JP3922712B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路に用いられる半導体装置に関する。特に、メモリセルアレイ中にダミーセルが形成されている半導体装置に関するものである。
DRAM、フラッシュメモリ、マスクROM等のメモリを備えた従来の半導体装置において、メモリセルアレイには、複数のセルが形成されている。全てのセルは、同一の配列にしたがって規則的に形成されているのではなく、複数の異なる配列となっている。
ここで、メモリセルアレイの外周部や、内部であってもセルの配列が異なる箇所には、一般的にダミーセルと呼ばれるセルが配置されている。ダミーセルとは、実際に電気的に使用するセルと基本的に同一のセルレイアウトを形成してはいるが、電気的には使用しないセルである。ダミーセルは、各セル形成時の加工寸法変動の影響を吸収するために形成されている。前述のように、メモリセルアレイ上には異なる配列のセルが複数形成されている。異なる配列のセルを形成するということは、つまりセルの寸法変動が発生しているということである。そのため、異なる配列のセルを隣接して形成した場合に、その隣接付近では、加工精度に誤差が生じる可能性がある。
加工精度の誤差は、電気的特性にも影響を及ぼす。そこで、寸法変動が生じる付近に形成したセルは、電気的に使用しないダミーセルとする。このダミーセルから十分間隔を置いて、加工精度の誤差が無くなってから、実際に電気的に使用するセル(以下、本体セルという)を形成する。このようにすることで、加工精度の高い本体セルが形成され、半導体装置の電気的特性が低下することはない。例えば、ダミーセルは、メモリセルアレイ内部の基板コンタクト部、ソースライン引出し部、ワードライン裏打ちコンタクト部、またはアレイブロック境界等の規則性が異なる箇所に形成されている。
従来の半導体装置について図を用いて説明する(例えば、特許文献1参照)。図13は従来の半導体装置のメモリセルアレイを示す平面図である。メモリセルアレイ103には、図13に示しているように、メモリセルアレイ103の外周部に面した部分に形成された外周ダミーセル領域101と本体セル領域102とが形成されている。なお、外周ダミーセル領域101には、ダミーセルが形成されていて、動作しないダミートランジスタおよびダミー配線等が含まれる。また、本体セル領域102には、本体セルが形成されていて、メモリとして動作するための本体トランジスタおよび配線が含まれている。ダミーセル領域101は、本体セル領域102と同一の配列であり隣接しているため、両者は接続している。
図14は従来のメモリセルアレイ103の一部分(図13の左上部分)のレイアウト図である。外周ダミーセル領域101においては、行方向(横方向)であるワードライン方向に、ゲートである外周ダミーワードライン104が形成されていて、それに沿って上層に、外周ダミーワードライン裏打ち配線105も形成されている。また、外周ダミー領域101の列方向(縦方向)であるビットライン方向に、外周ダミービットライン111が形成されている。また、外周ダミービットライン111の下層には、活性領域112が形成されている。外周ダミーセル領域101には、例えば、ダミートランジスタ132aやダミートランジスタ132bのようなダミートランジスタが形成されている。
本体セル領域102においては、ワードライン方向に、本体トランジスタ131のゲートであるワードライン106が形成されていて、それに沿って上層にワードライン裏打ち配線107も形成されている。なお、図14の見やすさを考慮して、ワードライン裏打ち配線107は、図の左端および、基板コンタクト用配線115周辺のみに図示するようにした。また、ワードライン方向には、ソースライン108も形成されている。ワードライン106およびワードライン裏打ち配線107が複数行形成されていて、それらの間に1つ置きに、ソースライン108が1行形成されるという配置が繰り返されている。また、本体セル領域102のビットライン方向には、ビットライン113が形成されている。また、ビットライン113の下層には、本体トランジスタ131を形成するための活性領域114が形成されていて、コンタクト110によってビットライン113(ドレイン)と接続されている。また、ソースライン108は、ソースコンタクト109によって活性領域114と接続されている。
ビットライン方向に、さらに基板電位を充放電するための基板コンタクト用配線115が形成されている。基板コンタクト用配線115は、コンタクト116によってアルミ層119を介して基板と接続されている。また、コンタクト123はワードライン106とワードライン裏打ち配線107とを接続している。
また、外周ダミー領域101の外部には、基板コンタクト用配線115と同層に、アルミ外部配線117が設置され、基板コンタクト用配線115と接続されている。
なお、境界120aは、ワード方向に形成されたセルの配列の異なる箇所である。また、境界120bは、ビット方向に形成されたセルの配列の異なる箇所である。図14で示している半導体装置は、セルの配列が異なる箇所にはダミーセル領域を設置せず、外周部のみにダミーセル領域を形成している。
先に述べたように、外周ダミーセル領域101は主に加工上の問題を解決する目的で形成されている。そのため、外周ダミーセル領域101によって電気的な問題が生じないことが第一優先である。つまり、外周ダミーセル領域101に形成されたダミー配線である外周ダミーワードライン裏打ち配線105および外周ダミービットライン111と、外周ダミーワード配線104と、本体セル領域102中に形成された本体トランジスタ131の任意の端子に接続された配線(例えば、基板コンタクト用配線115)とは接続されていない構成とする。また、ダミーセル領域101は、本体セル領域102に隣接しているため、ダミートランジスタ132aおよび132bは本体セル領域102と接続されている。しかし、外周ダミーワード配線104は、ダミー配線と同様に、基本的にフローティング状態か基板と同電位に保たれている。そのため、ダミートランジスタ132aおよび132bが動作することはなく、本体セル領域102の、例えばソースライン108に、電気的影響を与えることはない。
特開平02−133958号公報(第1頁〜第3頁、第1図)
このような半導体装置において、例えば、基板電位を高速に充放電するためには、メモリセルアレイ103全体の基板コンタクト用配線115を電位固定強化する必要がある。そのため、メモリセルアレイ103全体に複数設置されている基板コンタクト用配線115を全て接続して、所望のバイアス電圧を印加する。そこで、図14に示している従来の半導体装置においては、基板コンタクト用配線115に接続されている、バイアス電圧を印加するためのアルミ外部配線117が設けられている。アルミ外部配線117がメモリセルアレイ103の全体に配置され、各基板コンタクト用配線115どうしを接続する配線となるので、すべての本体トランジスタ131の基板コンタクト用配線115が接続される。
