JP4004103B2 - マスクrom - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクROM、具体的には製造工程のサイクルタイムを短縮可能なコンタクトまたはビア(Via)コンタクト型マスクROMに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マスクROMは、その製造工程において記憶データが各メモリセルに書き込まれる。このデータの書き込み工程を、プログラミングまたはコーディングという。通常、ユーザからマスクROMにコーディングすべきデータを入手してから、製品を出荷するまでの時間をサイクルタイムといい、TAT(Turn Around Time)で表記する。ROM製品において、このTATをいかに短縮できるかは、その製品の商品力および生産効率の面から見て重要である。
【0003】
マスクROMは、データコーディングの方式によって、拡散方式、コンタクト方式およびビアコンタクト方式などに大別できる。それぞれの方式は、サイクルタイムと集積度との間にトレードオフ関係を有しており、実際のROM製品を製造する場合には、それぞれの製品の特徴および要求に応じて、適切な方式を選択して製造を行う必要がある。
【0004】
図7は、拡散方式により形成されたマスクROMの概念を示す簡略断面図である。
図7において、1はp- 基板またはp- ウェル、2_1,2_2,2_3,2_4,2_5,2_6はn+ 拡散層、3_1,3_2a,3_3,3_4a,3_5は絶縁膜、4_1,4_2,4_3,4_4,4_5はポリシリコン膜、5_1,5_2,5_3,5_4,5_5,5_6は金属配線層をそれぞれ示している。
【0005】
絶縁膜3_1,3_2a,3_3,3_4a,3_5は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2 )により構成されている。
n+ 拡散層2_1,2_2,2_3,2_4,2_5および2_6はそれぞれコンタクトを介して、金属配線層5_1,5_2,5_3,5_4,5_5および5_6に接続されている。
さらに、n+ 拡散層2_1,2 3および2_5はそれぞれに接続されている金属配線層5_1,5 3および5_5を介して接地されている。
【0006】
ポリシリコン膜4_1,4_2,4_3,4_4および4_5は、図示しない配線に共通に接続され、この配線によりワード線が構成されている。
また、金属配線層5_2,5_4および5_6はそれぞれビット線に接続されている。
【0007】
本例の拡散型マスクROMでは、データのコーディングは、例えば、ポリシリコン膜の下にある酸化膜の周辺において、さらに酸化処理を行うことにより、ゲート酸化膜の膜厚を大きく設定し、トランジスタとしてほぼ機能しない程度に設定することにより行われる。
【0008】
図7に示すように、例えば、ポリシリコン膜4_1がゲートと、ゲート酸化膜3_1の両側の下にあるn+ 拡散層2_1と2_2とによりトランジスタが形成される。ゲートとしてのポリシリコン膜4_1にハイレベルの電圧が印加されているとき、ゲート酸化膜3_1の下部基板領域にチャネルが形成されるので、ゲート4_1に印加される電圧に応じてトランジスタのオン/オフ状態が制御される。
【0009】
一方、ポリシリコン膜4_2の下にある酸化膜3_2aは、上述のように酸化処理によりその膜厚が大きく設定されるので、ポリシリコン膜4_2に高電圧が印加された場合でも、酸化膜3_2a下部の基板領域にチャネルが形成されず、ポリシリコン膜4_2、酸化膜3_2aおよびその両側の下部基板に形成されているn+ 拡散層2_2および2_3により、トランジスタを形成することができない。
【0010】
トランジスタが形成されるか否かによって、読み出し時に、それに応じて所定のビット線の電位が決定される。ビット線電位がセンスアンプにより検出されることによって、マスクROMのメモリセルの記憶データが読み出される。
【0011】
このような拡散型マスクROMでは、ポリシリコンの下層にある酸化膜の周辺に対して、さらに酸化処理を行うか否によってデータのコーディングを行うので、形成したマスクROMのメモリセルの寸法を小さくでき、メモリの高集積化を実現しやすい利点がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の拡散方式によりマスクROMを形成する場合、データのコーディングはポリシリコン層を成層した工程で行うので、コーディング後マスクROMを形成されるまでにさらに多くの工程を要し、製造工程のサイクルタイムが長いという不利益がある。
【0013】
これに対して、コンタクト方式またはビアコンタクト方式によりマスクROMを形成する場合、データのコーディングは、金属配線層を形成する工程の前に行うので、コーディングデータを入手するまでに、ポリシリコン層およびそのさらに上の層、例えば、三層金属配線プロセスであれば第1または第2の金属層まで製造工程を済ますことができ、製造工程のサイクルタイムが拡散方式に較べて、大幅に短縮できる利点がある。実際に、コンタクトまたはビアコンタクト方式によるマスクROMの製造サイクルタイムは、拡散方式による製造サイクルタイムの、例えば、1/10〜1/5である。
【0014】
しかし、コンタクトまたはビアコンタクト方式では、サイクルタイムを短縮できる反面、拡散方式に較べて、メモリセルあたりのチップ占有面積が大きく、即ち、集積度が低く、同じ容量のマスクROMではチップ面積が大きいという不利益がある。
