JP2008211077A - Semiconductor memory cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体メモリセルに関し、より詳しくは、半導体集積回路のSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)に関する。本発明は、特に1ビットあたり複数のワード線を有するマルチポートメモリセルの配線レイアウトに関する。 The present invention relates to a semiconductor memory cell, and more particularly to an SRAM (Static Random Access Memory) of a semiconductor integrated circuit. The present invention particularly relates to a wiring layout of a multiport memory cell having a plurality of word lines per bit.
半導体メモリセルはLSIに占める面積割合が高い。このため、半導体メモリセルに対する小面積化の要求は厳しい。この要求の厳しさは、1ビットあたり1本のワード線を有する1ポートメモリだけでなく、1ビットあたり複数本のワード線を有するマルチポートメモリに対しても同様である。 Semiconductor memory cells have a high area ratio in the LSI. For this reason, the demand for a reduction in area for semiconductor memory cells is severe. The severity of this requirement is the same not only for a 1-port memory having one word line per bit but also for a multi-port memory having a plurality of word lines per bit.
近年の微細半導体世代においては、半導体メモリセルのレイアウトトポロジとして、横型セルと呼ばれる構成が採用される傾向に有る。これは、ゲート電極と拡散層のパターンの延伸方向が各マスクレイヤで揃っており、ゲート電極及び拡散層のリソグラフィ加工が容易な為である。65nm世代以降の学会発表においては、1ポートメモリセルについてほぼ全ての半導体メーカーが横型セルを採用している。この流れは、マルチポートメモリセルにおいても同様である。横型セルトポロジのレイアウト一例が、特許文献4に記載されている。
In recent generations of fine semiconductors, a configuration called a horizontal cell tends to be adopted as a layout topology of semiconductor memory cells. This is because the extending direction of the pattern of the gate electrode and the diffusion layer is uniform in each mask layer, and lithography processing of the gate electrode and the diffusion layer is easy. In conference presentations after the 65 nm generation, almost all semiconductor manufacturers adopt horizontal cells for 1-port memory cells. This flow is the same in the multiport memory cell. An example of the layout of the horizontal cell topology is described in
また、65nm世代以降においては、素子サイズ縮小によるトランジスタ特性のランダムバラツキの増大と、それによって引き起こされるSRAMセル特性のバラツキとが大きな課題となる。 Further, after the 65 nm generation, an increase in random variation in transistor characteristics due to element size reduction and a variation in SRAM cell characteristics caused by the increase will become major issues.
デバイスばらつき(△Vt)、素子のゲート幅(Wg)、ゲート長(Lg)の間には、△Vt∝Pelgrom係数×(1/SQRT(Wg×Lg))なる関係がある。Pelgrom係数が改善されなければ、デバイススケーリングにより素子サイズが世代間で0.7倍に縮小された場合、デバイスバラツキ量が約1.4倍に増大することになる。このように、セル面積をスケーリングトレンドに乗って縮小した場合、メモリセルの書き込み・読み出し特性をMbitレベルで確保することは非常に困難となる。これは、メモリ分野での大きな課題となっている。 There is a relationship of ΔVt∝Pelgrom coefficient × (1 / SQRT (Wg × Lg)) among device variation (ΔVt), element gate width (Wg), and gate length (Lg). If the Pelgrom coefficient is not improved, when the element size is reduced by 0.7 times between generations due to device scaling, the amount of device variation will increase by about 1.4 times. As described above, when the cell area is reduced according to the scaling trend, it is very difficult to secure the write / read characteristics of the memory cell at the Mbit level. This is a big problem in the memory field.
本課題への対応策としては、ゲート長やゲート幅等の素子サイズをスケーリング則によって決まる加工限界サイズよりも大きい値に留める方法が考えられる。しかしながら、メモリに対する小面積・低コスト化のニーズを満足させることはできない。このため、メモリセルを構成するトランジスタの各端子を動的に制御することによって、メモリセルの特性を向上させる手法が多数提案されている(特許文献2、特許文献3参照)。
As a countermeasure to this problem, a method of constraining the element size such as the gate length and the gate width to a value larger than the processing limit size determined by the scaling law can be considered. However, the need for a small area and low cost for the memory cannot be satisfied. For this reason, many methods for improving the characteristics of the memory cell by dynamically controlling the terminals of the transistors constituting the memory cell have been proposed (see
以下、従来のメモリセルについて具体的に説明する。 Hereinafter, a conventional memory cell will be described in detail.
図44は、従来の1ポートメモリセルを示す回路図である。図45は、従来の2ポートメモリセルを示す回路図である。 FIG. 44 is a circuit diagram showing a conventional 1-port memory cell. FIG. 45 is a circuit diagram showing a conventional 2-port memory cell.
図45に示される2ポートメモリセルは、図44に示される1ポートメモリセルと比較して、スタティックノイズマージン特性の確保が非常に困難である。これは、2ポートメモリセルでは、アクセストランジスタがRead側110とWrite側107とで2ポート分存在しているためである(アクセストランジスタ110,107)。つまり、同一行において同時にWrite/Read動作が行われる場合、両ポートのワード線WWL,RWLが同時にアクティブとなり、両ポートのアクセストランジスタ107,110が同時にラッチ内部ノード103の電位レベルを引き上げるためである。
Compared with the 1-port memory cell shown in FIG. 44, it is very difficult to secure the static noise margin characteristics of the 2-port memory cell shown in FIG. This is because in the 2-port memory cell, there are two access transistors on the
2ポートメモリセルにおいて、スタティックノイズマージン特性を良好に保つためには、アクセストランジスタ107,110の駆動能力を下げる(具体的には、ゲート幅縮小或いはゲート長拡大で実現)か、又はドライブトランジスタ108のゲート幅を大きくする必要がある。しかしながら、アクセストランジスタ107,110のゲート幅縮小は、データ書き込み時及びデータ読み出し時にアクセストランジスタ107,110を通過する電流の減少、即ちメモリセルの動作スピード低下を招くので、特に高速動作が必要な場合には許容し難い。また、ドライブトランジスタ108のゲート幅拡大は、図46〜49に示される回路レイアウト図、特に下地層(ラッチ部が形成されている層)のレイアウトを示す図46を参照すると判るように、メモリセルの面積増加に繋がる。
In the two-port memory cell, in order to keep the static noise margin characteristics favorable, the drive capability of the
上述した同時Write/Read動作時のスタティックノイズマージン特性やセル電流等の課題に対しては、以下のような対策が考えられる。図50に示されるように、トランジスタ111を設け、ラッチ内部ノード103の電位をトランジスタ111のゲートに入力する回路構成の採用である。この構成を採用することにより、Read動作時にラッチ内部ノード103から電流が流れるのを阻止することができる。よって、Read動作時におけるノイズマージン特性の劣化を防止することができる。なお、トランジスタの素子数は8個から10個に増加する。この回路構成において小面積化したい場合には、図51に示されるように、Readポートを相補読出しでない片読み出しの形態にすることも考えられる(特許文献1参照)。
The following countermeasures can be considered for the above-mentioned problems such as static noise margin characteristics and cell current during the simultaneous write / read operation. As shown in FIG. 50, a circuit configuration is employed in which a
しかしながら、今後の微細化プロセスでは、デバイスの製造ばらつきがますます増大する傾向にある。このため、図45に示される8トランジスタ型よりもトランジスタ数は多くなるが、図50に示される10トランジスタ型を採用した方が、メモリセル特性面からは好ましい。10トランジスタ型を採用することにより、Readポートからの干渉を回避することができるからである。この場合、ドライブトランジスタ108のゲート幅を縮小することにより、従来構成よりも小面積化出来ることになる。図52〜55はそれぞれ、10トランジスタ型メモリセルの下地レイアウト、第1層配線レイアウト、第2層配線以下の配線レイアウト、第3層配線以下の配線レイアウト、第4層配線以下の配線レイアウトを示す図である。
しかしながら、マルチポートメモリは、1ポートメモリと比較してビット線やワード線等の信号線の数が多いため、配線層のレイアウトが非常に難しい。 However, since the multi-port memory has more signal lines such as bit lines and word lines than the 1-port memory, the layout of the wiring layer is very difficult.
マルチポートメモリは、デバイスばらつきに対処するためにトランジスタサイズを縮小可能である。しかし、マルチポートメモリは、ビット線やワード線等の金属配線パターンのレイアウトが逼迫してしまうために、セル面積を十分に縮小することが難しい。 The multiport memory can reduce the transistor size to cope with device variations. However, in the multi-port memory, it is difficult to reduce the cell area sufficiently because the layout of metal wiring patterns such as bit lines and word lines becomes tight.
