JPS61267360A - Mos static ram circuit - Google Patents

Mos static ram circuit

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Publication number
JPS61267360A
JPS61267360A JP60108187A JP10818785A JPS61267360A JP S61267360 A JPS61267360 A JP S61267360A JP 60108187 A JP60108187 A JP 60108187A JP 10818785 A JP10818785 A JP 10818785A JP S61267360 A JPS61267360 A JP S61267360A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal wiring
wiring
lines
layer metal
wirings
Prior art date
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Pending
Application number
JP60108187A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tamotsu Takahashi
保 高橋
Yoshimune Hagiwara
萩原 吉宗
Yoshiki Noguchi
孝樹 野口
Norio Nakagawa
中川 典夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS61267360A publication Critical patent/JPS61267360A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices

Abstract

PURPOSE:To obtain a static RAM circuit of complete CMOS which is excellent in both area and performance by a construction wherein the high-load wirings are shared by the low-resistance metal wirings by using a multilayer metal wiring process. CONSTITUTION:Metal wirings are constructed on the condition of the use of a CMOS process in which two layers can be utilized, the upper layer metal wiring being used for data lines 28 and grounding lines 29, 29', and the lower layer metal wiring being used for word lines 27 and a power supply line 32 that are othogonal thereto. This is because the connection with the low layer metal wiring can easily become smaller in area because of the connection of the word line polysilicon wirings and the metal wirings, and speeding up is intended by using the upper layer wiring having the least delay time as the data lines. The construction is such that the left and right sides of a memory cell are separated by the grounding lines in order to prevent the unit data line pair from adversely affecting other bits.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はスタティックRAM内のマトリクス回路に係り
、特に多層金属配線の可能なCMOSプロセスに好適な
レインアウトで構成可能なMOSスタティック回路に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a matrix circuit in a static RAM, and more particularly to a MOS static circuit that can be configured with a rainout suitable for a CMOS process that allows multilayer metal wiring.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

スタティックRAMのマトリクスセル方式としては4M
O8,5MO8,6MO8方式などがあり、それぞれに
一長一短がある。本発明で対象とする方式は、日経エレ
クトロニクス1980年3月17日号、p136にある
ような低消費電力、耐雑音余裕またプロセス工程の原価
低減に有効的な完全cMO3(6MO8方式)である。
4M as a static RAM matrix cell system
There are O8, 5MO8, 6MO8 systems, etc., and each has its advantages and disadvantages. The system targeted by the present invention is the complete cMO3 (6MO8 system), which is effective in low power consumption, noise immunity, and cost reduction of process steps, as described in Nikkei Electronics, March 17, 1980, p. 136.

完全CMO3のスタティックRAMマトリクス回路例を
第1図に示す。回路1はデータ記憶回路で、帰還回路構
成によりデータ保持されている。
An example of a complete CMO3 static RAM matrix circuit is shown in FIG. Circuit 1 is a data storage circuit, and data is held by a feedback circuit configuration.

NチャンネルMO82,2’は回路1のデータをライン
3,3′のデータ線に供給(読み出し動作)あるいは回
路1内のデータ更新(書き込み動作)をする時に用いる
転送MO8)−ランジスタである。ライン4はワード線
で、読み出し、書き込み動作に用いる転送MoSトラン
ジスタ2,2′の制御を行うためのものである。
N-channel MOs 82 and 2' are transfer MOs 8) transistors used to supply data from the circuit 1 to the data lines 3 and 3' (read operation) or update data in the circuit 1 (write operation). Line 4 is a word line for controlling transfer MoS transistors 2 and 2' used for read and write operations.

RAMマトリクス回路のレイアウトは、チップサイズを
決定づける要因となるのでトランジスタの配置、構成は
各種ある。基本的には第2図のようなレイアウト構成を
実現していた。第1図におけるNチャンネルMOSトラ
ンジスタを9.PチャンネルMOSトランジスタを10
にレイアウトし、電源線7は拡散層、ワード線5はゲー
ト材料(ポリシリコン)、そして最上配線のA1層は、
データ線対6,6′と接地線8に用いていた。これを縦
断面図で見た場合を第3図に示す。電源レベルに固定さ
れるn基板19上に形成されるPMOSトランジスタ1
5、接地レベル以下に固定されるp基板20上に形成さ
れるnMOSトランジスタ16゜17は、論理に一致す
るようにドレイン、ソース。
The layout of the RAM matrix circuit is a factor that determines the chip size, so there are various transistor arrangements and configurations. Basically, the layout configuration as shown in Figure 2 was realized. 9. The N-channel MOS transistor in FIG. 10 P-channel MOS transistors
The power supply line 7 is a diffusion layer, the word line 5 is a gate material (polysilicon), and the top wiring A1 layer is
It was used for the data line pair 6, 6' and the ground line 8. A vertical sectional view of this is shown in FIG. PMOS transistor 1 formed on n-substrate 19 fixed at power supply level
5. NMOS transistors 16 and 17 formed on the p-substrate 20, which is fixed below the ground level, have drains and sources that match the logic.