【0015】
このため、一般的には、例えば、高集積度が要求された場合に、拡散方式を採用すると、製造サイクルタイムが長く、生産効率の面では不利になる。逆に、製造サイクルタイムの短縮が要求され、集積度に対してある程度の許容がある場合に、コンタクトまたはビアコンタクト方式が採用される。
上記を踏まえて、拡散型とコンタクトおよびビアコンタクト型マスクROMの双方の利点を持ち合わせた高性能なマスクROM、即ち、製造サイクルタイムを短縮でき、且つ高集積度を実現できるマスクROMが望まれている。
【0016】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メモリセル面積の増加を最小限に抑制でき、製造サイクルタイムを短縮できるマスクROMを提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のマスクROMは、第1のノードと第2のノードとの間にコンタクトを形成するか否かによって所定のデータを記憶し、読み出し時に上記コンタクトの有無に応じてビット線電位を設定し、当該ビット線電位に応じた記憶データが読み出されるメモリセルを有するマスクROMであって、
複数の上記メモリセルを行列状に配置してなるメモリセルアレイと、
上記メモリセルアレイの各列毎に配線されている複数本のビット線と、
上記メモリセルアレイの各行毎に配線されている複数本のワード線と、
制御電極が上記ワード線に接続され、共通電位がそれぞれ印加される第1の信号線と第2の信号線との間に上記各ワード線毎に直列に接続され、上記ワード線電位に応じてオン/オフ状態が制御される複数のトランジスタと、
を有し、
上記第1の信号線と上記第2の信号線との間に直列に接続されるトランジスタの数が3以上であり、
同一のワード線に接続される複数のトランジスタにおいて隣り合う上記トランジスタの拡散層が共通の接続ノードとして構成され、当該接続ノードが上記各メモリセルの上記第1のノードに接続され、上記メモリセルの上記第2のノードが上記メモリセルアレイの各列毎に配線されている上記ビット線に接続して構成されている。
【0018】
また、本発明では、好適には上記ワード線は、ポリシリコン層によって形成され、上記ビット線は、上記ポリシリコン層の上に形成されている金属配線層によって形成され、上記金属配線層と上記各トランジスタ間の上記接続ノード間に、上記各メモリセルの記憶データに応じて、コンタクトが形成されている。
【0019】
また、本発明では、好適には読み出し時に、選択ビット線は所定のプリチャージ電位に保持され、非選択ビット線は上記プリチャージ電位より低い電位、例えば、接地電位に保持されている。選択ワード線は制御電極が当該選択ワード線に接続されているトランジスタが導通しうる読み出し電位に保持され、非選択ワード線は上記読み出し電位より低い電位、例えば、接地電位に保持されている。
【0020】
本発明の第2のマスクROMは、第1のノードと第2のノードとの間にコンタクトを形成するか否かによって所定のデータを記憶し、読み出し時に上記コンタクトの有無に応じてビット線電位を設定し、当該ビット線電位に応じた記憶データが読み出されるメモリセルを有するマスクROMであって、第1の電位設定ノードと第2の電位設定ノードとの間にN(Nは3以上の整数)個のノードが2列に配置され、同一列における隣り合う各ノードの間及び2列の間における隣り合う各ノード間にそれぞれ形成されている複数のトランジスタと、上記各トランジスタの制御電極に共通に接続されているワード線とを有するメモリセル行を有し、上記第1の電位設定ノードと第2の電位設定ノードとが共通電位に接続され、上記N個のノードが上記各メモリセルの上記第1のノードにそれぞれ接続され、上記各メモリセルの上記第2のノードがそれぞれN本のビット線に接続されている。
【0021】
本発明によれば、接地電位間に配置されている複数のノードにおいて、隣り合うノード間に接続されているトランジスタを複数形成し、これらのトランジスタの制御電極が同一のワード線、例えば、ポリシリコン層からなるワード線に共通に接続し、上記各ノードがROMのメモリセルを介して、例えば、ポリシリコン層の上に形成されている金属配線層からなるビット線に接続されている。
【0022】
各メモリセルにおいて、書き込みデータに応じたコーディング工程により、コンタクトを形成するかしないかが決定されるので、読み出し時に、選択ビット線が所定のプリチャージ電位に保持してから、上記ワード線に読み出し電圧を印加することにより、上記複数のノードがともに接地電位に保持され、選択メモリセルの記憶データ、即ちコンタクトの有無に応じて、ビット線電位がプリチャージ電位に保持されたり、接地電位にディスチャージされたりして、ビット線電位がそれに接続されているセンスアンプによって検出され、検出結果に応じて選択メモリセルの記憶データが読み出される。
この結果、マスクROMの製造サイクルタイムを短縮でき、且つ高集積度化を実現できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
第1実施形態図1は本発明に係るマスクROMの第1の実施形態を示す回路図であり、本発明のマスクROMの等価回路図である。図示のように、本実施形態のマスクROMは、平行して配置されているワード線WL0,WL1,WL2,WL3および上記ワード線と交差して配置されているビット線BL0,BL1,BL2,BL3を有し、これらのワード線とビット線との交差点にビアコンタクトの有無により格納データ(コードともいう)が設定されるメモリセルM00,M01,…,M03,…,M30,M31,…,M33がマトリクス状に配置されて構成されている。さらに、ゲートが各ワード線に接続され、ソースとドレイン拡散層がそれぞれ隣接して配線されている各ビット線にメモリセルを介して接続されている複数のトランジスタQ00,Q01,…,Q04,…,Q30,Q31,…,Q34が形成されている。
