JP4840720B2 - 半導体記憶装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体記憶装置およびそれを備えた電子機器、特に、強誘電体膜を用いた容量部を有する半導体記憶装置等に関するものである。
強誘電体メモリ(FeRAM、Ferroelectric Random Access Memory)は、強誘電体材料の分極と電界との間に見られるヒステリシス特性を利用して情報を記憶させるものであり、その高速性、低消費電力性および不揮発性などの観点から注目されている。
メモリセルアレイを構成する各強誘電体メモリセルは、例えば行方向に延在するワード線およびプレート線と、列方向に延在するビット線に接続されている。
しかしながら、かかる構成では、選択セルの情報を読み出す際、選択セルと同じ行方向に並ぶメモリセルは、同一のワード線およびプレート線に接続されるため、非選択セルの情報までビット線上に現れてしまう。また、FeRAMの読み出しは、いわゆる破壊読出しであり、読み出した後に再書き込みが必要となる。従って、選択セルのみならず、選択セルと同じ行方向に並ぶメモリセルの再書き込みが必要となる。
一方、メモリセルのャパシタを構成する強誘電体材料は、情報の読み出し/書き込み回数に依存して劣化してしまう。この劣化を抑制することが強誘電体メモリの長寿命化を図るために重要となる。
例えば、下記非特許文献1には、同じ行方向に並ぶメモリセルが、同一のプレート線に接続されないように、プレート線を階段状にシフトさせる技術が開示されている。
また、下記特許文献1には、例えば、8行8列の強誘電体メモリセルの同一のプレート線およびワード線に接続されるメモリセルの個数を4個ずつにし、不要なアクセス回数を減らして強誘電体メモリセルの劣化を抑制する技術が開示されている。
特開2004−164730号公報(特許公報 特許第3597185号) IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.37,NO.5,MAY2002 P.592-598 "Bitline GND Sensing Technique for Low-Voltage Operation FeRAM"
しかしながら、上記非特許文献1に記載のメモリセルアレイ構成においては、ダミーセル領域が生じる(Fig.10(b)参照)。また、プレート線の本数が増加し、そのドライバ回路も大きくなる。このようなダミーセル領域やプレート線の増加の影響は、メモリ容量が大きくなるほど顕著になる。
一方、上記特許文献1に記載のメモリセルアレイ構成においても、ワード線やプレート線のパターン形状が複雑となり、メモリ特性の向上やメモリセル面積の縮小化に対応することが困難となり得る。
本発明は、配線のレイアウトを最適化することにより、メモリセル面積の縮小化もしくは高集積化を図ることを目的とする。また、メモリ特性の向上を図ることを目的とする。また、配線のレイアウトの変更に対応したメモリセルの選択手段を提供することを目的とする。
本発明の半導体記憶装置は、(a)第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個、第2方向にn個の強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルが格子状に配置されたメモリセルアレイと、(b)第1方向に並ぶm個(mは自然数)のメモリセルの第1端子を接続する第1配線と、(c)第2方向に並ぶn個(nは自然数)のメモリセルの第2端子を接続する第2配線と、(d)m個のメモリセルの第3端子を接続する第3配線であって、(d1)メモリセルアレイを第1方向にq個(qは自然数)、第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであり、第1方向にs個(sは自然数)、第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、(d2)第1単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d3)第1ブロックの第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d4)記第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部と、第2単位ブロックの1番目〜t番目の配線部とを、同一番目の配線部同士が接続しないようにそれぞれ接続する接続配線部であって、第1単位ブロックの配線部の第2単位ブロック側の端部と、第2単位ブロックの配線部の第1単位ブロック側の端部と、を接続する接続配線部(シフト配線部)と、を有する第3配線と、を有し、(e)第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部の内、u番目(1≦u<t)の配線部と、第2ブロックの(u+1)番目の配線部とを接続する第1接続配線部と、第1ブロックのt番目の配線部と、第2ブロックの1番目の配線部とを接続する第2接続配線部と、を有し、第1接続配線部と第2接続配線部が交差していることを特徴とする。
このように、第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部と、第2単位ブロックの1番目〜t番目の配線部とを、同一番目の配線部同士が接続しないように接続配線部で接続したので、同一の第1配線と第3配線に接続されるメモリセルが減少し、半導体記憶装置の特性を向上させることができる。
また、接続配線部をブロック間で交差させたので、メモリセルアレイの縮小化もしくは高集積化を図ることができる。
なお、第1配線は例えばワード線であり、第2配線は例えばビット線であり、第3配線は例えば例えばプレート線である
