JP3393600B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B20/00Read-only memory [ROM] devices

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  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置に
関するものであり、特にビット線として、主ビット線と
副ビット線を有する階層ビット線方式を有する半導体記
憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の階層ビット線方式の半導
体記憶装置としては、MROM(Mask Read
Only Memory)と称するものがある。この様
な半導体記憶装置においては、メモリセルであるトラン
ジスタ(MOSFET)の閾値を2種類持たせる事で2
値の記憶を行う。具体的には、メモリアレイの製造に際
し、メモリセルのトランジスタとして、閾値が低いトラ
ンジスタ、つまりゲート電極に低い電圧を加えても十分
電流が流れるようなトランジスタと、閾値が高いトラン
ジスタ、つまりゲート電極に十分に高い電圧を加えたと
きに電流が流れるようなトランジスタを設ける。この閾
値が低いトランジスタと閾値が高いトランジスタで2値
を記憶させることができる。この2種類の閾値のトラン
ジスタからそれぞれの値を読み出し、かつメモリセルを
高密度に集積するために、先の階層ビット線方式が採用
されている。
【0003】図2は、階層ビット線方式のMROMを例
示する回路図である。図2において、各主ビット線MB
1,MB2,……、及び各副ビット線SB1,SB2,……
は、階層構造を形成する。例えば、主ビット線MB1が
奇数番目と偶数番目の2本の副ビット線SB1,SB2間
に配置されている。隣合う2本の副ビット線間には、ト
ランジスタであるメモリセルM1,M2,……が配置さ
れ、これらのメモリセルのソース及びドレインがそれぞ
れの副ビット線SB1,SB2,……に接続され、これら
のメモリセルのゲートがそれぞれのワード線WL0,WL
n,……に接続されている。各主ビット線MB1,MB
2,……は、センス回路SA1,SA2,……並びに充電
回路Caに接続されるか、あるいはトランジスタ(MO
SFET)Q1,Q2,……を介してGNDに接続されて
いる。奇数番目の各副ビット線は、それぞれのバンク選
択用トランジスタ(MOSFET)BK1,BK2を介して
主ビット線に接続され、これらのバンク選択用トランジ
スタ(MOSFET)BK1,BK2のゲートが各バンク選
択線BKL1,BKL2に接続されている。また、偶数番目の
各副ビット線は、それぞれのバンク選択用トランジスタ
(MOSFET)BK3,BK4を介して主ビット線に接続
され、これらのバンク選択用トランジスタBK3,BK4の
ゲートが各バンク選択線BKL3,BKL4に接続されてい
る。
【0004】ここで、例えばメモリセルM4の値を読み
出す場合、バンク選択線BKL1をアクティブにして、バ
ンク選択用トランジスタBK1をオンとすると共に、バン
ク選択線BKL3をアクティブにして、バンク選択用トラ
ンジスタBK3をオンにする。これにより、充電回路Ca
→主ビット線MB1→バンク選択用トランジスタBK1→
副ビット線SB3という電流経路が形成される。メモリ
セルM4の閾値が低く設定されていれば、ワード線WL0
をアクティブにしたときにメモリセルM4がオンとな
り、副ビット線SB3→メモリセルM4→副ビット線SB
4→バンク選択用トランジスタBK3→主ビット線MB2→
トランジスタQ1→GNDという経路で電流が流れる。
また、メモリセルM4の閾値が高く設定されていれば、
ワード線WL0をアクティブにしてもメモリセルM4がオ
フのままであり、先の経路で電流が流れることはない。
この経路で電流が流れるか否かをセンス回路SA1によ
って読み取る事で2値を読み出す。
【0005】図3は、図2のMROMが形成された半導
体基板上のレイアウトパターンを示す図である。
【0006】図3において、半導体基板上には、各バン
ク選択用トランジスタBK1,BK2,BK3,BK4のチャネ
ル領域Chが形成されている。各副ビット線SB1,SB
2,……は、各バンク選択用トランジスタを介してそれ
ぞれの補助導電領域(拡散領域)Hに接続され、これら