及びゲートは配線で結ばれている。MOSトランジスタ
15.16はデータ保持回路1に相当し、MOSトラン
ジスタ17はデータ線への出し入れに用いる転送MOS
トランジスタ2(または2′)に相当している。第2図
のようにA1配線を縦方向に形成(第3図では11の配
線に相当する。)]      するため、PMO81
5のドレイン側18は金属配線でレイアウトを実現でき
ず、拡散層でメモリセル間を継ぎ、メモリーセル列の両
端で金属配線に置換している。これは、一般的に用いら
れる方法をであるが、拡散抵抗の分布により、電源電圧
の降下がさけられなかった。またワード線14は、メモ
リセルの転送MOSトランジスタ17のゲート電極を兼
ねているためポリシリコン配線で形成している。ポリシ
リコンで形成したワード線の遅延は、配線抵抗Rと配線
容量Cとの積RCで決まるため、プロセスのスケールダ
ウン化を行っても定常値となり、周辺の動作性能を向上
させる工夫で補っていた。このような不都合により、従
来のMOSスタティックRAMでは、大容量での高速動
作が困難であった。
and the gate are connected by wiring. MOS transistors 15 and 16 correspond to the data holding circuit 1, and MOS transistor 17 is a transfer MOS used for inputting and outputting data to and from the data line.
It corresponds to transistor 2 (or 2'). As shown in Fig. 2, the A1 wiring is formed vertically (corresponding to 11 wirings in Fig. 3).
The drain side 18 of the memory cell array 5 cannot be laid out with metal wiring, so a diffusion layer is used to connect the memory cells, and metal wiring is used at both ends of the memory cell row. Although this is a commonly used method, a drop in the power supply voltage cannot be avoided due to the distribution of the diffused resistance. The word line 14 also serves as the gate electrode of the transfer MOS transistor 17 of the memory cell, and is therefore formed of polysilicon wiring. The delay of a word line made of polysilicon is determined by the product RC of wiring resistance R and wiring capacitance C, so it remains a steady value even if the process is scaled down, and can be compensated for by improving peripheral operating performance. Ta. Due to these inconveniences, it has been difficult for conventional MOS static RAMs to operate at high speeds with large capacity.

要するにポリシリコンや拡散層を配線として用いる方法
は基板との距離が近いために、接合容量や配線容量が大
きく、また導電性が悪く抵抗が大きいので高速動作に適
した配線にはならない。したがって、従来の完全CMO
SスタティックRAMにおいては、用途に応じてメモリ
ーセルの形状を変えたり、また周辺回路に工夫をしたり
して高速化をはかつていた。しかしこの方法で高速化に
限度があり、新しい技術の出現がのぞまれている。
In short, methods using polysilicon or diffusion layers as interconnects have large junction capacitance and interconnect capacitance due to the close distance to the substrate, and have poor conductivity and high resistance, making the interconnects unsuitable for high-speed operation. Therefore, traditional complete CMO
In S static RAM, the speed has been increased by changing the shape of the memory cell depending on the application and by making improvements to the peripheral circuitry. However, there is a limit to the speedup that can be achieved with this method, and the emergence of new technology is desired.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は多層金属配線の可能なCMOSプロセス
を用いて、より面積的にも性能的にも優れた完全CMO
8(6MO8方式)のスタティックRAMの回路を提供
することにある。
The purpose of the present invention is to use a CMOS process capable of multilayer metal interconnection to create a complete CMOS device with superior area and performance.
8 (6MO8 system) static RAM circuit.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明では、多層金属配線のプロセスを用い、従来の高
負荷配線を低抵抗の金属配線と共有する事で、配線抵抗
を著しく低減することができた。
In the present invention, by using a multilayer metal wiring process and sharing the conventional high-load wiring with a low-resistance metal wiring, wiring resistance can be significantly reduced.

また、金属配線は、拡散層やポリシリコンに比べ基板間
の距離が大きくできるため、配線容量も同時に低減でき
る。
Furthermore, since metal wiring allows for a greater distance between substrates than diffusion layers or polysilicon, wiring capacitance can also be reduced at the same time.

