JP4192613B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【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、特に増幅型のメモリにおけるレイアウト構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開昭62−67861号
【特許文献2】
特開平1−255269号
【特許文献3】
特開2002−197857
【0003】
DRAMやフラッシュメモリまたは強誘電体メモリに代表される半導体メモリの微細化、高集積化が急激に進んでいる。これら大容量メモリの最小加工寸法は、6年で約0.5倍となっており、それにともなってメモリセルの面積は1/4になっている。
【0004】
このようにメモリセルが縮小されると、データ記憶に要する蓄積電荷等も小さくなり、十分な信号を得るのが困難になっていく。これに伴って読み出し速度が劣化したり、最悪の場合、誤動作が発生したりする。
このような状況に対し、増幅型と呼ばれるメモリセルが注目されている。これらは特にDRAMにおいて、例えば上記特許文献1,2等に提案されているが、強誘電体メモリやフラッシュメモリ等にも応用が可能である。
【0005】
増幅型メモリの概念図を図14に示す。なお図14は、メモリアレイを構成する1つのメモリユニットMUのみを示している。実際には、このようなメモリユニットMUがビット線BL方向及びワード線WL方向に複数反復配置されてメモリアレイが構成される。
メモリユニットMUは、メモリセルを有する部位であり、メモリセルにおけるデータの記憶状態に応じて異なる信号電位をセンスノードNEに発生させる。例えば上記特許文献1の特開昭62−67861号におけるDRAMの例では、メモリセルとしてセルキャパシタを有する。
【0006】
通常のDRAMではセルキャパシタからの電荷が直接ビット線BLを駆動するが、増幅型では図示するように増幅トランジスタTs、読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwが設けられる。
読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwは、それぞれ読出ワード線WLr、書込ワード線WLwによって制御される。
書込用アクセストランジスタTwは、データ書込時のみに使用され、読出時はオフとされている。即ちセンスノードNEとビット線BLは切り離されている。センスノードNEは増幅トランジスタTsのゲートに接続されている。そしてデータ読出時は読出用アクセストランジスタTrがオンとされ、従って、増幅トランジスタTsがゲートに発生した信号電位に応じてビット線BLを駆動する。センスノードNEの負荷容量はビット線BLに比較して非常に小さいので、メモリユニットMUからの小さな信号電荷で十分な信号電位を発生させることができ、動作マージンや動作速度を大幅に向上させることが可能である。
【0007】
特に本出願人は、上記特許文献3として、微細なセル構造と増幅型を併せ持つ強誘電体メモリを提案している。図15にその回路図を示す。
この場合、メモリユニットMUは複数の強誘電体キャパシタC1〜Cnによって構成されている。各強誘電体キャパシタC1〜Cnは、それぞれ異なるデータを記憶するメモリセルとなる。
各キャパシタC1〜Cnは、それぞれ一端が共通ノード電極(センスノード)NEに接続されている。また各他端は、それぞれプレート線PL1〜PLnに接続されており、各プレート線PL1〜PLnによって制御される。
【0008】
また、それぞれFETによる、読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTw、増幅トランジスタTsが設けられる。
増幅トランジスタTsはディプレッション型のNチャンネルMOS−FETであり、そのゲートは共通ノード電極(センスノード)NEに接続されている。さらにそのソース/ドレインは、一方が定電圧源配線FV(FVは例えば電源電圧Vcc等の配線:以下「定電圧源FV」とも記す)に接続され、他方が読出用アクセストランジスタTrを介してビット線BLに接続されている。
読出用アクセストランジスタTrは、ソース/ドレインの一方が増幅トランジスタTsに接続され、他方がビット線BLに接続される。またゲートは読出ワード線WLrに接続され、従って読出用アクセストランジスタTrは、読出ワード線WLrによってオン/オフ制御される。
書込用アクセストランジスタTrは、ソース/ドレインの一方が共通ノード電極NEに接続され、他方がビット線BLに接続される。またゲートは書込ワード線WLwに接続され、従って書込用アクセストランジスタTwは、書込ワード線WLwによってオン/オフ制御される。
