JP3004177B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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Description
り、特に半導体記憶装置に用いられ、ビット線に流れる
信号を増幅し、この増幅された信号をデ−タ線に伝える
機能を有するセンスアンプに関する。
憶装置では、メモリセルにビット線対が接続され、この
ビット線対間の電位差をセンスアンプで増幅することに
より、ビット線に流れる信号を増幅するようにしてい
る。
位差をセンス増幅するセンス回路が含まれている。この
センス回路としては、2つのトランジスタが、互いにビ
ット線対間にクロスカップルされたものが一般的であ
る。
ている。メモリセルからデ−タを取り出す時、あるいは
メモリセルへデ−タを書き込む時には、カラムデコ−ダ
から出力されるカラム選択信号により、複数のビット線
対から任意のビット線対を選択する。このようなカラム
選択信号に基いて、ビット線対とデ−タ線対とを電気的
に接続したり、遮断したりするために、ビット線対とデ
−タ線対との間にはカラムゲ−トが設けられている。
図である。この図23には1カラム(1ビット)分が示
されている。図23に示すように、半導体記憶装置内に
はビット線BL、およびこれと対となる反転ビット線B
BL(この明細書においては、最先のBが反転信号を示
すものとする)が設けられ、ビット線対を構成してい
る。
に接続され、Nチャネル型MOSFET(以下NMOS
と称す)Q1およびQ2と、Pチャネル型MOSFET
(以下PMOSと称す)Q5およびQ6とにより構成さ
れている。
線BSANに接続され、そのドレインはビット線BLに
接続され、そのゲ−トは反転ビット線BBLに接続され
ている。NMOS Q2のソ−スは反転センス信号線B
SANに接続され、そのドレインは反転ビット線BBL
に接続され、そのゲ−トはビット線BLに接続されてい
る。PMOS Q5のソ−スはセンス信号線SANに接
続され、そのドレインはビット線BLに接続され、その
ゲ−トは反転ビット線BBLに接続されている。PMO
S Q6のソ−スはセンス信号線SANに接続され、そ
のドレインは反転ビット線BBLに接続され、そのゲ−
トはビット線BLに接続されている。
路との相互接続点と、デ−タ線対DQ、BDQとの間に
はカラムゲ−ト5が設けられている。カラムゲ−ト5
は、NMOS Q3およびNMOS Q4により構成さ
れている。
接続され、そのドレインはデ−タ線DQに接続され、そ
のゲ−トはカラム選択信号線CSLに接続されている。
NMOS Q4のソ−スは反転ビット線BBLに接続さ
れ、そのドレインは反転デ−タ線BDQに接続され、そ
のゲ−トはカラム選択信号線CSLに接続されている。
上記構成のように、一般的な回路では、1カラムにつ
いて、4つのNMOSと、2つのPMOSとから成る。
これらのトランジスタを半導体基板中に形成するために
は、トランジスタを互いに分離するための領域、即ちフ
ィ−ルド酸化膜などの素子分離領域を形成して基板上に
素子領域を得る必要がある。上記センスアンプでは、6
つの素子があるために、基本的に6つの素子領域が必要
である。
4つの素子領域が必要である。しかしながら、上記セン
スアンプでは、特にNMOS回路部分で、4つの素子領
域を必要とすることにより、基板上で素子分離領域が占
める面積が増加するという問題があった。このため、チ
ップサイズの縮小が困難となっている。
な点に鑑みて為されたもので、その目的は、センスアン
プを構成するトランジスタを分離するための領域を少な
くでき、チップサイズの縮小を図ることのできるセンス
アンプを具備する半導体集積回路装置を提供することに
ある。
に、この発明に係る半導体集積回路装置では、カラムゲ
−トとセンス回路とを持ち、カラムゲ−トの素子パタ−
ンとセンス回路の素子パタ−ンとが融合されたセンスア
ンプを持つ。
と、センス回路が含む素子とをそれぞれパタ−ンとして
融合することにより、素子領域を設定するために必要な
素子分離領域を削減でき、チップサイズの縮小化を達成
できる。
路の素子とをそれぞれパタ−ンとして融合したことで、
メモリ容量の増大に伴ってカラム数が増加したとして
も、一つの素子領域中で上記の構成を繰り返すだけで、
増加したカラム数に必要なセンスアンプを得ることがで
きるようになる。即ち、上記構成は、一つの素子領域で
無限に繰り返せる。
素子領域で無限に繰り返すことができるため、半導体記
憶装置の記憶容量が増えるに連れて、そのチップサイズ
の縮小化率は、自動的に高まる。
より説明する。この説明において全図にわたり共通の部
分には共通の参照符号を付すことで重複する説明を避け
ることにする。
ンスアンプを適用できるダイナミック型RAMの概略構
成を示すブロック図である。図3に示すように、半導体
チップ上には、複数のダイナミック型メモリセルM11〜
M44がマトリクス状に形成されたメモリセルマトリクス
(アレ−)1が設けられている。ここで、メモリセルM
11〜M44は、ドレインをビット線に接続し、ソ−スをキ
ャパシタに接続した1トランジスタ1キャパシタ型セル
により構成されている。
ゲ−トにはワ−ド線WL1〜WL4が共通に接続され、
これらワ−ド線WL1〜WL4それぞれの一端には、ロ
ウアドレス信号(図示せず)に基いて所定のロウを選択
