説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)のセンスアンプ(以下、SAとも称する)領域は、メモリセルに次ぐ面積比率の大きな領域であり、コスト低減のために縮小化が強く望まれる部分である。しかし、近年のメモリセルの縮小化に伴い、SAを配置するピッチが狭まっているため、SA高さの縮小化が難しい状況になってきている。更に、システムLSIに内蔵されるDRAM、LLDRAM(Low Latency DRAM)、RLDRAM(Reduced Latency DRAM)など、ランダムアクセスを高速化したい要求に答えたメモリが開発されている。これらは高速化の為にビット線を短くしており、SA領域比率がより高まる傾向にある。
一方、最近のMCU(Microcontroller)やシステムLSI(Large Scale Integration)などロジック製品の微細化も進歩している。微細化の主たる部分は論理回路を構成する基本素子であるMOSトランジスタの面積縮小と高性能化である。面積縮小と高性能化の技術傾向には、以下の(1)〜(4)がある。
(1)ゲートから見たコンタクト間、拡散層間、隣接ゲート間など、ゲート長方向にトランジスタ構造を縮小化する。
(2)ソース、ドレインの拡散層表面をメタル化するサリサイド技術により拡散層全体を低抵抗化してコンタクト数の削減を維持する。
(3)低電源電圧トレンドにおいてもゲート長Lの縮小やデバイス構造を改良してトランジスタ能力を向上させ、ゲート幅Wを小さくできるようにする。
(4)トランジスタの微細化や性能向上は、標準形状である直線ゲート形状の素子フォーカスしてきている。
トランジスタの形成方法として、基盤埋め込みや3次立体形状など様々な技術が開発、実用化されている。しかし、メモリセルのトランジスタにおいては極端にリーク電流を嫌う条件がある。一方、ロジック用トランジスタはスイッチング能力を高くする条件が第一となるため異なったトランジスタ技術が組み合わされる傾向も出てきている。これは、メモリセルサイズでレイアウトピッチが制限されるSA領域をロジック用トランジスタのデバイス基準でレイアウト設計することになる。
このようなデバイス技術傾向により、メモリセルとSAの縮小比率が世代毎に一定のトレンドを示さないケースが生じてきている。特にロジック内蔵のDRAMにおいては顕著であるが汎用DRAMにおいてもその傾向は広がりつつある。本実施の形態によれば、このような状況を考慮した新しい視点でのSAレイアウト最適縮小化技術を提供することが可能となる。
(メモリセルピッチとセンスアンプの構成)
本実施の形態にかかる半導体メモリは、メモリセルアレイと、センスアンプを有している。以下、図1を参照して、センスアンプのセンスアンプピッチ(以下、SAピッチ)とメモリセルの関係について説明する。図1は、半導体メモリの構成を模式的に示す図であり、ここではホールデッド(folded)型のメモリセル構成を示している。なお、半導体メモリがDRAMであるとして説明するが、DRAMに限られるものではない。例えば、半導体メモリはSRAM(Static Random Access Memory)であってもよい。
図1に示すように、半導体メモリは、メモリセルアレイ10と、センスアンプ12と、を備えている。メモリセルアレイ10は、複数のメモリセル11と、複数のワード線WLと、複数のビット線BLと、を有している。複数のメモリセル11は、行列状に配列されている。複数のワード線WLは、メモリセルアレイ10の各行に対応して設けられている。ワード線WLは紙面の横方向(左右方向)に沿って形成されている。複数のビット線BLは、メモリセルアレイ10の各列に対応して設けられている。ビット線BLは、紙面の上下方向(縦方向)に沿って形成されている。センスアンプ12は、ビット線BLを介して、メモリセル11に記憶された情報を検知する。センスアンプ12は、一対のビット線BLの電位差に応じて、情報を検知する。
ここで、4本のビット線BLに対して、2つのセンスアンプ12が設けられている。メモリセルアレイ10の上下端にそれぞれセンスアンプ12が配置されている。したがって、一対のビット線BLを有するビット線対に対して、1つのセンスアンプ12が配置される。
4本のワード線WLのうち1本が選ばれると、上下のそれぞれのビット線対のうち1本がメモリセル11と接続された状態になり、もう1本がリファレンス電位となる。そして、センスアンプ12が、ビット線対の電位差を増幅する。
センスアンプ12は、ラッチFF13と、YSW(Yスイッチ部)/PRE(プリチャージ部)部14と、備えている。ラッチFF13は、ビット線BLをVDD(電源電圧)、GND(グランド)に増幅するラッチ型フリップフロップ形状トランジスタを有している。YSW/PRE部14は、外部のデータバス線と接続するカラム選択スイッチYSWと、ビット線を初期状態のプリチャージ電圧HVDDに設定するプリチャージ部PREを有している。プリチャージ電圧HVDDは、例えば、VDD/2である。
ここで、ワード線WLの方向、すなわち、紙面の横方向におけるセンスアンプ12の幅をSAピッチPsaとする。SAピッチは、4本分のビット線BLに対応する幅、すなわち4つのメモリセル11に対応する幅となる。SAピッチPsaに対するビット線数又はメモリセル数の比率をn(nは2以上の整数)とすると、図1では、n=4となっている。すなわち、SAピッチPsaは、メモリセル11のピッチのn倍となる。
図2〜図4に別のメモリセルの構成を示す。図2は、伝達スイッチ15を設けて、センスアンプ12をシェアード(shared)にした形式の構成を示す図である。センスアンプ12の上下にメモリセルアレイ10が設けられている。そして、センスアンプ12とメモリセルアレイ10との間に伝達スイッチ15が配置されている。センスアンプ12の上下にそれぞれ配置された伝達スイッチ15が選択的にON/OFFする。これにより、一方のメモリセルアレイ10がセンスアンプ12と接続される。
図2は、上側のメモリセルアレイ10がセンスアンプ12と接続されている状態を示している。なお、伝達スイッチ15の外側であるビット線BL側に、プリチャージ素子PREが配置される場合もある。図2では、1つのセンスアンプ12に対して、4つのビット線BLが対応しており、n=4となっている。すなわち、SAピッチPsaは、メモリセル11のピッチのn倍となる。このように、SAピッチPsaは、メモリセル11のピッチの整数倍で規定される。
図3では、オープンビット(open bit)型のメモリセル構成を示す。メモリセルアレイ10の上下にセンスアンプ12が配置されている。1つのセンスアンプ12が上側のメモリセル11と下側のメモリセル11とに接続されている。メモリセルアレイ10の4本のビット線BLのうち、2本が上側のセンスアンプ12と接続され、他の2本が下側のセンスアンプ12と接続されている。ワード線選択により、センスアンプ12の上に配置されたメモリセルアレイ10のビット線BLがメモリセル11に接続されると、センスアンプ12の下に配置されたメモリセルアレイ10のビット線BLがリファレンス電位側となる。あるいは、ワード線選択により、センスアンプ12の下に配置されたメモリセルアレイ10のビット線BLがメモリセル11に接続されると、センスアンプ12の上に配置されたメモリセルアレイ10のビット線BLがリファレンス電位側となる。
ワード線WLが選択されると、2本のビット線BLがメモリセル11と接続されるので、非選択側のメモリセル11からのビット線BLがリファレンス電位として働く。図3では、1つのセンスアンプ12に対して、2つのビット線BLが対応しており、n=2となっている。すなわち、SAピッチPsaは、メモリセル11のピッチの整数倍で規定される。
図4では、オープンビット型で、ビット線BLの2本のピッチに対してセンスアンプ12を配置できない場合に用いられる構成を示している。4本のビット線BLに対してセンスアンプ12を2段構成にしている。すなわち、上下方向に隣接する2つのメモリセル10の間に、2つのセンスアンプ12が上下2段に配置されている。メモリセルアレイ10に隣接するセンスアンプ12を、通過配線17が通過している。そして、通過配線17を介して、2段目のセンスアンプ12がビット線BLと接続される。この場合、センスアンプとしては、図2と同じ状態にできる。すなわち、図4の場合は、1つのセンスアンプ12に対して、4つのビット線BLが対応しており、n=4となっている。なお、図4の示す構成は、特開平7−254650号公報に開示されている。さらに、別の構成が、特開2001−266569号公報に開示されている。特開2001−266569号公報では、多数のSAに対して、別の回路(素子)をSA列に割り込ませるために、少しずつSAをずらして配置している。しかしながら、SAピッチPsaがビット線のn倍となる考え方は共通である。
図1〜図4に示したように、センスアンプ12には、様々なレイアウトが存在するが、いずれもメモリセル11のビット線BL周期に対して、SAピッチPsaがメモリセル11のピッチの整数倍になっている基本思想は変っていない。実際のDRAMでは、n=4となることが多い。そして、同じレイアウトを繰り返することで、DRAMが構成される。
(センスアンプの回路図)
次に、センスアンプ12の回路について、図5を用いて説明する。図5は、一般的なセンスアンプ12とメモリセルアレイ10を示す回路図である。図5では、1対のビット線に対応するセンスアンプ12の回路構成を示している。したがって、DRAMでは、図5に示すメモリセルアレイ10、及びセンスアンプ12が繰り返し配列されている。すなわち、複数のメモリセルアレイ10、及びセンスアンプ12が横方向に並んで配列されている。
上記したように、メモリセルアレイ10は、複数のメモリセル11と、複数のメモリセル11に接続されたワード線WL、及びビット線BLを有している。図5では、2つのメモリセル11と2本のワード線WL0、WL1と、2本のビット線BT、BNを示している。2本のビット線BT、BNが1つのメモリセル11の情報を読み出すためのビット線対となる。例えば、ワード線WL0が選択されると、ビット線BTがメモリセル11と接続され、ビット線BNがセンスアンプ12にとってのリファレンス電位線となる。このように、ビット線BT、BNが対となって、データが読み出される。
センスアンプ12は、アンプ部21とプリチャージ部22とYスイッチ部23とを備えている。アンプ部21は、図1〜図4で示したラッチFF13に対応する回路が設けられた領域である。アンプ部21は、PMOSペア25とNMOSペア26とを備えている。PMOSペア25は増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNとを備えている。NMOSペア26は増幅用NMOSトランジスタSPNと増幅用NMOSトランジスタSNNとを備えている。このように、アンプ部21は、PMOSペア25とNMOSペア26の2ペアを備えたフリップフロップによって構成されている。
増幅用PMOSトランジスタSPT、SPNのソースは、共通ソース線SAPに接続されている。増幅用NMOSトランジスタSNT、SNNのソースは、共通ソース線SANに接続されている。増幅用PMOSトランジスタSPTのドレイン、及び増幅用NMOSトランジスタSNTのドレインは、ビット線BTに接続されている。増幅用PMOSトランジスタSPTのゲート、及び増幅用NMOSトランジスタSNTのゲートは、ビット線BNに接続されている。増幅用PMOSトランジスタSPNのドレイン、及び増幅用NMOSトランジスタSNNのドレインは、ビット線BNに接続されている。増幅用PMOSトランジスタSPNのゲート、及び増幅用NMOSトランジスタSNNのゲートは、ビット線BTに接続されている。共通ソース線SAPは、トランジスタSEPを介して、電源電圧VDDに接続されている。共通ソース線SANは、トランジスタSENを介して、接地されている。トランジスタSEP、SENが、それぞれの共通ソース線SAP、SANを駆動することで、アンプ部21が増幅動作を行う。
プリチャージ部22は、アンプ動作前のプリチャージを行う。プリチャージ部22は、図1〜図4で示したプリチャージ部PREが設けられた領域に相当する。プリチャージ部22は、NMOSトランジスタであるプリチャージ用トランジスタPCT、PCN、イコライズ用トランジスタEQを備えている。プリチャージ用トランジスタPCT、PCN,及びイコライズ用トランジスタEQのゲートには、プリチャージ信号線PDLが接続されている。アンプ動作前のプリチャージ状態では、プリチャージ信号線PDLにプリチャージ信号が供給される。プリチャージ用トランジスタPCT、PCNはプリチャージ電位に固定するための電位固定用トランジスタである。イコライズ用トランジスタEQはビット線対をイコライズするためのトランジスタである。
プリチャージ信号が供給されると、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN,及びイコライズ用トランジスタEQがONする。プリチャージ用トランジスタPCTがONすると、ビット線BLがプリチャージ電圧HVDDに設定される。プリチャージ用トランジスタPCNがONすると、ビット線BNがプリチャージ電圧HVDDに設定される。なお、プリチャージ電圧HVDDは、例えば、電源電圧VDDの半分の電圧である。イコライズ用トランジスタEQは、ビット線BTとビット線BNの間に配置されている。イコライズ用トランジスタEQがONすると、ビット線BTとビット線BNとが接続される。すなわち、プリチャージ信号によって、イコライズ用トランジスタEQがビット線対BT、BNをイコライズする。このように、3つのプリチャージ用トランジスタPCT、PCN,及びイコライズ用トランジスタEQによって、プリチャージ動作が行われる。
Yスイッチ部23は、カラム選択を行う。すなわち、Yスイッチ部23は、図1〜図4で示したカラム選択スイッチYSWが設けられた領域に相当する。Yスイッチ部23は、連続して多数配置されるセンスアンプ12から、共通バス線DBUSに接続するセンスアンプ12を選択する。Yスイッチ部23は、複数のビット線対を選択的に共通バス線DBUSに接続する。
Yスイッチ部23は、NMOSトランジスタペアであるスイッチ用トランジスタYT、YNを備えている。共通バス線DBUSは、共通バス線DT、及び共通バス線DNを備えている。スイッチ用トランジスタYTは、ビット線BTと共通バス線DTとの間に配置されている。スイッチ用トランジスタYNは、ビット線BNと共通バス線DNとの間に配置されている。スイッチ用トランジスタYT、YNのゲートには、カラム選択信号Yが入力される。スイッチ用トランジスタYT、YNのゲートには、カラム選択信号線Yを介して、カラム選択信号が供給される
カラム選択信号線Yのカラム選択信号によって、スイッチ用トランジスタYT、YNがONする。スイッチ用トランジスタYTがオンすると、ビット線BTが共通バス線DTに接続される。スイッチ用トランジスタYNがオンすると、ビット線BNが共通バス線DNに接続される。例えば、読み出し時において、Yスイッチ部23がビット線BT、BNを共通バス線DT,DNに接続すると、アンプ部21で増幅されたビット線信号が、共通バス線DBUSに供給される。書き込み時には、Yスイッチ部23が共通バス線DBUSから書き込み情報をビット線BT、BNに伝える。ワード線WLによる選択とYスイッチ部23のカラム選択とを合わせることで、メモリマトリックスからのアドレス選択が可能になる。なお、図5で示した回路構成は、センスアンプ12の一例であり、異なる回路構成のセンスアンプ12を用いてもよい。
(一般的なセンスアンプの2次元レイアウト)
図6は、一般的なセンスアンプ12のトランジスタ配置例を示すレイアウト図である。図6では、隣接する2つのセンスアンプ12を示している。図6において、紙面の上下方向(縦方向)がビット線方向となっている。以下のレイアウト説明において、ビット線方向と垂直な方向を横方向とする。なお、横方向はワード線方向となる。SAにおいて、各トランジスタは拡散層41、及びゲートgを有している。各トランジスタのゲートgは、拡散層41を跨ぐように配置されている。そして、各トランジスタにおいて、ゲートgの両側の拡散層41がソース、及びドレインとなる。すなわち、各トランジスタは、拡散層41内に形成される。
2つのセンスアンプ12が横方向に並設されている。ここで、左側のセンスアンプ12のビット線BT,BNをそれぞれビット線BT0、BN0とし、右側のセンスアンプ12のビット線BT,BNをそれぞれビット線BT1,BT1とする。ビット線BT0、BN0がビット線対となる。ビット線BT1、BN1がビット線対となる。また、カラム選択信号線Yについても同様に、カラム選択信号線Y0、Y1とする。カラム選択信号線Y0、Y1が選択するカラムアドレスを示す。
SAピッチPsa内にPMOSペア25が配置されている。PMOSペア25には、2本のゲートgが設けられている。2本ゲートgのうち、一方が増幅用PMOSトランジスタSPTに対応し、他方が増幅用PMOSトランジスタSPNに対応している。2本のゲートgはビット線方向に配置されている。すなわち、増幅用PMOSトランジスタSPT、SPNのゲートgは、ビット線方向を長手方向としている。増幅用PMOSトランジスタSPT、SPNのチャネル幅方向は、ビット線方向となっている。増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNとで、拡散層41を共通にしている。すなわち、一体に形成された拡散層41を跨ぐように、増幅用PMOSトランジスタSPTのゲートgと増幅用PMOSトランジスタSPNのゲートgが配置されている。2本の直線形状のゲートgの間において、拡散層41に共通ソース線SAPが接続されている。よって、増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNとで、共通ソース線SAP側の拡散層41を共通にしている。
同様に、SAピッチPsa内にNMOSペア26が配置されている。NMOSペア26には、2本のゲートgが設けられている。2本のゲートgのうち、一方が増幅用NMOSトランジスタSNTに対応し、他方が増幅用NMOSトランジスタSNNも対応している。2本のゲートgはビット線方向に配置されている。すなわち、増幅用NMOSトランジスタSNT、SNNのゲートgは、ビット線方向を長手方向としている。そして、増幅用NMOSトランジスタSNT、SNNのチャネル幅方向は、ビット線方向となっている。増幅用NMOSトランジスタSNTと増幅用NMOSトランジスタSNNとで、拡散層41を共通にしている。すなわち、一体に形成された拡散層41を跨ぐように、増幅用NMOSトランジスタSNTのゲートgと増幅用NMOSトランジスタSNNのゲートgが配置されている。2本の直線形状のゲートgの間において、拡散層41に共通ソース線SANが接続されている。よって、増幅用NMOSトランジスタSNTと増幅用NMOSトランジスタSNNで、共通ソース線SAN側の拡散層41を共通にしている。それぞれのSAピッチ内で、PMOSペア25とNMOSペア26のトランジスタレイアウトは同じとなっている。