【0009】
各プレート線PL(PL1〜PLn)、各ワード線WL(WLr、WLw)には、それぞれ図示しない駆動回路によって、書込時及び読出時に所定の動作シーケンスに応じた電圧印加が行われる。
【0010】
データ読出時、例えばキャパシタC1からのデータ読出時を例に挙げると、その場合は、読出ワード線WLrを選択し、またプレート線PL2〜PLnを0Vに固定した状態でプレート線PL1を駆動する。
これによってキャパシタC1から共通ノード電極NEに電荷が放出されるが、このとき書込ワード線WLwはオフであり、従って共通ノード電極NEはビット線BLから切断されている。即ちセルキャパシタC1からの電荷は直接ビット線BLを駆動するのではなく、増幅トランジスタTsのゲート電極のみを駆動する。このとき、読出ワード線WLr が選択されていることで読出用アクセストランジスタTrはオンとなっているため、増幅トランジスタTsが、そのゲートの印加電圧に応じてビット線BLを駆動することになる。そして、このようにして駆動されるビット線BLの電位を、図示しないセンスアンプでセンスすることでデータを読み出すことができる。
【0011】
一方、データ書込時においては、書込ワード線WLwが選択され、書込用アクセストランジスタTwがオンとされる。読出用アクセストランジスタTrはオフとなる。すると、共通ノード電極NEはビット線BLと接続されるため、ビット線BLとプレート線をそれぞれ所要の状態に駆動することで、選択された或るキャパシタC(x)に、ビット線BLとプレート線PL(x)の電位差としての適切な電圧が印加され、データが書き込まれる。
【0012】
このような、増幅トランジスタTsを備えた増幅型の半導体メモリでは、データ読出時にキャパシタCがビット線BLを直接駆動する必要が無い。従って小さなキャパシタでも大きな信号を得ることができ、微細化に適している。
さらに、この図15のような構成によれば、各トランジスタTs、Tr、Twを複数ビット(複数のメモリセル)で共有できる上、積層されたキャパシタアレイの下にそれを配置することができるので、面積的なオーバーヘッドも殆ど生じない。
【0013】
図16に、図15の回路に対応する断面構造の一例を示す。
ビット線BLは、図面上左右方向に配設されており、また読出ワード線WLr、書込ワード線WLw、及びプレート線PL1〜PLnは、図面上、奥行き方向に配線されている。
そして共通ノード電極NEと各プレート線PL1〜PLnが強誘電体膜FERを挟んで形成され、この共通ノード電極(センスノード)NEと各プレート線PL1〜PLnの交点における強誘電体膜FERとして各メモリセル(キャパシタC1〜Cn)が形成される。
【0014】
また読出ワード線WLr、書込ワード線WLwが、それぞれ対応する各トランジスタ、即ち読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwのゲート電極を兼ねて配線されている。従って読出ワード線WLr、書込ワード線WLwのそれぞれと、拡散領域(AC)との交差部に、それぞれ読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwが形成されている。
また共通ノード電極NEは、増幅トランジスタTsのゲートSGと、コンタクト部CT1を介して接続される。また共通ノード電極NEは、書込用アクセストランジスタTwの拡散領域と、コンタクト部CT2を介して接続している。
ビット線BLはコンタクト部CTbにより、読出用アクセストランジスタTrと書込用アクセストランジスタTwの共有拡散領域と接続される。なお、このコンタクト部CTbは、図15(或いは図14)の回路における▲3▼の部分に相当する。
増幅トランジスタTsの拡散領域は、定電圧源FVの配線と共有される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
この図16の構造は、増幅型メモリにおける典型的なトランジスタ配置であるが、以下の欠点がある。
即ちこのようなメモリ構造では、ビット線BLと拡散層ACとのコンタクト部CTbが、共通ノード電極(センスノード)NEと増幅トランジスタTsとのコンタクト部CT1と、同じ共通ノード電極NEと書込用トランジスタTwの拡散層とのコンタクト部CT2の中間に形成されている。
そしてセンスノードNEはビット線BLのコンタクト部CTbの左右に位置する配線を結線するので、ビット線BLとオーバーラップする状態となる。センスノードNEを含むメモリユニットMUは、このメモリの占有面積を直接的に決定する要因となっており、平面状に密に敷き詰められている。従ってビット線BLはメモリユニットMUの下層に配置するしかない。
