JP4114652B2 - 強誘電体メモリ - Google Patents
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Description
また、強誘電体メモリにおいても、他のDRAM(daynamic random access memory)等の半導体装置と同様にその微細化、高集積化が進みつつある。例えば、特許文献1や非特許文献1には、プレーナ型のFeRAMが記載されているが、微細化、高集積化の観点では、プレーナ型よりもスタック型の方が優れている。このような事情から、近年では、スタック型のFeRAMも急速に普及しつつある。
しかしながら、この構造では、プレート線両側のワード線を同時に選択すると、一本のビット線に対し二つのキャバシタセルを選択してしまうこととなる。そのため、プレート線両側のワード線を異なる行のワード線として使用するか、或いは、プレート線両側のワード線を順番に片方ずつ選択して信号を読み出しする必要があり、通常のFeRAMと比べて、読み出しや書き込み等の処理動作に大きな制約があった。
前記一組のワード線対を同じタイミングで選択制御し、さらに、
前記一の方向に並べられた複数本の共通プレート線を備え、前記一組のワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルのそれぞれの上部電極に1本の共通プレート線が接続され、前記一組のワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルのそれぞれの下部電極にセル選択用トランジスタを介して前記ビット線が接続され、さらに、
前記複数本のワード線を個々に裏打ちする複数本の裏打ち配線を備え、前記複数本の裏打ち配線は前記複数本の共通プレート線と同一配線層に配置されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明の「一の方向」とは例えば平面視で縦方向であり、「他の方向」とは例えば平面視で横方向のことである。本発明では、複数本のワード線を例えば平面視で縦方向に1行、2行、3行、・・というように配置し、複数本のビット線を平面視で横方向に1列、2列、3列・・というように配置している。
また、一組のワード線対を同じタイミングで選択制御することで、1本のビット線に対して1個のキャパシタセルが選択される。そのため、通常の強誘電体メモリと何ら変わらないワード線の選択制御によって、任意のキャパシタセルへの読み出し、書き込み処理が可能である。
〔発明2〕 発明2の強誘電体メモリは、発明1の強誘電体メモリにおいて、複数組の前記ワード線対と、隣り合う一方の組の前記ワード線対と他方の組の前記ワード線対との間で前記他の方向に並べられた複数個の配線パッドと、を備え、隣り合う一方の組の前記ワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルと、他方の組の前記ワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルは、その配置位置が前記複数個の配線パッドの並びを基準に平面視で線対称となっていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、隣り合う一方の組のワード線対をゲート電極とする一方のセル選択用トランジスタと、他方の組のワード線対をゲート電極とする他方のセル選択用トランジスタとの間で、それらのソース又はドレインを共有することができる。従って、キャパシタセルの間隔をさらに縮小することができる。
〔発明3〕 発明3の強誘電体メモリは、発明1又は発明2の強誘電体メモリにおいて、前記複数本のビット線は、前記複数本の裏打ち配線及び前記複数本の共通プレート線よりも上の配線層に配置されていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、ビット線の領域を広く確保することが可能である。
このような構成であれば、配線パッドをスペース効率良く配置することが可能である。
このような構成であれば、共通プレート線の設計の自由度を高めることができる。
(1)第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態に係るFeRAM100の構成例を示す平面図である。図1に示すように、このFeRAM100は、スタック型の強誘電体メモリであり、複数個のキャパシタセル110と、複数本のワード線161及び162と、これらのワード線161又は162をゲート電極とする複数個のセル選択MOSトランジスタ(以下、単にトランジスタという。)170と、複数本のワード裏打ち配線(M1)140と、複数本のプレート線(M1)120と、複数個の配線パッド(M1)150と、複数本のビット線(M2)130等を有する。
図1に戻って、複数本のビット線(M2)130は、層間絶縁膜(図示せず)を介して、これらプレート線(M1)120や配線パッド(M1)150等の上方に形成されており、ワード線161又は162にそれぞれ接続された複数個のキャパシタセル110を各行毎に1個ずつ選択することが可能となっている。各ビット線130は、配線パッド150を介して、各行に含まれる1個のキャパシタセル110の下部電極にそれぞれ接続している。
この第1実施形態では、列方向が本発明の「一の方向」に対応し、行方向が本発明の「他の方向」に対応している。また、プレート線120が本発明の「共通プレート線」に対応している。さらに、例えばn行目のワード線対161及び162が本発明の「隣り合う一方の組の前記ワード線対」に対応し、例えば(n+1)行目のワード線対161及び162が本発明の「他方の組のワード線対」に対応している。そして、FeRAM100が本発明の強誘電体メモリに対応している。
(2)第2実施形態
図3は本発明の第2実施形態に係るFeRAM200の構成例を示す平面図である。図3において、図2(第1実施形態)と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は諸略する。