するロウデコ−ダ2が接続されている。
のドレインは、基本的に1つのビット線に接続されるも
のであるが、この実施例では、同一のカラムに配置され
ているメモリセルのドレインを、ビット線BL(BL1
〜BL4)、およびこのビット線BLと対になる反転ビ
ット線BBL(BBL1〜BBL4)に交互に接続し、
ビット線対によりカラムを構成する形となっている。そ
のビット線対の配置形状は、折り返しビット線(FOLDED
BIT LINE )型である。
ト線対間の電位差を増幅するカラム用センスアンプ3が
接続されている。このセンスアンプ3は、各ビット線対
(カラム)毎に設けられたセンス回路4-1〜4-4および
カラムゲ−ト5-1〜5-4を含む。
は、クロスカップルラッチ型のセンス回路、即ちセンス
回路4のみと考えるのが通常であるが、この発明では、
後の記載から明らかとなるように、センス回路4とカラ
ムゲ−ト5とが融合されるため、この明細書において
は、センスアンプ3がセンス回路4およびカラムゲ−ト
5を含む、と定義する。
ンス信号SANと、その反転信号BSANが供給され
る。また、カラムゲ−ト5-1〜5-4のそれぞれには、カ
ラムセレクト信号CSL1〜CSL4が供給される。こ
れらカラムセレクト信号CSL1〜CSL4をカラムゲ
−ト5-1〜5-4へ供給するための配線はカラムデコ−ダ
6に接続されている。カラムデコ−ダ6は、カラムアド
レス信号(図示せず)に基いて、上記カラムセレクト信
号CSL1〜CSL4を生成する。
して説明すると、センス回路4-1は、ビット線BL1と
BBL1との間に挿設されており、センス信号SAN
と、その反転信号BSANが供給されることで導通され
る。
のみ着目して説明すると、カラムゲ−ト5-1は、ビット
線BL1およびBBL1それぞれと、デ−タ線DQおよ
びこのデ−タ線DQと対となるデ−タ線BDQそれぞれ
との間に挿設され、カラムセレクト信号CSL1が供給
されることで導通される。
路7に接続されている。この入力回路7は、書き込み動
作時、ライトイネ−ブル信号WEに基いて入力デ−タD
inをデ−タ線対DQ、BDQに導く。デ−タ線対DQ、
BDQへ導かれた入力デ−タDinは、カラムデコ−ダ6
により選ばれ、導通状態となっているカラムゲ−トを介
して、ビット線対(カラム)へと導かれる。さらにこの
カラムに導かれた入力デ−タDinは、ロウデコ−ダ2に
より選ばれ、導通状態となっているメモリセルへ導かれ
て格納、記憶される。
出力増幅部8に接続されている。出力増幅部8はデ−タ
線対DQ、BDQを差動の入力とするセンスアンプ9か
ら成る。センスアンプ9は、デ−タ線対DQ、BDQ間
に電位差がある時、例えば“1”レベルのデ−タDout
を出力し、デ−タ線対DQ、BDQ間に電位差がない
時、例えば“0”レベルのデ−タDout を出力する。
する。尚、この説明は、1つのカラムにのみ着目して行
う。図4は、図3に示されたセンスアンプ3の回路図で
ある。
−スを反転センス信号線BSANに接続し、ドレインを
ビット線BL1に接続し、ゲ−トを反転ビット線BBL
1に接続したNMOS Q1-1と、ソ−スを反転センス
信号線BSANに接続し、ドレインをビット線BBL1
に接続し、ゲ−トを反転ビット線BL1に接続したNM
OS Q2-1とを有する。さらに、この実施例のセンス
回路4-1では、ソ−スをセンス信号線SANに接続し、
ドレインをビット線BL1に接続し、ゲ−トを反転ビッ
ト線BBL1に接続したPMOS Q5-1と、ソ−スを
センス信号線SANに接続し、ドレインをビット線BB
L1に接続し、ゲ−トを反転ビット線BL1に接続した
PMOS Q6-1とが設けられ、CMOS型のセンス回
路となっている。
ト線BL1に接続し、ドレインをデ−タ線DQに接続
し、ゲ−トをカラム選択信号線CSL1に接続したNM
OSQ3-1と、ソ−スを反転ビット線BBL1に接続
し、ドレインを反転デ−タ線BDQ1に接続し、ゲ−ト
をカラム選択信号線CSL1に接続したNMOS Q4
-1とにより構成されている。
ミック型RAMにおいて、この発明では、装置として無
効な領域を極力無くし、チップサイズの縮小化率を向上
させるために、センスアンプ3の素子レイアウトパタ−
ンを図4Aに示す構成としている。
るセンスアンプのレイアウトパタ−ンを示す平面図、図
1(b)はその等価回路図、図2(a)は図1(a)中
の2a−2a線に沿う断面図、図2(b)は図1(a)中の
2b−2b線に沿う断面図である。
スアンプ3のうち、センス回路4-1のNMOS部分、お
よびカラムゲ−ト5-1のレイアウトパタ−ンが示されて
いる。即ち図1(b)中に実線により示された配線を持
つ回路部分が示されている。
それぞれに示すように、P型シリコン基板21の表面領
域には、フィ−ルド酸化膜などで構成された素子分離領
域22が形成されている。この素子分離領域22によ
り、基板21の主要な表面に素子領域23および24が
それぞれ画定されている。素子領域23上にはMOSF
ETのゲ−トとなる導電性のポリシリコン層25-1およ
び25-2が互いに離隔して形成されており、同様に素子
領域24上にもMOSFETのゲ−トとなる導電性のポ
リシリコン層26-1および26-2が互いに離隔して形成
されている。素子領域23のうち、ポリシリコン層25
-1および25-2により隠された部分を除いた領域中に
は、N型拡散層27-1〜27-3が形成され、これら拡散