【0016】
この場合、コンタクト部CT1,CT2は、左右に走査するビット線BLを奥行き方向、即ちワード線方向に避けて配置する必要があり、ワード線方向のサイズが増加する要因になる。
さらに通常、メモリユニットMUの形成には高温が必要なケースが多く、メタル配線層の多いMOSロジックと混載させた場合も、ビット線BLは高融点金属等で別途作りこんでおくしかない。従って工程数の増加要因となってしまう。
【0017】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、増幅型メモリとしての半導体記憶装置において、ビット線コンタクトとセンスノードとのオーバーラップを防止し、ビット線を容易にメモリユニットの上層に形成できるようなレイアウト構成を提案する。
【0018】
このため本発明の半導体記憶装置は、複数のメモリセルを含むメモリユニットがビット線及びワード線に沿った各方向に複数反復配置されたメモリアレイを備えた半導体記憶装置であり、各々の上記メモリユニットは、上記メモリセルの記憶値に応じた読出信号が発生されるセンスノードと、第1,第2,第3のトランジスタとを含む。そして上記センスノードは、上記第1のトランジスタのゲート電極に接続されるとともに、上記第3のトランジスタを介して上記ビット線に接続され、上記第1のトランジスタのソース/ドレインの一方は定電圧ノードに、他方は上記第2のトランジスタを介して上記ビット線に接続され、上記第2のトランジスタのゲート電極は第1のワード線に接続され、上記第3のトランジスタのゲート電極は第2のワード線に接続され、上記第2及び第3のトランジスタの拡散層と上記ビット線との2つのコンタクトは上記メモリユニットを挟んでそれぞれ別個独立に設けられているとともに、上記ビット線は、上記メモリユニットの上層に設けられている。
また、上記メモリユニットは、それぞれ強誘電体キャパシタを含むN個(Nは2以上の整数)の上記メモリセルを含み、上記強誘電体キャパシタのそれぞれは、一方の電極が上記センスノードに接続され、他方の電極は上記ワード線と同方向に配されたN本のプレート線のうち対応する上記プレート線に接続されている。
【0019】
即ち本発明によれば、ビット線と接続する2つのトランジスタ(第2,第3のトランジスタ)と、ビット線とのコンタクト部を別途個別に設置し、それらをビット線方向にセンスノードを挟むような形で配置することで、ビット線コンタクトとセンスノードとのオーバーラップを防止し、ビット線を容易にメモリユニットの上層に形成できるようにする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1〜第5の実施の形態を順次説明するが、それに先だって、まず図1により本発明の構成概念を説明する。
【0021】
図1の回路は、上述した図14と同様に、メモリアレイを構成する1つのメモリユニットMUのみを示している。実際には、このようなメモリユニットMUがビット線BL方向及びワード線WL方向に複数反復配置されてメモリアレイが構成される。メモリユニットMUは、メモリセルを有する部位であり、メモリセルにおけるデータの記憶状態に応じて異なる信号電位をセンスノードNEに発生させる。
そしてこの場合、図14と同様に、増幅トランジスタTs、読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwが設けられる。
読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwは、それぞれ読出ワード線WLr、書込ワード線WLwによって制御される。
書込用アクセストランジスタTwは、データ書込時のみに使用され、読出時はオフとされている。即ちセンスノードNEとビット線BLは切り離されている。
センスノードNEは増幅トランジスタTsのゲートに接続されている。そしてデータ読出時は読出用アクセストランジスタTrがオンとされ、従って、増幅トランジスタTsがゲートに発生した信号電位に応じてビット線BLを駆動する。
【0022】
この図1の回路構成の場合、▲1▼の部分がビット線BLと読出用アクセストランジスタTrの拡散領域を接続するコンタクト部に相当し、また▲2▼の部分がビット線BLと書込用アクセストランジスタTwの拡散領域を接続するコンタクト部に相当する。
即ち各アクセストランジスタTr、Twとビット線BLとのコンタクト部は、▲1▼,▲2▼としてそれぞれ別個に形成されており、それに挟まれてセンスノードNE及びメモリユニットMUが配置されている。