本発明の半導体記憶装置は、(a)第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個、第2方向にn個の強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルが格子状に配置されたメモリセルアレイと、(b)第1方向に並ぶm個(mは自然数)のメモリセルの第1端子を接続する第1配線と、(c)第2方向に並ぶn個(nは自然数)のメモリセルの第2端子を接続する第2配線と、(d)m個のメモリセルの第3端子を接続する第3配線であって、(d1)メモリセルアレイを第1方向にq個(qは自然数)、第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであり、第1方向にs個(sは自然数)、第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、(d2)第1単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d3)第1ブロックの第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d4)第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部の内、u番目(1≦u≦t)の配線部と、第2単位ブロックのu番目(1≦u≦t)以外の配線部とを接続する接続配線部と、を有する第3配線と、を有する半導体記憶装置であって、(e)第3配線を選択する手段であって、加算回路および減算回路の演算結果に基づき第3配線を選択する手段と、を有し、(f)接続配線部は、単位ブロックの第2方向に並ぶt個のメモリセルを接続する1番目〜s番目の第2配線のうち、第1単位ブロックのt番目の第2配線と第2単位ブロックの1番目の第2配線との間で交差していることを特徴とする。
このように、第1単位ブロックのu番目の配線部と、第2単位ブロックのu番目以外の配線部とを接続配線部で接続しても、第3配線の選択を加算回路および減算回路の演算結果に基づき容易に行うことができる。
なお、第1配線は例えばワード線であり、第2配線は例えばビット線であり、第3配線は例えば例えばプレート線である
本発明の半導体記憶装置は、(a)第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個、第2方向にn個の強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルが格子状に配置されたメモリセルアレイと、(b)第1方向に並ぶm個(mは自然数)のメモリセルの第1端子を接続する第1配線と、(c)第2方向に並ぶn個(nは自然数)のメモリセルの第2端子を接続する第2配線と、(d)m個のメモリセルの前記第3端子を接続する第3配線であって、(d1)前記メモリセルアレイを第1方向にq個(qは自然数)、第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであり、第1方向にs個(sは自然数)、第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、(d2)第1単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d3)前記第1ブロックの第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの第1方向に並ぶs個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、(d4)前記第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部の内、u番目(1≦u≦t)の配線部と、前記第2単位ブロックのu番目(1≦u≦t)以外の配線部とを接続する接続配線部(シフト配線部)と、を有する第3配線と、(e)前記第3配線を選択する手段と、を有する半導体記憶装置であって、(f)前記tは2のv乗であり、(g)前記第3配線を選択する手段は、加算回路の演算結果に基づき前記第3配線を選択し、(h)接続配線部は、単位ブロックの第2方向に並ぶt個のメモリセルを接続する1番目〜s番目の第2配線のうち、第1単位ブロックのt番目の第2配線と第2単位ブロックの1番目の第2配線との間で交差していることを特徴とする
このように、tを2のv乗とすることにより、加算回路の演算結果に基づき第3配線を選択することができ、減算回路を不要とし、回路構成を単純化することができる。また、周辺回路の縮小化を行うことができる。
なお、第1配線は例えばワード線であり、第2配線は例えばビット線であり、第3配線は例えば例えばプレート線である
本発明の電子機器は、前記半導体記憶装置を有するものである。ここで「電子機器」とは、本発明にかかる半導体記憶装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、上記半導体記憶装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカードなど、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。
<実施の形態1>
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
まず、図1を参照しながら本実施の形態の特徴的な構成について説明する。なお、その詳細な構成は、図2〜図8を参照しながら追って説明する。
図1は、本実施の形態の強誘電体メモリ(半導体記憶装置)の要部を概略的に示した平面図である。図1中には、例えば4行×16列のメモリセルMCが配置されており、これらのメモリセルでメモリセルアレイを構成している。ワード線WLは、第1方向(行方向、ロー方向、ワード線方向)に延在しており、ビット線(BL、/BL)は、第2方向(列方向、カラム方向、ビット線方向)に延在している。
各メモリセルMCは、トランジスタ部とキャパシタ部とを有しており、ワード線WLとビット線(BL、/BL)との交差部には、前記トランジスタ部が、プレート線PLとビット線(BL、/BL)との交差部にはキャパシタ部が配置される。
従って、略矩形の素子形成領域Acには、第2方向に2つのメモリセルが配置される。なお、本実施の形態のメモリセルアレイは、いわゆる2T2Cセル構成を採用しており、第1方向に並ぶ2つのトランジスタおよび2つのキャパシタで1つのメモリセルMCを構成している。