同様に、SAピッチPsa内に、Yスイッチ部23のNMOSペアを設けている。SAピッチPsa内には、2本のゲートgが設けられている。2本のゲートgの一方が、スイッチ用トランジスタYTに対応し、他方がスイッチ用トランジスタYNに対応している。2本のゲートgはビット線方向に配置されている。すなわち、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲートgは、ビット線方向を長手方向としている。そして、スイッチ用トランジスタYT、YNのチャネル幅方向は、ビット線方向となっている。隣接する2つのSAでスイッチ用トランジスタYNが拡散層41を共通にしている。隣接する2つのSAでスイッチ用トランジスタYTが拡散層41を共通にしている。
PMOSペア25、NMOSペア26、及びYスイッチ部23はビット線方向に並設されている。すなわち、ビット線方向(上下方向)において、PMOSペア25とYスイッチ部23の間に、NMOSペア26が配置されている。さらに、Yスイッチ部23の下に、プリチャージ部22が配置されている。したがって、図6では、上から、PMOSペア25、NMOSペア26、Yスイッチ部23、プリチャージ部22の順番で配置されている。プリチャージ部22に含まれる3つのプリチャージ用トランジスタPCT、PCN、EQは、T型のゲートgを用いた変形トランジスタとなっている。プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、EQとで、拡散層41を共通としている。
(センスアンプ構成の概念)
以下、本実施の形態にかかるSAのレイアウトの概念について説明する。SAピッチPsaをビット線BLのn倍で構成するアンプ部21に対して、それ以外の回路領域では、nの2倍もしくは半分といった繰り返しピッチのレイアウトを採用する。こうすることにより、SA内および隣接SAを構成するプリチャージ部22とYスイッチ部23との一体化が促進できる。よって、効率よくレイアウトすることができ、SAの高さを縮小化することが可能となる。なお、SAの高さとは、図6におけるSAの縦方向、すなわちビット線方向のサイズを意味する。一体化によるレイアウト縮小手段は、ゲート信号の連続共通化や拡散層の共有化により実現できる。
また、これらSAに含まれるトランジスタの一部もしくは全部のゲート形状を直線形状にするようにしてもよい。こうすることで、トランジスタ周りの微細基準を使えるようになるため、更なるSA高さの圧縮を実現する。同時に特殊形状トランジスタが無くなるので、特別なコストがかかるデバイス開発の削減効果を得ることができる。標準形状トランジスタのみを用いることができ、歩留まり向上につながる。
なお、標準形状トランジスタとは、ゲートが直線状のトランジスタである。また、特殊形状トランジスタとは、ゲートが直線状でないトランジスタである。特殊形状トランジスタは、例えば、ゲートがL字状、T字状、U字状、O字状等に屈曲しているトランジスタである。
図7に全体構成の概念図を示す。図7は、繰り返し配列されるセンスアンプ12、ラッチFF13、及びYSW/PRE部14をそれぞれ2つずつ示している。ビット線対BT0,BN0に対応するラッチFF13、YSW/PRE部14をそれぞれ、FF0、YSW0/PRE0として示している。ビット線対BT1,BN1に対応するラッチFF13、YSW/PRE部14をそれぞれ、FF1、YSW1/PRE1として示している。
1つのラッチFF13の幅が、横方向に繰り返し配列されるセンスアンプ12のSAピッチPsaを規定する。すなわち、横方向におけるラッチFF13の幅は、SAピッチPsaと一致している。センスアンプ12のSAピッチPsaは、メモリセルのピッチPcellの整数倍となっている。Psa=n(nは整数)×Pcellとなっている。SAピッチPsaは、ビット線対BT0、BN0に対応する幅である。すなわち、SAピッチPsaは1つのビット線対に対応する幅である。ビット線対BT0、BN0に接続されるラッチFF13と、ビット線対BT1、BN1に接続されるラッチFF13は、横方向に並設される。
YSW/PRE部14の幅Ptは、SAピッチPsaの2倍となっている。ラッチFF13の幅であるSAピッチPsaよりも、YSW/PRE部14の幅Ptを広くする。2つのSAに対応するYSW/PRE部14をビット線方向に並設する。すなわち、ビット線対BT0、BN0に対応するYSW0/PRE0と、ビット線対BT1、BN1に対応するYSW1/PRE1を、上下2段に配置している。
また、図8の全体構成の別の概念図を示す。1つのラッチFF13の幅がSAピッチPsaを規定する。横方向におけるラッチFF13の幅は、SAピッチPsaと一致している。センスアンプ12のSAピッチPsaは、メモリセルのピッチPcellの整数倍となっている。すなわち、Psa=m(mは整数)×Pcellとなっている。SAピッチPsaは、ビット線対BT0、BN0とビット線対BT1、ビット線BN1に対応する幅である。すなわち、SAピッチPsaは2つのビット線対に対応する幅である。ラビット線対BT0、BN0に対応するラッチFF13と、ビット線対BT1、BN1に対応するラッチFF13は、上下2段に配置される。
一方、YSW/PRE部14の幅Ptは、SAピッチPsaの半分となっている。ラッチFF13の幅であるSAピッチPsaよりも、YSW/PRE部14の幅Ptを狭くする。2つのYSW/PRE部14を横方向に並設する。すなわち、ビット線対BT0、BN0に対応するYSW0/PRE0と、ビット線対BT1、BN1に対応するYSW1/PRE1を、横方向に並設する。
半導体メモリでは、図7、又は図8の構成が横方向に繰り返し配置される。すなわち、SAピッチPsaでラッチFF13は、幅Ptをピッチとして、横方向に繰り返し配置される。幅Ptをピッチとして、YSW/PRE部14が横方向に繰り返し配置される。換言すると、半導体メモリの回路レイアウトは以下のように表現することもできる。半導体メモリは、横方向において、基準となる基準レイアウトを繰り返し配列する構成となっている。すなわち、横方向において、ラッチFF13の基準レイアウトを繰り返し配置する。同様に、横方向において、YSW/PRE部14の基準レイアウトを繰り返し配置する。横方向に複数配列された基準レイアウトによって、複数のセンスアンプ12が構成される。
そして、1つのセンスアンプ12において、YSW/PRE部14とラッチFF13とのピッチ幅を異なるものとする。YSW/PRE部14の繰り返しピッチを、ラッチFF13の繰り返しピッチの2倍、又は半分とする。このようにすることで、面積縮小、及び高性能化を図ることができる。
上記のように、横方向におけるラッチFF13のピッチは、YSW/PRE部14のピッチと異なっている。ラッチFF13とYSW/PRE部14とでレイアウトの繰り返しピッチが2倍又は半分となっている。したがって、所定の数のセンスアンプ12について考えた場合、ラッチFF13に対応する基準レイアウトの繰り返し数が、YSW/PRE部14に対応する基準レイアウトの繰り返し数と異なることになる。すなわち、横方向において繰り返し配置されたラッチFF13の数が、横線方向において繰り返し配置されたYSW/PRE部14の数と異なっている。例えば、ラッチFF13の幅が、YSW/PRE部14の幅の2倍の場合、ラッチFF13の繰り返し数が、YSW/PRE部14の繰り返し数の半分となる。反対に、ラッチFF13の幅が、YSW/PRE部14の幅の半分の場合、ラッチFF13の繰り返し数が、YSW/PRE部14の繰り返し数の2倍となる。このようにすることで、面積縮小、及び高性能化を図ることができる。
実施の形態1.
(センスアンプのレイアウト)
以下、本実施の形態にかかる回路レイアウトについて、図を参照して説明する。図9は本実施形態にかかるセンスアンプ12のレイアウト図である。なお、センスアンプ12の基本的な回路構成は図5で示した構成と同様である。よって、図5と同様の内容については、適宜説明を省略する。アンプ部21のレイアウトについても、図6と同様であるため、適宜説明を省略する。アンプ部21が図1〜図4のラッチFF13に対応している。
上述したように、横方向において、アンプ部21のペア増幅トランジスタの幅が、SAピッチPsaを規定する。そして、図7で示したように、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23のピッチPtが、SAピッチPsaの2倍となっている。
図9では、Yスイッチ部23、及びプリチャージ部22には、合計4本のゲートgが設けられている。Yスイッチ部23、及びプリチャージ部22では、直線状のゲートgが4段に配置されている。以下の説明において、図における上側(図9におけるNMOSペア26側)のゲートgを1段目のゲートg1とし、その下側に行くにつれて2段目のゲートg2、3段目のゲートg3、4段目のゲートg4として説明する。ゲートg1〜g4のそれぞれは隣のセンスアンプピッチまで延在している。すなわち、ゲートg1〜g4のそれぞれは、隣のセンスアンプピッチまで、はみ出して形成されている。1本のゲートgが2つのSAピッチPsaに跨って形成されている。
Yスイッチ部23は、複数のビット線対を選択的に共通バス線DBUSに接続するスイッチ用トランジスタYT、YNを有している。すなわち、Yスイッチ部23にはビット線対BT0,BN0とビット線対BT1,BN1に対応して、2つのスイッチ用トランジスタYTと2つのスイッチ用トランジスタYNが設けられている。ここで、ビット線対BT0,BN0に対応したスイッチ用トランジスタYT、YNをスイッチ用トランジスタYT0、YN0とし、ビット線対BT1,BN1に対応したスイッチ用トランジスタYT、YNをスイッチ用トランジスタYT1、YN1として識別する。なお、ビット線対を特定しない場合はスイッチ用トランジスタYT、YNとして記載する。また、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQについても同様に識別する。
ビット線対BT0,BN0を共通バス線DT,DNにそれぞれ接続する場合、カラム選択信号線Y0のカラム選択信号によって、スイッチ用トランジスタYT0、YN0がオンする。ビット線対BT1,BN1を共通バス線DT,DNにそれぞれ接続する場合、カラム選択信号線Y1のカラム選択信号によって、スイッチ用トランジスタYT1、YN1がオンする。このように、スイッチ用トランジスタYT0、YN0又は、スイッチ用トランジスタYT1、YN1のいずれかのペアトランジスタをオンすることで、共通バス線DBUSに接続するビット線対を選択する。
Yスイッチ部23には、2つのゲートg1、g2が配置されている。Yスイッチ部23ではゲートg1、g2が2段構成となっている。1段目のゲートg1にはビット線対BT0,BN0を選択するためのカラム選択信号線Y0が接続され、2段目のゲートg2にはビット線対BT1,BN1を選択するためのカラム選択信号線Y1が接続される。Yスイッチ部23のそれぞれのゲートg1、g2は、横方向に沿って形成されている。すなわち、ビット線方向と垂直な方向がゲート幅W方向となる。また、Yスイッチ部23の2つのゲートg1、g2は、ビット線方向に離間して配置されている。Yスイッチ部23の2つのゲートg1、g2は、横方向に沿って直線状に形成され、ほぼ同じ形状となっている。
具体的には、1段目のスイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートg1は、横方向を長手方向としている。Yスイッチ部23のスイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲート幅方向が、横方向になっている。スイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートg1は共通な1本の電極となっている。すなわち、1本の直線状のゲートg1のうち、拡散層41aを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYT0のゲートとなり、拡散層41bを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYN0のゲートとなる。
拡散層41aと拡散層41bは、分離している。拡散層41aは、ビット線対BT0、BN0のSAアンプピッチPsa内に配置され、拡散層41bは、ビット線対BT1、BN1のSAアンプピッチPsa内に配置されている。そして、スイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートgは、2つの拡散層41a、41bを跨ぐように、連続している。換言すると、スイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートgは、拡散層41a、41bを貫通している。
スイッチ用トランジスタYT1、スイッチ用トランジスタYT1のゲートg2は、2段目に設けられている。そして、スイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートg1と同様に、スイッチ用トランジスタYT1、スイッチ用トランジスタYN1のゲートg2は、一本の直線状の電極となっている。スイッチ用トランジスタYT1、YN1のゲートg2も同様に、拡散層41aと拡散層41bを貫通している。したがって、カラム選択信号線Y0、Y1が接続されるゲートg1、g2は、2つのSAアンプPsaに渡って形成されている。
ここで、スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYT1とで拡散層41aが共通となっている。そして、2つのスイッチ用トランジスタYT0、YT1の拡散層41aの共通部分が共通バス線DTに接続される。スイッチ用トランジスタYT0、YT1が、拡散層41aの同じコンタクトで共通バス線DTに接続される。同様に、スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1とで拡散層41bが共通となっている。そして、2つのスイッチ用トランジスタYN0、YT1の拡散層41bの共通部分が共通バス線DNに接続される。スイッチ用トランジスタYN0、YN1が、拡散層41bの同じコンタクトで共通バス線DNに接続される。
このような構成によって、Yスイッチ部23のピッチPtはSAピッチPsaの2倍となる。例えば、ゲートg1、g2となる電極の長さが、SAピッチPsaよりも大きくなり、Psaの2倍程度となっている。2個の連続した標準トランジスタの形状のみで高さが決まり、このアクティブ素子領域外の上下へのゲート突出しも無いので、高さを縮小しやすい。今まではゲート幅WがSAピッチPsaに制限されるので一般的ではなかったが、微細化の進歩でトランジスタ能力が上がり、上記の構成を採用できるようになる。
次に、プリチャージ部22について説明する。プリチャージ部22には、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCT1と、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCN1と、イコライズ用トランジスタEQ0、EQ1が設けられている。プリチャージ部22には、6つのトランジスタに対応する6つの拡散層41c〜41hを備えている。拡散層41c、41d、41eがプリチャージ用トランジスタPCT0、プリチャージ用トランジスタPCN0、イコライズ用トランジスタEQ0にそれぞれ対応している。拡散層41f、41g、41hがイコライズ用トランジスタEQ1、プリチャージ用トランジスタPCN1、プリチャージ用トランジスタPCT1にそれぞれ対応している。
プリチャージ部22には、横方向に延びた直線状の2つのゲートg3、g4が設けられている。2つのゲートg3,g4は、上下に離間して配置されている。すなわち、2つのゲートg3、g4が上下2段に配置されている。3段目のゲートg3は、拡散層41c、41e、41gを跨ぐように配置されており、4段目のゲートg4は拡散層41d、41f、41hを跨ぐように配置されている。なお、1段目と2段目のゲートg1、g2は、上記のように、Yスイッチ部23に設けられている。
プリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN1の3つのトランジスタが横方向に並んで配置されている。3段目のゲートg3がプリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN1の3つのトランジスタに対応している。したがって、プリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN1とでゲートg3が共通している。換言すると、3つのプリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg3は、同一レイヤの配線層で一体的に形成されている。同一レイヤの1つの電極パターンで、3つのプリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg3が形成される。
プリチャージ用トランジスタPCT1、イコライズ用トランジスタEQ1、プリチャージ用トランジスタPCN0についても、プリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN0と同様にゲートg4が共通している。換言すると、4段目のゲートg4がプリチャージ用トランジスタPCT1、イコライズ用トランジスタEQ1、プリチャージ用トランジスタPCN0で共通となっている。3つのプリチャージ用トランジスタPCT1、イコライズ用トランジスタEQ1、プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg4は、同一レイヤの配線層で一体的に形成されている。同一レイヤの1つの電極パターンで、3つのプリチャージ用トランジスタPCT1、イコライズ用トランジスタEQ1、プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg4が形成される。