回路は図14と等価だが、ビット線コンタクト▲1▼,▲2▼はセンスノードNEとオーバーラップしていない。
【0023】
本発明は、このようにビット線コンタクト▲1▼,▲2▼はセンスノードNEとオーバーラップしないように回路を構成することをポイントとしている。
【0024】
<第1の実施の形態>
第1の実施の形態を図2〜図5で説明する。
図2には実施の形態の増幅型クロスポイントメモリのメモリユニットMU部分の構成を示し、また図3に、当該メモリユニットMUをビット線BL及びワード線WLの各方向に複数反復配置されて構成されたメモリアレイを示す。
【0025】
図2において、メモリユニットMUは、センスノード(共通ノード電極)NEに接続された複数の強誘電体キャパシタC(ここでは8個のキャパシタC1〜C8とする)を有して構成されている。各キャパシタC1〜C8は、それぞれ異なるデータを記憶するメモリセルとなる。
各キャパシタC1〜C8は、それぞれ一端がセンスノードNEに接続されている。また各他端は、それぞれプレート線PL1〜PL8に接続されており、各プレート線PL1〜PL8によって制御される。
【0026】
また、それぞれFETによる、読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTw、増幅トランジスタTsが設けられる。
増幅トランジスタTsはディプレッション型のNチャンネルMOS−FETであり、そのゲートはセンスノードNEに接続されている。さらにそのソース/ドレインは、一方が定電圧源FVに接続され、他方が読出用アクセストランジスタTrを介してビット線BLに接続されている。
読出用アクセストランジスタTrは、ソース/ドレインの一方が増幅トランジスタTsに接続され、他方がビット線BLに接続される。またゲートは読出ワード線WLrに接続され、従って読出用アクセストランジスタTrは、読出ワード線WLrによってオン/オフ制御される。
▲1▼は、読出用アクセストランジスタTrとビット線BLを接続するコンタクト部(図4,図5のCTb1)に相当する部分である。
【0027】
書込用アクセストランジスタTrは、ソース/ドレインの一方がセンスノードNEに接続され、他方がビット線BLに接続される。またゲートは書込ワード線WLwに接続され、従って書込用アクセストランジスタTwは、書込ワード線WLwによってオン/オフ制御される。
▲2▼は、書込用アクセストランジスタTwとビット線BLを接続するコンタクト部(図4,図5のCTb2)に相当する部分である。
【0028】
このような構成のメモリユニットMUを複数配置して成るメモリアレイは例えば図3のようになる。即ち図1の構成のメモリユニットMUとして、図3に示すように各メモリユニットMU11,MU12・・・が、ビット線BL方向及びワード線WL方向に複数反復配置される。
【0029】
ワード線WL方向に並ぶ各メモリユニットでは、読出ワード線WLr、書込ワード線WLwが共有される。
例えばメモリユニットMU11、MU12、MU13を含むユニット行MR1では、各メモリユニット(MU11、MU12・・・)の読出用アクセストランジスタTrのゲートには共通の読出ワード線WLrが接続され、また各書込用アクセストランジスタTwのゲートには共通の書込ワード線WLwが接続されている。
【0030】
ビット線BL(BL1,BL2・・・)はワード線WLに対して垂直方向に配設される。
ビット線BL方向に並ぶ各メモリユニットでは、ビット線BLが共有される。例えばメモリユニットMU11、MU21には、ビット線BL1が、読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwに接続される。
各ビット線BL(BL1,BL2・・・)は、それぞれセンスアンプ2(2−1、2−2・・・)によって書込時に電圧印加され、また読出時に電位検出される。
【0031】
また図2にも示したように、メモリユニットMU内の各キャパシタC1〜C8は、それぞれプレート線PLに接続される。例えばユニット行MR1のメモリユニットMU11、MU12、MU13・・・では、各キャパシタC1〜C8は、それぞれプレート線PL1〜PL8に接続される。ユニット行MR2のメモリユニットMU21、MU22、MU23・・・も同様である。
【0032】
各ワード線WL、プレート線PLは、それぞれ駆動回路DRV1、DRV2によって、アクセスするアドレス及び書込/読出の別に応じた電圧印加が行われる。
例えばユニット行MR1が選択されてアクセスされる場合、そのユニット行MR1に対応するワード線WLr,WLw、プレート線PL1〜PL8が、駆動回路(DRV1)によって動作される。そのとき、非選択ユニット行、例えばユニット行MR2のセンスノードNEとプレート線PL(PL1〜PL8)は、駆動回路DRV2により共に接地されており、安定した状態でデータを保持している。
