JP4674386B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば6トランジスタ構成のSRAM(Static Random Access Memory ;スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)セル等の半導体記憶装置に関する。
【0002】
SRAMセルは、一般に、フリップフロップと、ワード線の印加電圧に応じて導通/非導通が制御され、フリップフロップの2つの記憶ノードそれぞれをビット線に接続するか否かを決める2つのトランジスタ(ワードトランジスタ)とから構成されている。このSRAMセルは、フリップフロップの負荷素子の違いにより、MOSトランジスタ負荷型と高抵抗負荷型との2つに大別できる。このうちMOSトランジスタ負荷型は、6つのトランジスタを有する構成となっており、負荷トランジスタの種類に応じてpチャネル型のMOSトランジスタ(以下,pMOSという)負荷型、TFT (Thin Film Transistor)負荷型が知られている。
【0003】
図4は、従来のpMOS負荷型SRAMセルの配置パターンの一例を表したものである。なお、この図は、トランジスタのゲートを形成した後の様子を表すもので、セル内部の接続線やビット線等の上層配線層は省略されている。
【0004】
このpMOS負荷型のSRAMセル100は、駆動トランジスタとしてのnチャネル型MOSトランジスタ(以下、nMOSという)が形成される2つのp型能動領域101a,101b、負荷トランジスタとしてのpチャネル型MOSトランジスタ(以下、pMOSという)が形成される2つのn型能動領域102a,102bを有している。これらp型能動領域101a,101bおよびn型能動領域102a,102bの周囲は、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)、或いはトレンチ構造の素子分離絶縁領域103となっている。
【0005】
この従来のSRAMセル100において、2つのp型能動領域101a,101bはそれぞれそのパターン形状に段差106を有し、図において上下に並行に配置されている。一方のp型能動領域101aでは、その段差106を挟んで両側に駆動トランジスタQn1とワードトランジスタQn3とが形成されている。他方のp型能動領域101bでは、その段差106を挟んで両側にワードトランジスタQn4と駆動トランジスタQn2とが形成されている。なお、以下、p型能動領域101a,101bそれぞれにおいて、段差106を境として駆動トランジスタQn1,Qn2が形成される領域を第1の部分、ワードトランジスタQn3,Qn4が形成される領域を第2の部分という。ワードトランジスタQn3のゲート電極を兼ねるワード線(WL1 )104aがp型能動領域101aの第2の部分に、また、ワードトランジスタQn4のゲート電極を兼ねるワード線(WL2 )104bがp型能動領域101bの第2の部分に対してそれぞれ直交するように配線されている。これに対して、駆動トランジスタQn1のゲート電極を兼ねる共通ゲート線105a(GL1 )がp型能動領域101aの第1の部分に対して図4の縦方向に直交し、また同様な方向に、共通ゲート線105b(GL2 )がp型能動領域101bの第1の部分に対して直交している。なお、これら共通ゲート線105a,105bおよびワード線104a,104bは共に不純物含む第1層目のポリシリコン層により形成されている。
【0006】
共通ゲート線105aはn型能動領域102aに対しても直交している。同様に、共通ゲート線105bはn型能動領域102bに対しても直交している。これにより、n型能動領域102a,102bにそれぞれpMOS(負荷トランジスタQp1又はQp2)が形成されている。負荷トランジスタQp1と駆動トランジスタQn1とにより第1のインバータが構成され、同様に、負荷トランジスタQp2と駆動トランジスタQn2とにより第2のインバータが構成されている。これら第1のインバータおよび第2のインバータによりフリップフロップが構成される。共通ゲート線105aとワード線104b、また、共通ゲート線105bとワード線104aとがそれぞれ同一直線状に配設されている。なお、p型能動領域101a,101bの各第2の部分はビットコンタクト107aを介してビット線(図示せず)に電気的に接続されている。ワード線104a,104bはそれぞれワードコンタクト107bを介して、図5に示したように共通ワード線108に電気的に接続されている。