ビット線延伸方向にメモリセルのサイズが拡大すると、ビット線長が長くなりビット線抵抗が増大する。また、ワード線延伸方向にメモリセルのサイズが拡大すると、ワード線抵抗が増大する。また、配線長だけでなく、同一層内の配線パターンの混雑によっても、同層配線間カップリング容量すなわち寄生容量が増大する。ビット線やワード線の抵抗及び寄生容量が増大することは、メモリの動作速度や消費電力の観点から好ましくない。 When the size of the memory cell increases in the bit line extending direction, the bit line length becomes longer and the bit line resistance increases. Further, when the size of the memory cell is increased in the word line extending direction, the word line resistance increases. Further, not only the wiring length but also the congestion of wiring patterns in the same layer increases the coupling capacitance between the same-layer wirings, that is, the parasitic capacitance. An increase in resistance and parasitic capacitance of the bit line or word line is not preferable from the viewpoint of memory operation speed and power consumption.
ここまで、課題の説明を、一方がWriteポート、他方がReadポートの2ポートSRAM(1W−1R型)を中心に行ったが、上記の課題は、1R/W−1R型等、他の2ポートやトリプルポートSRAM等にも共通する。 Up to this point, the problem has been described mainly on a 2-port SRAM (1W-1R type), one of which is a write port and the other is a read port. This is common to ports and triple port SRAM.
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、動作特性及び加工容易性を保ったままでメモリセルを小面積化することができ、特に横型レイアウトされたSRAM(特許文献4参照)の小面積化に最適な半導体メモリセルの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the area of the memory cell while maintaining the operating characteristics and the ease of processing. In particular, the SRAM (see Patent Document 4) having a lateral layout can be reduced. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory cell optimal for area increase.
本発明に係る半導体メモリセルは、
少なくとも3つの層を備え静的にデータを記憶する半導体メモリセルであって、
記憶領域であるラッチ部が形成された第1層と、
ビット線が形成された第2層と、
ワード線が形成された第3層とを備え、
電源線を上記第3層以上の層に設けることにより、上記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースに上記ワード線と上記ラッチ部を電気的に接続する切片状のワード線接続部を配置した、半導体メモリセルである。
A semiconductor memory cell according to the present invention includes:
A semiconductor memory cell comprising at least three layers and storing data statically,
A first layer formed with a latch portion as a storage area;
A second layer formed with bit lines;
A third layer on which word lines are formed,
By providing power supply lines in the third and higher layers, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like word line connection portion for electrically connecting the word line and the latch portion is provided in the arrangement space. The semiconductor memory cell is arranged.
本発明では、電源線を第3層以上の層に設けることにより、第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースにワード線とラッチ部を電気的に接続する切片状のワード線接続部を配置する。これにより、第2層におけるワード線接続部の収まりが良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を縮小することができる。また、第2層における配線混雑を解消することができる。これにより、ビット線同士の間隔に余裕を持たせることが可能となり、ビット線間のカップリング容量(寄生容量)を削減することができる。寄生容量を削減することにより、メモリの消費電力低下及び処理高速化が可能となる。第4層は第3層に比べて配線数が少ないので、電源線を第4層に設けた場合には、電源線を太くすることができる。これにより、電源線の電気抵抗を小さくすることができ、電源を強化することができる。なお、第3層においても、ワード線延伸方向に電源線を太くすることが可能となる。 In the present invention, by providing the power supply line in the third or higher layer, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like word line connection portion for electrically connecting the word line and the latch portion to the arrangement space is provided. Deploy. Thereby, the fit of the word line connection portion in the second layer is improved, and the memory cell area can be reduced in the word line extending direction. Moreover, wiring congestion in the second layer can be eliminated. As a result, it is possible to provide a sufficient space between the bit lines, and the coupling capacitance (parasitic capacitance) between the bit lines can be reduced. By reducing the parasitic capacitance, the power consumption of the memory can be reduced and the processing speed can be increased. Since the fourth layer has a smaller number of wires than the third layer, when the power supply line is provided in the fourth layer, the power supply line can be made thicker. Thereby, the electrical resistance of a power supply line can be made small and a power supply can be strengthened. Also in the third layer, the power line can be made thicker in the word line extending direction.
なお、本発明における第1層は、ラッチ部を主要構成要素とするものである。当該第1層は、ラッチ部上に絶縁膜(コンタクトホールが形成されている)、金属配線層を順に積層したものであってもよい。この場合、この金属配線層を介してラッチ部と上層ビット線等が電気的に接続される。
本発明における第2層は、ビット線と、当該ビット線が上面に配置された絶縁膜(ビアホールが形成されている)とを含む。第3層は、ワード線と、当該ワード線が上面に形成された絶縁膜(ビアホールが形成されている)とを含む。
The first layer in the present invention has a latch portion as a main component. The first layer may be formed by sequentially stacking an insulating film (contact hole is formed) and a metal wiring layer on the latch portion. In this case, the latch portion and the upper bit line are electrically connected through the metal wiring layer.
The second layer in the present invention includes a bit line and an insulating film (a via hole is formed) on which the bit line is disposed on the upper surface. The third layer includes a word line and an insulating film (a via hole is formed) on which the word line is formed.
本発明は、配線レイアウトが難しいマルチポートメモリに主として適用される。マルチポートメモリの例としては、2ポートメモリを挙げることができるが、これに限定されるものではない。本発明は、3ポート以上のマルチポートメモリに対しても適用可能である。 The present invention is mainly applied to a multiport memory in which wiring layout is difficult. An example of a multi-port memory is a two-port memory, but is not limited to this. The present invention can be applied to a multiport memory having three or more ports.
本発明においては、
上記電源線を上記第3層に設けることにより、上記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースに上記電源線と上記ラッチ部を電気的に接続する切片状の電源線接続部を配置していることが好ましい。
In the present invention,
By providing the power line in the third layer, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like power line connection part for electrically connecting the power line and the latch part is arranged in the arrangement space. It is preferable.
これにより、電源線を第3層に配置し、当該電源線とラッチ部を電気的に接続することができる。また、第2層におけるワード線接続部の収まりが良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を縮小することができる。 Thereby, the power supply line can be arranged in the third layer, and the power supply line and the latch portion can be electrically connected. Further, the fit of the word line connection portion in the second layer is improved, and the memory cell area can be reduced in the word line extending direction.
本発明においては、
上記電源線を上記第4層に設けることにより、上記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペース及び上記第3層に上記電源線と上記ラッチ部を電気的に接続する切片状の電源線接続部を配置していることが好ましい。
In the present invention,
By providing the power supply line in the fourth layer, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like power supply line that electrically connects the power supply line and the latch portion to the arrangement space and the third layer. It is preferable to arrange the connecting portion.
これにより、電源線を第4層に配置し、当該電源線とラッチ部を電気的に接続することができる。また、第2層におけるワード線接続部の収まりが良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を縮小することができる。 Accordingly, the power supply line can be arranged in the fourth layer, and the power supply line and the latch portion can be electrically connected. Further, the fit of the word line connection portion in the second layer is improved, and the memory cell area can be reduced in the word line extending direction.
本発明においては、
上記ワード線接続部の配置スペースと上記第2層における上記電源線接続部の配置スペースを、上記ビット線と平行な同一直線上に設けていることが好ましい。
In the present invention,
It is preferable that an arrangement space for the word line connection portion and an arrangement space for the power supply line connection portion in the second layer are provided on the same straight line parallel to the bit line.
これにより、ワード線接続部及び電源線接続部の収まりが更に良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を更に縮小することができる。 Thereby, the fit of the word line connection portion and the power line connection portion is further improved, and the memory cell area can be further reduced in the word line extending direction.
本発明においては、
上記電源線がVSS線であることが好ましい。
In the present invention,
The power supply line is preferably a VSS line.
VSS線を第3層以上に設けることで、VDD線を第2層に配置し、VSS線とVDD線を別々の層に設けることができる。これにより、VSS線とVDD線が同一層において並走しなくなる。従って、VSS線とVDD線間のショートを防止することができる。VSS線とVDD線間のショートは冗長救済では対処することができないので、第3層以上に配置する電源線をVSS線とすることは非常に有効である。 By providing the VSS line in the third layer or more, the VDD line can be provided in the second layer, and the VSS line and the VDD line can be provided in separate layers. As a result, the VSS line and the VDD line do not run in parallel in the same layer. Therefore, a short circuit between the VSS line and the VDD line can be prevented. Since a short circuit between the VSS line and the VDD line cannot be dealt with by redundancy relief, it is very effective to use the power supply line arranged in the third layer or higher as the VSS line.