【0024】
また、4本のビット線おきに一本の接地線が配線されている。例えば、ビット線BL0に隣接して接地線GL0が配線され、ビット線BL3に隣接して接地線GL1が配線されている。これに応じて、例えば、トランジスタQ00,Q10,Q20およびQ30の一方の拡散層は、接地線GL0に接続され、他方の拡散層は、メモリセルM 00 ,M 01 ,M 02 およびM 03 を介してビット線BL0に接続されている。同様に、トランジスタQ04,Q14,Q24およびQ34の一方の拡散層はビット線BL3に接続され、他方の拡散層は接地線GL1に接続されている。
【0025】
なお、図1に示すマスクROMの例では、それぞれ4本のワード線と4本のビット線が設けられているが、実際のマスクROMではこれに限定されず、一つのROMブロックとして、例えば、256本のワード線と16本のビット線からなる4kb(キロビット)のメモリブロックを構成することもできる。
【0026】
上述のように、本例のマスクROMにおいては、ビアコンタクト(以下、単にビアという)の有無により格納データが決定されるメモリセルM00,M01,…,M03,…,M30,M31,…,M33が設けられている。
例えば、図示のように、ビット線BL0とトランジスタQ00,Q01の拡散層の接続点(ノードND00と表記する)との間にビアが接続されている。これに応じて、ビット線BL0とノードND00に電気経路が形成され、バイアス状態に応じて、ビット線BL0とノードND00間に電流が流れることが可能である。
一方、トランジスタQ01とQ02の拡散層間の接続点をノードND01とすると、ビット線BL1とノードND01間にビアが形成されておらず、バイアス条件に関わらずビット線BL1とノードND01間に電流が流れることができない。
【0027】
図示のように、その他に、例えば、ビット線BL0とノードND10間に、ビット線BL1とノードND31間に、ビット線BL2とノードND22間に、さらにビット線BL3とノードND03間にそれぞれビアが形成されている。
【0028】
このように、本実施形態のマスクROMでは、ビアコンタクト方式によりマスクROMを形成するので、製造サイクルタイムの短縮を図ることができる。例えば、ポリシリコン層またはその上にある第1或いは第2の金属配線層を成層するまでの工程を予め行っておいて、メモリセルの書き込みデータを入手してから残りの工程を行い、データコーディングした上、マスクROMを形成するので、従来の拡散型マスクROMに較べて、製造サイクルタイムを大幅に短縮できる。
【0029】
以下、図1を参照しつつ、本実施形態のマスクROMの読み出し動作について説明する。
読み出し時に、まず、図示していないカラムデコーダ(Column decoder)により、カラムアドレスで指定したメモリ列(Column)が選択され、それに応じてビット線がイコライズされ、例えば、所定の電位にプリチャージされる。さらに、例えば、ローデコーダ(Row decoder)により、ローアドレスで指定したメモリ行(Row)が選択され、それに応じたワード線に読み出し電圧、例えば、ハイレベルの電圧が印加される。
なお、選択されていないワード線およびビット線はローレベル、例えば、接地電位GNDに保持される。
【0030】
ここで、例えば、カラムデコーダによりビット線BL0がイコライズされ、プリチャージされている。その後、ローデコーダによりワード線WL0が選択され、ハイレベルの読み出し電位が印加される。ここで、読み出し電位は、例えば、マスクROMを構成したトランジスタQ00,Q01,…,Q04,…,Q30,Q31,…,Q34を十分導通させうるレベルの電位に設定されている。
【0031】
これに応じてワード線WL0に接続されているトランジスタQ00,Q01,…,Q04がすべて導通状態に保持され、その結果、ノードND00,ND01,ND02およびND03が接地電位GNDに保持される。上記のようにビット線BL0とノードND00間にビアが形成されているので、ビット線BL0がディスチャージされ、その電位が低下し接地電位GNDに達していく。
【0032】
ビット線BL0の電位は、当ビット線に接続されているセンスアンプにより検出され、検出結果に応じたデータが出力される。ここで、例えば、ビット線BL0のローレベルの電位に応じて、読み出しデータ“0”が出力される。即ち、ビット線BL0とノードND00間にビアを形成することにより、メモリセルM00の格納データは“0”に設定される。
【0033】
次に、カラムデコーダにより、例えば、ビット線BL1がイコライズされ、プリチャージされる。その後、ローデコーダによりワード線WL0が選択され、ハイレベルの読み出し電位が印加される。これに応じてワード線WL0に接続されているトランジスタQ00,Q01,…,Q04がすべて導通状態に保持され、ノードND00,ND01,ND02およびND03が接地される。
ビット線BL1とノードND01間にビアが形成されていないので、ビット線BL1のプリチャージ電位がほぼそのまま保持される。センスアンプによりビット線BL1の電位が検出され、検出結果に応じたデータが出力される。ここで、例えば、ビット線BL1のプリチャージレベルの電位に応じて、読み出しデータ“1”が出力される。即ち、ビット線BL1とノードND01間にビアを形成しないことにより、メモリセルM01の格納データは“1”に設定される。
