KR20060012847A - Semiconductor memory device and arrangement method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치 및 이 장치의 배치방법을 공개한다. 이 장치는 복수개의 워드 라인 선택신호들과 복수개의 컬럼 선택신호들에 응답하여 억세스되는 복수개의 메모리 셀들을 구비한 메모리 셀 어레이, 로우 어드레스를 디코딩하여 복수개의 워드 라인 선택신호들을 발생하는 로우 디코더, 및 컬럼 어드레스를 디코딩하여 복수개의 컬럼 선택신호들을 발생하는 컬럼 디코더를 구비하고, 로우 및 컬럼 디코더가 복수개의 인버터들 및 복수개의 NAND게이트들을 구비하고, 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고, 복수개의 NAND게이트들 각각은 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 적어도 2개이상의 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하며, 제1 및 제2풀업 트랜지스터들 및 제1 및 제2풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다. 따라서, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적을 축소에 따라 주변회로의 레이아웃 면적을 줄이는 것이 가능함으로써 전체적인 레이아웃 면적을 줄이는 것이 가능하다. The present invention discloses a semiconductor memory device and a method of arranging the device. The apparatus includes a memory cell array having a plurality of memory cells accessed in response to a plurality of word line selection signals and a plurality of column selection signals, a row decoder for decoding a row address and generating a plurality of word line selection signals; And a column decoder for decoding a column address to generate a plurality of column select signals, the row and column decoders having a plurality of inverters and a plurality of NAND gates, each of the plurality of inverters having at least one first pull-up. A transistor and a first pull-down transistor, each of the plurality of NAND gates having at least two or more second pull-up transistors and at least two or more second pull-down transistors, the first and second pull-up transistors and the first And second pull-down transistors stacked on at least two layers. It is characterized by. Therefore, it is possible to reduce the layout area of the peripheral circuit by reducing the layout area of the memory cell array, thereby reducing the overall layout area.
Description
도1은 일반적인 정적 반도체 메모리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a general static semiconductor memory device.
도2는 도1에 나타낸 로우 디코더 또는 컬럼 디코더의 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the row decoder or column decoder shown in FIG.
도3a 내지 도3d는 정적 메모리 셀, 주변회로를 구성하는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트의 일예의 회로도를 각각 나타내는 것이다.3A to 3D show an example circuit diagram of a static memory cell, an inverter constituting a peripheral circuit, a NAND gate, and a NOR gate, respectively.
도4a 내지 도4d는 도3a에 종래의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로를 구성하는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 일예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.4A to 4D conceptually show an arrangement of an example of an inverter, a NAND gate, and transistors constituting a NOR gate that constitute a static memory cell and a peripheral circuit of a conventional semiconductor memory device in FIG. 3A, respectively.
도5a 내지 도5d는 종래의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 다른 예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.5A to 5D conceptually show arrangements of other examples of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of a conventional semiconductor memory device, respectively.
도6a 내지 도6d는 종래의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 또 다른 예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.6A to 6D conceptually show arrangements of still another example of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of a conventional semiconductor memory device, respectively.
도7a 내지 도7d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변 회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제1실시예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.7A to 7D conceptually show an arrangement of a first embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention, respectively.
도8a 내지 도8d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제2실시예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.8A to 8D conceptually show an arrangement of a second embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention, respectively.
도9a 내지 도9d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제3실시예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.9A to 9D conceptually show an arrangement of a third embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention, respectively.
도10a 내지 도16a 및 도10d 내지 도16d는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 셀, 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트 각각의 배치를 설명하기 위한 평면도이다.10A to 16A and 10D to 16D are plan views illustrating arrangements of memory cells, inverters, NAND gates, and NOR gates according to embodiments of the present invention.
도17a, b는 도10a 내지 도16a의 Ⅰ-Ⅰ’, Ⅱ - Ⅱ‘에 따른 본 발명의 실시예의 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이다. 17A and 17B are cross-sectional views showing the structure of the memory cell of the embodiment of the present invention in accordance with the lines II ′ and II-II ′ of FIGS. 10A to 16A.
도18 내지 20은 도10b 내지 도16b, 도10c 내지 도16c, 도10d 내지 도16d의 X - X’에 따른 본 발명의 실시예의 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.18 to 20 are cross-sectional views showing the structure of the memory cell of the embodiment of the present invention, taken along the line X-X 'in FIGS. 10B to 16B, 10C to 16C, and 10D to 16D.
도21a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제1실시예의 적층 구조를 나타내는 것이다.21A and 21B show the stacked structure of the first embodiment of the memory cell array and the peripheral circuit of the present invention.
도22a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제2실시예의 적층 구조를 나타내는 것이다.22A and 22 show the stacked structure of the second embodiment of the memory cell array and the peripheral circuit of the present invention.
도23a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제3실시예의 적층 구조를 나타내는 것이다.23A and 23 show a stacked structure of a third embodiment of a memory cell array and a peripheral circuit of the present invention.
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 레이아웃 면적을 줄일 수 있는 반도체 메모리 장치 및 이 장치의 배치방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 반도체 메모리 장치는 데이터를 저장하기 위한 복수개의 메모리 셀들을 구비한 메모리 셀 어레이와, 메모리 셀 어레이로/로부터의 데이터 입/출력을 제어하기 위한 주변회로로 구성되어 있다. In general, a semiconductor memory device is composed of a memory cell array having a plurality of memory cells for storing data, and a peripheral circuit for controlling data input / output to / from the memory cell array.
그리고, 정적 메모리 셀의 경우는 복수개의 트랜지스터들로 구성되며, 동적 메모리 셀의 경우는 하나의 트랜지스터와 하나의 캐패시터로 구성된다. 주변회로의 경우는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구비하여 구성되며, 이들 게이트들 각각은 트랜지스터들로 구성된다.The static memory cell is composed of a plurality of transistors, and the dynamic memory cell is composed of one transistor and one capacitor. The peripheral circuit includes an inverter, a NAND gate, and a NOR gate, and each of these gates includes transistors.
일반적인 메모리 셀 및 주변회로는 반도체 기판위의 동일 층에 복수개의 트랜지스터들을 모두 배치한다. 따라서, 메모리 셀 어레이의 용량, 즉, 메모리 셀들의 수가 증가함에 따라 레이아웃 면적이 증가하게 되고, 이에 따라 칩 사이즈가 커지게 된다.A typical memory cell and a peripheral circuit place all of a plurality of transistors in the same layer on a semiconductor substrate. Therefore, the layout area increases as the capacity of the memory cell array, that is, the number of memory cells, increases, thereby increasing the chip size.
그래서, 메모리 셀 어레이의 용량이 증가되더라도 레이아웃 면적을 증가시키지 않으려는 노력이 계속되고 있으며, 이와같은 노력의 일환으로 하나의 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 적층하여 구성함으로써 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적을 줄이는 방법이 나오게 되었다. Therefore, even if the capacity of the memory cell array is increased, efforts are being made not to increase the layout area.As a part of such efforts, transistors constituting one memory cell are stacked to reduce the layout area of the memory cell array. The way came out.
그러나, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적이 줄어든다고 해서 반도체 메모리 장치의 전체적인 레이아웃 면적이 줄어들게 되는 것은 아니며, 따라서, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적이 줄어듬에 따라 주변회로의 레이아웃 면적 또한 줄어들어야만 레이아웃 면적이 줄어들게 된다.However, reducing the layout area of the memory cell array does not reduce the overall layout area of the semiconductor memory device. Therefore, as the layout area of the memory cell array is reduced, the layout area of the peripheral circuit must also be reduced to reduce the layout area. .
본 발명의 목적은 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적의 축소에 따라 주변회로의 레이아웃 면적을 줄임으로써 장치의 전체적인 레이아웃 면적을 축소할 수 있는 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that can reduce the overall layout area of the device by reducing the layout area of the peripheral circuit in accordance with the reduction of the layout area of the memory cell array.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 반도체 메모리 장치의 배치 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of arranging a semiconductor memory device for achieving the above object.
본 발명의 반도체 장치의 제1형태는 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고 입력신호를 반전하여 각각 출력하는 복수개의 인버터들, 및 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하고, 적어도 2개이상의 입력신호들중의 적어도 하나이상의 입력신호가 “로우”레벨이면 “하이”레벨의 출력신호를 각각 발생하는 복수개의 NAND게이트들을 구비하고, 상기 적어도 하나의 제1풀업 및 제1풀다운 트랜지스터들 및 상기 적어도 2개이상의 제2풀업 및 제2풀다운 트랜지스터들을 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하는 것을 특징으로 한다.A first aspect of the semiconductor device of the present invention comprises a plurality of inverters having at least one first pull-up transistor and a first pull-down transistor and inverting and outputting an input signal, respectively, and at least two or more second pull-up transistors and A plurality of NAND gates each having two pull-down transistors, each of which generates an output signal of a “high” level if at least one of the at least two input signals is at a “low” level; The first pull-up and first pull-down transistors and the at least two or more second pull-up and second pull-down transistors are stacked on at least two layers.
본 발명의 반도체 장치의 제2형태는 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고 입력신호를 반전하여 각각 출력하는 복수개의 인버터들, 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하고, 적어도 2개이상의 입력신호들중의 적어도 하나이상의 입력신호가 “로우”레벨이면 “하이”레벨의 출력신호를 각각 발생하는 복수개의 NAND게이트들, 및 적어도 2개이상의 제3풀업 트랜지스터들 및 제3풀다운 트랜지스터들을 구비하고, 적어도 2개이상의 입력신호들이 모두 “로우”레벨이면 “하이”레벨의 출력신호를 각각 발생하는 복수개의 NOR게이트들을 구비하고, 상기 적어도 하나의 제1풀업 및 풀다운 트랜지스터들, 상기 적어도 2개이상의 제2풀업 및 제2풀다운 트랜지스터들, 및 상기 적어도 2개이상의 제3풀업 및 제3풀다운 트랜지스터들을 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하는 것을 특징으로 한다.A second aspect of the semiconductor device of the present invention includes a plurality of inverters having at least one first pull-up transistor and a first pull-down transistor, each of which inverts an input signal and outputs at least two second pull-up transistors and a second one. A plurality of NAND gates having pull-down transistors, each of which generates an output signal of a “high” level if at least one of the at least two input signals is at a “low” level, and at least two or more thirds A plurality of NOR gates having pull-up transistors and third pull-down transistors, each of which generates an output signal of a “high” level if at least two or more input signals are all “low” level; Pull-up and pull-down transistors, said at least two or more second pull-up and second pull-down transistors, and said at least At least two third pull-up transistors and third pull-down characterized in that the stacking arrangement to the at least two or more layers.
상기 제1 및 제2형태의 반도체 장치의 상기 풀업 및 제1, 제2, 및 제3풀업 트랜지스터들은 PMOS트랜지스터이고, 상기 풀다운 및 제1, 제2, 및 제3풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 한다. The pull-up and first, second, and third pull-up transistors of the first and second types of semiconductor devices are PMOS transistors, and the pull-down and first, second, and third pull-down transistors are NMOS transistors. It is done.
상기 제1 및 제2형태의 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다. The transistors arranged in one layer of at least two or more layers of the first and second aspects are bulk transistors, and the transistors arranged in two or more layers are thin film transistors.
상기 제1 및 제2형태의 상기 1층에는 상기 풀업, 제1, 제2, 및 제3풀업 트랜지스터들과 상기 풀다운, 제1, 제2, 및 제3풀다운 트랜지스터들중의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 제2층이상의 층에는 상기 풀업, 제1, 제2, 및 제3풀업 트랜지스터들만을 배치하거나, 상기 풀다운, 제1, 제2, 및 제3풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다. The first layer of the first and second types mixes the pull-up, first, second, and third pull-up transistors with transistors of some of the pull-down, first, second, and third pull-down transistors. And the pull-up, first, second, and third pull-up transistors are disposed only on the second or more layers, or only the pull-down, first, second, and third pull-down transistors are disposed. Characterized in that.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 제1형태는 복수개의 워드 라인 선택신호들과 복수개의 컬럼 선택신호들에 응답하여 억세스되는 복수개의 메모리 셀들을 구비한 메모리 셀 어레이, 로우 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 워드 라인 선택신호들을 발생하는 로우 디코더, 및 컬럼 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 컬럼 선택신호들을 발생하는 컬럼 디코더를 구비하고, 상기 로우(컬럼) 디코더는 복수개의 인버터들을 구비하고, 상기 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 풀업 트랜지스터 및 풀다운 트랜지스터를 구비하며, 상기 풀업 및 풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다.A first aspect of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a memory cell array having a plurality of memory cells that are accessed in response to a plurality of word line select signals and a plurality of column select signals, row address A row decoder that decodes the plurality of word line selection signals to generate the plurality of word line selection signals, and a column decoder that decodes a column address to generate the plurality of column selection signals, wherein the row decoder includes a plurality of inverters, Each of the plurality of inverters includes at least one pull-up transistor and a pull-down transistor, and the pull-up and pull-down transistors are stacked on at least two layers.
