JP3577057B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置に関するものであり、特に強誘電体メモリに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体メモリは、大型コンピュータの主記憶から、パーソナルコンピュータ、家電製品、携帯電話等、至る所で利用されている。半導体メモリの種類としては、揮発性のDRAM(DynamicRAM)、SRAM(StaticRAM)、不揮発性のMROM(MaskROM)、FlashEEPROM、及び強誘電体メモリ等が市場に出まわっている。
【0003】
強誘電体メモリは、強誘電体の持つ特性の一つであるヒステリシス特性を利用し、強誘電体キャパシタの異なる二つの残留分極の大きさによって二値データを不揮発に記憶する。従来の強誘電体メモリを構成するメモリセルは、一般に、DRAMと同様に強誘電体キャパシタとトランジスタを直列接続して形成される。
【0004】
しかし、強誘電体メモリではDRAMと異なり、残留分極量でデータを保持するため、信号電荷をビット線に読み出すには、プレート線を駆動することが必要である。このため、強誘電体メモリでは、プレート線を駆動するためのプレート線駆動回路が必要となる。プレート線駆動回路を配置する場合、従来の強誘電体メモリでは、DRAMと同じ構造を有しているため、各プレート線に対して各々プレート線駆動回路を配置しなければならない。この結果、メモリ回路形成領域においてプレート線駆動回路が大きな面積を占めることになる。
【0005】
これに対して、プレート線駆動回路の面積を小さくできる強誘電体メモリのセルアレイ方式が提案されている(D.Takashima et al. , “High−density chain Ferroelectric random memory (CFeRAM)” in proc.VLSI Symp. June 1997,pp.83−84)。この提案は以下のようなものである。セルトランジスタ(T)のソース、ドレインに強誘電体キャパシタ(C)の両端をそれぞれ接続してユニットセルを構成し、このユニットセルを複数直列接続してメモリセルブロックを構成するものである。このように構成された強誘電体メモリを、以下、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリという。
【0006】
前記TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリでは、例えば8個のユニットセルでプレート線駆動回路を共有できるため、複数のメモリセルブロックから構成されるメモリセルアレイを高集積化することができる。
【0007】
図8(a)は、従来の前記TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリのメモリセルアレイの回路図を示し、図8(b)はこのメモリセルアレイのレイアウトを示すパターン図である。
【0008】
前記ユニットセルMCは、セルトランジスタTと強誘電体キャパシタCの並列接続により構成されている。このようなユニットセルMCが図8(a)に示す例では8個直列接続されて、メモリセルブロックMCB0が構成される。ここでは、一対のビット線BL、/BLに接続される2つのメモリセルブロックMCB0、MCB1を示している
前記メモリセルブロックMCB0の一端には、ブロック選択トランジスタBST0を介してビット線BLに接続され、このメモリセルブロックMCB0の他端には、プレート線PLが接続される。メモリセルブロックMCB1の一端には、ブロック選択トランジスタBST1を介してビット線/BLに接続され、このメモリセルブロックMCB1の他端には、プレート線/PLが接続されている。
【0009】
各メモリセルブロックMCB0、MCB1のセルトランジスタのゲートには、ワード線WL0〜WL7がそれぞれ接続される。なお、ブロック選択トランジスタBST0,BST1のゲートには、ブロック選択信号線BS0、BS1がそれぞれ接続されている。
【0010】
図8(b)に示すように、プレート線PL,/PL、ワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号線BS0,BS1を縦方向に配線している。これにより、前述したそれぞれの配線を、各メモリセルブロックMCB0、MCB1で共有することが可能となる。
【0011】
図8(a)に示したTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリは、複数のメモリセルブロックでプレート線PL,/PL、ワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号線BS0,BS1、及びそれぞれの信号の制御回路を共有化している。このように、プレート線PL,/PL、ワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号線BS0,BS1に接続されるメモリセルブロック数を多くすることにより、この強誘電体メモリのチップサイズは小さくなる。しかしその一方で、前述したそれぞれの配線の遅延が大きくなるという問題が生じる。
