づき、この状態で差動アンプSAが活性化することで、下がり出したビット線BL1の電位がVSSレベルに引き下げられ、ビット線BL2の電位がVDDレベルに引き上げられる誤動作が生じる。   The precharge state is the same as the state from time T0 to time T1 shown in FIG. However, since the threshold voltage VT2 of the drive nMOS transistor TN2 is high, the potential of the node SN2 increases until the current flows in the order of the bit line BL2, the node SN2, and VSS in the node SN2, and conversely, the drive nMOS transistor TN1. Since the threshold voltage VT1 of the node n2 is low, the potential of the node SN1 gradually decreases as the node SN2 rises slightly and exceeds the threshold voltage VT1 of the drive nMOS transistor TN1. Therefore, the node SN1 of the SRAM memory cell in which the “H” level state is preliminarily written in the node SN1 and the “L” level state is written in the node SN2 approaches the “L” level state from the “H” level state. When the differential amplifier SA is activated from the “L” level state to the “H” level state, the lowered potential of the bit line BL1 is pulled down to the VSS level, and the potential of the bit line BL2 becomes the VDD level. This causes a malfunction that can be lifted up.

このようにして生じる誤動作の問題を防ぐためには、SRAMのメモリセルにあるドライブnMOSトランジスタTN1とTN2、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4、ロードpMOSトランジスタTP1とTP2の各ペアトランジスタのデバイス特性のバランスを確保することが重要になるのである。   In order to prevent the malfunction caused in this way, the device characteristics of the pair transistors of the drive nMOS transistors TN1 and TN2, the access nMOS transistors TN3 and TN4, and the load pMOS transistors TP1 and TP2 in the SRAM memory cell are secured. It is important to do.

以上では、従来のレイアウトを有するSRAMのメモリセルについて説明したが、同様の問題が発生する、従来のレイアウトを有する微小電位を増幅する差動アンプSAについて、図9及び図10を参照しながら以下に説明する。   Although the SRAM memory cell having the conventional layout has been described above, a differential amplifier SA that amplifies a minute potential having the conventional layout, which causes the same problem, will be described below with reference to FIGS. Explained.

図9は、差動アンプSAの基本的な回路構成を示しており、図10は、差動アンプSAの従来のレイアウトを示している。   FIG. 9 shows a basic circuit configuration of the differential amplifier SA, and FIG. 10 shows a conventional layout of the differential amplifier SA.

図9及び図10に示すように、従来の差動アンプSAは、nMOSトランジスタTN5及びTN6と、pMOSトランジスタTP5及びTP6と、nMOSトランジスタTNS及びpMOSトランジスタTPSと、配線層AL3及びAL4と、制御信号SA1と、インバータ回路INV3とを有している。   As shown in FIGS. 9 and 10, the conventional differential amplifier SA includes nMOS transistors TN5 and TN6, pMOS transistors TP5 and TP6, nMOS transistors TNS and pMOS transistors TPS, wiring layers AL3 and AL4, and control signals. SA1 and an inverter circuit INV3 are included.

nMOSトランジスタTN5及びTN6と、nMOSトランジスタTNSとは、p型拡散領域上に形成されており、pMOSトランジスタTP5及びTP6と、pMOSトランジスタTPSとは、n型拡散領域上に形成されている。   The nMOS transistors TN5 and TN6 and the nMOS transistor TNS are formed on the p-type diffusion region, and the pMOS transistors TP5 and TP6 and the pMOS transistor TPS are formed on the n-type diffusion region.

また、nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のゲートは、コンタクトを介して配線層AL4で接続されており、nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のドレインは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されている。nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のゲートは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されており、nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のドレインは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されている。   The gates of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected by a wiring layer AL4 through a contact, and the drains of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected by a wiring layer AL3 through a contact. The gates of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected by a wiring layer AL3 through a contact, and the drains of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected by a wiring layer AL3 through a contact.

また、nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のドレインとnMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のゲートは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されており、ビット線BL1に接続されている。nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のドレインとnMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のゲートは、コンタクトを介して配線層AL4で接続されており、ビット線BL2に接続されている。   The drains of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 and the gates of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected to each other through the contact by the wiring layer AL3 and to the bit line BL1. The drains of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 and the gates of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected to each other through the contact in the wiring layer AL4 and to the bit line BL2.

また、nMOSトランジスタTN5とnMOSトランジスタTN6のソースは、コンタクトを介して接続されていると共に、nMOSトランジスタTNSのドレインに接続される。pMOSトランジスタTP5とpMOSトランジスタTP6のソースは、コンタクトを介して接続されると共に、pMOSトランジスタTPSのドレインに接続されている。nMOSトランジスタTSNのゲートとpMOSトランジスタTPSのゲートは、インバータ回路INV3を介して接続されている。nMOSトランジスタTSNとpMOSトランジスタTPSは、制御信号SA1で制御されているトランジスタである。   The sources of the nMOS transistor TN5 and the nMOS transistor TN6 are connected via a contact and are connected to the drain of the nMOS transistor TNS. The sources of the pMOS transistor TP5 and the pMOS transistor TP6 are connected via a contact and also connected to the drain of the pMOS transistor TPS. The gate of the nMOS transistor TSN and the gate of the pMOS transistor TPS are connected via an inverter circuit INV3. The nMOS transistor TSN and the pMOS transistor TPS are transistors controlled by the control signal SA1.

ここで、図10に示すように、nMOSトランジスタTN5とnMOSトランジスタTN6は点対称に配置されており、ペアトランジスタのソース−ドレインの向きは互いに逆方向になるように配置されている。また、pMOSトランジスタTP5とpMOSトランジスタTP6は点対称に配置されており、ペアトランジスタのソース−ドレインの向きは互いに逆になるように配置されている。   Here, as shown in FIG. 10, the nMOS transistor TN5 and the nMOS transistor TN6 are arranged point-symmetrically, and the source-drain directions of the pair transistors are arranged in opposite directions. In addition, the pMOS transistor TP5 and the pMOS transistor TP6 are arranged point-symmetrically so that the source-drain directions of the pair transistors are opposite to each other.

次に、上記した従来のレイアウトを有する差動アンプSAの動作について図11を参照しながら説明する。   Next, the operation of the differential amplifier SA having the above-described conventional layout will be described with reference to FIG.

まず最初に、ビット線BL1とBL2が“H”レベル状態、制御信号SA1が“L”状態で差動アンプSAは待機中である。その後、メモリセルの動作によってビット線BL2の電位がVDDレベルよりも若干引き下げられた状態で、制御信号SA1が“L”状態から“H”状態になり、nMOSトランジスタTSNとpMOSトランジスタTPSのゲートが開いてオン状態になって電流が流れ出すと、nMOSトランジスタTSNのドレインの電位が徐々に下がり出す。   First, the differential amplifier SA is on standby with the bit lines BL1 and BL2 in the “H” level state and the control signal SA1 in the “L” state. Thereafter, in a state where the potential of the bit line BL2 is slightly lowered from the VDD level by the operation of the memory cell, the control signal SA1 changes from the “L” state to the “H” state, and the gates of the nMOS transistor TSN and the pMOS transistor TPS are turned on. When the circuit is opened and turned on and current flows, the drain potential of the nMOS transistor TSN gradually decreases.

このとき、(ビット線BL1の電位VBL1)>(ビット線BL2の電位VBL2)の関係があるので、(nMOSトランジスタTN5のゲート電位VGS)<(nMOSトランジスタTN6のゲート電位VGS)の関係が成立し、nMOSトランジスタTN6が先にON状態になり、ビット線BL2の電位を引き下げる(図中11a参照)。一方、ビット線BL1に関しては、(ビット線BL1の電位VBL1)>(ビット線BL2の電位VBL2)の関係があるので、pMOSトランジスタTP5はpMOSトランジスタTP6よりもオン状態になりやすく、結果的に、pMOSトランジスタTP5がオン状態、pMOSトランジスタTP6はオフ状態となるため、電位はVDD状態が保持される(図中11b参照)。   At this time, since there is a relationship of (potential VBL1 of bit line BL1)> (potential VBL2 of bit line BL2), a relationship of (gate potential VGS of nMOS transistor TN5) <(gate potential VGS of nMOS transistor TN6) is established. The nMOS transistor TN6 is first turned on to lower the potential of the bit line BL2 (see 11a in the figure). On the other hand, regarding the bit line BL1, since there is a relationship of (the potential VBL1 of the bit line BL1)> (the potential VBL2 of the bit line BL2), the pMOS transistor TP5 is more likely to be turned on than the pMOS transistor TP6. Since the pMOS transistor TP5 is turned on and the pMOS transistor TP6 is turned off, the potential is kept at the VDD state (see 11b in the figure).

