JP5578706B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特にSRAM(Static Random Access Memory)セルを含む半導体記憶装置に関する。
高速動作が可能なメモリとしてSRAMが知られている。SRAMでは、ワード線が活性化されると、そのワード線に接続された、対象のメモリセルを含む全てのメモリセルが活性化される。そのため、対象のメモリセルのビット線対だけでなく、対象外のメモリセルのビット線対においても充放電が行われる。このような対象外のメモリセルのビット線対の充放電は不要な電力消費を生じさせている。
SRAMでの消費電力を低減する技術として、特開平8−167291号公報(対応米国特許US5757689(A))に半導体メモリ装置が開示されている。図14は、特開平8−167291号公報の図1を、符号等を変更せずにそのまま示したものである(従って、それらの符号等は、この図14のみにおいて有効であり、後述される本発明の実施の形態の符号とは直接的には関係が無い)。この半導体メモリ装置は、複数のメモリセル(M00、M01、…、M10、M11、…)を行列状に配列したメモリセルアレイを有し、アドレス指定されたワード線(EWL0、OWL0、…)を活性化させてメモリセル(M00、M01、…)とビット線(B0、/B0、B1、/B1、…)とを作動的に接続してデータの授受を行わせる。この半導体メモリ装置は、同一の行アドレスに対して列アドレスにより制御される少なくとも2本のワード線(例示:EWL0、OWL0)を有する。同一の行(例示:第0行)に属するメモリセル(例示:M00、M01、…)が、同一の行アドレスを有し、異なる列アドレスを有する上記少なくとも2本ワード線(例示:EWL0、OWL0)のうちの異なるワード線(例示:EWL0又はOWL0)に接続されている。すなわち、この半導体メモリでは、ワード線を複数用いることにより、充放電されるビット線対の数を減らして、不要な充放電の回数を低減している。それにより、消費電力を削減している。
一方、テクノロジーノード90nm以降、SRAMは横型メモリセルレイアウトが多く用いられるようになっている。横型メモリセルレイアウトの技術として、特許第3523762号公報(対応米国特許US5930163(A))に半導体記憶装置が開示されている。図15A、図15B、及び図15Cは、それぞれ特許第3523762号公報の図1、図2、及び図16を、符号等を変更せずにそのまま示したものである(従って、それらの符号等は、これらの図15A、図15B、及び図15Cのみにおいて有効であり、後述される本発明の実施の形態の符号とは直接的には関係が無い)。この半導体記憶装置は、第1のインバータと、第2のインバータと、第3のNチャネル型MOSトランジスタ(N3)と、第4のNチャネル型MOSトランジスタ(N4)とを備える。第1のインバータは、第1のNチャネル型MOSトランジスタ(N1)と第1のPチャネル型MOSトランジスタ(P1)とを含む。第2のインバータは、第2のNチャネル型MOSトランジスタ(N2)と第2のPチャネル型MOSトランジスタ(P2)とを含み、第1のインバータの出力端子に第2のインバータの入力端子が接続され、第1のインバータの入力端子に第2のインバータの出力端子が接続されている。第3のNチャネル型MOSトランジスタ(N3)は、第1のインバータの出力端子にソースが接続され、第1のビット線(BL)にドレインが接続され、ワード線(WL)にゲートが接続されている。第4のNチャネル型MOSトランジスタ(N4)は、第2のインバータの出力端子にソースが接続され、第2のビット線(/BL)にドレインが接続され、ワード線(WL)にゲートが接続されている。第1、第2、第3及び第4のNチャネル型MOSトランジスタ(N1、N2、N3及びN4)と第1及び第2のPチャネル型MOSトランジスタ(P1、P2)のそれぞれのソース・ドレインの配置方向が、第1、第2、第3及び第4のNチャネル型MOSトランジスタ(N1、N2、N3及びN4)が形成されたPウェル領域(Pウェル)と第1及び第2のPチャネル型MOSトランジスタが形成されたNウェル領域(Nウェル)との境界線と平行になるように設定されている。第3のNチャネル型MOSトランジスタ(N3)のゲートに用いられる第1の多結晶シリコン配線層(PL2)と、第1のNチャネル型MOSトランジスタ(N1)のゲートと第1のPチャネル型MOSトランジスタ(P1)のゲートとに用いられる第2の多結晶シリコン配線層(PL1)とが平行に配置されている。第4のNチャネル型MOSトランジスタ(N4)のゲートに用いられる第3の多結晶シリコン配線層(PL4)と、第2のNチャネル型MOSトランジスタ(PL3)のゲートと第2のPチャネル型MOSトランジスタ(P2)のゲートとに用いられる第4の多結晶シリコン配線層(PL3)とが平行に配置されている。
特開平8−167291号公報 特許第3523762号公報
上述のように、横型メモリセルレイアウト(図15A、図15B)では、SRAMセルはPウェルでNウェルを挟む構造を有している。そして、SRAMセルの中央にロードトランジスタ(P1、P2)、両側にアクセストランジスタ(N3、N4)及びドライバトランジスタ(N1、N2)が配置されている。この横型メモリセルレイアウトでは、アクセストランジスタ(N3、N4)の入力となるワード線(WL)は隣接セルと共有されている。すなわち、横型メモリセルレイアウトでは、ワード線(WL)が第3配線によって通過し、セルの境界位置(図15Aや図15Bの左右方向の端部)において、コンタクトを介してポリシリコン(PL2、PL4)に接続される。これらのワード線(WL)のコンタクト及びポリシリコンは、隣接するSRAMセル同士で共有されている。
この横型メモリセルレイアウトに例示されるような、ワード線のコンタクトなどが隣接セルと共有されるSRAMセルの場合、ワード線をセル単位で切り替えることはできない。すなわち、セルアレイ中の任意の場所においてワード線を切り替えることができない。そのため、特開平8−167291号公報に開示されている構成(図14)のような、ワード線を複数用いて充放電されるビット線対の数を減らす、という技術を用いることができない。その結果、ワード線のコンタクトなどが隣接セルと共有されるSRAMセルにおいて、不要な充放電の回数を低減して消費電力の低減を図ることが困難になっている。対処方法として、SRAMセルの形状を変更する方法や、メモリセルアレイを分割する方法も考えられるが、前者は、セル開発の工数負担がかかり、後者は面積効率の低下を招くという問題がある。
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の半導体記憶装置は、第1ワード線(WLA)及び第2ワード線(WLB)と、第1SRAMセル(30:MC1)と、第2SRAMセル(30:MC2)と、仲介セル(10:DC)とを備える。第1SRAMセル(30:MC1)は、第1ワード線(WLA)及び第2ワード線(WLB)を有し、第1ワード線(WLA)が接続されている。第2SRAMセル(30:MC2)は、第1ワード線(WLA)及び第2ワード線(WLB)を有し、第2ワード線(WLB)が接続されている。仲介セル(10:DC)は、第1SRAMセル(30:MC1)と第2SRAMセル(30:MC2)との間に隣接して設けられ、第1ワード線(WLA)及び第2ワード線(WLA)が接続されている。複数の第1SRAMセル(30:MC1)及び仲介セル(10:DC)のうち、隣接するセル同士が第1ワード線(WLA)用のコンタクトを共有している。複数の第2SRAMセル(30:MC2)及び仲介セル(10:DC)のうち、隣接するセル同士が第2ワード線(WLB)用のコンタクトを共有している。
本発明の半導体記憶装置により、ワード線(WLA、WLB)用のコンタクトを共用する複数のSRAMセル(30:MC1、MC2)を用いている場合であっても、ワード線切り替え用の仲介セル(10:DC)を仲介させることによって、同じ行に属する複数のSRAMセル(30:MC1、MC2)を別々のグループ(MC1/MC2)に分割することが出来る。それにより、各グループ(MC1/MC2)に対して別々のワード線(WLA/WLB)を用いることが出来るようになり、メモリセルアレイのワード線選択の技術を適用することが可能となる。その結果、メモリセルアレイの消費電力を低減することができる。
本発明により、少なくともワード線のコンタクトが隣接セルと共有されるSRAMセルを有する半導体記憶装置において、ビット線対の充放電による消費電力を抑えることが可能となる。