層27-1〜27-3はそれぞれ、MOSFETのソ−スま
たはドレインとして機能している。同様にポリシリコン
層26-1および26-2により隠された部分を除いた素子
領域24にも、N型拡散層28-1〜28-3が形成され、
それぞれMOSFETのソ−スまたはドレインとして機
能している。
について説明すると、ビット線BL1に接続されるNM
OS Q1-1およびQ3-1はそれぞれ素子領域24に設
けられている。NMOS Q1-1はポリシリコン層26
-2をゲ−トとするMOSFET部に形成され、NMOS
Q3-1はポリシリコン層26-1をゲ−トとするMOS
FET部に形成されている。
OS Q3-1のソ−スとは1つのN型拡散層28-2に設
けられ、互いに共通化されている。この拡散層28-2
は、ビット線BL1に接続される。また、N型拡散層2
8-1はデ−タ線DQに接続され、N型拡散層28-2は反
転センス信号線BSANに接続される。
NMOS Q2-1およびQ4-1はそれぞれ素子領域23
に設けられている。NMOS Q2-1はポリシリコン層
25-2をゲ−トとするMOSFET部に形成され、一
方、NMOS Q4-1はポリシリコン層25-1をゲ−ト
とするMOSFET部に形成されている。
S Q4-1のソ−スは、上記同様、1つのN型拡散層2
7-2に設けられて互いに共通化されている。そして、拡
散層27-2は、反転ビット線BBL1に接続される。ま
た、N型拡散層27-1は反転デ−タ線BDQに接続さ
れ、N型拡散層27-2は反転センス信号線BSANに接
続される。
線を持つ回路部分、即ちクロスカップルラッチ型センス
回路4-1のPMOS部分については、特に図示しない
が、例えばP型シリコン基板21中にN型のウェル領域
を形成し、このウェル領域上に素子分離領域を形成する
ことで素子領域を画定する。そして、この画定された素
子領域中に、PMOS Q5-1およびQ6-1をそれぞれ
形成する。
タ−ンを、2カラム(2ビット)分に拡張した例を図5
に示す。図5に示すように、2カラム分に拡張した場合
には、基本的に図1(a)に示されたレイアウトパタ−
ンを、拡散層27-3および28-3の部分、即ち図5中に
示すA−A線に沿って折り返すだけで良い。
説明したパタ−ンを、A−A線に沿って線対象に折り返
すことで、素子領域24中には、NMOS Q1-2およ
びQ3-2が設けられる。ここで、NMOS Q1-2はポ
リシリコン層26-3をゲ−トとするMOSFET部に形
成され、NMOS Q3-2はポリシリコン層26-4をゲ
−トとするMOSFET部に形成される。そして、NM
OS Q1-2のドレインとNMOS Q3-2のソ−スと
を同一のN型拡散層28-4に設け互いに共通化する。こ
の拡散層28-4は、ビット線BL2に接続される。さら
にNMOS Q1-1のソ−スとNMOS Q1-2のソ−
スとを同一のN型拡散層28-3に設け互いに共通化す
る。この拡散層28-3は、反転センス信号線BSANに
接続される。
Q2-2およびQ4-2が設けられる。NMOS Q2-2は
ポリシリコン層25-3をゲ−トとするMOSFET部に
形成され、NMOS Q4-2はポリシリコン層25-4を
ゲ−トとするMOSFET部に形成される。さらにNM
OS Q2-2のドレインとNMOS Q4-2のソ−スと
は、同一のN型拡散層27-4に設けられることで互いに
共通化されている。さらにNMOS Q2-1のソ−スと
NMOS Q2-2のソ−スとは、同一のN型拡散層27
-3に設けられることで互いに共通化されている。
ンにより、2カラムに必要なセンスアンプを構成した装
置では、素子領域数を増加させる必要もなく、そのパタ
−ンを折り返すだけで良い。換言すれば、センスアンプ
の増加に合わせて素子領域23および24をそれぞれ延
長するだけで良い。従って、チップサイズが縮小され
る。さらに図4Aに示されたパタ−ンをカラム毎に基板
21中に作り込んだ場合よりも、図5に示すように折り
返すことで、素子領域を分離するための分離領域を形成
する必要がなくなるため、その縮小化率はさらに高ま
る。
アウトパタ−ンを、さらに4カラムに拡張した場合の例
が示されている。図6に示すように、4カラム分に拡張
された場合には、図5に示された2カラムのパタ−ンを
そのまま繰り返すことで実現できる。この時、NMOS
Q4-2のドレインとNMOS Q4-3のドレインとは
同一のN型拡散層27-5に設けることで共通化し、NM
OS Q3-2のドレインとNMOS Q3-3のドレイン
とは同一のN型拡散層28-5に設けることで共通化す
る。
であっても、2カラムの時と同様、素子領域の数は増加
しない。このように図1(a)に示されるパタ−ンで
は、そのパタ−ンを同一素子領域中で、折り返す、ある
いは繰り返す、あるいは折り返した後に繰り返すこと
で、8カラム(ビット)、16カラム(ビット)、32
カラム(ビット)、…、とカラム(ビット)数が増加し
ていったとしても、増加したカラムに必要なセンスアン
プはそれぞれ、同一素子領域中に得ることができる。
ったバイト単位のカラムだけでなく、様々な他の数のカ
ラムに対応できることは勿論である。次に、この発明の
第2の実施例に係るセンスアンプについて説明する。
ンスアンプを適用できるダイナミック型RAMの概略構
成を示すブロック図である。図7に示すダイナミック型
RAMは、図3に示すダイナミック型RAMと、デ−タ