プリチャージ用トランジスタPCN0、及びプリチャージ用トランジスタPCT0からなるペアトランジスタは、左側のSAピッチPsa内において上下に配置されている。プリチャージ用トランジスタPCN1、及びプリチャージ用トランジスタPCT1からなるペアトランジスタは、右側のSAピッチPsa内において、上下に配置されている。一方、イコライズ用トランジスタEQ0は、プリチャージ用トランジスタPCN0、プリチャージ用トランジスタPCT0よりも高い駆動能力が要求されるため、ゲート幅Wが大きくなる。すなわち、ビット線対BT0、BN0間を直接ショートするイコライズ用トランジスタEQ0は、プリチャージ速度を決めるので、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0に比べて大きくする傾向がある。したがって、イコライズ用トランジスタEQ0は、左側のSAピッチPsaに収まっていない。プリチャージ部22のピッチPtはSAアンプピッチPsaの2倍となっている。
図6に示したレイアウトでは、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅Wの拡大は直接SA高さ拡大になるが、図9のレイアウトでは、隣接SA領域まで使って大きなゲート幅Wを取ることができる。隣のSA用素子とゲート信号が共通なので、ゲート分離やコンタクト領域などのロスが少なく、拡散層分離のみで素子を大きく取れる。高さは、標準形状での独立トランジスタ2個分なので、設計基準で決まる距離となり、微細化に伴って容易に縮小化することができる。図9では、センスアンプ12内の全てのトランジスタを標準形状トランジスタになっている。よって、標準形状トランジスタのみを用いることができ、歩留まり向上につながる。すなわち、直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。さらに、縦方向における面積を縮小することができる。
m個(mは2以上の整数)のSAに対応して共通バス線DBUSが設けられている。そして、m個のSAのスイッチ用トランジスタYを選択的にオンして、m個のビット線対のうちの1つのビット線対が共通バス線DBUSに接続することで、カラム選択が行われる。さらに、隣接するI/Oの境界部分のカラムの両隣に位置するカラムのカラムアドレスが同じになっている。スイッチ用トランジスタYT,YNのゲートが隣接するI/Oの境界を跨いで形成されている。このようにすることで、スイッチ用トランジスタYT,YNの能力を向上できるとともに、メモリの信頼性を向上することができる。さらに、隣接I/O間で信号分離のためのスペースを削減することができるので、効率よくレイアウトすることができる。
(アンプ領域のトランジスタ配置例)
アンプ部21は、センスアンプ12の微小電圧を増幅するアナログ動作を受け持つ部分である。このため、増幅用PMOSトランジスタSPT、SPN、及び増幅用NMOSトランジスタSNT、SNNのゲート長Lを大きめに設定してランダムばらつきを考慮したり、トランジスタ配置や形状の対称性を重視する設計にする必要がある。以下、図10〜図12を参照して、アンプ部21のレイアウト例について説明する。図10〜図12はそれぞれ、SAピッチPsaを決めているアンプ部21のトランジスタ形状のレイアウト例を示す図である。図10〜図12は、PMOSペア25のレイアウト例を示している。なお、NMOSペア26に、図10〜図12と同様の構成を用いることができる。
図10では、増幅用PMOSトランジスタSPTのゲートg、及び増幅用PMOSトランジスタSPNのゲートgが縦方向の直線状になっている。そして、増幅用PMOSトランジスタSPTのゲートgが2本となっている。同様に、増幅用PMOSトランジスタSPNのゲートgが2本となっている。増幅用PMOSトランジスタSPTの拡散層41aと増幅用PMOSトランジスタSPNの拡散層41bが分離して配置されている。増幅用PMOSトランジスタSPTのゲートg、及び増幅用PMOSトランジスタSPNを上下2段配置としている。
図11では、ゲートgをU字状にして、増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNとを上下2段に配置にしている。なお、ゲートgをU字状の代わりにO字状にして、増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNを上下2段に配置としてもよい。増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNと増幅用PMOSトランジスタSPTとで、一体に形成された拡散層41aが用いられている。
図12では、ゲートgを直線状としたまま、増幅用PMOSトランジスタSPTと増幅用PMOSトランジスタSPNを上下2段に配置している。増幅用PMOSトランジスタSPTの拡散層41aと増幅用PMOSトランジスタSPNの拡散層41bが分離して配置されている。横方向において、拡散層41aと拡散層41bをずらして配置している。そして、拡散層41a、41bは、SAピッチPsaよりも幅広になっている。拡散層41a、41bは、隣のSAピッチまで延在している。隣接するビット線対の増幅用PMOSトランジスタSPTが、拡散層41aを共有している。同様に、隣接するビット線対の増幅用PMOSトランジスタSPNが、拡散層41bを共有している。
図10〜図12のいずれの構成でもゲート長Lの長いペアトランジスタを近傍に配置することになる。よって、ペアトランジスタの大きさで、SAピッチPsaが決まる。図10〜図12の構成を図PMOSペア25、NMOSペア26に用いてもよい。さらに、図10〜図12の構成を後述するレイアウトに用いてもよい。
(カラム選択の割り付け)
次に、Yスイッチ部23のカラム選択配置例について、図13を参照して説明する。図13は、カラム数が4の場合を説明するための図である。すなわち、それぞれのI/Oにおいて、4つのビット線対から1つのビット線対を選択して、カラム選択を行う例について説明する。ここでは、1つのI/OにY0〜Y3のカラムアドレスが割り当てられている。Y0〜Y3のそれぞれには、上記のように、スイッチ用トランジスタYT、YNのスイッチトランジスタペアが接続される。Y0〜Y3のスイッチ用トランジスタYT,YNは、共通バス線DBUSを共通にしている。
I/O=0と、I/O=2では、左からY0、Y1、Y2、Y3のアドレス順にSAが配置されている。I/O=1では、左からY2、Y3、Y0、Y1のアドレス順にSAが配置されている。また、図13では、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲートgを模式的に示している。
図13の配置では、I/O=0のY2、Y3のトランジスタペアと、I/O=1のY2、Y3のトランジスタペアとの間に、Y0、Y1のトランジスタペアが配置されていない。よって、隣接I/Oの境界部分で、Y2、Y3のトランジスタペアを物理的に隣接して配置することができる。具体的には、隣接するI/Oの境界部分において、Y3の両隣がY2となり、Y2の両隣がY3となっている。これにより、I/O=0とI/O=1とで、Y2、Y3のトランジスタペアのゲートを共通化することができる。同様に、隣接するI/O=2、及びI/O=1で、Y0、Y1のトランジスタペアのゲートgを共通化することができる。換言すると、4つのSAピッチPsaに渡るゲートgが設けられる。
このように、隣接するI/Oの境界部分に存在する4つのSAに対して、ゲートgを共通化できる。例えば、2つのY2のSAと2つY3のSAでは、スイッチ用トランジスタYT、YNに、一体化したゲートgが用いられる。図13のカラム選択配置を図9にレイアウトに用いることで、SAピッチの4倍にまたがり、ゲートgを共通化することができる。すなわち、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲートgが隣接するI/Oの境界を跨いでいる。このように、隣接I/Oとの間でY0〜Y4の順番を調整することで、ゲート信号の繰り返しを、更に共通化することができる。I/Oの境界部分で、素子分離やコンタクトが不要となるため、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを大きくすることができる。よって、スイッチ用トランジスタYT、YNの能力を向上することができる。
ここで、隣接I/Oの同一選択カラムアドレス(Y)が物理的に隣接するSAで選択されるのを避けるために、Y3の隣がY2に、Y0の隣がY1になるようにデコーダ信号の入力順番を設定している。隣接するI/Oの境界部分において、同じカラムアドレスが連続しないようにしている。隣接するI/Oで、同じアドレスのカラム選択信号が連続しないようにしている。これは、ビット線干渉が他と異なって見えることによるテスト品質低下、宇宙線照射によるソフトエラーで一箇所の同時不良発生率を下げる効果がある。
図14は、カラム数が4本以上の一例として、カラム数が6本の例を示している。すなわち、それぞれのI/Oには、Y0〜Y5のカラムアドレスが割り当てられている。以下、6つのカラムから1つのカラムを選択するレイアウト例を説明する。I/O=0では、左からY0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5の順にYスイッチ部23が配置されている。I/O=1では、左からY4、Y5、Y2、Y3、Y0、Y1の順にYスイッチ部23が配置されている。この構成では、隣接I/O間において、Y4、Y5のトランジスタペアのゲートgを共通化できる。また、図示は省略しているが、I/O=1とI/O=2の境界において、Y0、Y1のトランジスタペアのゲートgを共通化できる。よって、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを大きくすることができる。
図15は、カラム数が2本の例を示している。すなわち、それぞれのI/Oには、Y0、Y1のカラムアドレスが割り当てられている。以下、2つのカラムから1つのカラムを選択するレイアウト例を説明する。図15では、Y0とY1とが交互に並んでいる。したがって、全てのI/Oについて、ゲートgを共通化できる。これにより、ゲートgを大幅に貫通させることができる。素子分離やコンタクトが不要となるため、
図13〜図15では、ゲートgが隣接するI/Oの境界を跨いでいる。そして、隣接するI/Oの境界において、4つ以上のスイッチ用トランジスタが、ゲートgを共通にする。スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを大きくすることができる。これにより、効率よくレイアウトすることができ、面積を縮小することができる。もちろん、各I/Oにおけるカラム数は、2、4、6に限定されるものではなく、任意の値とすることができる。
実施の形態2.
(Yスイッチ部23のトランジスタ配置例)
本実施の形態にかかる半導体メモリの構成について、図16を用いて説明する。図16は、Yスイッチ部23のレイアウトを示す図である。なお、Yスイッチ部23以外の構成については、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。また、SAの基本的構成は実施の形態1と同様であるため、実施の形態1と重複する内容については、説明を省略する。図16では、2つのSAピッチPsaを示している。
図16では、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅WをSAピッチPsaの2倍まで拡大している。そのため、Yスイッチ部23には、横方向に延びたゲートgを4本配置している。すなわち、ゲートgが4段に配置されている。1段目のゲートg1がスイッチ用トランジスタYT0に対応し、2段目のゲートg2がスイッチ用トランジスタYT1に対応している。3段目のゲートg3がスイッチ用トランジスタYN0に対応し、4段目のゲートg4がスイッチ用トランジスタYN1に対応している。
さらに、Yスイッチ部23には2段の拡散層41a、41bが設けられている。スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYT1とで、共通バス線DTと接続される拡散層41aが共通となっている。拡散層41aの共通部分を共通バス線DTの信号接点としている。共通バス線DTの信号接点の上下両側にゲートg1、g2が配置されている。スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1とで、共通バス線DNと接続される拡散層41bが共通となっている。拡散層41bの共通部分を共通バス線DNの信号接点としている。共通バス線DNの信号接点の上下両側にゲートg3、g4が配置されている。拡散層41a、41bは、隣のSAピッチPsaにはみ出して形成されている。すなわち、拡散層41a、41bは、SAピッチPsaよりも幅広になっており、2つのSAピッチPsaに渡って形成されている。Yスイッチ部23のピッチが、SAピッチPsaの2倍となる。
このように、スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYT1とが、拡散層41aを共有する上下2段構成のトランジスタ配置となっている。スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1とが、拡散層41bを共有する上下2段構成のトランジスタ配置となっている。そして、各段のそれぞれのトランジスタは、ワード線方向に沿ったゲートgを有している。
このレイアウトでは、図9のレイアウトと比較して、高さ方向のサイズが大きくなるが、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅WをピッチPsaの約2倍までに拡大することができる。スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを大きくすることができ、能力を向上することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。
(Yスイッチ部23の変形例1)
次に、Yスイッチ部23のレイアウトの変形例1について、図17を用いて説明する。図17は、オープンビット形式のメモリセルのYスイッチ部23を示している。図17では、ビット線対BT0、BN0、ビット線対BT1、BN1、ビット線対BT2、BN2、及びビット線対BT3、BN3の4つのビット線対に対するYスイッチ部23を示している。
SAピッチPsaの2倍に対して、4本のビット線BT0〜BT3が、上側のメモリセル11から入っており、4本のビット線BN0〜BN3が、下側のメモリセル11から入る場合を想定している。この場合も、ゲートg1〜g4のそれぞれは、横方向に沿って形成されている。ゲートg1〜g4の電極は、SAピッチPsaの2倍の長さとなっている。
Yスイッチ部23には、4つの拡散層41a〜41dが設けられている。拡散層41a〜41dは縦2×横2個で配列されている。各アドレスのトランジスタペアで、拡散層41が分離している。例えば、スイッチ用トランジスタYT0の拡散層41aと、スイッチ用トランジスタYN0の拡散層41bが分離している。また、スイッチ用トランジスタYT0のスイッチ用トランジスタYT1とで拡散層41aが共通となっている。スイッチ用トランジスタYT2、YT3の拡散層41dについても同様になっている。スイッチ用トランジスタYN2、YN3の拡散層41cについても同様になっている。そして、拡散層41aと拡散層41dが対角に配置され、拡散層41bと拡散層41cが対角に配置されている。
4つのゲートg1〜g4を、上下4段配置としている。このような構成によっても、Yスイッチ部23のピッチが、SAピッチPsaの2倍となる。上記の効果を得ることができる。直線形状のゲートg1〜g4のみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。
(Yスイッチ部23の変形例2)
Yスイッチ部23のレイアウトの変形例2について、図18を用いて説明する。また、図18では、SAピッチPsaの3倍の領域を示している。すなわち、ビット線対BT0、BN0、ビット線対BT1、BN1、及びビット線対BT2、BN2の3つのビット線対に対するYスイッチ部23を示している。図18に示すレイアウトでは、横方向のゲートgの両端を直角に屈曲したU字形状としている。なお、ゲートgの形状以外の基本的な構成については、実施の形態1と同様であるため、説明を適宜省略する。
この構成では、横方向における拡散層41端に、ゲートgの突出し部分、及びカラム選択信号線Yとの接続コンタクトの配置が不要になる。これにより、Yスイッチ部23のトランジスタのゲート幅Wを広くすることが可能になる。上下のゲート突出し部分による高さ増加は生じてしまうが、設計基準、トランジスタサイズの組み合わせからは最適レイアウトにすることができる。また、上下のスイッチ用トランジスタYT1とスイッチ用トランジスタYN2とでゲート共通領域をSAピッチ分だけズラしている。すなわち、横方向におけるゲートgの突出し位置が上下のゲートgでずれている。これはビット線から拡散層41に接続する信号配線の容易性を考慮したレイアウトになっている。
(Yスイッチ部23の変形例3)
次に、Yスイッチ部23のレイアウトの変形例3について、図19を用いて説明する。図19では、ビット線対BT0、BN0、ビット線対BT1、BN1、ビット線対BT2、BN2、及びビット線対BT3、BN3の4つのビット線対に対するYスイッチ部23を示している。また、図19では、SAピッチPsaの4倍の領域を示している。
図19では、図16の構成と同様に、ゲートgが、U字状に形成されている。拡散層41bは、SAピッチPsaよりも幅広に形成され、隣のSAピッチPsaにはみ出して形成されている。さらに、共通バス線DNと接続される拡散層41bを上下に加えて、左右の隣接SA間で共通化している。すなわち、スイッチ用トランジスタYN0〜YN3と接続される共通バス線DNと接続される拡散層41bが共通となっている。このようにすることで、4つのスイッチ用トランジスタYNで共通の拡散層41bを用いることができる。なお、図示を省略するが、共通バス線DTと接続される拡散層41a、41cについても、隣接SA間で共通化している。拡散層41の分離領域を少なくすることができる。スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを図18よりもさらに大きくすることが可能になる。例えば、素子分離領域やコンタクトが不要となるため、拡散層41を大きくすることができ、ゲート幅Wを広くすることができる。
図9で示したYスイッチ部23のレイアウトは図16〜図19のいずれかに示したレイアウトに変更することができる。図16〜図19に示したYスイッチ部23のレイアウトと、図10〜図12に示したPMOSペア25のレイアウトを組み合わせてもよい。
実施の形態3.
