JP2014081992A - メモリ・セルにおける金属ラインのレイアウト - Google Patents

メモリ・セルにおける金属ラインのレイアウト Download PDF

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Abstract

【課題】メモリ・セルの設計に関する種々の制約を同時に叶えること。
【解決手段】メモリ・セルは、第1の方向に走るポリシリコン・ゲート2を有して提供される。金属ラインの一連の層は、第1の方向と実質的に直交する第2の方向に走るビット・ライン4の層を含み、その後に、第2の方向に走るデータ・ライン6を含み、そして、次に、第1の方向に走るワード・ライン8を含んで、提供される。データ・ライン6は、ビット・ライン4が、メモリ・セル内に記憶されたデータ値を感知するために用いられている間に保持されている値にプリチャージされる。
【選択図】図1

Description

本発明は集積回路の分野に関する。特に、本発明は、集積回路内で用いるためのメモリ・セルの金属ラインのレイアウトに関する。
物理レベルがポリシリコン・ゲート領域及び金属ラインの離間した層のシーケンス(配列、連続)を含む集積回路を形成することが知られている。ポリシリコン・ゲート材料は、指で沈着されて、代表的には、トランジスタ内にゲート材料を形成するために用いられる。金属ラインは、信号を運ぶために、かつ、集積回路内の他の構成要素に接続するために用いられる。
全体として集積回路内には、特にプロセスの幾何学的配置が一層小さくなっているので、全体として集積回路のためのポリシリコン・ゲート材料は単一の方向に横たえられるのが、すなわち、その長いアクセスが第1の方向と平行であるのが望ましい。同様に、金属ラインの少なくとも高い方のレベル層は、集積回路内の汎用ロジック・セル及びメモリ・セルの双方を横切って同じ方向に横たえられるのが望ましい。これらの条件は、物理レベルにおけるメモリ・セルの設計に制約を課する。さらなる制約は、ラインを駆動するための一層短くかつ容易な使用を通して電力を節約して速度を高めるよう、メモリ・セルのバンクを支援するために、(例えば、ビット・ライン及び次にデータ・ラインを通して)メモリ・セルへの階層的なデータ接続を提供することが望ましいということである。もう1つの考慮は、金属ライン間の容量性結合を減らすように隣接の層における金属ラインが互いに直交するべきことが通常は望ましいということである。
従来のメモリ・セルは、上述した設計的制約を同時に叶えることはできない。
本発明の一態様においては、
メモリ・セルであって、
第1の方向と実質的に平行に配置され、前記メモリ・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと、
金属ラインの一連の離間された層であって、
(i)前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向と実質的に平行に配置されたビット・ライン、
(ii)(a)前記ビット・ラインと同じ層、及び(b)前記ビット・ラインの上の層の一方において、前記第2の方向と実質的に平行に配置されたデータ・ライン、及び
(iii)前記データ・ラインの上で、前記第1の方向と実質的に平行に配置されたワード・ライン、
を備えた前記金属ラインの一連の離間された層と、
を備えたメモリ・セルが提供される。
本技術によるメモリ・セルは、上述の種々の設計の制約を同時に叶えることができる。ビット・ラインは、ポリシリコン・ゲートと実質的に直角に交わり、データ・ラインは、ビット・ラインと実質的に平行であり、これは、ビット・ラインとデータ・ラインとは実際に同時に使用されることが無いと言う現実を利用している。データ・ラインの上に配置されかつポリシリコン・ゲートと平行に配置されたワード・ラインは、次に、金属層が、それらの配向において、全体として集積回路を横切って使用される一層高レベルの金属ラインと調和するようになるのを許容する。
メモリ・セルが配置されるメモリの階層的性質は、ワード・ラインと同じ層内で第1の方向に実質的に平行に配置されたグローバル・ワード・ラインを用いることによって一層高められる。このことは、ワード・ラインが長所的に短いことを許容し、そして、グローバル・ワード・ラインが、第2の方向における隣接のメモリ・セル間で共用され、ワード・ライン選択信号を運んで第2の方向において隣接するメモリ・セルの2つの行の一方にアクセスするのを選択するとき特に、経路の混雑を和らげる。
