JP5149617B2 - 改良されたレイアウトのsramメモリセル - Google Patents
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Description
非制限例として、このタイプの単一ポートまたは二重ポートSRAMメモリセルが、電子回路装置において頻繁に使用される。
そのようなSRAMメモリセルの提案されているレイアウトのほとんどが、極めて一般的な設計ガイドラインに基づいていることは、注目に値する。
図1は米国特許第6606276号で提案されている二重ポートSRAMメモリセルの概略図を示す。
このSRAMメモリセルはバルクシリコン技術において製造され、8つのトランジスタを備えている。
相補的データ記憶装置Sが、それぞれPMOSトランジスタMP0、MP1とNMOSトランジスタMN0、MN1からなる二つのCMOSインバータをクロスカップリングすることによって構成されている。
これらのビットラインおよびこのワードラインは、第1アクセス・ポートAに対応する。
図から分かるように、セルの設計は特に以下のガイドラインに依存している。
より詳しく説明すると、これらトランジスタのN−ウェル・インプラント3と電圧閾値調整インプラント4の関連領域がともにセルの高さと平行な方向に合わせられ、マージされなければならない。
実際に、周知のレイアウト設計規則において必要とされるのは、二つの別個のN−ウェル・インプラントが最小距離だけ離さなければならないことであり、該最小距離は、特に他の設計規則によって指示される他の最小距離と比べて重要なものである。
従って、各PMOSトランジスタの両領域3、4をマージすることは、前記の距離制約から設計者を解放する。
好ましくは、これらのポートはインバータのPMOSトランジスタの対向側に配置されうる。
次に、メモリセルの電源のための導電性トラックが、これらのポート間に挿入される。
この図において、ビットライン対BLa、BLa/およびBLb、BLb/はそれぞれセルの左側、右側に配置され、またインバータのPMOSトランジスタ上方に延長する導電性トラックVCCで分離されている。
この場合において、VCC導電性トラックがポートAとB間のカップリング効果を低減する。
図2の例において、8つの接点を使用することがコンパクトなメモリセルを得ることを可能にする。
当然ながら、このタイプのSRAMメモリセルの設計は他の周知ガイドラインに、例えばトランジスタのチャンネル領域を同じ方向、および概して対称的に向ける等のガイドラインに基づいてよい。
換言すれば、このガイドラインはこのセルに基づいたメモリ・アレイの歩留まりを改善する。
この点において、SOI技術の興味深い特徴は、PMOSトランジスタのソースまたはドレインにそれぞれ接続されなければならないNMOSトランジスタのドレイン電極またはソース電極が、共通の活性拡散領域を用いて直接当接できるという事実にある。
バルク技術に利用できないこの特徴は、例えばVCCとVSS間の短絡のリスクなく達成できる。
これを図3aに示すが、そこでは、絶縁を形成するために、そしてより詳しくは、例えばPMOSトランジスタのN−ウェル領域を介したVCCと接地VSS間の短絡を回避するために、これら二つのトランジスタ間の空間は一般的に絶縁体で充填される。
このマテリアルはソースとドレイン間で電気的シャントとして直接作用するので、この接続部の抵抗が低減される。
当接部およびシリサイド層を備えるこのような構造は、以下の文章においてN/Pシャントと呼ばれることに注意しなければならない。
上述したメモリセルと比較すると、このメモリセルは単一ポートAのみを備える。
従って、このメモリセルと図1に示した回路との間の差異は、4個ではなく、2個のスイッチ・トランジスタがあるという事実のみである。
予期されるように、これまでに説明したガイドラインが考慮されていることが認められる。
さらに、ポートがメモリセル・レイアウト内に別々に配置されている。
より正確には、設計において、セルがここでは単一ポートのみを備え、従って前記ポートAを構成する二つのビットラインBLaおよびBLa/を分離することが考慮されている。
