JP3237346B2 - Semiconductor storage device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に係
り、さらに詳しくは、負荷トランジスタが駆動トランジ
スタおよび選択トランジスタと共に、半導体基板上に直
接形成された完全CMOS型スタティクランダムアクセ
スメモリ(SRAM)に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a complete CMOS static random access memory (SRAM) in which a load transistor is formed directly on a semiconductor substrate together with a driving transistor and a selection transistor. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】4Mbあるいは16Mb用SRAMのメ
モリセルとして、Pチャネル型薄膜トランジスタ(TF
T)を負荷トランジスタとして用いたSRAM用メモリ
セルが開発されている。このTFT負荷型SRAM用メ
モリセルは、高抵抗負荷型SRAM用メモリに比較し
て、スタンバイ時の消費電力が少なく、安定性に優れて
いる。また、負荷トランジスタが半導体基板上に形成さ
れたバルク構造の完全CMOS型SRAM用メモリセル
に比較して、高集積化に優れている。2. Description of the Related Art A P-channel type thin film transistor (TF) is used as a memory cell of a 4 Mb or 16 Mb SRAM.
An SRAM memory cell using T) as a load transistor has been developed. The memory cell for the TFT load type SRAM consumes less power during standby and is excellent in stability as compared with the memory for the high resistance load type SRAM. In addition, it is excellent in high integration as compared with a bulk CMOS type SRAM memory cell having a bulk structure in which a load transistor is formed on a semiconductor substrate.
【0003】ところが、TFT負荷型SRAM用メモリ
セルは、その製造プロセスが煩雑であると言う課題を有
している。そこで、バルク構造の完全CMOS型SRA
M用メモリセルが見直されている。バルク構造の完全C
MOS型SRAM用メモリは、TFT負荷型SRAM用
メモリに比較して、製造工程が単純であると共に、動作
時に高電流を得ることができ、メモリの安定性にも優れ
ている。However, a memory cell for a TFT load type SRAM has a problem that its manufacturing process is complicated. Therefore, a full CMOS type SRA having a bulk structure
The M memory cell is being reviewed. Complete C of bulk structure
The MOS SRAM memory has a simpler manufacturing process, can obtain a higher current during operation, and is superior in memory stability, as compared with the TFT load SRAM memory.
【0004】バルク構造の完全CMOS型SRAM用メ
モリセルの等価回路を図8に示す。図8に示すように、
このメモリセルは、フリップフロップ回路を構成する一
対の駆動トランジスタDQ1,DQ2と、メモリセルの選
択用の選択トランジスタSQ3,SQ4と、負荷トランジ
スタLQ5,LQ6とを有する。選択トランジスタSQ
3,SQ4は、ワード線Wに生じるゲート電圧に応じて、
トランジスタをオン状態とし、駆動トランジスタDQ
1,DQ2で構成されるフリップフロップ回路に記憶して
ある情報をビット線bおよび反転ビット線b’に送信す
るようになっている。FIG. 8 shows an equivalent circuit of a memory cell for a complete CMOS type SRAM having a bulk structure. As shown in FIG.
This memory cell has a pair of drive transistors DQ1 and DQ2 forming a flip-flop circuit, select transistors SQ3 and SQ4 for selecting a memory cell, and load transistors LQ5 and LQ6. Select transistor SQ
3, SQ4 is determined according to the gate voltage generated on the word line W.
With the transistor turned on, the driving transistor DQ
1, information stored in the flip-flop circuit constituted by DQ2 is transmitted to the bit line b and the inverted bit line b '.
【0005】バルク構造の完全CMOS型SRAM用メ
モリセルでは、メモリセルのサイズを効率的に縮小化す
ることができるトランジスタおよび配線のレイアウトパ
ターンが重要である。最近では、図9に示すレイアウト
パターンのSRAM用メモリセルMCが開発されてい
る。このメモリセルMCでは、セル毎に、不純物拡散層
4が二列配列され、この不純物拡散層4に対して直交す
る方向に、ゲート電極2が4列配置してある。In a bulk-structured complete CMOS SRAM memory cell, a transistor and wiring layout pattern that can efficiently reduce the size of the memory cell are important. Recently, SRAM memory cells MC having the layout pattern shown in FIG. 9 have been developed. In this memory cell MC, impurity diffusion layers 4 are arranged in two rows for each cell, and four rows of gate electrodes 2 are arranged in a direction perpendicular to the impurity diffusion layers 4.
【0006】4列のゲート電極2の内の外側の二列のゲ
ート電極2が、ワード線W1,W2 となり、これらワード
線と不純物拡散層4との交差部に、選択トランジスタS
Q3,SQ4が形成してある。また、中央の二列のゲート
電極2,2と不純物拡散層4との交差部に、負荷トラン
ジスタLQ5,LQ6と駆動トランジスタDQ1,DQ2 が
形成してある。負荷トランジスタLQ5,LQ6 は、P型
の不純物拡散層上に形成され、選択トランジスタSQ3,
SQ4 と駆動トランジスタDQ1,DQ2 とは、N型不純
物拡散層の上に形成してある。Two outer rows of gate electrodes 2 out of the four rows of gate electrodes 2 become word lines W 1 and W 2, and a selection transistor S is provided at the intersection of these word lines and impurity diffusion layer 4.