(プリチャージ部22のトランジスタ配置例)
実施の形態3にかかる半導体メモリの構成について、図20を用いて説明する。図20は、プリチャージ部22のトランジスタのレイアウト図である。本実施の形態にかかるプリチャージ部22のレイアウトを実施の形態1に用いることができる。なお、実施の形態1、2と重複する内容については、説明を省略する。
図20は、実施の形態1のレイアウトに対して、イコライズ用トランジスタEQと、プリチャージ用トランジスタPCTとで拡散層41を共通化しているものである。図20では、ビット線対BT0、BN0のために拡散層41aが形成され、ビット線対BT1、BN1のために拡散層41bが形成されている。
イコライズ用トランジスタEQ0のビット線BT0側と、プリチャージ用トランジスタPCT0のビット線BT0側とで、拡散層41aが共通になっている。プリチャージ用トランジスタPCN0のHVDD側と、プリチャージ用トランジスタPCT0のHVDD側とで、拡散層41aが共通に用いられている。
プリチャージ部22には、4本のゲートg1〜g4が横方向に沿って配置されている。1段目と3段目のゲートg1、g4には、SAピッチPsaの2倍以上の長さを有している。2段目には、2つのゲートg2、g3が設けられている。1段目のゲートg1がイコライズ用トランジスタEQ0とプリチャージ用トランジスタPCN1に対応する。3段目のゲートg4がイコライズ用トランジスタEQ1とプリチャージ用トランジスタPCN0に対応する。2段目の一方のゲートg2がプリチャージ用トランジスタPCT0に対応し、他方のゲートg3がプリチャージ用トランジスタPCT1に対応する。
イコライズ用トランジスタEQ0とプリチャージ用トランジスタPCT0とプリチャージ用トランジスタPCN0とがビット線方向に距離を隔てて配置されている。イコライズ用トランジスタEQ0のゲートg1とプリチャージ用トランジスタPCT0のゲートg2とプリチャージ用トランジスタPCN0のゲートg4とが異なるゲートとなっている。同様に、ビット線対BT1、BN1について、イコライズ用トランジスタEQ1のゲート4とプリチャージ用トランジスタPCT1のゲートg3とプリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg1とが異なるゲートとなっている。イコライズ用トランジスタEQ0と、プリチャージ用トランジスタPCN1が、共通のゲートg1となっている。イコライズ用トランジスタEQ1と、プリチャージ用トランジスタPCN0が、共通のゲートg4となっている。プリチャージ用トランジスタPCT0のゲートg2は独立になっている。プリチャージ用トランジスタPCT1のゲートg3は独立になっている。
拡散層41a、41bは、隣のSAピッチPsaにはみ出して形成されている。すなわち、拡散層41a、41bは、SAピッチPsaよりも幅広になっており、2つのSAピッチPsaに渡って形成されている。拡散層41a、41bはそれぞれ延在部411、412を有している。したがって、拡散層41a、41bはそれぞれL字状に形成され、ビット方向に延在した部分を延在部411、412としている。拡散層41aは拡散層41bに対して回転対称にレイアウトされている。拡散層41aのうち、縦方向に延在した延在部411が、プリチャージ用トランジスタPCT0とプリチャージ用トランジスタPCN0を構成する。拡散層41bのうち、ビット線方向に延在した延在部412が、プリチャージ用トランジスタPCT1とプリチャージ用トランジスタPCN1を構成する。
プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートg1は、拡散層41aを跨ぐように延在されている。1段目のゲートg1は、拡散層41aと延在部412を跨いでいる。SAピッチPsaの2倍に対して、イコライズ用トランジスタEQ0とプリチャージ用トランジスタPCN1とで共通のゲートg1を形成することができる。プリチャージ用トランジスタPCN0のゲートg4は、拡散層41bを跨ぐように延在している。3段目のゲートg4は、拡散層41bと延在部411を跨いでいる。同様に、プリチャージ用トランジスタPCN0とイコライズ用トランジスタEQ1とで、共通のゲートg4を形成することができる。
これにより、ゲート幅Wを広くすることができる。さらに、拡散層41a、41bに延在部411、412を設けて、延在部411、412にプリチャージ用トランジスタPCN0、PCN1を配置している。これにより、高い能力が要求されるイコライズ用トランジスタEQのゲート幅を、プリチャージ用トランジスタPCNよりも広くとることができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。プリチャージ部22のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
(プリチャージ部22の変形例1)
図21は、プリチャージ部22のトランジスタ配置の変形例1を示すレイアウトである。図21では、3つの拡散層41a〜41cが設けられている。拡散層41bは、拡散層41a、41cよりも幅狭になっている。また、プリチャージ部22には、直線状の2本のゲートg1、g2が設けられている。図21では、縦方向において拡散層41が分離されておらず、ゲートg1、g2が上下2段構成となっているため、回路の高さを小さくすることができる。
拡散層41aは、プリチャージ用トランジスタPCT0とイコライズ用トランジスタEQ0に対応している。拡散層41bは、プリチャージ用トランジスタPCN0とプリチャージ用トランジスタPCT1とに対応している。拡散層41cは、プリチャージ用トランジスタPCN1とイコライズ用トランジスタEQ1に対応している。トランジスタレイアウトは回転対称になっている。
上段のゲートg1は、イコライズ用トランジスタEQ0と、プリチャージ用トランジスタPCN0と、イコライズ用トランジスタEQ1と、プリチャージ用トランジスタPCN1とに共通している。下段のゲートg2は、プリチャージ用トランジスタPCT0と、イコライズ用トランジスタEQ0と、プリチャージ用トランジスタPCT1と、イコライズ用トランジスタEQ1とに共通している。
したがって、イコライズ用トランジスタEQ0は、拡散層41aに設けられた2つのトランジスタの並列接続となる。プリチャージ用トランジスタPCT、PCNと同程度のゲート幅Wのトランジスタと、プリチャージ用トランジスタPCT、PCNよりもゲート幅Wが広いトランジスタとの2つのトランジスタによって、イコライズ用トランジスタEQ0が形成される。イコライズ用トランジスタEQ0では、ゲート幅Wの広いトランジスタが上段に設けられ、ゲート幅Wの狭いトランジスタが下段に設けられる。同様に、イコライズ用トランジスタEQ1は、拡散層41cに設けられた2つのトランジスタの並列接続となる。イコライズ用トランジスタEQ1では、ゲート幅Wの狭いトランジスタが上段に設けられ、ゲート幅Wの広いトランジスタが下段に設けられる。
プリチャージ用トランジスタPCN0とプリチャージ用トランジスタPCT1とは、拡散層41bに割り当てられている。プリチャージ用トランジスタPCN0、PCT1が上下2段に配置されている。2つのプリチャージ用トランジスタPCN0、PCT1において、プリチャージ電位HVDDが供給される拡散層41bが共通に用いられている。また、プリチャージ用トランジスタPCTは、プリチャージ用トランジスタPCNと同程度のゲート幅Wとなっている。プリチャージ用トランジスタPCN、PCTのゲート幅Wは、上下2段のイコライズ用トランジスタEQ0のうちのゲート幅Wが狭いほうのトランジスタと同程度になっている。
このようにすることで、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅Wを、SAピッチPsaよりも広くすることができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。プリチャージ部22のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
(プリチャージ部22の変形例2)
図22は、プリチャージ部22のトランジスタ配置の変形例2を示すレイアウトである。図22では、2つの拡散層41a、41bが設けられている。拡散層41a、41bは上下2段に配置されている。さらに、ビット線方向に沿って形成された縦ゲート51が設けられている。本実施形態では、上下2段のゲートg1、g2が縦ゲート51で接続されている。縦ゲート51は、拡散層41から拡散層41bまでビット線方向に延在している。縦ゲート51は、拡散層41a、41bの左端の近傍に配置されている。
縦ゲート51がプリチャージ用トランジスタPCN0、PCN1のゲートとなる。そして、1段目のゲートg1のうち、縦ゲート51よりも左側の部分が、プリチャージ用トランジスタPCT0のゲートとなる。2段目のゲートg2のうち、縦ゲート51よりも左側の部分が、プリチャージ用トランジスタPCN1のゲートとなる。縦ゲート51よりも右側のゲートg1、g2が、それぞれイコライズ用トランジスタEQ0、EQ1のゲートとなる。縦ゲート51の位置が左右非対称になっているため、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅をプリチャージ用トランジスタPCT、PCNよりも広くすることができる。すなわち、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅WがSAピッチPsaよりも大きくなり、SAピッチPsaの2倍近くまで拡大することができる。
図22のレイアウトでは、拡散層41aに対応するゲートがT字状になっている。同様に、拡散層41aに対応するゲートがT字状になっている。そして、横方向の2本のゲートg1、g2を縦ゲート51で繋ぐ構成となっている。縦ゲート51を設けることでゲートをT字状のパターンとすることができる。従って、高さ方向におけるゲート突出しによる、面積の増加は発生しない。さらに、図22では、ビット線方向において拡散層41が分離されておらず、ゲートg1、g2が上下2段構成となっているため、ビット線方向の高さを小さくすることができる。
図9に示したプリチャージ部22のレイアウトは図20〜図22のいずれかに示したレイアウトに変更することができる。図20〜図22に示したプリチャージ部22のレイアウトと、図10〜図12に示したPMOSペア25のレイアウトや、図16〜図19に示したYスイッチ部23のレイアウトを組み合わせてもよい。プリチャージ部22のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
実施の形態4.
(センスアンプのレイアウト)
実施の形態4に係る半導体メモリの構成について、図23を用いて説明する。図23は、センスアンプ12のレイアウトを示している。なお、実施の形態1〜3と重複する内容については説明を省略する。
図23では、上記したプリチャージ部22とYスイッチ部23とを一体化させたレイアウトとしている。以下の説明では、プリチャージ部22とYスイッチ部23とを一体化した部分をYSW/PRE部27としている。PMOSペア25、NMOSペア26、及びYSW/PRE部27がビット線方向に並んで配置されている。図23では、2つのSAピッチPsaのトランジスタレイアウトを示している。なお、なお、PMOSペア25、NMOSペア26については、図9と同様であるため説明を省略する。
例えば、VDD≦1.2Vの低VDD世代では、プリチャージ電圧HVDDが1/2VDDの為に、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQがオン時にゲート−ドレイン(もしくはソース)間電圧Vgが1/2VDDとなりオン能力が著しく不足する。DRAMのビット線プリチャージを確実に実施する対策として以下がある。
一つはプリチャージ信号線VDLの電位を電源電圧VDDより昇圧する方法であるが、この場合にプリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQのゲート酸化膜厚を厚くする高耐圧トランジスタが必要とされる。しかし、最近ではスイッチ用トランジスタYT、YNと同等のコアトランジスタで使用することも可能になって来ている。もう一つの方法は、GND電位プリチャージ回路方式であり、この場合はプリチャージ信号線VDLの電位の昇圧が不必要となる。どちらもスイッチ用トランジスタYT、YNと同一コアトランジスタを使用できるので、一体化レイアウト設計技術は重要となっている。
図23では、YSW/PRE部27には、2つの拡散層41a、41bが設けられている。YSW/PRE部27において、左側のSAピッチPsa内に拡散層41aが設けられ、右側のSAピッチPsa内に拡散層41bが設けられている。左側のSAピッチPsaがビット線対BT0,BN0のSAに対応し、右側のSAピッチPsaがビット線対BT1、BN1のSAに対応している。拡散層41aは拡散層41bに対して回転対称なレイアウトとなっている。プリチャージ用トランジスタPCT0、イコライズ用トランジスタEQ0、及びプリチャージ用トランジスタPCN1とスイッチ用トランジスタYT0、YT1とで、共通の拡散層41aが用いられている。すなわち、一体に形成された拡散層41aがプリチャージ用トランジスタPCT0、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ0とスイッチ用トランジスタYT0,YT1に対応している。同様にプリチャージ用トランジスタPCN1、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ1とスイッチ用トランジスタYN0、YN1とで、共通の拡散層41bが用いられている。
YSW/PRE部27には、4本のゲートg1〜ゲートg4が配置されている。上段、すなわちNMOSペア26側のゲートgから順に、ゲートg1、ゲートg2、ゲートg2、ゲートg4とする。ゲートg1は、ビット線対BT0、BN0のプリチャージ信号線PDLが接続されている。ゲートg2は、カラム選択信号線Y0が接続されている。ゲートg3は、カラム選択信号線Y1が接続されている。ゲートg4は、ビット線対BT1、BN1のプリチャージ信号線PDLが接続されている。4本のゲートg1〜ゲートg4はそれぞれ、横方向に沿った直線状の電極である。それぞれのゲートg1〜ゲートg4は隣のセンスアンプピッチPsaまで延在している。すなわち、それぞれのゲートg1〜ゲートg4は、隣のセンスアンプピッチPsaまで、はみ出して形成されている。それぞれのゲートg1〜ゲートg4は、拡散層41aから拡散層41bに渡って形成されている。ゲートg1〜ゲートg4はSAピッチPsaの2倍程度の長さを有しており、拡散層41a、41bを跨いでいる。
スイッチ用トランジスタYT0、YT1を左側のSAピッチPsa内に配置している。スイッチ用トランジスタYN0、YN1を右側のSAピッチPsa内に配置している。ゲートg2は、横方向に拡散層41a、41bを跨って形成されており、スイッチ用トランジスタYT0、YN0に共通のカラム選択信号が供給されている。ゲートg3は、横方向に拡散層41a、41bを跨って形成されており、スイッチ用トランジスタYT1、YN1に共通のカラム選択信号が供給されている。
プリチャージ用トランジスタPCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0は、左側のSAピッチPsa内に配置している。プリチャージ用トランジスタPCN0は、右側のSAピッチPsa内に配置している。そして、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0は1本の直線状のゲートg1を共有している。同様に、プリチャージ用トランジスタPCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1は、右側のSAピッチPsa内に配置している。プリチャージ用トランジスタPCT1は、左側のSAピッチPsa内に配置している。そして、プリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1は1本の直線状のゲートg4を共有している。
スイッチ用トランジスタYT0、YN0のゲートg2とスイッチ用トランジスタYT1、YN1のゲートg3は、横方向において同じ位置に配置され、かつビット線方向に離間している。プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0のゲートg1とプリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1のゲートg4は、横方向において同じ位置に配置され、かつビット線方向に離間している。4本のゲートg1〜ゲートg4は、横方向において同じ位置に配置され、かつビット線方向に離間している。そして、ビット線方向において、プリチャージ用トランジスタの2本のゲートg1、g4の間に、スイッチ用トランジスタの2本のゲートg2、ゲート3が配置される。
ビット線方向におけるスイッチ用トランジスタYT0の共通バス線が接続される拡散層とスイッチ用トランジスタYT1の共通バス線が接続される拡散層とを共有化している。共有化された拡散層41aには共通バス線DTが接続されている。同様に、ビット線方向におけるスイッチ用トランジスタYN0共通バス線が接続される拡散層とスイッチ用トランジスタYN1共通バス線が接続される拡散層とを共有化している。共有化された拡散層41bには共通バス線DTが接続されている。
拡散層41a、41bを上下に延在させて、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQを配置している。例えば、スイッチ用トランジスタYT0の上側に、プリチャージ用トランジスタPCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0が配置され、スイッチ用トランジスタYT1の下側にプリチャージ用トランジスタPCT1が配置される。スイッチ用トランジスタYT0、YT1とプリチャージ用トランジスタPCT0、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ0では、共有化された拡散層が用いられている。具体的には、スイッチ用トランジスタYT0のビット線BT0が接続されている拡散層と、プリチャージ用トランジスタPCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0のBT0が接続されている拡散層とで、拡散層41aが共有化されている。スイッチ用トランジスタYT1のビット線BT1が接続されている拡散層と、プリチャージ用トランジスタPCT1のBT1が接続されている拡散層で、拡散層41aが共有化されている。また、拡散層41bでも同様のレイアウトになっている。よって、スイッチ用トランジスタYT0、YT1とプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ0では、共有化された拡散層41aが用いられている。
このようにすることで、2つのSAに設けられた10個のトランジスタを2つの拡散層41a、41bにレイアウトすることができる。これにより、拡散層41の素子分離領域を小さくすることができ、小さい面積でゲート幅Wを広げることができる。さらに、4本の直線状のゲートg1〜ゲートg4が、2つのSAに設けられた10個のトランジスタを担っているため、SAの高さ拡大を抑制することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。さらに、スイッチ用トランジスタとプリチャージ用トランジスタで、拡散層41を一体化している。これにより、効率よくレイアウトすることができ。面積を縮小化することができる。イコライズ用トランジスタEQのビット線側と、スイッチ用トランジスタのビット線側とで、拡散層41を共通にすることで効率よくレイアウトすることができる。さらに、複数のトランジスタでゲートgを共通化することで、ゲートgと接続配線の接続点を減らすことができる。また、拡散層41を共通化することで、素子分離領域を減らすことができる。これにより、効率よくレイアウトすることができ、面積を縮小することができる。
(YSW/PRE部27のレイアウト変形例1)
プリチャージ部とYスイッチ部を一体化したYSW/PRE部27の変形例1について、図24を用いて説明する。図24は、YSW/PRE部27のトランジスタのレイアウト例を示す図である。なお、図23と共通する部分については、説明を適宜省略する。図24は、オープンビット形式でビット線が上下から4本ずつYSW/PRE部27に供給されるように配置した場合の例である。また、図24では、ビット線対BT0、BN0〜ビット線対BT3、BN3の4対が、SAピッチPsaの2倍に配置されている例を示している。
図24では、YSW/PRE部27では、SAピッチPsaの2倍の範囲に拡散層41a、41bが配置されている。左側のSAピッチPsa内には、拡散層41aが配置されている。右側のSAピッチPsa内には、拡散層41bが配置されている。拡散層41aは、拡散層41bに対して回転対称なレイアウトとなっている。左側のSAピッチPsaが、ビット線対BT0、BN0、及びビット線対BT2、BN2のSAに対応する。右側のSAピッチPsaが、ビット線対BT1、BN1、及びビット線対BT3、BN3のSAに対応する。
また、YSW/PRE部27に8本のゲートgが配置されている。そして、上段のゲートgから順に、ゲートg1、ゲートg2、ゲートg3、ゲートg4、ゲートg5、ゲートg6、ゲートg7、ゲートg8とする。ゲートg1がビット線対BT0、BN0のプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg2がカラム選択信号線Y0と接続されている。ゲートg3がカラム選択信号線Y1と接続されている。ゲートg4がビット線対BT1、BN1のプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg5がビット線対BT2、BN2のプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg6がカラム選択信号線Y2と接続されている。ゲートg7がカラム選択信号線Y3と接続されている。ゲートg8がビット線対BT3、BN3のプリチャージ信号線PDLと接続されている。
図24のレイアウトでは、4つのSAに対して、2つの拡散層41a、41bを用いている。すなわち、上下のSAアンプで、YSW/PRE部27の拡散層41を一体的に形成している。したがって、図23のレイアウトを単に2段に配置した場合もより、高さを縮小化することができる。すなわち、上下のSAの拡散層41に対して、素子分離領域を省略することができ、効率よくレイアウトすることができる。
例えば、スイッチ用トランジスタYT0〜YT3が一体に形成された拡散層41aに対応している。また、4つのプリチャージ用トランジスタPCTが拡散層41aに配置されている。イコライズ用トランジスタEQ0、EQ2が拡散層41aに配置されている。同様に、スイッチ用トランジスタYN0〜YN3が一体に形成された拡散層41bに配置されている。4つのプリチャージ用トランジスタPCNが拡散層41bに配置されている。イコライズ用トランジスタEQ1、EQ3が拡散層41bに配置されている。1つの拡散層41で、10個のトランジスタを担っている。
また、ビット線対BT1、BN1のプリチャージ信号線PDLが供給されるゲートg4と、ビット線対BT2、BN2のプリチャージ信号線PDLが供給されるゲートg5とが連続して配置されている。そして、プリチャージ用トランジスタPCT1とプリチャージ用トランジスタPCT2とは、プリチャージ電圧HVDDが供給される拡散層を共通に用いている。同様にプリチャージ用トランジスタPCN1とプリチャージ用トランジスタPCN2とは、プリチャージ電圧HVDDが供給される拡散層を共通に用いている。これにより、プリチャージ電圧HVDDの接続コンタクトの数を少なくすることができ、高さを縮小化することができる。さらに、イコライズ用トランジスタEQ2を拡散層41aに設け、イコライズ用トランジスタEQ1を拡散層41bに設けている。
また、スイッチ用トランジスタYTのゲート幅Wに対して、イコライズ用トランジスタEQとプリチャージ用トランジスタPCTとのゲート幅Wが入るように設定している。例えば、スイッチ用トランジスタYT2のゲート幅W内に、プリチャージ用トランジスタPCT2とイコライズ用トランジスタEQ2のゲート幅Wの合計幅が入るようになっている。スイッチ用トランジスタYTのゲート幅Wには、プリチャージ用トランジスタPCTに加えて、イコライズ用トランジスタEQ分の空きがある。同様に、スイッチ用トランジスタYNのゲート幅Wに対して、イコライズ用トランジスタEQとプリチャージ用トランジスタPCNとのゲート幅Wが入るように設定している。したがって、プリチャージ用トランジスタPCT、又はプリチャージ用トランジスタPCNの横方向にイコライズ用トランジスタEQを配置することができる。
このようなレイアウトとすることで、素子密度が非常に高いコンパクトなレイアウトが可能になる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
(YSW/PRE部27のレイアウト変形例2)
プリチャージ部とYスイッチ部を一体化したYSW/PRE部27の変形例2について、図25を用いて説明する。図25は、YSW/PRE部27のトランジスタのレイアウト例を示す図である。図25では、図23の構成に対して、イコライズ用トランジスタEQの配置を変えている。なお、図23と共通する部分については、説明を適宜省略する。
図25では、拡散層41aにイコライズ用トランジスタEQ1が設けられている。スイッチ用トランジスタYT1の下側に、イコライズ用トランジスタEQ1が設けられている。同様に、拡散層41bにイコライズ用トランジスタEQ0が設けられている。スイッチ用トランジスタYN0の下側に、イコライズ用トランジスタEQ0が設けられている。拡散層41aのイコライズ用トランジスタEQ0と拡散層41bのイコライズ用トランジスタEQ0とが並列に接続されている。拡散層41aのイコライズ用トランジスタEQ1と拡散層41bのイコライズ用トランジスタEQ1とが並列に接続されている。このようにすることで、イコライズ用トランジスタEQの実質的なゲート幅Wを広くすることができる。よって、イコライズ用トランジスタEQの能力を向上することができる。
図23に対して、ビット線BT0と拡散層41bとの接続点、ビット線BN1と拡散層41aとの接続点が追加されている。図23と比較して、信号接続は複雑になるが、SAの高さを増加せずに、イコライズ用トランジスタEQの能力アップを実現することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。
実施の形態5.