より詳細には、BLaおよびBLa/がインバータのPMOSトランジスタの両側に配置され、そして導電性トラック電源VDDが両者間に挿入されている。
最後に、セルの密集領域が最小になるように、残りのトランジスタがセル内に配置されている。
特に、この配置は、セルの全トランジスタを実現するために二つの活性領域のみが必要とされるようになされる。
しかし、この設計は非常に好結果をもたらすものの、この種のSRAMメモリセル回路をさらに改良する必要がある。
本発明はこのようなセルのコンパクトさをさらに改良することを目的とする。
− 導電性タイプが電圧閾値調整インプラントでセットされ、また、インバータにおける第2導電性タイプの二つのトランジスタのインプラントが空間的に分離される;
− セルの全体的な形状はコーナーを備え、そしてインバータの第2導電性タイプの二つのトランジスタが二つの対向コーナーに配置される;
− セル形状は概して長方形であり、また、インバータの第2導電性タイプの二つのトランジスタが対角線上に配置されている;
− 各インバータのトランジスタと当該各インバータの入力に接続されたスイッチ・トランジスタが、唯一の活性領域で構築されている;
− セル内の全トランジスタのゲートが、所与の方向に沿って並べられている;
− インバータの第2導電性タイプの各第2トランジスタが、前記方向に沿って、第1導電性タイプのただ一つの隣接トランジスタが近傍にあるように配置される;
− 第1導電性タイプの前記隣接トランジスタがインバータの一つの第1トランジスタを構成している;
− 二つのそれぞれ第1レベルの導電性トラックと協働して、インバータの入力が、前記該入力に接続されたスイッチのポートにそれぞれ電気的に接続されるように配置された二対の接点(35−36、35’−36’)を、セルが備える;
− セルはSOI基板内に作られる;
− インバータの入力は、第1ワードライン(WLa)によって制御される第1対のスイッチを介して第1対のビットライン(BLa、BLa/)に接続され、また、第2ワードライン(WLb)によって制御される第2対のスイッチを介して第2対のビットライン(BLb、BLb/)に接続され、前記第1対のスイッチにおける各スイッチは前記第3トランジスタを備え、前記第2対のスイッチにおける各スイッチは第1導電性タイプの第4トランジスタを備える。
同時に、本発明に係るメモリセルの電気的性能は非常に満足のいくもので、先行技術で達成されるものよりもことによると優れている。
さらに、このような改良されたセルは前記分離により、またN/Pシャントのアベイラビリティにより製作が可能であることに注意すべきである。
これが、本発明から利点を得るために、SOI技術のようなN/Pシャント能力を提供する技術において本発明に基づいてSRAMメモリセルを製造するのが好ましい理由である。
該添付図面において:
−上記で既にコメントされた図1は、バルク技術において製造された、先行技術の二重ポートSRAMメモリセルの概略を示す図である。
−上記で既にコメントされた図2は、図1におけるセルの先行技術レイアウト実施例を示す図である。
−上記で既にコメントされた図3は、図2のセルに関連する導電性トラック配置を示す図である。
−上記で既にコメントされた図3’は、バルク技術(図3a)と比較してSOI技術(図3b)のコンパクト性に関する有利な特徴を説明する図である。
−上記で既にコメントされた図4は、SOI技術において製造された単一ポートSRAMメモリセルの、先行技術のレイアウト実装を示す図である。
−図5は、二重ポートSRAMメモリセルについての本発明による実施形態を説明する図である。
−図6は、図5の実施形態に関連する導電性トラック・レイアウトを説明する図である。
−図7は、図5で説明された実施形態の第1代替案を説明する図である。
−図8は、図5で説明された実施形態の第2代替案を説明する図である。
−図9は、本発明の範囲を逸脱せず、かつ、本発明による方法を実行する代わりに提案された代替レイアウトを説明する図である。
−図10は、図9のセル・レイアウトに関連する導電性トラック・レイアウトを説明する図である。
さらに、同じ参照符号はできる限り、別の図面においても同じ要素を示す。
図5をここで参照して、本発明に係るSRAMセルの実施形態の第1の典型的レイアウトを示す。