Q3 and SQ4 are formed. Load transistors LQ5 and LQ6 and drive transistors DQ1 and DQ2 are formed at the intersection of the central two rows of gate electrodes 2 and 2 and the impurity diffusion layer 4. The load transistors LQ5 and LQ6 are formed on a P-type impurity diffusion layer and select transistors SQ3 and LQ6.
SQ4 and drive transistors DQ1 and DQ2 are formed on the N-type impurity diffusion layer.
【0007】これらトランジスタは、図8に示す回路を
構成するように、その上に積層される第1中間導電層
6、第2中間導電層8および金属配線層10で接続され
る。アルミニウム配線層などで構成される金属配線層1
0は、ビット線b、反転ビット線b’および電源線VSS
となる。These transistors are connected by a first intermediate conductive layer 6, a second intermediate conductive layer 8, and a metal wiring layer 10 laminated thereon so as to constitute the circuit shown in FIG. Metal wiring layer 1 composed of aluminum wiring layer etc.
0 indicates the bit line b, the inverted bit line b ′ and the power supply line V SS
Becomes
【0008】図9に示す従来例では、電源線VSSは、隣
接するメモリセルと共用されるので、1メモリセルMC
当り、2.5列の金属配線層10が通ることになる。In the conventional example shown in FIG. 9, power supply line V SS is shared with adjacent memory cells, so that one memory cell MC
As a result, 2.5 rows of metal wiring layers 10 pass.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このようなレイアウト
のメモリセルでは、N型不純物拡散層4の上に、選択ト
ランジスタSQ3,SQ4と駆動トランジスタDQ1,D
Q2とが4個一列に配置されることから、横方向に短
く、縦方向に長いメモリセルMCとなっている。金属配
線層10は、1メモリセルMC毎に、2.5列のピッチ
で、縦方向に延びて配線される。In the memory cell having such a layout, the select transistors SQ3 and SQ4 and the drive transistors DQ1 and DQ are provided on the N-type impurity diffusion layer 4.
Since four Q2s are arranged in a row, the memory cells MC are short in the horizontal direction and long in the vertical direction. The metal wiring layers 10 are wired extending in the vertical direction at a pitch of 2.5 columns for each memory cell MC.
【0010】このため、図9に示すレイアウトパターン
では、金属配線層10相互間のピッチ幅および配線幅が
狭くなり、ビット線の寄生容量およびビット線抵抗の増
大が問題となる。また、金属配線層10間のピッチが狭
いと、配線の信頼性が低下すると共に、配線加工も困難
になってくるという課題を有している。[0010] Therefore, in the layout pattern shown in FIG. 9, the pitch width and the wiring width between the metal wiring layers 10 become narrow, and the parasitic capacitance of the bit line and the bit line resistance increase. Further, when the pitch between the metal wiring layers 10 is narrow, there is a problem that the reliability of the wiring is reduced and the wiring processing becomes difficult.
【0011】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、ビット線の寄生容量と抵抗を低減し、アクセス時間
を短縮し、配線の信頼性を向上させ、配線加工を容易に
したバルク構造の完全CMOS型SRAM用メモリセル
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a bulk structure having reduced bit line parasitic capacitance and resistance, reduced access time, improved wiring reliability, and simplified wiring processing. An object of the present invention is to provide a memory cell for a complete CMOS type SRAM.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体記憶装置は、各メモリセル毎
に、半導体基板上に形成された三列の不純物拡散層と、
これら三列の不純物拡散層の上に、ゲート絶縁層を介し
て、不純物拡散層に対して略直交するように形成された
三列のゲート電極層とを有し、上記三列のゲート電極層
のうちの中央に位置する中央ゲート電極が、メモリセル
のワード線に相当し、この中央ゲート電極と上記不純物
拡散層との交差部に、選択トランジスタが形成してあ
り、上記中央ゲート電極以外の他の二列の側方ゲート電
極と上記不純物拡散層との交差部には、それぞれ駆動ト
ランジスタと負荷トランジスタとが形成してある。In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention comprises, for each memory cell, three rows of impurity diffusion layers formed on a semiconductor substrate;
On these three rows of impurity diffusion layers, three rows of gate electrode layers formed so as to be substantially orthogonal to the impurity diffusion layers via a gate insulating layer, The central gate electrode located at the center of the memory cell corresponds to the word line of the memory cell, and at the intersection of the central gate electrode and the impurity diffusion layer, a selection transistor is formed. A driving transistor and a load transistor are formed at intersections of the other two rows of side gate electrodes and the impurity diffusion layer, respectively.
【0013】上記三列の不純物拡散層の内の一列の第1
不純物拡散層が、P型不純物拡散層であり、他の二列の
第2,第3不純物拡散層が、N型不純物拡散層であり、
しかも、上記P型不純物拡散層は、上記中央ゲート電極
との交差部で分離されていることが好ましい。The first row of one of the three rows of impurity diffusion layers
The impurity diffusion layer is a P-type impurity diffusion layer, the other two rows of the second and third impurity diffusion layers are N-type impurity diffusion layers,
Moreover, it is preferable that the P-type impurity diffusion layer is separated at an intersection with the central gate electrode.