本発明においては、
上記ワード線として、書き込み用ワード線及び読み出し用ワード線が設けられ、
上記ワード線接続部として、書き込み用ワード線接続部及び読み出し用ワード線接続部が設けられ、
上記電源線接続部として、上記ラッチ部の出力及び反転出力にそれぞれ対応して第1の電源線接続部及び第2の電源線接続部が設けられ、
上記読み出し用ワード線接続部と、上記第1の電源線接続部又は上記第2の電源線接続部のいずれか一方とが、同一の上記配線層に設けられ、且つ、上記ビット線に平行な同一直線上に位置しており、
上記書き込み用ワード線接続部と、上記第1の電源線接続部又は上記第2の電源線接続部の他方とが、同一の上記配線層に設けられ、且つ、上記ビット線に平行な同一直線上に位置していることが好ましい。
In the present invention,
As the word line, a write word line and a read word line are provided,
As the word line connection unit, a write word line connection unit and a read word line connection unit are provided,
As the power supply line connection part, a first power supply line connection part and a second power supply line connection part are provided corresponding to the output and the inverted output of the latch part, respectively.
The read word line connection part and either the first power line connection part or the second power line connection part are provided in the same wiring layer and parallel to the bit line. Located on the same straight line,
The write word line connection portion and the other one of the first power supply line connection portion and the second power supply line connection portion are provided in the same wiring layer and are parallel to the bit line. It is preferably located on the line.
このような構成とすることで、書き込み用ワード線と読み出し用ワード線の間隔を充分に確保した状態で、当該書き込み用ワード線と及び読み出し用ワード線との接続が容易となる。これにより、第2層のワード線接続部と第3層のワード線とを接続する為のビアホールをワード線接続部の端から中央寄りに位置させることが可能となる。従って、マスクズレ等に強く、リソグラフィ等の加工が容易な配線レイアウトとすることができる。また、ワード線幅を太くし、或いは、第2層のワード線接続部の幅を大きくして加工容易性を向上させることができる。 With such a configuration, the write word line and the read word line can be easily connected in a state where a sufficient interval is provided between the write word line and the read word line. As a result, the via hole for connecting the second-layer word line connecting portion and the third-layer word line can be located closer to the center from the end of the word line connecting portion. Therefore, it is possible to obtain a wiring layout that is resistant to mask misalignment and the like and that can be easily processed by lithography or the like. In addition, the word line width can be increased, or the width of the word line connection portion of the second layer can be increased to improve the processability.
本発明においては、
上記電源線接続部が、隣接する他のメモリセルと共有されていることが好ましい。
In the present invention,
It is preferable that the power line connecting portion is shared with other adjacent memory cells.
電源線接続部を他のメモリセルと共有することにより、電源線接続部のパターン面積を大きくすることができる。よって、リソグラフィ等の加工に必要なパターンサイズを容易に確保することができる。 By sharing the power line connection part with other memory cells, the pattern area of the power line connection part can be increased. Therefore, a pattern size necessary for processing such as lithography can be easily secured.
本発明においては、
上記電源線が、隣接する他のメモリセルと共有されていることが好ましい。
電源線を隣接する他のメモリセルと共有することにより、電源線の幅方向にメモリセルを縮小することができる。また、電源線を太くし、電源線の電気抵抗を小さくして消費電力を削減することができる。また、電源線を第3層に設ける場合には、ワード線と電源線の間隔を大きくし、ワード線と電源線の間に生じる寄生容量を削減することができる。また、電源線を第3層に設ける場合には、ワード線を太くし、ワード線の電気抵抗を小さくすることができる。
In the present invention,
The power line is preferably shared with other adjacent memory cells.
By sharing the power supply line with other adjacent memory cells, the memory cell can be reduced in the width direction of the power supply line. In addition, power consumption can be reduced by making the power supply line thicker and reducing the electrical resistance of the power supply line. Further, when the power supply line is provided in the third layer, the interval between the word line and the power supply line can be increased, and the parasitic capacitance generated between the word line and the power supply line can be reduced. Further, when the power supply line is provided in the third layer, the word line can be thickened and the electric resistance of the word line can be reduced.
本発明においては、
上記電源線が、上記ビット線の伸延方向に配線され又はメッシュ状に配線されていることが好ましい。
In the present invention,
It is preferable that the power supply line is wired in the extending direction of the bit line or in a mesh shape.
電源線が、ビット線の伸延方向に配線され又はメッシュ状に配線されることにより、同一のワード線で同時にアクティブ状態となる行方向に配列されたメモリセル群に対して、1もしくは2ビットに1本づつ、列方向(ビット線方向)から電源を供給することができる。従って、電源系を強化することができる。メッシュ構造に配線した場合は、行方向にも電源が強化されるので、ビット線の伸延方向に配線した場合よりも、更に強化することができる。 The power supply line is wired in the extending direction of the bit line or wired in a mesh shape, so that the memory cell group arranged in the row direction simultaneously active on the same word line becomes 1 or 2 bits. Power can be supplied one by one from the column direction (bit line direction). Therefore, the power supply system can be strengthened. When the wiring is made in the mesh structure, the power supply is strengthened also in the row direction, so that it can be further strengthened compared with the case where the wiring is made in the extending direction of the bit line.
本発明においては、
上記ワード線を屈曲させることにより、上記第3層に配置スペースを設け、当該配置スペースに上記電源線と上記ラッチ部を電気的に接続する切片状の上記電源線接続部を配置することが好ましい。
In the present invention,
It is preferable that an arrangement space is provided in the third layer by bending the word line, and the section-like power line connection portion that electrically connects the power line and the latch portion is disposed in the arrangement space. .
この構成とすることで、電源線を第4層に設けた際に、第3層における電源線接続部の収まりが良くなり、ワード線幅方向においてメモリセル面積を縮小することができる。また、メモリセル面積を維持したままでワード線を太くすることが可能となる。これにより、ワード線の電気抵抗を小さくすることができ、ワード線が断線しにくくなる。 With this configuration, when the power supply line is provided in the fourth layer, the power supply line connection portion in the third layer is better accommodated, and the memory cell area can be reduced in the word line width direction. In addition, the word line can be thickened while maintaining the memory cell area. As a result, the electrical resistance of the word line can be reduced and the word line is less likely to be disconnected.
本発明においては、
少なくとも4つの層を備え静的にデータを記憶する半導体メモリセルであって、
記憶領域であるラッチ部が形成された第1層と、
ビット線が形成された第2層と、
ローカルワード線が形成された第3層と、
上記ローカルワード線と協働して階層ワード線を構成するグローバルワード線が形成された第4層とを備え、
電源線を上記第4層以上の層に設けることにより、上記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースに上記ローカルワード線と上記ラッチ部を電気的に接続する切片状のローカルワード線接続部を設けることが好ましい。
In the present invention,
A semiconductor memory cell having at least four layers and storing data statically,
A first layer formed with a latch portion as a storage area;
A second layer formed with bit lines;
A third layer in which local word lines are formed;
A fourth layer formed with global word lines that form hierarchical word lines in cooperation with the local word lines;
By providing power supply lines in the fourth and higher layers, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like local word line connection for electrically connecting the local word line and the latch unit to the arrangement space. It is preferable to provide a part.
本発明では、階層ワード線構造を有する半導体メモリセルにおいて、電源線を第4層以上の層に設けることにより、第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースにワード線とラッチ部を電気的に接続する切片状のワード線接続部を配置する。これにより、第2層におけるワード線接続部の収まりが良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を縮小することができる。下層との接続が各ビット毎には必要としないグローバルワード線を一番上層に配置した点が合理的である。また、第2層における配線混雑を解消することができる。これにより、ビット線同士の間隔に余裕を持たせることが可能となり、ビット線間のカップリング容量(寄生容量)を削減することができる。寄生容量を削減することで、メモリの消費電力削減及び処理高速化が可能となる。第4層は第3層に比べて配線数が少ないので、電源線を第4層に設けることで、電源線を太くすることができる。これにより、電源線の電気抵抗を小さくすることができ、電源を強化することができる。 In the present invention, in a semiconductor memory cell having a hierarchical word line structure, a power supply line is provided in the fourth layer or higher layers, thereby providing an arrangement space in the second layer, and electrically connecting the word line and the latch unit to the arrangement space. A section-like word line connection portion connected to is arranged. Thereby, the fit of the word line connection portion in the second layer is improved, and the memory cell area can be reduced in the word line extending direction. It is rational that a global word line that does not require connection to the lower layer for each bit is arranged in the uppermost layer. Moreover, wiring congestion in the second layer can be eliminated. As a result, it is possible to provide a sufficient space between the bit lines, and the coupling capacitance (parasitic capacitance) between the bit lines can be reduced. By reducing the parasitic capacitance, the power consumption of the memory can be reduced and the processing speed can be increased. Since the fourth layer has fewer wires than the third layer, the power line can be made thicker by providing the power line in the fourth layer. Thereby, the electrical resistance of a power supply line can be made small and a power supply can be strengthened.