本実施の形態においても、実施の形態4と同様に、プリチャージ部とYスイッチ部を一体化している。なお、実施の形態1〜4と重複する内容については説明を省略する。実施の形態5では、デバイスの設計基準微細化に伴うSA高さ縮小を引き出しやすいレイアウトを用いている。
本実施の形態にかかるYSW/PRE部27のトランジスタレイアウトについて、図26を用いて説明する。なお、実施の形態1〜4と同様の構成については適宜説明を省略する。例えば、PMOSペア25、NMOSペア26については、図9〜図12のいずれかを用いることができるため、詳細な説明を省略する。
YSW/PRE部27について、図26を用いて説明する。なお、上記の実施の形態と重複する内容については、説明を省略する。図26では、8本のゲートg1〜g8が配置されている。それぞれのゲートg1〜g8は、横方向に沿った直線状に形成されている。上段のゲートgから順に、ゲートg1、ゲートg2、ゲートg3、ゲートg4、ゲートg5、ゲートg6、ゲートg7、ゲートg8とする。ゲートg1はカラム選択信号線Y0と接続されている。ゲートg2はプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg3はプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg4はカラム選択信号線Y0と接続されている。ゲートg5はカラム選択信号線Y1と接続されている。ゲートg6はプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg7はプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg8はカラム選択信号線Y1に接続されている。
また、2つのSAのトランジスタが、一体に形成された拡散層41aに設けられている。したがって、拡散層41aが2つのSAピッチPsaに跨って形成されている。拡散層41aは、SAピッチPsaよりも幅広になっており、隣のSAピッチPsaにはみ出して形成されている。拡散層41aは、回転対称な形状となっている。また、トランジスタレイアウトも回転対称になっている。
スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYN0が異なる段のゲートgに対応している。1段目のゲートg1がスイッチ用トランジスタYT0に対応し、4段目のゲートg4がスイッチ用トランジスタYN0に対応している。同様に、スイッチ用トランジスタYT1とスイッチ用トランジスタYN1が異なる段のゲートgに対応している。5段目のゲートg5がスイッチ用トランジスタYN1に対応し、8段目のゲートg8がスイッチ用トランジスタYT1に対応している。このように、スイッチ用トランジスタYTとスイッチ用トランジスタYNを横方向に並べていないため、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅Wを広くすることができる。ここでは、スイッチ用トランジスタYT、YNがSAピッチPsaの約2倍のゲート幅Wを有している。これにより、スイッチ用トランジスタYN、YNの能力を向上することができる。
スイッチ用トランジスタYT0のゲートg1とスイッチ用トランジスタYN0のゲートg4の間に、イコライズ用トランジスタEQ0、及びプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0のゲートg2、g3を配置している。プリチャージ用トランジスタPCT0とイコライズ用トランジスタEQ0は、横方向に並んでいる。SAピッチPsaの2倍の範囲に、イコライズ用トランジスタEQ0とプリチャージ用トランジスタPCT0の2つが並んで配置されている。イコライズ用トランジスタEQ1、及びプリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1のゲートg6、g7についても、5段目のゲートg5と8段目のゲートg8の間に、同様に配置されている。よって、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQの能力を向上することができる。また、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅Wは、プリチャージ用トランジスタPCT、PCNのゲートWよりも広くなっている。これにより、イコライズ用トランジスタEQの能力を向上することができる。
さらに、スイッチ用トランジスタYN0と、スイッチ用トランジスタYN1とで共通バス線DNを共通化している。これにより、コンタクト数を減少することができる。さらに、2つのSAに対して、一体的な拡散層41aを用いているため、素子分離領域を減少することができる。これにより、高さ方向のサイズをより縮小することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
(YSW/PRE部27の変形例1)
YSW/PRE部27の変形例1について、図27を用いて説明する。なお、上記のレイアウトと重複する内容については、説明を省略する。図27では、8本のゲートg1〜g8が配置されている。それぞれのゲートg1〜g8は、横方向に沿った直線状に形成されている。最上段では2本のゲートg1、g2が横方向に並んでいる。最下段では、2本のゲートg7、g8が横方向に並んでいる。したがって、8本のゲートg1〜g8が6段に配置されている。1段目の一方のゲートg1には、プリチャージ信号線PDLが接続され、他方のゲートg2には、カラム選択信号線Y0が接続されている。ゲートg3は、プリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg4はカラム選択信号線Y0と接続されている。ゲートg5は、カラム選択信号線Y1と接続されている。ゲートg6は、プリチャージ信号線PDLと接続されている。6段目の一方のゲートg7には、プリチャージ信号線PDLが接続され、他方のゲートg8にはカラム選択信号線Y1が接続されている。
図27では、2つのSAピッチPsa内に、3つの拡散層41a〜41cが設けられている。拡散層41a〜41cは矩形状に形成されている。拡散層41a、41bは、ビット線対BT0、BN0に対応するSAピッチPsa内に配置されている。すなわち、横方向における拡散層41a、41bの幅は、SAピッチPsaよりも小さくなっている。拡散層41cは、SAピッチよりも幅広に形成され、隣のSAピッチまではみ出している。拡散層41cは2つのSAピッチPsaに渡って配置されている。横方向における拡散層41cの幅は、SAピッチPsaよりも大きくなっている。
拡散層41aは、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0に対応している。プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0は、プリチャージ電圧HVDDが接続される拡散層41aを共通にしている。拡散層41bは、プリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1に対応している。プリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1は、プリチャージ電圧HVDDが接続される拡散層41bを共通にしている。拡散層41aと拡散層41bは上下2段に配置されている。
拡散層41cは、拡散層41a、及び拡散層41bの合計面積よりも大きくなっている。ゲートg2、g3、g4、g5、g6、g8は拡散層41cを跨いでいる。ゲートg1、g3は、拡散層41aを跨いでいる。ゲートg6、g7は拡散層41bを跨いでいる。ゲートg2はスイッチ用トランジスタYT0に対応している。ゲートg3は、イコライズ用トランジスタEQ0に対応している。ゲートg4はスイッチ用トランジスタYN0に対応している。ゲートg5はスイッチ用トランジスタYN1に対応している。ゲートg6は、イコライズ用トランジスタEQ1に対応している。ゲートg8は、スイッチ用トランジスタYT1に対応している。スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1の共通バス線DNが接続される拡散層41cを共通にしている。
この構成では、拡散層41cが隣のSAピッチに延在している。よって、イコライズ用トランジスタEQ、及びスイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅WをSAピッチPsaよりも広くすることができる。さらに、効率よくレイアウトすることができるため、面積を縮小することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
(YSW/PRE部27の変形例2)
YSW/PRE部27の変形例2について、図28を用いて説明する。なお、上記のレイアウトと重複する内容については、説明を省略する。図28では、10本のゲートg1〜g10が配置されている。それぞれのゲートgは、横方向に沿った直線状に形成されている。各段には、2本のゲートgが横方向に並んでいる。したがって、10本のゲートg1〜g10が5段に配置されている。
1段目の一方のゲートg1は、プリチャージ信号線PDLと接続され、他方のゲートg2はカラム選択信号線Y0と接続されている。2段目の一方のゲートg3は、プリチャージ信号線PDLと接続され、他方のゲートg4はカラム選択信号線Y1と接続されている。3段目の一方のゲートg5は、プリチャージ信号線PDLと接続され、他方のゲートg6はプリチャージ信号線PDLと接続されている。4段目の一方のゲートg7は、カラム選択信号線Y0と接続され、他方のゲートg8はプリチャージ信号線PDLと接続されている。5段目の一方のゲートg9は、カラム選択信号線Y1と接続され、他方のゲートg10はプリチャージ信号線PDLと接続されている。
ゲートg1は、プリチャージ用トランジスタPCN0に対応しており、ゲートg2は、スイッチ用トランジスタYT0に対応している。ゲートg3は、プリチャージ用トランジスタPCT0に対応しており、ゲートg4は、スイッチ用トランジスタYT1に対応している。スイッチ用トランジスタYT1とスイッチ用トランジスタYT0とは、共通バス線DTに接続される拡散層を共通にしている。プリチャージ用トランジスタPCT0とプリチャージ用トランジスタPCN0とは、プリチャージ電圧HVDDに接続される拡散層を共通にしている。
ゲートg5は、イコライズ用トランジスタEQ0に対応しており、ゲートg6はイコライズ用トランジスタEQ1に対応している。ゲートg7がスイッチ用トランジスタYN0に対応しており、ゲートg8がプリチャージ用トランジスタPCN1に対応している。ゲートg9がスイッチ用トランジスタYN01対応しており、ゲートg10がプリチャージ用トランジスタPCT1に対応している。スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1とは、共通バス線DNに接続される拡散層を共通にしている。プリチャージ用トランジスタPCT1とプリチャージ用トランジスタPCN1とは、プリチャージ電圧HVDDに接続される拡散層を共通にしている。
SAピッチPsaの2倍の範囲内には、2つの拡散層41a、41bが配置されている。拡散層41aは、主にビット線対BT0、BN0側のSAピッチPsa内に配置され、一部がビット線対BT1、BN1側のSAピッチPsaにまで延在した幅広部414となっている。拡散層41bは、主にビット線対BT1、BN1側のSAピッチPsa内に配置され、一部がビット線対BT0、BN0側のSAピッチPsaにまで延在した幅広部416となっている。拡散層41aは、拡散層41bについて回転対称なレイアウトになっている。また、トランジスタレイアウトも回転対称になっている。
各段の一方のゲートgが拡散層41aに跨っており、他方のゲートgが拡散層41bに跨っている。拡散層41aの幅狭部413と拡散層41bの幅広部416とが横方向に並んでおり、拡散層41bの幅狭部415と拡散層41aの幅広部414とが横方向に並んでいる。横方向における幅広部414、416の幅は、SAピッチPsaより広くなっている。横方向における幅狭部413、415の幅は、SAピッチPsaより狭くなっている。
プリチャージ用トランジスタPCN0、PCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0のゲートg1、g3、g5は、幅狭部413に跨っている。プリチャージ用トランジスタPCN1、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ1のゲートg10、g8、g6は、幅狭部415に跨っている。スイッチ用トランジスタYT0、YT1のゲートg2、g4は、幅広部416に跨っている。スイッチ用トランジスタYN0、YN1のゲートg7、g9は、幅広部414に跨っている。
このようにすることで、スイッチ用トランジスタYT、YNのゲート幅WをSAピッチPsaよりも広くすることができる。さらに、ゲートgの5段分の高さで、2つのSAのYSW/PRE部27を実現することができる。よって、高さ方向のサイズを縮小することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となる。よって、上記と同様に、面積を縮小化することができる。
実施の形態6.