【0014】上記第2,第3不純物拡散層は、メモリセ
ル内で、第1不純物拡散層との離間距離よりも相互に近
接して、点対象位置に配置されることが好ましい。上記
第2不純物拡散層または第3不純物拡散層と上記二列の
側方ゲート電極との交差部の一部には、ゲート電極の下
部に位置する埋め込み拡散層が形成してあることが好ま
しい。It is preferable that the second and third impurity diffusion layers are disposed closer to each other than the separation distance from the first impurity diffusion layer in the memory cell and at symmetrical positions. It is preferable that a buried diffusion layer located below the gate electrode is formed at a part of the intersection between the second impurity diffusion layer or the third impurity diffusion layer and the two rows of side gate electrodes.
【0015】上記一対の負荷トランジスタと、一対の駆
動トランジスタと、一対の選択トランジスタとは、上記
ゲート電極の上に積層される多層配線層により、スタテ
ィクランダムアクセスメモリのメモリセルとなるように
接続してある。The pair of load transistors, the pair of drive transistors, and the pair of select transistors are connected to form a memory cell of a static random access memory by a multilayer wiring layer laminated on the gate electrode. I have.
【0016】[0016]
【作用】本発明の半導体記憶装置では、三列の不純物拡
散層に対して略直交するように、三列のゲート電極を配
置し、中央部のゲート電極をワード線とするレイアウト
パターンなので、メモリセルが横長になり、メモリセル
のセル面積を増大させることなく、ワード線に対して略
直角方向に配列される金属配線層のピッチ間隔および配
線幅を大きくすることができる。その結果、金属配線層
で構成されるビット線の寄生容量および抵抗を大幅に低
減することができ、メモリセルに対するアクセス速度が
向上する。In the semiconductor memory device of the present invention, three rows of gate electrodes are arranged so as to be substantially orthogonal to the three rows of impurity diffusion layers, and the layout pattern is such that the central gate electrode is a word line. Since the cells are horizontally elongated, the pitch interval and the wiring width of the metal wiring layers arranged substantially perpendicular to the word lines can be increased without increasing the cell area of the memory cells. As a result, the parasitic capacitance and resistance of the bit line formed of the metal wiring layer can be significantly reduced, and the access speed to the memory cell is improved.
【0017】また、金属配線層相互間の配線ピッチを大
きくできることから、配線の信頼性が向上すると共に、
配線加工が容易になる。Further, since the wiring pitch between the metal wiring layers can be increased, the reliability of the wiring is improved and
Wiring processing becomes easy.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明に係る半導体記憶装置を、図面
に示す実施例に基づき、詳細に説明する。図1は本発明
の一実施例に係るSRAM用メモリセルにおける不純物
拡散層のレイアウトパターンを示す平面図、図2は同実
施例に係るメモリセルにおけるゲート電極のレイアウト
パターンを示す平面図、図3は同実施例に係るメモリセ
ルにおける第1中間導電層のレイアウトパターンを示す
平面図、図4は同実施例に係るメモリセルにおける第2
中間導電層のレイアウトパターンを示す平面図、図5は
同実施例に係るメモリセルにおける金属配線層のレイア
ウトパターンを示す平面図、図6は図2に示すVI−VI線
に沿う要部断面図、図7は図2に示すVII−VII線に沿う
要部断面図、図8はSRAM用メモリセルの等価回路図
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor memory device according to the present invention will be described below in detail based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a layout pattern of an impurity diffusion layer in an SRAM memory cell according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a gate electrode layout pattern in the memory cell according to the embodiment. FIG. 4 is a plan view showing a layout pattern of a first intermediate conductive layer in the memory cell according to the embodiment. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a layout pattern of an intermediate conductive layer, FIG. 5 is a plan view showing a layout pattern of a metal wiring layer in the memory cell according to the embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view of main parts along line VI-VI shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part along the line VII-VII shown in FIG. 2, and FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the SRAM memory cell.
【0019】図1〜7に示すように、本実施例に係るS
RAM用メモリセルMCは、半導体基板11の上に、負
荷トランジスタLQ5,LQ6と、選択トランジスタSQ
3,SQ4と、駆動トランジスタDQ1,DQ2とを直接形
成したバルク構造の完全CMOS型SRAM用メモリセ
ルである。図6,7に示す半導体基板11の上には、図
1に示すように、各メモリセルMC毎に、三列の第1,
第2,第3不純物拡散層12a,12b,12cが形成
されるように、選択酸化による素子分離領域(LOCO
S)14が形成してある。As shown in FIG. 1 to FIG.
The RAM memory cell MC includes load transistors LQ5 and LQ6 and a selection transistor SQ on a semiconductor substrate 11.
3, SQ4 and drive transistors DQ1 and DQ2 are directly formed in a bulk-structured complete CMOS SRAM memory cell. On the semiconductor substrate 11 shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIG.
An element isolation region (LOCO) is formed by selective oxidation so that the second and third impurity diffusion layers 12a, 12b, and 12c are formed.
S) 14 is formed.
