JP2000232168A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
ラウンディングの発生を抑制することができ、セルサイ
ズを縮小して高集積化を図ることができる半導体記憶装
置を提供する。 【解決手段】 駆動トランジスタの長さDT.W1 、駆
動トランジスタのチャネル長DT.L1 、ワードトラン
ジスタの長さWT.W1 およびワードトランジスタのチ
ャネル長WT.L1 との間に、以下の関係が成立するよ
うにする。 (DT.W1 /WT.W1 )/(WT.L1 /DT.L
1 )<1.2 駆動トランジスタの長さDT.W1 とワードトランジス
タの長さWT.W1 とを等しくし、p型能動領域101
a,101bのパターンにおける段差を低減させる一
方、ワードトランジスタのチャネル長WT.L1 を、駆
動トランジスタのチャネル長DT.L1 よりも大きく
(WT.L1 /DT.L1 >1)する。
Description
スタ構成のSRAM(Static Random Access Memory ;
スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)セル等の
半導体記憶装置に関する。
プと、ワード線の印加電圧に応じて導通/非導通が制御
され、フリップフロップの2つの記憶ノードそれぞれを
ビット線に接続するか否かを決める2つのトランジスタ
(ワードトランジスタ)とから構成されている。このS
RAMセルは、フリップフロップの負荷素子の違いによ
り、MOSトランジスタ負荷型と高抵抗負荷型との2つ
に大別できる。このうちMOSトランジスタ負荷型は、
6つのトランジスタを有する構成となっており、負荷ト
ランジスタの種類に応じてpチャネル型のMOSトラン
ジスタ(以下,pMOSという)負荷型、TFT (Thin
Film Transistor)負荷型が知られている。
ルの配置パターンの一例を表したものである。なお、こ
の図は、トランジスタのゲートを形成した後の様子を表
すもので、セル内部の接続線やビット線等の上層配線層
は省略されている。
は、駆動トランジスタとしてのnチャネル型MOSトラ
ンジスタ(以下、nMOSという)が形成される2つの
p型能動領域101a,101b、負荷トランジスタと
してのpチャネル型MOSトランジスタ(以下、pMO
Sという)が形成される2つのn型能動領域102a,
102bを有している。これらp型能動領域101a,
101bおよびn型能動領域102a,102bの周囲
は、例えばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)或
いはトレンチ構造の素子分離絶縁領域103となってい
る。
2つのp型能動領域101a,101bはそれぞれ段差
106を有し、図において上下に並行に配置されてい
る。一方のp型能動領域101aでは、その段差106
を挟んで両側に駆動トランジスタQn1とワードトラン
ジスタQn3とが形成されている。他方のp型能動領域
101bでは、その段差106を挟んで両側にワードト
ランジスタQn4と駆動トランジスタQn2とが形成さ
れている。ワードトランジスタQn3のゲート電極を兼
ねるワード線(WL)104aがp型能動領域101a
に、また、ワードトランジスタQn4のゲート電極を兼
ねるワード線(WL)104bがp型能動領域101b
に対してそれぞれ直交するように配線されている。これ
に対して、駆動トランジスタQn1のゲート電極を兼ね
る共通ゲート線105a(GL1)がp型能動領域10
1aに対して図6の縦方向に直交し、また同様な方向
に、共通ゲート線105b(GL2)がp型能動領域1
01bに対して直交している。なお、これら共通ゲート
線105a,105bおよびワード線104a,104
bは共に不純物含む第1層目のポリシリコン層により形
成されている。
2aに対しても直交している。同様に、共通ゲート線1
05bはn型能動領域102bに対しても直交してい