このとき、ビット線BL1とビット線BL2の信号を正確に読み出す上で、各ペアトランジスタのデバイス特性のバランスが大きく影響する。以下に、このデバイス特性のバランスが、ノードSN1とノードSN2の信号を正確に読み出す上で重要である理由について説明する。   At this time, the balance of the device characteristics of the pair transistors greatly affects the accurate reading of the signals of the bit lines BL1 and BL2. The reason why this balance of device characteristics is important for accurately reading the signals of the nodes SN1 and SN2 will be described below.

差動アンプSAの待機中は、上述の図11に示す時刻T0から時刻T1までの状態と同じ状態である。その後、メモリセルの動作によってビット線BL2の電位がVDDレベルよりも若干引き下げられた状態で、制御信号SA1が“L”状態から“H”状態になり、nMOSトランジスタTSNとpMOSトランジスタTPSのゲートが開いてオン状態になって電流が流れ出すと、nMOSトランジスタTSNのドレインの電位が徐々に下がり出す。   While the differential amplifier SA is on standby, the state is the same as the state from time T0 to time T1 shown in FIG. Thereafter, in a state where the potential of the bit line BL2 is slightly lowered from the VDD level by the operation of the memory cell, the control signal SA1 changes from the “L” state to the “H” state, and the gates of the nMOS transistor TSN and the pMOS transistor TPS are turned on. When the circuit is opened and turned on and current flows, the drain potential of the nMOS transistor TSN gradually decreases.

このとき、(ビット線BL1の電位VBL1)>(ビット線BL2の電位VBL2)の関係であるため、(nMOSトランジスタTN5のVGS)<(nMOSトランジスタTN6のVGS)の関係となり、nMOSトランジスタTN6が先にオン状態になってビット線BL2の電位を引き下げるが、注入によるデバイス特性に非対称性が発生し、
|(nMOSトランジスタTN6の閾値電圧VT6)−(nMOSトランジスタTN5の閾値電圧VT5)|
>|ビット線BL1の電位VBL1−ビット線BL2の電位VBL2|
の関係となると、(nMOSトランジスタTN5のVGS)<(nMOSトランジスタTN6のVGS)の関係があっても、nMOSトランジスタTN5がオン状態になりやすく、結果的には、nMOSトランジスタTN5が先にオン状態になり、ビット線BL1の電位を引き下げる。
At this time, since the relationship of (the potential VBL1 of the bit line BL1)> (the potential VBL2 of the bit line BL2) is satisfied, the relationship of (VGS of the nMOS transistor TN5) <(VGS of the nMOS transistor TN6) is satisfied, and the nMOS transistor TN6 Is turned on to lower the potential of the bit line BL2, but asymmetry occurs in the device characteristics due to implantation,
| (Threshold voltage VT6 of nMOS transistor TN6) − (Threshold voltage VT5 of nMOS transistor TN5) |
> | Potential VBL1 of bit line BL1-potential VBL2 of bit line BL2 |
Therefore, even if there is a relationship of (VGS of nMOS transistor TN5) <(VGS of nMOS transistor TN6), the nMOS transistor TN5 is likely to be turned on. As a result, the nMOS transistor TN5 is turned on first. And the potential of the bit line BL1 is lowered.

一方、ビット線BL2に関しては、(ビット線BL1の電位VBL1)<(ビット線BL2の電位VBL2)の関係となるので、pMOSトランジスタTP6はpMOSトランジスタTP5よりもオン状態になりやすく、結果的には、pMOSトランジスタTP6がオン状態、pMOSトランジスタTP5はオフ状態となるため、電位はVDDレベルまでに引き上げられる。   On the other hand, the bit line BL2 has a relationship of (potential VBL1 of the bit line BL1) <(potential VBL2 of the bit line BL2), so that the pMOS transistor TP6 is more likely to be turned on than the pMOS transistor TP5. Since the pMOS transistor TP6 is turned on and the pMOS transistor TP5 is turned off, the potential is raised to the VDD level.

このようにして生じる誤動作の問題を防ぐためには、差動アンプにあるnMOSトランジスタTN5とTN6、pMOSトランジスタTP5とTP6の各ペアトランジスタのデバイス特性のバランスが重要になるのである。   In order to prevent the malfunction caused in this way, it is important to balance the device characteristics of the nMOS transistors TN5 and TN6 and the pMOS transistors TP5 and TP6 in the differential amplifier.

以上説明したように、従来のレイアウトを有するSRAMのメモリセル及び従来のレイアウトを有する差動アンプにおける誤動作の発生に対しては、MOSトランジスタのデバイス特性のバランスが大きく影響を及ぼしていた。   As described above, the balance of the device characteristics of the MOS transistor has a great influence on the occurrence of malfunction in the SRAM memory cell having the conventional layout and the differential amplifier having the conventional layout.

ところで、MOSトランジスタのデバイス特性のバランスに大きく影響を及ぼすものとして、エクステンション注入(なお、LDD(lightly doped drain)注入と呼ばれる場合もある)とハロー注入(又はポケット注入)とが知られている。   By the way, extension injection (also referred to as LDD (lightly doped drain) injection) and halo injection (or pocket injection) are known as having a great influence on the balance of device characteristics of MOS transistors.

まず、MOSトランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成するエクステンション注入について図12を参照しながら説明する。   First, extension implantation for forming a source region and a drain region of a MOS transistor will be described with reference to FIG.

図12は、注入機におけるイオンビームの広がりを示す模式図であり、高いエネルギービームでのイオンビームE1と、低いエネルギービームでのイオンビームE2とを示している。   FIG. 12 is a schematic diagram showing the spread of an ion beam in an implanter, and shows an ion beam E1 with a high energy beam and an ion beam E2 with a low energy beam.

図12に示すように、イオンビームの広がりはイオン同士の反発によって広がるため、ラッパ状に広がる特徴を有している。このため、イオンビームは、進行距離に応じて角度の分布が違ってくるという特徴を有している。高いエネルギービームでのイオンビームE1のラッパ状の広がりと低いエネルギービームでのイオンビームE2のラッパ状の広がりとを比較すると、低いエネルギーになるほどラッパ状の広がりが大きくなり、同じ面内であっても、面内の位置に応じて注入されるエネルギーの差異が容易に発生するようになる。特に最近、MOSトランジスタにおけるエクステンション注入は1KeV以下で注入を行うため、そのイオンビームのラッパ状広がりは非常に大きくなってきている。   As shown in FIG. 12, since the spread of the ion beam spreads due to repulsion between ions, it has a feature of spreading in a trumpet shape. For this reason, the ion beam has a feature that the distribution of angles varies depending on the travel distance. Comparing the trumpet-shaped spread of the ion beam E1 with a high energy beam and the trumpet-shaped spread of the ion beam E2 with a low energy beam, the lower the energy, the larger the trumpet-shaped spread. However, a difference in energy to be injected easily occurs depending on the position in the plane. Particularly recently, extension implantation in MOS transistors is performed at 1 KeV or less, and the trumpet spread of the ion beam has become very large.