またデータ線、接地線は、高速制御及び、高安定度を実
現できるように、最上層金属配線を用いることも本発明
の特徴である。
Another feature of the present invention is that the data line and the ground line are made of top layer metal wiring so as to achieve high-speed control and high stability.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第4図、第5図及び第6図を
用いて説明する。第4図は完全CMO8(6MO8方式
)スタティックRAMのメモリーセルのトランジスタ回
路図である。回路24はnNO3トランジスタ、回路2
5はPMOSトランジスタを形成している。メモリーセ
ル内の転送MOSトランジスタ23.23’ を通して
データ線対22のデータを書き込んだり、データ線対2
2ヘデータを読み出したりする。ライン21は転送Mo
Sトランジスタ23.23’の制御をするワード線、ラ
イン26はPチャンネルMOSトランジスタに供給する
電源線である。第2図に示す従来のプロセスを用いたレ
イアウト構成例に対応する、金属配線2層を仮定したプ
ロセスを用いたレイアウト構成例を第5図に示す。第2
図に示す9,10の回路は第5図30.31のようにレ
イアウトし、同様に電源線7は32.ワード線6は28
.接地線8゜8′は29.29’のようにレイアウトす
る。本発明では、金属配線を2層使用可能なCMOSプ
ロセスを用いることを前提として構成しており、上層の
金属配線はデータ線28及び接地線29.29’に用い
、下層の金属配線は、これと直交方向のワ−ド線27.
電源線32に用いた。これはワード線ポリシリコン配線
と金属配線との接続で下層金属配線との接続の方が容易
で面積的に小さくなるからであり、また遅延時間の最も
小さい上層金属配線をデータ線にして動作の高速化を計
っている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG. 4 is a transistor circuit diagram of a memory cell of a complete CMO8 (6MO8 system) static RAM. Circuit 24 is an nNO3 transistor, circuit 2
5 forms a PMOS transistor. The data on the data line pair 22 can be written through the transfer MOS transistors 23 and 23' in the memory cell, and the data on the data line pair 2 can be
Read data to 2. Line 21 is transfer Mo
The word line 26, which controls the S transistors 23 and 23', is a power supply line that supplies the P channel MOS transistors. FIG. 5 shows an example of a layout configuration using a process assuming two layers of metal wiring, which corresponds to the layout configuration example using the conventional process shown in FIG. Second
The circuits 9 and 10 shown in the figure are laid out as shown in FIG. Word line 6 is 28
.. The ground wire 8°8' is laid out like 29.29'. The present invention is constructed on the assumption that a CMOS process that can use two layers of metal wiring is used; the upper layer metal wiring is used for the data line 28 and the ground line 29, 29', and the lower layer metal wiring is used for this. Word line 27.
It was used for the power supply line 32. This is because the connection between the word line polysilicon wiring and the metal wiring with the lower layer metal wiring is easier and requires less area, and the upper layer metal wiring with the smallest delay time is used as the data line for operation. I'm trying to speed it up.