図1Aは、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置におけるSRAMセルの構成を示している。 図1Bは、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置におけるSRAMセルの構成を示している。 図1Cは、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置におけるSRAMセルの構成を示している。 図2は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置におけるSRAMセルの構成を示している。 図3Aは、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置における仲介セルの構成を示している。 図3Bは、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置における仲介セルの構成を示している。 図4は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置における仲介セルの構成を示している。 図5は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成を示している。 図6Aは、図5のコントローラにより制御されるカラムデコーダ出力とロウデコーダ出力とメモリセル番地の真理値表である。 図6Bは、図5のコントローラにより制御されるカラムデコーダ出力とロウデコーダ出力とメモリセル番地の真理値表である。 図7Aは、図5のセルアレイ配置の概観を示している。 図7Bは、図5のセルアレイ配置の概観を示している。 図8Aは、図7Aの黒枠部分のレイアウトの一例を示す平面図である。 図8Bは、図7Aの黒枠部分のレイアウトの一例を示す平面図である。 図9Aは、図7Aの黒枠部分の下地レイアウトの一例を示す平面図である。 図9Bは、図7Aの黒枠部分の下地レイアウトの一例を示す平面図である。 図10Aは、図7Aの黒枠部分の下地レイアウトの他の例を示す平面図である。 図10Bは、図7Aの黒枠部分の下地レイアウトの他の例を示す平面図である。 図11は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置のレイアウトの更に他の例を示す平面図である。 図12は、ワード線切り替え仲介セルを配置する必要がないSRAMセルのレイアウト例を示している。 図13は、PとQの面積比率をカラム構成の違いでプロットしたグラフである。 図14は、特開平8−167291号公報の図1をそのまま示している。 図15Aは、特許第3523762号公報の図1を示している。 図15Bは、特許第3523762号公報の図2を示している。 図15Cは、特許第3523762号公報の図16を示している。
本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置について添付図面を参照して説明する。本発明は、少なくともワード線のコンタクトが隣接セルと共有されるSRAMセルのメモリセルアレイ中に、ワード線を切り替えるための仲介セルを、SRAMセルのレイアウトパターンの規則性を保ちながら配置する。それにより、本発明は、SRAMセルのばらつきを増加させることなく、ワード線を複数用いて充放電されるビット線対の数を減らすという技術を適用可能にして、ビット線対の充放電による消費電力を抑えることができる。以下詳細に説明する。
まず、メモリセルとしてのSRAMセルの構成について説明する。
図1A、図1B、図1C、及び図2は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置におけるSRAMセルの構成を示している。図1Aは、SRAMセル30の下地レイアウト30Lの平面図を示している。図1B及び図1Cは、図1Aの下地レイアウト30Lに重なるSRAMセル30の上地レイアウト30Ua及び30Ubの平面図をそれぞれ示している。図2は、SRAMセル30の回路図を示している。ここでは、SRAMセル30として、CMOS構造のSRAMセルについて説明する。ただし、SRAMセルは、ワード線のコンタクトなどが隣接セルと共有されるSRAMセルであれば、この例に限定されるものではない。また、メモリセルアレイ内での配置位置により、図示したレイアウトに対して上下反転や左右反転していても良い。
図2に示されるように、SRAMセル30は、1ポートメモリセルであり、6個のトランジスタで構成される。すなわち、SRAMセル30は、左側の第1インバータを構成するpMOSロードトランジスタLD1及びnMOSドライバトランジスタDR1と、nMOSアクセストランジスタAC1と、右側の第2インバータを構成するpMOSロードトランジスタLD2及びnMOSドライバトランジスタDR2と、nMOSアクセストランジスタAC2とを備えている。第1インバータの出力ノードND1に第2インバータの入力端子が接続され、第1インバータの入力端子に第2インバータの出力ノードND2が接続されている。nMOSアクセストランジスタAC1は、第1インバータの出力ノードにソースが接続され、ビット線DTにドレインが接続され、ワード線WLにゲートが接続されている。nMOSアクセストランジスタAC2は、第2インバータの出力ノードにソースが接続され、ビット線DBにドレインが接続され、ワード線WLにゲートが接続されている。
図1Aの下地レイアウトに示されるように、nMOSドライバトランジスタDR1及びnMOSアクセストランジスタAC1は、Pwell(Pウエル)1の拡散層DN1(DN1a、DN1b、DN1c)に形成されている。nMOSドライバトランジスタDR2及びnMOSアクセストランジスタAC2は、Pwell(Pウエル)2の拡散層DN2(DN2a、DN2b、DN2c)に形成されている。pMOSロードトランジスタLD1、pMOSロードトランジスタLD2は、Pwell1とPwell2に挟まれるNwell(Nウエル)の拡散層DP1(DP1a、DP1b)、DP2(DP2a、DP2b)に形成されている。
nMOSドライバトランジスタDR1は、拡散層DN1aをソース、拡散層DN1bをドレイン、ポリシリコンPO1aをゲートとしている。拡散層DN1aは、コンタクトC1a、第1配線31a、第1ビア32a及び後述の上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介して接地線GNDに接続されている。拡散層DN1bは、コンタクトC1bを介して、出力ノードND1としての第1配線35bに接続されている。ポリシリコンPO1aは、pMOSロードトランジスタLD1のゲートと共用されている。
nMOSアクセストランジスタAC1は、拡散層DN1bをソース、拡散層DN1cをドレイン、ポリシリコンPO1bをゲートとしている。拡散層DN1cは、コンタクトC1d、第1配線31c、第1ビア32c及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介してビット線DTに接続されている。ポリシリコンPO1bは、コンタクトC1c、第1配線31b、第1ビア32b及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)介してワード線WLに接続されている。これらのポリシリコンPO1b、コンタクトC1c、第1配線31b、第1ビア32b及び上地レイアウトの関連部分は、隣接するSRAMセル(図示されず)と共用されている。
pMOSロードトランジスタLD1は、拡散層DP1aをソース、拡散層DP1bをドレイン、ポリシリコンPO3aをゲートとしている。拡散層DP1aは、コンタクトC3a、第1配線35a、第1ビア36a及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介して電源線VDDに接続されている。拡散層DP1bは、コンタクトC3cを介して、第1配線35bに接続されている。ポリシリコンPO3aは、ポリシリコンPO1aと一体であり、nMOSドライバトランジスタDR1のゲートと共用されている。
