JP2008090958A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体記憶装置は、一対のインバータを構成する第1、第2駆動トランジスタN3、N4を備えたSRAMセル10と、前記第1、第2駆動トランジスタの電流経路の一端に接地電圧よりも低いかまたは高い値の電圧を印加する回路11とを具備する。
【選択図】 図1
Description
しかし、上記フィントランジスタを用いてSRAMセルを構成しようとする場合、しきい値が適正にコントロールできないこと、ならびに、チャネル幅を任意に設定できないことなどの理由により、各トランジスタの電流駆動能力を適正な値に設定することが難しい。これは、フィントランジスタのチャネル幅は、上記ピラーの高さで決定されるため、それぞれトランジスタに別個にチャネル幅を選択することが困難であることに起因する。特に、SOI基板を用いたフィントランジスタの場合には、SOI膜厚でピラー(FIN)の高さが決定されるため、トランジスタごとにチャネル幅を変えるということは困難である。そのため、転送トランジスタの電流駆動能力(Itr)に対する駆動トランジスタの電流駆動能力(Idr)の比を選択することができず、上記ベータ比が低減する。
D.Hisamoto et al.: IEDM'98 p.1032 & X.Huang et al.: IEDM '99 p. 67, 久本 大 他
まず、図1乃至図4を用いて、この発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置を説明する。図1は本例に係る半導体記憶装置を示す回路図であり、図2は図1中のSRAMセルの平面レイアウトを示す図である。
図示するように、本例に係る半導体記憶装置は、SRAMセル(Static Random Access Memory Cell)10と電圧発生回路11を備えている。
= Idr(N4) / Itr(N6)
例えば、駆動トランジスタの電流駆動力Idr(N3)、Idr(N4)を、転送トランジスタの電流駆動能力Itr(N3)、Itr(N4)よりも大きく選択することで、ベータ比を増大し、SNMを向上して安定性を向上できる。より具体的には、駆動トランジスタN3、N4のチャネル幅を増大させたり、しきい値Vtを適切に選択することによって、ベータ比を増大することができる。
次に、図3および図4を用いて、フィントランジスタ(FinFET)の構造について説明する。上記のように、SRAMセル10中の6トランジスタP1〜N6は、フィントランジスタである。ここでは、駆動トランジスタN3を例に挙げて説明する。
次に、図5および図6を用いて、ダブルゲート(double gate)型トランジスタの静電ポテンシャル(potential)について説明する。ここで説明するように、上記フィントランジスタは、ダブルゲート型トランジスタである。
次に、図7を用いて、電圧発生回路11により、駆動トランジスタN3のソースに正の印加電圧Vssを印加した場合(Vss>0V)の、駆動トランジスタN3のドレイン電流IdのId−Vg特性を説明する。本例では、駆動トランジスタN3を例に挙げて説明する。図中の実線17−1、17−2、17−3は、駆動トランジスタN3のソースにそれぞれ0V、200mV、400mVを印加した場合のId−Vg特性である。この際、トランジスタN3のウェル(p-well)電圧を固定している。
次に、本例に係るSRAMセル10のバタフライカーブ(Butterfly Curve)について、図8を用いて説明する。バタフライカーブは、ビット線BL、/BLの電位を変化させた場合のノードND、/NDの電位変化をプロットしたもので、SRAMセルの動作の安定性を示すものである。
= Idr(N4) / Itr(N6)
その結果、図8に示すように、内接する正方形の一辺の値を増大して、SNMを向上することができるため、安定動作に有利である。
フィントランジスタを用いてSRAMセルを構成しようとすると、しきい値が適正にコントロールできないこと、ならびに、チャネル幅を任意に設定できないことなどの理由により、各トランジスタの電流駆動能力を適正な値に設定することが難しい。これは、フィントランジスタのしきい幅およびチャネル幅は、上記ピラー(FIN)の高さで決定されるため、それぞれトランジスタに別個にチャネル幅を選択することが困難であることに起因する。特に、SOI基板を用いたフィントランジスタ(SOI FinFET)の場合には、SOI膜厚でピラーの高さが決定されるため、トランジスタごとにチャネル幅を変えるということは事実上ほぼ不可能である。
上記のように、チャネル幅を変えようとして、各フィントランジスタのピラーの高さを変えようとする場合には、リソグラフィ工程やRIE(Reactive Ion Etching)等のエッチング工程をフィントランジスタごとに別工程で行う必要があるため、製造工程および製造コストが増大する。
