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JP4029259B2 - Semiconductor device, memory system and electronic device - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、SRAM(static random access memory)のような半導体装置、および、これを備えるメモリシステム、電子機器に関する。
【0002】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
半導体記憶装置の一種であるSRAMは、リフレッシュ動作が不要なのでシステムを簡単にできることや低消費電力であるという特徴を有する。このため、SRAMは、例えば、携帯電話のような電子機器のメモリに好適に使用される。
【0003】
本発明の目的は、高集積化が可能な半導体装置、および、これを備えるメモリシステム、電子機器を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明にかかる半導体装置は、
第1負荷トランジスタ、第2負荷トランジスタ、第1駆動トランジスタ、第2駆動トランジスタ、第1転送トランジスタおよび第2転送トランジスタを含むメモリセルを備える半導体装置であって、
(a)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタが形成される、第1活性領域と、
(b)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタ、前記第1および第2転送トランジスタが形成される、第2活性領域と、
(c)第2方向に延びており、かつ、前記第1および第2活性領域の上層である第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1転送トランジスタのゲート電極を含む、第1ワード線と、
(d)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第2転送トランジスタのゲート電極を含む、第2ワード線と、
(e)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタおよび前記第1駆動トランジスタのゲート電極を含む、第1ゲート-ゲート電極層と、
(f)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタおよび前記第2駆動トランジスタのゲート電極を含む、第2ゲート-ゲート電極層と、
(g)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタのソースと接続する、電源線と、
(h)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線と、
(i)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続し、かつ、前記ビット線と対になる、/ビット線と、
を備える。
【0005】
ここで、「活性領域」とは、素子分離領域によって画定された素子形成領域をいい、具体的には、不純物拡散層が形成される領域と、ゲート電極の下のチャネルが形成される領域とを含む。
【0006】
あるビット線や/ビット線(以下、ビット線という)に不良が発生すると、その不良ビット線は冗長ビット線と置換される。この置換のため、不良ビット線を電源から切り離す処理、および、不良ビット線と接続されている複数のメモリセルの電源線を電源から切り離す処理がおこなわれる。
【0007】
この処理のためには、ビット線と同じ方向に延ばした電源線を設け、ビット線に接続される複数のメモリセルを同一の電源線に接続する必要がある。よって、例えば、ビット線がY方向に延び、メモリセルの電源線が例えば、X方向に延びている場合、所定数のビット線毎にY方向に延びる共通電源線を設け、これにメモリセルの電源線を接続させる。不良ビット線などの電流を伴うファンクション不良が発生した場合、共通電源線が電源から切り離されるのである。この構成の場合、共通電源線のためのスペースが必要となり、メモリセルアレイの集積度が低下する。
【0008】
本発明によれば、ビット線およびメモリセルの電源線は同一方向に延びているので、所定数のビット線毎にビット線と同じ方向に延びる共通電源線を設ける必要がない。よって、本発明によれば、メモリセルアレイの集積度を向上させることができる。なお、電源線とは、例えば、VDD配線である。
【0009】
(2)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0010】
前記メモリセルは複数あり、
前記ビット線および前記/ビット線の対は、複数の第1のビット線および/ビット線の対、および、複数の第2のビット線および/ビット線の対があり、
一組の、前記第1のビット線および/ビット線の対、前記第2のビット線および/ビット線の対において、前記第1のビット線および/ビット線の対の前記メモリセルと、前記第2のビット線および/ビット線の対の前記メモリセルとで、前記電源線を共用している。
【0011】
本発明によれば、第1のビット線および/ビット線の対のメモリセルと第2のビット線および/ビット線の対のメモリセルとで電源線を共用しているので、メモリセルアレイの集積度を上げることができる。
【0012】
(3)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0013】
前記メモリセルは複数あり、
前記ビット線および前記/ビット線の対は複数あり、
一の前記ビット線および前記/ビット線の対の前記メモリセルの前記電源線は、他の前記ビット線および前記/ビット線の対の前記メモリセルの前記電源線と、切り離し回路を介して接続されている。
【0014】
本発明によれば、一のビット線および/ビット線の対のメモリセルの電源線は、他のビット線および/ビット線の対のメモリセルの電源線から分離されているので、ビット線不良の発生時、不良のビット線を含む対のみ置換することができる。このように、本発明によれば、ビット線および/ビット線の対毎にビット線不良の救済を図ることができるので、メモリセルアレイの集積度を向上させることができる。
【0015】
(4)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0016】
前記メモリセルにおいて、
前記電源線と、前記ビット線および前記/ビット線の対とは、異なる層に配置されている。
【0017】
(5)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0018】
前記メモリセルは、
(j)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層である第2層導電層に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタのドレインと前記第1駆動トランジスタのドレインとを接続する、第1ドレイン-ドレイン接続層と、
(k)第2方向に延びており、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタのドレインと前記第2駆動トランジスタのドレインとを接続する、第2ドレイン-ドレイン接続層と、
(l)前記第2層導電層の上層である第3層導電層に位置し、かつ、前記第1ドレイン-ドレイン接続層と前記第2ゲート-ゲート電極層とを接続する、第1ドレイン-ゲート接続層と、
(m)前記第3層導電層に位置し、かつ、前記第2ドレイン-ドレイン接続層と前記第1ゲート-ゲート電極層とを接続する、第2ドレイン-ゲート接続層と、
を備える。
【0019】
第1負荷トランジスタ、第2負荷トランジスタ、第1駆動トランジスタ、第2駆動トランジスタに所定の接続をすることにより、フリップフロップが構成される。本発明によれば、三層の導電層(ゲート-ゲート電極層、ドレイン-ドレイン接続層、ドレイン-ゲート接続層)を用いて、フリップフロップが構成される。このため、二層の導電層を用いてフリップフロップを構成する場合に比べて、各層のパターンを単純化(例えば、ほぼ直線状のパターン)することができる。このように、本発明によれば、各層のパターンを単純化できるので、例えば、メモリセルサイズが、2.5μm2以下の微細な半導体装置にすることができる。
【0020】
(6)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0021】
前記メモリセルは、
(n)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタのソースと接続する、接地線用局所配線層と、
(o)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線用コンタクトパッド層と、
(p)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続する、/ビット線用コンタクトパッド層と、
(q)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記3層導電層の上層である第4層導電層に位置し、かつ、前記接地線用局所配線層と接続する、接地線と、
(r)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置する、主ワード線と、
(s)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用コンタクトパッド層と接続する、ビット線用局所配線層と、
(t)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用コンタクトパッド層と接続する、/ビット線用局所配線層と、
を備え、
前記電源線は、前記第2層導電層に位置し、
前記ビット線は、前記4層導電層の上層である第5層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用局所配線層と接続し、
前記/ビット線は、前記第5層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用局所配線層と接続する。
【0022】
本発明によれば、電源線、接地線、主ワード線、ビット線、および、/ビット線をバランスよく配置することができる。なお、接地線用局所配線層は、第1および第2駆動トランジスタのソースと接地線との接続に用いられる。ビット線用コンタクトパッド層およびビット線用局所配線層は、ビット線と第1転送トランジスタとの接続に用いられる。/ビット線用コンタクトパッド層および/ビット線用局所配線層は、/ビット線と第2転送トランジスタとの接続に用いられる。接地線とは、例えば、VSS配線である。また、主ワード線を設ける場合、上記のワード線は副ワード線となる。
【0023】
(7)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0024】
前記第1および第2活性領域、前記第1および第2ゲート-ゲート電極層、前記第1および第2ワード線は、ほぼ直線状のパターンを有する。
【0025】
これらによりバルク層が構成される。本発明によれば、これらがほぼ直線状のパターン、つまり単純なパターンを有するので、バルク層の微細化を図れる。
【0026】
(8)本発明にかかる半導体装置は、以下のようにすることができる。
【0027】
前記メモリセルのサイズが、2.5μm2以下である。
【0028】