상기 컬럼(로우) 디코더는 복수개의 인버터들을 구비하고, 상기 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 풀업 트랜지스터 및 풀다운 트랜지스터를 구비하며, 상기 풀업 및 풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다.The column (row) decoder includes a plurality of inverters, each of the plurality of inverters includes at least one pull-up transistor and a pull-down transistor, and the pull-up and pull-down transistors are stacked on at least two layers. It is done.
상기 복수개의 메모리 셀들은 복수개의 MOS트랜지스터들을 구비하며, 상기 복수개의 MOS트랜지스터들이 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 하고, 상기 풀업 트랜지스터는 PMOS트랜지스터이고, 상기 풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다. The plurality of memory cells includes a plurality of MOS transistors, wherein the plurality of MOS transistors are stacked on the at least two layers, wherein the pull-up transistor is a PMOS transistor, and the pull-down transistors are NMOS transistors. It is characterized by. The transistors disposed on one layer of the at least two layers are bulk transistors, and the transistors disposed on two or more layers are thin film transistors.
상기 1층에는 상기 풀업 및 풀다운 트랜지스터들의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 2층이상의 각 층에는 상기 풀업 트랜지스터만을 배치하거나, 상기 풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다.It is possible to mix and arrange some transistors of the pull-up and pull-down transistors in the first layer, and only the pull-up transistors or only the pull-down transistors are arranged in each of the two or more layers.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 제2형태는 복수개의 워드 라인 선택신호들과 복수개의 컬럼 선택신호들에 응답하여 억세스되는 복수개의 메모리 셀들을 구비한 메모리 셀 어레이, 로우 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 워드 라인 선택신호들을 발생하는 로우 디코더, 및 컬럼 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 컬럼 선택신호들을 발생하는 컬럼 디코더를 구비하고, 상기 로우(컬럼) 디코더는 복수개의 인버터들 및 복수개의 NAND게이트들을 구비하고, 상기 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고, 상기 복수개의 NAND게이트들 각각은 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 적어도 2개이상의 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하며, 상기 제1 및 제2풀업 트랜지스터들 및 제1 및 제2풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다.A second aspect of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a memory cell array having a plurality of memory cells that are accessed in response to a plurality of word line select signals and a plurality of column select signals, row address A row decoder that decodes and generates the plurality of word line selection signals, and a column decoder that decodes a column address and generates the plurality of column selection signals, wherein the row (column) decoder includes a plurality of inverters and a plurality of inverters; And NAND gates, each of the plurality of inverters having at least one first pull-up transistor and a first pull-down transistor, each of the plurality of NAND gates having at least two second pull-up transistors and at least two Second and second pull-down transistors, and the first and second pull-ups The transistors and the first and second pull-down transistors are stacked on at least two layers.
상기 컬럼(로우) 디코더는 복수개의 인버터들 및 복수개의 NAND게이트들을 구비하고, 상기 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고, 상기 복수개의 NAND게이트들 각각은 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 적어도 2개이상의 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하며, 상기 제1 및 제2풀업 트랜지스터들 및 제1 및 제2풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다.The column decoder has a plurality of inverters and a plurality of NAND gates, each of the plurality of inverters having at least one first pull-up transistor and a first pull-down transistor, each of the plurality of NAND gates. Has at least two or more second pull-up transistors and at least two or more second pull-down transistors, wherein the first and second pull-up transistors and the first and second pull-down transistors are stacked on at least two layers. It is characterized by.
상기 복수개의 메모리 셀들은 복수개의 MOS트랜지스터들을 구비하며, 상기 복수개의 MOS트랜지스터들이 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 하고, 상기 제1 및 제2풀업 트랜지스터들은 PMOS트랜지스터이고, 상기 제1 및 제2풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The plurality of memory cells may include a plurality of MOS transistors, and the plurality of MOS transistors may be stacked on the at least two layers, and the first and second pull-up transistors may be PMOS transistors. The first and second pulldown transistors are characterized in that they are NMOS transistors. The transistors disposed on one layer of the at least two layers are bulk transistors, and the transistors disposed on two or more layers are thin film transistors.
상기 1층에는 상기 제1풀업 및 제1풀다운 트랜지스터들과 제2풀업 및 제2풀다운 트랜지스터들의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 2층이상의 각 층에는 상기 제1풀업 및 제2풀업 트랜지스터들만을 배치하거나, 상기 제1풀다운 및 제2풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다.It is possible to mix and arrange the transistors of the first pull-up and the first pull-down transistors and a part of the second pull-up and the second pull-down transistors in the first layer, and the first pull-up and the second layer in each of the two or more layers. Only pull-up transistors are disposed, or only the first pull-down and second pull-down transistors are disposed.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 제3형태는 복수개의 워드 라인 선택신호들과 복수개의 컬럼 선택신호들에 응답하여 억세스되는 복수개의 메모리 셀들을 구비한 메모리 셀 어레이, 및 로우 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 워드 라인 선택신호들을 발생하는 로우 디코더, 컬럼 어드레스를 디코딩하여 상기 복수개의 컬럼 선택신호들을 발생하는 컬럼 디코더, 및 상기 메모리 셀 어레이로의 데이터의 입출력을 제어하기 위한 제어부를 구비한 주변회로를 구비하고, 상기 주변회로가 복수개의 인버터들, 복수개의 NAND게이트들, 및 복수개의 NOR게이트들을 구비하고, 상기 복수개의 인버터들 각각은 적어도 하나이상의 제1풀업 트랜지스터 및 제1풀다운 트랜지스터를 구비하고, 상기 복수개의 NAND게이트들 각각은 적어도 2개이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 적어도 2개이상의 제2풀다운 트랜지스터들을 구비하고, 상기 복수개의 NOR게이트들 각각은 적어도 3개이상의 제3 풀업 트랜지스터들 및 적어도 3개이상의 제3풀다운 트랜지스터들을 구비하며, 상기 제1, 제2, 및 제3풀업 트랜지스터들 및 제1, 제2, 및 제3풀다운 트랜지스터들이 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 한다.A third aspect of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a memory cell array having a plurality of memory cells that are accessed in response to a plurality of word line select signals and a plurality of column select signals, and a row address A row decoder that decodes the plurality of word line selection signals to generate the plurality of word line selection signals, a column decoder which decodes a column address to generate the plurality of column selection signals, and a controller for controlling input and output of data to the memory cell array. A peripheral circuit, the peripheral circuit having a plurality of inverters, a plurality of NAND gates, and a plurality of NOR gates, each of the plurality of inverters having at least one first pull-up transistor and a first pull-down transistor; And at least two of the plurality of NAND gates. Second pull-up transistors and at least two or more second pull-down transistors on the substrate, each of the plurality of NOR gates having at least three or more third pull-up transistors and at least three or more third pull-down transistors; The first, second, and third pull-up transistors and the first, second, and third pull-down transistors are stacked on at least two layers.
상기 복수개의 메모리 셀들은 복수개의 MOS트랜지스터들을 구비하며, 상기 복수개의 MOS트랜지스터들이 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치된 것을 특징으로 하고, 상기 제1, 제2, 및 제3풀업 트랜지스터들은 PMOS트랜지스터이고, 상기 제1, 제2, 및 제3풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The plurality of memory cells may include a plurality of MOS transistors, and the plurality of MOS transistors may be stacked on the at least two layers, and the first, second, and third pull-up transistors may be PMOS transistors. The first, second, and third pull-down transistors are NMOS transistors. The transistors disposed on one layer of the at least two layers are bulk transistors, and the transistors disposed on two or more layers are thin film transistors.
상기 1층에는 상기 제1풀업 및 제1풀다운 트랜지스터들과 제2풀업 및 제2풀다운 트랜지스터들과 상기 제3풀업 및 제3풀다운 트랜지스터들의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 2층이상의 각 층에는 상기 제1풀업, 제2풀업 및 제3풀업 트랜지스터들만을 배치하거나, 상기 제1풀다운, 제2풀다운 및 제3풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다.In the first layer, it is possible to mix and arrange the transistors of the first pull-up and the first pull-down transistors, the second pull-up and the second pull-down transistors, and some of the third pull-up and the third pull-down transistors. Each of the above layers may include only the first pull-up, second pull-up, and third pull-up transistors, or only the first pull-down, second pull-down, and third pull-down transistors.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 배치 방법의 제1형태는 메모리 셀 어레이의 복수개의 메모리 셀들 각각을 구성하는 2개의 전송 트랜지스터들, 2개의 제1풀업 트랜지스터들, 및 2개의 제1풀다운 트랜지스터들을 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하고, 주변회로의 복수개의 인버터들 각각을 구성하는 적어도 하나이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 제2풀다운 트랜지스터들 및 복수개의 NAND게이트들 각각을 구성하는 적어도 2개이상의 제3풀업 트랜지스터들 및 제3풀다운 트랜지스터들을 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하는 것을 특징으로 한다.A first aspect of the method of disposing a semiconductor memory device of the present invention for achieving the above another object is two transfer transistors, two first pull-up transistors, and two that constitute each of a plurality of memory cells of a memory cell array. The first pull-down transistors are stacked on at least two layers, and each of the at least one second pull-up transistors, the second pull-down transistors, and the plurality of NAND gates configuring each of the plurality of inverters of the peripheral circuit. At least two or more third pull-up transistors and third pull-down transistors are stacked on the at least two layers.
상기 제1, 제2 및 제3풀업 트랜지스터들은 PMOS트랜지스터이고, 상기 전송, 제1, 제2 및 제3풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 하고, 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The first, second and third pull-up transistors are PMOS transistors, and the transfer, first, second and third pull-down transistors are NMOS transistors, and are disposed in one layer of the at least two layers. The transistor is a bulk transistor, and the transistors arranged on two or more layers are thin film transistors.
상기 주변회로의 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 상기 메모리 셀의 1층에 배치되는 트랜지스터의 형태와 관계없이 상기 제2풀업 및 제3풀업 트랜지스터들과 제2풀다운 및 제3풀다운 트랜지스터들중의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 주변회로의 상기 적어도 2개이상의 층의 2층이상의 층들 각각에 배치되는 트랜지스터의 형태와 동일한 형태를 가지는 제2풀업 및 제3풀업 트랜지스터들만을 배치하거나 제2풀다운 및 제3풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다.Transistors disposed on one layer of the at least two layers of the peripheral circuit may include the second pull-up and third pull-up transistors, the second pull-down and the third pull-up transistors, regardless of the type of the transistor disposed on the first layer of the memory cell. It is possible to mix and arrange some of the pull-down transistors, the second pull-up and the third having the same shape as that of the transistor disposed in each of the two or more layers of the at least two or more layers of the peripheral circuit. Only the pull-up transistors are disposed or only the second pull-down and third pull-down transistors are disposed.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 배치 방법의 제2형태는 메모리 셀 어레이의 복수개의 메모리 셀들 각각을 구성하는 2개의 전송 트랜지스터들, 2개의 제1풀업 트랜지스터들, 및 2개의 제1풀다운 트랜지스터들을 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하고, 주변회로의 복수개의 인버터들 각각을 구성하는 적어도 하나이상의 제2풀업 트랜지스터들 및 제2풀다운 트랜지스터들, 복수개의 NAND게이트들 각각을 구성하는 적어도 2개이상의 제3풀업 트랜지스터들 및 제3풀다운 트랜지스터들, 및 복수개의 NOR게이트들 각각을 구성하는 적어도 2개이 상의 제4풀업 트랜지스터들 및 제4풀다운 트랜지스터들을 상기 적어도 2개이상의 층에 쌓아서 배치하는 것을 특징으로 한다. A second aspect of the method of disposing a semiconductor memory device of the present invention for achieving the above another object is two transfer transistors, two first pull-up transistors, and two that constitute each of a plurality of memory cells of a memory cell array. The first pull-down transistors are stacked on at least two layers, and each of the at least one second pull-up transistors, the second pull-down transistors, and the plurality of NAND gates, which constitute each of the plurality of inverters of the peripheral circuit, are disposed. At least two or more third pull-up transistors and third pull-down transistors, and at least two or more fourth pull-up transistors and fourth pull-down transistors constituting each of the plurality of NOR gates are stacked on the at least two layers. Characterized in that.