本発明においては、
上記ラッチ部は、マルチポート型のラッチ部であり、
上記ビット線は、書き込み用ビット線と、読み出し用ビット線を含み、
上記ワード線は、書き込み用ワード線と、読み出し用ワード線とを含み、
上記ワード線接続部は、書き込み用ワード線接続部と、読み出し用ワード線接続部とを含み、
上記書き込み用ワード線は、上記書き込み用ワード線接続部に接続され、
上記読み出し用ワード線は、上記読み出し用ワード線接続部に接続されていることが好ましい。
In the present invention,
The latch part is a multi-port type latch part,
The bit line includes a write bit line and a read bit line,
The word line includes a write word line and a read word line,
The word line connection unit includes a write word line connection unit and a read word line connection unit,
The write word line is connected to the write word line connection unit,
The read word line is preferably connected to the read word line connecting portion.
このような構成とすることで、マルチポートメモリセルにおいて、セル面積抑制等の効果を奏する配線レイアウトが可能となる。 With such a configuration, a multi-port memory cell can have a wiring layout that exhibits effects such as cell area suppression.
本発明においては、
上記ラッチ部は、マルチポート型のラッチ部であり、
上記ビット線は、書き込み用ビット線と、読み出し用ビット線とを含み、
上記ワード線接続部は、書き込み用ワード線接続部と、読み出し用ワード線接続部とを含み、
上記書き込み用ワード線接続部及び読み出し用ワード線接続部の双方が、1本の上記ワード線に接続され、当該ワード線は、書き込み動作と読み出し動作の双方を制御することが好ましい。
In the present invention,
The latch part is a multi-port type latch part,
The bit line includes a write bit line and a read bit line,
The word line connection unit includes a write word line connection unit and a read word line connection unit,
It is preferable that both the write word line connection unit and the read word line connection unit are connected to one word line, and the word line controls both the write operation and the read operation.
このような構成とすることで、ラッチ部がマルチポート型である一方で、書き込み制御と読み出し制御を1本のワード線で行う1ポートメモリセルにおいて、セル面積抑制等の効果を奏する配線レイアウトが可能となる。 With such a configuration, in the 1-port memory cell in which the latch unit is a multi-port type and the write control and the read control are performed by one word line, a wiring layout that has an effect such as cell area suppression is provided. It becomes possible.
本発明によれば、動作特性及び加工容易性を保ったままで半導体メモリセルを小面積化することができる。本発明は、特にマルチポート型であって横型レイアウトされたSRAMの小面積化に最適である。 According to the present invention, the area of a semiconductor memory cell can be reduced while maintaining operating characteristics and processability. The present invention is particularly suitable for reducing the area of a multi-port type SRAM having a horizontal layout.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、第1実施形態の第1例に係る半導体メモリセルの第2配線層以下の配線レイアウトを示す図である。図1において、破線で囲まれた範囲が、1つのメモリセルに相当する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a wiring layout below the second wiring layer of the semiconductor memory cell according to the first example of the first embodiment. In FIG. 1, a range surrounded by a broken line corresponds to one memory cell.
第1実施形態の第1例に係る半導体メモリセルは、少なくとも3つの層(第1層、第2層、第3層)を備え、静的にデータを記憶する半導体メモリセルである。 The semiconductor memory cell according to the first example of the first embodiment is a semiconductor memory cell that includes at least three layers (first layer, second layer, and third layer) and stores data statically.
第1層は、記憶領域であるラッチ部と、第1絶縁膜層(図示せず)と、第1金属配線層とを含む層である(以下、金属配線層を単に配線層と称する)。第1配線層は、ラッチ部と第2配線層のビット線等とを電気的に接続するための配線層である。第1配線層は、ラッチ部上に第1絶縁膜層を介して設けられている。 The first layer is a layer including a latch portion that is a storage area, a first insulating film layer (not shown), and a first metal wiring layer (hereinafter, the metal wiring layer is simply referred to as a wiring layer). The first wiring layer is a wiring layer for electrically connecting the latch portion and the bit line of the second wiring layer. The first wiring layer is provided on the latch portion via the first insulating film layer.
第2層は、第2絶縁膜層(図示せず)と、第2絶縁膜層上に設けられたビット線120,121,125,126とを含む層である。なお、ビット線120,126は、読み出し用ビット線である。ビット線121,125は、書き込み用ビット線である。
The second layer includes a second insulating film layer (not shown) and
第1層の構造は、従来の横型レイアウト構造セルと比較して特に変わらない。 The structure of the first layer is not particularly different from that of the conventional horizontal layout structure cell.
第3層は、第3絶縁膜層(図示せず)と、第2絶縁膜層上に設けられたワード線133,134とを含む層である。ワード線133は読み出し用ワード線であり、ワード線134は書き込み用ワード線である。
The third layer is a layer including a third insulating film layer (not shown) and
第1実施形態の第1例では、電源線のうちVSS線(図示せず)を第3層以上の層に設けることにより、第2層に配置スペースを設けている。当該配置スペースに、ワード線133,134とラッチ部を電気的に接続する切片状のワード線接続部127,128,129,130を配置している。ワード線接続部127,128が読み出し用ワード線に接続され、ワード線接続部129,130が書き込み用ワード線に接続される。
これにより、第2層におけるワード線接続部127,128,129,130の収まりが良くなり、ワード線延伸方向(図1における横方向)においてメモリセル面積を縮小することができる。また、第2層における配線混雑を解消することができる。これにより、配線同士の間隔に余裕を持たせることが可能となり、配線間のカップリング容量(寄生容量)を削減することができる。寄生容量を削減することで、メモリの消費電力削減及び処理高速化が可能となる。
In the first example of the first embodiment, an arrangement space is provided in the second layer by providing VSS lines (not shown) of the power supply lines in the third and higher layers. In the arrangement space, section-like word
This improves the fit of the word
電源線のうち、VDD線123は第2層に設けられる。VSS線を第3層以上の層に設け、VDD線123を第2層に設けることにより、従来のような第2層でのVDD線とVSS線の並走(図54参照)がなくなる。近年のSRAMは冗長救済機能を有する場合が多い。あるメモリセルにおいて信号ノードと電源間のショートが生じた場合はそのセルの使用をやめてスキップしてしまえば良い。これに対し、VDD線とVSS線間の電源ショートの場合には、電源間に電流が流れて電位ドロップが生じてしまうため、電源ショートは他の回路部に対して悪影響を及ぼす。また、電源ショートの場合には、リーク電流が多いサンプルになってしまうため、電源ショートは携帯機器等の低リーク用途品種での製品価値を下げてしまうことになる。こうした、冗長救済での対処が難しい電源間ショート不良は、VDD線とVSS線の並走をなくすことで軽減することができる。よって、高い歩留改善効果を奏することができる。
Of the power supply lines, the
なお、図示はしないが、第1実施形態では、第3層以上の層に設けられる電源線をVDD線とすることも可能である。この場合、VSS線は第2層に設けられる。また、図示はしないが、第1の実施形態では、第3層以上の層にVDD線とVSS線の両方を設けることも可能である。 Although not shown, in the first embodiment, the power supply line provided in the third and higher layers can be a VDD line. In this case, the VSS line is provided in the second layer. Although not shown, in the first embodiment, it is possible to provide both the VDD line and the VSS line in the third and higher layers.
第4層は第3層に比べて配線数が少ないのが一般的である。よって、電源線を第4層に設けた場合は、電源線を第3層に設ける場合よりも電源線を太くすることができる。これにより、電源線を第4層に設けた場合は、電源線の電気抵抗を小さくすることができ、電源を強化することができる。 The fourth layer generally has a smaller number of wires than the third layer. Therefore, when the power supply line is provided in the fourth layer, the power supply line can be made thicker than when the power supply line is provided in the third layer. Thereby, when the power supply line is provided in the fourth layer, the electric resistance of the power supply line can be reduced and the power supply can be strengthened.