(9)本発明にかかるメモリシステムは、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の前記半導体装置を備える。
【0029】
(10)本発明にかかる電子機器は、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の前記半導体装置を備える。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、本発明にかかる半導体装置を、SRAMに適用したものである。まず、本実施形態にかかるSRAMの構造の概略を説明し、それから構造の詳細を説明する。
【0031】
[SRAMの構造の概略]
図1は、本実施形態にかかるSRAMの等価回路図である。本実施形態にかかるSRAMは、6個のMOS電界効果トランジスタにより、一つのメモリセルが構成されるタイプである。つまり、nチャネル型の駆動トランジスタQ3とpチャネル型の負荷トランジスタQ5とで、一つのCMOSインバータが構成されている。また、nチャネル型の駆動トランジスタQ4とpチャネル型の負荷トランジスタQ6とで、一つのCMOSインバータが構成されている。この二つのCMOSインバータをクロスカップルすることにより、フリップフロップが構成される。そして、このフリップフロップと、nチャネル型の転送トランジスタQ1、Q2とにより、一つのメモリセルが構成される。
【0032】
本実施形態にかかるSRAMのメモリセルは、図2〜図7に示すように、フィールドの上方に5層の導電層を有する構造をしている。以下、図1を参照しながら、図2〜図7について簡単に説明する。なお、これらの図中の記号Rは、一つのメモリセルの形成領域を示している。
【0033】
図2は、フィールドを示す平面図であり、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有する活性領域11、13を含む。図3は、第1層導電層を示す平面図であり、X方向に延びかつI字型をしたパターンを有するゲート-ゲート電極層21a、21b、X方向にほぼ直線状に延びるパターンを有する副ワード線23a、23bを含む。ゲート-ゲート電極層21aは、駆動トランジスタQ3および負荷トランジスタQ5のゲート電極を含み、ゲート-ゲート電極層21bは、駆動トランジスタQ4および負荷トランジスタQ6のゲート電極を含み、副ワード線23aは、転送トランジスタQ1のゲート電極を含み、副ワード線23bは、転送トランジスタQ2のゲート電極を含む。図4は、第2層導電層を示す平面図であり、X方向に延びかつI字型をしたパターンを有するドレイン-ドレイン接続層31a、L字型のパターンを有するドレイン-ドレイン接続層31b、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有するVDD配線(電源線)33等を含む。図5は、第3層導電層を示す平面図であり、L字型のパターンを有するドレイン-ゲート接続層41a、コ字型のパターンを有するドレイン-ゲート接続層41bを含む。図6は、第4層導電層を示す平面図であり、X方向にほぼ直線状に延びるパターンを有するビット線用局所配線層51a、/ビット線用局所配線層51b、主ワード線53、VSS配線(接地線)55を含む。図7は、第5層導電層を示す平面図であり、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有するビット線61aおよび/ビット線61bの対を含む。
【0034】
[SRAMの構造の詳細]
本実施形態にかかるSRAMの構造の詳細を、下層から順に、図2〜図15を用いて説明する。図8はフィールドおよび第1層導電層を示す平面図であり、図9はフィールド、第1層導電層および第2層導電層を示す平面図であり、図10は第2層導電層および第3層導電層を示す平面図であり、図11は第1層導電層および第3層導電層を示す平面図であり、図12は第2層導電層および第4層導電層を示す平面図であり、図13は第4層導電層および第5層導電層を示す平面図であり、図14は図2〜図13のA1−A2線に沿った断面図であり、図15は図2〜図13のB1−B2線に沿った断面図である。
【0035】
{フィールド、第1層導電層}
まず、フィールドについて説明する。図2に示すように、フィールドは、活性領域11、13および素子分離領域19を有する。活性領域11、13は、シリコン基板の表面に形成されている。
【0036】
活性領域11は、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有する。活性領域11は、メモリセルの形成領域Rに対して図2中の上下に位置する他のメモリセルの形成領域に延びている。活性領域11は、駆動トランジスタQ3、Q4が形成される領域11aと転送トランジスタQ1、Q2が形成される領域11bとを含む。領域11aの幅は、例えば、0.22〜0.33μmであり、領域11bの幅は、例えば、0.16〜0.20μmである。
【0037】
活性領域13は、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有し、活性領域11と間隔を設けて形成されている。活性領域13の両端は、メモリセルの形成領域R内で延びが止まっている。活性領域13には、負荷トランジスタQ5、Q6が形成される。活性領域13の幅は、例えば、0.16〜0.20μmである。
【0038】
活性領域11と活性領域13とは、素子分離領域19(深さ、例えば、0.35〜0.45μm)により、互いに分離されている。素子分離領域19としては、例えば、STI(shallow trench isolation)がある。なお、メモリセルの形成領域RのX方向の長さは、例えば、1.0〜1.4μmであり、Y方向の長さは、例えば、1.6〜2.0μmである。
【0039】
図2に示すフィールドのA1−A2断面、B1−B2断面は、それぞれ、図14、図15に示すとおりである。これらの断面には、シリコン基板中に形成されたpウェル12、nウェル14等が表れている。
【0040】
次に、フィールドの上層に位置する第1層導電層について、図3、図8を用いて説明する。一組のゲート-ゲート電極層21a、21bが、互いに平行に、一つのメモリセルの形成領域Rに配置されている。ゲート-ゲート電極層21a、21bは、活性領域11、13と平面的に見て交差している。ゲート-ゲート電極層21a、21bはI字型のパターンなので、ほぼ直線状のパターンになっている。ゲート-ゲート電極層21aは、駆動トランジスタQ3および負荷トランジスタQ5のゲート電極を構成し、さらに、これらのゲート電極同士を接続している。ゲート-ゲート電極層21bは、駆動トランジスタQ4および負荷トランジスタQ6のゲート電極を構成し、さらに、これらのゲート電極同士を接続している。駆動トランジスタQ3、Q4のゲート長は、例えば、0.12〜0.15μmである。負荷トランジスタQ5、Q6のゲート長は、例えば、0.14〜0.17μmである。
【0041】
副ワード線23a、23bは、活性領域13と平面的に見て離れて位置し、かつ、活性領域11と平面的に見て交差して位置する。副ワード線23aと副ワード線23bとの間にゲート-ゲート電極層21a、21bが位置している。副ワード線23aは、転送トランジスタQ1のゲート電極となり、副ワード線23bは、転送トランジスタQ2のゲート電極となる。転送トランジスタQ1、Q2のゲート長は、例えば、0.14〜0.17μmである。
【0042】
ゲート-ゲート電極層21a、21bおよび副ワード線23a、23bは、例えば、ポリシリコン層上にシリサイド層を形成した構造を有する。
【0043】
図3、図8に示す第1層導電層のA1−A2断面、B1−B2断面は、それぞれ、図14、図15に示すとおりである。これらの断面には、副ワード線23aやゲート-ゲート電極層21aが表れている。
【0044】
次に、活性領域11に形成される、n+型不純物領域15a、15b、15c、15d、15eについて、図8を用いて説明する。平面的に見て副ワード線23aを挟むように、n+型不純物領域15aとn+型不純物領域15bとが位置し、ゲート-ゲート電極層21aを挟むように、n+型不純物領域15bとn+型不純物領域15cとが位置し、ゲート-ゲート電極層21bを挟むように、n+型不純物領域15cとn+型不純物領域15dとが位置し、副ワード線23bを挟むように、n+型不純物領域15dとn+型不純物領域15eとが位置している。
【0045】
+型不純物領域15aは、転送トランジスタQ1のソースまたはドレインとなる。n+型不純物領域15bは、転送トランジスタQ1のソースまたはドレイン、駆動トランジスタQ3のドレインとなる。n+型不純物領域15cは、駆動トランジスタQ3、Q4の共通のソースとなる。n+型不純物領域15dは、駆動トランジスタQ4のドレイン、転送トランジスタQ2のソースまたはドレインとなる。n+型不純物領域15eは、転送トランジスタQ2のソースまたはドレインとなる。
【0046】
次に、活性領域13に形成される、p+型不純物領域17a、17b、17cについて、図8を用いて説明する。平面的に見てゲート-ゲート電極層21aを挟むように、p+型不純物領域17aとp+型不純物領域17bとが位置し、ゲート-ゲート電極層21bを挟むように、p+型不純物領域17bとp+型不純物領域17cとが位置している。p+型不純物領域17aは、負荷トランジスタQ5のドレインとなり、p+型不純物領域17cは、負荷トランジスタQ6のドレインとなり、p+型不純物領域17bは、負荷トランジスタQ5、Q6の共通のソースとなる。図14に示すように、この断面には、n+型不純物領域15a、15b、p+型不純物領域17aが表れている。
【0047】
図14および図15に示すように、フィールドおよび第1層導電層を覆うように、例えば、シリコン酸化層のような層間絶縁層71が形成されている。層間絶縁層71は、CMPにより平坦化の処理がなされている。
【0048】
{第2層導電層}
第2層導電層について、図4、図9を用いて説明する。第2層導電層は、第1層導電層の上層に位置する。第2層導電層は、ドレイン-ドレイン接続層31a、31b、VDD配線(電源線)33、ビット線用コンタクトパッド層35a、/ビット線用コンタクトパッド層35b、VSS配線用局所配線層(接地線用局所配線層)37を含む。第2層導電層は、第2層導電層とフィールドとを接続する導電部であるコンタクト導電部73(以下、フィールド・第2層-コンタクト導電部73という)を介して、フィールドのn+型不純物領域やp+型不純物領域と接続される。
【0049】
ドレイン-ドレイン接続層31aとドレイン-ドレイン接続層31bと間に、平面的に見て、ゲート-ゲート電極層21a、21bが位置するように、ドレイン-ドレイン接続層31a、31bが位置している。ドレイン-ドレイン接続層31aは、n+型不純物領域15b(ドレイン)およびp+型不純物領域17a(ドレイン)の上方に位置している。I字型のドレイン-ドレイン接続層31aは、その第1端部31a1において、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、n+型不純物領域15b(ドレイン)と接続され、その第2端部31a2において、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、p+型不純物領域17a(ドレイン)と接続されている。ドレイン-ドレイン接続層31bは、n+型不純物領域15d(ドレイン)およびp+型不純物領域17c(ドレイン)の上方に位置している。L字型のドレイン-ドレイン接続層31bは、その第1端部31b1において、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、n+型不純物領域15d(ドレイン)と接続され、その角部31b3において、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、p+型不純物領域17c(ドレイン)と接続されている。ドレイン-ドレイン接続層31a、31bの幅は、例えば、0.16〜0.20μmである。