【0033】
なお、ビット線方向に隣接するメモリユニットMUでは、コンタクト部が共用される。図2において説明したように、或るメモリユニットMUについて読出用アクセストランジスタTrとビット線BLのコンタクト部分を▲1▼、書込用アクセストランジスタTwとビット線BLのコンタクト部分を▲2▼とした場合、図3のメモリユニットMU11、MU21の隣接部分で示すように、1つのコンタクト部CTbが、メモリユニットMU11についての読出用アクセストランジスタTrとビット線BLのコンタクト部分▲1▼となるとともに、メモリユニットMU21についての書込用アクセストランジスタTwとビット線BLのコンタクト部分▲2▼となる。
【0034】
このような構成に対応するレイアウト例を図4に、また図4におけるA−A断面を図5にそれぞれ示す。
なお、図4,図5は、1つのユニット行MR(x)の範囲を主に示しており、その左右において( )を付して示したワード線(WLw)(WLr)やトランジスタ(WLw)(WLr)は、図3のようなメモリアレイにおいてビット線方向に隣接するユニット行に対応するワード線やトランジスタである。
【0035】
図4からわかるように、ビット線BL(BL1,BL2・・・)は、図面上左右方向に配設されており、また読出ワード線WLr、書込ワード線WLw、及びプレート線PL1〜PL8は、ビット線BLと直交する方向に配設されている。そして特に図5からわかるように、センスノードNEと各プレート線PL1〜PL8が強誘電体膜FERを挟んで形成され、このセンスノードNEと各プレート線PL1〜PL8の交点における強誘電体膜FERとして各メモリセル(キャパシタC1〜C8)が形成される。
【0036】
また読出ワード線WLr、書込ワード線WLwが、それぞれ対応する各トランジスタ、即ち読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwのゲート電極を兼ねて配線されている。従って読出ワード線WLr、書込ワード線WLwのそれぞれと、拡散領域(AC)との交差部に、それぞれ読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTwが形成されている。
またセンスノードNEは、増幅トランジスタTsのゲートSGと、コンタクト部CT1を介して接続される。またセンスノードNEは、書込用アクセストランジスタTwの拡散領域と、コンタクト部CT2を介して接続している。
増幅トランジスタTsの拡散領域は、定電圧源FVの配線と共有される。
【0037】
ビット線BLはコンタクト部CTb1により、読出用アクセストランジスタTrの拡散領域と接続される。即ちコンタクト部CTb1は図2,図3の▲1▼に相当する。
また、ビット線BLはコンタクト部CTb2により、書込用アクセストランジスタTwの拡散領域と接続される。即ちコンタクト部CTb2は図2,図3の▲2▼に相当する。
【0038】
なお、読出用アクセストランジスタTrの拡散領域は、ビット線方向に隣接するメモリユニットについての書込用アクセストランジスタ(Tw)と共有の拡散領域とされている。従って、図4,図5のコンタクト部CTb1は、図面中右側に隣接するメモリユニットについての図2,図3でいう▲2▼の部分にも相当する。同様に、書込用アクセストランジスタTwの拡散領域は、ビット線方向に隣接するメモリユニットについての読出用アクセストランジスタ(Tr)と共有の拡散領域とされている。従って、図4,図5のコンタクト部CTb2は図面中左側に隣接するメモリユニットについての図2,図3でいう▲1▼の部分にも相当する。
【0039】
この図4,図5のように、本例では、ビット線BLと読出用アクセストランジスタTrのコンタクト部CTb1と、ビット線BLと書込用アクセストランジスタTwのコンタクト部CTb2とが、個別に設置されており、これらコンタクト部CTb1,CTb2はセンスノードNE及びメモリユニットMUを挟んで配置されている。このため、コンタクト部CTb1,CTb2は、センスノードNEとオーバラップしない。またこれに伴ってビット線BLはメモリユニットMUの上層に形成されている。
このような構造により、センスノードNEと拡散層のコンタクト部CT2、及びセンスノードNEと増幅トランジスタTsのゲートSGとのコンタクトCT1は、ビット線BLを避けて配置する必要がなくなる。
従って図4のようなレイアウトとして、ワード線方向のサイズを縮小できる。さらに多層のメタル配線を施したMOSロジックと混載させた場合、ビット線BLにはそのメタル配線の一部を使用することができ、工程数を削減できる。