る。これにより、n型能動領域102a,102bにそ
れぞれpMOS(負荷トランジスタQp1又はQp2)
が形成されている。負荷トランジスタQp1と駆動トラ
ンジスタQn1とにより第1のインバータが構成され、
同様に、負荷トランジスタQp2と駆動トランジスタQ
n2とにより第2のインバータが構成されている。これ
ら第1のインバータおよび第2のインバータによりフリ
ップフロップが構成される。なお、共通ゲート線105
aとワード線104b、また、共通ゲート線105bと
ワード線104aとがそれぞれ同一直線状に配設されて
いる。なお、p型能動領域101a,101bそれぞれ
はコンタクト107を介してビット線(図示せず)また
はVSS(共通電位)の供給線(図示せず)にそれぞれ電
気的に接続されている。また、p型能動領域101aと
n型能動領域102a、p型能動領域101bとn型能
動領域102bは、それぞれ、コンタクト(図示せず)
を介して互いに電気的に接続されている。n型能動領域
12a,12bはコンタクト(図示せず)を介してVCC
(電源電圧)の供給線と共通に接続されている。
トランジスタ構成を有するSRAMにおいて、ワードト
ランジスタと駆動トランジスタとの関係を見ると、駆動
トランジスタQn1,Qn2のチャネル長をDT.L、
ワードトランジスタQn3,Qn4のチャネル長をW
T.Lとした場合、DT.L=WT.Lの関係にある。
具体例としては、例えば後述の表1にも示したように、
DT.L=WT.L=0.18μmが挙げられる。ま
た、駆動トランジスタQn1,Qn2の長さをDT.
W、ワードトランジスタQn3,Qn4の長さをWT.
Wとすると、DT.W=0.64μm、WT.W=0.
49μmである。なお,各トランジスタの長さは、チャ
ネル電流が流れる方向に対して直交する方向の長さを示
している。
T.W/WT.W=DT.L/WT.L=1.0、すな
わち、駆動トランジスタQn1,Qn2とワードトラン
ジスタQn3,Qn4との大きさ(チャネル長および長
さ)を互いに等しくすることが一般的であった。
ージン(Static Noise Margin )(以下、SNMとい
う)などのセル動作の安定性を確保しようとするセルデ
ザインの場合には、上記のように駆動トランジスタQn
1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4との大
きさを等しくするのではなく、駆動トランジスタQn
1,Qn2の長さDT.Wを、ワードトランジスタQn
3,Qn4の長さWT.Wよりも大きく、すなわち、ワ
ードトランジスタQn3,Qn4のチャネル電流に対す
る抵抗成分を駆動トランジスタQn1,Qn2のそれよ
りも相対的に大きくし、これによりプルダウン電流を下
げることが行われている。そのため、図6にも示したよ
うに、上述の従来のSRAMセル100においては、駆
動トランジスタQn1,Qn2とワードトランジスタQ
n3,Qn4の長さに差を持たせるべく、p型能動領域
101a,101bのパターンに段差106が形成され
ている。ここでは、段差16の大きさは、DT.W−W
T.W=0.15μmとなっている。
ては、高集積化を目的として、セルフアラインコンタク
ト技術を導入し、あるいは、コンタクトパターンの形成
の際の下地の第1層目のポリシリコン層(すなわち、ワ
ード線104a,104b、共通ゲート線105a,1
05b)に対する合わせ精度の向上を図ることによっ
て、ポリシリコン層とコンタクト107との間のスペー
スを縮小し、これによりセルサイズの縮小が図られてい
る。
ニングプロセスでは、p型能動領域101a,101b
のパターンの段差106において、角部分が丸まってし
まい(Corner Rounding ;コーナーラウンディング)、
設計通りのパターン形状を得ることができない。このた
め、上述のようにポリシリコン層とコンタクト107と
の間のスペースを縮小し、その結果、駆動トランジスタ