【0050】
DD配線(電源線)33の幅は、例えば、0.16〜0.20μmである。VDD配線33の凸部33aは、X方向に延び、かつ、p+型不純物領域17b(ソース)の上方に位置している。凸部33aは、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、p+型不純物領域17bと接続されている。
【0051】
SS配線用局所配線層(接地線用局所配線層)37は、n+型不純物領域15c(ソース)の上方に位置している。VSS配線用局所配線層37は、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、n+型不純物領域15cと接続されている。VSS配線用局所配線層37は、VSS配線55(図6)と、駆動トランジスタQ3、Q4のソースとなるn+型不純物領域15cとを接続するための配線層として機能する。VSS配線用局所配線層37は、形成領域Rのメモリセル、および、形成領域Rに対して、図9中の右隣に位置するメモリセルにおいて共用される。
【0052】
ビット線用コンタクトパッド層35aは、n+型不純物領域15aの上方に位置している。ビット線用コンタクトパッド層35aは、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、n+型不純物領域15aと接続されている。ビット線用コンタクトパッド層35aは、ビット線61a(図7)と、転送トランジスタQ1のソースおよびドレインとなるn+型不純物領域15aとを接続するためのパッド層として機能する。ビット線用コンタクトパッド層35aは、形成領域Rのメモリセル、および、形成領域Rに対して、図9中の上に位置するメモリセルにおいて共用される。
【0053】
/ビット線用コンタクトパッド層35bは、n+型不純物領域15eの上方に位置している。/ビット線用コンタクトパッド層35bは、フィールド・第2層-コンタクト導電部73を介して、n+型不純物領域15eと接続されている。/ビット線用コンタクトパッド層35bは、/ビット線61b(図7)と、転送トランジスタQ2のソースおよびドレインとなるn+型不純物領域15eとを接続するためのパッド層として機能する。/ビット線用コンタクトパッド層35bは、形成領域Rのメモリセル、および、形成領域Rに対して、図9中の下に位置するメモリセルにおいて共用される。
【0054】
次に、第2層導電層の断面構造について、図14を用いて説明する。第2層導電層は、例えば、高融点金属の窒化物層のみからなることができる。第2層導電層の厚さは、たとえば100〜200nmである。高融点金属の窒化物層は、例えば、チタンナイトライド層がある。また、第2層導電層は、次のいずれかの態様であってもよい。1)高融点金属からなる金属層30上に、高融点金属の窒化物層32を形成した構造を有していてもよい。この場合、高融点金属からなる金属層30は、下敷きとなり、例えば、チタン層がある。高融点金属の金属層の材料としては、チタン、タングステンを挙げることができる。2)第2層導電層は、高融点金属の金属層のみから構成されてもよい。
【0055】
次に、フィールド・第2層-コンタクト導電部73の断面構造について、図14を用いて説明する。層間絶縁層71には、フィールドにあるn+型不純物領域やp+型不純物領域を露出する複数のスルーホール75が形成されている。これらのスルーホール75に、フィールド・第2層-コンタクト導電部73が埋め込まれている。フィールド・第2層-コンタクト導電部73は、スルーホール75に埋め込まれたプラグ77と、スルーホール75の底面上および側面上に位置するバリア層79と、を含む。プラグ77の材料としては、例えば、タングステンがある。バリア層79は、高融点金属からなる金属層と、その金属層の上に形成された高融点金属の窒化物層とからなることが好ましい。高融点金属からなる金属層の材料としては、たとえばチタンが挙げられる。高融点金属の窒化物層の材料としては、例えば、チタンナイトライドがある。スルーホール75の上端部の径は、例えば、0.18〜0.22μmであり、下端部の径は、例えば、0.14〜0.18μmである。
【0056】
図14、図15に示すように、第2層導電層を覆うように、例えば、シリコン酸化層のような層間絶縁層81が形成されている。層間絶縁層81は、CMPにより平坦化の処理がなされている。
【0057】
{第3層導電層}
第3層導電層について、図5、図10、図11を用いて説明する。第3層導電層は、第2層導電層の上層に位置する。第3層導電層は、ドレイン-ゲート接続層41a、41bを含む。ドレイン-ゲート接続層41a、41bの幅は、例えば、0.16〜0.20μmである。
【0058】
ドレイン-ゲート接続層41aは、L字型のパターンを有し、その第1端部41a1がドレイン-ドレイン接続層31aの第1端部31a1の上方に位置している(図10)。ドレイン-ゲート接続層41aの第1端部41a1は、第3層導電層と第2層導電層とを接続する導電部であるコンタクト導電部83(以下、第2層・第3層-コンタクト導電部83という)を介して、ドレイン-ドレイン接続層31aの第1端部31a1と接続されている(図10)。ドレイン-ゲート接続層41aの第2端部41a2がゲート-ゲート電極層21bの中央部の上方に位置している(図11)。ドレイン-ゲート接続層41aの第2端部41a2は、第3層導電層と第1層導電層とを接続する導電部であるコンタクト導電部93(以下、第1層・第3層-コンタクト導電部93という)を介して、ゲート-ゲート電極層21bの中央部と接続されている(図11)。
【0059】
ドレイン-ゲート接続層41bは、コ字型をし、その第1端部41b1がドレイン-ドレイン接続層31bの第2端部31b2の上方に位置している(図10)。ドレイン-ゲート接続層41bの第1端部41b1は、第2層・第3層-コンタクト導電部83を介して、ドレイン-ドレイン接続層31bの第2端部31b2と接続されている(図10)。ドレイン-ゲート接続層41bの第2端部41b2がゲート-ゲート電極層21aの中央部の上方に位置している(図11)。ドレイン-ゲート接続層41bの第2端部41b2は、第1層・第3層-コンタクト導電部93を介して、ゲート-ゲート電極層21aの中央部と接続されている(図11)。
【0060】
次に、第3層導電層の断面構造について、図14、図15を用いて説明する。第3層導電層は、第2層導電層で述べた構造と同様の構造をとることができる。
【0061】
次に、第2層・第3層-コンタクト導電部83の断面構造について、図14を用いて説明する。層間絶縁層81を貫通するスルーホール85には、第2層・第3層-コンタクト導電部83が埋め込まれている。第2層・第3層-コンタクト導電部83は、フィールド・第2層-コンタクト導電部73で述べた構造と同様の構造をとることができる。
【0062】
次に、第1層・第3層-コンタクト導電部93の断面構造について、図15を用いて説明する。第1層・第3層-コンタクト導電部93は、二つの層間絶縁層71、81を貫通するスルーホール95に埋め込まれている。この断面において、第1層・第3層-コンタクト導電部93は、ゲート-ゲート電極層21aと接続されている。第1層・第3層-コンタクト導電部93は、フィールド・第2層-コンタクト導電部73で述べた構造と同様の構造をとることができる。スルーホール95の上端部の径は、例えば、0.18〜0.22μmであり、下端部の径は、例えば、0.14〜0.18μmである。
【0063】
図14、図15に示すように、第3層導電層を覆うように、例えば、シリコン酸化層のような層間絶縁層101が形成されている。層間絶縁層101は、CMPにより平坦化の処理がなされている。
【0064】
{第4層導電層}
第4層導電層について、図6、図12を用いて説明する。第4層導電層は、第3層導電層の上層に位置する。第4層導電層は、X方向にほぼ直線状に延びるパターンを有するビット線用局所配線層51a、/ビット線用局所配線層51b、主ワード線53、VSS配線(接地線)55を含む。ビット線用局所配線層51aと、/ビット線用局所配線層51bとの間に、主ワード線53、VSS配線55が位置している。
【0065】
SS配線55は、VSS配線用局所配線層37の上方に位置し、第4層導電層と第2層導電層とを接続する導電部であるコンタクト導電部113(以下、第2層・第4層-コンタクト導電部113という)を介して、VSS配線用局所配線層37と接続されている(図12)。VSS配線55の幅は、例えば、0.4〜1.0μmである。
【0066】
主ワード線53は、ドレイン-ドレイン接続層31aの上方に位置する。主ワード線53によって、副ワード線23a、23b(図8)が活性化および非活性化される。主ワード線53の幅は、例えば、0.18〜0.24μmである。なお、本実施形態では、ワード線を副ワード線と主ワード線からなる構造としているが、主ワード線を設けない構造でもよい。
【0067】
ビット線用局所配線層51aは、ビット線用コンタクトパッド層35aの上方に位置する。ビット線用局所配線層51aは、ビット線61a(図7)と、転送トランジスタQ1のソースおよびドレインとなるn+型不純物領域15a(図8)とを接続するための配線層として機能する。ビット線用局所配線層51aの一方の端部51a1は、第2層・第4層-コンタクト導電部113を介して、ビット線コンタクトパッド層35aと接続されている。ビット線用局所配線層51aは、形成領域Rのメモリセル、および、形成領域Rに対して、図12中の上に位置するメモリセルにおいて共用される。ビット線用局所配線層51aの幅は、例えば、0.20〜0.40μmである。
【0068】
/ビット線用局所配線層51bは、/ビット線用コンタクトパッド層35bの上方に位置する。/ビット線用局所配線層51bは、ビット線61b(図7)と、転送トランジスタQ2のソースおよびドレインとなるn+型不純物領域15e(図8)とを接続するための配線層として機能する。/ビット線用局所配線層51bの第1端部51b1は、第2層・第4層-コンタクト導電部113を介して、/ビット線コンタクトパッド層35bと接続されている。/ビット線用局所配線層51bは、形成領域Rのメモリセル、および、形成領域Rに対して、図12中の下に位置するメモリセルにおいて共用される。/ビット線用局所配線層51bの幅は、例えば、0.20〜0.40μmである。
【0069】
次に、第4層導電層の断面構造について、図14を用いて説明する。第4層導電層は、例えば、下から順に、高融点金属の窒化物層52、金属層54、高融点金属の窒化物層56が積層された構造を有する。各層の具体例は、次のとおりである。高融点金属の窒化物層52としては、例えば、チタンナイトライド層がある。金属層54としては、例えば、アルミニウム層、銅層または、これらの合金層がある。高融点金属の窒化物層56としては、例えば、チタンナイトライド層がある。また、第4層導電層は、次のいずれかの態様であってもよい。1)高融点金属の窒化物層のみから構成される態様。2)金属層のみから構成される態様。
【0070】
第4層導電層上には、シリコン酸化層からなるハードマスク層59が形成されている。ハードマスク層59をマスクとして、第4層導電層のパターンニングがなされる。これは、メモリセルの小型化により、レジストのみをマスクとして、第4層導電層のパターンニングをするのが困難だからである。
【0071】