ベータ比を増大しようとして、電流駆動力を調整するためにフィントランジスタごとにゲート長を制御する手法も有効とも思われる。しかし、この場合であると、微細化のレイアウトの観点上、十分なベータ比を得ることができないばかりか、さらにSRAMセル内にまちまちなゲート長のフィントランジスタが存在することになる。そのため、異なるゲート長を形成する際のフォトリソグラフィ工程におけるCD(Critical Dimention)の制御性が低減し、歩留まりが低減する。
次に、変形例1に係る半導体記憶装置について、図9および図10を用いて説明する。この変形例1は、印加電圧Vssの印加およびカットオフのタイミングに関するものである。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
次に、第2の実施形態に係る半導体記憶装置について、図11乃至図15を用いて説明する。この実施形態は、基板バイアス発生回路を備える一例に関するものである。この説明において、上記第1の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
図11に示すように、本例に係る半導体記憶装置の回路構成は、転送トランジスタN5、N6のウェル領域に半導体基板の基板電圧Vsubを印加する基板バイアス発生回路55を備えている点で、上記第1の実施形態と相違している。本例に係るSRAMセルを構成する各トランジスタP1〜N6は、図3に示したフィントランジスタ(bulk FinFET)を例に挙げて説明する。
転送トランジスタN5、N6のフィン幅Wfin1は、駆動トランジスタN3、N4および負荷トランジスタP1、P2のフィン幅Wfin2よりも大きくなるように設けられている(Wfin1>Wfin2)。
本例に係るSRAMセル10のベータ比β2は、以下のように表わされる。
= Idr(N4) / Itr(N6)
ここで、本例に係るSRAMセル10をまとめると、図16に示すようになる。図示するように、ベータ比β2の分母成分を構成する電流駆動能力Itr(N5)、Itr(N6)は、ゲート長L1が大きく(L1>L2)、ピラー数が1本(×1)であるため、短チャネル効果が劣化することにより、低減する。
次に、変形例2に係る半導体記憶装置について、図17および図18を用いて説明する。この変形例2は、基板電圧Vsubのタイミングに関するものである。この説明において、上記第2の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
次に、基板電圧Vssがパルス駆動型である場合に、図18に示すようにすることも可能である。図示するように、本例は、基板電圧Vsubを接地電圧(ground level)である0Vと負の電圧の間で変動させるのではなく、書き込み動作の際に、基板電圧Vsubを接地レベル(0V)を挟んで正の電圧および負の電圧に変動させている点で図17と相違している。
次に、変形例3に係る半導体記憶装置について、図19および図20を用いて説明する。この変形例3は、上記第2の実施形態の平面レイアウトのその他の一例に関するものである。この説明において、上記第2の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
Claims (5)
- 一対のインバータを構成する第1、第2駆動トランジスタを備えたSRAMセルと、
前記第1、第2駆動トランジスタの電流経路の一端に接地電圧よりも低いかまたは高い値の電圧を印加する回路とを具備すること
を特徴とする半導体記憶装置。 - 前記SRAMセルを構成する各トランジスタはフィントランジスタであり、
前記フィントランジスタのゲート長およびフィン幅は、前記各トランジスタについて実質的に同一であること
を特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 一対のインバータと、前記一対のインバータに入出力データを転送する第1、第2転送トランジスタとを備えたSRAMセルと、
前記第1、第2転送トランジスタのウェル領域に接地電圧よりも低いかまたは高い値の電圧を印加する回路とを具備すること
を特徴とする半導体記憶装置。 - 前記SRAMセルは、前記一対のインバータを構成する第1、第2駆動トランジスタを備え、
前記第1、第2転送トランジスタおよび前記第1、第2駆動トランジスタはフィントランジスタであって、
前記第1、第2転送トランジスタのゲート長は、前記第1、第2駆動トランジスタのゲート長よりも大きく、
前記第1、第2転送トランジスタのフィン幅は、前記第1、第2駆動トランジスタのフィン幅よりも大きく、
前記第1、第2駆動トランジスタのピラー数は2個であること
を特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記回路は、前記SRAMセルへの入力データの書き込み開始の際に接地電圧よりも低い電圧を発生し、前記SRAMセルへの前記入力データの書き込み終了の後に前記接地電圧または前記接地電圧よりも高い電圧を発生すること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
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