【0012】
そこで現在、この問題を解決するために、遅延の大きい配線や、流れる電流値が大きい配線(以下、本配線)に対して、他層に形成された配線(以下、分路配線)を平行に配置し、ある一定距離ごとに本配線と分路配線との間を接続する方法が用いられている。
【0013】
以下に、このような本配線と分路配線を有するTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリについて説明する。
【0014】
図9(a)は、従来の前記TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリのメモリセルブロックの回路図であり、図9(b)は従来の方法で分路配線を形成した場合の前記メモリセルブロックの断面図を示す。
【0015】
この断面図は、ソース及びドレイン拡散層101、ゲート配線102、プレート線103、コンタクトプラグ104、及びゲート配線102の分路配線105を模式的に示したものである。プレート線103とゲート配線102の分路配線105には、同一層の配線を用いている。前記ゲート配線102は、図9(a)に示した回路図のワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号線BS0,BS1にそれぞれ対応している。なお、強誘電体キャパシタの断面構造は省略した。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、図9(b)に示したように、ゲート配線102の一つ上の層の配線を用いてゲート配線102の分路配線105をつくる方式が取られている。この方式では、ゲート配線102と分路配線105とをコンタクトプラグで接続する都合上、分路配線105の配線ピッチ(配線幅+配線間隔)がゲート配線102の配線ピッチと同じになる。このため、ゲート配線102に流れる電流値に応じて、分路配線105の配線幅を自由に変えることができない。
【0017】
また、分路配線105と同一の層に形成されたプレート線103に関して、RCによる配線遅延やエレクトロマイグレーションの問題を防ぐために、プレート線103の配線幅を太くすることは、直ちにメモリブロックサイズの増大を招くことになる。
【0018】
そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリにおいて、分路配線の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチと変えることにより、ゲート配線に流れる電流値や、ゲート配線の信号遅延に応じて分路配線の配線幅を調節でき、さらに分路配線以外の配線を配線層の増加無しに、分路配線と同一の配線層内に配置できる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明に係る半導体記憶装置は、セルトランジスタのソース、ドレインに強誘電体キャパシタの両端をそれぞれ接続してユニットセルを形成し、このユニットセルを複数個直列接続したメモリセル群と、前記メモリセル群のセルトランジスタのゲートに接続された複数のゲート配線と、前記ゲート配線と異なる層に前記ゲート配線と平行に配置され、それぞれ対応する前記ゲート配線に接続された複数の分路配線とを具備し、前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和が、前記分路配線の配線幅と配線間隔との和と異なることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態の半導体記憶装置の一種である強誘電体メモリについて説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【0021】
[第1の実施の形態]
まず、この発明の第1の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリについて説明する。このTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリは、セルトランジスタ(T)のソースとドレインとの間に強誘電体キャパシタ(C)の両端を接続し、これをユニットセルとし、このユニットセルを複数直列に接続したものである。
【0022】
図1は、第1の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリのメモリブロックのレイアウトを示すパターン図である。ここでは、8個のユニットセルが直列に接続されており、各ユニットセルのセルトランジスタはワード線(ゲート配線)WL0〜WL7を有している。
【0023】
前記メモリセルブロックには、図1に示すように、ゲート絶縁膜上に形成されたワード線WL0(GC)〜WL7(GC)が右から順に配置されている。ワード線WL0(GC)の右側には、ブロック選択トランジスタのゲート配線であるブロック選択信号線BS0(GC)、BS1(GC)が配置されている。