次に、第2層・第4層-コンタクト導電部113の断面構造について、図14を用いて説明する。第2層・第4層-コンタクト導電部113は、二つの層間絶縁層81、101を貫通するスルーホール115に埋め込まれている。この断面において、第2層・第4層-コンタクト導電部113は、ビット線コンタクトパッド層35aとビット線用局所配線層51aとを接続している。第2層・第4層-コンタクト導電部113は、フィールド・第2層-コンタクト導電部73で述べた構造と同様の構造をとることができる。スルーホール115の上端部の径は、例えば、0.18〜0.24μmであり、下端部の径は、例えば、0.14〜0.18μmである。
【0072】
図14、図15に示すように、第4層導電層を覆うように、例えば、シリコン酸化層のような層間絶縁層121が形成されている。層間絶縁層121は、CMPにより平坦化の処理がなされている。
【0073】
{第5層導電層}
第5層導電層について、図7、図13を用いて説明する。第5層導電層は、第4層導電層の上層に位置する。第5層導電層は、Y方向にほぼ直線状に延びるパターンを有する一対のビット線61a、/ビット線61bを含む。/ビット線61bには、ビット線61aに流れる信号と相補の信号が流れる。ビット線61a、/ビット線61bの幅は、例えば、0.20〜0.26μmである。
【0074】
ビット線61aは、第5層導電層と第4層導電層とを接続する導電部であるコンタクト導電部133(以下、第4層・第5層-コンタクト導電部133という)を介して、ビット線用局所配線層51aの一方の端部51a1と接続される。/ビット線61bは、第4層・第5層-コンタクト導電部133を介して、/ビット線用局所配線層51bの第2端部51b2と接続されている。
【0075】
次に、第5層導電層の断面構造について、図14、図15を用いて説明する。第5層導電層は、第4層導電層で述べた構造と同様の構造をとることができる。第5層導電層上には、シリコン酸化層からなるハードマスク層69が形成されている。ハードマスク層69の形成理由は、ハードマスク層59と同じである。
【0076】
次に、第4層・第5層-コンタクト導電部133の断面構造について、図14を用いて説明する。第4層・第5層-コンタクト導電部133は、層間絶縁層121を貫通するスルーホール135に埋め込まれている。この断面において、第4層・第5層-コンタクト導電部133は、ビット線61aとビット線用局所配線層51aとを接続している。第4層・第5層-コンタクト導電部133は、フィールド・第2層-コンタクト導電部73で述べた構造と同様の構造をとることができる。スルーホール135の上端部の径は、例えば、0.20〜0.24μmであり、下端部の径は、例えば、0.18〜0.22μmである。
【0077】
以上が本実施形態にかかるSRAMの構造の詳細である。
【0078】
[本実施形態にかかるSRAMの主な効果]
本実施形態によれば、SRAMのメモリセルの小型化を図ることができる。以下、詳細に説明する。本実施形態では、メモリセルのフリップフロップで情報の記憶を行う。フリップフロップは、一方のインバータの入力端子(ゲート電極)を他方のインバータの出力端子(ドレイン)に接続し、かつ他方のインバータの入力端子(ゲート電極)を一方のインバータの出力端子(ドレイン)に接続することにより、構成される。つまり、フリップフロップは、第1のインバータと第2のインバータをクロスカップル接続したものである。二層の導電層を用いてフリップフロップを構成する場合、例えば、インバータのドレイン同士を接続するドレイン-ドレイン接続層と、インバータのゲートとインバータのドレインを接続するドレイン-ゲート接続層と、を一つの導電層にすることにより、クロスカップル接続ができる。
【0079】
しかし、この構造によれば、この導電層は、一方のインバータのドレインが位置する領域と、他方のインバータのゲートが位置する領域と、これらを連結する領域と、にわたって形成される。よって、この導電層は、三つ端部を有するパターン(例えば、T字型やh字型のような分岐部を有するパターン)や、互いに腕部分が入り込み合った渦巻き状のパターンとなる。なお、T字型のパターンとしては、例えば、特開平10−41409号公報の図1に開示されている。h字型のパターンとしては、例えば、M.Ishida,et.al.,IEDM Tech.Digest(1998)、第203頁の図4(b)に開示されている。渦巻き状のパターンとしては、例えば、M.Ishida,et.al.,IEDM Tech.Digest(1998)、第203頁の図3(b)に開示されている。このような複雑なパターンは、パターンが微細化すると、フォトエッチング工程での正確な形状再現が困難となるので、所望のパターンが得られず、メモリセルサイズの小型化の妨げとなる。
【0080】
本実施形態によれば、図3、図4、図5に示すように、CMOSインバータのゲートとなるゲート-ゲート電極層(21a、21b)、CMOSインバータのドレイン同士を接続するドレイン-ドレイン接続層(31a、31b)、一方のCMOSインバータのゲートと他方のCMOSインバータのドレインとを接続するドレイン-ゲート接続層(41a、41b)を、それぞれ、異なる層に形成している。このように、本実施形態では、三層の導電層を用いてフリップフロップを構成するので、二層の導電層を用いてフリップフロップを構成する場合に比べて、各層のパターンを単純化できる。例えば、I字型のパターンのような、端部が二つのほぼ直線状のパターンや、L字型、コ字型のパターンのような、端部が二つで、ほぼ直線状の要素が組み合わされたパターンにすることができる。以上のように、本実施形態によれば、各層のパターンを単純化できるので、例えば、0.12μm世代において、メモリセルサイズが、2.5μm2以下の微細なSRAMにすることができる。
【0081】
[SRAMのメモリセルアレイ]
本実施形態のSRAMのメモリセルを含むメモリセルアレイとしては、第1の例および第2の例がある。まず第1の例の構成および効果を説明する。
【0082】
{第1の例}
(構成)
図16は、本実施形態のSRAMのメモリセルを含むメモリセルアレイの第1の例の部分平面図である。メモリセルアレイ200は、多数のメモリセル(MC)210がマトリックス状に配置されている。メモリセル(MC)210に、図1〜図15で説明したメモリセルが形成されている。各メモリセル(MC)210のビット線61a、/ビット線61bおよびVDD配線33(電源線)がY方向に延びており、VSS配線55(接地線)がX方向に延びている。メモリセルアレイ200は、正規メモリセルアレイと冗長メモリセルアレイとを含む。
【0083】
ビット線61aおよび/ビット線61bの対には、第1のビット線および/ビット線の対240(以下、第1の対という)、第2のビット線および/ビット線の対250(以下、第2の対という)があり、各々が複数ある。一組の第1の対240、第2の対250毎、つまり、2カラム毎に電源切り離し回路230を介して、電源VDDと接続されている。電源切り離し回路230のヒューズを切断することにより、ビット線61a、/ビット線61bおよびVDD配線33は、電源VDDから切り離される。第1の例では、正規メモリセルアレイの2カラム毎に冗長メモリセルアレイの2カラムが置換される。
【0084】
一組の、第1の対240と第2の対250において、第1の対240のメモリセル(MC)210と、第2の対250のメモリセル(MC)210とは、VDD配線33(電源線)を共用している。これを、メモリセル(MC)210とVDD配線33との関係を示す図で説明すると、図17のようになり、2カラムで一本のVDD配線33が用いられる。このため、図4に示すVDD配線33は、このメモリセルと左隣りのメモリセルとで共用されるように配置される。
【0085】
なお、電源VDDは、ビット線プリチャージ回路220を介して、ビット線61a、/ビット線61bに電位を供給する。また、電源VDDは、VDD配線33を介してメモリセル(MC)210に電位を供給する。
【0086】
(効果)
第1の例によれば、SRAMのメモリセルアレイの集積度を向上させることができる。以下、詳細に説明する。
【0087】
第1の例では、ビット61a線や/ビット線61b(以下、単にビット線という場合がある)に不良が発生すると、その不良ビット線を含む2カラムは、冗長メモリセルアレイの2カラムと置換される。この置換のため、不良ビット線を含む2カラムを電源VDDから切り離す処理、および、不良ビット線を含む2カラムのメモリセル(MC)210のVDD配線(電源線)33を電源VDDから切り離す処理がおこなわれる。
【0088】
第1の例によれば、ビット61a線、/ビット線61bおよびVDD配線33は、同一方向に延びているので、所定数のビット線毎にビット線と同じ方向に延びる共通VDD配線(共通電源線)を設ける必要がない。すなわち、例えば、ビット61a線、/ビット線61bがY方向に延び、VDD配線33がX方向に延びている場合、所定数のビット線毎にY方向に延びる共通VDD配線を設け、これにVDD配線33を接続させている。不良ビット線が発生した場合、共通VDD配線が電源から切り離されるのである。この構造の場合、共通VDD配線のためのスペースが必要となり、メモリセルアレイの集積度が低下する。これに対して、第1の例によれば、共通VDD配線のためのスペースが不要となり、メモリセルアレイの集積度を向上させることができる。
【0089】
{第2の例}
(構成)
図18は、本実施形態のSRAMのメモリセルを含むメモリセルアレイの第2の例の部分平面図である。第1の例の要素と同一の要素には同一符号を付している。第2の例については第1の例と相違する点を中心に説明する。
【0090】
第2の例のメモリセルアレイ300において、ビット線61aおよび/ビット線61bの対(以下、対という)260毎、つまり、1カラム毎に電源切り離し回路230を介して、電源VDDと接続されている。第2の例では、正規メモリセルアレイの1カラム毎に冗長メモリセルアレイの1カラムが置換される。1カラム毎に置換できるようにするため、ある対260のメモリセル(MC)210のVDD配線33(電源線)は、他の対260のメモリセル(MC)210のVDD配線33から分離されている。
これを、メモリセル(MC)210とVDD配線33との関係を示す図で説明すると、図19のようになり、1カラムで一本のVDD配線33が用いられる。このため、図4に示すVDD配線33は、このメモリセルと左隣りまたは右隣りのメモリセルとで共用されない。
【0091】
(効果)
第2の例によれば、第1の例と同じように、ビット61a線、/ビット線61bおよびVDD配線33が同一方向に延びているので、所定数のビット線毎にビット線と同じ方向に延びる共通VDD配線(共通電源線)を設ける必要がない。よって、第2の例によれば、SRAMのメモリセルアレイの集積度を向上させることができる。
【0092】
また、第2の例は、次の点から第1の例に比べてメモリセルアレイの集積度を向上させることができる。第1の例では例えば、第1の対240に不良ビット線があれば、第2の対250に不良ビット線がなくても、第2の対250は第1の対240と共に置換される。これに対して、第2の例は、第1の例と異なり、不良ビット線を含む対260のみ置換されるので、メモリセルアレイの集積度を上げることができる。
【0093】
なお、第1の例は、次の点から第2の例に比べてメモリセルアレイの集積度を上げることができる。第1の例は2カラムで一本のVDD配線33を用いるのに対して、第2の例は1カラムで一本のVDD配線33を用いる。よって、第1の例は、第2の例よりもVDD配線33の数を減らすことができるので、メモリセルアレイの集積度を上げることができる。
【0094】
[SRAMの電子機器への応用例]