第1実施形態では、図1に示されるように、ワード線接続部129と第2層における電源線接続部131を、ビット線120,121,125,126と平行な同一直線上に設ける。また、ワード線接続部130と第2層における電源線接続部132を、ビット線120,121,125,126と平行な同一直線上に設ける。すなわち、図1に示されるように、ワード線接続部129と電源線接続部131、ワード線接続部130と電源線接続部132を、それぞれビット線延伸方向(図1における縦方向)に並べて配置する。これにより、ワード線接続部129,130及び電源線接続部131,132の収まりが更に良くなり、ワード線延伸方向においてメモリセル面積を更に縮小することができる。ワード線接続部127,128,129,130のうち、電源線接続部131,132と並べて配置されるのは、図1に示されるように書き込み用ワード線接続部129,130でも良いし、或いは図2に示されるように読み出し用ワード線接続部127,128でも良い。
図2に示される例では、電源線接続部131,132は、隣接する他のメモリセルと共有される。図2に示す電源線接続部131,132は、VSS線接続部である。これにより、電源線接続部131,132の数を減らし、個々の電源線接続部131,132の幅を大きくすることができる。これにより、電源線接続部131,132の抵抗を小さくすることができる。また、電源線接続部131,132を形成する際にリソグラフィ等の加工に必要なパターン面積を容易に確保することができる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the word
In the example shown in FIG. 2, the power supply
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
図3は、第2実施形態に係る半導体メモリセルの第2配線層以下の配線レイアウトを示す図である。第2実施形態に係る半導体メモリセルを、第1実施形態に係る半導体メモリセルと比較しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付す。 FIG. 3 is a diagram showing a wiring layout below the second wiring layer of the semiconductor memory cell according to the second embodiment. The semiconductor memory cell according to the second embodiment will be described in comparison with the semiconductor memory cell according to the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
第1実施形態においては、図1,2に○印で示される接続位置(ビア配置位置)で、ワード線133,134とワード線接続部127,128,129,130が接続されていた。すなわち、ワード線接続部127,128に読み出し用ワード線133を接続し、ワード線接続部129,130に書き込み用ワード線134を接続する必要がある。ワード線接続部127,128,129,130は、限られたメモリセル縦幅内で、リソグラフィ等の加工に必要なパターン面積を確保する必要がある。
In the first embodiment, the word lines 133 and 134 and the word
しかしがら、図1に示される例では、ワード線接続部129は電源線接続部131が縦方向下側に存在するので同下側に伸びることができない。ワード線接続部130は電源線接続部132が縦方向上側に存在するので同上側に伸びることができない。そうした制限の中で、横方向に延伸する書き込み用ワード線134に対してワード線接続部129,130を接続し、さらにその書き込み用ワード線134と充分に間隔をとって読み出し用ワード線133を配置し、その読み出し用ワード線133とワード線接続部127,128を接続することは難しい。読み出し用ワード線133と書き込み用ワード線134の間隔を充分に確保するためには、縦方向にメモリセルサイズを拡大する必要がある。図2に示される例でも同様である。
However, in the example shown in FIG. 1, the word
この課題に対して、第2実施形態では、図3に示されるように、第2層において電源線接続部131,132(図示例ではVSS線用の電源線接続部)とビット線延伸方向(縦方向)に並ぶワード線接続部を、メモリセル中心から見て、左半分と右半分とで、異なる種類のワード線接続部を選択する形態とする。図3に示される例では、左半分において読み出し用ワード線接続部127と電源線接続部131を並べ、右半分において書き込み用ワード線接続部130と電源線接続部132を並べている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
In response to this problem, in the second embodiment, as shown in FIG. 3, in the second layer, the power supply
図2(第1実施形態)と図3(第2実施形態)とを比較して説明する。図2と図3の双方において、メモリセルの左半分は同一のレイアウトである。つまり、図2と図3の双方において、電源線接続部131と同じ列(ビット線延伸方向)に、読み出し用ワード線接続部127が位置している。一方、メモリセルの右半分では、電源線接続部132は、図2では読み出し用ワード線接続部128と同じ列に位置するが、図3では、書き込み用ワード線接続部130と同じ列に位置している。つまり、図2に示す形態に対し図3に示す形態では、電源線接続部132が読み出し用ワード線接続部128と同列の位置から書き込み用ワード線接続部130と同列の位置に移動している。読み出し用ワード線接続部127と当該読み出し用ワード線接続部127と同じ列(ビット線延伸方向)に位置する電源線接続部131の配置順序と、書き込み用ワード線接続部130と当該書き込み用ワード線接続部130と同じ列(ビット線延伸方向)に位置する電源線接続部132の配置順序は、ビット線の延伸方向において互いに逆になっている。
これにより、図3に示される如く、読み出し用ワード線接続部128が縦方向上側に移動することが可能となる。これに応じて、読み出し用ワード線133を書き込み用ワード線から充分に離して配置することが可能となる。従って、読み出し用ワード線133と書き込み用ワード線134の間隔を同じとするならば、図2に示す形態よりも図3に示す形態の方が、メモリセルの縦幅を縮小することができる。
FIG. 2 (first embodiment) and FIG. 3 (second embodiment) will be described in comparison. In both FIG. 2 and FIG. 3, the left half of the memory cell has the same layout. That is, in both FIG. 2 and FIG. 3, the read word
As a result, as shown in FIG. 3, the read word
また、上記の如く、読み出し用ワード線接続部128を縦方向上側に移動させることができるため、読み出し用ワード線接続部128と読み出し用ワード線133とを接続する為のビアホールを読み出し用ワード線接続部128の縦方向上端からその中央部側へ寄せることが可能となる。よって、読み出し用ワード線接続部128をリソグラフィ加工する際にマスクずれ等に対する許容マージンが大きなレイアウトとすることができる。
Further, as described above, since the read word
さらに、読み出し用ワード線接続部128と読み出し用ワード線133の接続性を損なうことなく、ワード線133とワード線134の間隔を充分に確保し、配線間ショートの発生を抑制することができる。また、それらワード線間のカップリング容量を削減することができる。また、ワード線を太くして、抵抗を小さくすると共に配線断線を抑制することができる。
Furthermore, a sufficient interval between the
なお、第2実施形態では、図4に示されるように、第3層におけるワード線1331,1341を中途で屈曲させてもよい。
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described.
第3の実施形態では、図5に示されるように、電源線135が、例えば第3層において、隣接する他のメモリセルと共有されている。その他の構成は、第1実施形態とほぼ同様である。図5において、隣接する他のメモリセルと共有されるのは、VSS線135である。VSS線135は、ワード線133,134と平行に延びている。隣接する他のメモリセルと電源線を共有することにより、電源線の幅方向(図5における縦方向)にメモリセルを縮小することができる。また、電源線を太くし、電源線の電気抵抗を小さくして消費電力を削減することができる。また、ワード線133とワード線134の間隔、あるいは、ワード線133とVSS線接続部137の間隔、ワード線134とVSS線接続部137の間隔の間隔を充分に確保して配線間ショートを抑制することができる。また、配線間カップリング容量を削減することができる。また、ワード線を太くして電気抵抗を小さくすることができる。なお、VSS線135は、メモリセル毎に個別に設けることも可能である。
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the
第3実施形態では、電源線(図5に示す例ではVSS線135)を第3層に設けることにより、第2層に配置スペースを設ける。当該配置スペースに電源線135とラッチ部を電気的に接続する切片状の電源線接続部131,132を配置する。これにより、電源線135を第3層に配置し、当該電源線135とラッチ部とを電源線接続部131,132を介して電気的に接続することができる。
In the third embodiment, a power supply line (
なお、第3実施形態では、図6に示されるように、電源線を第4層に設けることにより、第2層に配置スペースを設けてもよい。図6において、第4層に設けられる電源線は、VSS線136である。この場合、当該配置スペース及び第3層に電源線136とラッチ部を電気的に接続する切片状の電源線接続部131,132,137を配置する。これにより、電源線を第4層に配置し、当該電源線とラッチ部を電源線接続部131,132,137を介して電気的に接続することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, an arrangement space may be provided in the second layer by providing the power supply line in the fourth layer. In FIG. 6, the power supply line provided in the fourth layer is a
図5,6にそれぞれ示されるように、VSS線135,136は、第3層以上の層に設けられる。第2層においてビット線延伸方向に延びる電源線(VSS線)が無くなることにより、ビット線幅方向(図5,6において横方向)にメモリセル面積を縮小することができる。また、ワード線接続部129,130と並走する配線が減るため、ワード線接続部129,130を形成するためのリソグラフィ工程で必要なパターン面積を確保することが容易となる。また、ビット線120,121,125,126と並走する配線が減るため、ビット線120,121,125,126との間に生じる寄生容量が削減され、配線ショートの確率を削減することができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第3の実施形態では、図7,8に示されるように、電源線を、ビット線の伸延方向に又はメッシュ状に配線することもできる。図7,8に示す例では、当該電源線はVSS線138,139である。図7に示される例では、VSS線138をビット線延伸方向に延ばしている。これにより、同一のワード線により同時にアクティブ状態とされる行方向(ワード線延伸方向)に配列されたメモリセル群に対して、1もしくは2ビットに1本ずつビット線延伸方向からVSS線138,139を配置することができる。従って、ワード線延伸方向から電源供給する図6の形態と比較して、電源系的に強化され、メモリの安定した動作に寄与することができる。図8に示されるように、さらに横方向にもVSS線を接続したメッシュ構造のVSS線139とすれば、さらに強化された電源系を構成することができる。
In the third embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the power supply line can be wired in the extending direction of the bit line or in a mesh shape. 7 and 8, the power supply lines are
なお、VDD線を、図9に示されるように、第2層と第4層にそれぞれ設けても良い。2つの層にそれぞれVDD線1231,1232を配置し、これらを互いに接続することにより、VDD電源系を強化することができる。なお、第4層のVDD線1232と第2層のVDD線1231をメモリセル内で接続することはスペース確保の面で難しい。そこで、図9に示される如く、横型メモリセルアレイ中においてビット線延伸方向に周期的にTAPセル141を挿入し、そのTAPセル141内で第2層のVDD線1231と第4層のVDD線1232を接続することが好ましい。TAPセル141の挿入パターンは、例えば図10に示されるように設定することができる。図10に示される例では、ビット線延伸方向及びワード線延伸方向に並ぶ複数のメモリセル140を、ビット線延伸方向において周期的(図示例では5個おき)にTAPセル141に置き換える。第4層にVDD線1232が存在していれば、メッシュ状のレイアウトでVDD線を配置することができる。
Note that VDD lines may be provided in the second layer and the fourth layer, respectively, as shown in FIG. By disposing