ビット及びデータ・ラインの階層的性質は、感知増幅器の感知入力にビット・ライン信号を運ぶためにビット・ラインを用い、感知増幅器からの感知されたデータ出力信号を運ぶためにデータ・ラインを用いることによって、利用される。従って、感知増幅器は、メモリ・セルに対して比較的局部的であることができ、データ・ラインは、集積回路を横切って一層長い距離に渡って感知増幅器の出力を運ぶために用いられる。
隣接する層におけるビット・ラインとデータ・ラインとの平行(並列)的性質は、通常は、これらライン間の容量性結合に起因して問題であると考慮されるであろう。しかしながら、これらラインの実際の使用は、それぞれの個々のメモリ・セルに接続するために、そして感知増幅器によって感知されるビット・ライン上のビット・ライン信号における変化を生成するために、まず、ビット・ラインが用いられ、次に、感知された出力がデータ・ラインを渡って駆動される、というものである。データ・ラインは、ビット・ライン信号が感知増幅器によって感知されている間、プリチャージされた信号レベルに保持され、従って、ビット及びデータ・ライン間の容量性結合の問題は減じられる。
本メモリ・セルの設計は、素子が65nm以下の最小特徴サイズを有する集積回路に対して特に適用可能である。先に述べた設計の制約は、処理される幾何学的形状が小さくなるので、回避することがますます困難になる。
ビット・ラインは、代表的には、対で提供され、該対のビット・ラインの一方上のビット・ライン信号変化が、メモリ・セルによって記憶されたデータ・ビットを示す。デュアル・ポート・メモリは、2対のビット・ラインを提供し得る。
上述のメモリ・セルは、RAMメモリ及びROMメモリを含む種々の異なった形態のメモリにおいて用いられ得る。
上述のメモリ・セルのビット・ライン、データ・ライン及びワード・ライン層は、集積回路の一連の金属ライン層の全体のシーケンス内で或る範囲の絶対位置を有し得るが、このシーケンスの底に向かっているのが通常であり長所的である。好適な実施形態は、メモリ・セル内でもしくは集積回路の汎用ロジック・セル内で構成要素の一層きめの細かい接続を提供するために、ビット・ラインの下に配置された1つまたは複数の構成要素相互接続ラインの少なくとも1つの層を提供する。
メモリ・セルの少なくとも幾つかの実施形態の特に好適な特徴は、データ・ラインと同じ層において第2の方向と実質的に平行に接地電源線が提供され得るということである。
本発明のもう1つの態様においては、
複数のメモリ・セルを備えた集積回路であって、
該メモリ・セルの各々は、
第1の方向と実質的に平行に配置され、前記メモリ・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと、
金属ラインの一連の離間された層であって、
(i)前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向と実質的に平行に配置されたビット・ライン、
(ii)(a)前記ビット・ラインと同じ層、及び(b)前記ビット・ラインの上の層の一方において、前記第2の方向と実質的に平行に配置されたデータ・ライン、及び
(iii)前記データ・ラインの上で、前記第1の方向と実質的に平行に配置されたワード・ライン、
を備えた前記金属ラインの一連の離間された層と、
を備えた集積回路が提供される。
メモリ・セルのアレイを含む集積回路内で、メモリ・セルは、複数のバンクに分割され、バンク内で第2の方向に隣接するメモリ・セルの列は、1つまたは複数のビット・ラインを共用する。隣接するバンク内のメモリ・セルのそれぞれの列は、次に、データ・ラインを共用し得る。
本技術は、メモリ・セルの物理形態が、全体として集積回路内の関連の汎用ロジック・セルの形態を補足することを許容し、それにより、好適な実施形態は、少なくとも1つのロジック・セルを備え、
該ロジック・セルは、
第1の方向と実質的に平行に配置され、前記ロジック・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと、
金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスであって、
前記ビット・ラインと同じ層内に前記第1の方向と実質的に平行に配置された第1のライン、