本実施形態にかかるSRAMは、例えば、携帯機器のような電子機器に応用することができる。図20は、携帯電話機のシステムの一部のブロック図である。CPU、SRAM、DRAMはバスラインにより、相互に接続されている。さらに、CPUは、バスラインにより、キーボードおよびLCDドライバと接続されている。LCDドライバは、バスラインにより、液晶表示部と接続されている。CPU、SRAMおよびDRAMでメモリシステムを構成している。
【0095】
図21は、図20に示す携帯電話機のシステムを備える携帯電話機600の斜視図である。携帯電話機600は、キーボード612、液晶表示部614、受話部616およびアンテナ部618を含む本体部610と、送話部622を含む蓋部620と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態にかかるSRAMの等価回路図である。
【図2】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルのフィールドを示す平面図である。
【図3】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第1層導電層を示す平面図である。
【図4】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第2層導電層を示す平面図である。
【図5】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第3層導電層を示す平面図である。
【図6】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第4層導電層を示す平面図である。
【図7】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第5層導電層を示す平面図である。
【図8】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルのフィールドおよび第1層導電層を示す平面図である。
【図9】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルのフィールド、第1層導電層および第2層導電層を示す平面図である。
【図10】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第2層導電層および第3層導電層を示す平面図である。
【図11】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第1層導電層および第3層導電層を示す平面図である。
【図12】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第2層導電層および第4層導電層を示す平面図である。
【図13】本実施形態にかかるSRAMのメモリセルの第4層導電層および第5層導電層を示す平面図である。
【図14】図2〜図13のA1−A2線に沿った断面図である。
【図15】図2〜図13のB1−B2線に沿った断面図である。
【図16】本実施形態のSRAMのメモリセルを含むメモリセルアレイの第1の例の部分平面図である。
【図17】第1の例のメモリセル(MC)とVDD配線との関係を示す図である。
【図18】本実施形態のSRAMのメモリセルを含むメモリセルアレイの第2の例の部分平面図である。
【図19】第2の例のメモリセル(MC)とVDD配線との関係を示す図である。
【図20】本実施形態にかかるSRAMを備えた、携帯電話機のシステムの一部のブロック図である。
【図21】図20に示す携帯電話機のシステムを備える携帯電話機の斜視図である。
【符号の説明】
11 活性領域
11a 領域
11b 領域
12 pウェル
13 活性領域
14 nウェル
15a、15b、15c、15d、15e n+型不純物領域
17a、17b、17c p+型不純物領域
19 素子分離領域
21a、21b ゲート-ゲート電極層
23a、23b 副ワード線
30 高融点金属からなる金属層
31a、31b ドレイン-ドレイン接続層
31a1、31b1 第1端部
31a2、31b2 第2端部
31b3 角部
32 高融点金属の窒化物層
33 VDD配線(電源線)
33a 凸部
35a ビット線用コンタクトパッド層
35b /ビット線用コンタクトパッド層
37 VSS配線用局所配線層(接地線用局所配線層)
40 高融点金属からなる金属層
41a、41b ドレイン-ゲート接続層
41a1、41b1 第1端部
41a2、41b2 第2端部
42 高融点金属の窒化物層
51a ビット線用局所配線層
51a1 一方の端部
51b /ビット線用局所配線層
51b1 第1端部
51b2 第2端部
52 高融点金属の窒化物層
53 主ワード線
54 金属層
55 VSS配線(接地線)
56 高融点金属の窒化物層
59 ハードマスク
61a ビット線
61b /ビット線
62 高融点金属の窒化物層
64 金属層
66 高融点金属の窒化物層
69 ハードマスク
71 層間絶縁層
73 フィールド・第2層-コンタクト導電部
75 スルーホール
77 プラグ
79 高融点金属の窒化物層
81 層間絶縁層
83 第2層・第3層-コンタクト導電部
85 スルーホール
87 プラグ
89 高融点金属の窒化物層
93 第1層・第3層-コンタクト導電部
95 スルーホール
97 プラグ
99 高融点金属の窒化物層
101 層間絶縁層
113 第2層・第4層-コンタクト導電部
115 スルーホール
117 プラグ
119 高融点金属の窒化物層
121 層間絶縁層
133 第4層・第5層-コンタクト導電部
135 スルーホール
137 プラグ
139 高融点金属の窒化物層
200 メモリセルアレイ
210 メモリセル
220 ビット線プリチャージ回路
230 電源切り離し回路
240 第1のビット線および/ビット線の対(第1の対)
250 第2のビット線および/ビット線の対(第2の対)
260 ビット線および/ビット線の対(対)
300 メモリセルアレイ
R 一つのメモリセルの形成領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device such as a static random access memory (SRAM), a memory system including the semiconductor device, and an electronic apparatus.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
An SRAM, which is a kind of semiconductor memory device, has the characteristics that the system can be simplified because the refresh operation is not required and the power consumption is low. For this reason, SRAM is used suitably for the memory of electronic devices, such as a mobile phone, for example.
[0003]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be highly integrated, a memory system including the semiconductor device, and an electronic apparatus.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
(1) A semiconductor device according to the present invention includes:
A semiconductor device comprising a memory cell including a first load transistor, a second load transistor, a first drive transistor, a second drive transistor, a first transfer transistor and a second transfer transistor,
(A) a first active region extending in a first direction and in which the first and second load transistors are formed;
(B) a second active region extending in a first direction and in which the first and second drive transistors and the first and second transfer transistors are formed;
(C) extends in the second direction, is located in the first conductive layer that is an upper layer of the first and second active regions, and intersects the second active region in plan view. A first word line located and including a gate electrode of the first transfer transistor;
(D) extending in the second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the second active region in plan view, and of the second transfer transistor A second word line including a gate electrode;
(E) extending in a second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the first and second active regions in plan view, and the first A first gate-gate electrode layer located between a word line and the second word line and including a gate electrode of the first load transistor and the first drive transistor;
(F) extends in the second direction, is positioned in the first conductive layer, and is positioned to intersect with the first and second active regions in plan view, and the first A second gate-gate electrode layer positioned between a word line and the second word line and including a gate electrode of the second load transistor and the second drive transistor;