また、このメモリセルMCは、少なくとも3つの端子(トランジスタ部のソース・ドレイン領域部、キャパシタの上部電極部およびゲート電極部)を有する(図3参照)。
ここで、本実施の形態の強誘電体メモリの特徴的な構成について説明する。メモリセルアレイ(16行×4列)は、4行×1列(個)のメモリブロックMBに分割され、このメモリブロックは、1行×4列(個)のカラムブロックCB(単位ブロック)に分割される。言い換えれば、メモリセルアレイ(16行×4列)は、4行×4列(個)のカラムブロックCBに分割される。このカラムブロックは、4行×1列のメモリセルよりなる。
ワード線WLは、第1方向に延在し、同一行に配置されたメモリセルMCに共通接続されている。また、ビット線対(BL、/BL)は、第2方向に延在し、同一列に配置されたメモリセルMCに共通接続されている。
ここで、プレート線PLは、カラムブロックCB毎に1段ずつシフトするように配置されている。即ち、各カラムブロックCBのメモリセルMC上に第1方向に直線状に配置されるプレート配線部(配線部、プレート線片、プレート線直線部)は、隣のカラムブロックCBの一段下のプレート配線部に順次、シフト部(接続配線部、シフト配線部)によって接続されている。
但し、各カラムブロックCBの最下段のプレート配線部は、隣のカラムブロックCBの最上段のプレート配線部に折り返されている。
例えば、第1方向に0番目、第2方向に0番目のカラムブロック(0、0)の最上段(1番目)のプレート配線部は、第1方向に1番目、第2方向に0番目のカラムブロック(1、0)の2番目のプレート配線部とシフト部によって接続されている。同様に、カラムブロック(0、0)の2番目のプレート配線部は、カラムブロック(1、0)の3番目のプレート配線部と、カラムブロック(0、0)の3番目のプレート配線部は、カラムブロック(1、0)の4番目のプレート配線部と、シフト部によって接続されている。
但し、カラムブロック(0、0)の最下段(4番目)のプレート配線部は、カラムブロック(1、0)の1番目のプレート配線部と接続されている。この接続部は、前述のシフト部を交差するように配置されるため、交差シフト部(折り返し部)と呼ぶ。即ち、プレート配線部間を接続する接続配線部(4本、4箇所)は、3本のシフト部と1本の交差シフト部で構成される。カラムブロック(1、0)と(2、0)、(2、0)と(3、0)も同様に配線される。
このように、本実施の形態においては、カラムブロックの1番目〜t(この場合t=4)番目のプレート配線部と、その隣のカラムブロックの1番目〜t番目のプレート配線部とを、同一番目のプレート配線部同士が接続しないようにそれぞれシフト部および交差シフト部で接続したので、共通のワード線およびプレート線に接続されるメモリセルが少なくなり、非選択セルの読み出し/再書き込み回数を減少させることができる。その結果、キャパシタ部を構成する強誘電体材料の劣化を防止し、強誘電体メモリの特性の向上を図ることができる。また、強誘電体メモリの長寿命化を図ることができる。
また、シフト部と交差シフト部とを交差させたので、単に階段状にシフトさせる場合と比較し、プレート線の本数を減らすことができる。また、メモリセルアレイの最上段や最下段のメモリセルに接続されるプレート線をレイアウトするための領域(ダミー領域)を低減することができる。
その結果、プレート線のドライバやデコーダを縮小化でき、周辺回路の小面積化もしくは高集積化を図ることができる。また、メモリセルアレイの縮小化を図ることができる。
例えば、図18に、(a)プレート線を単に階段状にシフトさせた場合の強誘電体メモリの要部平面図および(b)その概略図を示す。
図18(a)に示すように、第1方向に0番目、第2方向に0番目のメモリセルMC(0、0)や第1方向に3番目、第2方向に15番目のメモリセル(3、15)等に接続されるプレート線PLがメモリセルアレイの下部や上部に広く延在し、(b)に示すように、メモリセルアレイ(MC array)の上部および下部にダミー領域(dummy)が必要となる。
また、プレート線の本数が、例えば、図1の場合と比較し3本増加する。従って、ロウデコーダ(Row Decoder)中のプレート線のドライバやデコーダも大きくならざるを得ない。なお、Ctrlは制御回路、INは入力回路、OUTは出力回路、SAはセンスアンプ回路、PADはパッドを示す。
これに対し、本実施の形態によれば、上述の効果を奏することができる。
また、シフト部と交差シフト部とを、カラムブロック間で交差させたので、メモリセルアレイの縮小化もしくは高集積化を図ることができる。また、配線レイアウトが複雑にならない。
次いで、図2〜図8を参照しながら本実施の形態の強誘電体メモリの詳細な構成について説明する。図2および図3は、本実施の形態の強誘電体メモリの要部断面図であり、図4〜図8は、その要部平面図である。
例えば、図8は、図1に示すメモリセルアレイの一角を詳細に表した平面図であり、図2は、そのA−A’断面、図3はB−B’断面に対応する。図3〜図7は、メモリセルの各層のパターンを明示したものである。以下、製造工程順に各層の構成を明確にする。
図2、図3および図4に示すように、半導体基板(基板)1上に、素子形成領域Acを形成する(図4)。この素子形成領域Acは、例えば、素子形成領域Ac間に絶縁膜を形成することにより区画される。
次いで、トランジスタTを形成する。まず、半導体基板(基板)1上にゲート絶縁膜(図示せず)を介し、ゲート電極Gとして半導体膜(例えば、シリコン膜)を第1方向に延在するライン状に形成する。次いで、ゲート電極Gの両側に不純物を注入することによりソース・ドレイン電極を形成する。次いで、トランジスタT上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜をパターニングすることによりコンタクトホールを形成し、この内部に導電性膜を埋め込むことによりコンタクト部C1を形成する。
次いで、コンタクト部C1の上部にキャパシタCaを形成する。まず、コンタクト部C1を含む層間絶縁膜上に下部電極LEとなる導電性膜を堆積し、次いで、その上部に強誘電体膜feを堆積する。さらに、その上部に上部電極UEとなる導電性膜を堆積し、これらの膜をパターニングすることによりキャパシタCaを形成する。