なお、図3では図示していないが、このFeRAM200においても、ビット線は層間絶縁膜を介して、ワード裏打ち配線/プレート線層の上方に形成されている。そして、これらのビット線は、ワード線対161及び162に対してそれぞれ配置された複数個のキャパシタセル110を各行毎に個々に選択することが可能となっている。即ち、図1に示したように、各行で、1本のビット線は1個のキャパシタセル110の下部電極に接続している。また、各ビット線は、プラグ電極152を介して配線パッド150に接続している。この第2実施形態では、局所配線210が本発明の局所配線に対応している。
(3)第3実施形態
図4は本発明の第3実施形態に係るFeRAM300の構成例を示す平面図である。図4において、図2(第1実施形態)及び図3(第2実施形態)と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は諸略する。
さらに、図4では示していないが、このFeRAM300においても、第1、第2実施形態で説明したFeRAM300と同様に、層間絶縁膜を介してワード裏打ち配線/プレート線層の上方に、複数本のビット線が行方向に並べられている。このような構成であれば、局所配線312よりも下層への水素の拡散を防止することができるので、FeRAM300の形成過程で強誘電体膜が還元されないようにすることができる。この第3実施形態では、局所配線310が本発明の局所配線に対応している。
(4)応用、その他
本発明はFeRAMの配線層を減らすという効果を持つものである。ただしエンベッデッドFeRAMにおいてはロジックLSI部分で多層配線が求められるため、一般論で言えばFeRAMのみ配線層を削減しても効果は小さい。しかしロジック部の規模が小さくロジックで必要な配線層数が2〜3層程度の場合には、FeRAMもそれに見合った配線層数とすることが必要となるため、本発明が有効である。
以上より、単体のFeRAMチップのみならず、FeRAM内蔵ロジックLSI、FeRAM内蔵マイコンといったエンベッデッド用途でも本発明の効果は大きい。
Claims (6)
- 一の方向に並べられた複数本のワード線と、
前記一の方向と交差する他の方向に並べられた複数本のビット線と、
前記一の方向に並べられた複数のキャパシタセル群と、を備え、
隣り合う一対の前記ワード線によって一組のワード線対が構成され、
前記一組のワード線対を構成する各ワード線のうちの一方は、前記複数のキャパシタセル群のうちの一のキャパシタセル群を選択可能とするように配置され、
前記一組のワード線対を構成する各ワード線のうちの他方は、前記複数のキャパシタセル群のうちの他のキャパシタセル群を選択可能とするように配置され、
前記一のキャパシタセル群は、前記他のキャパシタセル群に対して前記他の方向にずれて配置され、
前記複数本のビット線は、前記一のキャパシタセル群又は前記他のキャパシタセル群の中から個々にキャパシタセルを選択可能とするように配置され、
前記一組のワード線対を同じタイミングで選択制御し、さらに、
前記一の方向に並べられた複数本の共通プレート線を備え、
前記一組のワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルのそれぞれの上部電極に1本の共通プレート線が接続され、
前記一組のワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルのそれぞれの下部電極にセル選択用トランジスタを介して前記ビット線が接続され、さらに、
前記複数本のワード線を個々に裏打ちする複数本の裏打ち配線を備え、
前記複数本の裏打ち配線は前記複数本の共通プレート線と同一配線層に配置されていることを特徴とする強誘電体メモリ。 - 複数組の前記ワード線対と、
隣り合う一方の組の前記ワード線対と他方の組の前記ワード線対との間で前記他の方向に並べられた複数個の配線パッドと、を備え、
隣り合う一方の組の前記ワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルと、他方の組の前記ワード線対により選択可能な前記複数個のキャパシタセルは、その配置位置が前記複数個の配線パッドの並びを基準に平面視で線対称となっていることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体メモリ。 - 前記複数本のビット線は、
前記複数本の裏打ち配線及び前記複数本の共通プレート線よりも上の配線層に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の強誘電体メモリ。 - 前記複数個の配線パッドとして、前記一の方向よりも前記他の方向に外形寸法が大きい複数個の配線パッドを備え、
前記複数個の配線パッドは前記複数本の裏打ち配線及び前記複数本の共通プレート線と同一配線層に配置され、
前記隣り合う一方の組のワード線対を構成する各ワード線のうちの一方をゲート電極とする一方のセル選択用トランジスタと、前記他方の組のワード線対を構成する各ワード線のうちの他方をゲート電極とする他方のセル選択用トランジスタとの間で共有されるドレインが前記配線パッドを介して前記ビット線に接続されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の強誘電体メモリ。 - 前記共通プレート線よりも下の配線層に、前記共通プレート線と前記上部電極とを導通させる局所配線を複数本備え、
前記局所配線は前記キャバシタセルの前記上部電極と前記共通プレート線との間に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の強誘電体メモリ。 - 前記局所配線の少なくとも一部は、水素拡散バリア機能を有する導電材料からなることを特徴とする請求項5に記載の強誘電体メモリ。
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