線対がDQ1、BDQ1、およびDQ2、BDQ2とい
うように複数組設けられ、複数のデ−タ線対からそれぞ
れ、デ−タDout1、Dout2を出力する点で異なってい
る。一般に多ビット構成と呼ばれるものである。
ミック型RAMにおけるセンスアンプ3の回路図を示
す。図8に示すように、カラム選択信号線CSL1は、
カラムゲ−ト5-1およびカラムゲ−ト5-2に接続されて
いる。これにより、一つのカラム選択信号が2つのカラ
ムに共通して供給されるようになっている。これらのカ
ラムに含まれるビット線対のうちの一方は、カラムゲ−
ト5-1を介して第1のデ−タ線対DQ1、BDQ1に接
続され、他方は、カラムゲ−ト5-2を第2のデ−タ線対
DQ2、BDQ2に接続されている。
ト構成のダイナミック型RAMにおいて、チップサイズ
の縮小化率を向上させるために、センスアンプ3の素子
レイアウトパタ−ンを図9に示す構成とする。
びBL2に電流通路を接続するNMOS Q1-1、Q1
-2、Q3-1およびQ3-2はそれぞれ、一つの素子領域2
4中に設けられている。
をゲ−トとするMOSFET部に形成され、NMOS
Q3-1はポリシリコン層26-1をゲ−トとするMOSF
ET部に形成されている。また、NMOS Q1-2はポ
リシリコン層26-3をゲ−トとするMOSFET部に形
成され、NMOS Q3-2はポリシリコン層26-4をゲ
−トとするMOSFET部に形成されている。ポリシリ
コン層26-2には反転ビット線BBL1が接続され、ポ
リシリコン層26-3には反転ビット線BBL2が接続さ
れている。また、ポリシリコン層26-1およびポリシリ
コン層26-4のそれぞれには、第1カラム選択線CSL
1が共通して接続されている。
Q3-1のソ−スとは1つのN型拡散層28-2に設けら
れ、NMOS Q1-1のソ−スとNMOS Q1-1のソ
−スとは1つのN型拡散層28-3に設けられ、NMOS
Q1-2のドレインとNMOSQ3-2のソ−スとは1つ
のN型拡散層28-4に設けられている。N型拡散層28
-2はビット線BL1に接続され、N型拡散層28-3は反
転センス信号線BSANに接続され、N型拡散層28-4
はビット線BL2に接続されている。
N型拡散層28-1は、一方のデ−タ線DQ1に接続さ
れ、NMOS Q3-2のドレインとなるN型拡散層28
-5は、他方のデ−タ線DQ2に接続されている。
電流通路を接続するNMOS Q2-1、Q2-2、Q4-1
およびQ4-2はそれぞれ、一つの素子領域23中に設け
られている。
をゲ−トとするMOSFET部に形成され、NMOS
Q4-1はポリシリコン層25-1をゲ−トとするMOSF
ET部に形成されている。また、NMOS Q2-2はポ
リシリコン層25-3をゲ−トとするMOSFET部に形
成され、NMOS Q4-2はポリシリコン層25-4をゲ
−トとするMOSFET部に形成されている。ポリシリ
コン層25-2にはビット線BL1が接続され、ポリシリ
コン層25-3にはビット線BL2が接続されている。ま
た、ポリシリコン層25-1およびポリシリコン層25-4
のそれぞれには、第1のカラム選択線CSL1が共通し
て接続されている。
Q4-1のソ−スとは1つのN型拡散層27-2に設けら
れ、NMOS Q2-1のソ−スとNMOS Q2-1のソ
−スとは1つのN型拡散層27-3に設けられ、NMOS
Q2-2のドレインとNMOSQ4-2のソ−スとは1つ
のN型拡散層27-4に設けられている。N型拡散層27
-2は反転ビット線BBL1に接続され、N型拡散層27
-3は反転センス信号線BSANに接続され、N型拡散層
27-4は反転ビット線BBL2に接続されている。
N型拡散層27-1は反転デ−タ線BDQ1に接続され、
NMOS Q4-2のドレインとなるN型拡散層27-5は
反転デ−タ線BDQ2に接続されている。
の等価回路図である。図10において、実線により示さ
れた配線を持つ回路部分は、図10に示されたパタ−ン
部分を示している。尚、破線により示された配線を持つ
回路部分は、PMOSにより構成される部分であり、そ
のパタ−ンについては特に図示はしない。
カラム(4ビット)分に拡張した例を図11に示す。図
11に示すように、4カラム分に拡張した場合には、上
記第1の実施例と同様に、基本的に図10に示されたレ
イアウトパタ−ンを、拡散層27-5および28-5の部
分、即ち図11中に示すB−B線に沿って折り返すだけ
で良い。
に拡張する場合には、図11に示すパタ−ンを繰り返せ
ば良い。次に、この発明に係るセンスアンプを集積回路
化した際の、より好適なパタ−ンを第3の実施例として
説明する。この第3の実施例の説明は、第2の実施例に
て説明した多ビット構成の装置に適用したものを一例と
して説明する。
プのゲ−トパタ−ンを示す平面図、図13は、図12に
示すパタ−ン上に内部接続配線層が形成された状態を示
す平面図、図14は、その等価回路図である。
領域24とがシリコン基板中に素子分離領域22によっ
て分離されて形成されている。これら素子領域23と素
子領域24とは互いに並行して配置されている。
リシリコン層25-1、25-4、26-1および26-4はそ
れぞれ、一つのポリシリコン層30-1により一体的に形
成されている。さらに第2カラム選択線CSL2が接続
されるポリシリコン層25-5、25-8、26-5および2
6-8はそれぞれ、一つのポリシリコン層30-2により一