また、図15に示すように、アルミ外部配線117の代りに、基板コンタクト用配線115の上層に、アルミ外部配線122を設けてもよい。アルミ外部配線122は、コンタクト121によって、基板コンタクト用配線115に接続されている。それにより、アルミ外部配線122は、基板コンタクト用配線115どうしを接続するための配線となる。
しかし、アルミ外部配線117を用いると、メモリセルアレイ103の面積が大きくなり、半導体装置が小型化できないという問題がある。また、アルミ外部配線122を用いると、層が増えてしまい、半導体装置が小型化できないという問題がある。さらに、アルミ外部配線117またはアルミ外部配線122を形成することで、半導体装置の製造において、プロセスステップ数を増加させねばならず、チップコストが増大してしまうという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、チップコストを増大させずに印加電圧供給用の配線を有している半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、複数の本体セルと、前記本体セルの加工寸法の変動の影響を吸収するために設けられた複数のダミーセルとが形成されたメモリセルアレイを具備する半導体装置であって、前記各本体セルは、本体トランジスタと、前記本体トランジスタのゲートに電気的に接続されたワードライン裏打ち配線、前記本体トランジスタのドレインに電気的に接続されたビットラインおよび前記本体トランジスタのソースに接続されたソースラインのうちの少なくとも1つからなる本体配線とを含んでおり、前記各ダミーセルは、ダミートランジスタと、前記ダミートランジスタのゲートと電気的に絶縁されたダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミートランジスタのドレインと電気的に絶縁されたダミービットラインのうちの少なくとも一方からなるダミー配線とを含んでおり、前記ダミー配線は、印加された所定のバイアス電圧を、前記本体セルに含まれる前記本体トランジスタへ供給するように、基板コンタクト用配線または前記本体セルのコントロールゲートと電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明の他の半導体装置は、複数の本体セルと、前記本体セルの加工寸法の変動の影響を吸収するために設けられた複数のダミーセルとが形成されたメモリセルアレイを具備する半導体装置であって、前記各本体セルは、本体トランジスタと、前記本体トランジスタのゲートに電気的に接続されたワードライン裏打ち配線、前記本体トランジスタのドレインに電気的に接続されたビットラインおよび前記本体トランジスタのソースに接続されたソースラインのうちの少なくとも1つからなる本体配線とを含んでおり、前記ダミーセルの基本セル構造は2トランジスタ型であり、前記ダミーセルは、前記本体セルと隣接して形成された隣接ダミートランジスタと、前記本体セルとは隣接していない非隣接ダミートランジスタと前記非隣接ダミートランジスタに対応するダミーワードライン裏打ち配線と、前記非隣接ダミートランジスタに対応するダミービットラインとを備え、前記隣接ダミートランジスタのゲートには、前記隣接ダミートランジスタを動作させないような電圧が印加されていて、前記非隣接トランジスタのゲート、前記ダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミービットラインのうちの少なくとも1つは、印加された所定のバイアス電圧を、前記本体セルに含まれる前記本体トランジスタへ供給するように、基板コンタクト用配線、前記本体セルのコントロールゲートまたは前記本体セルのソースラインのうちのいずれかと電気的に接続されていることを特徴とする
本発明の半導体装置によれば、メモリセルアレイ内部の、加工寸法変動による誤差を無くすために設けているダミーセルを、電圧供給用の配線として用いるので、新たに配線を追加しなくてよい。それにより、チップ面積増大や、配線を追加するためのプロセスステップの増加が不要であり、プロセスコストが増加しない。したがって、チップコストも増大することがない。
本実施の形態の半導体装置によれば、ダミートランジスタと電気的に絶縁された接続されていないダミー配線を用いて、本体トランジスタに所定のバイアスを供給している。それにより、本体トランジスタに所定のバイアスを供給するための配線を新たに設ける必要が無く、チップ面積増大や、配線を追加するためのプロセスステップの増加が不要であり、プロセスコストが増加しない。したがって、チップコストも増大することがない。
また、本実施の形態の他の半導体装置によれば、非隣接トランジスタに接続されている配線を用いて、本体トランジスタに所定のバイアス電圧を供給している。非隣接トランジスタの配線全てを用いることができる。配線の数を増やすことにより、抵抗を低下させることができ、効率よく、電圧を供給することができる。
また、好ましくは、前記ダミー配線は、コンタクトを介して、前記本体配線と電気的に接続されている。それにより、容易に、ダミー配線と本体配線とを接続することができる。
また、前記各ダミーセルは、前記メモリセルアレイの外周部に配置されている構造としてもよい。
また、好ましくは、前記メモリセルアレイは、同一の規則性に従って形成された複数の前記本体セルが配置されている本体セル領域を複数有しており、前記各本体セル領域の外周には、複数の前記ダミーセルが配置されているダミーセル領域が配置されている。それにより、所望のバイアス電圧を供給する配線の数を増やすことができるので、抵抗を低下させることができ、効率よく、電圧を供給することができる。
また、前記メモリセルアレイは、同一の規則性に従って形成された複数の前記本体セルが配置されている本体セル領域を複数有しており、前記メモリセルアレイの外周部を除く、前記各本体セル領域の外周には、複数の前記ダミーセルが配置されている構造としてもよい。
また、好ましくは、前記ダミーセル領域は、前記本体セル領域から、少なくとも1ワードライン分形成されていればよい。それにより、ダミートランジスタと電気的に絶縁された接続されていないダミー配線を用いて、本体トランジスタに所定のバイアスを供給することが十分できる。
また、前記ダミーセル領域は、前記本体セル領域から、少なくとも1ビットライン分形成されていればよい。