【0020】不純物拡散層12a,12b,12cの上
には、図2に示すように、各メモリセルMC毎に、側方
ゲート電極16a,16cおよび中央ゲート電極16b
が、不純物拡散層に対して略直交するように形成してあ
る。不純物拡散層12a,12b,12cは、これら三
列のゲート電極16a,16b,16cが、LOCOS
14の上に形成された後で、不純物のイオン注入を行う
ことにより自己整合的に形成される。三列の不純物拡散
層の内、最も左側に位置する第1不純物拡散層12a
は、P型不純物拡散層であり、他の二列の不純物拡散層
12b,12cは、N型の不純物拡散層である。As shown in FIG. 2, the side gate electrodes 16a, 16c and the central gate electrode 16b are provided on the impurity diffusion layers 12a, 12b, 12c for each memory cell MC.
Are formed so as to be substantially orthogonal to the impurity diffusion layer. In the impurity diffusion layers 12a, 12b, and 12c, these three rows of gate electrodes 16a, 16b, and 16c are formed by LOCOS.
After being formed on the substrate 14, it is formed in a self-aligned manner by performing ion implantation of impurities. First impurity diffusion layer 12a located on the leftmost side of three rows of impurity diffusion layers
Is a P-type impurity diffusion layer, and the other two rows of impurity diffusion layers 12b and 12c are N-type impurity diffusion layers.
【0021】半導体基板として、P型半導体基板を用い
た場合には、P型不純物拡散層である第1不純物拡散層
12aは、N型ウェル領域の表面に形成する必要がある
ことから、P型の第1不純物拡散層12aと、N型の第
2,第3不純物拡散層の間隔を、第2,第3不純物拡散
層12b,12c間の間隔よりも広めに設定する。When a P-type semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate, the first impurity diffusion layer 12a, which is a P-type impurity diffusion layer, needs to be formed on the surface of the N-type well region. The distance between the first impurity diffusion layer 12a and the N-type second and third impurity diffusion layers is set to be wider than the distance between the second and third impurity diffusion layers 12b and 12c.
【0022】第2,第3不純物拡散層12b,12c
は、メモリセルMC内で、点対象位置に配置してある。
また、第1不純物拡散層12a,12aは、メモリセル
MC内の中央ゲート電極16bが配置される部分で図
1,2中の上下に分離され、中央ゲート電極の中心線に
対して線対象に配置してある。これら不純物拡散層は、
後述するトランジスタのソース・ドレイン領域となる。The second and third impurity diffusion layers 12b and 12c
Are arranged at point target positions in the memory cell MC.
Also, the first impurity diffusion layers 12a, 12a are vertically separated in FIGS. 1 and 2 at a portion where the central gate electrode 16b is arranged in the memory cell MC, and are symmetric with respect to the center line of the central gate electrode. It is arranged. These impurity diffusion layers
It becomes a source / drain region of a transistor described later.
【0023】不純物拡散層12a,12b,12cは、
上述したようにゲート電極の形成後に形成されるので、
ゲート電極との交差部には、原則として形成されない
が、回路の都合上、図1,2に示す側方ゲート電極16
aと第2不純物拡散層12bとの交差部では、埋め込み
拡散層18を半導体基板の表面に予め形成する必要があ
る(図7参照)。The impurity diffusion layers 12a, 12b and 12c are
Since it is formed after the formation of the gate electrode as described above,
Although not formed in principle at the intersection with the gate electrode, the side gate electrode 16 shown in FIGS.
At the intersection of a and the second impurity diffusion layer 12b, it is necessary to previously form the buried diffusion layer 18 on the surface of the semiconductor substrate (see FIG. 7).
【0024】図6,7に示すように、ゲート電極16
a,16b,16cと、半導体基板11との間には、ゲ
ート絶縁層62が形成してある。ゲート電極16a,1
6b,16cは、たとえばポリシリコン層あるいはポリ
サイド層(ポリシリコンとシリサイドとの積層構造)な
どで構成される。ゲート絶縁層62は、半導体基板11
の表面を熱酸化して得られる酸化シリコン層などで構成
される。半導体基板11は、たとえばP型シリコン基板
で構成される。As shown in FIGS.
A gate insulating layer 62 is formed between a, 16b, and 16c and the semiconductor substrate 11. Gate electrodes 16a, 1
6b and 16c are formed of, for example, a polysilicon layer or a polycide layer (laminated structure of polysilicon and silicide). The gate insulating layer 62 is formed on the semiconductor substrate 11.
Is composed of a silicon oxide layer obtained by thermally oxidizing the surface of the substrate. Semiconductor substrate 11 is formed of, for example, a P-type silicon substrate.