상기 제1, 제2, 제3, 및 제4풀업 트랜지스터들은 PMOS트랜지스터이고, 상기 전송, 제1, 제2, 제3, 및 제4풀다운 트랜지스터들은 NMOS트랜지스터인 것을 특징으로 하고, 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 벌크 트랜지스터이고, 2층이상에 배치되는 트랜지스터는 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.Wherein the first, second, third, and fourth pull-up transistors are PMOS transistors, and the transfer, first, second, third, and fourth pull-down transistors are NMOS transistors. The transistors arranged in one layer of the above layers are bulk transistors, and the transistors arranged in two or more layers are thin film transistors.
상기 주변회로의 상기 적어도 2개이상의 층의 1층에 배치되는 트랜지스터는 상기 메모리 셀의 1층에 배치되는 트랜지스터의 형태와 관계없이 상기 제2풀업, 제3풀업 및 제4풀업 트랜지스터들과 제2풀다운, 제3풀다운 및 제4풀다운 트랜지스터들중의 일부의 트랜지스터들을 혼합하여 배치하는 것이 가능하고, 상기 주변회로의 상기 적어도 2개이상의 층의 2층이상의 층들 각각에 배치되는 트랜지스터의 형태와 동일한 형태를 가지는 제2풀업, 제3풀업 및 제4풀업 트랜지스터들만을 배치하거나 제2풀다운, 제3풀다운 및 제4풀다운 트랜지스터들만을 배치하는 것을 특징으로 한다.Transistors disposed on one layer of the at least two layers of the peripheral circuit may include the second pull-up, third pull-up, and fourth pull-up transistors and the second pull-up transistors irrespective of the type of the transistor disposed on the first layer of the memory cell. It is possible to mix and arrange some of the pull-down, third pull-down and fourth pull-down transistors, and the same shape as that of the transistor disposed in each of two or more layers of the at least two or more layers of the peripheral circuit. Only the second pull-up, the third pull-up and the fourth pull-up transistors having a second pull-down, the third pull-down and the fourth pull-down transistors are arranged.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하면 본 발명의 반도체 메모리 장치 및 이 장치의 배치방법을 설명하기 전에 종래의 반도체 메모리 장치를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a conventional semiconductor memory device will be described before describing the semiconductor memory device of the present invention and a method of arranging the device.
도1은 일반적인 정적 반도체 메모리 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 메모리 셀 어레이(10), 로우 디코더(12), 데이터 입출력 게이트(14), 컬럼 디코더(16), 데이터 입출력 회로(18), 및 제어부(20)로 구성되어 있다. 1 is a block diagram showing a configuration of a general static semiconductor memory device, which includes a
도1에서, wl1 ~ wlm은 워드 라인 선택신호들을, y1 ~ yn은 컬럼 선택신호들 을 각각 나타내고, WL1 ~ WLm은 워드 라인들을, (BL1, BL1B) ~ (BLn, BLnB)은 비트 라인쌍들을 각각 나타낸다.1, wl1 to wlm represent word line select signals, y1 to yn represent column select signals, respectively, WL1 to WLm represent word lines, and (BL1, BL1B) to (BLn, BLnB) represent bit line pairs. Represent each.
도1에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.The function of each of the blocks shown in FIG. 1 will be described below.
메모리 셀 어레이(10)는 워드 라인들(WL1 ~ WLm) 각각과 비트 라인쌍들((BL1, BL1B) ~ (BLn, BLnB)) 각각의 사이에 연결된 복수개의 정적 메모리 셀들(MC11 ~ MCmn)을 구비하여, 라이트시에 데이터(din)를 입력하여 선택된 메모리 셀에 라이트하고, 리드시에 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터를 리드하여 데이터(dout)를 출력한다. 로우 디코더(12)는 액티브 명령(ACT)에 응답하여 로우 어드레스(RA)를 디코딩하여 워드 라인 선택신호들(wl1 ~ wlm)을 발생한다. 데이터 입출력 게이트(14)는 컬럼 선택 신호들(y1 ~ yn)에 응답하여 라이트시에는 데이터(Din)를 데이터(din)로 전송하고, 리드시에는 데이터(dout)를 데이터(Dout)로 전송한다. 컬럼 디코더(16)는 리드 및 라이트 명령(RD, WR)에 응답하여 컬럼 어드레스(CA)를 디코딩하여 컬럼 선택 신호들(y1 ~ yn)을 발생한다. 데이터 입출력 회로(18)는 라이트 명령(WR)에 응답하여 데이터(DIN)를 입력하여 데이터(Din)를 출력하고, 리드 명령(RD)에 응답하여 데이터(Dout)를 입력하여 데이터(DOUT)를 출력한다. 제어부(20)는 명령어(COM)를 입력하여 액티브, 리드, 및 라이트 명령들(ACT, RD, WR)을 발생한다.The
도2는 도1에 나타낸 로우 디코더 또는 컬럼 디코더의 실시예의 구성을 나타내는 블록도로서, 두 개의 프리 디코더들(30, 32), 및 메인 디코더(34)로 구성되어 있다. 두 개의 프리 디코더들(30, 32) 및 메인 디코더(34) 각각은2입력 NAND게이트 (NA)와 인버터(INV)를 구비하여 구성되어 있다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the row decoder or column decoder shown in FIG. 1, and is composed of two
도2에 나타낸 실시예의 디코더는4비트의 어드레스(A1 ~ A4)를 입력하여 16개의 디코딩 신호들(DRA1 ~ DRA16)을 발생하는 회로 구성이다.The decoder of the embodiment shown in Fig. 2 is a circuit arrangement for generating 16 decoded signals DRA1 to DRA16 by inputting 4-bit addresses A1 to A4.
도2에 나타낸 블록들 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.The function of each of the blocks shown in FIG. 2 will be described below.
프리 디코더들(30, 32) 각각은2비트씩의 어드레스((A1, A2), (A3, A4))를 프리 디코딩하여 프리 디코딩된 신호들((DRA1B2B ~ DRA12), (DRA3B4B ~ DRA34))을 출력한다. 메인 디코더(34)는 프리 디코딩된 신호들(DRA1B2B ~ DRA12, DRA3B4B ~ DRA34)을 디코딩하여 디코딩 신호들(DRA1 ~ DRA16)을 발생한다.Each of the
결과적으로, 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이의 정적 메모리 셀은6개의 트랜지스터들로 구성되고, 컬럼 또는 로우 디코더는 인버터 및 NAND게이트와 같은 논리 게이트로 구성된다. 그리고, 인버터는 2개의 트랜지스터들로 구성되고, NAND게이트는4개이상의 트랜지스터들로 구성된다. As a result, the static memory cell of the memory cell array of the semiconductor memory device is composed of six transistors, and the column or row decoder is composed of a logic gate such as an inverter and a NAND gate. The inverter consists of two transistors, and the NAND gate consists of four or more transistors.
상술한 도2의 실시예의 컬럼 및 로우 디코더는2입력 NAND게이트로 구성되기 때문에4개의 트랜지스터들로 구성되나, 3입력 NAND게이트 또는4입력 NAND게이트로 구성되는 경우에는6개 또는8개의 트랜지스터들로 구성된다.The column and row decoders of the embodiment of FIG. 2 described above are composed of four transistors because they are composed of two-input NAND gates, but six or eight transistors in the case of three-input NAND gates or four-input NAND gates. It is composed.
그리고, 데이터 입출력 회로(18)와 제어부(20)의 경우에는 인버터와 NAND게이트이외에 NOR게이트를 추가적으로 구비하여 구성된다.In the data input /
결과적으로, 반도체 메모리 장치의 주변회로를 구성하는 논리 게이트는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트가 있을 수 있다.As a result, the logic gate constituting the peripheral circuit of the semiconductor memory device may include an inverter, a NAND gate, and a NOR gate.
도3a는 도1에 나타낸 메모리 셀 어레이의 정적 메모리 셀의 일예의 회로도 를, 도3b, c, d는 주변회로를 구성하는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트의 일예의 회로도를 각각 나타내는 것이다.FIG. 3A is a circuit diagram of an example of a static memory cell of the memory cell array shown in FIG. 1, and FIGS. 3B, c, and D are circuit diagrams of an example of an inverter, a NAND gate, and a NOR gate, respectively, which constitute a peripheral circuit.
도3a에 나타낸 바와 같이, 정적 메모리 셀은 PMOS트랜지스터들(PU1, PU2) 및 NMOS트랜지스터들(PD1, PD2, T1, T2)로 구성되어 있다. PMOS트랜지스터들(PU1, PU2)은 풀업 트랜지스터들이고, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)은 풀다운 트랜지스터들이고, NMOS트랜지스터들(T1, T2)은 전송 트랜지스터들이다. As shown in Fig. 3A, the static memory cell is composed of PMOS transistors PU1 and PU2 and NMOS transistors PD1, PD2, T1, and T2. PMOS transistors PU1 and PU2 are pull-up transistors, NMOS transistors PD1 and PD2 are pull-down transistors, and NMOS transistors T1 and T2 are transfer transistors.
도3a에 나타낸 메모리 셀의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the memory cell shown in FIG. 3A will be described below.
워드 라인(WL)이 선택되어 NMOS트랜지스터들(T1, T2)이 온되면 비트 라인(BL)과 저장 노드(a)사이에 데이터가 전송되고, 반전 비트 라인(BLB)과 저장 노드(b)사이에 데이터가 전송된다. NMOS트랜지스터(PD1)는 저장 노드(b)의 데이터가 “하이”레벨이면 저장 노드(a)를 “로우”레벨로 만들고, PMOS트랜지스터(PU1)는 저장 노드(b)의 데이터가 “로우”레벨이면 저장 노드(a)를 “하이”레벨로 만든다. 마찬가지로, NMOS트랜지스터(PD2)는 저장 노드(a)의 데이터가 “하이”레벨이면 저장 노드(b)를 “로우”레벨로 만들고, PMOS트랜지스터(PU2)는 저장 노드(a)의 데이터가 “로우”레벨이면 저장 노드(b)를 “하이”레벨로 만든다. 즉, 두 개의 PMOS트랜지스터들(PU1, PU2)과 두 개의 NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)은 래치로서, 저장 노드들(a, b)의 데이터를 래치한다. When the word line WL is selected and the NMOS transistors T1 and T2 are turned on, data is transferred between the bit line BL and the storage node a and between the inverted bit line BLB and the storage node b. The data is sent to. The NMOS transistor PD1 makes the storage node a a "low" level if the data of the storage node b is at the "high" level, and the PMOS transistor PU1 is the "low" level of data at the storage node b. Then put storage node (a) at the "high" level. Similarly, the NMOS transistor PD2 makes the storage node b a "low" level if the data of the storage node a is at the "high" level, and the PMOS transistor PU2 has the data of the storage node a be "low". Level, makes storage node b a high level. That is, the two PMOS transistors PU1 and PU2 and the two NMOS transistors PD1 and PD2 are latches and latch data of the storage nodes a and b.
도3b에 나타낸 바와 같이, 인버터는 PMOS트랜지스터(P1)와NMOS트랜지스터(N1)로 구성되어 있다.As shown in Fig. 3B, the inverter is composed of a PMOS transistor P1 and an NMOS transistor N1.
도3b에서, PMOS트랜지스터(P1)는 풀업 트랜지스터이고, NMOS트랜지스터(N1) 는 풀다운 트랜지스터이다.In FIG. 3B, the PMOS transistor P1 is a pull-up transistor and the NMOS transistor N1 is a pull-down transistor.
도3b에 나타낸 인버터의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the inverter shown in FIG. 3B is as follows.
“하이”레벨의 입력신호(IN)가 인가되면 NMOS트랜지스터(N1)가 온되어 출력신호(OUT)를 “로우”레벨, 즉, 접지전압(VSS) 레벨로 만든다. 반면에, “로우”레벨의 입력신호(IN)가 인가되면 PMOS트랜지스터(P1)가 온되어 출력신호(OUT)를 “하이”레벨, 즉, 전원전압(VCC) 레벨로 만든다.When the input signal IN of the "high" level is applied, the NMOS transistor N1 is turned on to bring the output signal OUT to the "low" level, that is, the ground voltage VSS level. On the other hand, when the input signal IN of the "low" level is applied, the PMOS transistor P1 is turned on to make the output signal OUT to the "high" level, that is, the power supply voltage VCC level.
즉, 도3b에 나타낸 인버터는 하나의 풀업 트랜지스터와 하나의 풀다운 트랜지스터로 구성되어, 입력신호(IN)를 반전하여 출력신호(OUT)를 발생한다.That is, the inverter shown in FIG. 3B is composed of one pull-up transistor and one pull-down transistor, and inverts the input signal IN to generate the output signal OUT.