また、前記各ダミーセルおよび前記各本体セルの基本セル構造は、1トランジスタ型または2トランジスタ型である。基本セル構造が、どちらであってもよい。なお、1トランジスタ型とは、基本セルに、トランジスタが1つ形成されているセルのことであり、2トランジスタ型とは、基本セルに、トランジスタが2つ形成されているセルのことである。
また、前記非隣接トランジスタのゲート、前記ダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミービットラインの全てが互いに電気的に接続されている構成とすることができる。
以下、本発明の実施形態のさらに具体的な例について、図を用いて説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態1に係る半導体装置の平面図である。
図1に示しているように、実施の形態1の半導体装置のメモリセルアレイ3は、複数のダミーセルが形成されている内部ダミーセル領域1、および複数の本体セルが形成されている本体セル領域2を備えている。各本体セル領域2には、複数の本体セルが規則的に配列されている。また、配列の異なる本体セルが形成される本体セル領域2どうしが隣接する箇所には、内部ダミーセル領域1が形成されている。
内部ダミーセル領域1は、異なる配列のセルを隣接して形成した場合に、加工寸法変動の影響により生じる加工精度の誤差を吸収するために設置されている。内部ダミーセル領域1のダミーセルは、ダミートランジスタや配線等を有している。
内部ダミーセル領域1は、メモリセルアレイ3の内部に形成されていて、動作しないダミートランジスタやダミー配線等を有し、例えば、メモリセルアレイ3内部の基板コンタクト部やソースライン引出し部やワードライン裏打ちコンタクト部やアレイブロック境界等の規則性が異なる箇所に形成されている。また、本体セル領域2は、例えば、メモリとして機能する各本体セルが複数形成されて、構成されている。各本体セルは、本体トランジスタや配線等を含んでいる。これらの具体的なレイアウトは、例えば、図2に示すようになっている。
図2は図1に示す半導体装置のメモリセルアレイ3の一部分(図1の左上部分)のレイアウトを示す平面図である。図2の上側および左側は、メモリセルアレイ3の外周領域側である。下側および右側は、内部ダミーセル領域1が形成されている。図示していないが、内部ダミーセル領域1のさらに下側および右側には、図示している本体セル領域2とは異なる本体セルが形成されている。また、図3は図2のA−A′断面図であり、図4は図2のB−B′断面図であり、図5は図2のC−C′断面図である。
本体セル領域2は、規則的な配列を有する複数の本体セルによって構成されている。すなわち、行方向(横方向)であるワードライン方向に、ワードライン6(ゲート)が形成されている。なお、実施の形態1のゲート構造はスタック型であるため、ワードライン6は、上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。ワードライン6に沿って上層に、ワードライン裏打ち配線7が形成されている。なお、図2の見やすさを考慮して、ワードライン裏打ち配線7は左端のみ図示している。ワードライン裏打ち配線7は、例えばアルミ等の低抵抗(例えば、0.07Ω)配線であって、ワードライン6に裏打ちされることで、ゲートの抵抗を下げることができる。ワードライン6のコントロールゲートとワードライン裏打ち配線7とは、例えば基板コンタクト用配線15の下層に形成されたコンタクト23によって接続されている。また、ワードライン方向には、ソースライン8も形成されている。ワードライン6およびワードライン裏打ち配線7が複数行形成されていて、それらの間に1つ置きに、ソースライン8が1行形成されるという配置が繰り返されている。
また、それらと直交している、列方向(縦方向)であるビットライン方向には、ビットライン13が形成されている。ビットライン13の下層には、トランジスタを構成するための活性領域14が形成されていて、ビットライン13(ドレイン)と活性領域14とはコンタクト10で接続されている。なお、このコンタクト10は、中間にアルミ層22を介している。アルミ層22を設ける理由は、ビットライン13と活性領域14とを直接コンタクトでつなぐことがプロセス上困難であるためである。
また、ソースライン8と活性領域14は、ソースコンタクト9によって接続されている。さらに、ワードライン6をゲートとして、本体トランジスタ19が形成されている。
さらに、ビットライン方向には、基板コンタクト用配線15が形成され、コンタクト16によって、基板コンタクト用配線15と本体トランジスタ19とは電気的に接続されている。なお、このコンタクト16は、中間にアルミ層24を介している。アルミ層24を設ける理由は、上記アルミ層22を設ける理由と同様に、直接コンタクトでつなぐことがプロセス上困難であるためである。
ワードライン方向には、セルの配列の規則性が異なるソースライン引出し部である境界30aが形成されていて、内部ダミーセル領域1が形成されている。また、ビットライン方向には、基板コンタクト配線15が形成されていて、セルの配列の規則性が異なる箇所が形成されている。つまり、基板コンタクト用配線15の両隣の境界30bにも、内部ダミーセル領域1が形成されている。
内部ダミーセル領域1には、例えば、ダミートランジスタ81やダミートランジスタ82等のダミートランジスタが形成されている。ダミーセルが形成されていて、ダミートランジスタやダミー配線等で構成されている。内部ダミーセル領域1には、ワードライン方向に、ダミートランジスタのゲートである内部ダミーワードライン4が形成されている。なお、内部ダミーワードライン4は、上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。内部ダミーワードライン4に沿って上層に、内部ダミーワードライン裏打ち配線5が形成されている。なお、図2の見やすさを考慮して、内部ワードライン裏打ち配線5は左端のみ図示している。また、ビットライン方向には、内部ダミービットライン11が形成されていて、その下層にはダミートランジスタを形成する活性領域12が形成されている。内部ダミービットライン11と活性領域12とは接続されていない。
また、内部ダミーワードライン裏打ち配線5は、コンタクト17およびコンタクト18によって基板コンタクト用配線15および内部ダミービットライン11に接続されている。なお、内部ダミーワードライン4は、基板コンタクト用配線15とは接続されていない。つまり、ダミートランジスタと電気的に絶縁されている内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11と、本体セルの本体トランジスタ19に電気的に接続されている基板コンタクト用配線15とが、コンタクト17およびコンタクト18を設けることで、電気的に接続されている。なお、内部ダミーセル領域1においてワードライン裏打ち配線7どうしの間で、ソースライン8が存在しない箇所には、内部ダミービットライン11および活性領域12の両方に接続されていないアルミ層25が設置されている。