【0024】
前記ワード線WL0(GC)〜WL7(GC)、及びBS0(GC)、BS1(GC)の上方には、第3層目の配線M3からなる分路配線WL0(M3)〜WL7(M3)、及びBS0(M3)、BS1(M3)が配置されている。ワード線WL7(M3)の左側には、プレート線PL(M3)が配置されている。さらに、ワード線WL0(GC)〜WL7(GC)と直交する方向には、ビット線BL、/BLが配置されている。そして、ワード線WL0(GC)〜WL7(GC)と分路配線WL0(M3)〜WL7(M3)との間には、強誘電体キャパシタCが配置されている。
【0025】
次に、前記メモリセルブロックの断面構造を説明する。
【0026】
図2(a)は、図1に示した強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの2A−2A線に沿った断面図である。
【0027】
図2(a)に示すように、半導体基板11には、ソース及びドレイン領域12が複数個形成されている。これらソース及びドレイン領域12間には、ゲート絶縁膜を介してセルトランジスタのワード線(ゲート配線)WL0〜WL7、及びブロック選択トランジスタのブロック選択信号線(ゲート配線)BS0、BS1、がそれぞれ形成されている。
【0028】
前記ワード線WL0〜WL7の上方、及びブロック選択信号線BS0、BS1の上方には、層間絶縁膜13を介してメタル材などからなる第1層目の配線M1が形成されている。セルトランジスタのソース及びドレイン領域12と配線M1との間には、強誘電体キャパシタCが形成されている。ワード線WL7の左側には、第1層目の配線M1からなるプレート線PLが形成されている。
【0029】
また、ブロック選択トランジスタのソース及びドレイン領域12と配線M1との間には、コンタクトプラグP1が形成されている。セルトランジスタのソース及びドレイン領域12と配線M1との間には、コンタクトプラグP2が形成されている。さらに、メモリセルブロックの左端のセルトランジスタのソース及びドレイン領域12とプレート線PL(配線M1)との間には、コンタクトプラグP3が形成されている。
【0030】
また、前記配線M1上には、メタル材などからなる第2層目の配線M2が形成されている。ここでの配線M2はビット線BLであり、このビット線BLはブロック選択トランジスタのソース及びドレイン領域12に接続された配線M1に、コンタクトプラグP4により接続されている。さらに、前記配線M2上には、メタル材などからなる第3層目の配線M3が形成されている。これら配線M3は、右から順にブロック選択信号線BS1、信号線MBS、ブロック選択信号線BS0、ワード線WL0〜WL7、及びプレート線PLにそれぞれ接続されており、分路配線を形成している。前記信号線MBSは、ブロック選択トランジスタを制御する制御回路(図示せず)に接続される信号線であり、ブロック選択信号線BS0とBS1との間に配置されている。
【0031】
また、図2(b)は、図1に示した強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの2B−2B線に沿った断面図である。図2(b)では、ゲート配線(ワード線WL0〜WL7、ブロック選択信号線BS0、BS1)と、異なる層に形成された3つの配線M1、M2、M3、及びコンタクトプラグを示している。
【0032】
図2(b)に示すように、半導体基板11には、前述と同様にソース及びドレイン領域12が複数個形成されている。これらソース及びドレイン領域12間には、ゲート絶縁膜を介してセルトランジスタのワード線WL0〜WL7、及びブロック選択トランジスタのブロック選択信号線BS0、BS1がそれぞれ形成されている。ワード線WL0〜WL7は、それぞれがほぼ同一の第1の配線ピッチで配列されている。
【0033】
前記ワード線WL0〜WL7上、及びブロック選択信号線BS0、BS1上には、下から順に配線M1、配線M2、及び配線M3が層間絶縁膜13を介して形成されている。
【0034】
前記ワード線WL0〜WL7及びブロック選択信号線BS0、BS1と、配線M1との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP5が形成されている。これらコンタクトプラグP5は、ワード線WL0〜WL7及びブロック選択線BS0、BS1の直上にそれぞれ形成されており、これらコンタクトプラグP5のそれぞれがほぼ同一の前記第1の配線ピッチで配列されている。
【0035】
前記配線M1と配線M2との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP6が形成されている。これらコンタクトプラグP6のうち、メモリセルブロックの中央部に位置するワード線WL3、WL4に接続されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL3、WL4の上方でそれぞれほぼ直上に形成されている。
【0036】