도3c에 나타낸 바와 같이, NAND게이트는 PMOS트랜지스터들(P2, P3) 및 NMOS트랜지스터들(N2, N3)로 구성되어 있다.As shown in Fig. 3C, the NAND gate is composed of PMOS transistors P2 and P3 and NMOS transistors N2 and N3.
도3c에서, PMOS트랜지스터들(P2, P3)은 풀업 트랜지스터들이고, NMOS트랜지스터들(N2, N3)은 풀다운 트랜지스터들이다.In FIG. 3C, the PMOS transistors P2 and P3 are pull-up transistors, and the NMOS transistors N2 and N3 are pull-down transistors.
도3c에 나타낸 NAND게이트의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the NAND gate shown in FIG. 3C is as follows.
적어도 하나이상의 “로우”레벨의 입력신호들(IN1, IN2)이 인가되면 PMOS트랜지스터(P2) 또는/및 PMOS트랜지스터(P3)가 온되어 출력신호(OUT)를 “하이”레벨, 즉, 전원전압(VCC) 레벨로 만든다. 반면에, “하이”레벨의 입력신호들(IN1, IN2)이 인가되면 NMOS트랜지스터들(N2, N3)이 모두 온되어 출력신호(OUT)를 “로우”레벨로 만든다.When at least one input signal IN1 or IN2 having a "low" level is applied, the PMOS transistor P2 or / and the PMOS transistor P3 are turned on to turn the output signal OUT to a "high" level, that is, a power supply voltage. To the (VCC) level. On the other hand, when the input signals IN1 and IN2 of the "high" level are applied, all of the NMOS transistors N2 and N3 are turned on to make the output signal OUT to the "low" level.
도3d에 나타낸 바와 같이, NOR게이트는 PMOS트랜지스터들(P4, P5) 및 NMOS트랜지스터들(N4, N5)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 3D, the NOR gate is composed of PMOS transistors P4 and P5 and NMOS transistors N4 and N5.
도3d에서, PMOS트랜지스터들(P4, P5)은 풀업 트랜지스터들이고, NMOS트랜지스터들(N4, N5)은 풀다운 트랜지스터들이다.In FIG. 3D, the PMOS transistors P4 and P5 are pull-up transistors, and the NMOS transistors N4 and N5 are pull-down transistors.
도3d에 나타낸 NOR게이트의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the NOR gate shown in FIG. 3D is as follows.
적어도 하나이상의 “하이”레벨의 입력신호들(IN1, IN2)이 인가되면 NMOS트랜지스터(N4) 또는/및 NMOS트랜지스터(N5)가 온되어 출력신호(OUT)를 “로우”레벨, 즉, 접지전압(VSS) 레벨로 만든다. 반면에, “로우”레벨의 입력신호들(IN1, IN2)이 인가되면 PMOS트랜지스터들(P4, P5)이 모두 온되어 출력신호(OUT)를 “하이”레벨로 만든다.When at least one input signal IN1 or IN2 of the “high” level is applied, the NMOS transistor N4 or / and the NMOS transistor N5 are turned on to turn the output signal OUT to a “low” level, that is, a ground voltage. To the (VSS) level. On the other hand, when the input signals IN1 and IN2 of the "low" level are applied, all of the PMOS transistors P4 and P5 are turned on to make the output signal OUT to the "high" level.
도4a는 도3a에 나타낸 메모리 셀 어레이의 정적 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들의 일예의 배치를 개념적으로 나타내는 것이고, 도4b, c, d는 도3b, c, d에 나타낸 인버터, NAND게이트, NOR를 구성하는 트랜지스터들의 일예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것이다.FIG. 4A conceptually illustrates an arrangement of transistors constituting the static memory cells of the memory cell array shown in FIG. 3A, and FIGS. 4B, c, and d show the inverters, NAND gates, and NORs shown in FIGS. The arrangement of one example of the transistors constituting each is conceptually shown.
도4a 내지 4d에서, 비트 라인쌍들(BL, BLB), 워드 라인(WL), 전원전압 라인(VCCL), 및 접지전압 라인(VSSL) 각각은 서로 다른 층에 배치되는 것처럼 보이지만, 반드시 서로 다른 층에 배치되는 것을 나타내는 것은 아니다.4A to 4D, the bit line pairs BL and BLB, the word line WL, the power supply voltage line VCCL, and the ground voltage line VSSL each appear to be disposed on different layers, but are different from each other. It is not meant to be arranged in layers.
도4a에 나타낸 바와 같이, 도3a에 나타낸 트랜지스터들(PD1, PD2, PU1, PU2, T1, T2)을 동일 층(1F)에 배치한다. 그리고, NMOS트랜지스터(T1)의 소오스 및 NMOS트랜지스터(PD1)의 드레인이 연결되고, NMOS트랜지스터(PD1)의 소오스와 NMOS트랜지스터(PD2)의 소오스가 연결되고, NMOS트랜지스터(PD2)의 드레인과 NMOS트랜지스터(T2)의 소오스가 연결된다. NMOS트랜지스터(T1)의 드레인이 비트 라인(BL)에 연 결되고, NMOS트랜지스터(T2)의 드레인이 반전 비트 라인(BLB)에 연결되고, NMOS트랜지스터들(T1, T2)의 게이트가 워드 라인(WL)에 연결되고, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)의 소오스가 접지전압 라인(VSSL)에 연결된다. 그리고, PMOS트랜지스터(PU1)의 드레인이 NMOS트랜지스터(PD1)의 소오스에 연결되고, 소오스가 전원전압 라인(VCCL)에 연결되고, 게이트가 NMOS트랜지스터(PD1)의 게이트와 NMOS트랜지스터(PD2)의 드레인에 연결된다. 또한, PMOS트랜지스터(PU2)의 드레인이 NMOS트랜지스터(PD2)의 드레인에 연결되고, 소오스가 전원전압 라인(VCCL)에 연결되고, 게이트가 NMOS트랜지스터(PD2)의 게이트에 연결된다.As shown in FIG. 4A, the transistors PD1, PD2, PU1, PU2, T1, and T2 shown in FIG. 3A are disposed on the
도4b에 나타낸 바와 같이, 도3b에 나타낸 트랜지스터들(P1, N1)을 동일 층(1F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터(P1)의 소오스가 전원전압 라인(VCCL)에 연결되고, 드레인이 출력신호 라인(OUTL)에 연결되고, 게이트가 입력신호 라인(INL)에 연결된다. NMOS트랜지스터(N1)의 소오스가 접지전압 라인(VSSL)에 연결되고, 드레인이 출력신호 라인(OUTL)에 연결되고, 게이트가 입력신호 라인(INL)에 연결된다.As shown in Fig. 4B, the transistors P1 and N1 shown in Fig. 3B are disposed on the
도4c에 나타낸 바와 같이, 도3c에 나타낸 트랜지스터들(P3, P2, N2, N3)을 동일 층(1F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터(P3)의 소오스와 PMOS트랜지스터(P2)의 소오스가 연결되고, PMOS트랜지스터(P3)의 드레인이 출력신호 라인(OUTL)에 연결된다. PMOS트랜지스터(P3) 및 NMOS트랜지스터(N3)의 게이트가 입력신호 라인(IN1L)에 연결되고, PMOS트랜지스터(P2) 및 NMOS트랜지스터(N2)의 게이트가 입력신호 라인(IN2L)에 연결되고, PMOS트랜지스터(P2)와NMOS트랜지스터(N2)의 드레인이 연결되고, NMOS트랜지스터들(N2, N3)의 소오스가 연결되고, NMOS트랜지스터(N3)의 드레인이 접지전압 라인(VSSL)에 연결된다.As shown in FIG. 4C, the transistors P3, P2, N2, and N3 shown in FIG. 3C are disposed in the
도4d에 나타낸 바와 같이, 도3d에 나타낸 트랜지스터들(P4, P5, N4, N5)을 동일 층(1F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터(P4)의 드레인과 PMOS트랜지스터(P5)의 소오스가 연결되고, PMOS트랜지스터(P5)의 드레인과 NMOS트랜지스터(N5)의 드레인이 연결되고, PMOS트랜지스터(P4)의 소오스와 게이트가 각각 전원전압 라인(VCCL)과 입력신호 라인(IN2L)에 연결되고, PMOS트랜지스터(P5)의 게이트가 입력신호 라인(IN1L)에 연결되고, PMOS트랜지스터(P5)와NMOS트랜지스터(N5)의 드레인이 출력신호 라인(OUTL)에 연결되고, NMOS트랜지스터(N4)의 드레인, 게이트, 소오스 각각이 출력신호 라인(OUTL), 입력신호 라인(IN2L), 및 접지전압 라인(VSSL)에 연결된다.As shown in FIG. 4D, the transistors P4, P5, N4, and N5 shown in FIG. 3D are disposed in the
즉, 도4a 내지 4d에 나타낸 바와 같이 본 발명의 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 및 주변회로를 구성하는 트랜지스터들이 모두 동일한 층(1F)에 배치되기 때문에 메모리 셀의 용량이 증가하는 경우에는 레이아웃 면적이 증가하게 된다.That is, as shown in Figs. 4A to 4D, since the transistors constituting the memory cell and the peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention are all disposed on the
그래서, 반도체 메모리 장치의 메모리 셀의 레이아웃 면적을 줄이기 위하여 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 2층, 또는 3층으로 쌓는 방법이 나오게 되었다.In order to reduce the layout area of the memory cell of the semiconductor memory device, a method of stacking two or three layers of transistors constituting the memory cell has emerged.
도5a 내지 도5d는 종래의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 다른 예의 배치를 각각 개념적으로 나타내는 것으로, 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 2층으 로 쌓아서 배치한 것을 나타내는 것이다.5A to 5D conceptually show arrangements of other examples of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of a conventional semiconductor memory device, respectively. It is the stacking of layers.
도5a에 나타낸 바와 같이, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2, T1, T2)을 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(PU1, PU2)을 2층(2F)에 배치한다. 그리고, 트랜지스터들(PD1, PD2, PU1, PU2, T1, T2)사이의 연결은 도4a의 트랜지스터들의 연결과 동일하게 연결한다.As shown in FIG. 5A, the NMOS transistors PD1, PD2, T1, and T2 are disposed on the
도5b 내지 도5d의 배치는 도4b 내지 도4d의 배치와 동일하게 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들(P1 ~ P5, N1 ~ N5)을 1층(1F)에 배치한다.In the arrangement of FIGS. 5B to 5D, the transistors P1 to P5 and N1 to N5 constituting the inverter, the NAND gate, and the NOR gate are disposed on the
따라서, 도5a에 나타낸 바와 같이 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 2층으로 쌓아서 배치하고, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들을 1층에 배치하게 되면, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적을 줄어들게 되나, 주변회로의 레이아웃 면적은 줄어들지 않게 됨으로 인해서 결과적으로 전체적인 레이아웃 면적이 줄어들지 않게 된다. Therefore, as shown in FIG. 5A, when the transistors constituting the static memory cell of the semiconductor memory device are stacked in two layers and the transistors constituting the peripheral circuit are arranged in one layer, the layout area of the memory cell array is reduced. As a result, the layout area of the peripheral circuit is not reduced, and as a result, the overall layout area is not reduced.
도6a 내지 6d는 종래의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 또 다른 예의 배치를 개념적으로 나타내는 것으로, 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 3층으로 쌓아서 배치한 것을 나타내는 것이다.6A through 6D conceptually illustrate another example arrangement of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of a conventional semiconductor memory device, wherein three layers of transistors constituting a memory cell are illustrated. It indicates that they are stacked and arranged.
도6a에 나타낸 바와 같이, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)을 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(PU1, PU2)을 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터들(T1, T2)을 3층(3F)에 배치한다. 그리고, 트랜지스터들(PD1, PD2, PU1, PU2, T1, T2)사이의 연결은 도4a의 트랜지스터들의 연결과 동일하게 연결한다.As shown in FIG. 6A, the NMOS transistors PD1 and PD2 are disposed on the
도6b 내지 도6d의 배치는 도4b 내지 도4d의 배치와 동일하게 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들(P1 ~ P5, N1 ~ N5)을 1층(1F)에 배치한다.6B to 6D arrange the transistors P1 to P5 and N1 to N5 constituting the inverter, the NAND gate, and the NOR gate in the same manner as the arrangement of FIGS. 4B to 4D.