例えば、メモリセルアレイ3を有する半導体装置において、基板電位を高速に充放電する場合には、メモリセルアレイ3内に複数存在する基板コンタクト用配線15を電位固定強化し、さらに、基板コンタクト用配線15を通じて、本体トランジスタ19の基板に所望のバイアス電圧を供給する。
実施の形態1の半導体装置においては、内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11は、コンタクト17およびコンタクト18によって、基板コンタクト用配線15に電気的に接続されている。そこで、これら内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11は、基板コンタクト用配線15を用いて、メモリセルアレイ3内に複数存在する基板コンタクト用配線15どうしを電気的に接続している。また、所望のバイアス電圧を、これら内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11を介して、基板コンタクト用配線15に供給するようにしている。
また、内部ダミーセル領域1のダミートランジスタのゲートである内部ダミーワードライン4と内部ダミーワードライン裏打ち配線5とは接続されていない。そのため、内部ダミーワードライン4に、内部ダミーワードライン裏打ち配線5を介して、電圧が印加されることはない。また、内部ダミービットライン11は、活性領域12とは接続されていない。それにより、ダミートランジスタのゲートおよび活性領域12にバイアスがかかることはない。したがって、ダミートランジスタが動作することはなく、本体セル領域2に何ら電気的な影響を与えることはない。
上述の構成により、基板コンタクト用配線15どうしを電気的に接続し、かつ、バイアス電圧を供給するための配線を新たに追加する必要がない。そのため、チップ面積増大や、上層の配線を導入するためのプロセスステップの増加が不要であり、プロセスコストが増加しない。したがって、チップコストも増大することがない。
また、メモリセルアレイ外周部に面した部分に形成された外周ダミーセルだけを配線として用いてもよい。しかし、特に大規模のメモリアレイの場合、外周ダミーセルは、メモリアレイの内部から離れてしまうため、外周ダミーセルだけを配線として用いた場合には、基板電位の充放電において時間がかかる。そのため、外周ダミーセルだけを配線として用いるよりも、実施の形態1のように内部ダミーセルだけを配線として用いる方が、より効率的に基板電位を高速に充放電することができ、望ましい。
また、実施の形態1のように、内部ダミーセル領域1が、ワードライン方向、ビットライン方向の双方に対して形成されているが、内部ダミーセル領域1がワードライン方向に対してだけ、あるいはビットライン方向に対してだけ形成されていてもよい。
なお、実施の形態1では、内部ダミーセル領域1は、本体セル領域2からワードライン1つ分およびビットライン1つ分形成されている。しかし、ワードライン2つ分以上であったり、ビットライン2つ分以上であってもよい。そうすることで、基板コンタクト配線15どうしを接続するための配線が増加することになり、抵抗が低下し、さらに効率的に基板電位を高速に充放電することができるという効果を有する。
また、本体トランジスタ19に電気的に接続されている基板コンタクト配線15以外の配線と、内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11とを接続してバイアス電圧を供給してもよい。
なお、実施の形態1では、図1のレイアウト図の左上の本体セル領域2について説明したが、この箇所に限定されるわけではなく、メモリセルアレイ3上の他の本体セル領域2についても同様の構成とすればよい。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図6は本発明の実施の形態2に係る半導体装置の平面図である。
実施の形態2の半導体装置は、メモリセルアレイ3aの外周に、外周ダミーセル領域31が形成されている点が、実施の形態1の半導体装置と異なるが、その他は略同一の構成である。実施の形態2の半導体装置のメモリセルアレイ3aは、図6に示しているように、各本体セル領域2は、内部ダミーセル領域1および外周ダミーセル領域31で囲まれている。
図7は図6に示す半導体装置のメモリセルアレイ3aの一部分のレイアウト図(図6の左上部分)である。図7に示すように、実施の形態2のメモリセルアレイ3aは、上記図2のレイアウト図の上側および左側に、外周ダミーセル領域31が追加配置された構成である。外周ダミーセル領域31は、メモリセルアレイ3aの外周部に面した部分に形成され、複数のダミーセルが形成されている。外周ダミーセル領域31のダミーセルは、ダミートランジスタや配線等を有している。内部ダミーセル領域31には、例えば、ダミートランジスタ83やダミートランジスタ84等のダミートランジスタが形成されている。
外周ダミーセル領域31には、ワードライン方向に、外周ダミーワードライン34が形成されていて、それに沿って上層に、外周ダミーワードライン裏打ち配線35が形成されている。ビットライン方向には、外周ダミービットライン32が形成されていて、その下層にはダミートランジスタを形成する活性領域33が形成されている。外周ダミービットライン32と活性領域33とは接続されていない。
また、外周ダミーワードライン裏打ち配線35と基板コンタクト用配線15とは、コンタクト27で接続されている。また、外周ダミーワードライン裏打ち配線35と外周ダミービットライン32とは、コンタクト38で接続されている。また、外周ダミーワードライン裏打ち配線35と内部ダミービットライン11とは、コンタクト20で接続されている。また、外周ダミービットライン32と内部ダミーワードライン裏打ち配線5とは、コンタクト21で接続されている。つまり、ダミートランジスタと電気的に絶縁されている外周ダミーワードライン裏打ち配線35および外周ダミービットライン32と、本体セルの本体トランジスタ19に電気的に接続されている基板コンタクト用配線15とが、コンタクト21とコンタクト38とを設けることで、電気的に接続されている。