次いで、図2、図3および図5に示すように、キャパシタCa上に層間絶縁膜を形成し、上部電極UE上の層間絶縁膜をパターニングすることによりコンタクトホールを形成した後、この内部に導電性膜を埋め込むことによりコンタクト部C2を形成する。この際、トランジスタTのソース・ドレイン電極上にもコンタクト部C3を形成する。
次いで、コンタクト部C2上を含む層間絶縁膜上に導電性膜を堆積し、パターニングすることでプレート線PL-1を形成する。この際、コンタクト部C3上にも略矩形のパターンP3を形成する。
ここで、図5に示すように、プレート線PL-1は、カラムブロック毎に、第1方向に位置する2つのコンタクトC2を接続するプレート配線部(直線部)と、カラムブロック間のプレート配線部を接続するシフト部とからなる。前述したように、各プレート配線部は、カラムブロック毎に1段ずつシフトするように配置されている。但し、カラムブロック内における最下段のプレート配線部は、隣のカラムブロックの最上段のプレート配線部と交差シフト部によって接続されるが、かかる部分は、図5に示す層には現れず、さらに、上層の配線で形成される。
次いで、図2、図3および図6に示すように、プレート線PL-1上に層間絶縁膜を形成し、パターンP3(コンタクト部C3)上の層間絶縁膜をパターニングすることによりコンタクトホールを形成し、この内部に導電性膜を埋め込むことによりコンタクト部C4を形成する。同様に、カラムブロック内における最下段のプレート配線部PL―1上にコンタクト部C5を形成する。
次いで、コンタクト部C5上を含む層間絶縁膜上に導電性膜を堆積し、第2方向に延在するようライン状にパターニングすることによりビット線(BL、/BL)を形成する。図6に示すように、ビット線(BL、/BL)は、第2方向に位置するコンタクト部C4(P3、C3)を接続するよう第2方向に延在する。この際、コンタクト部C5上にも略矩形のパターンP5を形成する。
次いで、図2、図3および図7に示すように、ビット線(BL、/BL)上に層間絶縁膜を形成し、パターン(コンタクト部C5)P5上の層間絶縁膜をパターニングすることによりコンタクトホールを形成し、この内部に導電性膜を埋め込むことによりコンタクト部C6を形成する。
次いで、コンタクト部C6上を含む層間絶縁膜上に導電性膜を堆積し、隣り合うカラムブロックのコンタクト部C6を接続するよう、プレート線PL-2(交差シフト部)を形成する。
その結果、カラムブロック内における最下段のプレート配線部と、隣のカラムブロックの最上段のプレート配線部とが交差シフト部PL-2によって接続される。
このように本実施の形態によれば、シフト部(プレート線PL-1)と交差シフト部(プレート線PL-2)を異なる層で形成することができる。従って、シフト部と交差シフト部とを、カラムブロック間で交差させることができ、メモリセルアレイの縮小化もしくは高集積化を図ることができる。
なお、本実施の形態においては、例えば、16行×4列のメモリセルアレイを例に説明したが、アレイの行数や列数に限定はなく、例えば128行×32列のメモリセルアレイとしてもよい。
また、本実施の形態においては、カラムブロックを4行×1列のメモリセルで構成したが、カラムブロックのセル数に限定はなく、例えば、図9に示すように、カラムブロックを16行×1列としてもよい。図9は、本実施の形態の他の強誘電体メモリの要部を概略的に示した平面図である。このように、カラムブロックの行数を1とすれば、同一のプレート線およびワード線に共通接続されるメモリセルがなくなるため、ビット線対ごとにセンスアンプを設ける必要がなく、センスアンプを共有化できる。
また、例えば、カラムブロックを構成するメモリセルの列数を2列以上(例えば、4行×2列)としてもよい。但し、カラムブロックを構成するメモリセルの列数を2列以上とした場合は、第1方向に並ぶ2つのメモリセルが同一のワード線およびプレート線に接続されるため、非選択セルの読み出しが生じ、その再書き込みが必要となる。
また、メモリセルアレイを構成するカラムブロックの第1方向の数をカラムブロックを構成するメモリセルの列数以下に設定することが望ましい。
例えば、n行×m列のメモリセルアレイを、第1方向にq個、第2方向にr個のカラムブロックに分割した際、カラムブロックを構成するメモリセルがt行×s列となった場合、qをt以下とすることが望ましい。また、qがt以下となるようメモリセルアレイを分割することが望ましい。
これに対し、カラムブロックの列方向の数を増やし交差接続部(折り返し部)を増やすと、同一のワード線およびプレート線に接続されるメモリセルが増加し、前述の非選択セルの読み出しが生じ、その再書き込みが必要となる。
また、メモリセルアレイを構成するカラムブロックの列方向の数をカラムブロックを構成するメモリセルの行数と同じにすれば、メモリセルアレイに対するプレート線のレイアウトを最適化でき、プレート線の本数を最適化できる。
即ち、前述のn行×m列のメモリセルアレイの場合、qをtと同一とすることが望ましい。また、qがtと同一となるようメモリセルアレイを分割することが望ましい。例えば、図1の場合は、t=q=4である。
また、本実施の形態においては、プレート線のシフトの段数を1段としたが、2段以上としてもよい。
また、本実施の形態においては、プレート線のシフトの方向を図中の下方向としたが、上方向にシフトさせてもよい。
また、本実施の形態においては、プレート線をシフトさせたが、ワード線をシフトさせ、プレート線を直線状としてもよい。但し、ワード線は、図3等に示すように、トランジスタ部のゲート電極Gで構成される。このゲート電極は、一般的に半導体材料が用いられ、金属配線と比較し抵抗が大きい。従って、このようなワード線をシフトさせ、階段状に形成すると、さらに、抵抗が大きくなり、信号の遅延が生じる恐れがある。よって、ワード線をシフトさせるよりも、プレート線をシフトさせる方がより効果的である。
<実施の形態2>