따라서, 도6a에 나타낸 바와 같이 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 3층으로 쌓아서 배치하고, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들을 1층에 배치하게 되면, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적을 줄어들게 되나, 주변회로의 레이아웃 면적은 줄어들지 않게 됨으로 인해서 결과적으로 전체적인 레이아웃 면적이 줄어들지 않게 된다.Therefore, as shown in FIG. 6A, when the transistors constituting the static memory cell of the semiconductor memory device are stacked in three layers and the transistors constituting the peripheral circuit are arranged in one layer, the layout area of the memory cell array may be reduced. As a result, the layout area of the peripheral circuit is not reduced, and as a result, the overall layout area is not reduced.
즉, 종래의 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 어레이의 정적 메모리 셀을 2층 또는 3층으로 쌓아서 배치함으로써, 메모리 셀 어레이의 레이아웃 면적은 줄어들게 되나, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들은 1층으로 배치되기 때문에 전체적인 레이아웃 면적이 줄어들지 않게 된다. That is, by stacking two or three layers of static memory cells of a memory cell array of a conventional semiconductor memory device, the layout area of the memory cell array is reduced, but the transistors constituting the peripheral circuit are arranged in one layer. The layout area is not reduced.
도7a 내지 7d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제1실시예의 배치를 개념적으로 나타내는 것으로, 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들이 2층으로 쌓아서 배치되는 경우의 주변회로를 구성하는 트랜지스터들의 배치를 나타내는 것이다.7A to 7D conceptually illustrate an arrangement of a first embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention. The arrangement of the transistors constituting the peripheral circuit when stacked in two layers is shown.
도7a의 배치는 도5a의 배치와 동일하게 정적 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들(PU1, PU2, PD1, PD2, T1, T2)을 2층으로 쌓아서 배치한다.In the arrangement of FIG. 7A, the transistors PU1, PU2, PD1, PD2, T1, and T2 constituting the static memory cell are stacked and arranged in two layers, similarly to the arrangement of FIG. 5A.
도7b에 나타낸 바와 같이, NMOS트랜지스터(N1)는 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터(P1)는 2층(2F)에 배치한다. 그리고, 인버터를 구성하는 트랜지스터들(N1, P1)사이의 연결은 도4b에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 7B, the NMOS transistor N1 is disposed in the
도7c에 나타낸 바와 같이, NMOS트랜지스터들(N2, N3)은 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)은 2층(2F)에 배치한다. 그리고, NAND게이트를 구성하는 트랜지스터들(N2, N3, P2, P3)사이의 연결은 도4c에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 7C, the NMOS transistors N2 and N3 are arranged in the
도7d에 나타낸 바와 같이, NMOS트랜지스터들(N4, N5)은 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(P4, P5)은 2층(2F)에 배치한다. 그리고, NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들(N4, N5, P4, P5)사이의 연결은 도4d에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 7D, the NMOS transistors N4 and N5 are disposed in the
도7a 내지 도7d에 나타낸 바와 같이 본 발명의 반도체 메모리 장치는 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 2층으로 쌓아서 배치하고, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들 또한 2층으로 쌓아서 배치함으로써 반도체 메모리 장치의 전체적인 레이아웃 면적을 줄일 수 있다.As shown in Figs. 7A to 7D, the semiconductor memory device of the present invention is stacked with two layers of transistors constituting a memory cell, and the transistors constituting a peripheral circuit are also stacked with two layers, so that the overall layout of the semiconductor memory device is arranged. Area can be reduced.
도7b 내지 도7d에 나타낸 트랜지스터들은 서로 바뀌어서 배치되어도 상관없으며, 반드시 1층(1F)과 2층(2F)에 배치되어야 되는 것은 아니며, 1층(1F)과 3층(3F) 또는 2층(2F)과 3층(3F)에 배치되더라도 상관없다. The transistors shown in FIGS. 7B to 7D may be interchanged with each other, and are not necessarily disposed on the
그러나, 1층(1F)에는 PMOS트랜지스터 및 NMOS트랜지스터가 배치될 수 있으나, 2층(2F)에는 공정상의 편의를 위하여 메모리 셀의 2층(2F)에 배치되는 트랜지 스터와 동일한 형태의 트랜지스터가 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 메모리 셀의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터들이 NMOS트랜지스터라면 주변회로의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터 또한 NMOS트랜지스터로 배치하는 것이 바람직하고, 메모리 셀의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터들이 PMOS트랜지스터라면 주변회로의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터 또는 PMOS트랜지스터로 배치하는 것이 바람직하다.However, although the PMOS transistor and the NMOS transistor may be disposed in the
도8a 내지 8d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제2실시예의 배치를 개념적으로 나타내는 것으로, 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들이 3층으로 배치되는 경우의 주변회로를 구성하는 트랜지스터들의 배치를 나타내는 것이다.8A to 8D conceptually illustrate an arrangement of a second embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention. The arrangement of the transistors constituting the peripheral circuit in the case of three layers is shown.
도8a의 배치는 도6a의 배치와 동일하게 정적 메모리 셀을 구성하는 풀다운 트랜지스터들(PD1, PD2)을 1층(1F)에 배치하고, 풀업 트랜지스터들(PU1, PU2)을 2층(2F)에 배치하고, 전송 트랜지스터들(T1, T2)을 3층(3F)에 배치한다. In the arrangement of FIG. 8A, the pull-down transistors PD1 and PD2 constituting the static memory cell are arranged in the
도8b에 나타낸 바와 같이, 도3b에 나타낸 NMOS트랜지스터(N1)의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가지는 NMOS트랜지스터들(N1-1, N1-2)을 구성하고, NMOS트랜지스터(N1-2)는 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터(P1)는 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터(N1-1)는 3층(3F)에 배치한다. 그리고, NMOS트랜지스터들(N1-1, N1-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, NMOS트랜지스터들(N1-1, N1-2)과PMOS트랜지스터(P1)사이의 연결은 도4b에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 8B, the NMOS transistors N1-1 and N1-2 having the
도8c에 나타낸 바와 같이, PMOS트랜지스터(P2)와NMOS트랜지스터(N2)는 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터(P3)는 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터(N3) 는 3층(3F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)과NMOS트랜지스터들(N2, N3)사이의 연결은 도4c에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 8C, the PMOS transistor P2 and the NMOS transistor N2 are disposed on the
도8d에 나타낸 바와 같이, 도3d에 나타낸 NMOS트랜지스터들(N4, N5) 각각의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가지는 NMOS트랜지스터들(N4-1, N4-2, N5-1, N5-2)을 구성하고, NMOS트랜지스터들(N4-1, N5-1)은 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(P4, P5)은 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터들(N5-1, N5-2)은 3층(3F)에 배치한다. 그리고, NMOS트랜지스터들(N4-1, N4-1)의 게이트, 소오스, 드레인을 공통으로 연결하고, NMOS트랜지스터들(N5-1, N5-2)의 게이트, 소오스, 드레인을 공통으로 연결한다. PMOS트랜지스터들(P4, P5)과NMOS트랜지스터들(N4, N5)사이의 연결은 도4d에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in FIG. 8D, the NMOS transistors N4-1, N4-2, N5-1, N5- having a
도8a 내지 도8d에 나타낸 바와 같이 본 발명의 반도체 메모리 장치는 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 3층으로 쌓아서 배치하고, 주변회로를 구성하는 트랜지스터들 또한 3층으로 쌓아서 배치함으로써 반도체 메모리 장치의 전체적인 레이아웃 면적을 줄일 수 있다.As shown in Figs. 8A to 8D, the semiconductor memory device of the present invention is stacked with three layers of transistors constituting a memory cell, and the transistors constituting peripheral circuits are also stacked with three layers, so that the overall layout of the semiconductor memory device is arranged. Area can be reduced.
도9a 내지 9d는 본 발명의 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들의 제3실시예의 배치를 개념적으로 나타내는 것으로, 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들이 3층으로 배치되는 경우의 주변회로를 구성하는 트랜지스터들의 배치를 나타내는 것이다.9A to 9D conceptually illustrate an arrangement of a third embodiment of transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate of a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device of the present invention. The arrangement of the transistors constituting the peripheral circuit in the case of three layers is shown.
도9a의 배치는 도8a의 배치와 동일하게 정적 메모리 셀을 구성하는 트랜지스터들을 3층으로 쌓아서 배치한다.In the arrangement of FIG. 9A, transistors constituting the static memory cell are stacked in three layers in the same manner as the arrangement of FIG. 8A.
도9b에 나타낸 바와 같이, 인버터를 구성하는 PMOS트랜지스터들(P1) 각각의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가진 PMOS트랜지스터들(P1-1, P1-2)을 구성하고, PMOS트랜지스터(P1-1)를 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터(P1-2)를 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터(N1)를 3층(3F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P1-1, P1-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, PMOS트랜지스터들(P1-1, P1-2)과NMOS트랜지스터(N1)사이의 연결은 도4b에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in Fig. 9B, the PMOS transistors P1-1 and P1-2 having the
도9c에 나타낸 바와 같이, NAND게이트를 구성하는 PMOS트랜지스터들(P2, P3) 각각의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가진 PMOS트랜지스터들(P2-1, P2-2, P3-1, P3-2)을 구성하고, PMOS트랜지스터들(P2-2, P3-2)을 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(P2-1, P3-1)을 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터들(N2, N3)을 3층(3F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P2-1, P2-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, PMOS트랜지스터들(P3-1, P3-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, PMOS트랜지스터들(P2-1, P2-2, P3-1, P3-2)과NMOS트랜지스터들(N2, N3)사이의 연결은 도4c에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in FIG. 9C, PMOS transistors P2-1, P2-2, P3-1, and P3 each having a
도9d에 나타낸 바와 같이, NOR게이트를 구성하는 PMOS트랜지스터들(P4, P5) 각각의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가진 PMOS트랜지스터들(P4-1, P4-2, P5-1, P5-2)을 구성하고, PMOS트랜지스터들(P4-1, P5-1)을 1층(1F)에 배치하고, PMOS트랜지스터들(P4-2, P5-2)을 2층(2F)에 배치하고, NMOS트랜지스터들(N4, N5)을 3층(3F)에 배치한다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P4-1, P4-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, PMOS트랜지스터들(P5-1, P5-2)의 게이트, 드레인, 및 소오스를 공통으로 연결하고, PMOS트랜지스터들(P4-1, P4-2, P5-1, P5-2)과NMOS트랜지스터들(N4, N5)사이의 연결은 도4d에 나타낸 바와 동일하게 연결한다.As shown in FIG. 9D, PMOS transistors P4-1, P4-2, P5-1, and P5 each having a
그리고, 도시하지는 않았지만, NAND게이트를 구성하는 NMOS트랜지스터들(N2, N3) 각각의 채널 폭의1/2의 채널 폭을 가진 NMOS트랜지스터들(N2-1, N2-2, N3-1, N3-2)을 구성하고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)과 NMOS트랜지스터들(N2-1, N2-2, N3-1, N3-2)을 서로 다른 3개의 층에 두 개씩 배치할 수도 있다.Although not shown, NMOS transistors N2-1, N2-2, N3-1, and N3- having a
또한, 상술한 실시예의 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들은 서로 다른 층에 배치되면 될 뿐 반드시 도시된 것과 같은 층에 배치될 필요는 없다.In addition, the transistors constituting the inverter, the NAND gate, and the NOR gate of the above-described embodiments only need to be disposed on different layers, and do not necessarily need to be disposed on the same layer as shown.
그러나, 1층(1F)에는 PMOS트랜지스터 및 NMOS트랜지스터가 배치될 수 있으나, 2층(2F)에는 공정상의 편의를 위하여 메모리 셀의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터와 동일한 형태의 트랜지스터가 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 메모리 셀의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터들이 PMOS트랜지스터라면 주변회로의 2층(2F)에 배치되는 트랜지스터 또한 PMOS트랜지스터로 배치하는 것이 바람직하고, 메모리 셀의 3층(3F)에 배치되는 트랜지스터들이 NMOS트랜지스터라면 주변회로의 3층(3F)에 배치되는 트랜지스터 또는 NMOS트랜지스터로 배치하는 것이 바람직하다.However, although a PMOS transistor and an NMOS transistor may be disposed in the
이제, 상술한 반도체 메모리 장치의 정적 메모리 셀 및 주변회로를 구성하는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트의 실시예의 배치 및 구조를 설명하면 다음과 같다.Now, the arrangement and structure of an embodiment of an inverter, a NAND gate, and a NOR gate constituting a static memory cell and a peripheral circuit of the semiconductor memory device described above will be described.