また、第3実施形態では、図11、12に示されるように、第4層以下でSRAMマクロを構成し、第5層及び第6層でメッシュ電源を構成し、第5層と第4層を電気的に接続しても良い。このようなチップ設計手法を用いた場合、メッシュ電源から第4層に供給した電位をそのまま、メモリセル毎に第3層以下に供給することができる。従って、電源の強化されたメモリセルを構成することができる。従来の如く第2層にのみVSS線がある場合には、メッシュ電源を構成することができないため、メモリセルアレイ中にTAPコンタクト部を形成し、このTAPコンタクト部で裏打ちするしか電源を強化することができなかった。一方、図11,12に示される例の如く、メモリセル毎に第5,6層から第4層に電位供給するように構成すれば、TAPコンタクト部を設けずに電源を強化することができる。メモリセルは、データ読み出しの際にビット線の電位をLow側に引き落とす動作をする。ビット線の電位をHigh側に戻す動作は、周辺回路のプリチャージ回路で行われるのが一般的である。VDDは、データ保持とWrite時に若干電流が流れる程度の動作に耐えられれば良い。故に、メモリセル毎にVSSの方を強い電源系としてメモリセルに供給することが、IR−Dropに対する電位強度とEM(エレクトロマイグレーション)などのメモリ信頼性の2点から好ましい。 Further, in the third embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, an SRAM macro is configured in the fourth layer and below, a mesh power source is configured in the fifth layer and the sixth layer, and the fifth layer and the fourth layer are configured. May be electrically connected. When such a chip design technique is used, the potential supplied from the mesh power supply to the fourth layer can be supplied as it is to the third layer or lower for each memory cell. Accordingly, a memory cell with an enhanced power supply can be configured. When there is a VSS line only in the second layer as in the prior art, a mesh power source cannot be configured. Therefore, a TAP contact portion is formed in the memory cell array, and the power source is strengthened only by lining the TAP contact portion. I could not. On the other hand, as shown in the examples shown in FIGS. 11 and 12, if the potential is supplied from the fifth layer to the fourth layer for each memory cell, the power supply can be strengthened without providing the TAP contact portion. . The memory cell operates to pull down the potential of the bit line to the low side when reading data. The operation of returning the potential of the bit line to the high side is generally performed by a precharge circuit of a peripheral circuit. The VDD only needs to be able to withstand an operation such that a slight amount of current flows during data holding and writing. Therefore, it is preferable to supply VSS to the memory cell as a strong power supply system for each memory cell from two points of potential strength against IR-Drop and memory reliability such as EM (electromigration).
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について説明する。
第4実施形態では、図9,13,14,15に示される如く、ワード線を屈曲させた状態で配置する。ワード線を屈曲させることにより、第3層に配置スペースを設ける。当該配置スペースに、第4層に設けた電源線(図14に示される例ではVSS線138)とラッチ部を電気的に接続する切片状の電源線接続部(図14に示される例では電源線接続部137)を配置する。このような構成とすることで、電源線を第4層に設けた際に、第3層における電源線接続部の収まりが良くなり、ビット線延伸方向においてメモリセル面積を縮小することができる。また、メモリセル面積を維持したままでワード線133,134を太くすることが可能となる。ワード線133,134を太くした場合、ワード線133,134の電気抵抗を小さくすることができると共にワード線が断線しにくくなる。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described below.
In the fourth embodiment, as shown in FIGS. 9, 13, 14, and 15, the word lines are arranged in a bent state. An arrangement space is provided in the third layer by bending the word line. In the arrangement space, a section-like power line connecting portion (power source in the example shown in FIG. 14) that electrically connects the power source line (
ワード線を屈曲させた場合について、第3実施形態と比較しつつ、より詳細に説明する。 The case where the word line is bent will be described in more detail in comparison with the third embodiment.
第3実施形態に係る図5、6に示される例では、第3層においてワード線133,134及びワード線133,134と平行に設けられる配線(図5では135、図6では電源線接続部300,301)は、1つのメモリセル当たり、3本分(以下、1本分を1グリッドという単位で表す。配線3本分は3グリッドに相当する)である。図5、6において、一つのメモリセルの範囲は、破線で示した長方形の範囲である。しかしながら、3グリッド未満で、すなわち縦方向幅をより狭めた形でレイアウトしたい場合がある。例えば、ゲート−コンタクト間のルールが非常に縮小されている一方で、第3層の配線ルールは緩いルールに設定されている場合である。或いは、ノイズマージンが良好な場合に、βレシオ(ドライブトランジスタの駆動能力/アクセストランジスタの駆動能力)を確保する為にアクセストランジスタのゲート長を大きくする必要が無くなった場合である。ドライブトランジスタの駆動能力/アクセストランジスタの駆動能力は、(ドライブトランジスタのWg/ドライブトランジスタのLg)/(アクセストランジスタのWg/アクセストランジスタのLg)に近似することができる。ここで示した「/」は、除算の意味である。 In the example shown in FIGS. 5 and 6 according to the third embodiment, the word lines 133 and 134 and the wirings provided in parallel with the word lines 133 and 134 in the third layer (135 in FIG. 5 and the power line connecting portion in FIG. 6). 300, 301) corresponds to three lines per memory cell (hereinafter, one line is expressed in units of one grid. Three lines correspond to three grids). 5 and 6, the range of one memory cell is a rectangular range indicated by a broken line. However, there are cases where it is desired to lay out with less than 3 grids, that is, with a narrower vertical width. For example, the rule between the gate and the contact is greatly reduced, while the wiring rule of the third layer is set to a loose rule. Alternatively, when the noise margin is good, it is no longer necessary to increase the gate length of the access transistor in order to ensure the β ratio (drive transistor drive capability / access transistor drive capability). The drive capability of the drive transistor / the drive capability of the access transistor can be approximated by (Wg of the drive transistor / Lg of the drive transistor) / (Wg of the access transistor / Lg of the access transistor). The “/” shown here means division.
図46では、ロードトランジスタとゲート配線の接続は、コンタクトホールを経由した第1層の金属配線で行っていたが、図16に示されるようなシェアードコンタクト形成技術を用いた場合にはセルが縦方向に縮小されることになる。すなわち、図16に示されるような縦方向にやや大きめのコンタクト孔であるシェアードコンタクト孔145を用いると、図46で示したような別々のコンタクト孔を形成する必要が無くなるので、縦方向に縮小されることになる。第1層配線の配線レイアウトも、図17に示すように縦方向に縮小される。このようなケースでは、第2層配線のレイアウト、及び、主にワード線に用いている第3層配線のレイアウトが難しくなる。第2層での縦方向の配線レイアウトを縮小するには、後述の第2の実施形態と同様の形態を用いることができる(図18参照)。
In FIG. 46, the load transistor and the gate wiring are connected by the first layer metal wiring via the contact hole. However, when the shared contact formation technique as shown in FIG. Will be reduced in the direction. That is, if the shared
第3層配線については、ワード線をどのようにレイアウトするか、またVSS線用の電源線接続部をどのようにレイアウトするかが縦方向幅縮小のポイントとなる。また、加工技術的にはワード線を最小配線幅及び最小配線間隔でレイアウトすることは可能であるものの、ワード線の配線抵抗や寄生容量を削減する為に、あるいは、ワード線の加工容易性を高めて歩留を向上させる為に、配線幅を広げ、或いは、配線間隔を広げるケースも有る。 With regard to the third layer wiring, how to lay out the word lines and how to lay out the power supply line connection portion for the VSS line are the points for reducing the vertical width. In terms of processing technology, it is possible to lay out word lines with the minimum wiring width and minimum wiring interval. However, in order to reduce the wiring resistance and parasitic capacitance of the word lines, or to improve the word line processing ease. In some cases, the wiring width is increased or the wiring interval is increased in order to improve the yield.