エクステンション注入で使用する回転円板にウエハを複数枚装着して注入するバッチ式イオン注入装置では、遠心力でウエハを貼り付けるためパッドアングルというものが設けられている。このため、チルト0度におけるイオン注入では、ウエハの左右で1度以上の角度の偏差が現れるので、MOSトランジスタのデバイス特性に非対称性が現れるという結果が、2002年IWJT(International workshop Junction Technology)にて報告されている。したがって、チャンネル方向が同じであってもMOSトランジスタのソースの位置とドレインの位置が入れ替わると、MOSトランジスタの閾値電圧(VT)に非対称性を生じてしまうことが分かる。   In a batch type ion implantation apparatus in which a plurality of wafers are mounted on a rotating disk used for extension implantation and implanted, a pad angle is provided to attach the wafer by centrifugal force. For this reason, in the ion implantation at a tilt of 0 degree, an angle deviation of 1 degree or more appears on the left and right sides of the wafer, and as a result, asymmetry appears in the device characteristics of the MOS transistor, which is the result of 2002 IWJT (International workshop Junction Technology). Have been reported. Therefore, it can be seen that even if the channel direction is the same, if the source position and the drain position of the MOS transistor are switched, an asymmetry occurs in the threshold voltage (VT) of the MOS transistor.

このデバイス特性の非対称性における課題の多くは、4ステップ注入と呼ばれる90度の回転で4方向から注入することでイオンビームの歪み又はイオンビーム内の非対称性を打ち消すことが可能である。
特開2004−71118号公報 特許第3539705号
Many of the problems in the asymmetry of the device characteristics can be obtained by canceling the distortion of the ion beam or the asymmetry in the ion beam by implanting from four directions with a rotation of 90 degrees called four-step implantation.
JP 2004-71118 A Japanese Patent No. 3539705

ところが、中電流イオン注入装置におけるショートチャンネル特性を抑えるためのハロー注入(又はポケット注入)については、エクステンション注入と同様に、上記の4ステップ注入を用いることが必須であるが、20°から45°の傾斜注入であるため、4ステップ注入を用いてもイオンビームの歪み又はイオンビーム内の非対称性を打ち消されないという問題がある。   However, for the halo implantation (or pocket implantation) for suppressing the short channel characteristics in the medium current ion implantation apparatus, it is essential to use the above four-step implantation as in the extension implantation. Therefore, there is a problem that even if four-step implantation is used, distortion of the ion beam or asymmetry in the ion beam cannot be canceled.

この現象はイオン注入装置の構造に起因している。通常、中電流イオン注入装置では、水平方向においては、イオンビームを静電又は磁気によって走査することにより、縦方向においては、機械的走査による二次元走査により、面内均一に注入を行う構成となっている。縦方向における機械的走査については2種類の方法があるが、そのうちの一つは、高傾斜角度注入を行うものであるので、ウエハ内の注入位置によって、イオンビームの照射点が動くため、イオンビームの広がりが違った注入がなされてしまうことになる。   This phenomenon is caused by the structure of the ion implantation apparatus. In general, the medium-current ion implantation apparatus has a configuration in which an ion beam is scanned electrostatically or magnetically in the horizontal direction, and in the surface is uniformly implanted by two-dimensional scanning by mechanical scanning in the vertical direction. It has become. There are two types of mechanical scanning in the vertical direction. One of them is a high tilt angle implantation, and the ion beam irradiation point moves depending on the implantation position in the wafer. An injection with a different beam spread will be made.

図13には、ウエハW1と、イオンビームE4、E5、E6、E7と、MOSトランジスタT1、T2、T3、T4とを示している。   FIG. 13 shows a wafer W1, ion beams E4, E5, E6, and E7, and MOS transistors T1, T2, T3, and T4.

図13に示すように、4ステップ注入の上と下の二つの場所(例えばトランジスタT1が存在する場所とトランジスタT4が存在する場所)におけるハロー注入(又はポケット注入)では、イオンビームE4とE7の注入点が異なるので、イオンビームE4とE7とではイオンビームの広がりが違う注入がなされることになる。このため、図14に示すように、4ステップ注入の上と下の二つの場所におけるハロー注入(又はポケット注入)によると、MOSトランジスタのゲート電極G1の左右(又は上下)には、不純物分布14a及び14bが互いに非対象なソース領域とドレイン領域が形成される。また、4ステップ注入の左右の二つの場所(水平方向における二つの場所)におけるハロー注入(又はポケット注入)でも、左右の注入点までの距離が異なる場合には、同様に、イオンビームE5とE6の広がりが違う注入がなされることになり、ウエハW1内でイオンビームの広がりが絞れた注入と広がった注入とができ、MOSトランジスタT2とT3のソースとドレインにおける不純物分布が非対称性を示してしまう。   As shown in FIG. 13, in halo implantation (or pocket implantation) at two locations above and below the 4-step implantation (for example, the location where the transistor T1 exists and the location where the transistor T4 exists), the implantation points of the ion beams E4 and E7 Therefore, the ion beams E4 and E7 are implanted with different ion beam spreads. Therefore, as shown in FIG. 14, according to halo implantation (or pocket implantation) at two locations above and below the four-step implantation, impurity distributions 14a and 14b are formed on the left and right (or top and bottom) of the gate electrode G1 of the MOS transistor. Are formed as a source region and a drain region which are not intended for each other. Similarly, in the case of halo implantation (or pocket implantation) at the two left and right locations (two locations in the horizontal direction) of the four-step implantation, when the distances to the left and right implantation points are different, the ion beams E5 and E6 are similarly used. Therefore, the implantation of the ion beam in the wafer W1 is narrowed and the implantation is widened, and the impurity distributions at the sources and drains of the MOS transistors T2 and T3 show asymmetry. End up.

つまり、MOSトランジスタのチャンネル方向が同じであったとしても、MOSトランジスタのソースとドレインの位置が互いに逆になるように形成されている場合には、MOSトランジスタ相互間の距離がたとえ近接していても不純物分布の非対称性が生じる。   In other words, even if the channel directions of the MOS transistors are the same, if the positions of the source and drain of the MOS transistors are reversed, the distance between the MOS transistors is close. Asymmetry of the impurity distribution also occurs.

このため、図15に示すように、MOSトランジスタのチャンネル方向によっては、閾値電圧(VT)特性が違ったトランジスタが形成され、チャンネル方向が同じであってもソースとドレインの向きが互いに逆に配置されている場合に、MOSトランジスタのデバイス特性の非対称性が生じることになる。   For this reason, as shown in FIG. 15, depending on the channel direction of the MOS transistor, transistors having different threshold voltage (VT) characteristics are formed, and the source and drain directions are arranged opposite to each other even if the channel direction is the same. In this case, an asymmetry of the device characteristics of the MOS transistor occurs.

したがって、デバイス特性の非対象性による不良を防止する目的で、上述したように、従来のSRAMのメモリセルでは、各ペアトランジスタが点対称になるように配置され、各ペアトランジスタのソース−ドレインの向きが互いに逆になるように配置されており、また、従来の差動アンプでも、各ペアトランジスタが点対称になるように配置され、各ペアトランジスタのソース−ドレインの向きが互いに逆になるように配置されているが、それでもなお、MOSトランジスタのデバイス特性の非対称性が生じるという問題がある。   Therefore, for the purpose of preventing defects due to the non-target property of the device characteristics, as described above, in the conventional SRAM memory cell, each pair transistor is arranged to be point-symmetric, and the source-drain of each pair transistor is In the conventional differential amplifier, the pair transistors are arranged so as to be symmetric with respect to each other so that the source-drain directions of the pair transistors are opposite to each other. However, there is still a problem that asymmetry of the device characteristics of the MOS transistor occurs.

また、SRAMのメモリセルにおいては、高集積化を図るために、メモリセル内のMOSトランジスタのサイズの更なる微小化が要求されている。しかしながら、高歩留及び信頼性の高いSRAMのメモリセルを提供するためには、MOSトランジスタのデバイス特性のバラツキによる回路マージンを稼がなければならないので、その結果、MOSトランジスタのサイズを簡単に小さくすることは困難であるという問題がある。この問題は、微小電位を増幅する差動アンプにおいても同様の問題となる。   Further, in the SRAM memory cell, in order to achieve high integration, further miniaturization of the size of the MOS transistor in the memory cell is required. However, in order to provide a high-yield and highly reliable SRAM memory cell, it is necessary to gain a circuit margin due to variations in device characteristics of the MOS transistor. As a result, the size of the MOS transistor can be easily reduced. There is a problem that it is difficult. This problem also applies to a differential amplifier that amplifies a minute potential.