nMOSドライバトランジスタDR2は、拡散層DN2aをソース、拡散層DN2bをドレイン、ポリシリコンPO2aをゲートとしている。拡散層DN2aは、コンタクトC2a、第1配線37a、第1ビア38a及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介して接地線GNDに接続されている。拡散層DN2bは、コンタクトC2bを介して、出力ノードND2としての第1配線35dに接続されている。ポリシリコンPO2aは、pMOSロードトランジスタLD2のゲートと共用されている。
nMOSアクセストランジスタAC2は、拡散層DN2bをソース、拡散層DN2cをドレイン、ポリシリコンPO2bをゲートとしている。拡散層DN2cは、コンタクトC2d、第1配線37c、第1ビア38c及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介してビット線DBに接続されている。ポリシリコンPO2bは、コンタクトC2c、第1配線37b、第1ビア38b及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)介してワード線WLに接続されている。これらのポリシリコンPO2b、コンタクトC2c、第1配線37b、第1ビア38b及び上地レイアウトの関連部分は、隣接するSRAMセル(図示されず)と共用されている。
pMOSロードトランジスタLD2は、拡散層DP2aをソース、拡散層DP2bをドレイン、ポリシリコンPO3bをゲートとしている。拡散層DP2aは、コンタクトC3d、第1配線35c、第1ビア36b及び上地レイアウト(30Ua又は30Ub)を介して電源線VDDに接続されている。拡散層DP2bは、コンタクトC3bを介して、第1配線35dに接続されている。ポリシリコンPO3bは、ポリシリコンPO2aと一体であり、nMOSドライバトランジスタDR2のゲートと共用されている。
すなわち、nMOSドライバトランジスタDR1とpMOSロードトランジスタLD1は両ゲートがポリシリコン配線(PO1a、PO3a)で接続され、両ドレイン(DN1b、DP1b)がコンタクト(C1b、C3c)を介して第1配線層(35b)で接続されており、第1インバータを形成している。nMOSドライバトランジスタDR2とpMOSロードトランジスタLD2は両ゲートがポリシリコン配線(PO2a、PO3b)で接続され、両ドレイン(DN2b、DP2b)がコンタクト(C2b、C3b)を介して第1配線層(35d)で接続されており、第2インバータを形成している。第1インバータの出力ノードND1は第2インバータの入力ノードND2に接続され、第2インバータの出力ノードND2は第1のインバータの入力ノードND1に接続される。これによりデータを保持するためのラッチ回路が形成される。
図1Aの下地レイアウトに対して、上地レイアウトは図1B及び図1Cの2種類が用意される。後述される、ワード線WLとしてワード線WLAを用いるSRAMセル30には、図1Aの下地レイアウトに対して、図1Bの上地レイアウトが用いられる。一方、ワード線WLとしてワード線WLBを用いるSRAMセル30には、図1Aの下地レイアウトに対して、図1Cの上地レイアウトが用いられる。そのため、図1Bの上地レイアウトと図1Cの上地レイアウトとは、第3配線からなるワード線WLA、WLBとアクセストランジスタのゲートとを接続するための第2ビアの配置が異なっている。すなわち、図1Bはワード線WLAとアクセストランジスタのゲートが接続されており、図1Cはワード線WLBとアクセストランジスタのゲートが接続される。
図1Bの場合には、nMOSドライバトランジスタDR1の拡散層DN1aは、下地レイアウト(コンタクトC1a、第1配線31a、第1ビア32a)に続き、第2配線41a、第2ビア45a、第3配線48a、第3ビア46aを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC1のポリシリコンPO1bは、下地レイアウト(コンタクトC1c、第1配線31b、第1ビア32b)に続き、第2配線42a、第2ビア43aを介して第3配線層のワード線WLAに接続されている。同様に、nMOSドライバトランジスタDR2の拡散層DN2aは、下地レイアウト(コンタクトC2a、第1配線37a、第1ビア38a)に続き、第2配線41b、第2ビア45b、第3配線48b、第3ビア46bを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC2のポリシリコンPO2bは、下地レイアウト(コンタクトC2c、第1配線37b、第1ビア38b)に続き、第2配線42b、第2ビア43bを介して第3配線層のワード線WLAに接続されている。なお、第3配線層には、ビット線DT、DB、及び電源線VDDがある。
図1Cの場合には、nMOSドライバトランジスタDR1の拡散層DN1aは、下地レイアウト(コンタクトC1a、第1配線31a、第1ビア32a)に続き、第2配線41a、第2ビア45a、第3配線48a、第3ビア46aを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC1のポリシリコンPO1bは、下地レイアウト(コンタクトC1c、第1配線31b、第1ビア32b)に続き、第2配線42a、第2ビア43cを介して第3配線層のワード線WLBに接続されている。同様に、nMOSドライバトランジスタDR2の拡散層DN2aは、下地レイアウト(コンタクトC2a、第1配線37a、第1ビア38a)に続き、第2配線41b、第2ビア45b、第3配線48b、第3ビア46bを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC2のポリシリコンPO2bは、下地レイアウト(コンタクトC2c、第1配線37b、第1ビア38b)に続き、第2配線42b、第2ビア43dを介して第3配線層のワード線WLBに接続されている。なお、第3配線層には、ビット線DT、DB、及び電源線VDDがある。
SRAMセル30は、2つのPwell及び一つのNwellを有している。すなわち、PwellとNwellとの境界線が2箇所にある。Pwell及びNwellはビット線方向(以下、縦方向ともいう)に延在している。SRAMセル30中の各nMOSトランジスタ及び各pMOSトランジスタのそれぞれのソース・ドレインの配置方向(各拡散層の配置方向)は、各wellの延在する方向に平行(縦方向)である。SRAMセル30中の各MOSトランジスタのゲートに用いられるポリシリコンは、互いに平行にワード線方向(以下、横方向ともいう)に延在している。各SRAMセル30はワード線方向に隣接するセル同士でワード線につながるコンタクトやポリシリコンを共有している。ビット線方向(縦方向)とワード線方向(横方向)とは略垂直に交わる。
次に、ワード線切り替えのための仲介セルの構成について説明する。
図3A、図3B、及び図4は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置における仲介セルの構成を示している。図3Aは、仲介セル10の下地レイアウト10Lの平面図を示している。図3Bは、図3Aの下地レイアウト10Lに重なる仲介セル10の上地レイアウト10Uの平面図を示している。図4は、仲介セル10の回路図を示している。ここでは、SRAMセル30のNwell(Nウエル)部分を除いた構成を有する仲介セル10について説明する。ただし、仲介セルは、SRAMセルとレイアウトパターンの連続性を有していれば、この例に限定されるものではない。また、メモリセルアレイ内での配置位置により、図示したレイアウトに対して上下反転や左右反転していても良い。
図4に示されるように、仲介セル10は、ワード線WLAに接続されるnMOSアクセストランジスタAC12とnMOSドライバトランジスタDR12と、ワード線WLBに接続されるnMOSアクセストランジスタAC13とnMOSドライバトランジスタDR13とを備えている。nMOSドライバトランジスタDR12のソース、ドレイン、ゲートはGND固定である。nMOSアクセストランジスタAC12のソース、ドレインはGND固定、ゲートはワード線WLAに接続されている。nMOSドライバトランジスタDR13のソース、ドレイン、ゲートはGND固定である。nMOSアクセストランジスタAC13のソース、ドレインはGND固定、ゲートはワード線WLBに接続されている。
図3Aの下地レイアウトに示されるように、nMOSドライバトランジスタDR12及びnMOSアクセストランジスタAC12は、Pwell(Pウエル)の拡散層DN12(DN12a、DN12b、DN12c)に形成されている。nMOSドライバトランジスタDR13及びnMOSアクセストランジスタAC13は、Pwellの拡散層DN13(DN13a、DN13b、DN13c)に形成されている。拡散層DN12上のトランジスタと拡散層DN13上のトランジスタはセルレイアウト中心においてY対象レイアウトである。