このような場合、図13,14,15に示されるように、VSS線138を第4層に配置し、第3層目にはVSS線接続部137を配置し、第3層においてワード線1331,1341を中途で屈曲させた構成とする。これにより、VSS線用の電源線接続部137の収まりが良くなる。よって、メモリセルの縦方向長さが2.5グリッドとなった状態でレイアウトすることが可能となり、メモリセルの縦方向長さの縮小が可能となる。図12に示されるようにワード線1331,1341を90度に屈曲させた場合、屈曲部での配線仕上がり幅が非常に太くなってしまうケースがあるので、図15に示されるように、45度等でなだらかに屈曲させてレイアウトすることもできる。
In such a case, as shown in FIGS. 13, 14, and 15, the
(第5の実施形態)
第5の実施形態について説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described.
本実施形態は、主に階層ワード線技術に関わるものである。 The present embodiment mainly relates to the hierarchical word line technology.
図19に例示される通常のメモリアレイ(非階層ワード線構造を有する)は、図20に示されるように所定のビット単位(図20に示す例では16ビット単位)で纏まった構成となっている。この一纏まりが1ブロックを構成している。ブロック内の格子は、メモリセルを表している。格子内の数字は、そのメモリセルが接続されているワード線の番号である。 A normal memory array (having a non-hierarchical word line structure) illustrated in FIG. 19 is configured in a predetermined bit unit (16 bit unit in the example shown in FIG. 20) as shown in FIG. Yes. This group constitutes one block. The grid within the block represents a memory cell. The number in the lattice is the number of the word line to which the memory cell is connected.
ところが、高速化や低電力化等のニーズを満たす為に、図21に概念図を示す様な階層ワード線構造をとることがある。その際のメモリアレイは、図22に示されるように各メモリセルはローカルワード線に接続され、複数本のローカルワード線がグローバルワード線に接続されていることが一般的である。 However, in order to satisfy needs such as higher speed and lower power consumption, a hierarchical word line structure as shown in the conceptual diagram of FIG. 21 may be taken. In the memory array at that time, as shown in FIG. 22, each memory cell is generally connected to a local word line, and a plurality of local word lines are generally connected to a global word line.
階層ワード線構造におけるグローバルワード線の本数は、非階層ワード線構造におけるワード線の本数に対し、1/ローカルワード線数の数で足りる。従って、階層ワード線構造を有するメモリは、非階層ワード線構造を有するメモリに比べてワード線起動時間が短縮される。また、非階層ワード線構造では、あるメモリセルをReadする(読み込む)際に、行方向全体のメモリセルがRead状態となってしまう。これに対し、階層ワード線構造では、所望のローカルワード線のみをRead状態とすることが可能となるので、消費電力を削減することができる。但し、各ローカルワード線を制御する回路が必要となるので、その分、メモリの面積が増加してしまう懸案がある。図23,24はそれぞれ、1メモリセルあたりのグローバルワード線の数を2本、1本とした場合の第4層の配線レイアウトを示している。図25,26はそれぞれ、1メモリセルあたりのグローバルワード線の数を2本、1本とした場合の第3層以下の配線レイアウトを示している。 The number of global word lines in the hierarchical word line structure is equal to the number of 1 / local word lines relative to the number of word lines in the non-hierarchical word line structure. Therefore, a memory having a hierarchical word line structure has a shorter word line activation time than a memory having a non-hierarchical word line structure. In the non-hierarchical word line structure, when a certain memory cell is read (read), the memory cells in the entire row direction are in the read state. On the other hand, in the hierarchical word line structure, only the desired local word line can be set in the Read state, so that power consumption can be reduced. However, since a circuit for controlling each local word line is required, there is a concern that the area of the memory increases accordingly. 23 and 24 show the fourth layer wiring layout when the number of global word lines per memory cell is two and one, respectively. FIGS. 25 and 26 respectively show the wiring layout of the third layer and below when the number of global word lines per memory cell is two.
この様な階層ワード線構造を採用した場合には、図23,24に示されるように、VSS線303とグローバルワード線(書き込み用グローバルワード線301、読み出し用グローバルワード線302)を第4層で併走させて、VSS線303を列方向に隣接するメモリセルと共有した構成とする。グローバルワード線301,302は個々のメモリセルに接続されない。従って、グローバルワード線301,302は、グローバルワード線を制御するロジック回路部にのみ接続されればよい。よって、グローバルワード線301,302を第4層に位置させることは合理的である。隣接メモリセルとのVSS線303共用による効果は、前述の通りである。
When such a hierarchical word line structure is adopted, as shown in FIGS. 23 and 24, the
(第6実施形態)
第6実施形態について説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described.
本実施形態は主に、2ポートメモリセル以外を対象としており、3ポートメモリセルや、1ポートメモリセルに関わるものである。 This embodiment mainly targets other than the 2-port memory cell, and relates to the 3-port memory cell and the 1-port memory cell.
上記第1〜第5実施形態の説明は、2ポートメモリセルを例に挙げて行った。これに対し、第6実施形態は、主として3ポートに代表されるより多くのポートを有するメモリセルを対象としたものである。例えば、図27に示す回路図では、Readポート側をマルチポート構成にし、全体として3ポート構成にしている。この場合、横型セルのレイアウトを用いると対応が容易である。つまり、図28に示されるように、図27におけるラッチ内部ノード103に相当するゲート電極1030を横方向に延伸させることで、Readポートを追加することが可能である。
The first to fifth embodiments have been described by taking a two-port memory cell as an example. On the other hand, the sixth embodiment is directed to a memory cell having more ports, represented mainly by 3 ports. For example, in the circuit diagram shown in FIG. 27, the Read port side has a multi-port configuration, and has a 3-port configuration as a whole. In this case, the use of a horizontal cell layout facilitates handling. That is, as shown in FIG. 28, the Read port can be added by extending the gate electrode 1030 corresponding to the latch
しかしながら、3ポート構成では、ワード線を、2ポートの場合と変わらないセル縦方向長さ中に3本配置する必要が有る。こうした場合、ワード線を屈曲させることにより、セル縦方向長さの増加を抑制した配線レイアウトが可能となる(図29,30,31参照)。図29、30,31はそれぞれ、3本のワード線(書き込み用ワード線1501、読み出し用ワード線1331,1341)を屈曲させた場合の第1配線層レイアウト、第2配線層レイアウト、第3配線層レイアウトを示す図である。
However, in the three-port configuration, it is necessary to arrange three word lines in the cell vertical length that is the same as in the case of two ports. In such a case, by bending the word line, a wiring layout that suppresses an increase in the length in the cell vertical direction is possible (see FIGS. 29, 30, and 31). 29, 30, and 31 respectively show the first wiring layer layout, the second wiring layer layout, and the third wiring when the three word lines (the writing word line 1501 and the
図32に回路図を示すように、Writeポート側がマルチポートとなった場合の3ポート構成でもほぼ同様である。つまり、図33に示されるように、ドライブトランジスタからの拡散層分岐配線を行えば、メモリセルの縦方向長さを殆ど増加させることなく、第1層の下地をレイアウトすることができる。さらに、ワード線を屈曲させることにより、メモリセルの縦方向長さを抑制したレイアウトが可能となる。図34、35,36はそれぞれ、3本のワード線(読み出し用ワード線1511、書き込み用ワード線1332,1342)を屈曲させた場合の第1配線層レイアウト、第2配線層レイアウト、第3配線層レイアウトを示す図である。
As shown in the circuit diagram of FIG. 32, the same is true for the three-port configuration when the write port side is multi-ported. That is, as shown in FIG. 33, if the diffusion layer branch wiring from the drive transistor is performed, the base of the first layer can be laid out with almost no increase in the vertical length of the memory cell. Further, by bending the word line, a layout in which the vertical length of the memory cell is suppressed is possible. 34, 35, and 36 respectively show the first wiring layer layout, the second wiring layer layout, and the third wiring when the three word lines (the
ここで、図30、図35に示す例では、第2実施形態を利用していることを説明する。 Here, in the example shown in FIGS. 30 and 35, it will be described that the second embodiment is used.