前記に鑑み、本発明の目的は、SRAMのメモリセル又は差動アンプにおいて、MOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制することができ、また、回路マージンを稼ぐことができる、高歩留及び高信頼性を実現する半導体装置を提供することである。   In view of the above, an object of the present invention is to suppress an asymmetry defect in the device characteristics of a MOS transistor in an SRAM memory cell or a differential amplifier, and to obtain a circuit margin. It is an object to provide a semiconductor device that achieves high reliability.

前記の目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る半導体装置は、入出力がクロスカップルするように接続され、ドライバトランジスタ及びロードトランジスタよりなるインバータの対と、インバータの対の各出力に接続されたアクセストランジスタの対とを含むSRAMセルを備えた半導体装置であって、インバータの対を構成するドライブトランジスタの対及びロードトランジスタの対、並びにアクセストランジスタの対のうちの少なくと1つのトランジスタの対は、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the first aspect of the present invention is connected so that input and output are cross-coupled, and each of an inverter pair including a driver transistor and a load transistor, and an inverter pair A semiconductor device comprising an SRAM cell including an access transistor pair connected to an output, wherein at least one of a drive transistor pair and a load transistor pair and an access transistor pair constituting an inverter pair The two transistor pairs are arranged so that the directions from the source to the drain are the same.

本発明の第1の側面に係る半導体装置において、ドライブトランジスタの対、ロードトランジスタの対、及びアクセストランジスタの対の各々を構成するトランジスタの対の全ては、ソース−ドレイン方向が互いに同一方向になるように配置されていることが好ましい。   In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the source-drain directions are all the same in all of the pair of drive transistors, the pair of load transistors, and the pair of access transistors. It is preferable that they are arranged as described above.

本発明の第2の側面に係る半導体装置は、入出力がクロスカップルするように接続され、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタよりなる第1のインバータ及び第2のインバータを含む差動アンプを備えた半導体装置であって、第1のインバータ及び第2のインバータにおける各pMOSトランジスタよりなる第1のトランジスタの対及び各nMOSトランジスタよりなる第2のトランジスタの対のうちの少なくとも一方のトランジスタの対は、ソースからドレインへの向き(なお、ドレインからソースへの向きと言い換えてもよいことは当然である。以下同様である。)が互いに同じ向きになるように配置されている。   A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a differential amplifier including a first inverter and a second inverter which are connected so that input and output are cross-coupled and each of which includes a pMOS transistor and an nMOS transistor. In the first inverter and the second inverter, at least one transistor pair of the first transistor pair including the pMOS transistors and the second transistor pair including the nMOS transistors is from the source. They are arranged so that the directions to the drain (which may be paraphrased as the direction from the drain to the source. The same applies hereinafter) are the same.

本発明の第2の側面に係る半導体装置において、pMOSトランジスタの対、及びnMOSトランジスタの対の各々を構成するトランジスタの対の全ては、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されていることが好ましい。   In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, all of the pMOS transistor pair and the nMOS transistor pair are arranged so that the directions from the source to the drain are the same. It is preferable that

本発明の第3の側面に係る半導体装置は、入出力がクロスカップルするように接続され、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタよりなる第1のインバータ及び第2のインバータを含む差動アンプを備えた半導体装置であって、第1のインバータを構成するpMOSトランジスタは、互いに並列接続された第1及び第2のpMOSトランジスタからなり、
第1のインバータを構成するnMOSトランジスタは、互いに並列接続された第1及び第2のnMOSトランジスタからなり、第2のインバータを構成するpMOSトランジスタは、互いに並列接続された第3及び第4のpMOSトランジスタからなり、第2のインバータを構成するnMOSトランジスタは、互いに並列接続された第3及び第4のnMOSトランジスタからなり、第1及び第2のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、第1及び第2のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、第3及び第4のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、並びに第3及び第4のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対の各々は、ソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置されており、第1及び第3のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、第1及び第3のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、第2及び第4のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、第2及び第4のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対の各々は、ソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されている。
A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a semiconductor device including a differential amplifier including a first inverter and a second inverter which are connected so that input and output are cross-coupled and each of which includes a pMOS transistor and an nMOS transistor. The pMOS transistors constituting the first inverter are composed of first and second pMOS transistors connected in parallel to each other.
The nMOS transistor constituting the first inverter is composed of first and second nMOS transistors connected in parallel to each other, and the pMOS transistor constituting the second inverter is composed of third and fourth pMOSs connected in parallel to each other. The nMOS transistors that are transistors and constitute the second inverter are third and fourth nMOS transistors that are connected in parallel to each other, and are a pair of transistors including the first and second pMOS transistors, the first and second transistors. Each of the pair of transistors consisting of nMOS transistors, the pair of transistors consisting of third and fourth pMOS transistors, and the pair of transistors consisting of third and fourth nMOS transistors are opposite in direction from the source to the drain. Arranged to face the first And a pair of transistors consisting of the first and third nMOS transistors, a pair of transistors consisting of the second and fourth pMOS transistors, and a pair of transistors consisting of the second and fourth nMOS transistors. Each pair of transistors is arranged so that the direction from the source to the drain is the same.

本発明に係る半導体装置によると、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制することができ、また、回路マージンを稼ぐことができる、高歩留及び高信頼性を実現することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to suppress the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain during the implantation, and to increase the circuit margin. And high reliability can be realized.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置(半導体記憶装置)について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor device (semiconductor memory device) according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態における6個のトランジスタで構成されたSRAMのメモリセルのレイアウトを示している。なお、当該SRAMのメモリセルの回路図は、前述した図6の回路図と同一であるので、ここではその説明は繰り返さない。   FIG. 1 shows a layout of an SRAM memory cell composed of six transistors according to the first embodiment of the present invention. Since the circuit diagram of the SRAM memory cell is the same as the circuit diagram of FIG. 6 described above, description thereof will not be repeated here.

図1に示すように、本実施形態におけるSRAMのメモリセルは、ドライブnMOSトランジスタTN1及びTN2と、アクセスnMOSトランジスタTN3及びTN4と、ロードpMOSトランジスタTP1及びTP2と、ポリシリコン配線PL1、PL2、PL3及びPL4と、配線層AL1及びAL2と、コンタクトCN1、CN2、CN3及びCN4と有している。   As shown in FIG. 1, the SRAM memory cell in this embodiment includes drive nMOS transistors TN1 and TN2, access nMOS transistors TN3 and TN4, load pMOS transistors TP1 and TP2, polysilicon wirings PL1, PL2, PL3, and PL4, wiring layers AL1 and AL2, and contacts CN1, CN2, CN3, and CN4 are provided.

ドライブnMOSトランジスタTN1及びTN2、並びにアクセスnMOSトランジスタTN3及びTN4は、p型拡散領域上に形成されており、ロードpMOSトランジスタTP1及びTP2は、n型拡散領域上に形成されている。   Drive nMOS transistors TN1 and TN2 and access nMOS transistors TN3 and TN4 are formed on the p-type diffusion region, and load pMOS transistors TP1 and TP2 are formed on the n-type diffusion region.

また、ドライブnMOSトランジスタTN1とロードpMOSトランジスタTP1のゲートは、ポリシリコン配線PL1で接続されており、両ドレインはコンタクトを介して配線層AL1で接続されており、第1のインバータINVを構成している。ドライブnMOSトランジスタTN2とロードpMOSトランジスタTP2のゲートは、ポリシリコン配線PL2で接続されており、両ドレインはコンタクトを介して配線層AL2で接続されており、第2のインバータINV2を構成している。   In addition, the gates of the drive nMOS transistor TN1 and the load pMOS transistor TP1 are connected by a polysilicon wiring PL1, and both drains are connected by a wiring layer AL1 through a contact, forming a first inverter INV. Yes. The gates of the drive nMOS transistor TN2 and the load pMOS transistor TP2 are connected by a polysilicon wiring PL2, and both drains are connected by a wiring layer AL2 through contacts, thereby constituting a second inverter INV2.