本実施の形態においても、実施の形態4、5と同様に、プリチャージ部とYスイッチ部を一体化している。なお、実施の形態1〜5と重複する内容については説明を省略する。実施の形態6は、トランジスタのゲート形状を直線以外の形状を使用した例であり、デバイス基準的には不利になるが、拡散層やゲート信号の共用一体化がより推進できる条件となる。
本実施の形態にかかるYSW/PRE部27のトランジスタレイアウトについて、図29を用いて説明する。なお、実施の形態1〜5と同様の構成については適宜説明を省略する。例えば、PMOSペア25、NMOSペア26については、図9〜図12のいずれかを用いることができるため、詳細な説明を省略する。
図29では、プリチャージ用トランジスタPCN、PCT、及びイコライズ用トランジスタEQのゲートgをT字形状として、一体化している。図29では、上下4段のゲートg1〜g4が設けられている。そして、2段目と3段目のゲートg2、3は2つの縦ゲート51a、51bによって接続されている。プリチャージ電圧HVDDに対応する拡散層部分が、ゲートで囲まれたレイアウトとなる。1段目のゲートg1は、カラム選択信号線Y0に接続されている。2段目と3段目のゲートg2、3、及び縦ゲート51a、51bは、プリチャージ信号線PDLに接続されている。4段目のゲートg4は、カラム選択信号線Y1に接続されている。
YSW/PRE部27には、4つの拡散層41a〜41dが設けられている。拡散層41a、41bは、ビット線対BT0,BN0側のSAピッチPsa内に上下2段に配置される。拡散層41c、41dは、ビット線対BT1,BN1側のSAピッチPsa内に上下2段に配置される。拡散層41a〜41dは回転対称なレイアウトとなる。また、YSW/PRE部27のトランジスタレイアウトは、回転対称になっている。
1段目のゲートg1は、拡散層41aから拡散層41cに渡って配置されている。すなわち、1段目のゲートg1は、SAピッチPsaよりも長くなっており、2つのSAピッチPsaに跨っている。2段目のゲートg2は拡散層41aを跨ぐように配置されている。3段目のゲートg3は、拡散層41dを跨ぐように配置されている。4段目のゲートg4は、拡散層41bから拡散層41dに渡って配置されている。すなわち、4段目のゲートg4は、SAピッチPsaよりも長くなっており、2つのSAピッチPsaに跨っている。縦ゲート51aは、拡散層41aに対応している。他方の縦ゲート51bは、拡散層41dに対応している。縦ゲート51a、51bを設けることでT字型ゲートが形成される
1段目のゲートg1のうち、拡散層41aを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYT0のゲートgとなり、拡散層41dを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYN0のゲートgとなる。2段目のゲートg2の縦ゲート51aよりも左側の部分が、イコライズ用トランジスタEQ0のゲートgとなり、右側の部分がプリチャージ用トランジスタPCT0のゲートgとなる。縦ゲート51aは、プリチャージ用トランジスタPCN0のゲートとなる。このように、2段目のゲートg2とその下に延在する縦ゲート51aが、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0のT型ゲートを構成する。
同様に、3段目ゲートg3の縦ゲート51bよりも右側の部分がイコライズ用トランジスタEQ1のゲートとなり、左側の部分がプリチャージ用トランジスタPCN1のゲートとなる。縦ゲート51bがプリチャージ用トランジスタPCT1のゲートとなる。このように、3段目のゲートg3とその上に延在する縦ゲート51bが、プリチャージ用トランジスタPCN1、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ1のT型ゲートを構成する。2組のT字トランジスタが上下反対向きで、横方向に並んでいる。4段目のゲートg4のうち、拡散層41aを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYT1のゲートとなり、拡散層41dを跨ぐ部分が、スイッチ用トランジスタYN1のゲートとなる。
また、スイッチ用トランジスタYT0と、イコライズ用トランジスタEQ0と、プリチャージ用トランジスタPCT0とで、ビット線BT0側が共通となっている。スイッチ用トランジスタYN1と、イコライズ用トランジスタEQ1と、プリチャージ用トランジスタPCN0とで、ビット線BN1側が共通となっている。2本の縦ゲート51a、51bと、2段目のゲートg2と、3段目のゲートg3とで囲まれた枠状の領域には、拡散層41aと拡散層41を接続するプリチャージ電圧HVDDの接続線が設けられている。
このようなレイアウトによって、上記と同様の効果を得ることができる。例えば、YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となるため、面積を縮小化することができる。さらに、ゲートgの段数を減らすことができるため、上下方向のサイズを縮小化することができる。
(YSW/PRE部27の変形例1)
YSW/PRE部27の変形例1について、図30を用いて説明する。なお、上記の実施の形態と重複する内容については、説明を省略する。図30では、図28のレイアウトに対して、縦ゲート51を用いている。そして、プリチャージ用トランジスタPCN、PCT、及びイコライズ用トランジスタEQのゲートgをT字形状として、一体化している。
図30では、上下4段のゲートgが設けられている。2段目には、2つのゲートg2、g3が設けられている。3段目には、2つのゲートg4、g5が設けられている。したがって、合計6本の横方向のゲートg1〜g6が配置されている。そして、2段目の一方のゲートg2と、3段目の一方のゲートg4とが縦ゲート51で接続されている。
図30では、SAピッチPsaの2倍の領域内に、4つの拡散層41a〜41dが設けられている。拡散層41c、41dがSAピッチPsaよりも幅広になっており、隣のSAピッチPsaにはみ出している。拡散層41a、41bは、上下2段に配置され、ほぼ同じ横方向の幅を有している。左側のSAピッチPsa内に、拡散層41a、41bが配置されている。拡散層41c、41cは、上下2段に配置され、拡散層41c、41cは、上下2段に配置され、ほぼ同じ横方向の幅を有している。拡散層41c、41dは左側のSAピッチPsa内から右側のSAピッチPsaまではみ出している。したがって、横方向における拡散層41c、41dの幅は、拡散層41a、41bよりも広くなっている。
1段目のゲートg1は、カラム選択信号線Y0と接続される。1段目のゲートg1は、拡散層41cを跨ぐように配置されている。2段目の一方のゲートg2は、プリチャージ信号線PDLと接続され、他方のゲートg3はカラム選択信号線Y1と接続される。2段目の一方のゲートg2は、拡散層41aを跨ぐように配置され、他方のゲートg3は拡散層41cに対応している。3段目の一方のゲートg4は、プリチャージ信号線PDLと接続され、他方のゲートg5はカラム選択信号線Y0と接続される。3段目の一方のゲートg4は、拡散層41bに対応しており、他方のゲートg5は拡散層41dを跨ぐように配置されている。4段目のゲートg6は、カラム選択信号線Y1と接続される。4段目のゲートg6は、拡散層41dを跨ぐように配置されている。
1段目のゲートg1は、スイッチ用トランジスタYT0に対応する。2段目の一方のゲートg2は、プリチャージ用トランジスタPCT0に対応し、他方のゲートg3はスイッチ用トランジスタYT1に対応する。3段目の一方のゲートg4は、プリチャージ用トランジスタPCN1に対応し、他方のゲートg5はスイッチ用トランジスタYN0に対応する。4段目のゲートg6は、スイッチ用トランジスタYN1に対応する。縦ゲート51は、拡散層41a、及び拡散層41bを跨ぐように配置されている。
拡散層41aは、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0に対応している。拡散層41aにおいて、縦ゲート51のゲートg2よりも上の部分がイコライズ用トランジスタEQ0のゲートとなり、下の部分がプリチャージ用トランジスタPCN0のゲートとなる。このように、縦ゲート51とその横に延在する2段目のゲートg2が、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0のT型ゲートを構成する。
拡散層41bに、プリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1に対応している。拡散層41bにおいて、縦ゲート51のゲートg4よりも上の部分がプリチャージ用トランジスタPCT1のゲートとなり、下の部分がイコライズ用トランジスタEQ1のゲートとなる。このように、縦ゲート51とその横に延在する3段目のゲートg4が、プリチャージ用トランジスタPCN1、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ1のT型ゲートを構成する。そして、ビット線対BT0、BN0のSAピッチPsa内において、2組のT字トランジスタが上下方向に並んでいる。そして、T字形状のゲートが、横方向の直線を軸として、ミラー対称となっている。
このレイアウトにより、スイッチ用トランジスタYT、YNを右側に揃えることができる。さらに、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQを左側に揃えることができる。さらに、縦方向に2つの拡散層41a、41bを貫通する縦ゲート51がプリチャージ用トランジスタPCN0、イコライズ用トランジスタEQ0、イコライズ用トランジスタEQ1、及びプリチャージ用トランジスタPCT1に対応する。これにより、イコライズ用トランジスタEQのゲート幅Wを拡大しやすくなり、イコライズ用トランジスタEQの能力を向上させることができる。また、上記と同様の効果を得ることができる。例えば、YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaの2倍となるため、面積を縮小化することができる。
(YSW/PRE部27の変形例2)
YSW/PRE部27の変形例2について、図31を用いて説明する。なお、上記の実施の形態と重複する内容については、説明を省略する。図31では、図27のレイアウトに対して、縦ゲート51を用いたものである。SAピッチPsaの4倍の領域に対して、1つの拡散層41aが設けられている。すなわち、一体に形成された拡散層41aが、4つのSAピッチPsaに渡って形成されている。
なお、図31では、4つのビット線対BT0〜BT3、BN0〜BN3に対するYSW/PRE部27のレイアウトである。左側のSAピッチPsaから順に、ビット線対BT0、BN0、ビット線対BT1、BN1ビット線対BT2、BN2、ビット線対BT3、BN3に対応している。なお、全体のレイアウトは、左から2番目と3番目のSAピッチPsaの境界線を軸としてミラー対称であるため、右2つのSAピッチPsaのレイアウトについては、説明を省略する。すなわち、ビット線対BT0、BN0、及びビット線対BT1、BN1に関するレイアウトは、ビット線対BT2、BN2、及びビット線対BT3、BN3に関するレイアウトとミラー対称になっている。したがって、ビット線対BT2、BN2、及びビット線対BT3、BN3に関するレイアウトの説明を省略する。さらに、全体のレイアウトは、横方向の直線を軸として、ミラー対称になっている。
ゲートgが6段に配置されている。SAピッチPsaの4倍の領域において、1段目〜6段目にはそれぞれ2つのゲートが設けられている。1段目のゲートgをゲートg1、g2とする。同様に2段目のゲートgをゲート3、g4とする。3段目のゲートgをゲートg5、g6とし、4段目のゲートgをゲートg7、g8とする。5段目のゲートgをゲート9、10とし、6段目のゲートgをゲート11、12とする。
そして、2段目のゲートg3と、5段目のゲートg9とが縦ゲート51aで接続されている。1段目のゲートg1と3段目のゲートg5が縦ゲート52aで接続され、U字形状になっている。4段目のゲートg7と6段目のゲートg11が縦ゲート53cで接続され、U字形状になっている。
2段目のゲートg3、5段目のゲートg9、及び縦ゲート51aは、プリチャージ信号線PDLと接続される。プリチャージ用トランジスタPCN、PCT、及びイコライズ用トランジスタEQのゲートgをT字形状として、一体化している。1段目のゲートg1、3段目のゲートg7、及び縦ゲート52aが、カラム選択信号線Y0と接続される。4段目のゲートg7、6段目のゲートg11、及び縦ゲート52cは、カラム選択信号線Y1と接続される。
1段目のゲートg1は、スイッチ用トランジスタYT0に対応する。2段目のゲートg3は、イコライズ用トランジスタEQ0に対応する。3段目のゲートg5は、スイッチ用トランジスタYN0に対応する。4段目のゲートg7は、スイッチ用トランジスタYN1に対応する。5段目のゲートg9は、イコライズ用トランジスタEQ1に対応する。6段目のゲートg11は、スイッチ用トランジスタYT1に対応する。縦ゲート51aは上から順番に、プリチャージ用トランジスタPCT0、プリチャージ用トランジスタPCN0、プリチャージ用トランジスタPCN1、プリチャージ用トランジスタPCT1に対応する。
1段目のゲートg1と3段目のゲートg5は、縦ゲート52aを介して接続されており、4段目のゲートg7と6段目のゲートg11は、縦ゲート52cを介して接続されている。そして、縦ゲート52a、52bは、拡散層41aの開口部54を跨ぐように配置されている。したがって、スイッチ用トランジスタYT、YNはそれぞれ、L字型のゲートgを有している。
拡散層41aが隣のSAピッチに延在している。よって、拡散層41aの分離領域を小さくすることができる。左2つのSAピッチPsaと右2つのSAピッチPsaとで、共通バス線DNを共通にすることができる。すなわち、4つのスイッチ用トランジスタYT0〜YT3で共通バス線DNが共通になる。換言すると、4つのスイッチ用トランジスタYT0〜YT3で拡散層41aのコンタクトが同じコンタクトとなる。また、スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYT2とで共通バス線DTが共通になる。スイッチ用トランジスタYT1とスイッチ用トランジスタYT3とで共通バス線DTが共通になる。さらに、図示しない両側のSAピッチPsaで共通バス線DTが共有される。よって、コンタクト数を少なくすることができる。拡散層41aを隣接パターンと共有することができ、スイッチ用トランジスタYT、YNのサイズをさらに大きく取ることができる。よって、効率よくレイアウトすることができ、面積を縮小することができる。YSW/PRE部27のピッチは、SAピッチPsaより大きくなるため、さらに面積を縮小化することができる。
ここまでのレイアウトでは、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23に含まれるトランジスタの合計数(ここでは、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、イコライズ用トランジスタEQ、及びスイッチ用トランジスタYT、YNの5個)の半分以上のトランジスタが、ビット線方向と垂直な垂直方向を長手方向とするゲートを有している。そして、センスアンプピッチよりも広いピッチで、プリチャージ部22、及びスイッチ部23の少なくとも一方が繰り返し配置されている。
また、これまでのレイアウトでは、ゲートgの長手方向が、ビット線方向と垂直な垂直方向になっている。そして、ゲートgの長手方向において、2つのトランジスタのチャネルが連続して配置される。すなわち、ゲートgを共通にする2つのスイッチ用トランジスタのチャネル幅方向が、ゲートgの長手方向となっている。例えば、1つのゲートgがスイッチ用トランジスタYT0、YT1に対応し、スイッチ用トランジスタYT0、YT1のチャネル幅方向がゲートgの長手方向になっている。このように、スイッチ用トランジスタのゲートの長手方向において、2つ以上のスイッチ用トランジスタのチャネルが連続している。例えば、垂直方向に延びたゲートgが、スイッチ用トランジスタYT0、スイッチ用トランジスタYT1に対応する。すなわち、スイッチ用トランジスタYT0、スイッチ用トランジスタYT1がゲートgを共有する。これにより、ゲートgの電極パターンを効率よくレイアウトすることができ、面積を縮小することができる。さらに、図13〜図15の構成にすれば、隣接するI/Oの境界部分において、4つ以上のスイッチ用トランジスタがゲートgを共有にすることができる。同様に、2以上のプリチャージ用トランジスタが、1本のゲートgを共有することも可能である。これにより、さらなる面積の縮小が可能となる。
(YSW/PRE部27の変形例3)
YSW/PRE部27の変形例3について、図32を用いて説明する。なお、上記のレイアウトと重複する内容については、説明を省略する。図32では、ゲートgを縦方向に並べたものである。すなわち、YSW/PRE部27では、トランジスタのゲートgの長手方向が、ビット線方向となっている。そして、スイッチ用トランジスタYT、YN、及びプリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQを一体トランジスタ形状で実現している。
YSW/PRE部27には、2段の拡散層41a、41bが設けられている。1段目の拡散層41aが、ビット線対BT0、BN0のトランジスタに対応しており、2段目の拡散層41bが、ビット線対BT1、BN1のトランジスタに対応している。ビット線対BT0、BN0に関するレイアウトと、ビット線対BT1、BN1に関するレイアウトは、横方向の直線に対してミラー対称となっている。したがって、ビット線対BT1、BN1に関するレイアウトについては、説明を省略する。
拡散層41a、41bは、SAピッチPsaよりも幅広に形成され、2つのSAピッチPsaに渡って形成されている。YSW/PRE部27には5つのゲートg1〜g5が設けられている。拡散層41aは3つのゲートg1〜g3に対応している。拡散層41bは、3つのゲートg4、g2、g5に対応している。3つのゲートg1〜g3は、横方向に並んでいる。左側のゲートg1がスイッチ用トランジスタYTに対応し、右側のゲートg3がスイッチ用トランジスタYN0に対応している。中間のゲートg2が、イコライズ用トランジスタEQ0、及びプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0に対応している。ゲートg2は途中で分岐しており、分岐した一方がプリチャージ用トランジスタPCT0に対応し、他方がプリチャージ用トランジスタPCN0に対応している。さらに、ゲートg2の分岐していない部分が、イコライズ用トランジスタEQ0に対応している。なお、中間のゲートg2は、拡散層41aから拡散層41bまで延在している。すなわち、中間のゲートg2は、拡散層41aから拡散層41bに渡って形成されており、共通のプリチャージ信号が供給される。
左側のゲートg1の左側の拡散層41aが共通バス線DTと接続されている。右側のゲートg3の右側の拡散層41aが共通バス線DNとされている。左側のゲートg1と中間のゲートg2の間の拡散層41aが、ビット線BT0と接続されている。したがって、スイッチ用トランジスタYT0とイコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCT0とで、ビット線BT0の拡散層41aが共通となっている。右側のゲートg3と中間のゲートg2の間の拡散層41aが、ビット線BN0と接続されている。したがって、スイッチ用トランジスタYN0とイコライズ用トランジスタEQ0、プリチャージ用トランジスタPCN0とで、ビット線BN0側の拡散層41aが共通となっている。
このように、ビット線対BT0、BN0に対するスイッチ用トランジスタYT0、YN0と、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0とで一体化した拡散層41aを共有している。そして、拡散層41aと拡散層41bとを上下に配置して、Y0、Y1の2つのカラムに対応させている。図7で示したように、1つのカラムのスイッチ用トランジスタYT0、YN0、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0がSAピッチPsaの2倍に収まる構成となる。これにより、ゲート幅Wを狭くすることなく、面積を縮小化することができる。
また、左右端の共通バス線DT、DNの拡散層41a、41bは、隣接するSA領域パターンと共通化することもできる。例えば、拡散層41aの左端の拡散層をビット線対BT2、BN2(図示せず)の共通バス線DNの拡散層と一体化することができる。同様に、拡散層41bの左端の拡散層をビット線対BT3、BN3(図示せず)の共通バス線DNの拡散層と一体化することができる。よって、更に一体化したトランジスタ形状を拡大でき、面積効率を向上することが可能になる。
上記したように実施の形態4〜6のレイアウトでは、スイッチ用トランジスタYT0、YN0、及びプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0が一体に形成された拡散層41aを有している。すなわち、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0が有する拡散層41aは、スイッチ用トランジスタYT0、YN0が有する拡散層41aと一体に形成されている。このようなレイアウトによって、拡散層分離まで近づけて、トランジスタを配置することが可能になる。これにより、ゲート幅Wを狭くすることなく、面積を縮小化することができる。
図33のレイアウトでは、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23に含まれるトランジスタの合計数(ここでは、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、イコライズ用トランジスタEQ、及びスイッチ用トランジスタYT、YNの5個)の半分以上のトランジスタが、ビット線方向を長手方向とするゲートを有している。そして、センスアンプピッチよりも広いピッチで、プリチャージ部22、及びスイッチ部23の少なくとも一方が繰り返し配置されている。
また、実施の形態1〜6のレイアウトでは、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23のピッチが、SAピッチPsaと異なっているため、横方向におけるセンスアンプ12の繰り返し数と、Yスイッチ部23、及びプリチャージ部22の繰り返し数が異なっている。ここでは、センスアンプ12の繰り返し数がYスイッチ部23、及びプリチャージ部22の繰り返し数が2倍となっている。さらに、Yスイッチ部23とプリチャージ部22を一体化した、YSW/PRE部27を用いることも可能である。
実施の形態7.