【0034】
上記同様に、ビット線とワード線を選択することにより、任意のメモリセルの格納データを読み出すことができる。
【0035】
なお、ビアの形成はマスクROMの製造工程において、例えば、フォトレジスト膜のパターンに応じて決定される。即ち、マスクROMに記憶すべきデータに応じて予めフォトレジスト膜のパターンが設計され、このフォトレジスト膜を用いた製造工程により、所定の領域にビアを形成するかしないかが決定される。これによって所望のデータがマスクROMに書き込まれる。
【0036】
図2は本実施形態のマスクROMの構造を示す簡略断面図である。
図2において、1はp- 基板またはp- ウェル、2_1,2_2,2_3,2_4,2_5,2_6はn+ 拡散層、3_1,3_2,3_3,3_4,3_5は絶縁膜、4_1,4_2,4_3,4_4,4_5はポリシリコン膜、5_1,5_2,5_3,5_4,5_5,5_6は第1金属配線層、6_1,6_2,6_3,6_4,6_5,6_6は第2金属配線層、10 1,10_2,10 5および10_6はビアをそれぞれ示している。
【0037】
絶縁膜3_1,3_2,3_3,3_4,3_5は、例えば、シリコン酸化膜により構成され、ビア10 1,10_2,10 5および10_6は、例えば、金属配線層を形成する金属と同じ材料により形成されている。
【0038】
なお、図2は、例えば、図1に示すマスクROMの一行分を示している。
ポリシリコン膜4_1,4_2,4_3,4_4および4_5、絶縁膜3_1,3_2,3_3,3_4および3_5、さらにこれらの膜の両側の下部基板に形成されているn+ 拡散層により、それぞれnチャネルMOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタという)が形成されている。ポリシリコン膜はnMOSトランジスタのゲートを構成し、絶縁膜はそのトランジスタのゲート絶縁膜(ゲート酸化膜ともいう)を構成し、基板1に形成したn+ 拡散層はそれぞれnMOSトランジスタのソースおよびドレインを構成している。
【0039】
n+ 拡散層2_1,2_2,2_3,2_4,2_5および2_6はそれぞれビアを介して、第1金属配線層5_1,5_2,5_3,5_4,5_5および5_6に接続されている。
さらに、n+ 拡散層2_1および2_6はそれぞれに接続されている第1金属配線層5_1および5_6を介して接地されている。
【0040】
ポリシリコン膜4_1,4_2,4_3,4_4および4_5は、図示しない配線に共通に接続され、この配線によりワード線が構成されている。
第2金属配線層6_2,6_3,6_4および6_5は、それぞれビット線BL0,BL1,BL2およびBL3を形成しており、ビット線BL0,BL3は第1と第2金属配線層の間に形成されているビア10 2,10 5を介して、n+ 拡散層2_2,2_5にそれぞれ接続されている。
【0041】
上述のように、ビアを形成するか否かは、製造工程に用いられたフォトレジスト膜のパターンにより決定される。ビアの有無に応じて、データの“0”まはた“1”の何れかがマスクROMのメモリセルに格納される。読み出し時に、ビアの有無に応じてビット線電位がプリチャージレベルまたはプリチャージレベルより低いレベル、例えば、接地電位GNDレベルに保持され、センスアンプを用いてビット線電位を検出することにより、マスクROMのメモリセルの記憶データが読み出される。
【0042】
図3は、本実施形態のマスクROMの他の構成例を示す簡略断面図である。
本例のマスクROMは、図2に示すマスクROMに対して、第3金属配線層7_2,7_3,7_4,7_5を加えた構造となっている。
第3金属配線層を除けば、他の構成部分は図2に示すマスクROMとほぼ同じであるので、図3では、図2と同じ構成部分を同様な符号を用いて表記する。
【0043】
以下、主に本例のマスクROMと図2に示すマスクROMの異なる点について説明する。
図3に示すように、第1金属配線層5_1,…,5 6と第2金属配線層6_1,…,6 6との間に、それぞれビア10_1,…,10 6が形成されている。さらに、第2金属配線層6_2と第3金属配線層7_2との間に、ビア11_2が形成されており、第2金属配線層6_5と第3金属配線層7_5との間に、ビア11_5が形成されている。
なお、これらのビアは、例えば、第1、第2および第3金属配線層を接続し易い材料により形成されている。
【0044】
第2金属配線層6_1および6_6は、例えば、接地電位GNDに保持されている。このため、基板1にあるn+ 拡散層2_1は、第1金属配線層5_1および第2金属配線層6_1を介して接地され、同様に、n+ 拡散層2_6は、第1金属配線層5_6および第2金属配線層6_6を介して接地されている。
【0045】
図3は、図2と同じく、例えば、図1に示すマスクROMの一行分を示している。
ポリシリコン膜4_1,4_2,4_3,4_4および4_5、絶縁膜3_1,3_2,3_3,3_4および3_5、さらにこれらの膜の両側の下部基板に形成されているn+ 拡散層により、それぞれnMOSトランジスタが形成されている。ポリシリコン膜はnMOSトランジスタのゲートを構成し、絶縁膜はそのトランジスタのゲート絶縁膜を構成し、基板1に形成されたn+ 拡散層はそれぞれnMOSトランジスタのソースおよびドレインを構成している。