nMOSドライバトランジスタDR12は、拡散層DN12cをソース、拡散層DN12bをドレイン、ポリシリコンPO12bをゲートとしている。拡散層DN12c、DN12bは、それぞれコンタクトC12c、C12bを介して第1配線16に接続されている。ポリシリコンPO12bは、コンタクトC14を介して第1配線16に接続されている。第1配線16は、第1ビア19a、19b及び後述の上地レイアウト(10U)を介して接地線GNDに接続されている。ポリシリコンPO12bは、nMOSドライバトランジスタDR13のゲートと一体であり共用されている。
nMOSアクセストランジスタAC12は、拡散層DN12bをソース、拡散層DN12aをドレイン、ポリシリコンPO12aをゲートとしている。拡散層DN12aは、コンタクトC12aを介して第1配線16に接続されている。ポリシリコンPO12aは、コンタクト15a、第1配線17a、第1ビア18a、及び上地レイアウト(10U)を介してワード線WLAに接続されている。また、ポリシリコンPO12aは、隣接するSRAMセル30のnMOSアクセストランジスタACのゲートと共用されている。
nMOSドライバトランジスタDR13は、拡散層DN13cをソース、拡散層DN13bをドレイン、ポリシリコンPO13bをゲートとしている。拡散層DN13c、DN13bは、それぞれコンタクトC13c、C13bを介して第1配線16に接続されている。ポリシリコンPO13bは、コンタクトC14を介して第1配線16に接続されている。ポリシリコンPO13bは、nMOSドライバトランジスタDR12のゲートと一体であり共用されている。
nMOSアクセストランジスタAC13は、拡散層DN13bをソース、拡散層DN13aをドレイン、ポリシリコンPO13aをゲートとしている。拡散層DN13aは、コンタクトC13aを介して第1配線16に接続されている。ポリシリコンPO13aは、コンタクト15b、第1配線17b、第1ビア18b、及び上地レイアウト(10U)を介してワード線WLBに接続されている。また、ポリシリコンPO13aは、隣接するSRAMセル30のnMOSアクセストランジスタACのゲートと共用されている。
図3Bの上地レイアウトに示すように、nMOSドライバトランジスタDR12の拡散層DN1cは、下地レイアウト(コンタクトC12c、第1配線16、第1ビア19a)に続き、第2配線21a、第2ビア25a、第3配線24、第3ビア26aを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC12のポリシリコンPO12aは、下地レイアウト(コンタクトC15a、第1配線17a、第1ビア18a)に続き、第2配線22a、第2ビア23aを介して第3配線層のワード線WLAに接続されている。同様に、nMOSドライバトランジスタDR13の拡散層DN13cは、下地レイアウト(コンタクトC13c、第1配線16、第1ビア19b)に続き、第2配線21b、第2ビア25b、第3配線24、第3ビア26bを介して第4配線層の接地線GNDに接続されている。また、nMOSアクセストランジスタAC13のポリシリコンPO13aは、下地レイアウト(コンタクトC15b、第1配線17b、第1ビア18b)に続き、第2配線22b、第2ビア23bを介して第3配線層のワード線WLBに接続されている。
なお、仲介セル10は、隣接するSRAMセル30とレイアウトパターンの連続性を有していれば、SRAMセル30と略同一構成を有していても良い。例えば、SRAMセル30のNwell部分を仲介セル10の中央部分に嵌め込んだ構成が考えられる。また、面積効率を考慮しなければ、仲介セル10としてワード線WLA用と、ワード線WLB用とで、2個のSRAMセルを並べて配置する構成も考えられる。
図5は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成を示している。ここでは、半導体記憶装置の一例として4カラムのSRAM1を示している。すなわち、一つのIO[i](i=1〜n)に4カラムが接続されている。ただし、半導体記憶装置は、4カラムに限定されず、8カラム、16カラム、32カラム等にも適用することもできる。SRAM1は、メモリセルアレイ2と、ロウデコーダ4と、IO[i]5−i(i=1〜n)と、カラムデコーダ6と、これらを制御するコントローラ3とを備える。
メモリセルアレイ2は、メモリセルMCと、ワード線切り替え用の仲介セルDC(仲介セル10)とが行列上に配置されている。仲介セルDCは、図3A、図3B及び図4において説明された仲介セル10である。メモリセルMC1、MC2は、図1A〜図1C、図2で説明されたSRAMセル30である。ただし、MC1とMC2との違いは、図1B及び図1Cで示された第2ビアの配置位置の違いである。すなわち、SRAMセル30であるMC1は、下地レイアウトが図1Aで上地レイアウトが図1Bである。MC1は、ロウデコーダ4から伸びるワード線WLAに接続されている。一方、SRAMセル30であるMC2は、下地レイアウトが図1Aで上地レイアウトが図1Cである。MC2は、ロウデコーダ4から伸びるワード線WLBに接続されている。
4カラム構成のうち、ビット線対DT0、DB0及びビット線対DT1、DB1の上位カラムをMC1で構成し、ビット線対DT2、DB2及びビット線対DT3、DB3の下位カラムをMC2で構成する。MC1とMC2の中央にDCを配置する。ここでDCは、そのアクセストランジスタのゲートが、隣接するMCのアクセストランジスタのゲートと共通入力となるように配置されている。各ビット線対はカラムデコーダ6を介してIO[1]5−1に接続される。すなわち、同一の行に、MC1が2個、DCが1個、MC2が2個、連続して並んで配置され、一つの組を構成している。このとき、DCは、MC1とMC2との境界に配置されて、MC1とMC2とがそれぞれ異なるワード線WLA、WLBを使用可能となるようにしている。これ以降の4カラム構成も同様である。また、4カラムで構成されるIO[1]のセルアレイ配置はMC1−MC1−DC−MC2−MC2の並びとなる。IO[2]のセルアレイ配置は、IO[1]のセルアレイ配置をYミラー配置したMC2−MC2−DC−MC1−MC1となる。IO[3]のセルアレイ配置も同じくYミラー配置とし、それ以降のIO[i]のセルアレイ配置もYミラー配置を繰り返す。
なお、ここでは、メモリセルが、2つのグループの場合(ワード線が2本の場合)を示しているが、本発明はこの例に限定されるものではなく、更に多くのグループに分けられる場合(対応して更に多くのワード線を有する場合)であっても同様に適用可能である。
図6A及び図6Bは、図5のコントローラ3により制御されるカラムデコーダ出力とロウデコーダ出力とメモリセル番地の真理値表である。ただし、図6Aは、カラムデコーダ出力Cj(j=0〜3)とロウデコーダ出力WL(A,B)k(k=0〜m)とに対して、どのようなアドレス番地が対応するかを示した表である。一方、図6Bは、メモリセル番地から、どのようなカラムデコーダ出力Cjとロウデコーダ出力WL(A,B)kとが対応するかを示した表である。
例えば、メモリセル番地1のメモリセルはカラムデコーダ出力C0とロウデコーダ出力WLA0とで選択される。メモリセル番地2のメモリセルはカラムデコーダ出力C1とロウデコーダ出力WLA0とで選択される。メモリセル番地3のメモリセルはカラムデコーダ出力C2とロウデコーダ出力WLB0とで選択される。以下、図6A及び図6Bに示すとおりである。
図7A及び図7Bは、図5のセルアレイ配置の概観を示している。ただし、図7Aは本発明のアレイ配置であり、図7Bは従来のアレイ配置である。図7Bに示すように、従来のメモリセルアレイでは、メモリセルアレイ領域と、ウェル電位供給セルと、外周ダミーセルとを備えている。外周ダミーセルは、メモリセルアレイ領域の外周に設けられ、メモリセルアレイの規則性を考慮し、メモリセルアレイの外からの影響を回避する。ウェル電位供給セルは、メモリセルアレイ領域内部の所定の位置に設けられ、Nwell電位およびPwell電位を供給(必要に応じて上層配線を用いて電源GND強化)する。