前記ワード線WL3の右側に形成されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL3に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで形成されている。同様に、ワード線WL4の左側に形成されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL4に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで形成されている。
【0037】
前記配線M2と配線M3との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP7が形成されている。これらコンタクトプラグP7のうち、メモリセルブロックの中央部に位置するワード線WL3、WL4に接続されるコンタクトプラグP7は、ワード線WL3、WL4の上方でそれぞれほぼ直上に形成されている。そして、ワード線WL3、WL4に接続されるコンタクトプラグP7以外のコンタクトプラグP7は、ワード線WL3、WL4に接続されるコンタクトプラグP7を中心に集まるように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで配列されている。このようにして、配線M3は、ワード線WL0〜WL7が配列された前記第1の配線ピッチよりも短い第2の配線ピッチで配列されている。これら配線M3は、右から順にブロック選択信号線BS1、信号線MBS、ブロック選択信号線BS0、ワード線WL0〜WL7、及びプレート線PLにそれぞれ接続されている。
【0038】
以上のような構成により、ワード線(ゲート配線)WL0〜WL7の配線ピッチより短い配線ピッチで配列された分路配線を、配線M3を用いて形成することができる。
【0039】
この第1の実施の形態では、最上層に形成される配線M3をゲート配線と平行にレイアウトする。さらに、図2(a)に示すように、配線M3がセルトランジスタ上を通過し、複数のメモリセルブロックを通過するごとに、図2(b)で示すように、配線M3とゲート配線と接続させる。ゲート配線と最上層の配線M3との間にある配線M1、M2は、図2(b)に示すように、配線M3とゲート配線とを接続するための通過配線として用いている。このような構成により、配線M3の配線ピッチ(配線幅+配線間隔)を、ゲート配線の配線ピッチと異なるものに変えることができる。ここでは、配線M3の配線ピッチを、ゲート配線の配線ピッチよりも短いピッチに変更した例を示した。これにより、分路配線M3の配線幅の設定の自由度が高くなる。また、別の用途の配線を形成するためのスペースを確保できる。
【0040】
また、図2(b)に示すように、配線M3の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチよりも短いピッチに変えることによって、ブロック選択トランジスタを制御する制御回路(図示せず)に接続される信号線MBSを、ブロック選択信号線BS0とBS1との間に配置できるようになる。
【0041】
図3(a)は、図1に示したメモリセルブロックのレイアウトを示すパターン図である。図3(b)は、前記メモリセルブロックの第3の配線M3のパターン図であり、図3(c)は前記メモリセルブロックのゲート配線(ワード線、ブロック選択信号線)のパターン図である。
【0042】
これらの図より、ゲート配線GCの配線ピッチXよりも、配線M3の配線ピッチYの方が小さいことがわかる。また、図3(b)に示すように、ゲート配線GCの分路配線である配線M3の配線ピッチYをゲート配線GCの配線ピッチXよりも小さくすることによって、配線M3にて形成されるプレート線PLの配線幅を太くすることができる。
【0043】
次に、前記強誘電体メモリにおける隣接配置されたメモリセルブロック間の断面構造を説明する。
【0044】
また、図4(a)は、図1に示した強誘電体メモリの4A−4A線に沿った断面図であり、隣接するメモリセルブロック間の断面を示すものである。
【0045】
図4(a)に示すように、半導体基板11には、ソースまたはドレイン領域12がそれぞれ形成されている。ソース及びドレイン領域12間には、ゲート絶縁膜を介してセルトランジスタのワード線WL7、ワード線WL15がそれぞれ形成されている。ワード線WL7は一方のメモリセルブロックのワード線であり、ワード線WL15は前記一方のメモリセルブロックに隣接する他方のメモリセルブロックのワード線である。
【0046】
前記ゲート配線WL7、WL15上には、層間絶縁膜13を介して強誘電体キャパシタC1、C2がそれぞれ形成されている。これら強誘電体キャパシタC1、C2上には、下から順に配線M1、配線M2、及び配線M3が層間絶縁膜13を介して形成されている。そして、第3層目の配線M3にてプレート線PL、/PLが形成されている。
【0047】
ここで図4(b)に、プレート線PL、/PLを第1層目の配線M1にて形成した場合の断面図を示す。この図に示すように、プレート線PL、/PLを配線M1にて形成した場合、2つの強誘電体キャパシタC1、C2の各々の電極に接続された2つの配線M1間にプレート線PLが配置されるため、隣接するメモリセルブロック間の距離が図4(a)に示した構成に比べて長くなってしまう。