【0025】不純物拡散層12a,12b,12cおよ
びゲート電極層16a,16b,16cを、図1,2に
示すレイアウトパターンにすることで、第1不純物拡散
層12aと側方ゲート電極16a,16bとの交差部に
は、Pチャネル型の負荷トランジスタLQ5,LQ6が形
成される。また、中央ゲート電極16bは、メモリセル
MCのワード線Wに相当し、このゲート電極16bとN
型の第2,第3不純物拡散層12b,12cとの交差部
には、Nチャネルの選択トランジスタSQ3,SQ4が形
成される。さらに、一方の側方ゲート電極16aと第3
不純物拡散層12cとの交差部には、一方のNチャネル
駆動トランジスタDQ1 が形成され、他方の側方ゲート
電極16cと第2不純物拡散層12bとの交差部には、
他方のNチャネル駆動トランジスタDQ2が形成され
る。By forming the impurity diffusion layers 12a, 12b, 12c and the gate electrode layers 16a, 16b, 16c in the layout pattern shown in FIGS. 1 and 2, the first impurity diffusion layer 12a and the side gate electrodes 16a, 16b Are formed, P-channel load transistors LQ5 and LQ6 are formed. The central gate electrode 16b corresponds to the word line W of the memory cell MC.
N-channel select transistors SQ3 and SQ4 are formed at the intersections of the second and third impurity diffusion layers 12b and 12c. Further, one side gate electrode 16a and the third
At the intersection with the impurity diffusion layer 12c, one N-channel drive transistor DQ1 is formed, and at the intersection between the other side gate electrode 16c and the second impurity diffusion layer 12b,
Another N-channel drive transistor DQ2 is formed.
【0026】これらトランジスタを用いて、図8に示す
メモリセルの回路を構成するため、各トランジスタのソ
ース・ドレイン領域およびゲート電極は、次に示す中間
導電層および金属配線層で接続される。図6,7に示す
ように、ゲート電極16a,16b,16cの上には、
第1層間絶縁層64が成膜される。第1層間絶縁層64
は、たとえば酸化シリコン層、PSG層、BPSG層な
どで構成される。この第1層間絶縁層64の上に、図3
に示すパターンで、第1中間導電層20a,20b,2
0c,20dが形成される。これら第1中間導電層は、
たとえばポリシリコン層で構成され、ホトリソグラフィ
技術により、図3に示すパターンに加工される。In order to form the memory cell circuit shown in FIG. 8 using these transistors, the source / drain regions and gate electrodes of each transistor are connected by the following intermediate conductive layer and metal wiring layer. As shown in FIGS. 6 and 7, on the gate electrodes 16a, 16b and 16c,
A first interlayer insulating layer 64 is formed. First interlayer insulating layer 64
Is composed of, for example, a silicon oxide layer, a PSG layer, a BPSG layer, and the like. On the first interlayer insulating layer 64, FIG.
The first intermediate conductive layers 20a, 20b, 2
0c and 20d are formed. These first intermediate conductive layers are
For example, it is formed of a polysilicon layer, and is processed into a pattern shown in FIG. 3 by a photolithography technique.
【0027】これら第1中間導電層を成膜する前に、図
6,7に示す第1層間絶縁層64には、図3に示すコン
タクトホール22,24,26,28,30,32が形
成され、これらコンタクトホールを通して、第1中間導
電層20a,20b,20c,20dが図2に示す不純
物拡散層12a,12b,12cに接続している。図3
に示す第1中間導電層のうち、導電層20aは、ビット
線コンタクト位置をずらすための導電層であり、導電層
20b,20cは、図8に示すメモリセルの記憶ノード
と負荷トランジスタLQ5,LQ6とを接続するための導
電層であり、導電層20dは、電源電圧線VSSの取り出
し位置をずらすための導電層である。Before forming these first intermediate conductive layers, contact holes 22, 24, 26, 28, 30, and 32 shown in FIG. 3 are formed in the first interlayer insulating layer 64 shown in FIGS. Through these contact holes, the first intermediate conductive layers 20a, 20b, 20c, 20d are connected to the impurity diffusion layers 12a, 12b, 12c shown in FIG. FIG.
Among the first intermediate conductive layers shown in FIG. 8, the conductive layer 20a is a conductive layer for shifting the bit line contact position, and the conductive layers 20b and 20c are the storage nodes and the load transistors LQ5 and LQ6 of the memory cell shown in FIG. a conductive layer for connecting the door, the conductive layer 20d is a conductive layer for shifting the take-out position of the power supply voltage line V SS.
【0028】第1中間導電層の上には、図6,7に示す
ように、第2中間絶縁層66が成膜してある。第2中間
絶縁層66は、たとえば酸化シリコン層、PSG層また
はBPSG層などで構成してある。この第2中間絶縁層
68の上に、図4に示すパターンで、第2中間導電層3
4a,34b,34c,34d,34eが形成される。
これら第2中間導電層は、たとえばポリシリコン層で構
成され、ホトリソグラフィ技術により、図4に示すパタ
ーンに加工される。As shown in FIGS. 6 and 7, a second intermediate insulating layer 66 is formed on the first intermediate conductive layer. The second intermediate insulating layer 66 is composed of, for example, a silicon oxide layer, a PSG layer, a BPSG layer, or the like. The second intermediate conductive layer 3 is formed on the second intermediate insulating layer 68 in the pattern shown in FIG.
4a, 34b, 34c, 34d and 34e are formed.
These second intermediate conductive layers are made of, for example, a polysilicon layer, and are processed into a pattern shown in FIG. 4 by photolithography.