一方、図7に示すように、本実施の形態に係るメモリセルアレイは、更に、ワード線切り替え用の仲介セルを有し、メモリセルアレイの領域が分割されている点で、従来の場合と異なっている。すなわち、本メモリセルアレイは、メモリセルアレイ領域1、メモリセルアレイ領域2、ワード線切り替え仲介セル、ウェル電位供給セル、外周ダミーセルを備えている。外周ダミーセル及びウェル電位供給セルは、従来の場合と同様である。
メモリセルアレイ領域1に配置されるSRANセルは、例えば図1A及び図1Bから構成されるMC1である。メモリセルアレイ領域2に配置されるSRAMセルは、例えば図1A及び図1Cから構成されるMC2である。メモリセルアレイ領域1のSRAMセルとメモリセルアレイ領域2のSRAMセルは接続するワード線が異なっている。ワード線切り替え仲介セルは、図3A及び図3B〜構成されるDCである。ワード線切り替え仲介セルは、メモリセルアレイ領域1とメモリセルアレイ領域2のワード線を切り替えるために、メモリセルアレイ領域1とメモリセルアレイ領域2との間に配置される。最初のメモリセルアレイ領域1−ワード線切り替え仲介セル−メモリセルアレイ領域2は、次のメモリセルアレイ領域2−ワード線切り替え仲介セル−メモリセルアレイ領域1に対して、Yミラー配置となっている。すなわち、両者の境界(メモリセルアレイ領域2のMC2同士の境界)に対して、メモリセルアレイ領域1−ワード線切り替え仲介セル−メモリセルアレイ領域2は対称の位置にある。
図8A及び図8Bは、図7Aの黒枠部分100のレイアウトの一例を示す平面図である。ただし、黒枠部分100は、メモリセルアレイ領域1のMC1−ワード線切り替え仲介セルDC−メモリセルアレイ領域2のMC2を含む領域である。また、図8Aは下地レイアウト、図8Bは上地レイアウトをそれぞれ示している。MC1は、SRAMセル30であり、図1A及び図1Bで構成されたものと同一であるが、左右反転している。アクセストランジスタAC10、AC20、ドライブトランジスタ10、20、ロードトランジスタ10、20は、それぞれ図1A及び図1BのアクセストランジスタAC1、AC2、ドライブトランジスタ1、2、ロードトランジスタ1、2に対応している。MC2は、SRAMセル30であり、図1A及び図1Cで構成されたものと同一である。アクセストランジスタAC11、AC21、ドライブトランジスタ11、21、ロードトランジスタ11、21は、それぞれ図1A及び図1CのアクセストランジスタAC1、AC2、ドライブトランジスタ1、2、ロードトランジスタ1、2に対応している。DCは、ワード線切り替え仲介セル10であり、図3A及び図3Bで構成されたものと同一であるが、左右反転(又は上下反転)している。
MC1のアクセストランジスタAC20、AC10は、ワード線WLAが接続される。アクセストランジスタAC10のポリシリコンと、MC1に隣接するDCのアクセストランジスタAC12のポリシリコンとは同一のポリシリコンPO100である。すなわち、DCのアクセストランジスタAC12にはワード線WLAが接続される。MC1とDCとはワード線WLAを共用している。MC1上にはワード線WLA、WLBが通過しているので、MC1がワード線WLA、WLBを含んでいると見ることができる。一方、MC2のアクセストランジスタAC21、AC11は、ワード線WLBが接続される。アクセストランジスタAC11のポリシリコンと、MC2に隣接するDCのアクセストランジスタAC13のポリシリコンとは同一のポリシリコンPO200である。すなわち、DCのアクセストランジスタAC13にはワード線WLBが接続される。MC2とDCとはワード線WLBを共用している。MC2上にはワード線WLA、WLBが通過しているので、MC2がワード線WLA、WLBを含んでいると見ることができる。
図9A及び図9Bは、図7Aの黒枠部分110及び黒枠部分100の下地レイアウトの一例を示す平面図である。これら図9A及び図9Bは、黒枠部分110の下地レイアウト(図9A)と、黒枠部分100の下地レイアウト(図9B:図8Aと同じ領域)とを対比するために示されている。ただし、黒枠部分110(図9A)は、同種のMC2が並んで配置された領域である。これは、同種のMC1が並んで配置された領域と比較して、第2ビア(第3配線からなるワード線WLA、WLBとアクセストランジスタのゲートとを接続)の配置が異なっている他は、実質的に同じである。すなわち、黒枠部分110(図9A)はSRAMセル(図1A〜図1C)が並んで配置された領域における状態を、MC2を例にして示している。
図9Aと図9Bとを対比して分かるように、Yミラー配置された右側のMC2と左側のMC2とが隣接する図9Aの配置と、MC1とMC2との間にワード線切り替え仲介セルDCを設けた図9Bの配置とにおいて、破線で囲まれた領域S0、領域S1、及び領域S2は、概ね同じ構造を有している。すなわち、領域S0、領域S1、及び領域S2において、トランジスタゲート長寸法、STI(Shallow Trench Isolation)分離寸法a,b,c、ポリシリコン距離d、及びコンタクトe,f,gの位置が同一である。
ここで、図9AにおいてMC2とMC2とが隣接する配置は、レイアウトパターンが連続性を有しており、不連続性による製造ばらつきが発生しないような配置である。例えば、MC2が並んで配置されている領域において、どの部分(1個のセル程度の大きさの範囲)においても、配線の密度が概ね同じで変化が小さいこと等である。このような配置は、製造歩留まりを考慮して最適になるように設計されており、従来の場合と同様である。したがって、領域S0におけるMC2同士の位置関係(例示:STI分離寸法、ポリシリコン距離、及びコンタクトの位置)と同様の位置関係や、領域S0におけるMC2の構造を有していれば、レイアウトパターンの不連続による製造ばらつきが発生せず、製造歩留まりの低下のおそれもないと考えられる。
一方、図9Bに示すように、本実施の形態では、領域S1において、MC1におけるDCとの隣接側の拡散層DN10を含むレイアウトパターンと、DCにおけるMC1との隣接側の拡散層DN12を含むレイアウトパターンとは、同じ形状を有し、セル境界(MC1とDCとの境界)に対して対称であり、所定の位置関係を有するように設計されている。ここで、所定の位置関係とは、領域S1において、MC1領域(MC1が連続的に配置された領域)やMC2領域(MC2が連続的に配置された領域)に存在するマスクパターンの連続性が失われない位置関係である。すなわち、領域S1が存在しても、MC1領域やMC2領域でのエッチングやCMP、成膜等の製造条件に変動を与えず、従って、マスクパターンの不連続による製造ばらつきが発生しないような位置関係である。例えば、並んで配置されているMC1領域、(領域S1)、DC、(領域S2)、及びMC2領域において、どの部分(1個のセル程度の大きさの範囲)においても、配線の密度が概ね同じで変化が小さいことや、この領域S1におけるMC1とDCとの位置関係(例示:STI分離寸法、ポリシリコン距離、及びコンタクトの位置)が、隣接するMC1同士の位置関係と概ね同じことである。このとき、隣接するMC1とDCとは、向かい合う部分の形状がセルの境界に対して対称である。この構成は、図9Aに示される領域S0の場合と同じである。そのため、レイアウトパターンは領域S0と同様のパターンの連続性(規則性)を有している。
更に、図9Bに示すように、領域S2において、MC2におけるDCとの隣接側の拡散層DN11を含むレイアウトパターンと、DCにおけるMC2との隣接側の拡散層DN13を含むレイアウトパターンとは、同じ形状を有し、セル境界(MC2とDCとの境界)に対して対称であり、所定の位置関係を有するように設計されている。ここで、所定の位置関係とは、領域S2において、MC1領域やMC2領域に存在するマスクパターンの連続性が失われない位置関係である。すなわち、領域S2が存在してもMC1領域やMC2領域でのエッチングやCMP、成膜等の製造条件に変動を与えず、従って、マスクパターンの不連続による製造ばらつきが発生しないような位置関係である。例えば、並んで配置されているMC1領域、(領域S1)、DC、(領域S2)、及びMC2領域において、どの部分(1個のセル程度の大きさの範囲)においても、配線の密度が概ね同じで変化が小さいことや、この領域S2におけるMC2とDCとの位置関係(例示:STI分離寸法、ポリシリコン距離、及びコンタクトの位置)が、隣接するMC2同士の位置関係と概ね同じことである。このとき、隣接するMC2とDCとは、向かい合う部分の形状がセルの境界に対して対称である。この構成は、図9Aに示される領域S0の場合と同じである。そのため、レイアウトパターンは領域S0と同様のパターンの連続性(規則性)を有している。