【0048】
これら図4(a)及び図4(b)からわかるように、配線M3にてプレート線PLを形成し、このプレート線PLがセルトランジスタ上を通過するように配置することにより、プレート線PLの配線幅を細くすることなく、隣接するメモリセルブロック間の距離を縮小することができる。この結果、複数のメモリセルブロックが配列されるメモリセルアレイのサイズを小さくすることができる。
【0049】
以上説明したようにこの第2の実施の形態では、分路配線の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチと変えることにより、ゲート配線に流れる電流値や、ゲート配線の信号遅延に応じて分路配線の配線幅を調節できる。さらに、分路配線以外の配線を、配線層を増加することなく、分路配線と同一の配線層内に配置できる。
【0050】
[第2の実施の形態]
次に、この発明の第2の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリについて説明する。前記第1の実施の形態では配線M3にて分路配線を形成する際、ワード線WL0〜WL7の中央部であるWL3またはWL4を基準にして分路配線を配列したが、この第2の実施の形態では、右端のワード線WL0を基準にして配線M3からなる分路配線を形成する例を示す。
【0051】
図5は、第2の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの断面図である。この図は、図1中の2A−2A線に沿った断面を示している。
【0052】
図5に示すように、半導体基板11には、前述と同様にソース及びドレイン領域12が複数個形成されている。これらソース及びドレイン領域12間には、ゲート絶縁膜を介してセルトランジスタのワード線(ゲート線)WL0〜WL7、及びブロック選択トランジスタのブロック選択信号線(ゲート線)BS0、BS1がそれぞれ形成されている。ワード線WL0〜WL7は、それぞれがほぼ同一の第1の配線ピッチで配列されている。
【0053】
前記ワード配線WL0〜WL7上、及びブロック選択信号線BS0、BS1上には、下から順に配線M1、配線M2、及び配線M3が層間絶縁膜13を介して形成されている。
【0054】
前記ワード線WL0〜WL7及びブロック選択信号線BS0、BS1と、配線M1との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP5が形成されている。これらコンタクトプラグP5は、ワード線WL0〜WL7及びブロック選択信号線BS0、BS1の直上にそれぞれ形成されており、これらコンタクトプラグP5のそれぞれがほぼ同一の前記第1の配線ピッチで配列されている。
【0055】
前記配線M1と配線M2との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP6が形成されている。これらコンタクトプラグP6のうち、メモリセルブロックの右端に位置するワード線WL0に接続されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL0の上方でほぼ直上に形成されている。その他のコンタクトプラグP6は、ワード線WL0に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで形成されている。
【0056】
前記配線M2と配線M3との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP7が形成されている。これらコンタクトプラグP7のうち、メモリセルブロックの右端に位置するワード線WL0に接続されるコンタクトプラグP7は、ワード線WL0の上方でほぼ直上に形成されている。その他のコンタクトプラグP7は、ワード線WL0に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで配列されている。このようにして、配線M3は、ワード線WL0〜WL7が配列された前記第1の配線ピッチよりも短い第2の配線ピッチで配列されている。これら配線M3は、右から順にブロック選択信号線BS1、BS0、ワード線WL0〜WL7、及びプレート線PLにそれぞれ接続されている。
【0057】
以上のような構成により、ワード線(ゲート配線)WL0〜WL7の配線ピッチより短い配線ピッチで配列された分路配線を、配線M3を用いて形成することができる。この例では、図5に示すように、配線M3の配線ピッチを変えることによって、プレート線PLの配線幅を太くすることができる。
【0058】
この第2の実施の形態では、最上層に形成される配線M3をゲート配線と平行にレイアウトする。さらに、図5に示すように、配線M1、M2及びコンタクトプラグを介して、複数のゲート配線と複数の配線M3とをそれぞれ接続させる。このような構成により、配線M3の配線ピッチ(配線幅+配線間隔)を、ゲート配線の配線ピッチと異なるものに変えることが可能となる。ここでは、配線M3の配線ピッチを、ゲート配線の配線ピッチよりも短いピッチに変更した例を示した。これにより、分路配線M3の配線幅の設定の自由度が高くなる。また、別の用途の配線を形成するためのスペースを確保できる。