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図10〜図12を参照しながら本実施の形態の強誘電体メモリの詳細な構成について説明する。図10は、本実施の形態の強誘電体メモリの要部断面図であり、図11および図12は、その要部平面図である。図10は、図12のC−C’断面に対応する。図11は、ビット線およびプレート線のレイアウトを明示したものである。本実施の形態の強誘電体メモリにおいて、実施の形態1と共通する部位には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略し、本実施の形態に特徴的な箇所について詳細に説明する。
図10〜図12に示すように、本実施の形態においては、カラムブロック間に、ダミーセルDcが第2方向(列方向、カラム方向、ビット線方向)に配置されている。従って、図11に示すように、プレート線PL−1のシフト領域を確保することができ、配線間隔を確保することができる。
図10〜図12に示すように、メモリセルMCは、トランジスタおよびキャパシタCaとから成る。一方、ダミーセルDcは、ダミートランジスタおよびダミーキャパシタDCaとを有する。
メモリセルMCおよびダミーセルDcは、実施の形態1と同様の製造方法により形成されるが、図10等に示すように、ダミーキャパシタDCa上にはコンタクトC2を形成しない。
また、図11等に示すように、プレート線PL-1は、実施の形態1と同様に、カラムブロック毎に、第1方向に位置する2つのコンタクトC2を接続するプレート配線部と、カラムブロック間のプレート配線部を接続するシフト部とからなる。
このシフト部は、ダミーセル列上に配置されている。各プレート配線部は、実施の形態1と同様に、カラムブロック毎に1段ずつシフトするように配置されている。但し、カラムブロック内における最下段のプレート配線部は、隣のカラムブロックの最上段のプレート配線部と交差シフト部PL−2によって接続される、この交差シフト部はシフト部より上層の配線(ここでは、ビット線BLと同層)で形成される。
なお、本実施の形態においては、最上段もしくは最下段のプレート配線部が同じ行のダミーセルのダミーキャパシタDCaの上部まで延在するよう配置されている(図10等)。また、かかるプレート配線部PL−1の上部には、コンタクト部C5が形成される。
また、ビット線(BL、/BL)は、実施の形態1と同様に、第2方向に位置するコンタクト部C4(P3、C3)を接続するよう第2方向に延在している。このビット線(BL、/BL)を形成する際、ダミーセルDc上のコンタクト部C5間を第2方向に接続するようプレート線PL-2(交差シフト部)が形成される。その結果、カラムブロック内における最下段のプレート配線部が、隣のカラムブロックの最上段のプレート配線部とプレート線PL-2(交差シフト部、接続配線部)を介して接続される(図11等)。
このように本実施の形態によれば、カラムブロック間にダミーセル列を設けたので、このダミーセル列の上部を利用してプレート線をシフトさせることができ、プレート線間(特に、シフト部間)の配線間隔を確保することができる。
また、ダミーセルに対するビット線の形成領域を利用してプレート線の交差シフト部を形成することができる。その結果、ビット線と交差シフト部とを同層で形成することができる。言い換えれば、プレート配線部間を接続する接続配線部(3本のシフト部と1本の交差シフト部)のうち少なくとも1つ(交差シフト部)をビット線と同層で形成することができる。なお、シフト段数を例えば2段とした場合には、接続配線部のうちの2本が交差シフト部となる。
このように、ビット線と交差シフト部とを同層で形成することで、製造工程の簡略化が図れる。また、本来はビット線を形成する必要のないダミーセル上に配線が形成されることとなり、配線間隔を均一にすることができる。
なお、ダミーセル列の上部(言い換えれば、ビット線間)を利用してプレート線をシフトさせたが、ビット線間隔が大きくとれる微細なルールのデバイスにおいては、ダミーセル列を設けることなく、ビット線と同層で交差シフト部(PL-2)を形成してもよい。
例えば、n行×m列のメモリセルアレイを、第1方向にq個、第2方向にr個のカラムブロックに分割し、カラムブロックを構成するメモリセルがt行×s列となった場合、カラムブロックの第2方向に並ぶt個のメモリセルを接続する1番目〜s番目のビット線のうち、カラムブロックのs番目のビット線とその隣のカラムブロックの1番目のビット線の間に、シフト部および交差シフト部を形成する。
<実施の形態3>
本実施の形態においては、プレート線の選択方法(メモリセルの選択方法)について説明する。
例えば、ワード線およびプレート線を、第1方向に延在させ、同一行に配置されたメモリセルMCに共通接続し、また、ビット線対を、第2方向に延在し、同一列に配置されたメモリセルMCに共通接続した場合には、メモリセルの選択を容易に行うことができた。即ち、選択セルのアドレスがそのまま選択すべきワード線、プレート線およびビット線対に対応していた。
しかしながら、プレート線をシフトさせた場合には、プレート線の選択を行うために、選択セルのアドレスから所定の演算を行い選択すべきプレート線を決定する必要がある。
図13は、本実施の形態の強誘電体メモリの構成を示したブロック図である。図示するように、メモリセルアレイ10の周辺には、このメモリを駆動するための周辺回路が配置されている。メモリセルアレイは、64行×32列のメモリセルからなり、8行×8列のメモリセルよりなるカラムブロックが、8行×4列(8IO×4Block)で配置されている。ここで、カラムブロックの行数は8であり、2の3乗となる。
メモリセルの第1方向(ワード線方向)には、プレート線のドライバおよびデコーダ回路13と、ワード線のドライバおよびデコーダ回路15が配置される。さらに、メモリブロック(part)のデコーダ回路17が配置されている。一方、メモリセルの第2方向(ビット線方向)には、センスアンプおよび書き込み(ライト)回路19が配置され、さらに、カラムデコーダ21が配置される。
選択セルのアドレス(XA、YA)に基づいて、ワード線のドライバおよびデコーダ回路15がワード線を選択する。また、選択セルのアドレス(XA、YA)に基づいて、カラムデコーダ回路21がビット線(対)を選択する。