例えば、メモリセルアレイ3aを有する半導体装置において、基板電位を高速に充放電する場合には、メモリセルアレイ3a内に複数存在する基板コンタクト用配線15を電位固定強化し、さらに、基板コンタクト用配線15を通じて、本体トランジスタ19の基板に所望のバイアス電圧を供給する。
また、基板コンタクト用配線15は、外周ダミーワードライン裏打ち配線35と接続され、外周ダミーワードライン裏打ち配線35は、外周ダミービットライン32と接続されている。また、基板コンタクト用配線15は、内部ダミーワードライン裏打ち配線5と接続され、内部ダミーワードライン裏打ち配線5は、内部ダミービットライン11と接続されている。さらに、外周ダミーワードライン裏打ち配線35は、内部ダミービットライン11と接続されている。さらに、外周ダミービットライン32は、内部ダミーワードライン裏打ち配線5と接続されている。なお、内部ダミーセル領域31においてワードライン裏打ち配線7どうしの間で、ソースライン8が存在しない箇所には、外周ダミービットライン32および活性領域33の両方に接続されていないアルミ層25aが設置されている。
実施の形態2の半導体装置においては、内部ダミーワードライン裏打ち配線5、内部ダミービットライン11、外周ダミーワードライン裏打ち配線35および外周ダミービットライン32は、コンタクト17、18、20および27によって、基板コンタクト用配線15と電気的に接続されている。そこで、これら内部ダミーワードライン裏打ち配線5、内部ダミービットライン11、外周ダミーワードライン裏打ち配線35および外周ダミービットライン32を用いて、メモリセルアレイ3a内に複数存在する基板コンタクト用配線15どうしを電気的に接続している。また、所望のバイアス電圧を、これら内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11を介して、基板コンタクト用配線15に供給するようにしている。
一方、外周ダミーワードライン裏打ち配線35は、上層に形成された外周ダミーワードライン34と電気的には接続されていない。外周ダミーワードライン34は、ダミートランジスタのゲートである。また、外周ダミービットライン32は下層に形成された活性領域33と電気的には接続されていない。さらに、内部ダミーワードライン裏打ち配線5はその下層に形成された内部ダミーワードライン4と電気的には接続されていない。また、内部ダミービットライン11はその下層に形成された活性領域12とは電気的には接続されていない。そのため、外周ダミーセル領域31および内部ダミーセル領域1に形成されたダミートランジスタのゲートおよび活性領域12、33にバイアス電圧がかかることはない。したがって、ダミートランジスタが動作することはなく、本体セル領域2に何ら電気的な影響を与えることはない。
上述の構成により、基板コンタクト用配線15どうしを電気的に接続し、かつ、バイアス電圧を供給するための配線を新たに追加する必要がない。そのため、チップ面積増大や、上層の配線を導入するためのプロセスステップの増加が不要であり、プロセスコストが増加しない。したがって、チップコストも増大することがない。
実施の形態2においては、外周ダミーセル領域31の配線である外周ダミーワードライン裏打ち配線35および外周ダミービットライン32と、内部ダミーセル領域1の配線である内部ダミーワードライン裏打ち配線5および内部ダミービットライン11とを、基板コンタクト用配線15どうしを接続し、かつ、バイアス電圧を供給するための配線として用いるので、低抵抗な配線が実現できる。
したがって、実施の形態1に比べて、さらに効果的に基板コンタクト用配線15を電位固定強化することができる。なお、例えば、内部ダミーセル領域1の配線は用いず、外周ダミーセル領域31の配線のみを基板コンタクト用配線15どうしを接続し、所望のバイアス電圧を供給するための配線として用いてもよい。
また、例えば、基板コンタクト用配線15と同層である内部ダミービットライン11等と、基板コンタクト用配線15とを、接続する場合は、同層であるため、コンタクトを用いずに接続することができるため、より低抵抗に接続できる。このように、本体セル領域2に何ら電気的な影響を与えないように接続することで、さらにより一層、メモリセルアレイ3a内部全体の基板コンタクト用配線15を電位固定強化することができる。
実施の形態2では、外周ダミーセル領域31および内部ダミーセル領域1が、ワードライン、ビットラインの双方に対して形成されているが、それらがワードライン方向に対してだけ、あるいはビットライン方向に対してだけ形成されていても、同様に、チップ面積増大やプロセスコスト増加を防ぎ、チップコストが増大することがない。
なお、実施の形態2では、外周ダミーセル領域31は、本体セル領域2からワードライン1つ分およびビットライン1つ分形成されている。しかし、ワードライン2つ分以上であったり、ビットライン2つ分以上であってもよい。そうすることで、基板コンタクト配線15どうしを接続するための配線が増加することになり、さら効率的に基板電位を高速に充放電することができるという効果を有する。
さらに、内部ダミーセル領域1についても同様に、本体セル領域2からワードライン2つ分以上であったり、ビットライン2つ分以上であってもよい。そうすることで、基板コンタクト配線15どうしを接続するための配線が増加することになり、さら効率的に基板電位を高速に充放電することができるという効果を有する。
また、本体トランジスタ19に電気的に接続されている、基板コンタクト配線15以外の配線と、内部ダミーワードライン裏打ち配線5、内部ダミービットライン11、外周ダミーワードライン裏打ち配線35および外周ダミービットライン32とを接続してバイアス電圧を供給してもよい。
なお、実施の形態2では、図6のレイアウト図の左上の本体セル領域2について説明したが、この箇所に限定されるわけではなく、メモリセルアレイ3a上の他の本体セル領域2についても同様の構成とすればよい。
実施の形態1および実施の形態2においては、外周ダミーセル領域31、内部ダミーセル領域1、本体セル領域2の基本セル構造を特に規定していないが、1トランジスタ型の基本セル構造であっても、2トランジスタ型の基本セル構造であってもよく、チップ面積増大やプロセスコスト増加を抑制することができ、その結果、いずれも、チップコスト増大を抑制することができるようになる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図8は本発明の実施の形態3に係る半導体装置の平面図である。なお、実施の形態3の本体セルおよびダミーセルの基本セル構造は、2トランジスタ型である。