しかし、前記の配線材料を逆にしても、つまりは上層の
金属配線をワード線、電源線、下層の金属配線をデータ
線、接地線に用いたメモリセルも可能である。どちらの
配線構成でも同じであるが、単位データ線対の変化が他
ピッ1〜に悪影響を与えないように、メモリセルの左右
を接地線で分離した構成になっている。金属配線を2層
使用した場合の断面構成を第6図に示す。n基板42上
のpチャンネルMO8)−ランジスタ38.p基板43
上のnチャンネルMOSトランジスタ39.40の構造
は第3図と同じである。しかし、拡散層やポリシリコン
の配線に下層の金属配線を付加し、低抵抗化を実現して
いる。配線41は、拡散層を□ 下層金属配線に接続した電源線、配線37は、転送MO
Sトランジスタ40のゲート電極36を下層金属配線に
接続したワード線、配線33は、上層金属配線を用いた
データ線である。
However, it is also possible to create a memory cell even if the wiring materials are reversed, that is, the upper layer metal wiring is used as a word line and a power supply line, and the lower layer metal wiring is used as a data line and a ground line. Although both wiring configurations are the same, the left and right sides of the memory cell are separated by a ground line so that changes in the unit data line pair do not adversely affect other pins 1 to 1. FIG. 6 shows a cross-sectional configuration when two layers of metal wiring are used. p-channel MO8) on n-substrate 42 - transistor 38. p-substrate 43
The structure of the upper n-channel MOS transistors 39 and 40 is the same as that in FIG. However, lower resistance has been achieved by adding underlying metal wiring to the diffusion layer and polysilicon wiring. The wiring 41 is the power supply line connecting the diffusion layer to the lower metal wiring, and the wiring 37 is the transfer MO
The word line and wiring 33 connecting the gate electrode 36 of the S transistor 40 to the lower layer metal wiring are data lines using upper layer metal wiring.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、多層金属配線が可能なプロセスを使用
する事により、電源線の電圧降下、配線負荷による伝播
遅延時間増大などの問題が対策されるので、安定な動作
をする大容量のメモリ回路を設計することが可能となる
効果がある。
According to the present invention, by using a process that allows multilayer metal wiring, problems such as voltage drop in power supply lines and increased propagation delay time due to wiring load can be solved, so that large-capacity memory with stable operation can be achieved. This has the effect of making it possible to design a circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は完全CMOSスタティックRAMのメモリーセ
ル回路図、第2図は第1図回路を従来プロセスを前提と
して設計した場合の回路の基本的レイアウトを示す図、
第3図は従来プロセスによるメモリーセルの縦断面図、
第4図はメモリーセルのトランジスタ回路図、第5図は
本発明のレイアウト法を示す図、第6図は本発明に適用
した2層金属配線を用いたCMOSプロセスによるメモ
リーセルの縦断面図である。 1・・・データ記憶回路、2.2’ 、23.23’・
・・転送MOSトランジスタ、3.3’ 、6.6’ 
。 33・・・データ線、4,5,21,37・・・ワード
線、7.26,32,41・・・電源線、8,26,3
2・・・接地線、9,16,17,39,40・=nM
OSトランジスタ、10,15,38・・・pMOSト
ランジスタ、18・・・pMO5トランジスタのドレイ
ン、19゜42・・・n基板、20.43・・・p基板
、24.25・・・回路、33・・・上層金属配線、3
6・・・ゲート電極、37・・・ワード線と平行にはわ
せ途中でワード線のポリシリコンと短絡し低抵抗化する
下層金属配線、41・・・電源電圧の電圧降下防止用の
下層金属配線。
Figure 1 is a memory cell circuit diagram of a complete CMOS static RAM, Figure 2 is a diagram showing the basic layout of the circuit when the circuit in Figure 1 is designed based on the conventional process,
Figure 3 is a vertical cross-sectional view of a memory cell produced by a conventional process.
Figure 4 is a transistor circuit diagram of a memory cell, Figure 5 is a diagram showing the layout method of the present invention, and Figure 6 is a vertical cross-sectional view of a memory cell manufactured by a CMOS process using two-layer metal wiring applied to the present invention. be. 1...Data storage circuit, 2.2', 23.23'.
・Transfer MOS transistor, 3.3', 6.6'
. 33...Data line, 4,5,21,37...Word line, 7.26,32,41...Power line, 8,26,3
2...Grounding wire, 9, 16, 17, 39, 40...=nM
OS transistor, 10,15,38...pMOS transistor, 18...drain of pMO5 transistor, 19°42...n substrate, 20.43...p substrate, 24.25...circuit, 33 ...upper layer metal wiring, 3
6... Gate electrode, 37... Lower layer metal wiring that runs parallel to the word line and short-circuits with the polysilicon of the word line to lower resistance, 41... Lower layer metal for preventing voltage drop in power supply voltage. wiring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、メモリーセルにおいて、ゲート材料及び下層金属配
線を用いてワード線、電源線をレイアウトし、それと直
交方向に上層金属配線を行なつてデータ線、接地線とし
たことを特徴とするMOSスタティックRAM回路。 2、上記データ線について、単位ビットのデータ線対(
正、負の電圧を供給する2本のデータ線d、@d@)を
、該データが隣接ビットに影響されないように分離し、
上層金属配線を用いることにより、基板間容量を低減し
た事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMOSス
タティックRAM回路。
[Claims] 1. In a memory cell, word lines and power lines are laid out using gate material and lower layer metal wiring, and upper layer metal wiring is laid out in a direction perpendicular to these to form data lines and ground lines. Characteristic MOS static RAM circuit. 2. Regarding the above data lines, unit bit data line pair (
Two data lines d, @d@) that supply positive and negative voltages are separated so that the data is not affected by adjacent bits,
2. The MOS static RAM circuit according to claim 1, wherein inter-substrate capacitance is reduced by using upper layer metal wiring.
JP60108187A 1985-05-22 1985-05-22 Mos static ram circuit Pending JPS61267360A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH029086A (en) * 1988-06-27 1990-01-12 Nec Ic Microcomput Syst Ltd Semiconductor storage device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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