Qn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4と
の間の距離が小さくなった場合、両者の間にあるパター
ンの段差106と、駆動トランジスタQn1,Qn2、
ワードトランジスタQn3,Qn4との距離が小さくな
る。すなわち、図6に2点鎖線で示したように、コーナ
ーラウンディングが発生した部分(コーナーラウンディ
ング発生部106a)若しくはその近傍に、駆動トラン
ジスタQn1,Qn2およびワードトランジスタQn
3,Qn4が形成されることになる。そのため、従来の
SRAMセルにおいては、設計通りの長さの駆動トラン
ジスタおよびワードトランジスタを得ることができない
という問題があった。
においては、セルフアラインコンタクト技術を導入し、
あるいは、コンタクトパターンの形成の際の下地のポリ
シリコン層に対する合わせ精度の向上を図ることによ
り、ポリシリコン層とコンタクトとの間のスペースを縮
小した場合においても、駆動トランジスタとワードトラ
ンジスタとの間のスペースを、コーナーラウンディング
発生部の影響が及ばない領域まで拡大する必要があり、
これが結局セルサイズの縮小を妨げる要因となってい
た。
ので、その目的は、レジストのパターニング時における
コーナーラウンディングの発生を抑制し、セルサイズを
縮小して高集積化を図ることができる半導体記憶装置を
提供することにある。
装置は、駆動トランジスタの長さDT.W、駆動トラン
ジスタのチャネル長DT.L、ワードトランジスタの長
さWT.Wおよびワードトランジスタのチャネル長W
T.Lとの間に、 (DT.W/WT.W)/(WT.L/DT.L)<
1.2 の関係を有するように構成したものである。なお、各ト
ランジスタにおいて、その長さとは、チャネル電流が流
れる方向に対して直交する方向の長さをいう。
タの長さDT.W、駆動トランジスタのチャネル長D
T.L、ワードトランジスタの長さWT.Wおよびワー
ドトランジスタのチャネル長WT.Lとの間に上記の関
係を有することから、DT.W/WT.Wを1.0に近
づけると共に、WT.L/DT.Lを1.0より大き
く、すなわちワードトランジスタのチャネル長WT.L
を駆動トランジスタのチャネル長DT.Lよりも大きく
することにより、能動領域におけるパターンの段差が低
減され、若しくは段差がなくなる。よって、レジストの
パターニング時におけるコーナーラウンディングの発生
が抑制される。
施の形態を詳細に説明する。
ち、図4を参照してpMOS負荷型SRAMセルの回路
構成について説明する。
トランジスタからなる構成を有しており、nチャネル型
のMOSトランジスタ(以下、nMOSという)Qn
1,Qn2、pチャネル型のMOSトランジスタ(以
下、pMOSという)Qp1,Qp2を備えている。n
MOSQn1,Qn2はそれぞれ駆動トランジスタ、p
MOSQp1,Qp2はそれぞれ負荷トランジスタとし
て作用するものである。これら負荷トランジスタpMO
SQp1,Qp2および駆動トランジスタnMOSQn
1,Qn2によって、入力端が互いに交叉して一方の入
力端が他方の出力端に接続され、他方の入力端が一方の
出力端に接続された、2つのインバータ(フリップフロ
ップ)が構成されている。
ド線WL1,WL2の印加電圧に応じて各インバータの
接続点(記憶ノードND1,ND2)をビット線BL
1,BL2に接続するか否かを制御するワードトランジ
スタである。このセル構成は一般的であり、ここでは、
これ以上の詳細な接続関係の説明は省略する。
片側のビット線BL1を高電位にするようにして、ワー
ドトランジスタQn3,Qn4のゲートにワード線WL
1,WL2を介して所定電圧を印加することで、両トラ
ンジスタQn3,Qn4をオンさせ、記憶ノードND
1,ND2に電荷を蓄積する。片側の記憶ノードが「H
(ハイ)」になると、フリップフロップ構成の特徴とし
て、もう一方の記憶ノードが「L(ロー)」になるよう
に、駆動トランジスタQn1,Qn2および負荷トラン