第1のインバータINV1の出力ノードになる配線層AL1は第2のインバータINV2の入力ノードとなる配線PL2に接続されており、第2のインバータINV2の出力ノードになる配線層AL2は第1のインバータINV1の入力ノードとなる配線PL1に接続されている。これにより、データを保持するための回路が形成されている。   The wiring layer AL1 that is the output node of the first inverter INV1 is connected to the wiring PL2 that is the input node of the second inverter INV2, and the wiring layer AL2 that is the output node of the second inverter INV2 is the first inverter. It is connected to a wiring PL1 that becomes an input node of INV1. As a result, a circuit for holding data is formed.

また、アクセスnMOSトランジスタTN3のドレインは、第1のインバータINV1の出力ノードとなる配線層AL1に接続されており、ソースは、コンタクトCN1を介して縦方向に走るビット線BL1に接続されている。アクセスnMOSトランジスタTN4のドレインは、第2のインバータINV2の出力ノードとなる配線層AL2に接続されており、ソースは、コンタクトCN2を介して縦方向に走るビット線BL2に接続されている。アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4は、コンタクトCN3とCN4を介して横方向に走るワード線WL1に接続されている。   The drain of the access nMOS transistor TN3 is connected to the wiring layer AL1 serving as the output node of the first inverter INV1, and the source is connected to the bit line BL1 running in the vertical direction via the contact CN1. The drain of the access nMOS transistor TN4 is connected to the wiring layer AL2 serving as the output node of the second inverter INV2, and the source is connected to the bit line BL2 running in the vertical direction via the contact CN2. Access nMOS transistors TN3 and TN4 are connected to word line WL1 running in the lateral direction via contacts CN3 and CN4.

ここで、図1に示すように、ドライブnMOSトランジスタTN1とTN2、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4の各ペアトランジスタは、メモリセル領域の中心を通る上下方向の線分に対して線対称に配置されており、各ペアトランジスタのソースからドレインへの向きは、それぞれ同じ向きになるように配置されている。また、ロードpMOSトランジスタTP1とTP2においては、メモリセル領域の中心の回りに点対称に配置されており、ペアトランジスタのソースからドレインへの向きは、互いに逆向きになるように配置されている。   Here, as shown in FIG. 1, the pair transistors of the drive nMOS transistors TN1 and TN2 and the access nMOS transistors TN3 and TN4 are arranged symmetrically with respect to the vertical line segment passing through the center of the memory cell region. The direction from the source to the drain of each pair transistor is arranged to be the same. Further, the load pMOS transistors TP1 and TP2 are arranged point-symmetrically around the center of the memory cell region, and the pair transistors are arranged so that the directions from the source to the drain are opposite to each other.

これにより、ドライブnMOSトランジスタとアクセスnMOSトランジスタの各ペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになり、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制することができるため、ロードpMOSトランジスタに要求されるトランジスタ特性の精度が緩和され、その結果、注入マスクと注入機におけるコスト低下が可能となる。   As a result, the direction from the source to the drain of each pair transistor of the drive nMOS transistor and the access nMOS transistor is the same, and the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain in the implantation is eliminated. Therefore, the accuracy of the transistor characteristics required for the load pMOS transistor is relaxed, and as a result, the cost of the implantation mask and the implantation machine can be reduced.

本実施形態に係る半導体装置によると、SRAM専用注入マスクが存在する場合、SRAMのメモリセル内のドライブトランジスタのペアトランジスタと、アクセストランジスタのペアトランジスタの各ペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されているので、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制することが可能となり、ロードトランジスタのデバイス特性精度が緩和される。その結果、ロードトランジスタを形成するための注入に使用する注入機に求められる精度が緩和されるので、注入機のコスト削減が可能となり、ウエハコストの削減が可能となる。   According to the semiconductor device according to the present embodiment, when the SRAM dedicated implantation mask exists, the direction from the source to the drain of each pair transistor of the drive transistor and the pair transistor of the access transistor in the SRAM memory cell is the same. Since it is arranged so as to be oriented, it becomes possible to suppress the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor resulting from the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain during implantation, and the device characteristic accuracy of the load transistor is relaxed. The As a result, the accuracy required of the injector used for the implantation for forming the load transistor is relaxed, so that the cost of the injector can be reduced and the wafer cost can be reduced.

なお、本実施形態では、ドライブトランジスタ対及びアクセストランジスタ対のソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくともドライブトランジスタ対、ロードトランジスタ対及びアクセストランジスタ対のうちのいずれかのトランジスタ対において、ソースからドレインへの向きが同じになるように配置することにより、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制する効果を得ることができる。   In the present embodiment, the case where the drive transistor pair and the access transistor pair are arranged so that the directions from the source to the drain are the same is described, but the present invention is not limited to this, and at least the drive transistor pair, In any one of the load transistor pair and the access transistor pair, the source-to-drain direction is the same, so that the MOS transistor caused by the asymmetry of the source and drain impurity distribution in the implantation The effect of suppressing the asymmetry defect in the device characteristics can be obtained.

−変形例−
図2は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る6個のトランジスタで構成するSRAMのメモリセルのレイアウトを示している。なお、図2において、上述した図1を構成する要素と同様の機能を担う要素については同一の符号を付け、その説明は繰り返さない。なお、本変形例のSRAMのメモリセルの回路図も、前述した図6と同様である。
-Modification-
FIG. 2 shows a layout of an SRAM memory cell composed of six transistors according to a modification of the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, elements having the same functions as those of the elements constituting FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. The circuit diagram of the SRAM memory cell of this modification is the same as that of FIG.

本発明の第1の実施形態の変形例では、図2に示すように、ドライブnMOSトランジスタTN1とTN2、アクセスnMOSトランジスタTN3とTN4、ロードpMOSトランジスタTP1とTP2の各ペアトランジスタは全て、メモリセル領域の中心を通る上下方向の線分に対して線対称に配置されており、各ペアトランジスタのソースからドレインへの向きは同じ方向になるように配置されている。   In the modification of the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the pair transistors of the drive nMOS transistors TN1 and TN2, the access nMOS transistors TN3 and TN4, and the load pMOS transistors TP1 and TP2 are all in the memory cell region. Are arranged symmetrically with respect to a line segment in the vertical direction passing through the center of each pair, and the direction from the source to the drain of each pair transistor is arranged in the same direction.

このように、ペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになるので、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制し、回路マージンを稼ぐことが可能となる。   In this way, since the direction from the source to the drain of the pair transistor is the same, the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain during implantation is suppressed, and a circuit margin is gained. It becomes possible.

さらに、SRAMのメモリセル内のドライブトランジスタのペアトランジスタと、ロードトランジスタのペアトランジスタと、アクセストランジスタのペアトランジスタの全てのペアトランジスタにおいて、ソースからドレインへの向きを同じ向きになるように配置されているので、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良をより抑制し、その結果、回路マージンをより稼ぐことが可能となり、より高精度なSRAMのメモリセルが実現される。   Further, the drive transistor pair transistor, the load transistor pair transistor, and the access transistor pair transistor in the SRAM memory cell are arranged in the same direction from the source to the drain in the pair transistors of the access transistor. Therefore, the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain during the implantation can be further suppressed, and as a result, the circuit margin can be further increased, and the SRAM memory with higher accuracy can be obtained. A cell is realized.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置(差動アンプ)について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device (differential amplifier) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3は、本発明の第2の実施形態に係る差動アンプのレイアウトを示している。なお、当該差動アンプの回路図は、前述した図9の回路図と同一であるため、ここではその説明は繰り返さない。   FIG. 3 shows a layout of the differential amplifier according to the second embodiment of the present invention. Since the circuit diagram of the differential amplifier is the same as the circuit diagram of FIG. 9 described above, description thereof will not be repeated here.