p型能動領域101a,101bの各第1の部分はVSSコンタクト107cを介してVSS(共通電位)の供給線(図示せず)に電気的に接続されている。n型能動領域12a,12bはVCCコンタクト107dを介してVCC(電源電圧)の供給線と共通に接続されている。また、p型能動領域101aとn型能動領域102a、p型能動領域101bとn型能動領域102bは、それぞれ、ノードコンタクト107eを介して互いに電気的に接続されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の6トランジスタ構成を有するSRAMセル100においては、p型能動領域101a,101bそれぞれにおいて第1の部分と第2の部分の間に段差106を形成し、これにより駆動トランジスタQn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4の長さ(各チャネル電流の流れる方向に対して直交する方向の長さ)に差を持たせている。これは、スタティック・ノイズ・マージン(Static Noise Margin )(以下、SNMという)などのセル動作の安定性を確保しようとするセルデザインの場合には、駆動トランジスタQn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4との大きさを等しくするのではなく、駆動トランジスタQn1,Qn2の長さDT.Wを、ワードトランジスタQn3,Qn4の長さWT.Wよりも大きく、すなわち、ワードトランジスタQn3,Qn4のチャネル電流に対する抵抗成分を駆動トランジスタQn1,Qn2のそれよりも相対的に大きくし、これによりプルダウン電流を下げることが望ましいことによる。
【0008】
このようなSRAMセル100においては、共通ワード線108に接続するためのワードコンタクト107bは各セルの両端部に配置され、ワードトランジスタQn3,Qn4は、このワードコンタクト107bが存在する方向に寄せて配置されている。また、駆動トランジスタQn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4との間の段差106は、p型能動領域101a,101bそれぞれのn型能動領域102a,102b側に形成されており、p型能動領域101a,101bそれぞれのワードコンタクト107b側は直線状となっている。セルサイズの縮小を図るには、このワードコンタクト107bをできるだけp型能動領域101a,101bの近傍に形成することが望ましい。
【0009】
しかしながら、このワードコンタクト107bを第1層目の多結晶シリコン層の上に形成された層間絶縁膜(図示せず)に対して形成する際には、p型能動領域101a,101b上に開孔されないように、レジストパターニングの合わせずれを考慮しなければならない。そのため、ワードコンタクト107bは合わせずれの分だけ余裕をみて、p型能動領域101a,101bそれぞれから離して形成する必要があり、これが結局セルサイズの縮小を妨げる大きな要因となっていた。
【0010】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、セルサイズを縮小することができ、高集積化を図ることが可能な半導体記憶装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、メモリセル毎に、駆動トランジスタおよびワードトランジスタの各チャネルが隣接して形成される第1の能動領域と、負荷トランジスタのチャネルが形成される2つの第2の能動領域とを備え、且つ、第1の能動領域を第2の能動領域の両側にそれぞれ平行に配置してなるものにおいて、第1の能動領域が、駆動トランジスタが形成される第1の部分とワードトランジスタが形成される第2の部分とを含み、第1の部分のチャネル電流の方向に対して直交する方向の長さが第2の部分のそれよりも長く、且つ第1の部分と第2の部分との間の段差が、第1の能動領域の第2の能動領域に対する側と反対側の位置に形成されており、第1の能動領域の第2の能動領域に平行な方向の両端がそれぞれメモリセルの対向する2辺まで延在すると共に、第1の能動領域の段差のある側がメモリセルの他の辺と離間し、かつ2つの第1の能動領域それぞれにおいて、ワードトランジスタのゲート電極を兼ねるワード線が第2の部分に対して直交する方向に形成されると共に、2つのワードトランジスタのワード線間が層間絶縁膜を間にしてワード線とは異なる層に形成された共通ワード線により接続され、共通ワード線と各ワードトランジスタのワード線とを接続するためのコンタクトが第1の能動領域の第2の部分に対向し、コンタクトと第2の部分との間に段差に対応したスペースが介在するよう構成したものである。