体的に形成されている。これらのポリシリコン層30-1
およびポリシリコン層30-2が互いに相対する部分では
それぞれ直線状に加工され、かつ互いに近接されてい
る。他のポリシリコン層については、素子領域23、ま
たは素子領域24上の途中でチャネル長方向(この実施
例のチャネル長方向はロウ方向となる)に沿って平面的
に折り曲げられている。
1〜BL4、反転ビット線BBL1〜BBL4はそれぞ
れ、NMOSのチャネル幅方向(この実施例のチャネル
幅方向はカラム方向となる)に沿って、例えば第1層ア
ルミニウム層(1Al)により形成されている。デ−タ
線DQ1、DQ2、反転デ−タ線BDQ1、BDQ2は
それぞれ、素子領域23および24上に配置されるとと
もにNMOSのチャネル長方向に沿って、例えば第2層
アルミニウム層(2Al)により形成されている。
による枠Cは、図9に示されたパタ−ンに対応する部分
を示している。上記構成のセンスアンプでは、まず、カ
ラム選択信号線が共通して接続されるポリシリコン層
(ゲ−ト)それぞれを、一つのポリシリコン層で一体的
に形成することにより、コンタクト孔の数を減らすこと
ができる。
域上でチャネル長方向に折り曲げることにより、NMO
Sのゲ−ト幅を拡張でき、NMOSの通電能力を増加さ
せることができる。
いに並行して配置することにより、図13および図14
に特に良く示されるように、一対のビット線BL、BB
L間に、これらに接続されるNMOS、例えばNMOS
Q1-1、Q2-1をそれぞれ配置することができる。こ
のように素子領域23と素子領域24とを並行させるパ
タ−ンは、ビット線BLとBBLとが互いに近接してメ
モリセルアレイ中に設けられる折り返しビット線型の装
置に、特に有効である。
シリコン層30-2が互いに相対する部分ではそれぞれ直
線状に加工され、かつ互いに近接されている。これは、
デ−タ線コンタクト孔が、ポリシリコン層30-1および
ポリシリコン層30-2に対して自己整合的に形成できる
ことを示唆している。即ちポリシリコン層上に厚いシリ
コン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜とエッチング
選択比のとれる物質、例えばシリコン窒化膜などを形成
する。このように3層構造が出来た状態でパタ−ニング
を行い、その上部にシリコン窒化膜を含む絶縁層が形成
されたポリシリコン層30-1および30-2のパタ−ンを
得る。この後、これらの側壁にサイドウォ−ルスペ−サ
を形成する。このサイドウォ−ルスペ−サ中にも、シリ
コン窒化膜が含まれる。
よび30-2の周囲をそれぞれ、エッチング障壁となる窒
化膜を含んだ絶縁層で覆う。このような構造であると、
コンタクト孔の開孔がポリシリコン層30-1および30
-2上にかかったとしても、エッチング障壁によりポリシ
リコン層30-1および30-2が保護され、エッチングさ
れることはない。よって、ポリシリコン層30-1および
30-2上にかかってコンタクト孔を形成することが可能
で、集積度を向上させるのに好適である。このようなコ
ンタクト技術は、自己整合コンタクトと呼ばれる。デ−
タ線DQとカラムゲ−トの共通ノ−ドとの接続に自己整
合コンタクトを用いた時の断面図を図15に示す。尚、
図15に示される断面は、拡散層27-5とデ−タ線BD
Q2との接続部分であるが、図13に示される2Al−
基板コンタクトの部分ならば、どこでも使うことができ
る。
スアンプについて説明する。第4の実施例は、第2の実
施例にて説明した多ビット構成の装置を一例とし、説明
する。また、この説明は、2つのカラムに着目して行
う。
センスアンプ3の回路図である。図16に示すように、
センス回路4-1およびセンス回路4-2の共通ノ−ド(共
通ソ−ス)11-1は、センス回路4-1〜4-4の電源であ
る反転センス信号線BSAN、および接地電位に固定さ
れた接地線GNDに、センスアンプ選択活性化回路10
-1を介して接続されている。センスアンプ選択活性化回
路10-1は、複数のセンス回路のうち、いずれか一つ、
あるいは図13に示されるように、カラム選択信号CS
Lによりペアとされるセンス回路ペアを選択して活性化
させるものである。この実施例により紹介される選択活
性化回路10-1は、NMOS Q7-1とNMOS Q8
-1とを含む。
通ノ−ド11-1に接続される。共通ノ−ド11-1は、セ
ンス回路4-1のNMOSQ1-1、NMOSQ2-1の共通
ソ−ス、並びにセンス回路4-2のNMOSQ1-2、NM
OSQ2-2の共通ソ−スを、さらに共通とした部分であ
る。また、NMOS Q7-1の他端は反転センス信号線
BSANに接続され、そのゲ−トは、高電位電源線VD
Dに接続されている。NMOS Q7-1は、そのゲ−ト
に高電位電源線VDDが供給されることから、選択活性
化回路10-1に、高電位VDDが供給されている間、常
にオンしている。
通ノ−ド11-1に接続され、その他端は、接地線GND
に接続されている。また、そのゲ−トは、カラム選択線
CSL1に接続されており、NMOS Q8-1は、カラ
ム選択線CSL1の電位が、“H”レベルとなっている
間だけ、オン状態となる。
ンスアンプ3では、カラムが、カラム選択信号CSLに
よって選択された時だけ、共通ノ−ド11に、NMOS
Q7-1、およびNMOS Q7-1と並列接続されたN
MOS Q8-1の2つのトランジスタにより、電源が供