前記データ・ラインと同じ層内に前記第2の方向と実質的に平行に配置された第2のライン、及び
前記ワード・ラインと同じ層内で前記第1の方向と実質的に平行に配置された第3のラインを備えた前記金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスと、
を備えている。
本発明のもう1つの態様においては、
第1の方向と実質的に平行に配置され、前記メモリ・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと、金属ラインの一連の離間された層とを有するメモリ・セルを形成する方法であって、
(i)前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向と実質的に平行に配置されたビット・ラインを形成するステップと、
(ii)(a)前記ビット・ラインと同じ層、及び(b)前記ビット・ラインの上の層の一方において、前記第2の方向と実質的に平行に配置されたデータ・ラインを形成するステップと、
(iii)前記データ・ラインの上で、前記第1の方向と実質的に平行に配置されたワード・ラインを形成するステップと、
を含む方法が提供される。
本発明の上述及び他の目的、特徴並びに利点は、添付図面と関連して読まれるべき、示された実施形態の以下の詳細な説明から明瞭となるであろう。
2つの形態(a)及び(b)のメモリ・セル内の金属ラインの層及びそれらの配向を図式的に示す図である。 汎用ロジック・セル内の金属ラインの層及びそれらの配向を図式的に示す図である。 本発明技術の一例によるシングル・ポートSRAMビット・セルの物理的レイアウトを示す図である。 本発明技術のもう1つの例によるデュアル・ポートSRAMビット・セルの物理的レイアウトを概略的に示す図である。 本発明技術のさらなる例によるROMビット・セルの物理的レイアウトを概略的に示す図である。 SRAMメモリのバンク化されかつ階層的な性質を概略的に示す図である。 ROMメモリの階層的かつバンク化された性質を概略的に示す図である。
図1の例(a)は、メモリ・セル内の金属ラインの配向及びシーケンスを概略的に示す。ポリシリコン・ゲート材料2は第1の方向に沈着されている。M2の金属層は、次に、1つまたは複数のビット・ライン4を、ポリシリコン・ゲート材料2と実質的に直交(直角)する第2の方向に提供するために用いられる。M3の金属層は、ビット・ライン4と実質的に平行であるデータ・ライン6を提供するために用いられる。ワード・ライン8は、第1の方向と実質的に平行なM4の金属層で提供される。グローバル・ワード・ライン10も、第1の方向と実質的に平行なM4の金属層で提供され、メモリ・セルの隣接する行間で共用される。M5の金属層は、第2の方向と実質的に平行であり、さらなる金属ライン12を含んでいる。引き続く金属ラインは、必要に応じて上述の交互の実質的に直交する方向で、かつ図2の汎用ロジック・ゲートの対応の一層高レベルの金属ラインと調和して、提供される。
動作中、ビット・ライン4は、読取られているメモリ・セルから導出されるビット・ライン信号を運ぶために用いられる。このビット・ライン信号は、局部感知増幅器(図1には示されていない)に通され、そこで、内部変化が検出されて、データ・ライン6上で駆動されるデータ出力を発生するために用いられる。データ・ライン6は、ビット・ライン4の感知中に固定レベルにプリチャージされ、それに応じて、データ・ライン6及びビット・ライン4間の容量性結合が減じられる。
ポリシリコン・ゲート材料2は、通常の態様でメモリ・セル内に少なくとも1つのトランジスタのゲートを形成するように用いられる。さらに、ビット・ライン層の下のM1金属層は、メモリ・セル内に構成要素の相互接続を提供するよう用いられる。グローバル・ワード・ライン10及びワード・ライン8は、メモリ・セルを制御するよう選択信号を運ぶために用いられて、ビット・ライン4及びデータ・ライン6を介してその記憶されたデータ値を出力するよう制御する。
図1のメモリ・セルは、65nm以下の最小特徴サイズを支援するプロセスで形成される。示された層は、当該技術分野におけるものには良く知られているであろう一連の沈着及びエッチング・ステップで形成される。65nmのプロセスは、本技術によるメモリ・セルの使用から特に有利であり、その理由は、これらのプロセスの種々の設計の制約が一層容易に叶えられるのを許容するからである。