【0012】
この半導体記憶装置では、第1の能動領域において、駆動トランジスタが形成される第1の部分とワードトランジスタが形成される第2の部分との間の段差が、第2の能動領域に対する側と反対側の位置に形成されているため、ワードコンタクトが形成される位置と第1の能動領域との間には、段差の大きさに対応した分だけスペースが増加し、その分レジストパターニング時の合わせずれに対する余裕度が大きくなり、あるいはセルサイズの縮小が可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0014】
まず、具体的な実施の形態の説明に先立ち、図3を参照してpMOS負荷型SRAMセルの回路構成について説明する。
【0015】
このpMOS負荷型SRAMセルは6個のトランジスタからなる構成を有しており、nチャネル型のMOSトランジスタ(以下、nMOSという)Qn1,Qn2、pチャネル型のMOSトランジスタ(以下、pMOSという)Qp1,Qp2を備えている。nMOSQn1,Qn2はそれぞれ駆動トランジスタ、pMOSQp1,Qp2はそれぞれ負荷トランジスタとして作用するものである。これら負荷トランジスタQp1,Qp2および駆動トランジスタQn1,Qn2によって、入力端が互いに交叉して一方の入力端が他方の出力端に接続され、他方の入力端が一方の出力端に接続された、2つのインバータ(フリップフロップ)が構成されている。
【0016】
nMOSQn3とnMOSQn4は、ワード線WL1,WL2の印加電圧に応じて各インバータの接続点(記憶ノードND1,ND2)をビット線BL1,BL2に接続するか否かを制御するワードトランジスタである。このセル構成は一般的であり、ここでは、これ以上の詳細な接続関係の説明は省略する。
【0017】
このpMOS負荷型のSRAMセルでは、片側のビット線BL1を高電位にするようにして、ワードトランジスタQn3,Qn4のゲートにワード線WL1,WL2を介して所定電圧を印加することで、両トランジスタQn3,Qn4をオンさせ、記憶ノードND1,ND2に電荷を蓄積する。片側の記憶ノードが「H(ハイ)」になると、フリップフロップ構成の特徴として、もう一方の記憶ノードが「L(ロー)」になるように、駆動トランジスタQn1,Qn2および負荷トランジスタQp1,Qp2が動作する。例えば、記憶ノードND1が「H」,記憶ノードND2が「L」の場合は、駆動トランジスタQn2と負荷トランジスタQp1がオン状態、駆動トランジスタQn1と負荷トランジスタQp2がオフ状態をとり、記憶ノードND1が電源電圧Vccの供給線から電荷の供給を受け、記憶ノードND2が接地電位に保持され続ける。逆に、ビット線BL1電位が「L」のときワードトランジスタQn3がオンすることによって記憶ノードND1が強制的に”L”に移行するか、ビット線BL2電位が「H」のときにワードトランジスタQn4がオンすることによって記憶ノードND2が強制的に「H」に移行すると、駆動トランジスタQn1,Qn2および負荷トランジスタQp1,Qp2が全て反転し、記憶ノードND2が電源電圧Vccの供給線から電荷の供給を受け、記憶ノードND1が接地電位に保持されるようになる。このように、電荷保持をフリップフロップで行うことで、電荷を静的に記憶ノードND1,ND2に保持し、その電位が「L」であるか「H」であるかを、それぞれ「0」と「1」のデータに対応させて、このデータをセル内の6つのトランジスタで記憶させることができる。
【0018】
次に、図1および図2を参照して本発明の一実施の形態に係る6トランジスタ型SRAMセルのパターンの構成について説明する。なお、図1はSRAMセルの製造プロセスにおいて、ワード線および共通ゲート線などの第1層目のポリシリコン層を形成し、その上に第1層目の層間絶縁膜を形成した後、この層間絶縁膜にコンタクト部を形成した後の状態を表し、図2はその後、第1層目の金属配線層、第2層目の層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜にコンタクト部を形成した後に、第2層目の金属配線層としての共通ワード線を形成した状態をそれぞれ表している。
【0019】
このSRAMセル10は、第1導電型の能動領域としてのp型能動領域11a,11b、および第2導電型の能動領域としてのn型能動領域12a,12bを備えている。これらp型能動領域11a,11bおよびn型能動領域12a,12bの周囲は、例えばLOCOSあるいはトレンチ構造の素子分離絶縁領域13となっている。