【0040】
<第2の実施の形態>
続いて第2の実施の形態を図6〜図9で説明する。
本出願人は、先に特願2001−305393等で、上記強誘電体メモリのセンスノードを、非アクセス時にグランドにショートさせるリセットスイッチを追加した回路構成を提案した。このようなリセットスイッチを追加した場合も、本発明は有効である。
図6にリセットスイッチTrstを追加したメモリユニットMU部分の回路構成を示し、また図7に、そのようなメモリユニットMUによるメモリアレイをしめしている。
なお図6,図7の構成は、リセットスイッチTrst以外は、基本的には上記図2,図3と同様であるため、同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【0041】
図6,図7に示されるように、本例の場合、各メモリユニットMUに対して、センスノードNEとグランド(グランド配線GL)を短絡状態にさせるFETによるリセットスイッチTrstが設けられている。
リセットスイッチTrstは、書込用アクセストランジスタTwに隣接する位置に設けられている。
このリセットスイッチTrstは、ソース/ドレインの一方がセンスノードNEに接続され、他方がグランド配線GLに接続される。またゲートはリセット制御線RSTに接続され、従ってリセットスイッチTrstは、リセット制御線RSTによってオン/オフ制御される。
リセットスイッチTrstがオンとされることで、センスノードNEがグランドに短絡される。
【0042】
図7に示すように、リセット制御線RSTはワード線WLと並行に配設されており、ワード線WL方向に並ぶ各メモリユニットでは、リセット制御線RSTが共有される。
例えばユニット行MR1の各メモリユニット(MU11、MU12・・・)のリセットスイッチTrstのゲートには、共通のリセット制御線RSTが接続される。
【0043】
この回路に対応するレイアウト例を図8に、また図8におけるB−B断面を図9にそれぞれ示す。
このレイアウト例も、リセットスイッチTrstの追加に伴う部分以外は、上記図4,図5と同様となる。
【0044】
また図8,図9に示すように読出ワード線WLr、書込ワード線WLw、リセット制御線RSTが、ビット線BL(BL1,BL2,BL3・・・)と直交する方向に形成されているが、特に図9の断面構造からわかるように、読出ワード線WLr、書込ワード線WLw、リセット制御線RSTが、それぞれ対応する各トランジスタ、即ち読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTw、リセットスイッチTrstのゲート電極を兼ねて配線されている。従って読出ワード線WLr、書込ワード線WLw、リセット制御線RSTのそれぞれと、拡散領域ACとの交差部に、それぞれ読出用アクセストランジスタTr、書込用アクセストランジスタTw、リセットスイッチTrstが形成されている。
【0045】
センスノードNEは、増幅トランジスタTsのゲートSGと、コンタクト部CT1を介して接続される。またセンスノードNEは、書込用アクセストランジスタTw及びリセットスイッチTrstの共有拡散層領域と、コンタクト部CT2を介して接続している。
増幅トランジスタTsに接続された定電圧源FVと、リセットスイッチTrstに接続されたグランド配線GLは、共に拡散層を用いてワード線WL(WLr、WLw)と同方向に走査されている。
【0046】
この図8,図9の例の場合も、ビット線BLと読出用アクセストランジスタTrのコンタクト部CTb1と、ビット線BLと書込用アクセストランジスタTwのコンタクト部CTb2とが、個別に設置されており、これらコンタクト部CTb1,CTb2はセンスノードNE及びメモリユニットMUを挟んで配置されている。これに伴ってビット線BLはメモリユニットMUの上層に形成されている。
このような構造により、リセットスイッチTrstを追加した構成においても、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0047】
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態を図10,図11で説明する。
メモリアレイを構成するメモリユニットMUの配置としては、ワード線方向に隣接する各メモリユニットについても各トランジスタ(Ts、Tr、Tw)を互い違いにずらして配置することで、そのレイアウト領域を広げることが考えられる。
図10にそのような配置状態のメモリアレイを示す。なお、各メモリユニットMUに関する構成は、上記図2と同様としている。