図1の例(b)は、本技術のもう1つの例示的なメモリ(ビット)セルを示す。この例においては、ビット・ライン4及びデータ・ライン6の双方がM2層にある。ビット・ライン4及びデータ・ライン6が同時に“活性化”していないので(データ・ライン6が感知増幅器によってそのプリチャージされた状態から駆動されるとき、データ値はすでにビット・ライン4から感知されてしまっている)、容量性結合は減じられる。
ワード・ライン8は、ポリシリコン・ゲートの材料2と平行でかつビット・ライン4及びデータ・ライン6と実質的に直交する第1の方向でM3層にある。グローバル・ワード・ライン10は、第1の方向でM4層にあり、第1の方向にある隣接のメモリ・セルと共用される。さらなる金属ライン12がM5層に設けられ、引き続く金属ラインは、図2の汎用ロジック・セルの対応の一層高レベルの金属ラインと調和して、必要に応じて上述の交互の実質的に直交する方向で提供される。
図1の例は、単一のビット・ライン4を示すが、実際は、一対のビット・ラインがシングル・ポート・メモリ・セルにおいて用いられ、二対のビット・ラインがデュアル・ポート・メモリ・セルにおいて用いられるということが理解されるであろう。図1に総括的に示されたメモリ・セルは、以後示すように、RAMメモリ・セルまたはROMメモリ・セルのような種々の異なった形態を有し得る。M3層は、また、メモリ・セルに接地電源線を提供するように、幾つかの実施形態でも用いられ得る。このことは、図1には示されてはいないが、以下で説明する図3及び図4に示されている。
図1のメモリ・セルは、通常は、メモリ・セルのアレイの部分として提供されるということが、この技術分野におけるものには理解されるであろう。メモリ・セルをこの方法でアレイに置くことは、回路の密度を改善して一層大きいメモリ・サイズを許容するために重要である。この文脈において、メモリを複数のバンクに分割することは有利であり、その理由は、ビット及びデータ・ラインの階層レベルを支援し、かつ幾つかの実施形態における局部及びグローバル・ワード・ラインを支援しなければならないコストで、改善されたアクセス速度及び少ない電力消費を許容するからである。この文脈において、隣接するバンクの第2の方向におけるメモリ・セルの列は、第2の方向における同じデータ・ラインを共用する。
図1に示される種々の金属層M2、M3、M4及びM5は、それらが部分となる集積回路が製造されるときに、順次に横たえられると言うことが理解されるであろう。上述の特徴を有する集積回路を形成することは、本発明の一態様を形成する。
図2は、図1のメモリ・セルと組み合わせて用いられるべき汎用ロジック・セルのために用いられる金属ラインの配向を概略的に示す。図2に示されるように、金属ラインは、方向において互い違いにされ、M1層は、図1の第2の方向と実質的に平行であり、M2層は、図1の第1の方向と実質的に平行である。ロジック・セル内に用いられるポリシリコン・ゲート材料も、第1の方向と実質的に平行である。M3、M4、M5及びさらなる金属層は、配向において同様に互い違いにされ、それらの間の容量性結合を減じる。ポリシリコン・ゲート、M4及びM5の金属層はすべてそれらの配向を共用するということが、図1及び図2の比較からわかるであろう。このことは、電力グリッドの設計に対してM4及びM5の金属層の使用を容易にする。このことは、また、特に65nm以下のような小さい幾何学的配置における製造を容易にする。
図3は、本技術のシングル・ポートSRAMビット・セルの履行の物理レイアウトを概略的に示す。図1に示されたのと同じ素子は、図3において同じ参照数字が与えられている。特に、M2層の2つのビット・ライン4は、データ・ライン6として同様に第2の方向に走るように示されている。ワード・ライン8及びグローバル・ワード・ライン10は、直角の第1の方向に走るように示されている。電源ライン14(最終ドッグ・レッグ部分を含む)は、セルの上部右手の隅に示されており、これをデータ・ライン6と共用するM3層内に配置されている。ワード・ライン8及びグローバル・ワード・ライン10は、M4金属層を共用する。M5層及びその上は、図3には示されていない。図3の例は、ビット・ライン4及びデータ・ライン6をそれぞれM2及びM3層に有する図1の例(a)に対応している。