【0020】
このSRAMセル10において、2つのp型能動領域11a,11bはそれぞれそのパターン形状に段差16を有し、図において上下に並行に配置されている。一方のp型能動領域11aでは、その段差16を挟んで両側に駆動トランジスタQn1とワードトランジスタQn3とが形成されている。他方のp型能動領域11bでは、その段差16を挟んで両側にワードトランジスタQn4と駆動トランジスタQn2とが形成されている。なお、以下、p型能動領域11a,11bそれぞれにおいて、段差16を境として駆動トランジスタQn1,Qn2が形成される領域を第1の部分、ワードトランジスタQn3,Qn4が形成される領域を第2の部分という。ワードトランジスタQn3のゲート電極を兼ねるワード線(WL1 )14aがp型能動領域11aの第2の部分に、また、ワードトランジスタQn4のゲート電極を兼ねるワード線(WL2 )14bがp型能動領域11bの第2の部分に対してそれぞれ直交するように配線されている。これに対して、駆動トランジスタQn1のゲート電極を兼ねる共通ゲート線15a(GL1 )がp型能動領域11aの第1の部分に対して図1の縦方向に直交し、また同様な方向に、共通ゲート線15b(GL1 )がp型能動領域11bの第1の部分に対して直交している。なお、これら共通ゲート線15a,15bおよびワード線14a,14bは共に不純物を含む第1層目のポリシリコン層により形成されている。
【0021】
共通ゲート線15aはn型能動領域12aに対しても直交している。同様に、共通ゲート線15bはn型能動領域12bに対しても直交している。これにより、n型能動領域12a,12bにそれぞれpMOS(負荷トランジスタQp1又はQp2)が形成されている。負荷トランジスタQp1と駆動トランジスタQn1とにより第1のインバータが構成され、同様に、負荷トランジスタQp2と駆動トランジスタQn2とにより第2のインバータが構成されている。これら第1のインバータおよび第2のインバータによりフリップフロップが構成される。共通ゲート線15aとワード線14b、また、共通ゲート線15bとワード線14aとがそれぞれ同一直線状に配設されている。なお、p型能動領域11a,11bの各第2の部分はビットコンタクト17aを介してビット線(図示せず)に電気的に接続されている。ワード線14a,14bはそれぞれワードコンタクト17bを介して、図2に示したように共通ワード線18に電気的に接続される。p型能動領域11a,11bの各第1の部分はVSSコンタクト17cを介してVSS(共通電位)の供給線(図示せず)に電気的に接続されている。n型能動領域12a,12bはVCCコンタクト17dを介してVCC(電源電圧)の供給線と共通に接続されている。また、p型能動領域11aとn型能動領域12a、p型能動領域11bとn型能動領域12bは、それぞれ、ノードコンタクト17eを介して互いに電気的に接続されている。
【0022】
以上のSRAMセル10の、共通ワード線18に接続するためのワードコンタクト17bがセルの両端部に配置され、ワードトランジスタQn3,Qn4が、このワードコンタクト17bが存在する方向に寄せて配置されていること等の基本的構成は、従来のSRAMセル(図4)と実質的に同じであるが、本実施の形態のSRAMセル10では、p型能動領域11a,11bのパターンにおける段差16の位置が従来と異なっている。すなわち、前述したように、従来のSRAMセルでは、駆動トランジスタQn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4との間の段差が、p型能動領域それぞれのn型能動領域側に形成されている。これに対して、本実施の形態では、駆動トランジスタQn1とワードトランジスタQn3、また、駆動トランジスタQn2とワードトランジスタQn4との間の段差16は、p型能動領域11a,11bそれぞれのn型能動領域12a,12bに対する側と反対側の位置に設けられている。
【0023】
すなわち、本実施の形態では、ワードコンタクト17bとp型能動領域11a,11bそれぞれとの間には、段差16の大きさに対応したスペースが存在している。よって、ワードコンタクト17bとp型能動領域11a,11bそれぞれとの間の距離d1 (図1)は、段差16の大きさ分だけ従来のSRAMセル100における距離d2 (図4参照)に比べて大きくなる。従って、セルサイズを従来と同等とすれば、レジストパターニングの合わせずれに対する余裕度が向上し、p型能動領域11a,11b上に開孔(ワードコンタクト17b)が形成される虞れがなくなる。あるいは、ワードコンタクト17bをp型能動領域101a,101bにより近づけて形成することができ、これにより、セルサイズを縮小し、高集積化を図ることができる。