図3に示すように、本実施形態における差動アンプは、nMOSトランジスタTN5及びTN6と、pMOSトランジスタTP5及びTP6と、nMOSトランジスタTNS及びpMOSトランジスタTPSと、配線層AL3、AL4、AL5及びAL6と、ビット線BL1及びBL2とを有している。   As shown in FIG. 3, the differential amplifier in this embodiment includes nMOS transistors TN5 and TN6, pMOS transistors TP5 and TP6, nMOS transistors TNS and pMOS transistors TPS, wiring layers AL3, AL4, AL5 and AL6, Bit lines BL1 and BL2 are provided.

nMOSトランジスタTN5及びTN6と、nMOSトランジスタTNSとは、p型拡散領域上に形成されており、pMOSトランジスタTP5及びTP6と、pMOSトランジスタTPSとは、n型拡散領域上に形成されている。nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のゲートは、コンタクトを介して配線層AL4で接続されており、nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のドレインは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されている。nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のゲートは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されており、nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のドレインは、コンタクトを介して配線層AL4で接続されている。   The nMOS transistors TN5 and TN6 and the nMOS transistor TNS are formed on the p-type diffusion region, and the pMOS transistors TP5 and TP6 and the pMOS transistor TPS are formed on the n-type diffusion region. The gates of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected by a wiring layer AL4 through a contact, and the drains of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected by a wiring layer AL3 through a contact. The gates of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected by a wiring layer AL3 through a contact, and the drains of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected by a wiring layer AL4 through a contact.

また、nMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のドレインとnMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のゲートは、コンタクトを介して配線層AL3で接続されており、ビット線BL1に接続されている。nMOSトランジスタTN6とpMOSトランジスタTP6のドレインとnMOSトランジスタTN5とpMOSトランジスタTP5のゲートは、コンタクトを介して配線層AL4で接続されており、ビット線BL2に接続されている。nMOSトランジスタTN5とnMOSトランジスタTN6のソースとnMOSトランジスタTNSのドレインは、配線層AL5で接続されている。pMOSトランジスタTP5とpMOSトランジスタTP6のソースとpMOSトランジスタTPSのドレインは、配線層AL6で接続されている。nMOSトランジスタTSNのゲートとpMOSトランジスタTPSのゲートは、インバータ回路を介して接続されている。nMOSトランジスタTSNとpMOSトランジスタTPSは、制御信号で制御されているトランジスタである。   The drains of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 and the gates of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 are connected to each other through the contact by the wiring layer AL3 and to the bit line BL1. The drains of the nMOS transistor TN6 and the pMOS transistor TP6 and the gates of the nMOS transistor TN5 and the pMOS transistor TP5 are connected to each other through the contact in the wiring layer AL4 and to the bit line BL2. The sources of the nMOS transistor TN5 and the nMOS transistor TN6 and the drain of the nMOS transistor TNS are connected by the wiring layer AL5. The sources of the pMOS transistor TP5 and the pMOS transistor TP6 and the drain of the pMOS transistor TPS are connected by the wiring layer AL6. The gate of the nMOS transistor TSN and the gate of the pMOS transistor TPS are connected via an inverter circuit. The nMOS transistor TSN and the pMOS transistor TPS are controlled by a control signal.

ここで、nMOSトランジスタTN5とnMOSトランジスタTN6のペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されている。また、pMOSトランジスタTP5及びTP6も同様に、ペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されている。このように、ソースからドレインへの向きが同じ向きになり、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制し、回路マージンを稼ぐことが可能となる。   Here, the pair transistors of the nMOS transistor TN5 and the nMOS transistor TN6 are arranged so that the directions from the source to the drain are the same. Similarly, the pMOS transistors TP5 and TP6 are arranged so that the directions from the source to the drain of the pair transistors are the same. In this way, the direction from the source to the drain becomes the same direction, and it is possible to suppress the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and the drain in the implantation, and to obtain a circuit margin. Become.

同様に、本発明の第2の実施形態に係る差動アンプによると、nMOSトランジスタのペアトランジスタと、pMOSトランジスタのペアトランジスタの全てのペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されているので、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性の非対称性不良をより抑制し、その結果、回路マージンをより稼ぐことが可能となり、より高精度な差動アンプを実現できる。   Similarly, according to the differential amplifier according to the second embodiment of the present invention, the direction from the source to the drain of the pair transistors of the nMOS transistor and the pair transistors of the pMOS transistor is the same. As a result, the device characteristics of the MOS transistor due to the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain during the implantation are further suppressed, and as a result, the circuit margin can be further increased, resulting in higher accuracy. A differential amplifier can be realized.

なお、本実施形態では、nMOSトランジスタのペアトランジスタと、pMOSトランジスタのペアトランジスタの全てのペアトランジスタのソースからドレインへの向きが同じになるように配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくともnMOSトランジスタのペアトランジスタ、及びpMOSトランジスタのペアトランジスタのうちのいずれか一方のペアトランジスタにおいて、ソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置することにより、注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制する効果を得ることができる。   In the present embodiment, the case where the paired transistors of the nMOS transistor and all the paired transistors of the pMOS transistor are arranged in the same direction from the source to the drain has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, at least one of the pair transistor of the nMOS transistor and the pair transistor of the pMOS transistor is arranged so that the direction from the source to the drain is the same, so that The effect of suppressing the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the drain can be obtained.

−変形例−
以下、本発明の第2の実施形態の変形例に係る半導体装置(差動アンプ)について、図面を参照しながら説明する。
-Modification-
Hereinafter, a semiconductor device (differential amplifier) according to a modification of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図4は、本発明の第2の実施形態の変形例に係る差動アンプの回路図を示している。また、図5は、図4に示す差動アンプのレイアウトを示している。なお、図4及び図5において、前述した図3を構成する要素と同様の機能を担う要素については同一の符号を付しており、ここではその説明は繰り返さない。   FIG. 4 shows a circuit diagram of a differential amplifier according to a modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a layout of the differential amplifier shown in FIG. 4 and 5, elements having the same functions as those of the elements constituting FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated here.

図4及び図5に示すように、本発明の第2の実施形態の変形例に係る差動アンプは、nMOSトランジスタTN7A、TN7B、TN8A及びTN8Bと、pMOSトランジスタTP7A、TP7B、TP8A及びTP8Bと、nMOSトランジスタTNSと、pMOSトランジスタTPSと、配線層AL7、AL8、AL9及びAL10と、制御信号SA1と、インバータ回路INV3と、ビット線BL1及びBL2とを有している。   4 and 5, the differential amplifier according to the modification of the second embodiment of the present invention includes nMOS transistors TN7A, TN7B, TN8A and TN8B, pMOS transistors TP7A, TP7B, TP8A and TP8B, It has an nMOS transistor TNS, a pMOS transistor TPS, wiring layers AL7, AL8, AL9 and AL10, a control signal SA1, an inverter circuit INV3, and bit lines BL1 and BL2.

nMOSトランジスタTN7A、TN7B、TN8A及びTN8Bは、p型拡散領域上に形成されており、pMOSトランジスタTP7A、TP7B、TP8A及びTP8Bは、n型拡散領域上に形成されている。   The nMOS transistors TN7A, TN7B, TN8A, and TN8B are formed on the p-type diffusion region, and the pMOS transistors TP7A, TP7B, TP8A, and TP8B are formed on the n-type diffusion region.

本発明の第2の実施形態の変形例では、図9に示した差動アンプの基本的な回路図を構成する2つのnMOSトランジスタTN5及びTN6において、nMOSトランジスタTN5を2つのnMOSトランジスタTN7A及びTN7Bで構成すると共に、nMOSトランジスタTN6を2つのnMOSトランジスタTN8A及びTN8Bで構成している。そして、nMOSトランジスタTN7A及びTN7Bと、nMOSトランジスタTN8A及びTN8Bとのそれぞれにおけるソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置している。一方、nMOSトランジスタTN7A及びTN8Aと、nMOSトランジスタTN7B及びTN8Bとのそれぞれにおけるソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置している。   In the modification of the second embodiment of the present invention, in the two nMOS transistors TN5 and TN6 constituting the basic circuit diagram of the differential amplifier shown in FIG. 9, the nMOS transistor TN5 is replaced with two nMOS transistors TN7A and TN7B. The nMOS transistor TN6 is composed of two nMOS transistors TN8A and TN8B. The nMOS transistors TN7A and TN7B and the nMOS transistors TN8A and TN8B are arranged so that the directions from the source to the drain are opposite to each other. On the other hand, the nMOS transistors TN7A and TN8A and the nMOS transistors TN7B and TN8B are arranged in the same direction from the source to the drain.