【0046】
n+ 拡散層2_1,2_2,2_3,2_4,2_5および2_6はそれぞれビアを介して、第1金属配線層5_1,5_2,5_3,5_4,5_5および5_6に接続されている。
さらに、n+ 拡散層2_1および2_6はそれぞれに接続されている第1金属配線層5_1および5_6、ビア10_1、10_6および第2金属配線層6_1および6_6を介して接地されている。
【0047】
ポリシリコン膜4_1,4_2,4_3,4_4および4_5は、図示しない配線に共通に接続され、この配線によりワード線が構成されている。
第3金属配線層7_2,7_3,7_4および7_5は、それぞれビット線BL0,BL1,BL2およびBL3を形成しており、ビット線BL0,BL3は第1、第2および第3金属配線層の間に形成されているビア11_2,11 5を介して、n+ 拡散層2_2,2_5にそれぞれ接続されている。
【0048】
また、図2に示すマスクROM例と同じように、金属配線層間にビアを形成するか否かは、製造工程に用いられたフォトレジスト膜のパターンにより決定される。ビアの有無に応じて、データの“0”まはた“1”の何れかがマスクROMのメモリセルに格納される。読み出し時に、ビアの有無に応じてビット線電位がプリチャージレベルまたはプリチャージレベルより低いレベル、例えば、接地電位GNDレベルに保持され、センスアンプを用いてビット線電位を検出することにより、マスクROMのメモリセルの記憶データが読み出される。
【0049】
以上説明のように、金属配線層が2層または3層を有するマスクROMは、構造上の違いを除けば、ほぼ同じ機能および動作を有することが推察できる。
なお、金属配線層の数は、例えば、マスクROMの周辺回路を形成するために必要な金属配線層の数などによって決定される。実際のマスクROMにおいては、金属配線層の数は、上述した2層または3層に限定されることなく、それ以上複数の金属配線層を設けることも可能である。
【0050】
図4は図1に示すマスクROMの読み出し時の等価回路を示している。
なお、ここで、例えば図1に示すワード線WL0に接続されている一行のメモリセルM00,M01,M02,M03における読み出し動作を例に、それぞれのビット線BL0,BL1,BL2,BL3に対して読み出しを行う時の等価回路を同図(a)〜(d)で示しているものである。
【0051】
図4(a)は、例えば、メモリセルM00においてビアが形成されている場合、読み出し時、ビット線BL0から見た等価回路を示している。
図示のように、ビット線BL0と接地電位GNDとの間に、ゲートがともにワード線WL0に接続されている5つのトランジスタQ00,Q01,Q02,Q03,Q04が接続されている。
【0052】
トランジスタQ00はビット線BL0と接地電位GNDとの間に接続されており、トランジスタQ01,Q02,Q03,Q04がビット線BL0と接地電位GND間に直列に接続されている。
トランジスタQ01とQ02との間にビット線BL1が接続され、トランジスタQ02とQ03との間にビット線BL2が接続され、さらに、トランジスタQ03とQ04との間にビット線BL3が接続されている。なお、読み出し時にこれらの非選択ビット線は、例えば、接地電位GNDに保持されている。
【0053】
図4(b)は、例えば、メモリセルM01においてビアが形成されている場合、読み出し時、ビット線BL1から見た等価回路を示している。
図示のように、ビット線BL1と接地電位GNDとの間に、ゲートがともにワード線WL0に接続されている5つのトランジスタQ00,Q01,Q02,Q03,Q04が接続されている。
【0054】
トランジスタQ01,Q00がビット線BL1と接地電位GND間に直列に接続されており、また、トランジスタQ02,Q03,Q04はビット線BL1と接地電位GND間に直列に接続されている。
トランジスタQ01とQ00との間にビット線BL0が接続され、トランジスタQ02とトランジスタQ03との間にビット線BL2が接続され、さらに、トランジスタQ03とQ04との間にビット線BL3が接続されている。読み出し時に、これらの非選択ビット線は、接地電位GNDに保持されている。
【0055】
図4(c)は、例えば、メモリセルM02においてビアが形成されている場合、読み出し時、ビット線BL2から見た等価回路を示している。
図示のように、ビット線BL2と接地電位GNDとの間に、ゲートがともにワード線WL0に接続されている5つのトランジスタQ00,Q01,Q02,Q03,Q04が接続されている。
【0056】
トランジスタQ02,Q01,Q00がビット線BL2と接地電位GND間に直列に接続されており、また、トランジスタQ03,Q04はビット線BL2と接地電位GND間に直列に接続されている。
トランジスタQ02とQ01との間にビット線BL1が接続され、トランジスタQ01とQ00との間にビット線BL0が接続され、さらに、トランジスタQ03とQ04との間にビット線BL3が接続されている。読み出し時に、これらの非選択ビット線は、接地電位GNDに保持されている。
【0057】
図4(d)は、例えば、メモリセルM03においてビアが形成されている場合、読み出し時、ビット線BL3から見た等価回路を示している。
図示のように、ビット線BL3と接地電位GNDとの間に、ゲートがともにワード線WL0に接続されている5つのトランジスタQ00,Q01,Q02,Q03,Q04が接続されている。
【0058】
トランジスタQ04はビット線BL3と接地電位GNDとの間に接続されており、トランジスタQ00,Q01,Q02,Q03がビット線BL3と接地電位GND間に直列に接続されている。