このレイアウトは図1のように同じ参照名によって識別される8個のトランジスタを当然備えており、Silicon On Insulator(SOI)タイプの基板上に形成されている。
より詳しく説明すると、この好ましい実施形態において、セルのレイアウトは、これらトランジスタの閾値電圧調整インプラント20、21が空間的に分離されるように整えられる。
他の利点に混じって、この構成は対称の中心を有するセルを得ることができる。
しかし、前記PMOSトランジスタを二つの他の対向コーナー、例えばセルの左側上部および右側上部に配置する可能性が残っている。
MP0およびMN5のドレインがN/Pシャント28に当接している。
活性領域22はまた、第1垂直部分の右側、かつ実質的に第1垂直部分の高さに、トランジスタMN0に対応する第2垂直部分25を備える。
この領域はさらにトランジスタMN3に対応する第3垂直部分26を備える。
この垂直部分26は、第2垂直部分25の右側に、かつ実質的にこれと同じ高さに配置されている。
活性領域22はさらに前記垂直部分24、25、26をつなげる水平部分27を備える。
この点に関して、N/Pシャント29はこの水平部分27に配置され、MN0とMN3のドレインをMP0のドレインと直接つなげている。
− トランジスタMN2、MP1とこれらトランジスタ間の接続部に対応する第1垂直部分24’において、MP1およびMN2のドレインがN/Pシャント28’に当接している第1垂直部分24’と、
− 第1垂直部分24’の左側に、かつ実質的にこれと同じ高さに、トランジスタMN1と対応する第2垂直部分25’と、
− 第2垂直部分25’の左側に、かつ実質的にこれと同じ高さに、トランジスタMN4と対応する第3垂直部分26’、および、
− 前記三つの垂直部分24’、25’、26’をつなげる水平部分27’。
二つの接点がこの接続を実現するのに必要なことが理解される。
好ましくは、第1接点35がポリシリコン片30の真上でMN4のドレインのレベルに置かれ、また第2接点36がMN4のドレイン拡散部の真上に置かれている。
このような配置により、レベル−1垂直金属トラック34を直線形状にすることができる。
上述した同じ理由で、第1接点35’はポリシリコン片30’の真上で、かつ、MN3のドレインのレベルに置かれ、また第2接点36’がMN3のドレイン拡散部の真上に置かれているのが好ましい。
唯一の導電性トラックVSSはセルの中心に、実質上MN1とMN0上方に垂直方向に延長している。
さらに、VSSに対応する導電性トラックが、後述するように、ポートAとBについてのビットラインを含むレベルよりも高いレベルまたはこれと同等のレベルに位置する導電性材料層で形成されている。
ビットラインBLa、BLa/に対応する二つの導電性トラックは、VSSの左側に垂直に延長し、またBLb、BLb/に対応する二つの他の導電性トラックはVSSに関してBLa、BLa/と対称的に、すなわち、VSSの右側に配置されている。
同様に、オプションとして、二つの関連ビアを伴って二つの接点(参照符号38’と39’)がMN2とMN3のソース上方に置かれ、それぞれ導電性トラックBLb/、BLbとの接続を可能にしている。
より詳しく説明すると、それらの幅の半分が高さに沿ってセルの境界で垂直方向に延長し、残り半分が高さに沿って隣接セルの境界で延長している。従って、これら二つの導電性トラックは隣接セル間で共有されている。
この目的のために、少なくとも一つのビアに関連する接点がこれらソースの各々上方に配置されている。
より詳しく説明すると、ワードラインWLaは実質上トランジスタMN4のレベルで水平方向に延長し、ワードラインWLbはトランジスタMN2のレベルで水平方向に延長している。
そのような方法で、MN4、MN5およびMN2、MN3のゲートは、二つの接点と二つの関連ビアを使用してそれぞれWLaとWLbに容易に接続することができる。
これらのワードラインに対応する二つの導電性トラックは、少なくとも一つのレベル−2金属トラックで引かれている。
接点またはビアのN/Pシャントによる置き換えは、インバータのトランジスタ(例えば、MP0とMN0)のチャネル間の距離d2、およびインバータの一つのPMOSのチャネルと関連スイッチ・トランジスタのチャネル間(例えば、MP0とMN5間)の距離d1を大幅に短縮することを可能にする。