(G) a power supply line extending in the first direction and located on the upper layer of the first conductive layer and connected to the sources of the first and second load transistors;
(H) a bit line extending in the first direction and located in an upper layer of the first conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(I) a / bit line that extends in the first direction, is located above the first conductive layer, is connected to the second transfer transistor, and is paired with the bit line; ,
Is provided.
[0005]
Here, the “active region” refers to an element formation region defined by an element isolation region. Specifically, a region where an impurity diffusion layer is formed, a region where a channel under a gate electrode is formed, including.
[0006]
When a defect occurs in a certain bit line or / bit line (hereinafter referred to as a bit line), the defective bit line is replaced with a redundant bit line. For this replacement, processing for disconnecting the defective bit line from the power source and processing for disconnecting the power source lines of the plurality of memory cells connected to the defective bit line from the power source are performed.
[0007]
For this processing, it is necessary to provide a power supply line extending in the same direction as the bit line and connect a plurality of memory cells connected to the bit line to the same power supply line. Therefore, for example, when the bit line extends in the Y direction and the power supply line of the memory cell extends in the X direction, for example, a common power supply line extending in the Y direction is provided for each predetermined number of bit lines. Connect the power line. When a function failure with current such as a defective bit line occurs, the common power supply line is disconnected from the power supply. In this configuration, a space for the common power supply line is required, and the degree of integration of the memory cell array is reduced.
[0008]
According to the present invention, since the bit lines and the power supply lines of the memory cells extend in the same direction, it is not necessary to provide a common power supply line extending in the same direction as the bit lines for every predetermined number of bit lines. Therefore, according to the present invention, the degree of integration of the memory cell array can be improved. The power line is, for example, V DD Wiring.
[0009]
(2) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0010]
There are a plurality of the memory cells,
The bit line and / bit line pair includes a plurality of first bit line / bit line pairs and a plurality of second bit line / bit line pairs,
A set of the first bit line and / bit line pair, the second bit line and / bit line pair, and the memory cell of the first bit line / bit line pair; The memory cell of the second bit line / bit line pair shares the power line.
[0011]
According to the present invention, since the memory cells of the first bit line / bit line pair and the second bit line / bit line pair share the power line, the memory cell array is integrated. You can raise the degree.
[0012]
(3) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0013]
There are a plurality of the memory cells,
There are a plurality of pairs of the bit line and the / bit line,
The power line of the memory cell of one bit line and / bit line pair is connected to the power line of the memory cell of another bit line / bit line pair via a disconnection circuit Has been.
[0014]
According to the present invention, since the power line of the memory cell of one bit line and / or a pair of bit lines is isolated from the power line of the memory cell of another bit line and / or a pair of bit lines, When this occurs, only the pair including the defective bit line can be replaced. As described above, according to the present invention, since the bit line defect can be remedied for each pair of bit lines and / or bit lines, the degree of integration of the memory cell array can be improved.
[0015]
(4) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0016]
In the memory cell,
The power supply line and the bit line / bit line pair are arranged in different layers.
[0017]
(5) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0018]
The memory cell is
(J) extending in the second direction and located in a second conductive layer that is an upper layer of the first conductive layer, and the drain of the first load transistor and the drain of the first drive transistor A first drain-drain connection layer for connecting,
(K) a second drain-drain extending in the second direction, located in the second layer conductive layer, and connecting the drain of the second load transistor and the drain of the second drive transistor A connection layer;
(L) a first drain − located in a third conductive layer, which is an upper layer of the second conductive layer, and connecting the first drain-drain connection layer and the second gate-gate electrode layer; A gate connection layer;
(M) a second drain-gate connection layer located in the third conductive layer and connecting the second drain-drain connection layer and the first gate-gate electrode layer;
Is provided.