給される。即ちセンス回路4-1および4-2に、高速に電
源が供給されるようになるため、メモリのアクセスタイ
ムが高速化する。しかも、アクセスタイムを高速化させ
るために、消費電力が増加することもない。
号線BSANをBSAN1に置き換え、また、接地線G
NDをBSAN2に置き換えるようにしても良い。これ
らの使い分けは、メモリセルアレ−の構成によって変え
られる。
に、1つのメモリセルアレ−が付属している半導体記憶
装置のブロック図である。メモリアレ−の構成が、図1
7(a)に示す構成の時は、センスアンプ活性化信号B
SANおよび接地電位GNDを使うのが良い。
−タに、1つのメモリセルアレ−が付属し、かつ1つの
メモリセルアレ−が所定数のロウ毎にブロック単位で分
割されている半導体記憶装置のブロック図である。この
類いのメモリセルアレ−は、超大規模容量(例えば16
M、64M以上)DRAMに、良く見られる。
に示す構成の時は、反転センス信号線BSANおよび接
地線GNDをそれぞれ、選択されたメモリセルブロック
全体のセンスアンプを一斉に活性化する信号BSAN1
と、選択されたメモリセルブロック中からさらにカラム
選択信号(CSL)により選択されたセンスアンプを活
性化する信号BSAN2とに置き換えると良い。
ダイナミック型RAMにおいて、より集積度を高めため
に、センスアンプ3の素子パタ−ンを図18および図1
9に示す構成とする。
プのゲ−トパタ−ンを示す平面図、図19は、図18に
示すパタ−ン上に内部接続配線層が形成された状態を示
す平面図、図20は、その等価回路図である。
図12および図13に示したパタ−ンと同様なタイプで
ある。特に異なるところは、選択活性化回路10-1およ
び10-2を構成するNMOS Q7-1、Q8-1、Q7-
2、Q8-2を、センス回路の共通ソ−ス、即ち図13に
示した共通ノ−ド11-1、11-2に接続したことであ
る。
11-1のパタ−ンは、以下の構成により得られている。
まず、NMOS Q2-1とのQ2-2との共通ノ−ドであ
るN型拡散層27-3と、NMOS Q1-1とのQ1-2と
の共通ノ−ドであるN型拡散層28-3とを、素子領域を
新たに設けることで得たN型拡散層50-1で一体につな
ぐ。同様にして、N型拡散層27-3と、NMOS Q7
-1を形成するために、素子領域23に対してカラム方向
に隣接して設けられた素子領域23´-1とをN型拡散層
31-1で一体につなぐ。さらにN型拡散層28-3と、N
MOS Q8-1を形成するために、素子領域23に対し
てカラム方向に隣接して設けられた素子領域24´-1と
を、N型拡散層32-1で一体につなぐ。
18〜図20に示されるように、接続されるトランジス
タが異なるだけで、共通ノ−ド11-1のパタ−ンと同様
のパタ−ンとなっている。
れる領域は、NMOS Q7-1のソ−スであり、同様に
参照符号33-2により示される領域はNMOS Q7-2
のソ−ス、参照符号34-1により示される領域はNMO
S Q8-1のソ−ス、参照符号34-2により示される領
域はNMOS Q8-2のソ−スである。
により示される部材は、NMOSQ7-1、Q7-2のゲ−
トであり、参照符号36-1、36-2により示される部材
は、NMOS Q8-1、Q8-2のゲ−トである。
素子領域23および24と、メモリセルアレ−との関係
について説明する。上記第1〜第4の実施例により説明
したセンスアンプでは、センス回路に含まれてビット線
BLに接続されるNMOSと、カラムゲ−トに含まれて
上記ビット線BLに接続されるNMOSとを同一の素子
領域に形成することで、カラム数が増加していったとし
ても、それに必要なセンスアンプの特にNMOS回路部
分を、永久的に1つの素子領域に集積して形成すること
ができる。このことを、簡単な図に示す。
領域との関係を示す図である。まず、図21(a)に示
すように、256本のカラムを集積したメモリセルアレ
−(またはメモリブロック)がチップ中にある時、この
発明に係るセンスアンプは、メモリセルアレ−(または
メモリブロック)のロウ方向に沿った直線区域(センス
アンプアレ−)100の中に配置される。しかも、その
区域100の中で、素子領域23および24はメモリセ
ルアレ−(またはメモリブロック)の端から端まで、一
つのパタ−ンで作ることができる。もちろんカラムが5
12本あっても、1024本、それ以上あっても同様で
ある。
ビット線およびデ−タ線に、対を用いているためで、こ
の対を用いないで、一本のビット線およびデ−タ線を用
いた装置では、素子領域23および24のいずれか一つ
を形成するだけで良い。
ても、従来、1つのカラムについて、素子領域が4つ必
要であった点を、2つの素子領域だけで済ませることが
できる。さらにこの種の装置においても、カラム数が増
えるに連れて、それに必要なセンスアンプを形成するた
めに必然的に素子領域の数が増加していたが、上記実施
例により説明したセンスアンプによれば、カラム数が増
えたとしても、常に2つの素子領域だけで済むようにな
る。
である。図21(b)は、他の構成を持つメモリセルア
レ−と素子領域との関係を示す図である。
セルアレ−(またはメモリブロック)が、数カラム毎に
グル−プ分けされたものもある。図21(b)は、その
類いのメモリセルアレ−が図示されており、256本の
カラムが、16カラム毎に分割され、全部で16のメモ
リグル−プG1〜G16を有している。メモリグル−プ