【0029】これら第2中間導電層を成膜する前に、図
6,7に示す第2層間絶縁層66および第1層間絶縁層
64には、図4に示すコンタクトホール36,38,4
0,42,44,46,48,49が形成され、これら
コンタクトホールを通して、第2中間導電層34a,3
4b,34c,34d,34eが図2に示す不純物拡散
層12a,12c、側方ゲート電極16a,16c、図
3に示す第1中間導電層20b,20cに接続してい
る。Before the formation of these second intermediate conductive layers, the contact holes 36, 38, 4 shown in FIG. 4 are formed in the second interlayer insulating layer 66 and the first interlayer insulating layer 64 shown in FIGS.
0, 42, 44, 46, 48, 49 are formed, and the second intermediate conductive layers 34a, 34a, 3
4b, 34c, 34d, 34e are connected to the impurity diffusion layers 12a, 12c, the side gate electrodes 16a, 16c shown in FIG. 2, and the first intermediate conductive layers 20b, 20c shown in FIG.
【0030】図4に示す第2中間導電層のうち、導電層
34a,34bは、図8に示す回路において、一方のC
MOSインバータの出力を他方のCMOSインバータの
入力に接続するための導電層である。また、導電層34
cは、図8に示すメモリセルの回路において、基準電位
Vssに接続するための導電層である。また、導電層34
dは、電源電圧線VSSの取り出し位置をずらすための導
電層である。さらに、導電層34eは、ビット線の取り
出し位置をずらすための導電層である。The conductive layers 34a and 34b of the second intermediate conductive layer shown in FIG.
This is a conductive layer for connecting the output of the MOS inverter to the input of the other CMOS inverter. The conductive layer 34
c is a conductive layer for connecting to the reference potential V ss in the memory cell circuit shown in FIG. The conductive layer 34
d is a conductive layer for shifting the take-out position of the power supply voltage line V SS. Further, the conductive layer 34e is a conductive layer for shifting the bit line extraction position.
【0031】これら第2中間導電層34a,34b,3
4c,34d,34eの上には、図6,7に示すよう
に、第3層間絶縁層68および必要に応じて平坦化層7
0が成膜してある。第3層間絶縁層68は、たとえば酸
化シリコン層、PSG層、BPSG層などで構成され、
平坦化層70は、たとえばSOG層などで構成される。The second intermediate conductive layers 34a, 34b, 3
4c, 34d, and 34e, a third interlayer insulating layer 68 and, if necessary, a planarizing layer 7 are formed as shown in FIGS.
0 is formed. Third interlayer insulating layer 68 is formed of, for example, a silicon oxide layer, a PSG layer, a BPSG layer, and the like.
The flattening layer 70 is formed of, for example, an SOG layer.
【0032】平坦化層70の上に、たとえば図5に示す
パターンで、アルミニウム配線層などで構成される金属
配線層50a,50b,50c,50dが形成される。
金属配線層が形成される前に、その下に配置される平坦
化層および層間絶縁層には、コンタクトホール52,5
4,56,58,60が形成される。これらコンタクト
ホールを通して、金属配線層は、その下に位置する第1
中間導電層20a,20dおよび第2中間導電層34
e,34dに接続される。そして、金属配線層50a
が、反転ビット線b’となり、金属配線層50bがビッ
ト線bとなり、金属配線層50cが電源電圧線VSSとな
る。On the flattening layer 70, metal wiring layers 50a, 50b, 50c, 50d composed of an aluminum wiring layer or the like are formed in the pattern shown in FIG. 5, for example.
Before the metal wiring layer is formed, contact holes 52 and 5 are formed in the planarizing layer and the interlayer insulating layer disposed thereunder.
4, 56, 58, 60 are formed. Through these contact holes, the metal wiring layer is connected to the first underlying layer.
Intermediate conductive layers 20a, 20d and second intermediate conductive layer 34
e, 34d. Then, the metal wiring layer 50a
But inverted bit line b ', and the metal wiring layer 50b is next bit line b, the metal wiring layer 50c becomes the power supply voltage line V SS.
【0033】なお、本実施例のメモリセルMCでは、隣
接するセル間で、境界線に対して線対象になるようにレ
イアウトされるが、図5に示すように、金属配線層に関
しては、対象性が崩れている。すなわち隣のメモリセル
のビット線用金属配線層50dのビット線コンタクトホ
ール60は、図5に示す位置に形成される。これは、コ
ンタクトホール58とコンタクトホール54,60とを
可能な限り引き離すためである。また、これに関連し
て、金属配線層50a,50b,50cの対象性も一部
崩される。The memory cell MC of this embodiment is laid out so as to be line-symmetric with respect to the boundary between adjacent cells. However, as shown in FIG. Sex is broken. That is, the bit line contact hole 60 of the bit line metal wiring layer 50d of the adjacent memory cell is formed at the position shown in FIG. This is to separate the contact hole 58 and the contact holes 54 and 60 as much as possible. In this connection, the symmetry of the metal wiring layers 50a, 50b, 50c is partially lost.