ジスタQp1,Qp2が動作する。例えば、記憶ノード
ND1が「H」,記憶ノードND2が「L」の場合は、
駆動トランジスタQn2と負荷トランジスタQp1がオ
ン状態、駆動トランジスタQn1と負荷トランジスタQ
p2がオフ状態をとり、記憶ノードND1が電源電圧V
ccの供給線から電荷の供給を受け、記憶ノードND2が
接地電位に保持され続ける。逆に、ビット線BL1電位
が「L」のときワードトランジスタQn3がオンするこ
とによって記憶ノードND1が強制的に”L”に移行す
るか、ビット線BL2電位が「H」のときにワードトラ
ンジスタQn4がオンすることによって記憶ノードND
2が強制的に「H」に移行すると、駆動トランジスタQ
n1,Qn2および負荷トランジスタQp1,Qp2が
全て反転し、記憶ノードND2が電源電圧Vccの供給線
から電荷の供給を受け、記憶ノードND1が接地電位に
保持されるようになる。このように、電荷保持をフリッ
プフロップで行うことで、電荷を静的に記憶ノードND
1,ND2に保持し、その電位が「L」であるか「H」
であるかを、それぞれ「0」と「1」のデータに対応さ
せて、このデータをセル内の6つのトランジスタで記憶
させることができる。
て本発明の第1の実施の形態に係る6トランジスタ型S
RAMセルのパターンの構成について説明する。このS
RAMセル10は、第1導電型の能動領域としてのp型
能動領域11a,11b、および第2導電型の能動領域
としてのn型能動領域12a,12bを備えている。こ
れらp型能動領域11a,11bおよびn型能動領域1
2a,12bの周囲は、例えばLOCOSあるいはトレ
ンチ構造の素子分離絶縁領域13となっている。
型能動領域11a,11bはそれぞれ、図において上下
に並行に配置されている。一方のp型能動領域11aで
は、その両側に駆動トランジスタQn1とワードトラン
ジスタQn3とが形成されている。他方のp型能動領域
11bでは、その両側にワードトランジスタQn4と駆
動トランジスタQn2とが形成されている。ワードトラ
ンジスタQn3のゲート電極を兼ねるワード線(WL)
14aが、p型能動領域11aに、また、ワードトラン
ジスタQn4のゲート電極を兼ねるワード線(WL)1
4bが、p型能動領域11bに対してそれぞれ直交する
ように配線されている。これに対して、駆動トランジス
タQn1のゲート電極を兼ねる共通ゲート線15a(G
L1)がp型能動領域11aに対して図1の縦方向に直
交し、また同様な方向に、共通ゲート線15b(GL
2)がp型能動領域11bに対して直交している。
に対しても直交している。同様に、共通ゲート線15b
はn型能動領域12bに対しても直交している。これに
より、n型能動領域12a,12bにそれぞれpMOS
(負荷トランジスタQp1又はQp2)が形成されてい
る。負荷トランジスタQp1と駆動トランジスタQn1
とにより第1のインバータが構成され、同様に、負荷ト
ランジスタQp2と駆動トランジスタQn2とにより第
2のインバータが構成されている。これら第1のインバ
ータおよび第2のインバータによりフリップフロップが
構成される。なお、共通ゲート線15aとワード線14
b、また、共通ゲート線15bとワード線14aとがそ
れぞれ同一直線状に配設されている。なお、これら共通
ゲート線15a,15bおよびワード線14a,14b
は共に、不純物含む第1層目のポリシリコン層により形
成されている。
従来のSRAMセル100(図6)と実質的に同じであ
るが、本実施の形態のSRAMセル10では、駆動トラ
ンジスタQn1,Qn2の長さDT.W1 、駆動トラン
ジスタQn1,Qn2のチャネル長DT.L1 、ワード
トランジスタQn3,Qn4の長さWT.W1 およびワ
ードトランジスタQn3,Qn4のチャネル長WT.L
1 との間に、以下の関係が成立するようにし、p型能動
領域11a,11bのパターンにおける段差をなくした
ものである。
タの長さDT.W1 とワードトランジスタの長さWT.