さらに、図9における2つのpMOSトランジスタTP5及びTP6についても、pMOSトランジスタTP5を2つのpMOSトランジスタTP7A及びTP7Bで構成すると共に、pMOSトランジスタTP6をpMOSトランジスタTP8A及びTP8Bで構成している。そして、pMOSトランジスタTP7A及びTP7Bと、pMOSトランジスタTP8A及びTP8Bとのそれぞれにおけるソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置している。一方、pMOSトランジスタTP7A及びTP8Aと、pMOSトランジスタTP7B及びTP8Bとのそれぞれにおけるソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置している。   Further, for the two pMOS transistors TP5 and TP6 in FIG. 9, the pMOS transistor TP5 is composed of two pMOS transistors TP7A and TP7B, and the pMOS transistor TP6 is composed of pMOS transistors TP8A and TP8B. The pMOS transistors TP7A and TP7B and the pMOS transistors TP8A and TP8B are arranged so that the directions from the source to the drain are opposite to each other. On the other hand, the pMOS transistors TP7A and TP8A and the pMOS transistors TP7B and TP8B are arranged in the same direction from the source to the drain.

nMOSトランジスタTN7AとnMOSトランジスタTN7BとpMOSトランジスタTP7AとpMOSトランジスタTP7Bのゲートは、コンタクトを介して配線層AL7で接続されており、nMOSトランジスタTN8AとnMOSトランジスタTN8BとpMOSトランジスタTP8AとpMOSトランジスタTP8Bのドレインは、コンタクトを介して配線層AL7で接続されており、ビット線BL2に接続されている。   The gates of the nMOS transistor TN7A, the nMOS transistor TN7B, the pMOS transistor TP7A, and the pMOS transistor TP7B are connected to each other through the contact by the wiring layer AL7. Are connected to the wiring layer AL7 through contacts, and are connected to the bit line BL2.

nMOSトランジスタTN8AとnMOSトランジスタTN8BとpMOSトランジスタTP8AとpMOSトランジスタTP8Bのゲートは、コンタクトを介して配線層AL8で接続されており、nMOSトランジスタTN7AとnMOSトランジスタTN7BとpMOSトランジスタTP7AとpMOSトランジスタTP7Bのドレインは、コンタクトを介して配線層AL8で接続されており、ビット線BL1に接続されている。   The gates of the nMOS transistor TN8A, the nMOS transistor TN8B, the pMOS transistor TP8A, and the pMOS transistor TP8B are connected to each other through the contact by the wiring layer AL8. Are connected by the wiring layer AL8 through contacts, and are connected to the bit line BL1.

nMOSトランジスタTN7A、TN7B、TN8A及びTN8BのソースとnMOSトランジスタTNSのドレインは、コンタクトを介して配線層AL9で接続されている。pMOSトランジスタTP7A、TP7B、TP8A及びTP8BのソースとpMOSトランジスタTPSのドレインは、コンタクトを介して配線層AL10で接続されている。nMOSトランジスタTSNのゲートとpMOSトランジスタTPSのゲートは、インバータ回路INV3を介して接続されている。nMOSトランジスタTSNとpMOSトランジスタTPSは、制御信号SA1で制御されているトランジスタである。   The sources of the nMOS transistors TN7A, TN7B, TN8A, and TN8B and the drain of the nMOS transistor TNS are connected by a wiring layer AL9 through a contact. The sources of the pMOS transistors TP7A, TP7B, TP8A, and TP8B and the drain of the pMOS transistor TPS are connected by the wiring layer AL10 through a contact. The gate of the nMOS transistor TSN and the gate of the pMOS transistor TPS are connected via an inverter circuit INV3. The nMOS transistor TSN and the pMOS transistor TPS are transistors controlled by the control signal SA1.

このように、従来の差動アンプを構成する各1つのnMOSトランジスタを2つのnMOSトランジスタで構成し、その2つのnMOSトランジスタのソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置していることにより、注入におけるウエハ面内でのイオンビームの広がりが違うことによって起こるソースとドレインの不純物分布の非対称性から起こるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性を、2つのnMOSトランジスタで打ち消し合って、差動アンプのウエハ面内バラツキを抑制し、回路マージンを稼ぐことが可能となる。   Thus, each nMOS transistor constituting the conventional differential amplifier is composed of two nMOS transistors, and the two nMOS transistors are arranged so that the directions from the source to the drain are opposite to each other. As a result, the two nMOS transistors cancel out the asymmetry in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain caused by the difference in the ion beam spread in the wafer surface during implantation. It is possible to suppress variations in the wafer surface of the dynamic amplifier and to obtain a circuit margin.

また、従来の差動アンプを構成する2つのnMOSトランジスタにおいて、各1つのnMOSトランジスタを2つのnMOSトランジスタで構成し、その2つのnMOSトランジスタのソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置しており、また同様に、差動アンプを構成する2つのpMOSトランジスタにおいても、各1つのpMOSトランジスタを2つのpMOSトランジスタで構成し、その2つのpMOSトランジスタのソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置していることにより、注入におけるウエハ面内でのイオンビームの広がりが違うことにより起こる不純物分布の非対称性による差動アンプのウエハ面内バラツキを抑制し、回路マージンを稼ぐことが可能となり、高精度な差動アンプを実現することができる。   Further, in the two nMOS transistors constituting the conventional differential amplifier, each nMOS transistor is composed of two nMOS transistors so that the directions from the source to the drain of the two nMOS transistors are opposite to each other. Similarly, in the two pMOS transistors constituting the differential amplifier, each pMOS transistor is composed of two pMOS transistors, and the directions from the source to the drain of the two pMOS transistors are mutually different. By arranging them in the opposite direction, the variation in the wafer surface of the differential amplifier due to the asymmetry of the impurity distribution caused by the difference in the spread of the ion beam in the wafer surface during implantation is suppressed, and the circuit margin is increased. It is possible to earn and a high-precision differential amplifier It can be current.

以上説明したように、本発明の半導体装置は、SRAMのメモリセル又は差動アンプにおいて、各ペアトランジスタの注入におけるソースとドレインの不純物分布の非対称性から生じるMOSトランジスタのデバイス特性における非対称性不良を抑制し、回路マージンを稼ぐことを可能とするものであり、特に、SRAMのメモリセル又は差動アンプのレイアウト設計にとって有用である。   As described above, the semiconductor device according to the present invention eliminates the asymmetry defect in the device characteristics of the MOS transistor caused by the asymmetry of the impurity distribution of the source and drain in the implantation of each pair transistor in the SRAM memory cell or the differential amplifier. This makes it possible to suppress and increase a circuit margin, and is particularly useful for the layout design of an SRAM memory cell or a differential amplifier.

本発明の第1の実施形態に係るSRAMメモリセルのレイアウト図である。1 is a layout diagram of an SRAM memory cell according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の変形例に係るSRAMメモリセルのレイアウト図である。FIG. 10 is a layout diagram of an SRAM memory cell according to a modification of the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る差動アンプのレイアウト図である。FIG. 6 is a layout diagram of a differential amplifier according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態の変形例に係る差動アンプの回路図である。It is a circuit diagram of the differential amplifier which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の変形例に係る差動アンプのレイアウト図である。FIG. 10 is a layout diagram of a differential amplifier according to a modification of the second embodiment of the present invention. SRAMメモリセルの基本的な回路図である。1 is a basic circuit diagram of an SRAM memory cell. SRAMメモリセルの従来のレイアウト図である。It is a conventional layout diagram of an SRAM memory cell. SRAMメモリセルの従来のレイアウトにおける読み出し動作のタイミングチャートである。10 is a timing chart of a read operation in the conventional layout of the SRAM memory cell. 差動アンプの基本的な回路図である。It is a basic circuit diagram of a differential amplifier. 差動アンプの従来のレイアウト図である。It is the conventional layout figure of a differential amplifier. 差動アンプの従来のレイアウトにおける読み出し動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the read-out operation in the conventional layout of a differential amplifier. 注入機におけるイオンビームの広がりを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the breadth of the ion beam in an implanter. ウエハ面内におけるイオンビームの広がりの差異を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the difference of the breadth of the ion beam in a wafer surface. 高傾斜角注入におけるイオンビームの非対称性を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the asymmetry of the ion beam in high inclination angle implantation. トランジスタの方向による閾値電圧の非対称性を示す図である。It is a figure which shows the asymmetry of the threshold voltage by the direction of a transistor.