도10a 내지 도16a 및 도10d 내지 도16d는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 셀, 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트 각각의 배치를 설명하기 위한 평면도이고, 도17a, b는 도10a 내지 도16a의 Ⅰ-Ⅰ’, Ⅱ - Ⅱ‘에 따른 본 발명의 실시예의 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이고, 도18 내지 20은 도10b 내지 도16b, 도10c 내지 도16c, 도10d 내지 도16d의 X - X’에 따른 본 발명의 실시예의 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.10A to 16A and 10D to 16D are plan views illustrating arrangements of memory cells, inverters, NAND gates, and NOR gates according to embodiments of the present invention, and FIGS. 17A and 16B are FIGS. 10A to 16A. Is a cross-sectional view showing the structure of a memory cell of an embodiment of the present invention according to I-I ', II-II', and FIGS. 18 to 20 are X in FIGS. 10B to 16B, 10C to 16C, and 10D to 16D. -Sectional drawing which shows the structure of the memory cell of the Example of this invention by X '.
도10a 및 도17a, b를 참조하면, 반도체 기판(SUB)에 제1활성 영역(1b’) 및 제2활성 영역(1a’)이 마주보면서 y축에 평행하도록 배치되고, 제2활성 영역(1a’)의 일단은 x축에 평행하도록 연장된다. 또한, 반도체 기판(SUB)에 제3활성 영역(1b”) 및 제4활성 영역(1a”)이 마주보면서 y축에 평행하도록 배치되고, 제4활성 영역(1a”)의 일단은x축에 평행하도록 연장된다. 된다. 게이트 패턴(1c’)은 y축 방향으로 평행하게 배치된 제1활성 영역(1b’) 및 제2활성 영역(1a’)의 상부를 가로지르도록 x축 방향으로 배치되고, 게이트 패턴(1c”)은 y축 방향으로 평행하게 배치된 제3활성 영역(1b”) 및 제4활성 영역(1a”)의 상부를 가로지르도록 x축 방향으로 배치된다. 게이트 패턴(1c’)의 일측에 위치한 제1활성 영역(1b’)의 표면에 드레인 영역(PD1D)이 제공되고, 타측에 위치한 제2활성 영역(1a’)의 표면에 소오스 영역(PD1S)이 제공된다. 마찬가지로, 게이트 패턴(1c”)의 일측에 위치한 제3활성 영역(1b”)의 표면에 드레인 영역(PD1D)이 제공되고, 타측에 위치한 제4활성 영역(1a”)의 표면에 소오스 영역(PD2S)이 제공된다. 게이트 패턴(1c’, 1c”) 각각은 차례로 적층된 NMOS트랜지스터(PD1)의 게이트 전극(PD1G)과 캐핑 절연막(2a’) 및 NMOS트랜지스터(PD2)의 게이트 전극(PD2G)과 캐핑 절연막(2a”)을 포함할 수 있 고, 게이트 패턴들(1c’, 1c”) 각각과 반도체 기판(SUB)의 사이에 게이트 절연막(2b’, 2b”)이 개재된다. 그리고, 게이트 패턴들(1c’, 1c”)의 측벽들 상에 스페이서(2c)가 제공될 수 있고, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)을 갖는 반도체 기판(SUB)의 전면 상에 층간 절연막(2e)이 적층된다. 그리고, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)을 갖는 반도체 기판(SUB) 및 층간 절연막(2e)사이에 식각 저지막(2d)이 추가로 개재될 수 있다. 이와같은 방법으로 반도체 기판(SUB)상에 벌크 트랜지스터인 NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)이 형성된다. 10A, 17A, and B, a first
도10b 및 도18을 참조하면, 반도체 기판(SUB)에 제1 및 제2활성 영역들(20a’, 20b’)이 마주보면서 배치되고, 게이트 패턴(20c’)이 제1 및 제2활성 영역들(20a’, 20b’)의 상부에 y방향으로 배치되고, 일단은 제1활성 영역(20a’)이 위치한 측의 x방향으로 평행하도록 연장된다. 제1활성 영역(20a’)의 표면에 NMOS트랜지스터(N1)의 드레인 영역(N1D)이 제공되고, 제2활성 영역(20b’)의 표면에 NMOS트랜지스터(N1)의 소오스 영역(N1S)이 제공된다. 그리고, NMOS트랜지스터(N1)의 게이트 패턴(20c’)은 차례로 적층된 NMOS트랜지스터(N1)의 게이트 전극(N1G)과 캐핑 절연막(21a)을 포함할 수 있고, 게이트 패턴(20c’)과 반도체 기판(SUB)의 사이에 게이트 절연막(21b)이 개재된다. 그리고, 게이트 패턴(20c’)의 측벽들 상에 스페이서(21c)가 제공될 수 있고, NMOS트랜지스터(N1)을 갖는 반도체 기판(SUB)의 전면 상에 층간 절연막(21e)이 적층된다. 그리고, NMOS트랜지스터(N1)을 갖는 반도체 기판(SUB) 및 층간 절연막(21e)사이에 식각 저지막(21d)이 추가로 개재될 수 있다. 따라서, 반도체 기판(SUB)상에 인버터를 구성하는 벌크 트랜지스터인 NMOS트랜지스 터(N1)가 형성된다. 10B and 18, the first and second
도10c 및 도19를 참조하면, 반도체 기판(SUB)에 제1, 제2, 및 제3활성 영역들(40a’, 40b’, 40a”)이 제공된다. 그리고, 게이트 패턴(40c’)이 제1 및 제2활성 영역들(40a’, 40b’)의 상부에 y방향으로 배치되고, 일단은 제1활성 영역(40a’)이 위치한 측의 x방향으로 평행하도록 배치되고, 게이트 패턴(40c”)이 제2 및 제3활성 영역들(40b’, 40a”)의 상부에 y방향으로 배치되고, 일단은 제1활성 영역(40a”)이 위치한 측의 x방향으로 평행하도록 배치된다. 또한, 게이트 패턴(40c’)의 일단과 게이트 패턴(40c”)의 일단은 대각선 방향에 배치된다. NMOS트랜지스터(N2)의 게이트 패턴(40c’)은 차례로 적층된 NMOS트랜지스터(N2)의 게이트 전극(N2G)과 캐핑 절연막(41a‘)을 포함할 수 있고, 게이트 패턴(40c’)과 반도체 기판(SUB)의 사이에 게이트 절연막(41b’)이 개재된다. 그리고, 반도체 기판(SUB)의 제1활성 영역(40a’)의 표면에 NMOS트랜지스터(N2)의 드레인 영역(N2D)이 제공되고, 제2활성 영역(40b’)의 표면에 NMOS트랜지스터들(N2, N3)의 소오스 영역 및 드레인 영역(N2S, N3D)이 제공되고, 제3활성 영역(40a”)의 표면에 NMOS트랜지스터(N3)의 소오스 영역(N3S)이 제공된다. 게이트 패턴(40c’)의 측벽들 상에 스페이서(41c)가 제공될 수 있고, NMOS트랜지스터(N2)을 갖는 반도체 기판(SUB)의 전면 상에 층간 절연막(41e)이 적층된다. 그리고, NMOS트랜지스터(N2)을 갖는 반도체 기판(SUB) 및 층간 절연막(41e)사이에 식각 저지막(41d)이 추가로 개재될 수 있다. 마찬가지로, NMOS트랜지스터(N3)의 게이트 패턴(40c”) 또한, NMOS트랜지스터(N2)의 게이트 패턴(40c’)과 동일한 형태로 제공된다. 따라서, 반도체 기판(SUB)상에 NAND게이트를 구성하는 벌크 트랜지스터인 NMOS트랜지스터들(N2, N3)이 형성된다. 10C and 19, first, second, and third
도10d 및 도20을 참조하면, 반도체 기판(SUB)에 N웰(N WELL)이 형성되고, N웰(N WELL)에 제1, 제2, 및 제3활성 영역들(60a’, 60b’, 60a”)이 제공된다. 그리고, 게이트 패턴들(60c’, 60c”) 각각은 도10c의 게이트 패턴들(40c’, 40c”)과 동일한 형태로 제공된다. 도20에 나타낸 바와 같이 반도체 기판(SUB)상에 벌크 트랜지스터들인 PMOS트랜지스터들(P4, P5)이 형성된다. PMOS트랜지스터들(P4, P5)은 도19에 나타낸 NMOS트랜지스터들(N2, N3)과 동일한 형태를 가진다.10D and 20, an N well N WELL is formed in a semiconductor substrate SUB, and first, second, and third
도11a, 도17a, b를 참조하면, NMOS트랜지스터(PD1)의 드레인 영역(PD1D)은 층간 절연막(2e), 식각 저지막(2d)을 관통하는 하부 노드 반도체 플러그(3a’)에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스터(PD2)의 드레인 영역(PD2D)은 층간 절연막(2e), 식각 저지막(2d)을 관통하는 하부 노드 반도체 플러그(3a”)에 전기적으로 접속된다. 하부 바디 패턴들(3b’, 3b”)이 층간 절연막(2e)상에 배치되고, 하부 노드 반도체 플러그들(3a’, 3a”) 각각을 덮도록 배치된다. 11A, 17A, and B, the drain region PD1D of the NMOS transistor PD1 is electrically connected to the lower
도11b 및 도18을 참조하면, NMOS트랜지스터(N1)의 드레인 영역(N1D)은 층간 절연막(21e), 식각 저지막(21d)을 관통하는 노드 반도체 플러그(22b)에 전기적으로 접속되고, 하부 바디 패턴(22a)은 층간 절연막(21e)상에 배치되고, 노드 반도체 플러그(22b)를 덮도록 배치된다. 11B and 18, the drain region N1D of the NMOS transistor N1 is electrically connected to the
도11c 및 도19를 참조하면, NMOS트랜지스터(N2)의 드레인 영역(N2D)은 층간 절연막(41e), 식각 저지막(41d)을 관통하는 노드 반도체 플러그(42b)에 전기적으로 접속되고, 하부 바디 패턴(42a)은 층간 절연막(41e)상에 배치되고, 노드 반도체 플 러그(42b)를 덮도록 배치된다. 11C and 19, the drain region N2D of the NMOS transistor N2 is electrically connected to the
메모리 셀, 인버터, 및 NAND게이트가 도11a, 도11c와 같이 배치되는 경우에 도11d에 나타낸 NOR게이트의 배치는 도10d와 동일한 배치를 가진다. When memory cells, inverters, and NAND gates are arranged as shown in Figs. 11A and 11C, the arrangement of the NOR gate shown in Fig. 11D has the same arrangement as that in Fig. 10D.