W1 とは等しい(DT.W1 =WT.W1 )が、ワード
トランジスタのチャネル長WT.L1 が駆動トランジス
タのチャネル長DT.L1 よりも大きく(WT.L1 /
DT.L1 >1)なっている。このような関係を有する
各トランジスタの長さの組み合わせの具体的な例として
は、表1において(d)欄にも記載したような、以下の
数値が挙げられる。
WT.L1 =0.23μm,DT.L1 =0.18μm
1,Qn2の長さDT.W1 とワードトランジスタQn
3,Qn4の長さWT.W1 とを等しくし、p型能動領
域11a,11bのパターンにおける段差をなくす一
方、ワードトランジスタQn3,Qn4のチャネル長W
T.L1 を駆動トランジスタQn1,Qn2のチャネル
長DT.L1 よりも大きくしている。すなわち、ワード
トランジスタQn3,Qn4のチャネル長WT.L1 が
駆動トランジスタQn1,Qn2のチャネル長DT.L
1 よりも大きいことにより、ワードトランジスタQn
3,Qn4におけるチャネル電流に対する抵抗成分が、
駆動トランジスタQn1,Qn2のそれよりも相対的に
大きくなり、SNMなどのセル動作の安定化を図ること
ができる。また、p型能動領域11a,11bに段差が
ないため、これらp型能動領域11a,11bをレジス
トのパターニングにより形成する際に、駆動トランジス
タQn1,Qn2とワードトランジスタQn3,Qn4
との間において、従来のようなコーナーラウンディング
が発生することはない。
ンタクト技術を導入し、あるいは、コンタクトパターン
の形成の際の下地のポリシリコン層に対する合わせ精度
の向上を図ることにより、ポリシリコン層とコンタクト
との間のスペースを縮小する場合においても、このスペ
ースをコーナーラウンディングの影響を考慮することな
く可能な限り小さくできる。よって、本実施の形態で
は、従来のSRAMセルと同等のSNMを得ながら、セ
ル面積を縮小でき、高集積化を図ることが可能になる。
スタの長さDT.W1 とワードトランジスタの長さW
T.W1 とを等しくし、p型能動領域11a,11bに
おいて段差が全く生じない構成としたが、本発明では、
コーナーラウンディングの発生による影響を実質的に無
視できるものであれば、DT.W1 とWT.W1 との長
さを異ならせ、多少の段差を設けるようにしてもよい。
すなわち、一般的には、駆動トランジスタの長さDT.
W、駆動トランジスタのチャネル長DT.L、ワードト
ランジスタの長さWT.Wおよびワードトランジスタの
チャネル長WT.Lとの間に、以下の関係を有するよう
に構成すればよい。
ジスタのチャネル長WT.Lを駆動トランジスタのチャ
ネル長DT.Lよりも大きく(WT.L/DT.L>
1)することは上記実施の形態の場合と同様である。
(3)であり、更に好ましくは式(4),(5)であ
る。
(WT.L/DT.L)のサイズ比と、段差〔DT.W
−WT.W〕との関係を表すものである。この図からも
明らかなように、(DT.W/WT.W)/(WT.L
/DT.L)のサイズ比が小さくなるにつれ、段差〔D
T.W−WT.W〕の大きさが小さくなり、コーナーラ
ウンディングの影響がなくなる。また、表1に(b)〜
(d)で示したように、段差〔DT.W−WT.W〕を
小さくする(すなわち、(DT.W/WT.W)を1.
0に近づける)ためには、ワードトランジスタのチャネ
ル長WT.Lを駆動トランジスタのチャネル長DT.L
よりも大きくする((WT.L/DT.L)>1)こと
が望ましい。
L/DT.L)の具体的な値の他の例を第2の実施の形
態、第3の実施の形態として説明する。なお、以下の実
施の形態においても、駆動トランジスタの長さおよびチ
ャネル長、ワードトランジスタの長さおよびチャネルと
の相互の関係以外の構成は、図1に示したSRAMセル
10と実質的に同じであるので、第1の実施の形態と実
質的に同一機能を有する部分には同一符号を付して、そ
の具体的な説明は省略する。
AMセル20は、駆動トランジスタQn1,Qn2の長
さDT.W2 、駆動トランジスタQn1,Qn2のチャ
ネル長DT.L2 、ワードトランジスタQn3,Qn4
の長さWT.W2 およびワードトランジスタQn3,Q
n4のチャネル長WT.L2 との間に、次式の関係を有
している。
たように、DT.W2 =0.54,WT.W2 =0.4
9μm,WT.L2 =0.21μm,DT.L2 =0.