さらに、インバータのPMOSトランジスタの配置、より詳しくはそれらの各電圧閾値調整インプラントの配置が、セルの幅に沿った距離d2の発生を減じることを可能にする。
非制限的な比較として、このメモリセルを130nmSOI技術(設計規則に違反せずに)において実装したときに、4.5μm2の表面積を達成するのは容易だった。一方、(少数の設計規則の違反を伴って)前記技術において実装された米国特許第6606276号のメモリセルは少なくとも4.9μm2の表面積を得た。
この点に関し、ポートVCC、VSS、WLa、WLa/、BLa、BLa/、BLbおよびBLb/は全てセルの境界領域内に置かれる。
− 特に接点の使用を最小限にすることにより、レイアウトにおいて、リソグラフィック製造ステップおよび設計規則の変動が容易となる(米国特許第6606276号に提案された実施形態と比較して、4個の接点が節約される)。
− セルの中心対称性と、メモリセルの寸法の縮小と、さらには収容接点数の低減のおかげで、製造歩留まりが改善される。
− 内部データ記憶ノード(BLおよびBL/)の寄生抵抗が、少なくとも二つの接点と前記米国特許第6606276号からの導電性トラックにとって代わるN/Pシャントにより低減される。
− より優れた柔軟性が、以下のものを形成する導電性材料の選択に関して提供される。すなわち、
供給トラックVCC、
接地トラックVSS、
ポートAのビットライン、
ポートBのビットライン。
換言すれば、次の関係で表わすことができる:
i≧1; i≦j≦k; i+1≦k
ここに、i、j、kは該技術で利用可能な金属トラック・レベル数を指示している。
さらに、WLaとWLbに対応するワードライン導電性トラックは上述したもの(Vcc、Vss、BLa、BLa/、BLbおよびBLb/についての垂直導電性トラック)より高い金属レベルを使用して製造されうる。
この代替実施形態において、MN0とMN3のドレインは、二つの接点60、60’と水平導電性トラック62、好ましくはレベル−1金属トラックにより接続されている。
同様にして、MN1とMN4のドレインは二つの他の接点61、61’と別の水平導電性トラック63、好ましくはレベル−1金属トラックにより接続されている。
従って、水平方向において、活性領域22と23はもはやMN0とMN1のドレインを越えて延長しない。それは、これらのトランジスタとMN3、MN4との間の接続がそれぞれ前記二つのレベル−1金属トラック62、63を介して行われるからである。
ここでセルは四つの別個の活性領域22、23、64、64’を備え、二つの付加的活性領域64と64’が、それぞれトランジスタMN4とMN3を構成している。
より詳しく説明すると、四つのN/Pシャントがなおも使用され、利点を発揮するが、i番目の導電性材料層のトラックは、ビットライン導電性トラックとセルの内部ノード間の交差接続を防止するため、少なくとも第2導電性材料層(i>2)を使用して引かれなければならない。
一例として、付加的なポート(例えば、ポートC)および従って付加的な関連スイッチ・トランジスタがMN0とMN3およびMN4とMN5間に置かれる。
従って、活性領域22、23の水平部分が、二重ポートの実施形態におけるものよりも大きくなり、またこれによって、この材料層と接続されたトランジスタ間の抵抗が、これら接続部のいくつかが本発明の2ポートの実施形態で提案された水平レベル−1金属トラックに置き換えられれば、より高くなる。
四つの接点650、651、652、653はこれら二つの接続を行うのに必要であることが理解できる。
コンパクト性をできる限り低く保つために、これら接点はこれらトランジスタのチャネル領域にできる限り近く置かれる。
従って、この第2代替案において、これまでに説明したように、MP0とMN5のドレインおよびMP1とMN2のドレインをそれぞれ接続するために、ただ二つのN/Pシャントが必要である。
これらの交差接続を防止するために、二つの接点35、35’がそれぞれトランジスタMN4、MN3へ垂直方向に近づくように移動される。
この代替レイアウトは、SOI型の単一ポートSRAMメモリセルを開示する仏国特許出願公開第2843481号明細書の教示に由来し、そして、当該発明によって提供されるSRAMメモリセルのいくつかの利点を強調している。