本実施の形態にかかるレイアウトについて、図33、34を用いて説明する。図33は、Yスイッチ部23のレイアウトを示す図であり、図34は、プリチャージ部22のレイアウトを示す図である。なお、実施の形態1〜6と重複する内容については、説明を省略する。実施の形態1〜6では、図7に示すように、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23のピッチをSAピッチPsaの2倍にしていたが、実施の形態7では、図8に示したように、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23のピッチをSAピッチPsaの半分にしたレイアウトとなっている。
図33に、本実施の形態にかかる半導体メモリのYスイッチ部23のレイアウトを示す。図33は、オープンビット構成におけるYスイッチ部23を示している。したがって、Yスイッチ部23の上下には、それぞれNMOSペア26が配置されている。すなわち、上下方向に離間したNMOSペア26の間に、Yスイッチ部23が配置されている。図33では、SAピッチPsaの2倍の領域に、4つのビット線対のYスイッチ部23を配置している。また、図33では、プリチャージ部22を省略している。
ビット線対BT0、BN0のペア増幅トランジスタが、上段の左側のNMOSペア26に対応し、ビット線対BT1、BN1のペア増幅トランジスタが、下段の左側のNMOSペア26に対応する。ビット線対BT2、BN2のペア増幅トランジスタが、上段の右側のNMOSペア26に対応し、ビット線対BT3、BN3のペア増幅トランジスタが、下段の右側のNMOSペア26に対応する。なお、それぞれのNMOSペア26については、図9と同様の構成であるため、説明を省略する。なお、図33のYスイッチ部23のレイアウトは、図17のレイアウトを90°回転されたレイアウトと同様になっている。
Yスイッチ部23は、4つの拡散層41a〜41dを有している。左側のSAピッチPsa内には、拡散層41a、41bが2段で配置されている。右側のSAピッチPsa内には、拡散層41c、41dが2段で配置されている。左上段の拡散層41aと左下段の拡散層41bがビット線対BT0、BN0、及びビット線対BT1、BN1に対応している。右上段の拡散層41cと右下段の拡散層41dがビット線対BT2、BN2、及びビット線対BT3、BN3に対応している。
なお、左側のSAピッチPsaと右側のSAピッチPsaとで、レイアウトは実質的に同じとなっているため、右側のSAピッチPsaの説明については省略する。すなわち、ビット線対BT2、BN2のトランジスタレイアウトは、ビット線対BT0、BN0のトランジスタレイアウトと同様であり、ビット線対BT3、BN3のトランジスタレイアウトは、ビット線対BT1、BN1のトランジスタレイアウトと同様である。
Yスイッチ部23において、4本のゲートg1〜g4が設けられている。左側のSAピッチPsa内には、2つのゲートg1、g2が設けられている。右側のSAピッチPsa内には2つのゲートg3、g4が配置されている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向と平行に配置されている。換言すると、ゲートg1〜g4は、ビット線方向に沿った縦ゲートとなっている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向を長手方向とする直線形状を有している。したがって、ビット線方向がゲート幅Wと平行となる。また、2つのゲートg1、g2は、横方向に離間して配置されている。ここで、左側のSAピッチPsa内に設けられた2つのゲートgを左側のゲートg1と、右側のゲートg2として識別する。左側のゲートg1がカラム選択信号線Y0に接続し、右側のゲートg2がカラム選択信号線Y1に接続している。それぞれのゲートg1、g2は、拡散層41a、41bを跨ぐように配置されている。すなわち、それぞれのゲートg1、g2は、拡散層41aから拡散層41bに渡って形成されている。
拡散層41aは、スイッチ用トランジスタYT0、YT1に対応し、拡散層41bは、スイッチ用トランジスタYN0、YN1に対応している。ゲートg1よりも左側で、拡散層41aがビット線BT0に接続し、ゲートg1よりも左側で拡散層41bがビット線BN0に接続する。ゲートg2よりも右側で拡散層41aがビット線BT1に接続し、ゲートg2よりも右側で拡散層41bがビット線BN1に接続する。ゲートg1とゲートg2との間で、拡散層41aが、共通バス線DTに接続する。同様に、ゲートg1とゲートg2との間で拡散層41bが、共通バス線DNに接続する。したがって、スイッチ用トランジスタYT0、YN0がゲートg1を共通化している。同様に、スイッチ用トランジスタYT1、YN1がゲートg2を共通化している。そして、スイッチ用トランジスタYT0とスイッチ用トランジスタYT1とで、共通バス線DT側の拡散層41aを共有している。スイッチ用トランジスタYN0とスイッチ用トランジスタYN1とで、共通バス線DN側の拡散層41aを共有している。
このように、拡散層41a、41bの左半分が、ビット線対BT0、BN0の素子に対応し、右半分が、ビット線対BT1、BN1の素子に対応している。さらに、上下のスイッチ用トランジスタYT0、YN0で共通のゲートgを用いており、上下のスイッチ用トランジスタYT1、YN1で共通のゲートgを用いている。縦方向に配置された2つのスイッチ用トランジスタYT、YNで、カラム選択信号線Yに対応する拡散層を共通化することができる。
したがって、コンタクト数を少なくすることができるので、拡散層分離まで近づけて、トランジスタを配置することが可能になる。これにより、ゲート幅Wを狭くすることなく、面積を縮小化することができる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。SAピッチPsaの1/2のピッチで、Yスイッチ部23が繰り返し配置される構成となる。これにより、効率よくレイアウトすることができ、面積を縮小することができる。
次に、本実施の形態にかかる半導体メモリのプリチャージ部22のレイアウトについて、図34を参照して説明する。図34は、本実施の形態にかかる半導体メモリのプリチャージ部22のレイアウトを示す図である。図34に示すレイアウトも、図33と同様にオープンビット構成となっており、SAピッチPsaの2倍の領域を示している。図34では、SAピッチPsaの2倍の領域内に、4つのビット線対のプリチャージ部22が配置されている。SAピッチPsaの1/2の幅に、1つのSAのプリチャージ部22が配置される構成となる。プリチャージ部22の上下に、NMOSペア26がそれぞれ配置されている。上下方向に離間したNMOSペア26の間に、プリチャージ部22が配置されている。NMOSペア26の配置は、図9と同様であるため、説明を省略する。
SAピッチPsaの2倍の領域で、トランジスタレイアウトが縦方向の直線を軸として、ミラー対称になっている。左側のSAピッチPsaが、ビット線対BT0、BN0とビット線対BT1、BN1に対応している。右側のSAピッチPsaが、ビット線対BT2、BN2とビット線対BT3、BN3に対応している。さらに、左右それぞれのSAピッチPsa内においても、トランジスタレイアウトが、縦方向の直線を軸として、ミラー対称になっている。
プリチャージ部22は、9個の拡散層41a〜41fを有している。拡散層41a、41b、41c、41eが左側のSAピッチPsa内に配置されている。拡散層41f、41g、41h、41iが右側のSAピッチPsa内に配置されている。拡散層41dは、左右のSAピッチPsaに渡って配置されている。拡散層41aと拡散層41fとミラー対称なレイアウトとなっている。拡散層41bと拡散層41gとがミラー対称なレイアウトとなっている。同様に、拡散層41cと拡散層41iとがミラー対称なレイアウトとなっており、拡散層41eと拡散層41hとがミラー対称なレイアウトとなっている。拡散層41dは、左右のSAピッチPsaの境界線に対して、ミラー対称な形状となっている。
SAピッチPsaの2倍の領域には、4つのゲートg1〜g4が配置されている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向と平行に形成されている。換言すると、ゲートg1〜g4は、ビット線方向に沿った縦ゲートとなっている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向を長手方向とする直線形状を有している。したがって、ビット線方向がゲート幅Wと平行となる。また、4つのゲートg1〜g4は、横方向に離間して配置されている。左側のSAピッチPsa内には、2つのゲートg1、g2が配置され、右側のSAピッチPsa内には2つのゲートg3、g4が配置されている。
ゲートg1がカラム選択信号線Y0に接続している。カラム選択信号線Y0、ゲートg2がカラム選択信号線Y1に接続している。ゲートg3がカラム選択信号線Y2に接続している。ゲートg4がカラム選択信号線Y3に接続している。それぞれのゲートg1〜g4は、3つの拡散層41を跨ぐように配置されている。例えば、ゲートg1は、拡散層41a、41b、41cに渡って配置されている。ゲートg2は、拡散層41d、41b、41eに渡って配置されている。ゲートg3は、拡散層41d、41g、41hに渡って配置されている。ゲートg4は、拡散層41f、41g、41iに渡って配置されている。
拡散層41aはプリチャージ用トランジスタPCN0に対応し、拡散層41cは、イコライズ用トランジスタEQ0に対応している。拡散層41eは、イコライズ用トランジスタEQ1に対応している。拡散層41bは、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN1に対応している。拡散層41bにおいて、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCN1は、プリチャージ電圧HVDDを共有している。拡散層41dはプリチャージ用トランジスタPCT1、PCN2に対応している。拡散層41dにおいて、プリチャージ用トランジスタPCT1、PCN2は、プリチャージ電圧HVDDを共有している。
同様に、拡散層41hは、イコライズ用トランジスタEQ2に対応し、拡散層41iは、イコライズ用トランジスタEQ3に対応している。拡散層41fは、プリチャージ用トランジスタPCT3に対応している。拡散層41gは、プリチャージ用トランジスタPCT2、PCN3に対応している。拡散層41gにおいて、プリチャージ用トランジスタPCT2、PCN3は、プリチャージ電圧HVDDを共有している。拡散層41a、41fが、さらに外側に隣接するSAピッチPsaにおいて、プリチャージ電圧HVDDを共有してもよい。
このように、ビット線方向を長手方向とするゲートgが、プリチャージ用トランジスタPCN、PCT、及びイコライズ用トランジスタEQで共有されている。したがって、縦方向に配置された3つのプリチャージ用トランジスタPCN、PCT、及びイコライズ用トランジスタEQで、プリチャージ信号線PDLを共通化することができる。コンタクト数を少なくすることができるので、拡散層分離まで近づけて、トランジスタを配置することが可能になる。これにより、ゲート幅Wを狭くすることなく、面積を縮小化することができる。
直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。SAピッチPsaの1/2のピッチで、プリチャージ部22が繰り返し配置される構成となる。これにより、効率よくレイアウトすることができる。
(実施の形態7の変形例)
実施の形態7の変形例にかかるレイアウトについて、図35を用いて説明する。図35は、変形例のレイアウトを示す図である。図35では、実施の形態4〜6に示したようにプリチャージ部22とYスイッチ部23とを一体化した、YSW/PRE部27が設けられている。そして、図33、図34と同様に、SAピッチPsaの半分に、YSW/PRE部27をレイアウトしている。図35では、1つのSAピッチPsaを示している。
YSW/PRE部27の上下には、NMOSペア26がそれぞれ配置されている。すなわち、上下に離間した2つのNMOSペア26の間に、YSW/PRE部27が配置されている。上側のNMOSペア26がビット線対BT0,BN0のペア増幅トランジスタとなり、下側のNMOSペア26がビット線対BT1,BN1のペア増幅トランジスタとなる。なお、NMOSペア26の構成は、図9と同様であるため、説明を省略する。
YSW/PRE部27では、上下2段の拡散層41a、41bが設けられている。拡散層41aは、拡散層41bに対して回転対称なレイアウトとなっている。また、トランジスタレイアウトも回転対称となっている。拡散層41a、41bは、SAピッチPsaよりも幅広に形成されている。したがって、拡散層41a、41bは、隣のSAピッチPsaまではみ出している。
YSW/PRE部27には、4つのゲートg1〜g4が設けられている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向と平行に形成されている。換言すると、ゲートg1〜g4は、ビット線方向に沿った縦ゲートとなっている。それぞれのゲートg1〜g4は、ビット線方向を長手方向とする直線形状を有している。したがって、ビット線方向がゲート幅Wと平行となる。また、4つのゲートg1〜g4は、横方向に離間して配置されている。
ゲートg1はカラム選択信号線Y0と接続されている。ゲートg2プリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg3はプリチャージ信号線PDLと接続されている。ゲートg4はカラム選択信号線Y1に接続している。それぞれのゲートg1〜g4は、拡散層41a、及び拡散層41bを跨ぐように配置されている。すなわち、それぞれのゲートg1〜g4は、拡散層41aから散層41bに渡って配置されている。
ゲートg1は、スイッチ用トランジスタYT0、YN0に対応している。ゲートg4は、スイッチ用トランジスタYT1、YN1に対応している。ゲートg2は、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCT0、及びイコライズ用トランジスタEQ0に対応している。ゲートg3は、プリチャージ用トランジスタPCN1、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ1に対応している。
拡散層41aは、スイッチ用トランジスタYT0、YT1、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ0に対応している。すなわち、スイッチ用トランジスタYT0、YT1、プリチャージ用トランジスタPCT0、PCT1、及びイコライズ用トランジスタEQ0は、一体化した拡散層41aを共有している。拡散層41bは、スイッチ用トランジスタYN0、YN1、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1に対応している。すなわち、スイッチ用トランジスタYN0、YN1、プリチャージ用トランジスタPCN0、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1は、一体化した拡散層41bを共有している。
ゲートg1よりも左側で、拡散層41a、41bが、共通バス線DTと接続している。左側に隣接するSAピッチPsaに対して、共通バス線DTの拡散層41a、41bを共通化することができる。同様に、ゲートg4よりも右側で拡散層41a、41bは、共通バス線DNと接続している。そして、右側に隣接するSAピッチPsaに対して、共通バス線DNの拡散層41a、41bを共通化することができる。これにより、素子分離領域を少なくすることができ、効率よくレイアウトすることができる。
ゲートg2とゲートg3の間で、拡散層41a、41bはプリチャージ電圧HVDDに接続している。そして、拡散層41aにおいて、プリチャージ用トランジスタPCT0とプリチャージ用トランジスタPCN0とで、プリチャージ電圧HVDD側が共通している。同様に、拡散層41bにおいて、プリチャージ用トランジスタPCT1とプリチャージ用トランジスタPCN1とで、プリチャージ電圧HVDD側が共通している。
ゲートg1とゲート2の間で、拡散層41aがビット線BT0に接続している。そして、ゲートg2によって、プリチャージ用トランジスタPCT0とイコライズ用トランジスタEQ0とを並列に配置している。3つのプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0が縦1本のゲートg2を共有している。これにより、3つのプリチャージ用トランジスタPCT0、PCN0、及びイコライズ用トランジスタEQ0でプリチャージ信号を共通化することができる。コンタクト数の増加を防ぐことができ、面積増加を抑制することができる。
同様に、ゲートg3とゲートg4の間で、拡散層41bがビット線BN1に接続している。そして、ゲートg3によって、プリチャージ用トランジスタPCN1とイコライズ用トランジスタEQ1とを並列に配置している。したがって、3つのプリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1が縦1本のゲートg3を共有している。これにより、3つのプリチャージ用トランジスタPCT1、PCN1、及びイコライズ用トランジスタEQ1でプリチャージ信号を共通化することができる。コンタクト数の増加による面積増加を抑制することができる。
プリチャージ用トランジスタPCT1とプリチャージ用トランジスタPCT0とで、プリチャージ電圧HVDD側の拡散層41aが共通になっている。プリチャージ用トランジスタPCN1とプリチャージ用トランジスタPCN0とで、プリチャージ電圧HVDD側の拡散層41bが共通になっている。イコライズ用トランジスタEQ0とプリチャージ用トランジスタPCT0とで、ビット線BT0側の拡散層41bが共通している。イコライズ用トランジスタEQ1とプリチャージ用トランジスタPCN1とで、ビット線BN1側の拡散層41bが共通している。イコライズ用トランジスタEQ0とスイッチ用トランジスタYT0とで、ビット線BT0側の拡散層41aが共通している。イコライズ用トランジスタEQ1とスイッチ用トランジスタYN1とで、ビット線BN1側の拡散層41bが共通している。
よって、コンタクト数の増加による面積増加を抑制することができる。SAピッチPsa内に配置された4本の直線状のゲートg1〜g4が配置されている。そして、4本のゲートg1〜g4のトランジスタ配置で、2つのSAを実現することができる。ゲートg1、g2が、Y0に対応し、ゲートg3、g4が、Y1に対応する。したがって、SAピッチPsaの1/2で、1つのYSW/PRE部27を実現することができる。コンタクト数を少なくすることができるので、拡散層分離まで近づけて、トランジスタを配置することが可能になる。これにより、ゲート幅Wを狭くすることなく、面積を縮小化することができる。
直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。直線形状のゲートgのみを用いて、ゲートgの配置方向を統一している。したがって、デバイス製造上でのばらつきに対して安定化しやすく、高い歩留まりが期待できるレイアウトになる。SAピッチPsaの1/2のピッチで、YSW/PRE部27が繰り返し配置される構成となる。これにより、効率よくレイアウトすることができる。