[0019]
A flip-flop is configured by making a predetermined connection to the first load transistor, the second load transistor, the first drive transistor, and the second drive transistor. According to the present invention, a flip-flop is configured using three conductive layers (gate-gate electrode layer, drain-drain connection layer, drain-gate connection layer). For this reason, the pattern of each layer can be simplified (for example, a substantially linear pattern) compared with the case where a flip-flop is formed using two conductive layers. As described above, according to the present invention, the pattern of each layer can be simplified. For example, the memory cell size is 2.5 μm. 2 The following fine semiconductor device can be obtained.
[0020]
(6) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0021]
The memory cell is
(N) a local wiring layer for a ground line, which has a pattern extending in a second direction, is located in the second layer conductive layer, and is connected to the sources of the first and second drive transistors;
(O) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(P) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the second transfer transistor;
(Q) a ground line having a pattern extending in the second direction, located in a fourth conductive layer that is an upper layer of the third conductive layer, and connected to the local wiring layer for the ground line;
(R) a main word line having a pattern extending in the second direction and located in the fourth conductive layer;
(S) a local wiring layer for bit lines that has a pattern extending in the second direction, is located in the fourth conductive layer, and is connected to the contact pad layer for bit lines;
(T) a / bit line local wiring layer having a pattern extending in the second direction, located in the fourth conductive layer, and connected to the / bit line contact pad layer;
With
The power line is located in the second conductive layer,
The bit line is located in a fifth conductive layer, which is an upper layer of the fourth conductive layer, and is connected to the local wiring layer for the bit line;
The / bit line is located in the fifth conductive layer and is connected to the / bit line local wiring layer.
[0022]
According to the present invention, the power supply line, the ground line, the main word line, the bit line, and the / bit line can be arranged in a balanced manner. The local wiring layer for the ground line is used for connection between the sources of the first and second drive transistors and the ground line. The bit line contact pad layer and the bit line local wiring layer are used for connection between the bit line and the first transfer transistor. The / bit line contact pad layer and the / bit line local wiring layer are used to connect the / bit line and the second transfer transistor. The ground wire is, for example, V SS Wiring. When the main word line is provided, the above word line becomes a sub word line.
[0023]
(7) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0024]
The first and second active regions, the first and second gate-gate electrode layers, and the first and second word lines have a substantially linear pattern.
[0025]
These constitute the bulk layer. According to the present invention, since these have a substantially linear pattern, that is, a simple pattern, the bulk layer can be miniaturized.
[0026]
(8) The semiconductor device according to the present invention can be as follows.
[0027]
The size of the memory cell is 2.5 μm 2 It is as follows.
[0028]
(9) A memory system according to the present invention includes the semiconductor device according to any one of (1) to (8).
[0029]
(10) An electronic apparatus according to the present invention includes the semiconductor device according to any one of (1) to (8).
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the semiconductor device according to the present invention is applied to an SRAM. First, an outline of the structure of the SRAM according to the present embodiment will be described, and then the details of the structure will be described.
[0031]
[Outline of SRAM structure]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of the SRAM according to the present embodiment. The SRAM according to this embodiment is a type in which one memory cell is configured by six MOS field effect transistors. That is, the n-channel type driving transistor Q Three And p-channel load transistor Q Five Thus, one CMOS inverter is configured. Further, the n-channel type driving transistor Q Four And p-channel load transistor Q 6 Thus, one CMOS inverter is configured. A flip-flop is formed by cross-coupling the two CMOS inverters. The flip-flop and the n-channel transfer transistor Q 1 , Q 2 Thus, one memory cell is configured.
[0032]
As shown in FIGS. 2 to 7, the SRAM memory cell according to the present embodiment has a structure having five conductive layers above the field. Hereinafter, FIGS. 2 to 7 will be briefly described with reference to FIG. Note that the symbol R in these drawings indicates a formation region of one memory cell.
[0033]
FIG. 2 is a plan view showing the field, and includes active regions 11 and 13 having a pattern extending substantially linearly in the Y direction. FIG. 3 is a plan view showing the first conductive layer, and the gate-gate electrode layers 21a and 21b having an I-shaped pattern extending in the X direction, and a sub-pattern having a pattern extending substantially linearly in the X direction. It includes word lines 23a and 23b. The gate-gate electrode layer 21a is composed of the drive transistor Q Three And load transistor Q Five The gate-gate electrode layer 21b includes the drive transistor Q. Four And load transistor Q 6 The sub-word line 23a includes a transfer transistor Q. 1 The sub-word line 23b includes a transfer transistor Q. 2 Of the gate electrode. FIG. 4 is a plan view showing the second conductive layer. The drain-drain connection layer 31a has an I-shaped pattern extending in the X direction, and the drain-drain connection layer 31b has an L-shaped pattern. V having a pattern extending substantially linearly in the Y direction DD Wiring (power supply line) 33 and the like are included. FIG. 5 is a plan view showing the third conductive layer, and includes a drain-gate connection layer 41a having an L-shaped pattern and a drain-gate connection layer 41b having a U-shaped pattern. FIG. 6 is a plan view showing the fourth conductive layer. The bit line local wiring layer 51a, the / bit line local wiring layer 51b, the main word line 53, and V having a pattern extending substantially linearly in the X direction. SS Wiring (ground wire) 55 is included. FIG. 7 is a plan view showing the fifth conductive layer, and includes a pair of bit line 61a and / or bit line 61b having a pattern extending substantially linearly in the Y direction.
[0034]
[Details of SRAM structure]
Details of the structure of the SRAM according to the present embodiment will be described in order from the lower layer with reference to FIGS. 8 is a plan view showing the field and the first conductive layer, FIG. 9 is a plan view showing the field, the first conductive layer, and the second conductive layer, and FIG. 10 is the second conductive layer and the first conductive layer. FIG. 11 is a plan view showing a three-layer conductive layer, FIG. 11 is a plan view showing a first-layer conductive layer and a third-layer conductive layer, and FIG. 12 is a plan view showing a second-layer conductive layer and a fourth-layer conductive layer. 13 is a plan view showing the fourth layer conductive layer and the fifth layer conductive layer, FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIGS. 2 to 13, and FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line B1-B2 of FIG.
[0035]
{Field, first conductive layer}
First, the fields will be described. As shown in FIG. 2, the field has active regions 11 and 13 and an element isolation region 19. The active regions 11 and 13 are formed on the surface of the silicon substrate.
[0036]
The active region 11 has a pattern extending substantially linearly in the Y direction. The active region 11 extends to the formation region of another memory cell positioned above and below in FIG. 2 with respect to the formation region R of the memory cell. The active region 11 has a drive transistor Q Three , Q Four 11a and transfer transistor Q 1 , Q 2 And a region 11b in which is formed. The width of the region 11a is, for example, 0.22 to 0.33 μm, and the width of the region 11b is, for example, 0.16 to 0.20 μm.
[0037]
The active region 13 has a pattern extending substantially linearly in the Y direction, and is formed at a distance from the active region 11. Both ends of the active region 13 stop extending in the memory cell formation region R. The active region 13 includes a load transistor Q Five , Q 6 Is formed. The width of the active region 13 is, for example, 0.16 to 0.20 μm.
[0038]
The active region 11 and the active region 13 are separated from each other by an element isolation region 19 (depth, for example, 0.35 to 0.45 μm). As the element isolation region 19, for example, there is STI (shallow trench isolation). The length of the memory cell formation region R in the X direction is, for example, 1.0 to 1.4 μm, and the length of the Y direction is, for example, 1.6 to 2.0 μm.
[0039]
The A1-A2 cross section and B1-B2 cross section of the field shown in FIG. 2 are as shown in FIGS. 14 and 15, respectively. These cross sections show a p-well 12, an n-well 14 and the like formed in the silicon substrate.
[0040]
Next, the first conductive layer located in the upper layer of the field will be described with reference to FIGS. A set of gate-gate electrode layers 21a and 21b are arranged in parallel in the formation region R of one memory cell. The gate-gate electrode layers 21a and 21b intersect the active regions 11 and 13 when viewed in plan. Since the gate-gate electrode layers 21a and 21b are I-shaped patterns, they are almost linear patterns. The gate-gate electrode layer 21a is composed of the drive transistor Q Three And load transistor Q Five These gate electrodes are connected to each other. The gate-gate electrode layer 21b is connected to the driving transistor Q. Four And load transistor Q 6 These gate electrodes are connected to each other. Driving transistor Q Three , Q Four The gate length is, for example, 0.12 to 0.15 μm. Load transistor Q Five , Q 6 The gate length is, for example, 0.14 to 0.17 μm.