加えて、DC自身は、メモリセル(SRAMセル30)においてNwell領域を除き、Pwell同士を合わせた構成である。このとき、DCは、第3配線からなるワード線WLA、WLBとアクセストランジスタのゲートとを接続するための第2ビアの配置が異なっている他は、セルの中心線Cに対して対称である。この構成は、図9Aに示される領域S0と略同一のレイアウトパターンと見ることができる。従って、レイアウトパターンは、MC1とMC2とが連続的に配置された領域S0と同様のパターンの連続性(規則性)を有している。
以上のことから、MC1(SRAMセル30)の隣接部分とDC(仲介セル10)とMC2(SRAMセル30)の隣接部分とは、上述のようなレイアウトパターン及び所定の位置関係を有しているため、レイアウトパターンが連続性を有し、同じ規則性を有している。すなわち、MC1領域、(領域S1)、DC、(領域S2)、及びMC2領域のレイアウトパターンの連続性は、MC2が隣り合った場合やMC1が隣り合った場合のレイアウトパターンの連続性と同等である。従って、ワード線切り替え用の仲介セル10(DC)を配置して、仲介セル10を配置しない場合と同様の製造プロセスを適用したとしても、SRAMセル30(MC1、MC2)のトランジスタばらつきに影響を与えることなく、SRAM1を製造することが出来る。加えて、MC1領域とMC2領域との間にDCが有る黒枠部分100と、DCが無いMC2領域である黒枠部分110とが混在していても、レイアウトパターンの連続性に影響を与えることなない。このSRAM1を用いることで、レイアウトパターンの連続性を維持しつつ、ワード線WLAとワード線WLBの切り替えを行うことができ、ビット線対の充放電による消費電力を抑えることが可能となる。
なお、DC自身における拡散層DN12を含むレイアウトパターンと拡散層DN13を含むレイアウトパターンとの距離(STI分離距離)Aは、メモリセルのトランジスタばらつきへの影響懸念がほとんどない。これは、仲介セルの隣接部分(拡散層までの部分)が外周ダミーセルとしても機能するためである。従って、上記距離Aは、特に限定は無いが、レイアウトパターンの連続性を考慮すると、MC1とMC2とを並べた場合(図9A)における両セルの隣接部分の距離(a、b、c)と概ね同程度であることが好ましい。
図10A及び図10Bは、図7Aの黒枠部分110及び黒枠部分100の下地レイアウトの他の例を示す平面図である。これら図10A及び図10Bは、黒枠部分110の下地レイアウト(図10A)と、黒枠部分100の下地レイアウト(図10B)とを対比するために示されている。ただし、黒枠部分110(図10A)は、同種のMC2が並んで配置された領域である。これは、同種のMC1が並んで配置された領域と比較して、第2ビアの配置が異なっている他は、実質的に同じである。すなわち、黒枠部分110(図10A)はSRAMセル(図1A〜図1C)が並んで配置された領域における状態を、MC2を例にして示している。
図10Aと図10Bとを対比して分かるように、この場合にも、Yミラー配置された右側のMC2と左側のMC2とが隣接する図10Aの配置と、MC1とMC2との間にワード線切り替え仲介セルDCを設けた図10Bの配置とにおいて、破線で囲まれた領域S0、領域S1、及び領域S2は、概ね同じ構造を有している。すなわち、領域S0、領域S1、及び領域S2において、トランジスタゲート長寸法、STI分離寸法a、ポリシリコン距離d、及びコンタクトe,f,gの位置が同一である。
この場合にも、上述の場合と同様に、MC1(SRAMセル30)の隣接部分とDC(仲介セル10)とMC2(SRAMセル30)の隣接部分とはレイアウトパターンが連続性を有し、同じ規則性を有している。このとき、隣接するMC1とDCとは、向かい合う部分の形状が、第3配線からなるワード線WLA、WLBとアクセストランジスタのゲートとを接続するための第2ビアの配置が異なっている他は、セルの境界に対して対称である。隣接するMC2とDCとは、向かい合う部分の形状がセルの境界に対して対称である。また、DCは、第3配線からなるワード線WLA、WLBとアクセストランジスタのゲートとを接続するための第2ビアの配置が異なっている他は、セルの中心線Cに対して対称である。従って、以上のようなレイアウトパターンを有することにより、SRAMセル30(MC1、MC2)のトランジスタばらつきに影響を与えることなく、SRAM1を製造することが出来る。そのSRAM1を用いることで、ワード線WLAとワード線WLBの切り替えを行うことができ、ビット線対の充放電による消費電力を抑えることが可能となる。
ここで、図10A及び図10Bと図9A及び図9Bとは、nMOSの拡散層DN10、DN11、DN12、DN13形状が異なるという点において違いがある。ワード線切り替え用の仲介セル(DC)のSTI分離距離Aは、メモリセルのトランジスタばらつきへの影響懸念がほとんどない。そのためワード線切り替え仲介セルのnMOSドライバトランジスタDR12、DR13は、nMOSドライバトランジスタDR10、DR11と必ずしも同一ゲート幅である必要はない。このような形態のメモリセルレイアウトの場合は、ワード線切り替え仲介セルのゲート幅を狭くする(図10B)ことで、ワード線切り替え仲介セルのXサイズを小さくすることが可能である。なお、一般的にゲート幅はアクセストランジスタに比べドライバトランジスタが大きいが、そうでない場合にはワード線切り替え仲介セルのアクセストランジスタのゲート幅を小さくすることも可能である。
図11は、本発明の実施の形態に係る半導体記憶装置のレイアウトの更に他の例を示す平面図である。ただし、図11は上地レイアウトを示し、下地レイアウトは省略している。具体的には、MC1は、上地レイアウトが図1B、下地レイアウトが図1Aである。ただし、180度回転している。MC2は、上地レイアウトが図1C、下地レイアウトが図1Aである。ただし、180度回転している。DCは、上地レイアウトが図3B、下地レイアウトが図3Aである。ただし、隣接するMC1やMC2の配置に応じて、180度反転等している。この図の例では、MC1、DC、MC2、DC、MC1、…のように、MC1とMC2とがDCを挟んで交互に連続して並んだ場合を示している。このように、一つの行に、MC1とDCとMC2とが、連続して並んで配置されている場合でも、DCは、MC1とMC2との境界に配置されて、MC1とMC2とがそれぞれ異なるワード線WLA、WLBを使用可能となるようにしている。
以上、本実施の形態において説明したように、メモリセルアレイ内にワード線切り替え仲介セルを形成した半導体記憶装置において、生産性を阻害することなくセルアレイの消費電力を低減することができる。すなわち、メモリセルのパターンニング劣化やトランジスタばらつきの増加等を発生させることなく、セルアレイのワード線選択の技術を適用することにより、ビット線充放電による消費電力を抑えることが可能となる。
図7Aに示したように、本実施の形態におけるメモリセルアレイ面積は、従来の図7Bに比べて、ワード線切り替え仲介セルを配置する敷地分だけ増加する。図12は、ワード線切り替え仲介セルを配置する必要がないSRAMセルのレイアウト例を示している。図12のSRAMセルは図1A〜図1CのSRAMセルと異なり、nMOSアクセストランジスタAC1、AC2のポリシリコンPO1、PO2及びポリシリコン上コンタクトC1c、C3cを隣接するメモリセルと共有していない。従って、図12のSRAMセルのレイアウトであればワード線切り替え仲介セルを配置する必要なく、上地レイアウトの接続だけでワード線を切り替えることができる。しかし、図12のSRAMセルのレイアウトでは、アクセストランジスタACのゲートコンタクトをPN分離側へ移動し、配置を替えている。そのため、その移動後の配置箇所で、ゲートコンタクトとのプロセスマージンを新たに確保した結果、そのセル面積が図1A〜図1CのSRAMセルのセル面積よりも大きくなる。そこで、以下にワード線切り替え仲介セルの配置の有無とメモリセルアレイ面積との関係について検討してみる。