トランジスタQ03とQ02との間にビット線BL2が接続され、トランジスタQ02とQ01との間にビット線BL1が接続され、さらにトランジスタQ01とQ00との間にビット線BL0が接続されている。読み出し時に、これらの非選択ビット線は接地電位GNDに保持されている。
【0059】
上述した等価回路で示すように、ビット線BL0,BL1,BL2またはBL3の何れかに対して読み出しを行う場合には、読み出しビット線の配置に応じて読み出し時にのディスチャージ電流の等価抵抗のバラツキが低く抑えられている。
例えば、図4(a)および(d)に示す等価回路例では、ディスチャージ電流が流れる経路の等価抵抗は、直列に接続されている4つのトランジスタと1つのトランジスタが並列に接続されている抵抗に等価する。トランジスタの導通抵抗をすべて同じくRとすると、この場合の等価抵抗は、0.8Rである。また、同図(b)および(c)に示す等価回路では、ディスチャージ電流が流れる経路の等価抵抗は、直列に接続されている2つのトランジスタと直列に接続されている3つのトランジスタが並列に接続されている抵抗に等しい。この場合の等価抵抗は、各トランジスタの導通抵抗をRとすると、1.2Rである。
【0060】
即ち、何れかのビット線に対して読み出しを行う場合のディスチャージ電流が流れる経路の等価抵抗は、ほぼ同じまたは近い値に保持されており、読み出しビット線の配置位置に応じてディスチャージ電流が流れる経路の等価抵抗の変化が抑制され、読み出し動作の安定性の向上を実現できる。
【0061】
以上説明したように、本実施形態によれば、異なる金属配線層の間にビアコンタクトを形成するか否かに応じて記憶データがコーディングされる複数のROMメモリセルを行列状に配置してメモリセルアレイを形成し、同じ行のメモリセルを一本のワード線に接続し、同じ列のメモリセルを一本のビット線に接続し、さらに各メモリセル行においてゲートがその行に対応するワード線に接続され、拡散層が隣のものの拡散層に接続されているトランジスタを配置する。読み出し時に、選択ビット線を所定の電位にプリチャージし、選択ワード線をアクティブ状態に設定することにより、選択行にある各トランジスタを導通状態に設定し、選択メモリセルのビアコンタクトの有無に応じてビット線電位を設定し、ビット線電位に応じて選択メモリセルの記憶データを読み出すので、読み出し時にビット線ディスチャージ抵抗のバラツキを低減でき、高速で且つ安定した読み出しが得られ、さらにビアコンタクト方式を採用することにより製造サイクルタイムの短縮が図れる。
【0062】
第2実施形態
図5は本発明に係るマスクROMの第2の実施形態を示す図であり、マスクROMのレイアウトを示す図である。
図5において、2_1,2_2,2_3,2_4,2_5,2_6,2_7および2_8はn+ 拡散層、12はポリシリコン層、13_1,13_2,13_3,13_4,13_5,13_6,13_7および13_8はコンタクト孔をそれぞれ示している。
【0063】
n+ 拡散層2_1,2_2,2_3,2_4,2_5,2_6,2_7および2_8は基板の一主面に形成されている。さらに各n+ 拡散層の上に、コンタクト孔13_1,13_2,13_3,13_4,13_5,13_6,13_7および13_8が形成されている。
各コンタクト孔13_1,13_2,13_3,13_4,13_5,13_6,13_7および13_8にビアが形成され、それぞれのビアを介して、各n+ 拡散層は、ポリシリコン層12の上に成層された第1の金属配線層(図示せず)に接続されている。
また、第1金属配線層の上にさらに第2の金属配線層が成層される。なお、マスクROMの周辺回路の構造および製造工程などに応じて、第2の金属配線層の上にさらに第3の金属配線層が成層されることがある。
【0064】
ポリシリコン層12により、ワード線が形成され、さらにその上に形成されている第2または第3の金属配線層により、ビット線が形成されている。ビット線を形成する金属配線層と第1の金属配線層間にビアを形成するか否かによって、データのコーディングが行われる。
【0065】
図6は図5に示すマスクROMの等価回路を示している。
図示のように、図5のマスクROMは接地ノードNDG0とNDG1との間に配置されている複数のノードND0〜ND7の間に接続されている複数のトランジスタQ1〜Q17により構成された回路によって等価的に表示される。
【0066】
各ノード間にそれぞれトランジスタが接続されている。例えば、接地ノードNDG0とノードND0間にトランジスタQ1が接続され、接地ノードNDG0とノードND1間にトランジスタQ2が接続され、ノードND0とノードND1間にトランジスタQ3が接続されている。
同様に他の隣り合うノード間に、それぞれトランジスタが接続されている。さらに、これらのトランジスタQ1〜Q17のゲートは、ともにワード線WLに接続されている。
【0067】
このため、ワード線WLの電位に応じて、これらのすべてのトランジスタのオン/オフ状態が制御される。これらのトランジスタがオン状態に保持されているとき、各ノードND0〜ND7は接地ノードNDG0およびNDG1と同電位、即ち、接地電位GNDに保持される。
【0068】
なお、図6の等価回路においては、ワード線WLは、図5に示すレイアウト図のポリシリコン12により構成され、接地ノードNDG0,NDG1を含む各ノードは、例えば、図5に示すコンタクト孔により構成されている。
即ち、図6の等価回路において、各ノードND0〜ND7はビアを介して、それぞれビット線に接続されている。