図4は、本技術によるデュアル・ポートSRAMビット・セルの設計内の金属ラインの物理配置を概略的に示す。この例において、二組のビット・ラインが2つのワード・ラインと同様に示され、それにより、デュアル・ポートのアクセスが支援されるのを許容する。図4の例は、M2層を共用するビット・ライン4及びデータ・ライン6を有する図1の例(b)に対応する。
図5は、本技術のROMのビット・セルの履行内の金属ラインの物理レイアウトを概略的に示す。この例において、単一のビット・ライン4は、M2層において第2の方向に配向されるよう用いられ、グローバル・データ・ライン6は、ビット・ライン4と平行にかつM3層の上において用いられるということが示されている。ワード・ライン8は、第1の方向に配向されたM4層において用いられている。
図6は、本技術のSRAMの履行のバンク化された階層的性質を概略的に示す。示されているように、感知増幅器14は、メモリ・セルの隣接バンク16間で列のデコーダと共に設けられている。データ・ライン6は、メモリの全高さを走り、メモリを通して隣接バンクにおけるメモリ・セルの列間で共用されている。ビット・ライン4は、バンク内を走り、第2の方向における隣接メモリ間でバンクと共用されている。グローバル・ワード・ライン10は、メモリ・セルの隣接する行の間で、行に専用の個々のワード・ライン8と共用されている。示されているように、グローバル・ワード・ライン10は、バンクの中央にルーティングされ(経路付けられ)、そこでさらなるデコーディング/ルーティングを受け、これにより、ワード・ライン8の適切な1つが選択されて、それにアサートされた選択信号を有する。
図7は、本技術のバンク化された階層的ROMメモリの例を概略的に示す。ビット・ライン(M2)及びデータ・ライン(M2)は、第1の方向におけるワード・ライン(M4)と共に第2の方向に走る。
ここでは添付図面を参照して本発明の例示的実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は、それらの正確な実施形態に制限されるものではなく、それらに対する種々の変化及び変更が、特許請求の範囲によって限定される本発明の範囲及び精神から逸脱することなく当業者によって行なわれ得るということを理解すべきである。
2 ポリシリコン・ゲート材料
4 ビット・ライン
6 データ・ライン
8 ワード・ライン
10 グローバル・ワード・ライン
12 金属ライン

Claims (18)

  1. 複数のメモリ・セルを備えた集積回路であって、各メモリ・セルは:
    第1の方向と実質的に平行に配置され、前記メモリ・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと;
    (i)前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向と実質的に平行に配置されたビット・ライン、
    (ii)前記ビット・ラインの上の層において、前記第2の方向と実質的に平行に配置されたデータ・ライン、および
    (iii)前記データ・ラインの上において、前記第1の方向と実質的に平行に配置されたワード・ライン
    を備えた金属ラインの一連の離間された層と;
    を具備し、
    集積回路は:
    (i)前記ビット・ラインと同じ層において、前記第1の方向と実質的に平行に配置された金属ライン、および
    (ii)前記データ・ラインと同じ層において、前記第2の方向と実質的に平行に配置された金属ライン
    を備えた金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスを備えた少なくとも1つのロジック・セルをさらに具備する集積回路。
  2. 各メモリ・セルは、前記第1の方向と実質的に平行に配置されたグローバル・ワード・ラインをさらに備えた請求項1に記載の集積回路。
  3. 前記グローバル・ワード・ラインは、前記第2の方向における隣接メモリ・セルと共用され、ワード・ライン選択信号を運んで、前記第2の方向において隣接する前記メモリ・セルの2つの行のアクセスする一方を選択する請求項2に記載の集積回路。
  4. 各メモリ・セルは、記憶されたデータ値を前記ビット・ラインに結合するよう前記ワード・ライン上の選択信号に応答する1つまたは2つ以上のメモリ・セル・トランジスタを含む請求項1に記載の集積回路。