【0059】
図6は、前記第2の実施の形態のメモリセルブロックのレイアウトを示すパターン図である。
【0060】
図6に示すように、右から順にゲート配線であるブロック選択信号線BS1、BS0、及びワード線WL0〜WL7が配置されている。さらに、右から順に配線M3であるブロック選択信号線BS1、BS0、ワード線WL0〜WL7、及びプレート線PLが配置されている。
【0061】
この図6より、ゲート配線の配線ピッチよりも、配線M3の配線ピッチの方が小さいことがわかる。また、ゲート配線の分路配線である配線M3の配線ピッチを、ゲート配線の配線ピッチよりも小さくすることによって、配線M3にて形成されるプレート線PLの配線幅を太くすることができる。
【0062】
以上説明したようにこの第2の実施の形態では、分路配線の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチと変えることにより、ゲート配線に流れる電流値や、ゲート配線の遅延に応じて分路配線の配線幅を調節できる。さらに、分路配線以外の配線を、配線層を増加することなく、分路配線と同一の配線層内に配置できる。
【0063】
[第3の実施の形態]
次に、この発明の第3の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリについて説明する。前記第1の実施の形態では第3層目の配線M3にて分路配線を形成したが、この第3の実施の形態では、第2層目の配線M2にて分路配線を形成する例を示す。
【0064】
図7は、第3の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの断面図である。この図は、図1中の2A−2A線に沿った断面を示している。
【0065】
前記第1の実施の形態では、3つの配線層のうちの最上層の配線M3をゲート配線と接続させて分路配線に用いたが、この第3の実施の形態は、最上層の配線層M3よりも1つ下の配線M2をゲート配線と接続させて分路配線に用いる例である。
【0066】
図7に示すように、半導体基板11には、前述と同様にソース及びドレイン領域12が複数個形成されている。これらソース及びドレイン領域12間には、ゲート絶縁膜を介してセルトランジスタのワード線WL0〜WL7、及びブロック選択トランジスタのブロック選択線BS0、BS1がそれぞれ形成されている。ワード線WL0〜WL7は、それぞれがほぼ同一の第1の配線ピッチで配列されている。
【0067】
前記ワード配線WL0〜WL7上、及びブロック選択信号線BS0、BS1上には、下から順に配線M1、配線M2、及び配線M3が層間絶縁膜13を介して順に形成されている。
【0068】
前記ブロック選択信号線BS0、BS1及びワード線WL0〜WL7と配線M1との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP5が形成されている。これらコンタクトプラグP5は、ワード線WL0〜WL7及びブロック選択信号線BS0、BS1の直上にそれぞれ形成されており、これらコンタクトプラグP5のそれぞれがほぼ同一の前記第1の配線ピッチで配列されている。
【0069】
前記配線M1と配線M2との間には、これらをそれぞれ接続するコンタクトプラグP6が形成されている。これらコンタクトプラグP6のうち、メモリセルブロックの中央部に位置するワード線WL4に接続されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL4の上方でほぼ直上に形成されている。
【0070】
前記ワード線WL4の右側に形成されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL4に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで形成されている。同様に、ワード線WL4の左側に形成されるコンタクトプラグP6は、ワード線WL4に近づくように、前記第1の配線ピッチと異なり、第1の配線ピッチよりも短い配線ピッチで形成されている。そして、図7に示すように、これらコンタクトプラグP6に接続された配線M2は、ワード線WL0〜WL7が配列された前記第1の配線ピッチよりも短い第2の配線ピッチで配列されている。
【0071】
以上のような構成により、ワード線(ゲート配線)WL0〜WL7の配線ピッチより短い配線ピッチで配列された分路配線を、配線M2を用いて形成することができる。
【0072】
この第3の実施の形態では、第2層目に形成される配線M2をゲート配線と平行にレイアウトする。さらに、配線M2がセルトランジスタ上を通過し、複数のメモリセルブロックを通過するごとに、図7に示すように、配線M2とゲート配線と接続させる。ゲート配線と配線M2との間にある配線M1は、ゲート配線と配線M2とを接続するための通過配線として用いている。このような構成により、配線M2の配線ピッチ(配線幅+配線間隔)を、ゲート配線の配線ピッチと異なるものに変えることができる。ここでは、配線M2の配線ピッチを、ゲート配線の配線ピッチよりも短いピッチに変更した例を示した。これにより、分路配線M2の配線幅の設定の自由度が高くなる。また、別の用途の配線を形成するためのスペースを確保できる。