の補助導電領域Hが絶縁層(図示せず)のそれぞれのコ
ンタクトホールCCを介して各主ビット線MB1,MB
2,……に接続されている。各ワード線WL0,WLn,…
…は、各副ビット線SB1,SB2,……に交差する様に
配置されている。
【0007】各主ビット線MB1,MB2,……は、金属
線等の低抵抗の材質を用いて形成され、各副ビット線S
B1,SB2,……は、トランジスタのソース及びドレイ
ンの生成が可能な拡散層等で形成される。また、各メモ
リセルM1,M2,……は、各副ビット線SB1,SB2,
……をソース及びドレインとし、各ワード線WL0,WL
n,……をゲート電極とする構造を持つ。
【0008】ここで、各バンク選択用トランジスタBK
1,BK2に着目すると、チャネル領域Chの幅w2の拡大
が図られている。各バンク選択用トランジスタBK3,B
K4についても同様である。これは、バンク選択用トラン
ジスタがメモリセルに直列に接続されており、充電回路
からメモリセル及びバンク選択用トランジスタ等を介し
てGNDへと流れる電流量がバンク選択用トランジスタ
の能力に大きく依存するためである。メモリセルからの
読み出しを高速化する為には、この電流量を大きくする
事が重要であり、バンク選択用トランジスタの能力を向
上させる必要がある。このバンク選択用トランジスタの
能力を上げるために、チャネル領域Chの幅w2を拡大し
ている。
【0009】ところが、図3のレイアウトパターンにお
いては、各バンク選択用トランジスタBK1,BK2のチャ
ネル領域Ch、あるいは各バンク選択用トランジスタBK
3,BK4のチャネル領域Chが相互に対向しているため、
各バンク選択用トランジスタ間の絶縁幅bを確保する
と、各バンク選択用トランジスタの全体の幅aが拡大さ
れる。この結果として、メモリアレイが大きくなり、チ
ップサイズが増大した。
【0010】そこで、特開平6−104406号公報に
おいては、図4に示す様な回路構成及び図5に示す様な
レイアウトパターンを持つMROMが提案されている。
【0011】尚、図4及び図5において図2及び図3と
同じ作用を果たす部位に同じ符号を付している。
【0012】図4から明らかな様に、各バンク選択用ト
ランジスタBK2-1,BK2-2が並列接続され、各バンク選
択用トランジスタBK3-1,BK3-2が並列接続されてい
る。各バンク選択用トランジスタBK2-1,BK2-2は、図
2に示すバンク選択用トランジスタBK2と同じ電流供給
能力を有している。また、各バンク選択用トランジスタ
BK3-1,BK3-2は、図2に示すバンク選択用トランジス
タBK3と同じ電流供給能力を有している。
【0013】図5から明らかな様に、各補助導電領域H
(拡散領域)は、H型に形成されている。各副ビット線
SB1,SB2,……は、各バンク選択用トランジスタB
K2-1,BK2-2及びバンク選択用トランジスタBK1、ある
いは各バンク選択用トランジスタBK3-1,BK3-2及びバ
ンク選択用トランジスタBK4を介してそれぞれの補助導
電領域Hに接続され、これらの補助導電領域Hが絶縁層
(図示せず)のそれぞれのコンタクトホールCCを介し
て各主ビット線MB1,MB2,……に接続されている。
【0014】ここで、各バンク選択用トランジスタBK2
-1,BK2-2,BK3-1,BK3-2のチャネル領域Chの幅w1
は、図3に示す各バンク選択用トランジスタBK2,BK3
のチャネル領域Chの幅w2よりも狭くなっている。これ
によって、チップサイズの増大を抑えている。
【0015】各バンク選択用トランジスタBK2-1,BK2
-2のチャネル領域Chの幅w1が狭くても、各バンク選択
用トランジスタBK2-1,BK2-2のチャネル領域Chの幅
w1の和(w1+w1)が図3に示すバンク選択用トラン
ジスタBK2のチャネル領域Chの幅w2に等しければ(w
1+w1=w2)、各バンク選択用トランジスタBK2-1,
BK2-2によって図3に示すバンク選択用トランジスタB
K2と同じ電流量を流すことができる。各バンク選択用ト
ランジスタBK3-1,BK3-2と図3に示すバンク選択用ト
ランジスタBK3の関係も同様である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すレイアウトパターンにおいてw1+w1=w2の関係
を保っていても、近年の微細化に伴い、実際のLSIに
おいてはw1+w1=w2の関係が成立せず、図4に示す