【0069】
本実施形態のマスクROMの読み出し動作は、前述した本発明の第1の実施形態のマスクROMとほぼ同様である。以下、それについて簡単に説明する。
読み出し時に、まず、選択ビット線が所定の電位にプリチャージされる。非選択ビット線は、当該プリチャージ電位より低い電位、例えば、接地電位GNDに保持される。そして、選択ワード線にハイレベルの電圧、例えば、電源電圧VCCレベルの読み出し電圧が印加される。これに応じて、当該選択ワード線に接続されている複数のトランジスタがすべてオン状態に保持されるので、選択メモリセルが接続されているノードが接地電位に保持される。
【0070】
メモリセルにおいては、上述のようにコーディング工程において、記憶データに応じてビアコンタクトが形成されているので、それに応じてビット線電位が設定される。例えば、選択メモリセルにビアコンタクトが形成されている場合に、選択ビット線が形成されたビアコンタクトを介して接地電位GNDに接続されるので、当該選択ビット線がディスチャージされ、例えば、接地電位GNDに保持される。一方、選択メモリセルにビアコンタクトが形成されていない場合に、選択ビット線がディスチャージされることなく、ビット線電位がほぼプリチャージ電位に保持されている。
【0071】
ビット線に接続されているセンスアンプによって、ビット線電位が検出され、当該センスアンプの検出結果に応じて選択メモリセルの記憶データが読み出される。
【0072】
以上説明したように、本実施形態によれば、接地ノード間に配置されている複数のノードにおいて、隣り合うノード間にトランジスタを形成し、これらのトランジスタのゲートを一本のワード線に共通に接続し、且つ上記接地ノードを除き他の各ノードがそれぞれメモリセルを介してビット線に接続されている。各メモリセルはそれぞれの記憶データに応じてビアコンタクトが形成されるので、読み出し時に選択メモリセルにビアコンタクトの有無に応じて選択ビット線の電位が設定され、ビット線電位に応じて選択メモリセルの記憶データが読み出すことができる。
【0073】
本実施形態では、上述した本発明の第1の実施形態と同様に、コンタクトまたはビアコンタクト方式によりマスクROMを製造することによって、製造サイクルタイムの短縮が図れる。また、本実施形態においてはメモリセルのレイアウト上の構成を工夫することにより、集積度の向上を実現でき、例えば、従来の拡散方式メモリセルとほぼ同程度の集積度でマスクROMを形成することが実現できる。
【0074】
さらに、図6の等価回路に示すように、本実施形態のマスクROMにおいて、読み出し時に選択メモリセルに接続されているノードと接地ノード間に、複数のパスが形成されている。このため、選択ビット線がディスチャージする場合の等価抵抗が低くなり、ビット線のディスチャージが高速になる。この結果、読み出し速度の向上が実現できる。
なお、一本のワード線上に複数のトランジスタが接続されたことによって、読み出し時、従来のコンタクトまたはビアコンタクト方式のマスクROMに較べて、ワード線負荷が増大することが考えられるが、ワード線ドライバーの駆動能力をそれに応じて向上させることで対応できる。または、読み出し時にワード線ドライバーを同時に駆動するワード線が選択ワード線の一本のみであるので、メモリセルアレイの構造を工夫することによって、ワード線負荷の増加がわずかで済む。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマスクROMによれば、コンタクトまたはビアコンタクト方式でマスクROMを形成することによって、製造サイクルタイムを従来の拡散方式より大幅に短縮できる利点がある。
さらに、本発明によって、マスクROMの集積度の向上が図れ、従来の拡散方式のマスクROMとほぼ同等の面積でマスクROMを形成でき、メモリチップ面積の縮小とコストの低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマスクROMの第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】2層の金属配線層を有するマスクROMの構造を示す簡略断面図である。
【図3】3層の金属配線層を有するマスクROMの構造を示す簡略断面図である。
【図4】マスクROMの第1の実施形態における読み出し時の等価回路である。
【図5】本発明に係るマスクROMの第2の実施形態を示す回路図である。
【図6】第2の実施形態のマスクROMの等価回路である。
【図7】従来の拡散方式マスクROMの構造を示す簡略断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2_1,2_2,2_3,2_4,2_5,2_6,2_7,2_8…n+ 拡散層、3_1,3_2,3_3,3_4,3_5…絶縁膜、4_1,4_2,4_3,4_4,4_5…ポリシリコン膜、5_1,5_2,5_3,5_4,5_5,5_6…第1金属配線層、6_1,6_2,6_3,6_4,6_5,6_6…第2金属配線層、7_1,7_2,7_3,7_4,7_5,7_6…第3金属配線層、10_1,10_2,10_6,11_2,11_6…ビア、12…ポリシリコン層、13_1,13_2,13_3,13_4,13_5,13_6,13_7,13_8…コンタクト孔、WL0,WL1,WL2,WL3…ワード線、BL0,BL1,BL2,BL3…ビット線、M00,M01,…,M03,…,M30,M31,…,M33…メモリセル、Q00,Q01,…,Q04,…,Q30,Q31,…,Q34…トランジスタ、VCC…電源電圧、GND…接地電位。