仏国特許出願公開第2843481号明細書に既に開示された要素および特徴は再度説明しないことに注意しなければならない。
二つの活性領域100、100’はこれらのトランジスタ全てを形成することを可能にする。
インバータの二つのPMOSトランジスタMP0、MP1は、メモリセルの中心に位置する唯一領域内に従来通りに集められ、また、各サイドで二つのNMOS領域によって取り囲まれている。
四つのN/Pシャント102、102’、103、103’がそれぞれMP0のドレインをMN0のドレインに、MP0のドレインをMN3のドレインに、MP1のドレインをMN4のドレインに、また、MN1のドレインをMP1のドレインに接続している。
さらに、この二重ポートSRAMメモリセル内の全スイッチ・トランジスタが、所与のポートに対して、二つの関連スイッチ・トランジスタが並置されるように配置されている(これは例えばビットラインBLa、BLa/にそれぞれ対応するMN5とMN4についての場合である)。
従って、仏国特許出願公開第2843481号明細書のメモリセルと比較して、このレイアウトはいくぶん大きい。
MP1とMN1のドレインをMN0とMP0のゲートに、
MP0とMN0のドレインをMN1とMP1のゲートに接続する。
これら二つの導電性トラック104、104’の端部領域はそれぞれMN4とMN3のドレイン上方に位置する。
これらワードラインは少なくともレベル2の導電性トラックを使用して製造される。
1よりも大きいか、これと同等のレベルにある二対の平行導電性トラックBLa、BLa/およびBLb、BLb/が、スイッチ・トランジスタとそれらの各ビットラインとの間に所望の接続を可能にしている。
接点とビアもまたこれらの接続のために提供されることが理解される。
最後に、電源VSSに対応する唯一の導電性トラックが、ポートAとBについてのビットラインにおけるレベルよりも高いレベルかまたはこれと同等のレベルの材料層を使用して形成される。
非制限例として、130nmSOI技術において、セルの中心でマージされた二つの電圧閾値調整インプラントを有するこの代替レイアウトの表面積は、米国特許第6606276号に対応するセルについての4.9μm2(最高の場合;ほとんど設計規則の違反無し)に対抗して、約4.7μm2(最悪の場合;設計規則の違反なし)である。
換言すれば、このようなセルの設計者は特にVCC、VSSおよびポートAのビットラインを構成する導電性材料層の選択に関してより柔軟性を有している。
最初に思い起こすべきことは、d2がインバータのトランジスタのチャネル間の距離(例えば、図9のMP0およびMN0間)を示し、またd1がインバータの一つのPMOSのチャネルとスイッチ・トランジスタ間の距離(例えば、図9のMP0とMN3間)を示すということである。
これらの距離は、設計規則に基づく他の距離と比較して非常に重要なものであり、また、セル密度についてのクリティカルなパラメータを構成するものであるので、本明細書においてより詳しく検討される。
図5においては、本発明に係るセルはただ一つの基本距離d2を含む幅を有している。
従って、このセルは図9で提案されたものよりも狭く作ることができる。
図5および図9から分かるように、この数はセルのレイアウトがどうであろうとも等しい(例えば、図5において二つの接点35と36があり、また、図9において二つの接点106と107がある)。
詳しく説明すると、本発明は内部データ記憶ノード(一般にBLおよびBL/)にキャパシタ、例えば金属キャパシタを簡単な方法で付加することができる。
本発明はこのような利点を容易に提供できる。これは、導電性レベル−1金属層の使用が非常に限定され、それゆえたくさんの構成柔軟性をもたせることができるからである。
例えば、キャパシタをレベル2より上位のまたは2と同等のレベルの金属層で容易に作ることができる。
このような適用の指示例として、このようなメモリセルの二つの対向端部領域に、その中心にではなく、配置されなければならないトランジスタは、インバータのNMOSトランジスタである。
4 電圧閾値調整インプラント
10、11 N/Pシャント
20、21 電圧閾値調整インプラント