18μmである。p型能動領域11a,11bのパター
ンには、0.05μmの段差16(DT.W2 −WT.
W2 )が存在するものの、従来のSRAMセル100の
それに比べて3分の1の大きさとなっている。また、ワ
ードトランジスタQn3,Qn4のチャネル長WT.L
2 は駆動トランジスタQn1,Qn2のチャネル長D
T.L2 よりも大きく(1.18倍)なっている。
AMセル30は、駆動トランジスタQn1,Qn2の長
さDT.W3 、駆動トランジスタQn1,Qn2のチャ
ネル長DT.L3 、ワードトランジスタQn3,Qn4
の長さWT.W3 およびワードトランジスタQn3,Q
n4のチャネル長WT.L3 との間に、次式の関係を有
している。
たように、DT.W3 =0.59,WT.W3 =0.4
9μm,WT.L3 =0.19μm,DT.L3 =0.
18μmである。本実施の形態では、p型能動領域11
a,11bのパターンには、0.1μmの段差16(D
T.W3 −WT.W3 )が存在するものの、従来のSR
AMセル100のそれに比べて3分の2の大きさとなっ
ている。また、ワードトランジスタQn3,Qn4のチ
ャネル長WT.L3 は駆動トランジスタQn1,Qn2
のチャネル長DT.L3 よりも大きく(1.06倍)な
っている。
の形態におけるSRAMセル20,30の効果も第1の
実施の形態におけるSRAMセル10と実質的に同様で
あり、レジストのパターニング時におけるコーナーラウ
ンディングの発生を抑制することができ、よって従来と
同等のSNMを得ながら、セルサイズを縮小して高集積
化を図ることが可能になる。
装置によれば、駆動トランジスタの長さDT.W、駆動
トランジスタのチャネル長DT.L、ワードトランジス
タの長さWT.Wおよびワードトランジスタのチャネル
長WT.Lとの間に、 (DT.W/WT.W)/(WT.L/DT.L)<
1.2 の関係を有するように構成したので、レジストのパター
ニング時におけるコーナーラウンディングの発生を抑制
することができ、よってセルサイズを縮小して高集積化
を図ることが可能になる。
のパターン構成を説明するための平面図である。
のパターン構成を説明するための平面図である。
のパターン構成を説明するための平面図である。
ある。
L)と、段差〔DT.W−WT.W〕との関係を表す特
性図である。
ための図である。
型能動領域、12a,12b…n型能動領域、13…素
子絶縁分離領域、14a,14b…ワード線(WL1,
WL2)、15a,15b…共通ゲート線(GL1,G
L2)、16…段差
Claims (5)
- 【請求項1】 メモリセル毎に、同一導電型の能動領域
に互いに隣接して駆動トランジスタとワードトランジス
タを含む半導体記憶装置であって、 前記駆動トランジスタの長さDT.W、前記駆動トラン
ジスタのチャネル長DT.L、前記ワードトランジスタ
の長さWT.Wおよび前記ワードトランジスタのチャネ
ル長WT.Lとの間に、 (DT.W/WT.W)/(WT.L/DT.L)<
1.2 の関係を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 (DT.W/WT.W)/(WT.L/
DT.L)<1.1 の関係を有することを特徴とする請求項1記載の半導体
記憶装置。 - 【請求項3】 (DT.W/WT.W)/(WT.L/
DT.L)<1.0 の関係を有することを特徴とする請求項1記載の半導体
記憶装置。 - 【請求項4】 (DT.W/WT.W)/(WT.L/
DT.L)<0.9 の関係を有することを特徴とする請求項1記載の半導体
記憶装置。 - 【請求項5】 (DT.W/WT.W)≧1、且つ、
(WT.L/DT.L)>1の関係を有することを特徴
とする請求項1記載の半導体記憶装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11033418A JP2000232168A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体記憶装置 |
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