図1A〜図1CのSRAMセルに図3A〜図3Bのワード線切り替え仲介セルを配置した本実施の形態でのセルアレイ面積をPとし、ワード線切り替え仲介セルが必要ない図12のSRAMセルのセルアレイ面積をQとする。図13は、PとQの面積比率((P−Q)/Q)をカラム構成の違いでプロットしたグラフである。横軸は一つのIOに接続されるカラム数、縦軸は面積比率(%)である。図13から分かるように、8カラムよりも大きいメモリセルアレイの場合、ワード線切り替え仲介セルを配置したほうが、図12のようなメモリセルレイアウトを採用するよりも面積を小さくすることができる。ただし、4カラム以下であれば、図12のようなメモリセルレイアウトを採用し、ワード線切り替え仲介セルを配置しないほうが面積は小さくなる。このように小数カラムでは面積メリットはないが、8カラム以上の中・大カラムでは面積メリットがある。一般的にチップに影響するメモリセルアレイの消費電力は大規模メモリアレイほど顕著になるため、中・大カラム領域における面積メリットは大きいと考えられる。
更に、図1A〜図1CのSRAMセルに図3A〜図3Bのワード線切り替え仲介セルを配置した本実施の形態でのレイアウトは、SRAMセルのレイアウトにほとんど変更が無い。加えて、挿入される仲介セルについても、SRAMセルのレイアウトとの間で連続性や規則性が保たれているので、製造歩留まりや信頼性などに関して、追加の検証等がほとんど必要ないと考えられる。一方、上記図12のSRAMセルのレイアウトを採用する場合、SRAMセルの基本的な構造が変更されるため、その設計変更について、製造歩留まりや信頼性などに関して、追加の検証等が必要になり、コストや時間や手間などが掛かる。このように本実施の形態のレイアウトは、面積メリットとは別に、製造歩留まりや信頼性を容易に維持できる点でメリットがある。
半導体記憶装置の場合、一般的にレイアウトパターンの変化により歩留りが低下することが知られている。すなわち、拡散層形状やゲート形状、コンタクト配置位置が変化すると、トランジスタ能力に変動が生じたり、不良が発生する確率が高くなることが知られている。拡散層形状が異なるとSTI分離幅が変化した結果、STIストレスの影響によりトランジスタ能力にばらつきが生じる。また、ゲートの配置環境が変わると、ゲート長の加工精度に影響を及ぼしたり、ゲート上SiNストレスに影響を及ぼしたりする。コンタクト配置の規則性が損なわれると、光近接効果によりコンタクト開口径に大小さが生じ、接続不良やショート不良が生じたりする。よって、メモリセルに隣接するワード線切り替えセルを配置する場合はメモリセルのパターンを考慮する必要がある。
また、レイアウトパターンの連続性については以下のように考えられる。半導体記憶装置では、多数のメモリセルを同一のレイアウトパターンで二次元的に配列させるので、同一のレイアウトパターンが連続している部分には不良は発生しにくい。しかし、メモリセルの配列の外周部分では同一のレイアウトパターンの連続が途切れるため、ここに不良が発生して歩留りが低下する。そこで、半導体記憶装置の高集積化と良好な歩留りとを両立させるため、特開昭61−214559号公報に開示されているように、メモリセルの配列の外周部分に同一のレイアウトパターンで実際には使用しないダミーセルを形成することが現在では実施されている。レイアウトパターンの連続性はメモリセルアレイの外周に限ったことではなく、セルアレイのブロックが複数集まったブロックとブロックの境目でも同じことである。
本実施の形態におけるメモリセルアレイ中に配置するワード線切り替え仲介セルのnMOSトランジスタは、メモリセルと同じnMOSトランジスタである。メモリセルと仲介セルが隣接した場合も、メモリセル同士が隣接したときと同一条件になるようなSTI幅、ポリ配置、コンタクト配置とする。これによりメモリセルの周りの環境は、メモリセル同士が隣接したときと同条件となる。よって、メモリセルにワード線切り替え仲介セルを隣接配置しても、メモリセルの連続性は損なわれないため生産性を阻害することがない。従って、本実施の形態により、メモリセルのパターンニング劣化やトランジスタばらつきの増加等を発生させることなく、セルアレイのワード線選択の技術を適用することにより、ビット線充放電による消費電力を抑えることが可能となる。
なお、本実施の形態は、図1A〜図1CのSRAMセル、すなわち、PwellやNwellが縦方向、ゲートポリシリコンが横方向、拡散層が縦方向、wellの分離が2箇所であるSRAMセル(いわゆる横型メモリセル)を用いて説明されている。しかし、本発明はそのSRAMセルの場合に限定されるものではない。本発明は、隣接するSRAMセル間で少なくともワード線コンタクトを供給しているSRAMセルであれば、PwellやNwellの方向、ゲートポリシリコンの方向、拡散層の方向、wellの分離箇所の数に関わらず、適用可能である。
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
WL、WLA、WLB、WLA0〜WLAn、WLB0〜WLBn ワード線
DB、DT、DB0〜DB3、DT0〜DT3 ビット線
GND 接地(線)
VDD 電源(線)
DR1、DR2 nMOSドライブトランジスタ
AC1、AC2 nMOSアクセストランジスタ
LD1、LD2 pMOSロードトランジスタ
ND1、ND2 出力端子
DP1(DP1a、DP1b)、DP2(DP2a、DP2b)、DP10、DP20、DP11、DP21 拡散層
DN1(DN1a、DN1b、DN1c)、DN2(DN2a、DN2b、DN2c)、DN12(DN12a、DN12b、DN12c)、DN13(DN13a、DN13b、DN13c)、DN10、DN20、DN11、DN21 拡散層
PO1a、PO1b、PO2a、PO2b、PO3a、PO3b、PO12a、PO12b、PO13a、PO13b、PO100、PO200 ポリシリコン
C1a、C1b、C1c、C1d、C2a、C2b、C2c、C2d、C3a、C3b、C3c、C3d、C12a、C12b、C12c、C13a、C13b、C13c、C14、C15a、C15b コンタクト
31a、31b、31c、35a、35b、35c、35d、37a、37b、37c、16、17a、17b 第1配線
32a、32b、32c、36a、36b、38a、38b、38c、18a、18b、19a、19b 第1ビア
41a、41b、42a、42b、21a、21b、22a、22b 第2配線
43a、43b、43c、43d、45a、45b、23a、23b、25a、25b 第2ビア
48a、48b、24 第3配線
46a、46b、26a、26b 第3ビア
MC(MC1、MC2) メモリセル
DC 仲介セル
S0、S1、S2 領域
1 SRAM
2 メモリセルアレイ
3 コントローラ
4 ロウデコーダ
5、5−i IO、IO[i](i=1〜n)
6 カラムデコーダ
10 仲介セル
10L 下地レイアウト
10U 上地レイアウト
30 SRAMセル
30L 下地レイアウト
30U 上地レイアウト
100、110 黒枠領域

Claims (9)

  1. 第1方向へ延びる第1ワード線及び第2ワード線と、
    第1アクセストランジスタを有し、前記第1アクセストランジスタのゲートに第1コンタクトを介して前記第1ワード線が接続された第1SRAMセルと、
    第2アクセストランジスタを有し、前記第2アクセストランジスタのゲートに第2コンタクトを介して前記第2ワード線が接続された第2SRAMセルと、
    前記第1SRAMセルと前記第2SRAMセルとの間に隣接して設けられ、第3アクセストランジスタ及び第4アクセストランジスタを有し、前記第3アクセストランジスタのゲートに第3コンタクトを介して前記第1ワード線が接続され、前記第4アクセストランジスタのゲートに第4コンタクトを介して前記第2ワード線が接続された仲介セルと
    を備え、
    複数の前記第1SRAMセルが前記第1方向に沿って並んで配置されている箇所では、隣接する前記第1SRAMセル同士が、前記第1コンタクトとして、前記第1ワード線用のコンタクトを共有し、
    前記第1SRAMセルと前記仲介セルとが前記第1方向に沿って並んで配置されている箇所では、隣接する前記第1SRAMセルと前記仲介セルとが、前記第1コンタクト及び前記第3コンタクトとして、前記第1ワード線用のコンタクトを共有し、
    複数の前記第2SRAMセルが前記第1方向に沿って並んで配置されている箇所では、隣接する前記第2SRAMセル同士が、前記第2コンタクトとして、前記第2ワード線用のコンタクトを共有し、
    前記第2SRAMセルと前記仲介セルとが前記第1方向に沿って並んで配置されている箇所では、隣接する前記第2SRAMセルと前記仲介セルとが、前記第2コンタクト及び前記第4コンタクトとして、前記第2ワード線用のコンタクトを共有する
    半導体記憶装置。
  2. 請求項1に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルは、