図8に示しているように、実施の形態3の半導体装置のメモリセルアレイ3bは、複数のダミーセルが形成されている外周ダミーセル領域31a、および複数の本体セルが形成されている本体セル領域2aを備えている。各本体セル領域2aには、複数の本体セルが規則的に配列されている。外周ダミーセル領域31aは、メモリセルアレイ3bの外周に形成されている。
図9は、図8に示す半導体装置のメモリセルアレイの一部分(図8の左上部分)のレイアウトを示す平面図である。図9に示しているように、実施の形態3の半導体装置のメモリセルアレイ3bは、1つの基本セルに2つのトランジスタを有する、2トランジスタ型の本体セルおよびダミーセルを備えている。
図9の上側および左側は、メモリセルアレイ3bの外周領域側であり、外周ダミーセル領域31aが形成されている。また、メモリセルアレイ3b内部において、境界80aは、ワードライン方向でセルの規則性が異なる箇所であり、境界80bは、ビットライン方向でセルの規則性が異なる箇所である。
また、図10は図9のD−D′断面図であり、図11は図9のE−E′断面図であり、図12は図9のF−F′断面図である。
本体セル領域2aは、規則的な配列を有する複数の本体セルによって構成されている。すなわち、ワードライン方向に、ワードライン56aが形成されている。なお、実施の形態3のゲート構造はスタック型であるため、ワードライン56aは、上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。ワードライン56aに沿って上層に、ワードライン裏打ち配線57aが形成されている。また、それらに並んで、ワードライン56bが形成されている。ワードライン56bは、上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。ワードライン56bに沿って上層に、ワードライン裏打ち配線57bが形成されている。なお、図9の見やすさを考慮して、ワードライン裏打ち配線57aおよび57bは左端および基板コンタクト用配線65周辺のみ図示している。
また、ワードライン方向には、ソースライン58も形成されている。ワードライン56aおよびワードライン裏打ち配線57aと、ワードライン56bおよびワードライン裏打ち配線57bとは、2行一組として、複数組形成され、それらの間に1つ置きに、ソースライン58が形成されるという配置が繰り返されている。これは、いわゆる2トランジスタ型の基本セル構造であり、1つのセル中に2つのトランジスタである本体トランジスタ69が形成されている構造である。ワードライン56a、56bは、本体トランジスタ69のそれぞれのゲートである。なお、ワードライン裏打ち配線57aおよびワードライン裏打ち配線57bは、ワードライン56aおよびワードライン56bに裏打ちされていて、それにより、それぞれのゲートの抵抗を下げることができる。ワードライン裏打ち配線57aとワードライン56aとは基板コンタクト用配線65の下層に形成されたコンタクト74によって接続され、ワードライン裏打ち配線57bとワードライン56bのコントロールゲートとは基板コンタクト用配線65の下層に形成されたコンタクト75によって接続されている。
また、それらと直交して、ビットライン方向には、ビットライン63が形成されている。ビットライン63の下層には、トランジスタを構成するための活性領域64が形成されている。ビットライン63(ドレイン)と活性領域64とは、コンタクト60で接続されている。なお、このコンタクト60は、中間にアルミ層73を介している。アルミ層73を設ける理由は、ビットライン63と活性領域64とを直接コンタクトでつなぐことがプロセス上困難であるためである。
また、ソースライン58は、ソースコンタクト59によって活性領域64と接続されている。前述したように、ワードライン56a、56bはゲートであり、これらで、本体トランジスタ69を形成している。
さらに、ビットライン方向には、基板電位を充放電するための基板コンタクト用配線65が形成され、基板コンタクト66によって本体トランジスタ69の基板と接続されている。なお、このコンタクト66は、中間にアルミ層77を介している。アルミ層77を設ける理由は、上記アルミ層73を設ける理由と同様に、直接コンタクトでつなぐことがプロセス上困難であるためである。基板コンタクト用配線65の下層においては、ワードライン56aと外周ダミーワードライン54aとは一層構造であって、セレクトトランジスタゲート電極を形成している。
外周ダミーセル領域31aには、ダミーセルが形成されていて、ダミートランジスタやダミー配線等で構成されている。例えば、ダミートランジスタ85やダミートランジスタ86等のダミートランジスタが形成されている。ワードライン方向には、外周ダミーワードライン54aが形成されている。外周ダミーワードライン54aは、上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。外周ダミーワードライン54aに沿って上層に、外周ダミーワードライン裏打ち配線55aが形成されている。なお、図9の見やすさを考慮して、外周ダミーワードライン裏打ち配線55aは左端および基板コンタクト用配線65周辺のみ図示している。
外周ダミーワードライン54aと並んで、外周ダミーワードライン54bが形成されている。外周ダミーワードライン54bは上層にコントロールゲート電極が形成され、下層にフローティングゲートが形成された構成である。また、外周ダミーワードライン54bに沿って上層に、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bが形成されている。なお、図9の見やすさを考慮して、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bは左端および基板コンタクト用配線65周辺のみ図示している。また、ビットライン方向には、外周ダミービットライン61が形成されていて、その下層には活性領域62が形成されている。外周ダミーセル領域31aには、本体セル領域2に隣接している外周ダミーワードライン54a(隣接ゲート)をゲートとする隣接ダミートランジスタが形成されている。また、外周ダミーセル領域31aには、本体セル領域2には隣接していない外周ダミーワードライン54b(非隣接ゲート)をゲートとする非隣接ダミートランジスタも形成されている。
さらに、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bと外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートは、コンタクト71およびコンタクト72によって、外周ダミービットライン61および内部基板コンタクト用配線65に接続されている。なお、外周ダミーワードライン裏打ち配線55aと外周ダミーワードライン54aとは、外周ダミービットライン61および基板コンタクト用配線65とは接続されていない。なお、外周ダミーセル領域31aにおいて、ワードライン裏打ち配線57aとワードライン裏打ち配線57bとを2行一組として、それら各組どうしの間で、ソースライン58が存在しない箇所には、外周ダミービットライン61および活性領域62の両方に接続されていないアルミ層76が設置されている。