【0034】本実施例に係るSRAM用メモリセルMC
では、三列の不純物拡散層12a,12b,12cに対
して略直交するように、三列のゲート電極16a,16
b,16cを配置し、中央部のゲート電極16bをワー
ド線Wとするレイアウトパターンなので、メモリセルM
Cが横長になる。そのため、メモリセルMCのセル面積
を増大させることなく、ワード線Wに対して略直角方向
に配列される金属配線層50a,50b,50cのピッ
チ間隔および配線幅を大きくすることができる。その結
果、金属配線層で構成されるビット線b,b’の寄生容
量および抵抗を大幅に低減することができ、メモリセル
に対するアクセス速度が向上する。The SRAM memory cell MC according to the present embodiment
Then, three rows of gate electrodes 16a, 16b are arranged substantially orthogonally to three rows of impurity diffusion layers 12a, 12b, 12c.
b, 16c are arranged and the gate electrode 16b at the center is a word line W, so that the memory cell M
C becomes horizontally long. Therefore, the pitch interval and the wiring width of the metal wiring layers 50a, 50b, 50c arranged in a direction substantially perpendicular to the word line W can be increased without increasing the cell area of the memory cell MC. As a result, the parasitic capacitance and resistance of the bit lines b and b 'formed of the metal wiring layer can be significantly reduced, and the access speed to the memory cells is improved.
【0035】また、金属配線層50a,50b,50c
相互間の配線ピッチを大きくできることから、配線の信
頼性が向上すると共に、配線加工が容易になる。たとえ
ば、0.25μmルールの微細加工技術を用いて、本実
施例に係るメモリセルMCを実現すると、メモリセルM
Cのセルサイズは、2.8μm×2.0μm=5.6μ
m2 となり、そのセルの縦横比は、1.4となり、従来
に比べて横長になることが証明される。また、金属配線
層間のピッチは、1.12μmと大きく、金属配線層に
おける動作速度遅延はかなり改善することができる。The metal wiring layers 50a, 50b, 50c
Since the wiring pitch between the wirings can be increased, the reliability of the wiring is improved and the wiring processing is facilitated. For example, when the memory cell MC according to the present embodiment is realized using the fine processing technology of the 0.25 μm rule, the memory cell M
The cell size of C is 2.8 μm × 2.0 μm = 5.6 μm
m 2 , and the aspect ratio of the cell is 1.4, which proves that the cell is longer than before. Further, the pitch between the metal wiring layers is as large as 1.12 μm, and the operation speed delay in the metal wiring layers can be considerably improved.
【0036】ちなみに、図9に示す従来のレイアウトパ
ターンのメモリセルを0.5μmルールの微細加工技術
を用いて実現すると、セルサイズは、4.6μm×4.
0μm=18.4μm2 となり、そのセルの縦横比は
1.15である。なお、本発明は、上述した実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変す
ることができる。By the way, when the memory cell of the conventional layout pattern shown in FIG. 9 is realized by using the microfabrication technique of the 0.5 μm rule, the cell size is 4.6 μm × 4.
0 μm = 18.4 μm 2 , and the aspect ratio of the cell is 1.15. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified within the scope of the present invention.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、メモリセルが横長になり、メモリセルのセル面積を
増大させることなく、ワード線に対して略直角方向に配
列される金属配線層のピッチ間隔および配線幅を大きく
することができる。その結果、金属配線層で構成される
ビット線の寄生容量および抵抗を大幅に低減することが
でき、メモリセルに対するアクセス速度が向上する。As described above, according to the present invention, the memory cells are elongated horizontally, and the metal wiring arranged in a direction substantially perpendicular to the word lines without increasing the cell area of the memory cells. The pitch between layers and the wiring width can be increased. As a result, the parasitic capacitance and resistance of the bit line formed of the metal wiring layer can be significantly reduced, and the access speed to the memory cell is improved.
【0038】また、金属配線層相互間の配線ピッチを大
きくできることから、配線の信頼性が向上すると共に、
配線加工が容易になる。Further, since the wiring pitch between the metal wiring layers can be increased, the reliability of the wiring is improved, and
Wiring processing becomes easy.
【図1】図1は本発明の一実施例に係るSRAM用メモ
リセルにおける不純物拡散層のレイアウトパターンを示
す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a layout pattern of an impurity diffusion layer in an SRAM memory cell according to one embodiment of the present invention.
【図2】図2は同実施例に係るメモリセルにおけるゲー
ト電極のレイアウトパターンを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a layout pattern of a gate electrode in the memory cell according to the embodiment.
【図3】図3は同実施例に係るメモリセルにおける第1
中間導電層のレイアウトパターンを示す平面図である。FIG. 3 is a first view of the memory cell according to the embodiment;
FIG. 4 is a plan view showing a layout pattern of an intermediate conductive layer.
【図4】図4は同実施例に係るメモリセルにおける第2
中間導電層のレイアウトパターンを示す平面図である。FIG. 4 is a second view of the memory cell according to the embodiment;
FIG. 4 is a plan view showing a layout pattern of an intermediate conductive layer.
【図5】図5は同実施例に係るメモリセルにおける金属
配線層のレイアウトパターンを示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a layout pattern of a metal wiring layer in the memory cell according to the embodiment.