を持つメモリでは一般に、グル−プ毎に独立して設けら
れた小さいワ−ド線101…と、これら小さいワ−ド線
101…に接続された大きいワ−ド線102を持つ。
メモリグル−プとの間に、小さいワ−ド線101と大き
いワ−ド線102とを接続するための領域103が設け
られている。この領域103にはメモリセルが無く、従
ってビット線も配置されない。ビット線が配置されない
ため、素子領域23および24を、図21(a)に示す
ように一本で作ると、領域103の部分で、素子領域2
3および24に形成される拡散層が、ロウ方向にビット
線が配置されている部分に比べて長くなる。このため、
拡散層と基板との間の寄生容量に、アンバランスが生ず
る。寄生容量がアンバランスとなると、メモリセル間で
のアクセスタイムのばらつきが大きくなる可能性があ
る。
ブロック)が、数カラム毎にグル−プ分けされた装置で
は、図21(b)に示すように素子領域23および24
を、メモリグル−プG1〜G16毎に、素子領域23-1
〜23-16 、24-1〜24-16 と分割されことが好まし
い。この構成とすることで、寄生容量のアンバランスを
無くすことができ、メモリセル間でのアクセスタイムの
ばらつきを小さくすることができる。
センスアンプを構成するトランジスタを分離するための
領域を少なくでき、チップサイズの縮小を図ることので
きるセンスアンプを提供できる。
る、即ち半導体記憶装置が大容量化するに連れて、漸次
向上する。さらに素子分離領域は、チップ中において装
置として機能しない無効領域(デッド・リジョン)であ
るが、この発明によれば、無効領域も削減されるので、
チップの使用効率の向上にも貢献する。
よる、センスアンプアレ−の縮小効果を示す図である。
典型的なセンスアンプにより構成したセンスアンプアレ
−の面積を100%とした時、この発明に係るセンスア
ンプにより構成したセンスアンプアレ−の面積は、16
MDRAMで98%、64MDRAMで97%、256
MDRAMで95.6%、1GDRAMで93.8%と
予測される(図中三角印により示す)。
では、記憶容量の規模が大きくなるに連れて、センスア
ンプアレ−の面積を、確実に減少させることができる。
また、典型的なセンスアンプにより構成したセンスアン
プアレ−が、チップ中で占める面積を100%とした
時、この発明に係るセンスアンプにより構成したセンス
アンプアレ−が、チップ中で占める面積は、16MDR
AMで99.2%、64MDRAMで98.4%、25
6MDRAMで96.7%、1GDRAMで93.4%
と予測される(図中丸印により示す)。
では、チップ中でセンスアンプアレ−が占める面積も、
記憶容量の規模が大きくなるに連れて確実に減少させる
ことができる。
ば、センスアンプを構成するトランジスタを分離するた
めの領域を少なくでき、チップサイズの縮小を図ること
のできるセンスアンプを具備する半導体集積回路装置を
提供できる。
ンプを示す図で、(a)図はそのレイアウトパタ−ンを
示す平面図、(b)図はその等価回路図。
ンプの断面図で、(a)図は図1(a)中の2a−2a線に
沿う断面図、(b)図は図1(a)中の2b−2b線に沿う
断面図。
ンプを適用できるダイナミック型RAMのブロック図。
ンを、2カラムに拡張した時の平面図。
ンを、4カラムに拡張した時の平面図。
ンプを適用できるダイナミック型RAMのブロック図。
ンプのレイアウトパタ−ンを示す平面図。
図。
を、4カラムに拡張した時の平面図。
スアンプのゲ−トパタ−ンを示す平面図。
配線層が形成された状態を示す平面図。
ンプの等価回路図。
分の断面図。
スアンプの回路図。
示す図で、(a)図は典型的な構成を示す図、(b)図
は他の構成を示す図。
スアンプのゲ−トパタ−ンを示す平面図。
配線層が形成された状態を示す平面図。
ンプの等価回路図。
係を示す図で、(a)図はメモリセルアレ−と素子領域
パタ−ンとの関係の一例が示された平面図、(b)図は
メモリセルアレ−と素子領域パタ−ンとの関係の他例が
示された平面図。
との関係を示す図。
アンプ、4-1〜4-4…センス回路、5-1〜5-4…カラム
ゲ−ト、6…カラムデコ−ダ、21…P型シリコン基
板、22…素子分離領域、23,23´-1,23´-2…
素子領域、24,24´-1,24´-2…素子領域、25
-1〜25-8…ポリシリコン層(ゲ−ト)、26-1〜26
-8…ポリシリコン層(ゲ−ト)、27-1〜27-9…N型
拡散層、28-1〜28-9…N型拡散層、30-1〜30-2
…ポリシリコン層(ゲ−ト)、31-1〜31-2…N型拡
散層、32-1〜32-2…N型拡散層、33-1,33-2…
N型拡散層、34-1,34-2…N型拡散層、35-1,3
5-2…ポリシリコン層(ゲ−ト)、36-1,36-2…ポ
リシリコン層(ゲ−ト)、50-1,50-2…N型拡散
層。
Claims (11)
- 【請求項1】 第1の回路要素を含むカラムゲートと、 第2の回路要素を含むセンス回路とを具備し、 前記第1、第2の回路要素は互いに、同じパターンに集
積されている ことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記カラムゲートは前記第1の回路要素
として少なくとも、半導体基体の素子領域に設けられた
第1のトランジスタを含み、 前記センス回路は前記第2の回路要素として少なくと
も、前記素子領域に設けられた前記第1のトランジスタ