【0024】
なお、上記実施の形態では、p型能動領域11a,11bのパターンに設ける段差の数を1としたが、本発明はそれに限定するものではなく、p型能動領域11a,11bが2以上の段差を有するように構成してもよく、更には、n型能動領域12a,12bにも段差を設けるようにしてもよい。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体記憶装置によれば、駆動トランジスタおよびワードトランジスタの各チャネルが隣接して形成される第1の能動領域において、駆動トランジスタが形成される第1の部分とワードトランジスタが形成される第2の部分との間の段差を、第2の能動領域に対する側と反対側の位置に形成するようにしたので、ワードコンタクトが形成される位置と第1の能動領域との間に段差の大きさに対応した分だけスペースが増加し、その分コンタクト形成のためのレジストパターニング時の合わせずれに対する余裕度が大きくなり、あるいはセルサイズを縮小し高集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るSRAMセルのパターン構成を説明するための平面図である。
【図2】図1の状態から共通ワード線を形成した後のSRAMセルの構成を説明するための平面図である。
【図3】pMOS負荷型のSRAMセルの回路構成図である。
【図4】従来のSRAMセルのパターン構成を説明するための図である。
【図5】図4の状態から共通ワード線を形成した後のSRAMセルの構成を説明するための平面図である。
【符号の説明】
10…SRAMセル、11a,11b…p型能動領域、12a,12b…n型能動領域、13…素子絶縁分離領域、14a,14b…ワード線(WL1,WL2)、15a,15b…共通ゲート線(GL1,GL2)、16…段差、17b…ワードコンタクト、18…共通ワード線

Claims (4)

  1. メモリセル毎に、駆動トランジスタおよびワードトランジスタの各チャネルが隣接して形成される第1の能動領域と、それぞれ負荷トランジスタのチャネルが形成される2つの第2の能動領域とを備え、且つ、前記第1の能動領域を第2の能動領域の両側にそれぞれ平行に配置してなる半導体記憶装置であって、
    前記第1の能動領域が、前記駆動トランジスタが形成される第1の部分と前記ワードトランジスタが形成される第2の部分とを含み、前記第1の部分のチャネル電流の方向に対して直交する方向の長さが前記第2の部分のそれよりも長く、且つ前記第1の部分と第2の部分との間の段差が、前記第1の能動領域の前記第2の能動領域に対する側と反対側の位置に形成されており、
    前記第1の能動領域の第2の能動領域に平行な方向の両端がそれぞれメモリセルの対向する2辺まで延在すると共に、前記第1の能動領域の段差のある側がメモリセルの他の辺と離間し、かつ、前記2つの第1の能動領域それぞれにおいて、前記ワードトランジスタのゲート電極を兼ねるワード線が前記第2の部分に対して直交する方向に形成されると共に、前記2つのワードトランジスタのワード線間が層間絶縁膜を間にして前記ワード線とは異なる層に形成された共通ワード線により接続されており、
    前記共通ワード線と各ワードトランジスタのワード線とを接続するためのコンタクトが前記第1の能動領域の第2の部分に対向し、前記コンタクトと第2の部分との間に前記段差に対応したスペースが介在している
    半導体記憶装置。
  2. 前記2つの第1の能動領域はメモリセルの中心位置に対して点対称の位置関係にある請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 前記各ワードトランジスタのワード線は矩形状を有し、その端部は前記メモリセルの他の辺まで延在している請求項2記載の半導体記憶装置。
  4. 各メモリセルは、2個のnMOSワードトランジスタ、2個のnMOS駆動トランジスタおよび2個のpMOS負荷トランジスタの6個のトランジスタにより構成されたpMOS負荷型のSRAMである請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
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