【図6】図6は図2に示すVI−VI線に沿う要部断面図で
ある。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part along line VI-VI shown in FIG. 2;
【図7】図7は図2に示すVII−VII線に沿う要部断面図
である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part along line VII-VII shown in FIG. 2;
【図8】図8はSRAM用メモリセルの等価回路図であ
る。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell.
【図9】従来例に係るSRAM用メモリセルのレイアウ
トパターンを示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a layout pattern of an SRAM memory cell according to a conventional example.
11… 半導体基板 12a… 第1不純物拡散層 12b… 第2不純物拡散層 12c… 第3不純物拡散層 14… LOCOS 16a… 側方ゲート電極 16b… 中央ゲート電極 16c… 側方ゲート電極 18… 埋め込み拡散層 20a,20b,20c,20d… 第1中間導電層 34a,34b,34c,34d,34e… 第2中間
導電層 50a,50b,50c… 金属配線層 62… ゲート絶縁層 DQ1,DQ2… 駆動トランジスタ SQ3,SQ4… 選択トランジスタ LQ5,LQ6… 負荷トランジスタ b… ビット線 b’… 反転ビット線 W… ワード線 MC… メモリセルDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12a ... 1st impurity diffusion layer 12b ... 2nd impurity diffusion layer 12c ... 3rd impurity diffusion layer 14 ... LOCOS 16a ... Side gate electrode 16b ... Central gate electrode 16c ... Side gate electrode 18 ... Embedded diffusion layer 20a, 20b, 20c, 20d ... first intermediate conductive layer 34a, 34b, 34c, 34d, 34e ... second intermediate conductive layer 50a, 50b, 50c ... metal wiring layer 62 ... gate insulating layer DQ1, DQ2 ... driving transistor SQ3, SQ4 ... Select transistor LQ5, LQ6 ... Load transistor b ... Bit line b '... Inverted bit line W ... Word line MC ... Memory cell
Claims (5)
トランジスタと一対の駆動トランジスタと一対の選択ト
ランジスタとで構成されるメモリセルを有する半導体装
置であって、 各メモリセル毎に、半導体基板上に形成された三列の不
純物拡散層と、 これら三列の不純物拡散層の上に、ゲート絶縁層を介し
て、不純物拡散層に対して略直交するように形成された
三列のゲート電極層とを有し、 上記三列のゲート電極層のうちの中央に位置する中央ゲ
ート電極が、メモリセルのワード線に相当し、この中央
ゲート電極と上記不純物拡散層との交差部に、選択トラ
ンジスタが形成してあり、 上記中央ゲート電極以外の他の二列の側方ゲート電極と
上記不純物拡散層との交差部には、それぞれ駆動トラン
ジスタと負荷トランジスタとが形成してある半導体記憶
装置。1. A semiconductor device having a memory cell including a pair of load transistors, a pair of drive transistors, and a pair of select transistors formed on a semiconductor substrate, wherein each of the memory cells includes a semiconductor substrate. Three rows of impurity diffusion layers formed thereon; and three rows of gate electrodes formed on these three rows of impurity diffusion layers via a gate insulating layer so as to be substantially orthogonal to the impurity diffusion layers. A central gate electrode located at the center of the three rows of gate electrode layers corresponds to a word line of a memory cell, and is selected at an intersection between the central gate electrode and the impurity diffusion layer. A transistor is formed, and a driving transistor and a load transistor are formed at intersections of the side gate electrodes in the other two rows other than the center gate electrode and the impurity diffusion layer, respectively. That the semiconductor memory device.
1不純物拡散層が、P型不純物拡散層であり、他の二列
の第2,第3不純物拡散層が、N型不純物拡散層であ
り、しかも、上記P型不純物拡散層は、上記中央ゲート
電極との交差部で分離されている請求項1に記載の半導
体記憶装置。2. A method according to claim 1, wherein one of the three rows of impurity diffusion layers is a P-type impurity diffusion layer, and the other two rows of second and third impurity diffusion layers are N-type impurity diffusion layers. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is a diffusion layer, and the P-type impurity diffusion layer is separated at an intersection with the central gate electrode.
セル内で、第1不純物拡散層との離間距離よりも相互に
近接して、点対象位置に配置される請求項2に記載の半
導体記憶装置。3. The memory device according to claim 2, wherein the second and third impurity diffusion layers are located closer to each other than the distance between the first and second impurity diffusion layers in the memory cell. Semiconductor storage device.
拡散層と上記二列の側方ゲート電極との交差部の一部に
は、ゲート電極の下部に位置する埋め込み拡散層が形成
してある請求項2または3に記載の半導体記憶装置。4. A buried diffusion layer located below a gate electrode is formed at a part of an intersection between the second impurity diffusion layer or the third impurity diffusion layer and the two rows of side gate electrodes. The semiconductor memory device according to claim 2.
駆動トランジスタと、一対の選択トランジスタとは、上
記ゲート電極の上に積層される多層配線層により、スタ
ティクランダムアクセスメモリのメモリセルとなるよう
に接続してある請求項1〜4に記載の半導体記憶装置。5. The memory cell of a static random access memory, wherein the pair of load transistors, the pair of drive transistors, and the pair of select transistors are formed by a multilayer wiring layer stacked on the gate electrode. 5. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
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