との共通ノードを持つ第2のトランジスタを含むことを
特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 前記第1のトランジスタは、前記素子領
域内に設けられた第1の半導体領域と、前記素子領域内
に設けられた第2の半導体領域と、前記第1の半導体領
域と前記第2の半導体領域との間の前記素子領域上に設
けられた第1のゲート電極とを含み、 前記第2のトランジスタは、前記第1のトランジスタと
の共通ノードである前記第2の半導体領域と、前記素子
領域内に設けられた第3の半導体領域と、前記第2の半
導体領域と前記第3の半導体領域との間の前記素子領域
上に設けられた第2のゲート電極とを含むことを特徴と
する請求項2に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項4】 前記第1の半導体領域はデータ線に接続
され、前記第2の半導体領域はビット線に接続され、前
記第1のゲート電極はカラム選択線に接続され、前記第
3の半導体領域はセンスアンプ電源線に接続され、前記
第2のゲート電極はセンス増幅のための基準電位線に接
続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体
集積回路装置。 - 【請求項5】 前記センスアンプ電源線はセンスアンプ
活性化信号線であり、前記センス増幅のための基準電位
線は前記ビット線と対をなす他のビット線であることを
特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項6】 第3の回路要素を含む、前記センス回路
を選択活性するためのセンスアンプ選択活性化回路をさ
らに具備し、 前記第3の回路要素は、前記第1、第2の回路要素と互
いに、同じパターンに集積されている ことを特徴とする
請求項1に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項7】 前記カラムゲートは前記第1の回路要素
として少なくとも、半導体基体の素子領域に設けられた
第1のトランジスタを含み、 前記センス回路は前記第2の回路要素として少なくと
も、前記素子領域に設けられた、前記第1のトランジス
タとの共通ノードを持つ第2のトランジスタを含み、 前記センスアンプ選択活性化回路は前記第3の回路要素
として少なくとも、前記素子領域に設けられた、前記第
2のトランジスタとの共通ノードを持つ第3のトランジ
スタを含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体集
積回路装置。 - 【請求項8】 前記第1のトランジスタは、前記素子領
域内に設けられた第1の半導体領域と、前記素子領域内
に設けられた第2の半導体領域と、前記第1の半導体領
域と前記第2の半導体領域との間の前記素子領域上に設
けられた第1のゲート電極とを含み、 前記第2のトランジスタは、前記第1のトランジスタと
の共通ノードである前記第2の半導体領域と、前記素子
領域内に設けられた第3の半導体領域と、前記第2の半
導体領域と前記第3の半導体領域との間の前記素子領域
上に設けられた第2のゲート電極とを含み、 前記第3のトランジスタは、前記第2のトランジスタと
の共通ノードである前記第3の半導体領域と、前記素子
領域と一体化された他の素子領域内に設けられた第4の
半導体領域と、前記第3の半導体領域と前記第4の半導
体領域との間の前記他の素子領域上に設けられた第3の
ゲート電極とを含むことを特徴とする請求項7に記載の
半導体集積回路装置。 - 【請求項9】 前記第1の半導体領域はデータ線に接続
され、前記第2の半導体領域はビット線に接続され、前
記第1のゲート電極はカラム選択線に接続され、前記第
2のゲート電極はセンス増幅のための基準電位線に接続
され、前記第4の半導体領域はセンスアンプ電源線に接
続され、前記第3のゲート電極は前記カラム選択線に接
続されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体
集積回路装置。 - 【請求項10】 前記センスアンプ電源線は接地線およ
びセンスアンプ活性化信号線のいずれか一つであり、前
記センス増幅のための基準電位線は前記ビット線と対を
なす他のビット線であることを特徴とする請求項9に記
載の半導体集積回路装置。 - 【請求項11】 複数のメモリブロックと複数のセンス
アンプアレイとを含むメモリアレイを具備する半導体集
積回路装置、複数のメモリグループと複数のセンスアン
プアレイとを含むメモリアレイを具備する半導体集積回
路装置、並びに複数のメモリグループを含む複数のメモ
リブロックと複数のセンスアンプアレイとを含むメモリ
アレイを具備する半導体集積回路装置のいずれか一つの
前記センスアンプアレイに、前記センスアンプが配置さ
れていることを特徴とする請求項1乃至請求項10いず
れか一項に記載の半導体集積回路装置。
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US08/611,372 US5666319A (en) | 1993-09-16 | 1996-03-05 | Sense amplifier |
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