符号の説明Explanation of symbols

TN1、TN2 SRAMメモリセル内のドライブnMOSトランジスタ
TN3、TN4 SRAMメモリセル内のアクセスnMOSトランジスタ
TP1、TP2 SRAMメモリセル内のロードpMOSトランジスタ
PL1、PL2、PL3、PL4 ポリシリコン配線
AL1、AL2 SRAMメモリセル内の配線層
CN1、CN2、CN3、CN4 コンタクト
INV1、INV2 SRAMメモリセル内のインバータ
SN1 第1のインバータINV1の出力ノード及び第2のインバータINV2の入力ノード
SN2 第2のインバータINV2の出力ノード及び第1のインバータINV1の入力ノード
WL1 ワード線
BL1、BL2 ビット線
PR ビット線プリチャージ信号
TPR1、TPR2 プリチャージトランジスタ
SA 差動アンプ
SA1 制御信号
TN5、TN6、TN7A、TN7B、TN8A、TN8B 差動アンプ内のnMOSトランジスタ
TP5、TP6、TP7A、TP7B、TP8A、TP8B 差動アンプ内のpMOSトランジスタ
INV3 差動アンプに接続のインバータ
TNS 制御信号によって制御されるnMOSトランジスタ
TPS 制御信号によって制御されるpMOSトランジスタ
AL3、AL4、AL5、AL6、AL7、AL8、AL9、AL10 差動アンプ内の配線層
E1 注入機における高いエネルギービームでのイオンビーム
E2 注入機における低いエネルギービームでのイオンビーム
W1 ウエハ
E4、E5、E6、E7 注入機におけるイオンビーム
T1、T2、T3、T4 MOSトランジスタ
G1 ゲート電極
TN1, TN2 Drive nMOS transistors TN3, TN4 in the SRAM memory cell Access nMOS transistors TP1, TP2 in the SRAM memory cell Load pMOS transistors PL1, PL2, PL3, PL4 in the SRAM memory cell Polysilicon wiring AL1, AL2 In the SRAM memory cell Wiring layers CN1, CN2, CN3, CN4 contacts INV1, INV2 Inverter SN1 in SRAM memory cell Output node of first inverter INV1 and input node SN2 of second inverter INV2 Output node of first inverter INV2 and first Inverter INV1 input node WL1 Word line BL1, BL2 Bit line
PR bit line precharge signal TPR1, TPR2 precharge transistor SA differential amplifier SA1 control signals TN5, TN6, TN7A, TN7B, TN8A, TN8B nMOS transistors TP5, TP6, TP7A, TP7B, TP8A, TP8B in the differential amplifier PMOS transistor INV3 in amplifier Inverter TNS connected to differential amplifier nMOS transistor TPS controlled by control signal pMOS transistors AL3, AL4, AL5, AL6, AL7, AL8, AL9, AL10 controlled by control signal In differential amplifier Wiring layer E1 Ion beam with high energy beam in implanter E2 Ion beam with low energy beam in implanter W1 Wafers E4, E5, E6, E7 Ion in implanter Beam T1, T2, T3, T4 MOS transistor G1 gate electrode

Claims (5)

入出力がクロスカップルするように接続され、ドライバトランジスタ及びロードトランジスタよりなるインバータの対と、前記インバータの対の各出力に接続されたアクセストランジスタの対とを含むSRAMセルを備えた半導体装置であって、
前記インバータの対を構成する前記ドライブトランジスタの対及び前記ロードトランジスタの対、並びに前記アクセストランジスタの対のうちの少なくと1つのトランジスタの対は、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including an SRAM cell including input / output cross-coupled inverter pairs including a driver transistor and a load transistor, and an access transistor pair connected to each output of the inverter pair. And
At least one transistor pair of the drive transistor pair and the load transistor pair and the access transistor pair constituting the inverter pair has the same direction from the source to the drain. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is disposed.
前記ドライブトランジスタの対、前記ロードトランジスタの対、及び前記アクセストランジスタの対の各々を構成するトランジスタの対の全ては、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   All of the pairs of transistors constituting each of the pair of drive transistors, the pair of load transistors, and the pair of access transistors are arranged so that the directions from the source to the drain are the same as each other. The semiconductor device according to claim 1. 入出力がクロスカップルするように接続され、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタよりなる第1のインバータ及び第2のインバータを含む差動アンプを備えた半導体装置であって、
前記第1のインバータ及び前記第2のインバータにおける各pMOSトランジスタよりなる第1のトランジスタの対及び各nMOSトランジスタよりなる第2のトランジスタの対のうちの少なくとも一方のトランジスタの対は、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a differential amplifier including a first inverter and a second inverter, each of which is connected so that input / output is cross-coupled and includes a pMOS transistor and an nMOS transistor,
In the first inverter and the second inverter, at least one of the pair of first transistors composed of the pMOS transistors and the pair of second transistors composed of the nMOS transistors is from the source to the drain. The semiconductor devices are arranged so that their directions are the same as each other.
前記pMOSトランジスタの対、及び前記nMOSトランジスタの対の各々を構成するトランジスタの対の全ては、ソースからドレインへの向きが互いに同じ向きになるように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   4. The transistor pair constituting each of the pair of pMOS transistors and the pair of nMOS transistors is arranged so that directions from a source to a drain are the same as each other. A semiconductor device according to 1. 入出力がクロスカップルするように接続され、pMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタよりなる第1のインバータ及び第2のインバータを含む差動アンプを備えた半導体装置であって、
前記第1のインバータを構成するpMOSトランジスタは、互いに並列接続された第1及び第2のpMOSトランジスタからなり、
前記第1のインバータを構成するnMOSトランジスタは、互いに並列接続された第1及び第2のnMOSトランジスタからなり、
前記第2のインバータを構成するpMOSトランジスタは、互いに並列接続された第3及び第4のpMOSトランジスタからなり、
前記第2のインバータを構成するnMOSトランジスタは、互いに並列接続された第3及び第4のnMOSトランジスタからなり、
前記第1及び第2のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、前記第1及び第2のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、前記第3及び第4のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、並びに前記第3及び第4のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対の各々は、ソースからドレインへの向きが互いに逆向きになるように配置されており、
前記第1及び第3のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、前記第1及び第3のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、前記第2及び第4のpMOSトランジスタよりなるトランジスタの対、前記第2及び第4のnMOSトランジスタよりなるトランジスタの対の各々は、ソースからドレインへの向きが同じ向きになるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a differential amplifier including a first inverter and a second inverter, each of which is connected so that input / output is cross-coupled and includes a pMOS transistor and an nMOS transistor,
The pMOS transistor constituting the first inverter is composed of first and second pMOS transistors connected in parallel to each other,
The nMOS transistors constituting the first inverter are composed of first and second nMOS transistors connected in parallel to each other,
The pMOS transistors constituting the second inverter are composed of third and fourth pMOS transistors connected in parallel to each other,
The nMOS transistors constituting the second inverter are composed of third and fourth nMOS transistors connected in parallel to each other,
A pair of transistors consisting of the first and second pMOS transistors, a pair of transistors consisting of the first and second nMOS transistors, a pair of transistors consisting of the third and fourth pMOS transistors, and the third and Each of the pair of transistors composed of the fourth nMOS transistors is arranged so that the directions from the source to the drain are opposite to each other,
A pair of transistors consisting of the first and third pMOS transistors, a pair of transistors consisting of the first and third nMOS transistors, a pair of transistors consisting of the second and fourth pMOS transistors, and the second and second pairs of transistors. 4. A semiconductor device, wherein each of a pair of four nMOS transistors is arranged so that directions from a source to a drain are the same.
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