各バンク選択用トランジスタBK2-1,BK2-2と図3に示
すバンク選択用トランジスタBK2が同じ電流供給能力に
ならず、図4に示す各バンク選択用トランジスタBK3-
1,BK3-2と図2に示すバンク選択用トランジスタBK3
が同じ電流供給能力にならなかった。
【0017】これは、実際のLSIにおいては、バンク
選択用トランジスタのチャネル領域Chの有効幅がレイ
アウトパターン上のバンク選択用トランジスタのチャネ
ル領域Chの幅よりも小さいためである。逆に言えば、
レイアウトパターン上のバンク選択用トランジスタのチ
ャネル領域Chの幅には、チャネル領域Chとはならない
無効幅が含まれている。この無効幅は、ゲート長が同じ
であれば、ゲート幅に依存しない。
【0018】図6は、各副ビット線SBに挟まれたバン
ク選択用トランジスタのチャネル領域Chを示してお
り、レイアウトパターン上のチャネル領域Chの幅w1
と、実際のLSIにおけるチャネル領域Chの有効幅w6
及び無効幅w4の関係(w6=w1−2×w4)を表してい
る。
【0019】この様なレイアウトパターン上のチャネル
領域Chの幅w1と、実際のLSIにおけるチャネル領域
Chの有効幅w6及び無効幅w4の関係を考慮した上で、
先に述べた図5に示す各バンク選択用トランジスタBK2
-1,BK2-2のチャネル領域Chの有効幅の和をw60で表
すと、w60=(w1−2×w4)+(w1−2×w4)=2
×w1−4×w4となる。これに対して、図3に示すバン
ク選択用トランジスタBK2のチャネル領域Chの有効幅
をw61とし、レイアウトパターン上の幅をw2(=2×
w1)で表すと、w61=w2−2×w4=2×w1−2×w
4となる。先に述べた様に無効幅w4が一定であるから、
図5に示す各バンク選択用トランジスタBK2-1,BK2-2
のチャネル領域Chの有効幅の和w60は、図3に示すバ
ンク選択用トランジスタBK2のチャネル領域Chの有効
幅w61よりも明らかに狭くなる。
【0020】また、レイアウトパターン上で(w1+w1
=w2)を設定しても、実際のLSIにおいては、幅w1
がばらついて、w1+w1=w2とはならないことが多
い。
【0021】これらの事が原因となって、各バンク選択
用トランジスタBK2-1,BK2-2による電流供給、及び各
バンク選択用トランジスタBK3-1,BK3-2による電流供
給能力が劣った。
【0022】無効幅w4を考慮して、レイアウトパター
ン上でチャネル領域Chの幅w1を広めに設定する事も可
能であるが、無効幅w4は実際のLSIの製造条件によ
って微妙に変化する為、有効幅w6の制御が困難であ
る。
【0023】この様なバンク選択用トランジスタのばら
つきがあると、多数のバンク選択用トランジスタのうち
のいずれを通ってメモリセルの値が読み出されるかに応
じて、メモリセルの値の読み出し速度が変化するので、
安定した高速読み出しができなくなった。
【0024】また、補助導電領域Hは、主ビット線の寄
生容量となる。図5に示すレイアウトパターンから明ら
かな様に、補助導電領域HがH型であって、その面積が
広いと、主ビット線の寄生容量が増大するので、これが
原因となってメモリセルの値の読み出し速度が遅くなっ
た。
【0025】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
なされたもので、チップサイズの増大を招くことなく、
安定した高速読み出しを可能にする半導体記憶装置を提
供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体記憶装置は、半導体基板と、該半導
体基板上に平行に配列された複数のワード線と、該各ワ
ード線に沿って配列された複数のメモリセルと、該半導
体基板上に該各ワード線と交差する様にかつ相互に平行
に配置された複数列の導電領域である複数の副ビット線
と、該各副ビット線と平行に配置された複数列の導電線
である複数の主ビット線と、該各ワード線と平行に配置
された複数のバンク選択線と、該各バンク選択線に沿っ
て配列され、該各副ビット線に接続された複数のバンク
選択トランジスタと、該各主ビット線毎に設けられ、主
ビット線と1組の各副ビット線のバンク選択トランジス
タ間を接続する複数の補助導電領域とを備え、該各バン
ク選択トランジスタの形状は、同一であり、該各補助導
電領域は、主ビット線に接続される中央部と、1組の各