例えば、メモリセルアレイ3bを有する半導体装置において、基板電位を高速に充放電する場合には、メモリセルアレイ3b内に複数存在する基板コンタクト用配線65を電位固定強化し、さらに、基板コンタクト用配線65を通じて、本体トランジスタ69の基板に所望のバイアス電圧を供給する。
実施の形態3では、基板コンタクト用配線65、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bおよび外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートは、コンタクト72によって接続されている。また、外周ダミービットライン61、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bおよび外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートは、コンタクト71によって接続されている。
つまり、外周ダミーワードライン裏打ち配線55b、外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートおよび外周ダミービットライン61は、基板コンタクト用配線65に電気的に接続されている。そこで、これら外周ダミーワードライン裏打ち配線55b、外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートおよび外周ダミービットライン61を用いて、メモリセルアレイ3b中に複数本存在する基板コンタクト用配線65どうしを、接続している。また、所望のバイアス電圧を、これら外周ダミーワードライン裏打ち配線55b、外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートおよび外周ダミービットライン61を介して、基板コンタクト用配線65に供給するようにしている。
非隣接ダミートランジスタのゲートである外周ダミーワードライン54bを、基板コンタクト用配線65にバイアス電圧を供給する配線として用いている。外周ダミーワードライン54bにバイアス電圧がかかると、非隣接ダミートランジスタが動作するため、本体セル領域2aに電気的な影響をおよぼす可能性がある。しかし、非隣接ダミートランジスタと本体セル領域2aとの間に形成されている隣接ダミートランジスタが動作していなければ、本体セル領域2aには、電気的な影響を及ぼすことはない。隣接ダミートランジスタのゲートである外周ダミーワードライン54aは、基板コンタクト用配線65を接続するための配線として用いていない。例えば、外周ダミーワードライン54aには、例えば、基板と同電位になるバイアスを印加しておけば、隣接ダミートランジスタは動作しないので、本体セル領域2aには、電気的な影響を及ぼすことはない。
上述の構成により、基板コンタクト用配線65どうしを電気的に接続し、かつ、バイアス電圧を供給するための配線を新たに追加する必要がない。そのため、チップ面積増大や、上層の配線を導入するためのプロセスステップの増加が不要であり、プロセスコストが増加しない。したがって、チップコストも増大することがない。
実施の形態3では、外周ダミーワードライン裏打ち配線55bと外周ダミービットライン61だけでなく、外周ダミーワードライン54bのコントロールゲートも、基板コンタクト用配線65どうしを接続し、かつ、バイアス電圧を供給するための配線として用いるので、基板コンタクト用配線65間の配線抵抗を低くできる。
なお、本体セル領域2aに電気的影響を与えなければよいので、例えば、外周ダミー裏打ち配線55aと基板コンタクト用配線65とをコンタクトで接続して、バイアス電圧を供給するための配線としてもよい。
実施の形態3では、外周ダミーセル領域31aが、ワードライン、ビットラインの双方に対して形成されているが、それらがワードライン方向に対してだけ、あるいはビットライン方向に対してだけ形成されていても、同様に、チップ面積増大やプロセスコスト増加を防ぎ、チップコストが増大することがない。
なお、実施の形態3では、外周ダミーセル領域31aは、本体セル領域2aからワードライン1つ分およびビットライン1つ分形成されている。しかし、ワードライン2つ分以上でもよい。また、ビットライン2つ分以上であってもよい。そうすることで、基板コンタクト配線65どうしを接続するための配線が増加することになり、さら効率的に基板電位を高速に充放電することができるという効果を有する。
また、本体トランジスタ69に電気的に接続されている基板コンタクト配線65以外の配線と、外周ダミーワードライン裏打ち配線55b、外周ダミービットライン61および外周ダミーワードライン54bとを接続してバイアス電圧を供給してもよい。
実施の形態3では、外周ダミーセル領域31aが設けられたメモリセルアレイについて説明したが、内部ダミーセル領域が設けられたメモリセルアレイでは、内部ダミーセル領域の配線を用いて、基板コンタクト配線どうしを接続すればよい。
なお、実施の形態3では、図8に示すレイアウト図の左上の本体セル領域2aについて説明したが、この箇所に限定されるわけではなく、メモリセルアレイ3b上の他の本体セル領域2aについても同様の構成とすればよい。
なお、実施の形態1〜3において、メモリセルアレイの構成等はこれらに限定されるわけではない。
本発明の半導体装置は、チップコストが少なく、印加電圧供給用の配線を有している、半導体装置として有用である。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の平面図 図1に示す半導体装置のメモリセルアレイの一部分(図1の左上部分)のレイアウトを示す平面図 図2のA−A′断面図 図2のB−B′断面図 図2のC−C′断面図 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の平面図 図6に示す半導体装置のメモリセルアレイの一部分(図6の左上部分)のレイアウトを示す平面図 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の平面図 図8に示す半導体装置のメモリセルアレイの一部分(図8の左上部分)のレイアウトを示す平面図 図9のD−D′断面図 図9のE−E′断面図 図9のF−F′断面図 従来の半導体装置の平面図 従来の半導体装置のメモリセルアレイの一部分のレイアウトを示す平面図 従来の他の半導体装置のメモリセルアレイの一部分のレイアウトを示す平面図