【0073】
また、配線M2の配線ピッチを変えることによって、ブロック選択トランジスタを制御する制御回路(図示せず)に接続される信号線MBSを、ブロック選択信号線BS0とBS1との間に配置することができる。
【0074】
以上説明したようにこの第3の実施の形態では、分路配線M2の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチと変えることにより、ゲート配線に流れる電流値や、ゲート配線の信号遅延に応じて分路配線の配線幅を調節できる。さらに、分路配線以外の配線を、配線層を増加することなく、分路配線と同一の配線層内に配置できる。
【0075】
また、前述した各実施の形態はそれぞれ、単独で実施できるばかりでなく、適宜組み合わせて実施することも可能である。
【0076】
さらに、前述した各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、各実施の形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。
【0077】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、TC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリにおいて、分路配線の配線ピッチをゲート配線の配線ピッチと変えることにより、ゲート配線に流れる電流値や、ゲート配線の信号遅延に応じて分路配線の配線幅を調節でき、さらに分路配線以外の配線を配線層の増加無しに、分路配線と同一の配線層内に配置できる半導体記憶装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリのメモリブロックのレイアウトを示すパターン図である。
【図2】(a)は図1に示した強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの2A−2A線に沿った断面図であり、(b)は前記メモリセルブロックの2B−2B線に沿った断面図である。
【図3】(a)は図1に示した強誘電体メモリが有するメモリセルブロックのレイアウトの一部を示すパターン図であり、(b)は前記メモリセルブロックの第3の配線M3のパターン図であり、(c)は前記メモリセルブロックのゲート配線(ワード線、ブロック選択信号線)のパターン図である。
【図4】(a)は図1に示した強誘電体メモリの4A−4A線に沿ったメモリセルブロック間の断面図であり、(b)はプレート線を第1層目の配線M1にて形成した場合のメモリセルブロック間の断面図である。
【図5】この発明の第2の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの断面図である。
【図6】前記第2の実施の形態の強誘電体メモリが有するメモリセルブロックのレイアウトを示すパターン図である。
【図7】この発明の第3の実施の形態のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリが有するメモリセルブロックの断面図である。
【図8】(a)は従来のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリセルブロックのメモリセルブロックの回路図であり、(b)は前記メモリセルブロックのレイアウトを示すパターン図である。
【図9】(a)は従来の他のTC並列ユニット直列接続型強誘電体メモリのメモリセルブロックの回路図であり、(b)は従来の方法で分路配線を形成した場合の前記メモリセルブロックの断面図である。
【符号の説明】
11…半導体基板
12…ソース及びドレイン領域
13…層間絶縁膜
BL、/BL…ビット線
BS0、BS1…ブロック選択信号線(ゲート配線)
C、C1、C2…強誘電体キャパシタ
M1…第1層目の配線
M2…第2層目の配線
M3…第3層目の配線
MBS…信号線
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7…コンタクトプラグ
PL、/PL…プレート線
WL0〜WL7…ワード線(ゲート配線)
Claims (16)
- セルトランジスタのソース、ドレインに強誘電体キャパシタの両端をそれぞれ接続してユニットセルを形成し、このユニットセルを複数個直列接続したメモリセル群と、
前記メモリセル群のセルトランジスタのゲートに接続された複数のゲート配線と、
前記ゲート配線と異なる層に前記ゲート配線と平行に配置され、それぞれ対応する前記ゲート配線に接続された複数の分路配線とを具備し、