副ビット線のバンク選択トランジスタに接続される四つ
枝部とを含む変形H型であり、該各補助導電領域の四
つの枝部のうちの二つの枝部は、他の二つの枝部よりも
短くなっており、該各補助導電領域の枝部と該各副ビッ
ト線とを接続する各バンク選択トランジスタのチャネル
領域は、該チャネル領域の幅が、隣接する一対のバンク
選択線間に、該各副ビット線に対して平行に突出するよ
うに形成されている
【0027】前記一対のバンク選択線に沿って、それぞ
れ、配列された各バンク選択トランジスタは、交互に配
置されていることを特徴とする
【0028】この様な本発明によれば、各バンク選択ト
ランジスタは、同一形状を有するため、多数のバンク選
択用トランジスタのうちのいずれを通ってメモリセルの
値が読み出されても、メモリセルの値の読み出し速度が
一定となり、安定した高速読み出しが可能となる。ま
た、補助導電領域を変形H型として、主ビット線の寄生
容量を抑えているので、更なる高速読み出しが可能とな
る。また、各バンク選択トランジスタを互い違いに配置
し突出した形状とし、各バンク選択トランジスタのチャ
ネル領域を拡大しているので、チップサイズの増大を抑
えつつ、更なる高速読み出しが可能となる。
【0029】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の半導体記憶装置
の一実施形態を示すレイアウトパターンである。本実施
形態の装置は、階層ビット線方式のMROMであり、図
2に示す回路と全く同一の回路構成を持ち、その動作が
同じである。
【0030】図1において、半導体基板上には、各ワー
ド線WL0,WLn,……が相互に平行に配列され、該各ワ
ード線に沿って各メモリセルM1,M2,……が配置され
ている。各副ビット線SB1,SB2,……及び各主ビッ
ト線MB1,MB2,……は、各ワード線WL0,WLn,…
…と交差する様にかつ相互に平行に配置されている。各
バンク選択線BKL1,BKL2,BKL3,BKL4は、各ワード
線WL0,WLn,……に平行に配置され、各バンク選択線
BKL1,BKL2,BKL3,BKL4上に各バンク選択用トラン
ジスタBK1,BK2,BK3,BK4が形成されている。
【0031】各補助導電領域(拡散領域)Hは、絶縁層
(図示せず)のそれぞれのコンタクトホールCCを介し
て各主ビット線MB1,MB2,……に接続される中央部
Haと、4つの各バンク選択用トランジスタBK1,BK
2,……に接続されるそれぞれの枝部Hbとを含む変形H
型である。4つの各バンク選択用トランジスタBK1,B
K2,……は、補助導電領域Hを介して1本の主ビット線
に接続されている。
【0032】半導体基板は、第1導電型(例えばP型基
板あるいは、Pウエル)のものであり、各副ビット線S
B1,SB2,……は、第2導電型(例えばn型)の拡散
層等であり、トランジスタのソース及びドレインの形成
が可能である。また、各メモリセルM1,M2,……は、
各副ビット線SB1,SB2,……をソース及びドレイン
とし、各ワード線WL0,WLn,……をゲート電極とする
構造を持つ。各主ビット線MB1,MB2,……は、金属
線等の低抵抗の材質を用いて形成されている。
【0033】バンク選択線BKL1の各バンク選択用トラ
ンジスタBK1とバンク選択線BKL2の各バンク選択用ト
ランジスタBK2が交互に配置され、各バンク選択用トラ
ンジスタBK1のチャネル領域Chと各バンク選択用トラ
ンジスタBK2のチャネル領域Chが各バンク選択線BKL
1,BKL2間に突出して形成されている。同様に、バンク
選択線BKL3の各バンク選択用トランジスタBK3とバン
ク選択線BKL4の各バンク選択用トランジスタBK4が交
互に配置され、各バンク選択用トランジスタBK3のチャ
ネル領域Chと各バンク選択用トランジスタBK4のチャ
ネル領域Chが各バンク選択線BKL3,BKL4間に突出し
て形成されている。
【0034】この様なレイアウトパターンにおいては、
各バンク選択用トランジスタBK1,BK2,BK3,BK4の
チャネル領域Chの幅w2を広く保ちつつ、各バンク選択
線BKL1,BKL2を相互に近接して配置すると共に、各バ
ンク選択線BKL3,BKL4を相互に近接して配置すること
ができる。このため、各バンク選択用トランジスタBK
1,BK2,BK3,BK4の電流供給能力を損なうことな
く、よってメモリセルからの読み出し速度を低下させる