図33、図34のレイアウトと同様に、縦に並ぶ素子間のプリチャージ信号が共通化されている。よって、素子分離距離を最短にすることが可能になっている。これにより、面積を縮小化することができる。
実施の形態7では、プリチャージ部22とYスイッチ部23に含まれるトランジスタの合計数(ここでは、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、イコライズ用トランジスタEQ、及びスイッチ用トランジスタYT、YNの5個)の半分以上のトランジスタが、ビット線方向を長手方向とするゲートを有している。そして、ビット線方向と垂直な垂直方向において、センスアンプのSAピッチPsaが、PMOSペア25、NMOSペア26の幅で規定されている。垂直方向において、SAピッチPsaでセンスアンプ12が繰り返し配置されている。SAピッチPsaよりも狭いピッチで、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23の少なくとも一方が繰り返し配置されている。例えば、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23はSAピッチPsaの1/2のピッチで繰り返し配置されている。
また、図32〜図35のレイアウトでは、ゲートgの長手方向が、ビット線方向になっている。そして、ゲートgの長手方向において、2つのトランジスタのチャネルが連続して配置される。すなわち、ゲートgを共通にする2つのスイッチ用トランジスタのゲート幅方向が、ゲートgの長手方向となっている。例えば、1つのゲートgがスイッチ用トランジスタYT0、YT1に対応し、スイッチ用トランジスタYT0、YT1のチャネル幅方向がゲートgの長手方向になっている。このように、スイッチ用トランジスタのゲートの長手方向において、2つ以上のスイッチ用トランジスタのチャネルが連続している。例えば、ビット線方向に延びたゲートgが、スイッチ用トランジスタYT0、スイッチ用トランジスタYT1に対応する。すなわち、スイッチ用トランジスタYT0、スイッチ用トランジスタYT1がゲートgを共有する。これにより、効率よくレイアウトすることができる。
実施の形態1〜7において、SAピッチPsaがメモリセルのピッチPcellの整数倍で規定すると、ビット線方向と垂直な垂直方向において、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23の少なくとも一方が、SAピッチPsaと異なるピッチで繰り返し配置されている。また、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23のピッチが、SAピッチPsaと異なっているため、横方向におけるセンスアンプ12の繰り返し数と、Yスイッチ部23、及びプリチャージ部22の繰り返し数が異なっている。ここでは、センスアンプ12の繰り返し数がYスイッチ部23、及びプリチャージ部22の繰り返し数が半分となっている。さらに、Yスイッチ部23とプリチャージ部22を一体化した、YSW/PRE部27を用いることも可能である。
実施の形態1〜7では、ゲートgや拡散層41に接続するための接続配線を交差させずに形成することが可能となる。よって、1層の配線層のみで、接続配線を形成することができる。すなわち、ゲートgと異なる配線層で形成される接続配線において、配線層の変換数を少なくすることができる。
実施の形態1〜3においては、プリチャージ部22とYスイッチ部23が分離した拡散層41に設けられている。また、本実施の形態では、プリチャージ部22のみに、上記のレイアウトを採用してもよく、Yスイッチ部23のみに上記のレイアウトを採用してもよい。もちろん、プリチャージ部22、及びYスイッチ部23の両方に、上記のレイアウトを採用してもよい。
実施の形態4〜7においては、プリチャージ部22とYスイッチ部23とで拡散層41を一体化して、プリチャージ部22とYスイッチ部23をYSW/PRE部27としている。ここで、カラム選択信号線Yのゲート電圧を電源電圧とした場合、プリチャージ用トランジスタPCT、PCN、及びイコライズ用トランジスタEQのゲート電圧を電源電圧以上に昇圧してもよい。なお、実施の形態1〜7のうちの任意のレイアウトを組み合わせて用いてもよい。また、各実施の形態の変形例についても、同様に、他の実施の形態とその変形例のレイアウトを任意に組み合わせることができる。また、実施の形態1〜7のうち、他の実施の形態で説明した内容については、適宜省略を行っているが、他の実施の形態と同様のレイアウトについては、同様の効果を奏することはもちろんである。
上記実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
(付記1)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に対応して複数設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅するセンスアンプと、を備え、
前記センスアンプが、
拡散層を有し、前記ビット線対をプリチャージするプリチャージ用トランジスタと、
前記プリチャージ用トランジスタの前記拡散層と一体に形成された拡散層を有し、複数の前記ビット線対を選択的に共通バス線に接続するスイッチ用トランジスタと、を備えた半導体メモリ。
(付記2)
前記スイッチ用トランジスタのゲートが、ビット線方向と垂直な垂直方向を長手方向としている付記1に記載の半導体メモリ。
(付記3)
前記ビット線対に接続され前記ビット線対の電位差を増幅する少なくとも2つのトランジスタからなる増幅部をさらに備え、
前記垂直方向において、前記センスアンプのセンスアンプピッチが、前記増幅部の幅で規定され、
前記垂直方向において、前記センスアンプピッチで、前記センスアンプが繰り返し配置され、
前記スイッチ用トランジスタのゲートが、隣の前記センスアンプピッチまで延在している付記2に記載の半導体メモリ。
(付記4)
前記プリチャージ用トランジスタのゲートが、前記垂直方向を長手方向としており、
前記プリチャージ用トランジスタのゲートが、隣の前記センスアンプピッチまで延在している付記3に記載の半導体メモリ。
(付記5)
前記プリチャージ用トランジスタには、前記ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタにおけるビット線が接続される拡散層と、前記スイッチ用トランジスタにおけるビット線が接続される拡散層とが共通となっている付記2に記載の半導体メモリ。
(付記6)
前記プリチャージ用トランジスタには、前記ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタと、プリチャージ電位に固定される固定用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタにおけるビット線が接続される拡散層と、前記固定用トランジスタにおけるビット線が接続される拡散層とが、共通となっている付記2に記載の半導体メモリ。
(付記7)
前記拡散層が、隣の前記センスアンプピッチまで延在している付記3に記載の半導体メモリ。
(付記8)
前記垂直方向に隣接する2つの前記センスアンプにおいて、前記拡散層が一体に形成されている付記7に記載の半導体メモリ。
(付記9)
前記垂直方向に隣接する2つの前記センスアンプにおいて、前記共通バス線が共通して、前記拡散層に接続されている付記8に記載の半導体メモリ。
(付記10)
複数の前記センスアンプが前記共通バス線を共通にしており、
複数の前記センスアンプの前記スイッチ用トランジスタを選択的にオンして、複数のビット線対のうちの1つのビット線対が前記共通バス線に接続することで、カラム選択を行い、
隣接するI/Oの境界部分のカラムの両隣に位置するカラムのカラムアドレスが同じになっており、
前記スイッチ用トランジスタのゲートが前記隣接するI/Oの境界を跨いで形成されている付記2に記載の半導体メモリ。
(付記11)
前記スイッチ用トランジスタのゲートが、ビット線方向を長手方向としている付記1に記載の半導体メモリ。
(付記12)
前記プリチャージ用トランジスタには、前記ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタのビット線側と、前記スイッチ用トランジスタのビット線側とで、前記拡散層が共通となっている付記11に記載の半導体メモリ。
(付記13)
前記プリチャージ用トランジスタには、前記ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタと、プリチャージ電位に固定される固定用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタのビット線側と、前記固定用トランジスタのビット線側で、前記拡散層が共通となっている付記11に記載の半導体メモリ。
(付記14)
前記プリチャージ用トランジスタのゲート電圧が、前記スイッチ用トランジスタのゲート電圧以上となっている付記1に記載の半導体メモリ。
(付記15)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対の各々に対応して設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅するアンプ部、前記ビット線対とデータバス線との接続切り替えを行うスイッチ部および前記ビット線対のプリチャージするプリチャージ部とからなる複数のセンスアンプと、を備え、
前記複数のセンスアンプはビット線の延伸方向と垂直な垂直方向に配列されており、
前記垂直方向に配列されている前記複数のセンスアンプの前記アンプ部のレイアウトパターンの繰り返し数と、前記垂直方向に配列されている前記複数のセンスアンプの前記スイッチ部もしくは前記プリチャージ部のレイアウトパターンの繰り返し数とが異なることを特徴とする半導体メモリ。
(付記16)
前記スイッチ部を構成するスイッチ用トランジスタのゲートが、前記垂直方向を長手方向としており、前記アンプ部の幅で規定されるセンスアンプピッチに対して、隣の前記センスアンプピッチまで延在している付記15に記載の半導体メモリ。
(付記17)
前記プリチャージ部を構成するプリチャージ用トランジスタのゲートが、前記垂直方向を長手方向としており、
前記プリチャージ用トランジスタのゲートが、隣の前記センスアンプピッチまで延在している付記16に記載の半導体メモリ。
(付記18)
前記プリチャージ部を構成するプリチャージ用トランジスタと、前記スイッチ部を構成するスイッチ用トランジスタとで、拡散層を共通にしている付記15に記載の半導体メモリ。
(付記19)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に対応して複数設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅する増幅トランジスタと
前記複数の前記ビット線対を選択的に共通バス線に接続するスイッチ用トランジスタと、を備え、
ゲートを共通にする2つ以上の前記スイッチ用トランジスタのチャネル幅方向が、前記ゲートの長手方向となっている半導体メモリ。
(付記20)
前記ゲートがビット線方向と垂直な垂直方向を長手方向とし、
隣接するI/Oの境界部分において、前記スイッチ用トランジスタが、隣のI/Oの前記スイッチ用トランジスタと、前記ゲートを共通にしている付記19に記載の半導体メモリ。
(付記21)
前記アンプ部の幅で規定されるセンスアンプピッチよりも広いピッチで、前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部の少なくとも一方が繰り返し配置されている付記16〜18のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記22)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に対応して複数設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅するセンスアンプと、を備え、
前記センスアンプが、
前記ビット線対と接続されたペア増幅トランジスタを有するアンプ部と、
前記ビット線対をプリチャージする1以上のプリチャージ用トランジスタを有するプリチャージ部と、
複数の前記ビット線対を選択的に共通バス線に接続する1以上のスイッチ用トランジスタを有するスイッチ部と、を備え、
前記プリチャージ部と前記スイッチ部に含まれるトランジスタの合計数の半分以上のトランジスタが、ビット線方向を長手方向とするゲートを有しており、
前記ビット線方向と垂直な垂直方向において、前記センスアンプのセンスアンプピッチが、前記ペア増幅トランジスタの幅で規定され、
前記垂直方向において、前記センスアンプピッチで前記アンプ部が繰り返し配置され、
前記センスアンプピッチと異なるピッチで、前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部の少なくとも一方が繰り返し配置されている半導体メモリ。
(付記23)
前記センスアンプピッチよりも狭いピッチで、前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部の少なくとも一方が繰り返し配置されている付記22に記載の半導体メモリ。
(付記24)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に対応して複数設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅するセンスアンプと、を備え、
前記センスアンプが、
前記ビット線対と接続されたペア増幅トランジスタを有するアンプ部と、
前記ビット線対をプリチャージする1以上のプリチャージ用トランジスタを有するプリチャージ部と、
複数の前記ビット線対を選択的に共通バス線に接続する1以上のスイッチ用トランジスタを有するスイッチ部と、を備え、
ビット線方向と垂直な垂直方向において、前記メモリセルのピッチの整数倍となる前記センスアンプのセンスアンプピッチが、前記ペア増幅トランジスタの幅で規定され、
前記垂直方向において、前記センスアンプピッチで前記アンプ部が繰り返し配置され、
前記垂直方向において、前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部の少なくとも一方が、前記センスアンプピッチと異なるピッチで繰り返し配置されている半導体メモリ。
(付記25)
複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの各列に対応して設けられた複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に対応して複数設けられ、前記ビット線対の電位差を増幅するセンスアンプと、を備え、
前記センスアンプが、
前記ビット線対と接続されたペア増幅トランジスタを有するアンプ部と、
前記ビット線対をプリチャージする1以上のプリチャージ用トランジスタを有するプリチャージ部と、
複数の前記ビット線対を選択的に共通バス線に接続する1以上のスイッチ用トランジスタを有するスイッチ部と、を備え、
ビット線方向と垂直な垂直方向において、前記センスアンプのセンスアンプピッチが、前記ペア増幅トランジスタの幅で規定され、
前記垂直方向において、前記センスアンプピッチで前記アンプ部が繰り返し配置され、
前記垂直方向において、前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部が繰り返し配置され、
前記プリチャージ部、及び前記スイッチ部の少なくとも一方の繰り返し数が、前記アンプ部の繰り返し数と、異なっている半導体メモリ。
(付記26)
プリチャージ用トランジスタと、前記スイッチ用トランジスタとで、拡散層を共通にしている付記19〜23のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記27)
拡散層が、隣のセンスアンプピッチまで延在している付記18〜23のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記28)
ビット線方向と垂直な垂直方向に隣接する2つのセンスアンプにおいて、前記拡散層が一体に形成されている付記27に記載の半導体メモリ。
(付記29)
前記垂直方向に隣接する2つの前記センスアンプにおいて、共通バス線が共通して、前記拡散層に接続されている付記28に記載の半導体メモリ。
(付記30)
前記スイッチ用トランジスタのゲートが、ビット線方向と垂直な垂直方向を長手方向としており、
前記スイッチ用トランジスタのゲートが、隣のセンスアンプピッチまで延在している付記19〜29のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記31)
プリチャージ用トランジスタのゲートが、ビット線方向と垂直な垂直方向を長手方向としており、
前記プリチャージ用トランジスタのゲートが、隣のセンスアンプピッチまで延在している付記19〜30のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記32)
プリチャージ用トランジスタには、前記ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタのビット線側と、スイッチ用トランジスタのビット線側とで、拡散層が共通となっている付記15〜31のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記33)
プリチャージ用トランジスタには、ビット線対をイコライズするイコライズ用トランジスタと、プリチャージ電位に固定される固定用トランジスタが含まれており、
前記イコライズ用トランジスタのビット線側と、前記固定用トランジスタのビット線側で、拡散層が共通となっている付記15〜32のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記34)
プリチャージ部がセンスアンプピッチの略2倍、又は略半分のピッチで、繰り返し配置されている付記15〜33のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記35)
スイッチ部がセンスアンプピッチの略2倍、又は略半分のピッチで、繰り返し配置されている付記15〜34のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記36)
複数のセンスアンプが共通バス線を共通にしており、
複数の前記センスアンプのスイッチ用トランジスタを選択的にオンして、複数のビット線対のうちの1つのビット線対が前記共通バス線に接続することで、カラム選択を行い、
隣接するI/Oの境界部分のカラムの両隣に位置するカラムのカラムアドレスが同じになっており、
前記スイッチ用トランジスタのゲートが前記隣接するI/Oの境界を跨いで形成されている付記1〜35のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
(付記37)
プリチャージ用トランジスタのゲート電圧が、スイッチ用トランジスタのゲート電圧以上となっている付記1〜36のいずれか1つに記載の半導体メモリ。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。