図30に示されるように、セル中心から見て左側では、読み出し用ワード線接続部151とVSS線接続部131とが第2層において同列上に位置している。セル中心から見て右側では、書き込み用ワード線接続部130とVSS線接続部132とが第2層において同列上に位置している。これにより、VSS線接続部132がセルの左側と点対称な位置にある場合と比較して、読み出し用ワード線接続部128をより上側に配置することが可能となる。これにより、図36に示されるように、複数本のワード線を比較的容易にレイアウトすることが可能となる。図33〜36のWrite側がマルチポートの場合も、ほぼ同様である。
As shown in FIG. 30, on the left side when viewed from the center of the cell, the read word
また、図37に回路図を示す様に、トランジスタ構成的には2ポート型のメモリセルであり、ビット線は書き込み用と読み出し用の2系統を有するが、読み出し用と書き込み用のワード線を1本に共通化した1Portメモリセルも存在する。このメモリセルは、トランジスタ107,108,109,111,112を備えており、ラッチ部内にラッチ内部ノード103を含む。こうしたケースであっても、図38にレイアウト例を示す様に、第2層にVSS線を配置せず、第2層で読み出し用ワード線接続部127と電源線接続部131をビット線方向に並べて配置すると共に書き込み用ワード線接続部130と電源線接続部132をビット線方向に並べて配置してメモリセルの横幅を縮小し、更に第3層でワード線1334を屈曲させて、メモリセルの縦方向長さを縮小するレイアウトが可能となる。この場合の第1層の下地レイアウト、第2層配線レイアウト、第3層配線レイアウトはそれぞれ、図39,40,41に例示される。なお、これら第1〜第3層の配線レイアウトを用いて2ポートメモリセルを構成することも可能である。その2ポートメモリセルの第3層配線レイアウトは図42に例示される。回路図は、図43に示される。
As shown in the circuit diagram of FIG. 37, the transistor structure is a two-port type memory cell, and the bit line has two systems for writing and reading, but the word line for reading and writing is used. There is also a single Port memory cell shared by one. This memory cell includes
本発明は、半導体集積回路のマルチポートSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)に関わるもので、特に、内部のラッチノードをゲート入力したトランジスタとワード線をゲート入力したトランジスタとが、ビット線とグランドとの間に直列接続された読出しポート構成を有するマルチポートメモリ等に対して有用である。また、3ポート以上のマルチポートメモリや、読み出し用ビット線と書き込み用ビット線とを分離した構成の1ポートメモリ等に対しても応用可能である。 The present invention relates to a multi-port SRAM (Static Random Access Memory) of a semiconductor integrated circuit. In particular, a transistor having a gate input to an internal latch node and a transistor having a gate input to a word line include a bit line and This is useful for a multi-port memory or the like having a read port configuration connected in series with the ground. The present invention can also be applied to a multiport memory having three or more ports, a 1-port memory having a configuration in which a read bit line and a write bit line are separated.
100 ワード線
101 正相ビット線
102 逆相ビット線
103 ラッチ内部ノード
107 アクセストランジスタ
108 ドライブトランジスタ
109 ロードトランジスタ
110 2ポート用に付加されたアクセストランジスタ
111、113 ラッチ内部ノードの電位をゲートで受けるReadポート用トランジスタ
112、114 ラッチ内部ノードの電位をゲートで受けるトランジスタと直列接続されたReadポート用アクセストランジスタ
120 正相読み出し用ビット線
121 正相書き込み用ビット線
122、124 VSS線
123 VDD線
125 逆相書き込み用ビット線
126 逆相読み出し用ビット線
127、128 読み出し用ワード線接続部(第2層)
129、130 書き込み用ワード線接続部(第2層)
131、132 VSS線接続部(第2層)
133 読み出し用ワード線(第3層)
134 書き込み用ワード線(第3層)
135 ワード線延伸方向に延びるVSS線(第3層)
136 ワード線延伸方向に延びるVSS線(第4層)
137 ワード線接続部(第3層)
138 ビット線延伸方向に延びるVSS線(第4層)
139 メッシュ形状のVSS線(第4層)
140 通常のメモリセル
141 TAPセル
145 シェアードコンタクト孔
150 Readポート用ワード線
151、152 Readポートのワード線接続部(第2層)
153 Writeポート用ワード線
154、155 Writeポートのワード線接続部(第2層)
100 Word line 101 Positive phase bit line 102 Reverse
129, 130 Write word line connection (second layer)
131, 132 VSS line connection (second layer)
133 Read word line (third layer)
134 Word line for writing (third layer)
135 VSS line (third layer) extending in the word line extension direction
136 VSS line (fourth layer) extending in the word line extending direction
137 Word line connection (third layer)
138 VSS line (fourth layer) extending in the bit line extension direction
139 Mesh-shaped VSS line (4th layer)
140
153 Write
Claims (13)
記憶領域であるラッチ部が形成された第1層と、
ビット線が形成された第2層と、
ワード線が形成された第3層とを備え、
電源線を前記第3層以上の層に設けることにより、前記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースに前記ワード線と前記ラッチ部を電気的に接続する切片状のワード線接続部を配置した、半導体メモリセル。 A semiconductor memory cell comprising at least three layers and storing data statically,
A first layer formed with a latch portion as a storage area;
A second layer formed with bit lines;
A third layer on which word lines are formed,
By providing power supply lines in the third and higher layers, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like word line connection portion for electrically connecting the word line and the latch portion to the arrangement space is provided. Arranged semiconductor memory cell.
前記ワード線接続部として、書き込み用ワード線接続部及び読み出し用ワード線接続部が設けられ、
前記電源線接続部として、前記ラッチ部の出力及び反転出力にそれぞれ対応して第1の電源線接続部及び第2の電源線接続部が設けられ、
前記読み出し用ワード線接続部と、前記第1の電源線接続部又は前記第2の電源線接続部のいずれか一方とが、同一の前記配線層に設けられ、且つ、前記ビット線に平行な同一直線上に位置しており、
前記書き込み用ワード線接続部と、前記第1の電源線接続部又は前記第2の電源線接続部の他方とが、同一の前記配線層に設けられ、且つ、前記ビット線に平行な同一直線上に位置していることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリセル。 As the word line, a write word line and a read word line are provided,
As the word line connection unit, a write word line connection unit and a read word line connection unit are provided,
As the power supply line connection part, a first power supply line connection part and a second power supply line connection part are provided corresponding to the output and the inverted output of the latch part, respectively.
The read word line connecting portion and either the first power line connecting portion or the second power line connecting portion are provided in the same wiring layer and parallel to the bit line Located on the same straight line,
The write word line connection portion and the other one of the first power supply line connection portion and the second power supply line connection portion are provided in the same wiring layer and parallel to the bit line. 2. The semiconductor memory cell according to claim 1, wherein the semiconductor memory cell is located on a line.
記憶領域であるラッチ部が形成された第1層と、
ビット線が形成された第2層と、
ローカルワード線が形成された第3層と、
前記ローカルワード線と協働して階層ワード線を構成するグローバルワード線が形成された第4層とを備え、
電源線を前記第4層以上の層に設けることにより、前記第2層に配置スペースを設け、当該配置スペースに前記ローカルワード線と前記ラッチ部を電気的に接続する切片状のローカルワード線接続部を設けた、半導体メモリセル。 A semiconductor memory cell having at least four layers and storing data statically,
A first layer formed with a latch portion as a storage area;
A second layer formed with bit lines;
A third layer in which local word lines are formed;
A fourth layer formed with global word lines that form hierarchical word lines in cooperation with the local word lines;
By providing a power supply line in the fourth layer or higher, an arrangement space is provided in the second layer, and a section-like local word line connection for electrically connecting the local word line and the latch unit to the arrangement space. Semiconductor memory cell provided with a portion.
前記ビット線は、書き込み用ビット線と、読み出し用ビット線を含み、
前記ワード線は、書き込み用ワード線と、読み出し用ワード線とを含み、
前記ワード線接続部は、書き込み用ワード線接続部と、読み出し用ワード線接続部とを含み、
前記書き込み用ワード線は、前記書き込み用ワード線接続部に接続され、
前記読み出し用ワード線は、前記読み出し用ワード線接続部に接続されていることを特徴とする請求項1又は11に記載の半導体メモリセル。 The latch part is a multi-port type latch part,
The bit lines include a write bit line and a read bit line,
The word line includes a write word line and a read word line,
The word line connection unit includes a write word line connection unit and a read word line connection unit,
The write word line is connected to the write word line connection unit,
The semiconductor memory cell according to claim 1, wherein the read word line is connected to the read word line connection unit.
前記ビット線は、書き込み用ビット線と、読み出し用ビット線とを含み、
前記ワード線接続部は、書き込み用ワード線接続部と、読み出し用ワード線接続部とを含み、
前記書き込み用ワード線接続部及び読み出し用ワード線接続部の双方が、1本の前記ワード線に接続され、当該ワード線は、書き込み動作と読み出し動作の双方を制御することを特徴とする請求項1又は11に記載の半導体メモリセル。 The latch part is a multi-port type latch part,
The bit line includes a write bit line and a read bit line,
The word line connection unit includes a write word line connection unit and a read word line connection unit,
The write word line connection unit and the read word line connection unit are both connected to one word line, and the word line controls both a write operation and a read operation. 12. A semiconductor memory cell according to 1 or 11.
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