ここで、プレート線を選択する際には、選択セルのアドレス(XA、YA)に基づいて加算回路23で演算を行い、その結果に基づいてプレート線を選択する。
この加算回路23での演算について、例えば、実施の形態1で説明した16行×4列のメモリセルアレイについて説明する。図14は、本実施の形態の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための平面図である。
例えば、図中の丸で示したメモリセル(Y2、X6)を選択した場合、X6を2進数で表した(110)と、Y2を2進数で表した(010)との演算を行う。
ここで、カラムブロックの行数が4(縦にメモリセルが4つ配置されている)、即ち、2の2乗であることから、まず、先のメモリセルのアドレス(110)および(010)に下から3桁目が存在する場合には1をたてて、さらに、先のメモリセルのアドレスの下2桁の演算を行う。この場合、(10)+(10)となり、演算結果は(100)となる。このうち、下から3桁目を無視し、即ち、桁上がりをさせず、下2桁の(00)と、先の1を組み合わせ、(100)を演算結果とする。よって、プレート線PL4を選択する。
例えば、選択すべきメモリセルのアドレスが第1方向にj(1≦j≦m、j=J+1)番目、第2方向にk(1≦k≦n、k=K+1)番目であり、当該メモリセルの所属するカラムブロックが前記第1方向にg(1≦g≦q、g=G+1)番目である場合に、(a)、2進法表示のKと2進法表示Gの和を演算し、(b)前記2進法表示のKの下から(v+1)桁目に1がある場合には"1"に、前記和の2進法表示の下v桁の数値を組み合わせた2進法表記の数値に基づいてプレート線を選択する。一方、(c)2進法表示のKの下から(v+1)桁目がない場合には、前記和の2進法表示の下v桁の数値に基づいてプレート線を選択する。例えば、図中メモリセル(Y1、X3)を選択した場合、Xを2進数で表した(11)と、Y1を2進数で表した(1)との演算を行い、その結果の(100)の下2桁、即ち(00)に基づいてプレート線PL0を選択する。
また、図15に示すカラムブロックの行数が8(2の3乗)の場合についても同様に演算することができる。図15は、本実施の形態の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための他の平面図である。
例えば、図中の丸で示したメモリセル(Y2、X14)を選択した場合、X14を2進数で表した(1110)と、Y2を2進数で表した(10)との演算を行う。
ここで、カラムブロックの行数が8(縦にメモリセルが8つ配置されている)、即ち、2の3乗であることから、v=3となり、まず、先のメモリセルのアドレス(1110)および(10)に下から4(=v+1)桁目が存在する場合には1をたてて、さらに、先のメモリセルのアドレスの下3(=v)桁の演算を行う。この場合、(110)+(10)となり、演算結果は(1000)となる。このうち、下から4(=v+1)桁目を無視し、下3(=v)桁の(000)と、先の1を組み合わせ、(1000)を演算結果とする。よって、プレート線PL8を選択する。
このように、カラムブロックの行数を2のv乗とした場合には、加算回路の演算結果に基づきプレート線を選択することができる。
<実施の形態4>
実施の形態3においては、加算回路を用いてプレート線の選択を行ったが、カラムブロックの行数が2のv乗でない場合には、加算回路に加えて減算回路が必要になる。
かかる場合について説明する。図16は、本実施の形態の強誘電体メモリの構成を示したブロック図である。実施の形態3と同一の部位には、同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
実施の形態3と異なる箇所は、メモリセルアレイ11、判定回路部25および減算回路27である。前述したように、メモリセルアレイ11を分割してなるカラムブロックの行数は2の累乗ではない。
実施の形態1と同様に、選択セルのアドレス(XA、YA)に基づいて、ワード線およびビット線(対)を選択する。
ここで、プレート線を選択する際には、選択セルのアドレス(XA、YA)に基づいて加算回路23、判定回路部25および減算回路27で演算を行い、その結果に基づいてプレート線を選択する。
図17に示すカラムブロックの行数が6の場合(2の累乗でない場合)について、プレート線の選択方法を詳細に説明する。
図17は、本実施の形態の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための平面図である。この場合、カラムブロックが6行×1列のメモリセルで構成されている。
例えば、図中の丸で示したメモリセル(Y2、X10)を選択した場合、その10進法による和は12(=2+10)となり、プレート線PL12(実際はPL6)を選択してしまう。そこで、加算回路23の演算結果(12)が、判定回路部25において、カラムブロックの行数である6以上である場合には、和からカラムブロックの行数を減算回路27にて減算し、その結果に基づきプレート線PL6(=12−6)を選択する。なお、ここでは、10進法で説明したが、2進法で演算しても同様の結果となる。
即ち、選択すべきメモリセルのアドレスが第1方向にj(1≦j≦m、j=J+1)番目、第2方向にk(1≦k≦n、k=K+1)番目であり、当該メモリセルの所属するカラムブロックが第1方向にg(1≦g≦q、g=G+1)番目である場合に、(a)前記加算回路によりKとGの和を演算し、(b)前記和がカラムブロックの行数(t)以上である場合には、前記和から前記tを減算した結果に基づいてプレート線を選択する。
このように、本実施の形態によれば、プレート線をシフトさせ、また、折り返した構造としてもその選択を正確に行うことができる。
なお、実施の形態3で説明したカラムブロックの行数が2の累乗の場合において、本実施の形態のプレート線選択回路を用いてもよい。