    前記第3アクセストランジスタが、ソース・ドレインをいずれも第1電源に接続され、
    前記第4アクセストランジスタが、ソース・ドレインをいずれも前記第1電源に接続される
    半導体記憶装置。
  3. 請求項2に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルと隣接する前記第1SRAMセルの前記第1アクセストランジスタは、前記仲介セルの隣接側の前記第3アクセストランジスタとゲートを共通し、
    前記仲介セルと隣接する前記第2SRAMセルの前記第2アクセストランジスタは、前記仲介セルの隣接側の前記第4アクセストランジスタとゲートを共通する
    半導体記憶装置。
  4. 請求項3に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルは、
    ゲート及びソース・ドレインをいずれも前記第1電源に接続された第1ドライブトランジスタと、
    ゲート及びソース・ドレインをいずれも前記第1電源に接続された第2ドライブトランジスタと
    を更に備え、
    隣接する前記第1SRAMセルと前記仲介セルとが向かい合う部分の形状、及び、隣接する前記第2SRAMセルと前記仲介セルとが向かい合う部分の形状は、いずれも前記仲介セルと前記第1SRAMセル又は前記第2SRAMセルとの境界線に対して対称である
    半導体記憶装置。
  5. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の半導体記憶装置であって、
    隣接する前記第1SRAMセルと前記仲介セルとが向かい合う部分の形状、及び、隣接する前記第2SRAMセルと前記仲介セルとが向かい合う部分の形状は、いずれも前記第1SRAMセルと前記第2SRAMセルとが隣接する場合の当該部分の形状と同じである
    半導体記憶装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルの形状は、前記第1ワード線に接続されたビア及び前記第2ワード線に接続されたビアを除いて、前記仲介セルと前記第1SRAMセル又は前記第2SRAMセルとの境界線に平行な前記仲介セルの中心線に対して対称である
    半導体記憶装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルの前記第3アクセストランジスタ及び前記第4アクセストランジスタは、それぞれ前記第1SRAMセルの前記第1アクセストランジスタ及び前記第2SRAMセルの前記第2アクセストランジスタと同一寸法であり、
    前記仲介セルのドライブトランジスタは、前記第1SRAMセル及び前記第2SRAMセルのドライブトランジスタと同一寸法である
    半導体記憶装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体記憶装置であって、
    前記仲介セルは、単一の第1導電型のウエルのみで形成され、
    前記ウエルは、隣接する前記第1SRAMセル及び前記第2SRAMセルの前記第1導電型のウエルと連続である
    半導体記憶装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置であって、
    前記第1ワード線に接続されたビアを除く前記第1SRAMセルの形状と、前記第2ワード線に接続されたビアを除く前記第2SRAMセルを左右反転した形状とは同一である
    半導体記憶装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8693235B2 (en) 2011-12-06 2014-04-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for finFET SRAM arrays in integrated circuits
US8582352B2 (en) * 2011-12-06 2013-11-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for FinFET SRAM cells
KR20140049356A (ko) * 2012-10-17 2014-04-25 삼성전자주식회사 반도체 소자
US11152057B2 (en) * 2018-07-16 2021-10-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. SRAM memory
CN111863068B (zh) * 2020-06-29 2023-01-20 上海兆芯集成电路有限公司 存储器装置和存储器装置的操作方法
CN112289356B (zh) * 2020-12-28 2021-04-16 晶芯成(北京)科技有限公司 半导体存储器件
JP7254060B2 (ja) * 2020-12-28 2023-04-07 合肥晶合集成電路股▲ふん▼有限公司 半導体メモリ装置
US12027232B2 (en) * 2021-07-29 2024-07-02 Changxin Memory Technologies, Inc. Word line driver circuit and memory

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2600304B2 (ja) * 1988-06-30 1997-04-16 三菱電機株式会社 半導体記憶装置とこれを用いたデータパス
JPH04186671A (ja) * 1990-11-16 1992-07-03 Sanyo Electric Co Ltd 半導体メモリ装置
JP2732762B2 (ja) * 1992-09-21 1998-03-30 株式会社東芝 半導体記憶装置
JP3086757B2 (ja) * 1992-09-28 2000-09-11 三菱電機株式会社 スタティックランダムアクセスメモリ
JPH08167291A (ja) * 1994-12-07 1996-06-25 Sony Corp 半導体メモリ装置
JP3523762B2 (ja) * 1996-12-19 2004-04-26 株式会社東芝 半導体記憶装置
JP2001284471A (ja) * 2000-01-28 2001-10-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体記憶装置
US6563743B2 (en) * 2000-11-27 2003-05-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor device having dummy cells and semiconductor device having dummy cells for redundancy
JP2002373946A (ja) * 2001-06-13 2002-12-26 Mitsubishi Electric Corp スタティック型半導体記憶装置
JP2003272377A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置
JP4073691B2 (ja) * 2002-03-19 2008-04-09 株式会社ルネサステクノロジ 半導体記憶装置
FR2843481B1 (fr) * 2002-08-08 2005-09-16 Soisic Memoire sur substrat du type silicium sur isolant
JP4408610B2 (ja) * 2002-08-09 2010-02-03 株式会社ルネサステクノロジ スタティック型半導体記憶装置
JP2004199759A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置
JP2006080253A (ja) * 2004-09-09 2006-03-23 Renesas Technology Corp 半導体記憶装置
JP2008097787A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Toshiba Corp 半導体記憶装置

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