ことなく、チップサイズの増大を抑制することができ
る。また、各バンク選択用トランジスタBK1,BK2,B
K3,BK4の形状並びに大きさが全く同一であるため、各
バンク選択用トランジスタのうちのいずれを通ってメモ
リセルの値が読み出されても、メモリセルの値の読み出
し速度が一定となり、安定した高速読み出しが可能とな
る。
【0035】一方、各補助導電領域Hは、4つの枝部H
bのうちの2つのHbが短くされており、図5に示す従来
の装置における補助導電領域Hと比較すると、その面積
が狭くなっている。このため、補助導電領域Hの面積に
対応する主ビット線の寄生容量が減少し、メモリセルの
値の読み出しがより高速化される。
【0036】例えば、1本のビット線を通じて4Kビッ
トのメモリセルの読み出しを行い、1バンクを32ビッ
トとするメモリ構成の場合、64ヶの変形H型の補助導
電領域Hが接続される。これらの補助導電領域Hの寄生
容量は、主ビット線の容量として加算され、メモリセル
の読み出し速度に影響を与える。主ビット線の容量が少
ないと、高速な読み出しが可能となる。このため、主ビ
ット線と副ビット線の選択用トランジスタを接続する補
助導電領域Hの面積を狭く、かつ補助導電領域Hの周囲
長を短くしたい。変形H型の補助導電領域Hは、図5に
示す従来の装置における補助導電領域Hと比較して、面
積が狭く、周囲長が短いので、トータルとしての主ビッ
ト線の容量が低減され、高速読み出しが可能となる。
【0037】
【発明の効果】以上の様に本発明によれば、チップサイ
ズを増大することなく、各バンク選択用トランジスタの
チャネル幅を広くしかつ揃えて、各バンク選択用トラン
ジスタの電流供給能力を大きくしかつ一定にすることが
でき、これによりメモリセルからの読み出し動作の高速
化を図るとともに、安定した読み出し動作が保証され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置の一実施形態を示すレ
イアウトパターンである。
【図2】階層ビット線方式のMROMを例示する回路図
である。
【図3】図2のMROMが形成された半導体基板上の従
来のレイアウトパターンを示す図である。
【図4】階層ビット線方式のMROMの他の例を示す回
路図である。
【図5】図4のMROMが形成された半導体基板上の従
来のレイアウトパターンを示す図である。
【図6】各副ビット線に挟まれたバンク選択用トランジ
スタのチャネル領域を示す図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 該半導体基板上に平行に配列された複数のワード線と、 該各ワード線に沿って配列された複数のメモリセルと、 該半導体基板上に該各ワード線と交差する様にかつ相互
    に平行に配置された複数列の導電領域である複数の副ビ
    ット線と、 該各副ビット線と平行に配置された複数列の導電線であ
    る複数の主ビット線と、 該各ワード線と平行に配置された複数のバンク選択線
    と、 該各バンク選択線に沿って配列され、該各副ビット線に
    接続された複数のバンク選択トランジスタと、 該各主ビット線毎に設けられ、主ビット線と1組の各副
    ビット線のバンク選択トランジスタ間を接続する複数の
    補助導電領域とを備え、 該各バンク選択トランジスタの形状は、同一であり、 該各補助導電領域は、主ビット線に接続される中央部
    と、1組の各副ビット線のバンク選択トランジスタに接
    続される四つの枝部とを含む変形H型であり、 該各補助導電領域の四つの枝部のうちの二つの枝部は、
    他の二つの枝部よりも短くなっており、 該各補助導電領域の枝部と該各副ビット線とを接続する
    各バンク選択トランジスタのチャネル領域は、該チャネ
    ル領域の幅が、隣接する一対のバンク選択線間に、該各
    副ビット線に対して平行に突出するように形成されてい
    半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記一対のバンク選択線に沿って、それ
    ぞれ、配列された各バンク選択トランジスタは、交互に
    配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の半
    導体記憶装置。
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