  5. 前記ビット・ラインは、感知増幅器の感知入力に供給されるビット・ライン信号を運び、前記データ・ラインは、前記感知増幅器からの感知されたデータ出力信号を運ぶ請求項1に記載の集積回路。
  6. 前記データ・ラインは、前記ビットによって運ばれる前記ビット・ライン信号が前記感知増幅器によって感知されている間、プリチャージされた信号レベルに保持される請求項5に記載の集積回路。
  7. 前記メモリ・セルは、65nm以下の最小特徴サイズを有する素子から形成される請求項1に記載の集積回路。
  8. ビット・ラインと同じ層において前記第2の方向と実質的に平行に配置されたさらなるビット・ラインをさらに備え、前記ビット・ラインまたは前記さらなるビット・ライン上の信号値は、前記メモリ・セルがアクセスされたときに前記メモリ・セルのためのデータ値を表わすよう変化される請求項1に記載の集積回路。
  9. 前記メモリ・セルは、RAMメモリ・セルである請求項1に記載の集積回路。
  10. 前記メモリ・セルは、同じ層において前記第2の方向と実質的に平行である第1の対のビット・ライン及び第2の対のビット・ラインを有するデュアル・ポート・メモリ・セルである請求項9に記載の集積回路。
  11. 各メモリ・セルは、ROMメモリ・セルである請求項1に記載の集積回路。
  12. 前記金属ラインの一連の離間された層は、前記ビット・ラインの下に配置された1つまたは2つ以上の構成要素相互接続ラインの層を備える請求項1に記載の集積回路。
  13. 各メモリ・セルは、前記データ・ラインと同じ層において前記第2の方向と実質的に平行に配置された接地電源線を備えた請求項1に記載の集積回路。
  14. 前記複数のメモリ・セルは、複数のバンクに分割され、該バンクの各々は、前記メモリ・セルのアレイとして形成され、バンク内で前記第2の方向におけるそれぞれの列のメモリ・セルはビット・ラインを共用する請求項1に記載の集積回路。
  15. 前記第2の方向において隣接するバンク内のメモリ・セルのそれぞれの列は、データ・ラインを共用する請求項14に記載の集積回路。
  16. 前記少なくとも1つのロジック・セルは:
    第1の方向と実質的に平行に配置され、前記ロジック・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと;
    (i)前記ワード・ラインと同じ層において前記第1の方向と実質的に平行に配置された第1の電力グリッド・ライン、及び
    (ii)前記第1の電力グリッド・ライン上の層において、前記第2の方向と実質的に平行に配置された第2の電力グリッド・ライン、
    を備えた金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスと;
    を具備する請求項1に記載の集積回路。
  17. 前記金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスは、前記第1のラインの下に配置された1つまたは2つ以上の構成要素相互接続ラインの層を備える請求項16に記載の集積回路。
  18. 複数のメモリ・セルおよび少なくとも1つのロジック・セルを備えた集積回路を形成する方法であって、各メモリ・セルは、第1の方向と実質的に平行に配置され、前記メモリ・セル内に少なくとも1つのゲートの部分を形成するポリシリコン・ゲートと、金属ラインの一連の離間された層とを有し、少なくとも1つのロジック・セルは、金属ラインの離間された層のロジック・セル・シーケンスを備え、前記方法は:
    (i)前記第1の方向と実質的に直交する第2の方向と実質的に平行に配置された各メモリ・セルのビット・ラインを形成し、前記ビット・ラインと同じ層において、前記第1の方向と実質的に平行に配置された前記少なくとも1つのロジック・セルの金属ラインを形成するステップと;
    (ii)前記ビット・ラインの上の層において、前記第2の方向と実質的に平行に配置された各メモリ・セルのデータ・ラインを形成し、前記データ・ラインと同じ層において、前記第2の方向と実質的に平行に配置された前記少なくとも1つのロジック・セルの金属ラインを形成するステップと;
    (iii)前記データ・ラインの上において、前記第1の方向と実質的に平行に配置された各メモリ・セルのワード・ラインを形成するステップと;
    を具備する方法。
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