도12a 및 도17a, b를 참조하면, 하부 바디 패턴(3b’)의 상부를 가로지르도록 PMOS트랜지스터(PU1)의 게이트 패턴(4b’)이 배치되고, 하부 바디 패턴(3b”)의 상부를 가로지르도록 PMOS트랜지스터들(PU2)의 게이트 패턴(4b”)이 배치된다. 그리고, 하부 바디 패턴(3b’)의 상부에 하부 노드 반도체 플러그(3a’)가 배치된 위치에 상부 노드 반도체 플러그(4a’)가 배치되고, 하부 바디 패턴(3b”)의 상부에 하부 노드 반도체 플러그(3a”)가 배치된 위치에 상부 노드 반도체 플러그(4a”)가 배치된다. 하부 바디 패턴들(3b’, 3b”) 각각의 상부에 PMOS트랜지스터들(PU1, PU2) 각각의 게이트 전극들(PU1G, PU2G)이 제공된다. 하부 바디 패턴(3b’)내에 PMOS트랜지스터(PU1)의 소오스 영역(PU1S) 및 드레인 영역(PU1D)이 제공되고, 하부 바디 패턴(3b”)내에 PMOS트랜지스터(PU2)의 소오스 영역(PU2S) 및 드레인 영역(PU2D)이 제공된다. 따라서, NMOS트랜지스터들(PD1, PD2)의 상부에 박막 트랜지스터인 PMOS트랜지스터들(PU1, PU2)이 적층된다. 12A, 17A, and B, the
도12b 및 도18을 참조하면, 게이트 패턴(23a)이 하부 바디 패턴(22a)의 상부에 게이트 패턴(20c’)과 동일한 형태로 배치된다. 하부 바디 패턴(22a)의 상부에 PMOS트랜지스터(P1)의 게이트 전극(P1G)이 배치되고, 하부 바디 패턴(22a)내에 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인 영역(P1D)과 소오스 영역(P1S)이 제공된다. 게이트 전극(P1G)의 상부에 캐핑 절연막(24a)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(24b)이 개재된다. 그리고, 게이트 패턴(23a)의 측벽에 스페이서(24c)가 제공될 수 있고, PMOS트랜지스터(P1)를 갖는 하부 바디 패턴(22a)의 전면상에 층간 절연막(24e)이 적층된다. 그리고, PMOS트랜지스터(P1)을 갖는 하부 바디 패턴(22a) 및 층간 절연막(21e)사이에 식각 저지막(21d)이 추가로 개재될 수 있다. 따라서, NMOS트랜지스터(N1)의 상부에 박막 트랜지스터인 PMOS트랜지스터(P1)가 적층된다. 12B and 18, the
도12c 및 도19를 참조하면, 게이트 패턴들(43a’, 43a”)은 하부 바디 패턴(42a)의 상부에 게이트 패턴들(40c’, 40c”)과 중첩되도록 배치된다. 하부 바디 패턴(42a)의 상부에 PMOS트랜지스터들(P2, P3)의 게이트 전극(P2G, P3G)이 배치되고, 하부 바디 패턴(42a)내에 PMOS트랜지스터(P2)의 드레인 영역들(P2D), PMOS트랜지스터들(P2, P3)의 소오스 영역(P2S)과 드레인 영역(P3S), 및 PMOS트랜지스터(P3)의 드레인 영역(P3D)이 제공된다. 게이트 전극(P2G)의 상부에 캐핑 절연막(44a‘)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(44b’)이 개재되고, 마찬가지로, 게이트 전극(P3G)의 상부에 캐핑 절연막(44a”)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(44b”)이 개재되고, 게이트 패턴들(43a’, 43a”)의 측벽들 상에 스페이서들(44c’, 44c”)가 제공된다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)을 갖는 하부 바디 패턴(42a)의 전면상에 층간 절연막(44e)이 적층된다. 그리고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)을 갖는 하부 바디 패턴(42a) 및 층간 절연막(44e)사이에 식각 저지막(44d)이 추가로 개재될 수 있다. 따라서, NMOS트랜지스터들(N2, N3)의 상부에 박막 트랜지스터인 PMOS트랜지스터들(P2, P3)가 적층된다. 12C and 19, the
메모리 셀, 인버터, 및 NAND게이트가 도11a, 도11c와 같이 배치되는 경우에 도12d에 나타낸 NOR게이트의 배치는 도11d와 동일한 배치를 가진다.When the memory cell, the inverter, and the NAND gate are arranged as shown in Figs. 11A and 11C, the arrangement of the NOR gate shown in Fig. 12D has the same arrangement as that in Fig. 11D.
도13a 및 도17a, b를 참조하면, 층간 절연막(5e)상에 상부 바디 패턴들(6a’, 6a”)이 배치된다. 상부 바디 패턴들(6a’, 6a”)은 각각 상부 노드 반도체 플러그들(4a’, 4a”)을 덮도록 배치되고, 하부 바디 패턴들(3b’, 3b”)과 중첩되도록 배치된다. 상부 바디 패턴들(6a’, 6a”)의 상부를 가로지르도록 워드 라인 패턴(6b)이 제공되고, 워드 라인 패턴(6b)은 게이트 패턴들(1c’, 1c”)과 중첩되도록 배치된다. 상부 바디 패턴들(6a’, 6a”) 각각의 상부에 워드 라인(T1G, T2G)이 제공되고, 상부 바디 패턴(6a’)의 내부에 전송 트랜지스터(T1)의 드레인 영역(T1D) 및 소오스 영역(T1S)이 제공되고, 상부 바디 패턴(6a”)의 내부에 전송 트랜지스터(T2)의 드레인 영역(T2D) 및 소오스 영역(T2S)이 제공된다. 그리고, 워드 라인(T1G, T2G)의 상부에 캐핑 절연막(7a)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(7b)이 개재되고, 워드 라인 패턴(6b)의 측벽에 스페이서(7c)가 제공된다. 전송 트랜지스터들(T1, T2)을 갖는 상부 바디 패턴들(6a’, 6a”)의 전면상에 층간 절연막(7e)이 적층된다. 그리고, 전송 트랜지스터들(T1, T2)을 갖는 상부 바디 패턴들(6a‘, 6a”) 및 층간 절연막(7e)사이에 식각 저지막(7d)이 추가로 개재될 수 있다. 따라서, 풀업 트랜지스터들(PU1, PU2)의 상부에 박막 트랜지스터인 전송 트랜지스터들(T1, T2)이 적층된다. 13A, 17A, and B,
메모리 셀이 도13a와 같이 배치되는 경우에 도13b, 도13c에 나타낸 인버터 및 NAND게이트의 배치는 도12b, 도12c와 동일한 배치를 가진다.In the case where the memory cells are arranged as shown in Fig. 13A, the arrangement of the inverter and the NAND gate shown in Figs. 13B and 13C has the same arrangement as that of Figs. 12B and 12C.
도13d 및 도20을 참조하면, PMOS트랜지스터(P5)의 드레인 영역(P5D)은 층간 절연막들(64e, 61e), 식각 저지막(41d)을 관통하는 노드 반도체 플러그(65b)에 전기적으로 접속되고, 상부 바디 패턴(65a)은 층간 절연막(64e) 및 노드 반도체 플러그(65b)를 덮도록 배치된다. 13D and 20, the drain region P5D of the PMOS transistor P5 is electrically connected to the
도14a, 및 도17a, b를 참조하면, 하부 노드 반도체 플러그(3a’), 상부 노드 반도체 플러그(4a’), 풀다운 트랜지스터(PD1)의 드레인 영역(PD1S), 풀업 트랜지스터(PU1)의 드레인 영역(PU1S), 및 전송 트랜지스터(T1)의 소오스 영역(T1S), 풀다운 트랜지스터(PD2)의 게이트 전극(PD2G), 및 풀업 트랜지스터(PU2)의 게이트 전극(PU2G)이 노드 플러그(8a’)를 통하여 전기적으로 접속된다. 그리고, 하부 노드 반도체 플러그(3a”), 상부 노드 반도체 플러그(4a”), 풀다운 트랜지스터(PD2)의 드레인 영역(PD2D), 풀업 트랜지스터(PU2)의 드레인 영역(PU2D), 및 전송 트랜지스터(T2)의 소오스 영역(T2S), 풀다운 트랜지스터(PD1)의 게이트 전극(PD1G), 및 풀업 트랜지스터(PU1)의 게이트 전극(PU1G)이 노드 플러그(8a”)를 통하여 전기적으로 접속된다.14A, 17A, and B, the lower
메모리 셀 이 도14a와 같이 배치되는 경우에 도14b, 도14c에 나타낸 인버터 및 NAND게이트의 배치는 도13b, 도13c와 동일한 배치를 가진다.In the case where the memory cells are arranged as shown in Fig. 14A, the arrangement of the inverter and the NAND gate shown in Figs. 14B and 14C has the same arrangement as that of Figs. 13B and 13C.
도14d 및 도20을 참조하면, 게이트 패턴들(66a’, 66a”)은 상부 바디 패턴(65a)의 상부에 게이트 패턴들(60c’, 60c”)과 중첩되도록 배치된다. 도20에 나타낸 바와 같이 상부 바디 패턴(65a)의 상부에 NMOS트랜지스터들(N4, N5)의 게이트 전극(N4G, N5G)이 배치되고, 상부 바디 패턴(65a)내에 NMOS트랜지스터(N5)의 드레인 영역들(N5D), NMOS트랜지스터들(N4, N5)의 소오스 영역(N5S)과 드레인 영역 (N4D), 및 NMOS트랜지스터(N4)의 소오스 영역(N4S)이 제공된다. 게이트 전극(N5G)의 상부에 캐핑 절연막(67a‘)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(67b’)이 개재되고, 마찬가지로, 게이트 전극(N4G)의 상부에 캐핑 절연막(67a”)이 개재되고, 하부에 게이트 절연막(67b”)이 개재되고, 게이트 패턴들(66a’, 66a”)의 측벽들 상에 스페이서들(67c’, 67c”)가 제공된다. 그리고, NMOS트랜지스터들(N4, N5)을 갖는 상부 바디 패턴(65a)의 전면상에 층간 절연막(67e)이 적층된다. 그리고, NMOS트랜지스터들(N4, N5)을 갖는 상부 바디 패턴(65a) 및 층간 절연막(67e)사이에 식각 저지막(67d)이 추가로 개재될 수 있다. 따라서, PMOS트랜지스터들(P4, P5)의 상부에 박막 트랜지스터인 NMOS트랜지스터들(N4, N5)이 적층된다.14D and 20, the
도15a 및 도17a, b를 참조하면, 노드 플러그들(8a’, 8a”) 및 층간 절연막(7e)상에 층간 절연막(9c)이 적층된다. 풀업 트랜지스터(PU1)의 소오스 영역(PU1S)이 전원 라인 콘택 플러그(9a’)에 전기적으로 접속되고, 풀업 트랜지스터(PU2)의 소오스 영역(PU2S)이 전원 라인 콘택 플러그(9a”)에 전기적으로 접속된다. 그리고, 풀다운 트랜지스터(PD1)의 소오스 영역(PD1S)이 접지 라인 콘택 플러그(9b’)에 전기적으로 접속되고, 풀다운 트랜지스터(PD2)의 소오스 영역(PD2S)의 접지 라인 콘택 플러그(9b”)에 전기적으로 접속된다.15A, 17A, and B, an
도15b 및 도18을 참조하면, 층간 절연막(24e)상에 층간 절연막(26)이 적층된다. 노드 반도체 플러그(22b), NMOS트랜지스터(N1)의 드레인 영역(N1D) 및 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인 영역(P1D)이 출력신호 라인 콘택 플러그(25a)에 전기적으로 접속되고, PMOS트랜지스터(P1)의 소오스 영역(P1S)이 전원 라인 콘택 플러그(25b) 에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스터(N1)의 소오스 영역(N1S)이 접지 라인 콘택 플러그(25c)에 전기적으로 접속된다. 그리고, 도시되지는 않았지만, PMOS트랜지스터(P1) 및 NMOS트랜지스터(N1)의 게이트 전극들(P1G, N1G)이 입력신호 라인 콘택 플러그(25d)에 전기적으로 접속된다.15B and 18, an
도15c 및 도19를 참조하면, 층간 절연막(44e)상에 층간 절연막(46)이 적층된다. 노드 콘택 플러그(42b), NMOS트랜지스터(N2)의 드레인 영역(N2D) 및 PMOS트랜지스터(P2)의 드레인 영역(P2D)이 출력신호 라인 콘택 플러그(45a)에 전기적으로 접속되고, PMOS트랜지스터들(P2, P3)의 소오스 영역(P2S, P3S)이 전원 라인 콘택 플러그(45b)에 전기적으로 접속되고, PMOS트랜지스터(P3)의 드레인 영역(P3D)이 출력신호 라인 콘택 플러그(45c)에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스터(N3)의 소오스 영역(N3S)이 접지 라인 콘택 플러그(45d)에 전기적으로 접속된다. NMOS트랜지스터(N2) 및 PMOS트랜지스터(P2)의 게이트 전극들(N2G, P2G)이 제1입력신호 라인 콘택 플러그(45e)에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스터(N3) 및 PMOS트랜지스터(P3)의 게이트 전극들(P2G, P3G)이 제2입력신호 라인 콘택 플러그(45f)에 전기적으로 접속된다.15C and 19, an
도15d 및 도20을 참조하면, 층간 절연막(67e)상에 층간 절연막(69)이 배치된다. 노드 콘택 플러그(65b), PMOS트랜지스터(P5)의 드레인 영역(P5D) 및 NMOS트랜지스터(N5)의 드레인 영역(N5S)이 출력신호 라인 콘택 플러그(68a)에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스터(N5)의 소오스 영역(N5S) 및 NMOS트랜지스터(N4)의 드레인 영역(N4D)이 접지 라인 콘택 플러그(68b)에 전기적으로 접속되고, NMOS트랜지스 터(N4)의 소오스 영역(N4S)이 출력신호 라인 콘택 플러그(68c)에 전기적으로 접속되고, PMOS트랜지스터(P4)의 소오스 영역(P4S)이 전원 라인 콘택 플러그(68d)에 전기적으로 접속된다. PMOS트랜지스터(P5) 및 NMOS트랜지스터(N5)의 게이트 전극들(P5G, N5G)이 제1입력신호 라인 콘택 플러그(68c)에 전기적으로 접속되고, PMOS트랜지스터(P4) 및 NMOS트랜지스터(N4)의 게이트 전극들(P4G, N4G)이 제2입력신호 라인 콘택 플러그(68d)에 전기적으로 접속된다.15D and 20, an
도16a 및 도17a, b를 참조하면, 층간 절연막(9c)상에 층간 절연막(11)이 배치된다. 전원 라인 콘택 플러그(9a’)위에 전원전압 라인(10b)이 덮혀지고, 접지 라인 콘택 플러그(9b’)위에 접지전압 라인(10a)이 덮혀진다. 그리고, 전원 라인 콘택 플러그(9a”)위에 전원전압 라인(10b)이 덮혀지고, 접지 라인 콘택 플러그(9b”)위에 접지전압 라인(10b)이 덮혀진다. 층간 절연막(11)상에 층간 절연막(12)이 배치되고, 전송 트랜지스터들(T1, T2)의 드레인 영역들(T1D, T2D) 각각이 비트 라인 콘택 플러그들(13a’, 13a”)에 전기적으로 접속된다. 그리고, 비트 라인 콘택 플러그들(13a’, 13a”)위에 비트 라인(14)이 덮혀진다.16A, 17A, and B, an
도16b 및 도18을 참조하면, 층간 절연막(26)상에 층간 절연막(28)이 배치되고, 출력신호 라인 콘택 플러그(25a)위에 출력신호 라인(27a)이 덮혀지고, 접지 라인 콘택 플러그(25b)위에 접지전압 라인(27b)이 덮혀지고, 전원 라인 콘택 플러그(25c)위에 전원전압 라인(27c)이 덮혀진다. 그리고, 입력신호 라인 콘택 플러그(25d)위에 입력신호 라인(27d)이 덮혀진다.16B and 18, the
도16c 및 도19를 참조하면, 층간 절연막(46)상에 층간 절연막(48)이 배치되 고, 출력신호 라인 콘택 플러그(45a)위에 출력신호 라인(47a)이 덮혀지고, 전원 라인 콘택 플러그(45b)위에 전원전압 라인(47b)이 덮혀지고, 출력신호 라인 콘택 플러그(45c)위에 출력신호 라인(47c)이 덮혀지고, 접지 라인 콘택 플러그(45d)위에 접지전압 라인(47d)이 덮혀진다. 그리고, 제1입력신호 라인 콘택 플러그(45e)위에 제1입력신호 라인(47e)이 덮혀지고, 제2입력신호 라인 콘택 플러그(45f)위에 제2입력신호 라인(47f)이 덮혀진다.16C and 19, the interlayer insulating film 48 is disposed on the
도16d 및 도20을 참조하면, 층간 절연막(69)상에 층간 절연막(71)이 배치되고, 출력신호 라인 콘택 플러그(68a)위에 출력신호 라인(70a)이 덮혀지고, 접지 라인 콘택 플러그(68b)위에 접지전압 라인(70b)이 덮혀지고, 출력신호 라인 콘택 플러그(68c)위에 출력신호 라인(70a)이 덮혀지고, 전원 라인 콘택 플러그(68d)위에 전원전압 라인(70d)이 덮혀진다. 그리고, 제1입력신호 라인 콘택 플러그(68e)위에 제1입력신호 라인(70e)이 덮혀지고, 제2입력신호 라인 콘택 플러그(68e)위에 제2입력신호 라인(70f)이 덮혀진다.16D and 20, an
상술한 실시예의 노드 콘택 플러그들과, 상부 및 하부 바디 패턴들은 단결정 실리콘 기판들일 수 있다. 그리고, 상부 및 하부 바디 패턴들은 다결정 실리콘 기판들일 수도 있으며, 이 경우에 노드 콘택 플러그들은 필요하지 않다. The node contact plugs and the upper and lower body patterns of the above-described embodiment may be single crystal silicon substrates. And, the upper and lower body patterns may be polycrystalline silicon substrates, in which case no node contact plugs are needed.