実施の形態1の強誘電体メモリの要部を概略的に示した平面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部断面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部断面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態1の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態1の他の強誘電体メモリの要部を概略的に示した平面図 実施の形態2の強誘電体メモリの要部断面図 実施の形態2の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態2の強誘電体メモリの要部平面図 実施の形態3の強誘電体メモリの構成を示したブロック図 実施の形態3の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための平面図 実施の形態3の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための他の平面図 実施の形態4の強誘電体メモリの構成を示したブロック図 実施の形態4の強誘電体メモリのプレート線の選択方法を説明するための平面図 (a)は、プレート線を階段状にシフトさせた場合の強誘電体メモリの要部平面図、(b)は、その概略図
符号の説明
1…半導体基板 10、11…メモリセルアレイ 13…プレート線のドライバおよびデコーダ回路 15…ワード線のドライバおよびデコーダ回路 17…メモリブロックのデコード回路 19…センスアンプおよび書き込み回路 21…カラムデコーダ 23…加算回路 25…判定回路部 27…減算回路 Ac…素子形成領域 BL、/BL…ビット線、ビット線対 C1〜C6…コンタクト部 Ca…キャパシタ CB…カラムブロック Ctrl…制御回路 Dc…ダミーセル DCa…ダミーキャパシタ dummy…ダミー領域 fe…強誘電体膜 G…ゲート電極 IN…入力回路 LE…下部電極 MC…メモリセル MC array…メモリセルアレイ MB…メモリブロック OUT…出力回路 P3、P5…パターン PAD…パッド PL、PL-1、PL-2、PL0〜PL15…プレート線 Row Deccoder…ロウデコーダ SA…センスアンプ回路 T…トランジスタ UE…上部電極 WL、WL0〜WL15…ワード線 X0〜X15、XA…アドレス Y0〜Y3、YA…アドレス

Claims (12)

  1. (a)強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルであって、第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個(mは自然数)、第2方向にn個(nは自然数)の格子状に配置されたメモリセルアレイと、
    (b)前記第1方向に配置された前記m個のメモリセルの前記第1端子を接続する第1配線と、
    (c)前記第2方向に配置された前記n個のメモリセルの前記第2端子を接続する第2配線と、
    (d)前記m個のメモリセルの前記第3端子を接続する第3配線であって、
    (d1)前記メモリセルアレイを前記第1方向にq個(qは自然数)前記第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであって、前記第1方向にs個(sは自然数)前記第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、
    (d2)第1単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、
    (d3)前記第1ブロックの前記第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜前記t番目の配線部と、
    (d4)前記第1単位ブロックの1番目〜前記t番目の配線部と、前記第2単位ブロックの1番目〜t番目の配線部とを、同一番目の配線部同士が接続しないようにそれぞれ接続する接続配線部であって、
    前記第1単位ブロックの配線部の前記第2単位ブロック側の端部と、前記第2単位ブロックの配線部の前記第1単位ブロック側の端部と、をそれぞれ接続する接続配線部と、を有する第3配線と、
    を有する半導体記憶装置であって、
    (e)前記接続配線部は
    前記第1単位ブロックの1番目〜t番目の配線部の内、u番目(1≦u<t)の配線部と、前記第2ブロックの(u+1)番目の配線部と、を接続する第1接続配線部と、
    前記第1ブロックの前記t番目の配線部と、前記第2ブロックの1番目の配線部と、を接続する第2接続配線部と、を有し、
    前記第1接続配線部と前記第2接続配線部とが交差していること
    を特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記qはt以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記qはtと同一であることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記配線部と前記接続配線部の内少なくとも1つの接続配線部は異なる配線層に形成されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記少なくとも1つの接続配線部は前記第2配線と同一の配線層に形成されることを特徴とする請求項に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第1単位ブロックと第2単位ブロックのブロック間にはダミーセル列が配置され、前記接続配線部は前記ダミーセル列の上部に配置されることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記第3配線は、前記容量部の一端に接続されることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
  8. (a)強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルであって、第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個(mは自然数)、第2方向にn個(nは自然数)の格子状に配置されたメモリセルアレイと、