例えば図10において、それぞれビット線BL1,BL2,BL3,BL4に接続されるメモリユニットMU1,MU2,MU3,MU4に注目すると、各メモリユニットMUに対応する増幅トランジスタTsは、交互にビット線方向に半ピッチずらされている。
【0048】
メモリユニットMU1,MU3・・・に対しては、書込ワード線WLw1,読出ワード線WLr1が対応する。
メモリユニットMU2,MU4・・・に対しては、書込ワード線WLw2,読出ワード線WLr2が対応する。
【0049】
この図10の回路に対応するレイアウト例を図11に示す。なお、図11は図10のZの範囲において、ビット線BL2〜BL4の部分に対応して示している。
図11においてビット線BL3に接続されるメモリユニットMU3の部分に注目して見てみると、センスノードNEは、コンタクト部CT1で増幅トランジスタTsのゲートSGに接続される。またコンタクト部CT2により書込用アクセストランジスタTwに接続される。
さらに、ビット線BL3は、コンタクト部CTb1により読出用アクセストランジスタTrに接続され、またコンタクトCTb2により書込用アクセストランジスタTwに接続される。
この図11においてビット線BL3からのコンタクトCTb1、CTb2は、図10の▲1▼、▲2▼の部分に相当する。
【0050】
本例の場合、ワード線方向に隣接するメモリユニットMU1,MU2,MU3,MU4で、増幅トランジスタTsが交互にビット線方向に半ピッチずらされているため、図11に示されるように、増幅トランジスタTsの拡散領域(AC)及びゲート電極SGのレイアウト可能領域が広がり(特にワード線方向に広がる)、そのサイズを大きくすることができる。このため増幅トランジスタTsによる駆動能力を上げる等、柔軟な配置が可能になる。
また本例においても、ビット線BLと各アクセストランジスタ(Tr、Tw)の拡散層とのコンタクトCTb1,CTb2は個別に設置されており、共にセンスノードNEとはオーバーラップしない。従ってビット線BLはメモリユニットMUの上層に形成することができる。このため、上記第1,第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0051】
<第4の実施の形態>
上記第1〜第3の実施の形態は、増幅型の強誘電体メモリとして述べたが、本発明はメモリユニットが強誘電体キャパシタ以外であっても同様に適用できる。例えば第4の実施の形態として、図12に示すように、メモリユニットMUが常誘電体キャパシタC10で構成された、所謂DRAMの増幅型でも適用できる。
この場合、常誘電体キャパシタC10への蓄積電荷の有無で、増幅トランジスタTsのゲートに接続されたセンスノードNEへの入力信号が変化する。
【0052】
このような増幅型DRAMにおいても、図示するように読出用アクセストランジスタTrとビット線BLのコンタクト部分▲1▼と、書込用アクセストランジスタTwとビット線BLのコンタクト部分▲2▼とを個別に形成することで、センスノードNEとのオーバーラップが防止されている。
これによってビット線BLはメモリユニットであるキャパシタC10の上層に形成できる。
【0053】
<第5の実施の形態>
第5の実施の形態としての図13は、メモリユニットMUがデータの記憶状態によって異なる抵抗値をもつ記憶抵抗素子R1と固定抵抗素子R2の組み合わせで構成された場合である。
【0054】
記憶抵抗素子R1の抵抗値が記憶状態に応じて変わることで、抵抗素子R1、R2の抵抗分割によってセンスノードNEに異なる信号電位が発生する。
この場合も、図示するように読出用アクセストランジスタTrとビット線BLのコンタクト部分▲1▼と、書込用アクセストランジスタTwとビット線BLのコンタクト部分▲2▼とを個別に形成することで、センスノードNEとのオーバーラップが防止されている。
これによってビット線BLはメモリユニットMUの上層に形成できる。
【0055】
記憶抵抗素子R1には、例えば磁気ジャンクションを用いることができる。磁気ジャンクションはスピン方向を変えてデータを記憶する磁性膜と、スピン方向を固定した磁性膜とでトンネルバリアを挟んだ素子であり、記憶用磁性膜のスピン方向に応じて抵抗値が変化する。それを使用したメモリの例がISSCC2000の論文7.2および7.3に記述されている。
また、記憶抵抗素子R1には、例えばカルコゲナイド膜抵抗体を用いることもできる。カルコゲナイド膜は結晶状態が多結晶とアモルファス間を推移することでその抵抗率が変わるので、その膜を電極で挟んで抵抗素子とすれば良い。それを使用したメモリの例がISSCC(IEEE INTERNATIONAL SOLID-STATE CIRCUITS CONFERENCE)2002の論文12.4(M.Gill著,P.202)に記載されている。