Claims (15)
- 第1のノードと第2のノードとの間にコンタクトを形成するか否かによって所定のデータを記憶し、読み出し時に上記コンタクトの有無に応じてビット線電位を設定し、当該ビット線電位に応じた記憶データが読み出されるメモリセルを有するマスクROMであって、
複数の上記メモリセルを行列状に配置してなるメモリセルアレイと、
上記メモリセルアレイの各列毎に配線されている複数本のビット線と、
上記メモリセルアレイの各行毎に配線されている複数本のワード線と、
制御電極が上記ワード線に接続され、共通電位がそれぞれ印加される第1の信号線と第2の信号線との間に上記各ワード線毎に直列に接続され、上記ワード線電位に応じてオン/オフ状態が制御される複数のトランジスタと、
を有し、
上記第1の信号線と上記第2の信号線との間に直列に接続されるトランジスタの数が3以上であり、
同一のワード線に接続される複数のトランジスタにおいて隣り合う上記トランジスタの拡散層が共通の接続ノードとして構成され、当該接続ノードが上記各メモリセルの上記第1のノードに接続され、上記メモリセルの上記第2のノードが上記メモリセルアレイの各列毎に配線されている上記ビット線に接続して構成されているマスクROM。 - 上記ワード線がポリシリコン層によって形成され、上記ビット線が上記ポリシリコン層の上に形成されている金属配線層によって形成されている
請求項1に記載のマスクROM。 - 上記金属配線層と上記各トランジスタの共通接続ノードとの間に、上記メモリセルの記憶データに応じてコンタクトが形成されている
請求項2に記載のマスクROM。 - 上記ワード線がポリシリコン層によって形成され、上記ポリシリコン層の上に第1の金属配線層と第2の金属配線層とがそれぞれ形成され、上記第1の金属配線層と上記各トランジスタの共通接続ノードとの間にコンタクトが形成され、上記ビット線が上記第2の金属配線層により形成されている
請求項1に記載のマスクROM。 - 上記第1の金属配線層と上記第2の金属配線層との間に、上記各メモリセルの記憶データに応じてコンタクトが形成されている
請求項4に記載のマスクROM。 - 上記ワード線がポリシリコン層によって形成され、上記ポリシリコン層の上に第1の金属配線層と第2の金属配線層と第3の金属配線層とがそれぞれ形成され、上記第1の金属配線層と上記各トランジスタの共通接続ノードとの間にコンタクトが形成され、上記ビット線が上記第3の金属配線層により形成されている
請求項1に記載のマスクROM。 - 上記第1の金属配線層と上記第2の金属配線層との間に上記第1の金属配線層と上記第2の金属配線層とを接続するためのコンタクトが形成され、更に、上記第2の金属配線層と上記第3の金属配線層との間に上記各メモリセルの記憶データに応じてコンタクトが形成されている
請求項6に記載のマスクROM。 - 読み出し時に、選択ビット線が所定のプリチャージ電位に保持され、非選択ビット線が接地電位に保持される
請求項1に記載のマスクROM。 - 読み出し時に、選択ビット線が所定のプリチャージ電位に保持され、非選択ビット線がプリチャージ電位より低い共通電位に保持される
請求項1に記載のマスクROM。 - 読み出し時に、選択ワード線が上記トランジスタがオン状態となる読み出し電位に保持され、非選択ワード線が接地電位に保持される
請求項1に記載のマスクROM。 - 読み出し時に、選択ワード線が上記トランジスタがオン状態となる読み出し電位に保持され、非選択ワード線が読み出し電位より低い共通電位に保持される
請求項1に記載のマスクROM。 - 第1のノードと第2のノードとの間にコンタクトを形成するか否かによって所定のデータを記憶し、読み出し時に上記コンタクトの有無に応じてビット線電位を設定し、当該ビット線電位に応じた記憶データが読み出されるメモリセルを有するマスクROMであって、
第1の電位設定ノードと第2の電位設定ノードとの間にN(Nは3以上の整数)個のノードが2列に配置され、同一列における隣り合う各ノードの間及び2列の間における隣り合う各ノード間にそれぞれ形成されている複数のトランジスタと、上記各トランジスタの制御電極に共通に接続されているワード線とを有するメモリセル行を有し、
上記第1の電位設定ノードと第2の電位設定ノードとが共通電位に接続され、
上記N個のノードが上記各メモリセルの上記第1のノードにそれぞれ接続され、
上記各メモリセルの上記第2のノードがそれぞれN本のビット線に接続されている
マスクROM。 - 上記メモリセル行が複数配置され、各メモリセル行のi(i=1, 2, …, N)番目のメモリセルの上記第2のノードがそれぞれi本目のビット線に接続されている
請求項12に記載のマスクROM。 - 上記ワード線がポリシリコン層によって形成され、上記ビット線が上記ポリシリコン層の上に形成されている金属配線層によって形成されている
請求項12に記載のマスクROM。 - 第1の方向に延在する第1の導電層と、上記第1の方向において所定の間隔を置いて上記第1の導電層から上記第1の方向に直交する第2の方向において反対方向に交互にそれぞれ延びる複数の第2の導電層とを有し、
上記第1の導電層および上記第2の導電層が上記トランジスタの制御電極として機能し、
隣り合う上記第2の導電層の間に上記トランジスタのノードとしての共通拡散層が形成されている
請求項12に記載のマスクROM。
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