符号の説明
1 内部ダミーセル領域
2、2a 本体セル領域
3、3a、3b メモリセルアレイ
31、31a 外周ダミーセル領域
4 内部ダミーワードライン
5 内部ダミーワードライン裏打ち配線
6、56a、56b ワードライン
7、57a、57b ワードライン裏打ち配線
8、58 ソースライン
9、59 ソースコンタクト
10、60、16、17、18、20、21、23、66、71、72、74、75 コンタクト
11 内部ダミービットライン
12、62、14、64、33 活性領域
13、63 本体ビットライン
15、65 基板コンタクト用配線
19、69 本体トランジスタ
22、24、25、25a、73、76、77 アルミ層
30a、30b、80a、80b 境界
32、61 外周ダミービットライン
34、54a、54b 外周ダミーワードライン
35、55a、55b 外周ダミーワードライン裏打ち配線
81、82、83、84、85 ダミートランジスタ
101 外周ダミーセル領域
102 本体セル領域
103 メモリセルアレイ
104 外周ダミーワードライン
105 外周ダミーワードライン裏打ち配線
106 本体ワードライン
107 本体ワードライン裏打ち配線
108 ソースライン
109 ソースコンタクト
110、116、121、123 コンタクト
111 外周ダミービットライン
112、114 活性領域
113 本体ビットライン
115 基板コンタクト用配線
117、122 アルミ外部配線
119 アルミ層
120a、120b 境界
131 本体トランジスタ
132a、132b ダミートランジスタ

Claims (10)

  1. 複数の本体セルと、前記本体セルの加工寸法の変動の影響を吸収するために設けられた複数のダミーセルとが形成されたメモリセルアレイを具備する半導体装置であって、
    前記各本体セルは、本体トランジスタと、前記本体トランジスタのゲートに電気的に接続されたワードライン裏打ち配線、前記本体トランジスタのドレインに電気的に接続されたビットラインおよび前記本体トランジスタのソースに接続されたソースラインのうちの少なくとも1つからなる本体配線とを含んでおり、
    前記各ダミーセルは、ダミートランジスタと、前記ダミートランジスタのゲートと電気的に絶縁されたダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミートランジスタのドレインと電気的に絶縁されたダミービットラインのうちの少なくとも一方からなるダミー配線とを含んでおり、
    前記ダミー配線は、印加された所定のバイアス電圧を、前記本体セルに含まれる前記本体トランジスタへ供給するように、基板コンタクト用配線または前記本体セルのコントロールゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ダミー配線は、コンタクトを介して、前記本体配線と電気的に接続されている、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記各ダミーセルは、前記メモリセルアレイの外周部に配置されている、請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記メモリセルアレイは、同一の規則性に従って形成された複数の前記本体セルが配置されている本体セル領域を複数有しており、
    前記各本体セル領域の外周には、複数の前記ダミーセルが配置されているダミーセル領域が配置されている、請求項1に記載の半導体装置。
  5. 前記メモリセルアレイは、同一の規則性に従って形成された複数の前記本体セルが配置されている本体セル領域を複数有しており、
    前記メモリセルアレイの外周部を除く、前記各本体セル領域の外周には、複数の前記ダミーセルが配置されている、請求項1に記載の半導体装置。
  6. 前記ダミーセル領域は、前記本体セル領域から、少なくとも1ワードライン分形成されている、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記ダミーセル領域は、前記本体セル領域から、少なくとも1ビットライン分形成されている、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記各ダミーセルおよび前記各本体セルの基本セル構造は、1トランジスタ型または2トランジスタ型である、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の半導体装置。
  9. 複数の本体セルと、前記本体セルの加工寸法の変動の影響を吸収するために設けられた複数のダミーセルとが形成されたメモリセルアレイを具備する半導体装置であって、
    前記各本体セルは、本体トランジスタと、前記本体トランジスタのゲートに電気的に接続されたワードライン裏打ち配線、前記本体トランジスタのドレインに電気的に接続されたビットラインおよび前記本体トランジスタのソースに接続されたソースラインのうちの少なくとも1つからなる本体配線とを含んでおり、
    前記ダミーセルの基本セル構造は2トランジスタ型であり、
    前記ダミーセルは、前記本体セルと隣接して形成された隣接ダミートランジスタと、前記本体セルとは隣接していない非隣接ダミートランジスタと、前記非隣接ダミートランジスタに対応するダミーワードライン裏打ち配線と、前記非隣接ダミートランジスタに対応するダミービットラインとを備え、
    前記隣接ダミートランジスタのゲートには、前記隣接ダミートランジスタを動作させないような電圧が印加されていて、
    前記非隣接トランジスタのゲート、前記ダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミービットラインのうちの少なくとも1つは、印加された所定のバイアス電圧を、前記本体セルに含まれる前記本体トランジスタへ供給するように、基板コンタクト用配線、前記本体セルのコントロールゲートまたは前記本体セルのソースラインのうちのいずれかと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 前記非隣接トランジスタのゲート、前記ダミーワードライン裏打ち配線および前記ダミービットラインの全てが互いに電気的に接続されている請求項9に記載の半導体装置。
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