前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和が、前記分路配線の配線幅と配線間隔との和と異なることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記ゲート配線と異なる層にゲート配線と平行に配置され、前記メモリセル群の一端に接続されたプレート配線をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- セルトランジスタのソース、ドレインに強誘電体キャパシタの両端をそれぞれ接続してユニットセルを形成し、このユニットセルを複数個直列接続したメモリセル群と、
前記メモリセル群の一端に、電流通路の一端が接続された選択トランジスタと、
前記選択トランジスタの電流通路の他端に接続されたビット線と、
前記メモリセル群の他端に接続されたプレート配線と、
前記メモリセル群のセルトランジスタのゲートに接続された複数のゲート配線と、
前記ゲート配線と異なる層に前記ゲート配線と平行に配置され、それぞれ対応する前記ゲート配線に接続された複数の分路配線とを具備し、
前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和が、前記分路配線の配線幅と配線間隔との和と異なることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記プレート配線は、前記ゲート配線と異なる層に前記ゲート配線と平行に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 前記分路配線は、前記ゲート配線上に絶縁膜を介して形成された多層配線のうちの所定層の配線からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記分路配線は、前記ゲート配線上に絶縁膜を介して形成された多層配線のうち、前記ゲート配線上の1層目の配線より上の所定層目の配線がある一定距離ごとに前記ゲート配線に接続されてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記分路配線は、前記ゲート配線上に絶縁膜を介して形成された多層配線のうち、最上層の配線がある一定距離ごとに前記ゲート配線に接続されてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記分路配線の配線幅と配線間隔との和は、前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和より小さいことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記プレート配線の幅方向のパターンは、前記ゲート配線上まで延伸していることを特徴とする請求項2または4に記載の半導体記憶装置。
- 前記複数の分路配線は、前記メモリセル群の中心に集まるように配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記複数の分路配線は、前記メモリセル群の一端側に片寄って配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記分路配線の配線幅は、前記ゲート配線の配線幅より大きいことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
- 前記プレート配線の配線幅は、前記分路配線の配線幅より大きいことを特徴とする請求項12に記載の半導体記憶装置。
- 前記選択トランジスタのゲートに接続された選択ゲート配線上に、この選択ゲート配線とは異なる層に前記選択ゲート配線と平行に配置され、前記選択トランジスタを制御するための信号配線をさらに具備することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- セルトランジスタのソース、ドレインに強誘電体キャパシタの両端をそれぞれ接続してユニットセルを形成し、このユニットセルを複数個直列接続したメモリセル群と、前記メモリセル群の一端が選択トランジスタを介してビット線に接続され、前記メモリセル群の他端がプレート配線に接続されてメモリセルブロックを構成し、これを複数個配置して構成されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルブロックごとにセルトランジスタのゲートに接続された複数のゲート配線と、
前記ゲート配線と異なる層に前記ゲート配線と平行に配置され、前記メモリセルブロックごとにそれぞれ対応する前記ゲート配線に接続された複数の分路配線とを具備し、
前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和が、前記分路配線の配線幅と配線間隔との和と異なることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記分路配線の配線幅と配線間隔との和が、前記ゲート配線の配線幅と配線間隔との和よりも小さいことを特徴とする請求項1、3、15のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
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