    (b)前記第1方向に並ぶ前記m個のメモリセルの前記第1端子を接続する第1配線と、
    (c)前記第2方向に並ぶ前記n個のメモリセルの前記第2端子を接続する第2配線と、
    (d)前記m個のメモリセルの前記第3端子を接続する第3配線であって、
    (d1)前記メモリセルアレイを前記第1方向にq個(qは自然数)、前記第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであり、前記第1方向にs個(sは自然数)、前記第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、
    (d2)第1単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、
    (d3)前記第1ブロックの前記第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜前記t番目の配線部と、
    (d4)前記第1単位ブロックの1番目〜前記t番目の配線部の内、u番目(1≦u≦t)の配線部と、前記第2単位ブロックのu番目(1≦u≦t)以外の配線部と、を接続する接続配線部と、を有する第3配線と、
    を有する半導体記憶装置であって、
    (e)前記第3配線を選択する手段であって、
    加算回路および減算回路の演算結果に基づき前記第3配線を選択する手段を有し、
    (f)前記接続配線部は、前記単位ブロックの第2方向に並ぶ前記t個のメモリセルを接続する1番目〜前記s番目の第2配線のうち、前記第1単位ブロックの前記t番目の第2配線と前記第2単位ブロックの1番目の第2配線との間で交差していること、
    を特徴とする半導体記憶装置。
  9. 前記第3配線の選択は、
    (e1)前記第1単位ブロックのu番目(1≦u<t)の配線部と、前記第2ブロックの(u+1)番目の配線部とが第1接続配線部で接続され、前記第1ブロックのt番目の配線部と、前記第2ブロックの1番目の配線部とが第2接続配線部で接続される場合であって、
    (e2)選択すべきメモリセルのアドレスが第1方向にj(1≦j≦m、j=J+1)番目、第2方向にk(1≦k≦n、k=K+1)番目であり、当該メモリセルの所属する単位ブロックが第1方向にg(1≦g≦q、g=G+1)番目である場合に、
    (e3)前記加算回路によりKとGの和を演算し、
    (e4)前記和が前記t以上である場合には、前記和から前記tを減算した結果に基づいて行われることを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  10. (a)強誘電体膜を用いた容量部を有するメモリセルであって、第1、第2および第3の端子を有するメモリセルが、第1方向にm個(mは自然数)、第2方向にn個(nは自然数)の格子状に配置されたメモリセルアレイと、
    (b)前記第1方向に並ぶ前記m個のメモリセルの第1端子を接続する第1配線と、
    (c)前記第2方向に並ぶ前記n個のメモリセルの第2端子を接続する第2配線と、
    (d)前記m個のメモリセルの前記第3端子を接続する第3配線であって、
    (d1)前記メモリセルアレイを前記第1方向にq個(qは自然数)、第2方向にr個(rは自然数)に分割してなる単位ブロックであり、前記第1方向にs個(sは自然数)、前記第2方向にt個(tは自然数)のメモリセルが格子状に配置された単位ブロックのうち、
    (d2)第1単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜t番目の配線部と、
    (d3)前記第1ブロックの前記第1方向の隣に位置する第2単位ブロックの前記第1方向に並ぶ前記s個のメモリセルを接続する1番目〜前記t番目の配線部と、
    (d4)前記第1単位ブロックの1番目〜前記t番目の配線部の内、u番目(1≦u≦t)の配線部と、前記第2単位ブロックのu番目(1≦u≦t)以外の配線部とを接続する接続配線部と、を有する第3配線と、
    (e)前記第3配線を選択する手段と、
    を有する半導体記憶装置であって、
    (f)前記tは2のv乗であり、
    (g)前記第3配線を選択する手段は、加算回路の演算結果に基づき前記第3配線を選択し、
    (h)前記接続配線部は、前記単位ブロックの第2方向に並ぶt個のメモリセルを接続する1番目〜前記s番目の第2配線のうち、前記第1単位ブロックの前記t番目の第2配線と前記第2単位ブロックの1番目の第2配線との間で交差している、
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  11. 前記第3配線の選択は、
    (g1)前記第1単位ブロックのu番目(1≦u<t)の配線部と、前記第2ブロックの(u+1)番目の配線部とが第1接続配線部で接続され、前記第1ブロックのt番目の配線部と、前記第2ブロックの1番目の配線部とが第2接続配線部で接続される場合であって、
    (g2)選択すべきメモリセルのアドレスが第1方向にj(1≦j≦m、j=J+1)番目、第2方向にk(1≦k≦n、k=K+1)番目であり、当該メモリセルの所属する単位ブロックが前記第1方向にg(1≦g≦q、g=G+1)番目である場合に、
    (g3)前記加算回路により、2進法表示のKと2進法表示Gの和を演算し、
    (g4)前記2進法表示のKの下から(v+1)桁目に1がある場合には"1"に、前記和の2進法表示の下v桁の数値を組み合わせた2進法表記の数値に基づき、
    (g5)前記2進法表示のKの下から(v+1)桁目がない場合には、前記和の2進法表示の下v桁の数値に基づき行われること
    を特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体記憶装置を有することを特徴とする電子機器。
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