【0056】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は要旨の範囲内で多様な変形例が考えられる。
【0057】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、ビット線と接続する2つのトランジスタ(第2,第3のトランジスタ)と、ビット線とのコンタクト部を別途個別に設置し、それらをビット線方向にセンスノードを挟むような形で配置することで、ビット線コンタクトとセンスノードとのオーバーラップを防止し、ビット線を容易にメモリユニットの上層に形成できるようにしている。
これによってワード線方向の面積を縮小できるとともに、特に多層配線ロジックと混載させた場合、メタル配線層の一部をビット線配線に使用でき、ビット線形成に伴う工程数の増加を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成概念を示す回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態のメモリ構成の回路図である。
【図3】第1の実施の形態のメモリアレイ構成の説明図である。
【図4】第1の実施の形態のレイアウト例の説明図である。
【図5】第1の実施の形態のレイアウト例のA−A断面の説明図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態のメモリ構成の回路図である。
【図7】第2の実施の形態のメモリアレイ構成の説明図である。
【図8】第2の実施の形態のレイアウト例の説明図である。
【図9】第2の実施の形態のレイアウト例のB−B断面の説明図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態のメモリアレイ構成の説明図である。
【図11】第3の実施の形態のレイアウト例の説明図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態のメモリ構成の回路図である。
【図13】本発明の第5の実施の形態のメモリ構成の回路図である。
【図14】従来の増幅型メモリの説明図である。
【図15】強誘電体メモリによる増幅型メモリの説明図である。
【図16】強誘電体メモリによる増幅型メモリの構造の説明図である。
【符号の説明】
2−1,2−2・・・ センスアンプ、MU,MU1〜MU4,MU11,MU12・・・ メモリユニット、WL ワード線、WLw 書込ワード線、WLr 読出ワード線、BL,BL1,BL2・・・ ビット線、PL,PL1,PL2・・・ プレート線、Ts 増幅トランジスタ、Tr 読出用アクセストランジスタ Tw 書込用アクセストランジスタ、Trst リセットスイッチ、RST リセット制御線、NE センスノード(共通ノード電極)
Claims (2)
- 複数のメモリセルを含むメモリユニットがビット線及びワード線に沿った各方向に複数反復配置されたメモリアレイを備えた半導体記憶装置において、
各々の上記メモリユニットは、上記メモリセルの記憶値に応じた読出信号が発生されるセンスノードと、第1,第2,第3のトランジスタとを含み、
上記センスノードは、上記第1のトランジスタのゲート電極に接続されるとともに、上記第3のトランジスタを介して上記ビット線に接続され、
上記第1のトランジスタのソース/ドレインの一方は定電圧ノードに、他方は上記第2のトランジスタを介して上記ビット線に接続され、
上記第2のトランジスタのゲート電極は第1のワード線に接続され、
上記第3のトランジスタのゲート電極は第2のワード線に接続され、
上記第2及び第3のトランジスタの拡散層と上記ビット線との2つのコンタクトは上記メモリユニットを挟んでそれぞれ別個独立に設けられているとともに、上記ビット線は、上記メモリユニットの上層に設けられている
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 上記メモリユニットは、それぞれ強誘電体キャパシタを含むN個(Nは2以上の整数)の上記メモリセルを含み、
上記強誘電体キャパシタのそれぞれは、一方の電極が上記センスノードに接続され、他方の電極は上記ワード線と同方向に配されたN本のプレート線のうち対応する上記プレート線に接続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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