22、23 活性領域
24、24’、25、25’、26、26’ 垂直部分
27、27’ 水平部分
28、28’、29 N/Pシャント
30、30’、31、31’ 水平シリコン片
34、34’ 垂直金属トラック
35、35’、36、36’ 接点
37、37’ ビア
38、38’、39、39’ 接点
60、60’、61、61’ 接点
62、63、65、65’ 水平導電性トラック
64、64’ 活性領域
650、651、652、653 接点
100、100’ 活性領域
101 電圧閾値調整インプラント
102、102’、103、103’ N/Pシャント
104、104’ 導電性トラック
106、107 接点
Claims (8)
- 二つのインバータと複数のスイッチを備えたSRAMメモリセルであって、SRAMセルがSOI(Silicon On Insulator)技術において製造され、インバータの入力が第1対のビットライン(BLa、BLa/)に第1ワードライン(WLa)によって制御される第1対のスイッチを介して接続されており、また、第2対のビットライン(BLb、BLb/)に第2ワードライン(WLb)によって制御される第2対のスイッチを介して接続されており、各インバータが第1導電性タイプの第1トランジスタ(MN0、MN1)と第2導電性タイプの第2トランジスタ(MP0、MP1)を備え、そして、前記第1対のスイッチにおける各スイッチが第1導電性タイプの第3トランジスタ(MN4、MN5)を備え、また前記第2対のスイッチにおける各スイッチが第1導電性タイプの第4トランジスタ(MN2、MN3)を備えるSRAMメモリセルであって、インバータにおける第2導電性タイプの二つのトランジスタ(MP0、MP1)がメモリセルの二つの対向端部領域にそれぞれ配置されており、
その全体的な形状がコーナーを備えており、インバータの第2導電性タイプの二つのトランジスタ(MP0、MP1)が二つの対向コーナーに配置されており、
セル形状が長方形であり、またインバータの第2導電性タイプの二つのトランジスタ(MP0、MP1)が対角線上に配置されており、
各インバータのトランジスタと前記の当該各インバータの入力に接続されたスイッチ・トランジスタが唯一の活性領域でつくられていることを特徴とする、SRAMメモリセル。 - 導電性タイプが電圧閾値調整インプラント(20、21)でセットされ、また、インバータにおける第2導電性タイプの二つのトランジスタ(MP0、MP1)のインプラントが空間的に分離されていることを特徴とする、請求項1に記載のSRAMメモリセル。
- セル内の全トランジスタのゲート(30、31、30’、31’)が、同じ方向に沿って配列されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のSRAMメモリセル。
- インバータの第2導電性タイプの各第2トランジスタが、前記方向に沿って、第1導電性タイプのただ一つの隣接トランジスタをその近傍に有するように配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のSRAMメモリセル。
- 第1導電性タイプの前記隣接トランジスタが、インバータの一つの第1トランジスタを構成することを特徴とする、請求項4に記載のSRAMメモリセル。
- インバータの入力をスイッチにそれぞれ接続する、二つの第1レベルの導電性トラックと、二対の接点とを備えており、
前記二対の接点のうちの一対の接点のうちの一方の接点がインバータの入力に接続されたものであり、他方の接点がスイッチに接続されたものであり、
前記第1レベルの導電性トラックは、一方の接点と他方の接点とを接続するものであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一つに記載のSRAMメモリセル。 - SOI基板内に作られていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一つに記載のSRAMメモリセル。
- 請求項1から7のいずれか一つに記載の複数のSRAMメモリセルを備える、SRAMメモリ。
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