상술한 실시예의 메모리 셀처럼, 메모리 셀의 1층에 벌크 트랜지스터가 배치되고, 2층 및 3층에 박막 트랜지스터가 배치되는 경우에, 공정의 편의를 위하여 주변회로의 2층 및 3층에 배치되는 박막 트랜지스터의 형태는 메모리 셀의 2층 및 3층에 배치되는 박막 트랜지스터의 형태와 동일한 형태를 배치하는 것이 바람직하 다.Like the memory cell of the above-described embodiment, in the case where the bulk transistor is disposed on one layer of the memory cell and the thin film transistor is disposed on the two and three layers, the bulk transistor is disposed on the two and three layers of the peripheral circuit for the convenience of the process. The thin film transistor preferably has the same shape as that of the thin film transistor disposed on the second and third layers of the memory cell.
도21a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제1실시예의 적층 구조를 나타내는 것으로, 도21a에 나타낸 바와 같이, 메모리 셀 어레이의 1층, 2층, 및 3층에 각각 벌크 NMOS트랜지스터, 박막 PMOS트랜지스터, 박막 NMOS트랜지스터가 적층되는 경우에, 주변회로의 1층, 2층 및 3층에 도21b에 나타낸 바와 같은 형태로 적층되는 것이 공정상의 편의를 위하여 바람직하다. 즉, 1층에는 벌크 NMOS트랜지스터 또는/및 벌크 PMOS트랜지스터가 배치될 수 있고, 2층 및 3층에는 메모리 셀 어레이의 2층 및 3층에 배치되는 트랜지스터와 동일한 형태의 박막 PMOS트랜지스터 및 박막 NMOS트랜지스터가 각각 적층되는 것이 바람직하다.21A and 21B show the stacked structure of the first embodiment of the memory cell array and the peripheral circuit of the present invention. As shown in Fig. 21A, bulk NMOS transistors are respectively provided on the first, second and third layers of the memory cell array. In the case where the thin film PMOS transistor and the thin film NMOS transistor are stacked, it is preferable for the convenience of the process to be laminated on the first, second and third layers of the peripheral circuit as shown in Fig. 21B. That is, a bulk NMOS transistor or / and a bulk PMOS transistor may be disposed on one layer, and thin film PMOS transistors and thin film NMOS transistors having the same shape as transistors disposed on
도22a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제2실시예의 적층 구조를 나타내는 것으로, 도22a에 나타낸 바와 같이, 메모리 셀 어레이의 1층, 2층, 및 3층에 각각 벌크 NMOS트랜지스터, 박막 NMOS트랜지스터, 박막 PMOS트랜지스터가 적층되는 경우에, 주변회로의 1층, 2층 및 3층에 도22b에 나타낸 바와 같은 형태로 적층되는 것이 공정상의 편의를 위하여 바람직하다. 즉, 1층에는 벌크 NMOS트랜지스터 또는/및 벌크 PMOS트랜지스터가 배치될 수 있고, 2층 및 3층에는 메모리 셀 어레이의 2층 및 3층에 배치되는 트랜지스터와 동일한 형태의 박막 NMOS트랜지스터, 박막 PMOS트랜지스터가 각각 적층되는 것이 바람직하다.22A and 22B show a stacked structure of the second embodiment of the memory cell array and the peripheral circuit of the present invention. As shown in FIG. 22A, bulk NMOS transistors are provided on one, two, and three layers of the memory cell array, respectively. In the case where the thin film NMOS transistors and the thin film PMOS transistors are stacked, it is preferable for the convenience of the process to be laminated on the first, second and third layers of the peripheral circuit as shown in Fig. 22B. That is, a bulk NMOS transistor or / and a bulk PMOS transistor can be disposed on one layer, and thin film NMOS transistors and thin film PMOS transistors of the same type as transistors disposed on two and three layers of a memory cell array on two and three layers. It is preferable that each be laminated.
도23a, b는 본 발명의 메모리 셀 어레이 및 주변회로의 제3실시예의 적층 구조를 나타내는 것으로, 도23a에 나타낸 바와 같이, 메모리 셀 어레이의 1층, 2층, 및 3층에 각각 벌크 PMOS트랜지스터, 박막 NMOS트랜지스터, 박막 NMOS트랜지스터가 적층되는 경우에, 주변회로의 1층, 2층 및 3층에 도23b에 나타낸 바와 같은 형태로 적층되는 것이 공정상의 편의를 위하여 바람직하다. 즉, 1층에는 벌크 NMOS트랜지스터 또는/및 벌크 PMOS트랜지스터가 배치될 수 있고, 2층 및 3층에는 메모리 셀 어레이의 2층 및 3층에 배치되는 트랜지스터와 동일한 형태의 박막 NMOS트랜지스터, 박막 NMOS트랜지스터가 각각 적층되는 것이 바람직하다.23A and 23B show the stacked structure of the third embodiment of the memory cell array and the peripheral circuit of the present invention. As shown in FIG. 23A, bulk PMOS transistors are provided on one, two, and three layers of the memory cell array, respectively. In the case where the thin film NMOS transistors and the thin film NMOS transistors are stacked, it is preferable for the convenience of the process to be laminated on the first, second and third layers of the peripheral circuit as shown in Fig. 23B. That is, a bulk NMOS transistor or / and a bulk PMOS transistor may be disposed on one layer, and thin film NMOS transistors and thin film NMOS transistors of the same type as transistors disposed on
물론, 주변회로의2층 및 3층에 배치되는 박막 트랜지스터의 형태가 메모리 셀 어레이의 2층 및 3층에 배치되는 박막 트랜지스터의 형태와 다른 형태를 배치하는 것도 가능하지만, 공정이 복잡해지게 된다.Of course, the thin film transistors arranged on the second and third layers of the peripheral circuit can be arranged differently from the thin film transistors arranged on the second and third layers of the memory cell array, but the process becomes complicated.
본 발명의 반도체 메모리 장치는 메모리 셀의 레이아웃 면적뿐만아니라 주변회로의 레이아웃 면적을 줄일 수 있기 때문에 반도체 메모리 장치의 전체적인 레이아웃 면적을 줄이는 것이 가능하다.Since the semiconductor memory device of the present invention can reduce not only the layout area of the memory cell but also the layout area of the peripheral circuit, it is possible to reduce the overall layout area of the semiconductor memory device.
상술한 실시예에서는 인버터, NAND게이트, NOR게이트를 구성하는 트랜지스터들을 적층하는 것을 설명하였지만, AND게이트, 및 OR게이트와 같은 논리 게이트 뿐만아니라 다른 논리 회로를 구성하는 트랜지스터들을 적층하는 것이 가능함은 물론이다.Although the above-described embodiment has described stacking transistors constituting an inverter, a NAND gate, and a NOR gate, it is of course possible to stack transistors constituting other logic circuits as well as logic gates such as an AND gate and an OR gate. .
또한, 본 발명의 주변회로는 주변회로의 모든 기능 블록들을 구성하는 트랜지스터들을 쌓아서 배치하지 않고, 일부 기능 블록, 예를 들면, 로우 및/또는 컬럼 디코더를 구성하는 트랜지스터들만을 쌓아서 배치하거나, 로우 및/또는 컬럼 디코더의 출력단의 드라이버(일반적으로, 인버터로 구성됨)를 구성하는 트랜지스터들만을 쌓아서 배치할 수도 있다.In addition, the peripheral circuit of the present invention does not stack transistors constituting all the functional blocks of the peripheral circuit, and stacks only the transistors constituting some functional blocks, for example, row and / or column decoders, Only transistors constituting a driver (generally composed of an inverter) of the output terminal of the column decoder may be stacked and arranged.
상술한 실시예의 주변회로를 구성하는 인버터, NAND게이트, 및 NOR게이트의 배치 방법은 다른 반도체 장치에도 유용하게 사용될 수 있다.The method of arranging the inverter, the NAND gate, and the NOR gate constituting the peripheral circuit of the above-described embodiment can be usefully used for other semiconductor devices.
그리고, 상술한 실시예에서는 정적 반도체 메모리 장치를 예로 들어 설명하였지만, 정적 반도체 메모리 장치뿐만아니라 동적 반도체 메모리 장치에도 본 발명의 주변회로를 이용하여 구성함으로써 레이아웃 면적을 줄이는 것이 가능하다.In the above-described embodiment, the static semiconductor memory device has been described as an example, but the layout area can be reduced by using the peripheral circuit of the present invention not only for the static semiconductor memory device but also for the dynamic semiconductor memory device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
본 발명의 반도체 메모리 장치 및 이 장치의 배치방법은 메모리 셀 어레이뿐만아니라 주변회로를 구성하는 트랜지스터들을 쌓아서 배치하는 것이 가능하게 됨으로써 장치의 전체적인 레이아웃 면적을 축소할 수 있다.The semiconductor memory device and the method of arranging the device of the present invention can stack and arrange not only a memory cell array but also transistors constituting a peripheral circuit, thereby reducing the overall layout area of the device.
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