[0041]
The sub word lines 23a and 23b are located apart from the active region 13 when viewed in plan, and are positioned so as to intersect with the active region 11 when viewed in plan. Gate-gate electrode layers 21a and 21b are located between the sub word line 23a and the sub word line 23b. The sub word line 23a is connected to the transfer transistor Q. 1 The sub word line 23b is connected to the transfer transistor Q. 2 It becomes a gate electrode. Transfer transistor Q 1 , Q 2 The gate length is, for example, 0.14 to 0.17 μm.
[0042]
The gate-gate electrode layers 21a and 21b and the sub word lines 23a and 23b have, for example, a structure in which a silicide layer is formed on a polysilicon layer.
[0043]
The A1-A2 cross section and B1-B2 cross section of the first conductive layer shown in FIGS. 3 and 8 are as shown in FIGS. 14 and 15, respectively. In these cross sections, the sub-word line 23a and the gate-gate electrode layer 21a appear.
[0044]
Next, n formed in the active region 11 + The type impurity regions 15a, 15b, 15c, 15d, and 15e will be described with reference to FIG. N in order to sandwich the sub word line 23a in plan view. + Type impurity regions 15a and n + N-type impurity region 15b and n-type electrode region 21a so as to sandwich n-type impurity region 15b. + Type impurity regions 15b and n + N-type impurity region 15c is located and n-side so as to sandwich gate-gate electrode layer 21b + Type impurity regions 15c and n + N type impurity region 15d is located, and n is arranged so as to sandwich sub word line 23b. + Type impurity regions 15d and n + A type impurity region 15e is located.
[0045]
n + The type impurity region 15a is formed by the transfer transistor Q 1 Source or drain. n + The type impurity region 15b is formed by the transfer transistor Q 1 Source or drain, driving transistor Q Three It becomes the drain of. n + The type impurity region 15c is connected to the driving transistor Q. Three , Q Four Become a common source. n + The type impurity region 15d is connected to the driving transistor Q. Four Drain, transfer transistor Q 2 Source or drain. n + The type impurity region 15e is formed by the transfer transistor Q 2 Source or drain.
[0046]
Next, p formed in the active region 13 is formed. + The type impurity regions 17a, 17b, and 17c will be described with reference to FIG. As viewed in plan, the gate-gate electrode layer 21a is sandwiched between p + Type impurity regions 17a and p + P-type impurity region 17b is located and p-type so as to sandwich gate-gate electrode layer 21b. + Type impurity regions 17b and p + A type impurity region 17c is located. p + The type impurity region 17a is connected to the load transistor Q Five The drain of p + The type impurity region 17c is connected to the load transistor Q 6 The drain of p + The type impurity region 17b is connected to the load transistor Q Five , Q 6 Become a common source. As shown in FIG. + Type impurity regions 15a, 15b, p + A type impurity region 17a appears.
[0047]
As shown in FIGS. 14 and 15, an interlayer insulating layer 71 such as a silicon oxide layer is formed so as to cover the field and the first conductive layer. The interlayer insulating layer 71 is planarized by CMP.
[0048]
{Second layer conductive layer}
The second conductive layer will be described with reference to FIGS. The second conductive layer is located above the first conductive layer. The second conductive layer includes drain-drain connection layers 31a, 31b, V DD Wiring (power line) 33, bit line contact pad layer 35a, bit line contact pad layer 35b, V SS A local wiring layer for wiring (local wiring layer for grounding line) 37 is included. The second conductive layer is connected to the field n via a contact conductive portion 73 (hereinafter referred to as field / second layer-contact conductive portion 73) which is a conductive portion connecting the second conductive layer and the field. + Type impurity region and p + Connected to the type impurity region.
[0049]
Between the drain-drain connection layer 31a and the drain-drain connection layer 31b, the drain-drain connection layers 31a, 31b are positioned so that the gate-gate electrode layers 21a, 21b are positioned in plan view. . The drain-drain connection layer 31a has n + Type impurity region 15b (drain) and p + It is located above the type impurity region 17a (drain). The I-shaped drain-drain connection layer 31a has a first end 31a1 with a field / second layer-contact conductive portion 73 interposed therebetween. + P-type impurity region 15b (drain) is connected to the second end portion 31a2 of the second impurity region 15b via the field / second layer-contact conductive portion 73. + It is connected to the type impurity region 17a (drain). The drain-drain connection layer 31b has n + Type impurity region 15d (drain) and p + It is located above the type impurity region 17c (drain). The L-shaped drain-drain connection layer 31b has n-type n-type contact via the field / second layer-contact conductive portion 73 at the first end 31b1. + P-type impurity region 15d (drain) is connected to the p-type impurity region 15d (drain) via the field / second-layer contact conductive portion 73 at the corner 31b3. + It is connected to the type impurity region 17c (drain). The width of the drain-drain connection layers 31a and 31b is, for example, 0.16 to 0.20 μm.
[0050]
V DD The width of the wiring (power supply line) 33 is, for example, 0.16 to 0.20 μm. V DD The protrusion 33a of the wiring 33 extends in the X direction, and p + It is located above the type impurity region 17b (source). The convex portion 33a is connected to p through the field / second layer-contact conductive portion 73. + It is connected to the type impurity region 17b.
[0051]
V SS The local wiring layer for wiring (local wiring layer for grounding line) 37 is n + It is located above the type impurity region 15c (source). V SS The local wiring layer 37 for wiring is n through the field / second layer-contact conductive portion 73. + It is connected to the type impurity region 15c. V SS The local wiring layer 37 for wiring is V SS Wiring 55 (FIG. 6) and drive transistor Q Three , Q Four The source of n + It functions as a wiring layer for connecting the type impurity region 15c. V SS The local wiring layer 37 for wiring is shared by the memory cell in the formation region R and the memory cell located on the right side in FIG.
[0052]
The bit line contact pad layer 35a includes n + It is located above the type impurity region 15a. The bit line contact pad layer 35a is connected to n through the field / second layer-contact conductive portion 73. + It is connected to the type impurity region 15a. The bit line contact pad layer 35a includes a bit line 61a (FIG. 7) and a transfer transistor Q. 1 N to become the source and drain of + It functions as a pad layer for connecting the type impurity region 15a. The bit line contact pad layer 35a is shared by the memory cell in the formation region R and the memory cell located above the formation region R in FIG.
[0053]
/ Bit line contact pad layer 35b has n + It is located above the type impurity region 15e. / The bit line contact pad layer 35b is connected via the field / second layer-contact conductive portion 73 to n + It is connected to the type impurity region 15e. The / bit line contact pad layer 35b includes the / bit line 61b (FIG. 7) and the transfer transistor Q. 2 N to become the source and drain of + It functions as a pad layer for connecting the type impurity region 15e. The bit line contact pad layer 35b is shared by the memory cells in the formation region R and the memory cells located below the formation region R in FIG.
[0054]
Next, the cross-sectional structure of the second conductive layer will be described with reference to FIG. The second conductive layer can be composed of, for example, only a refractory metal nitride layer. The thickness of the second conductive layer is, for example, 100 to 200 nm. An example of the refractory metal nitride layer is a titanium nitride layer. Further, the second conductive layer may be any one of the following aspects. 1) It may have a structure in which a refractory metal nitride layer 32 is formed on a metal layer 30 made of a refractory metal. In this case, the metal layer 30 made of a refractory metal serves as an underlay, for example, a titanium layer. Examples of the material for the metal layer of the refractory metal include titanium and tungsten. 2) The second conductive layer may be composed only of a refractory metal layer.
[0055]
Next, the cross-sectional structure of the field / second layer-contact conductive portion 73 will be described with reference to FIG. The interlayer insulating layer 71 has n in the field. + Type impurity region and p + A plurality of through holes 75 exposing the type impurity region are formed. In these through holes 75, field / second layer-contact conductive portions 73 are embedded. Field / second layer-contact conductive portion 73 includes a plug 77 embedded in through hole 75 and a barrier layer 79 located on the bottom surface and side surface of through hole 75. An example of the material of the plug 77 is tungsten. The barrier layer 79 is preferably composed of a metal layer made of a refractory metal and a refractory metal nitride layer formed on the metal layer. An example of the material for the metal layer made of a refractory metal is titanium. An example of the material of the refractory metal nitride layer is titanium nitride. The diameter of the upper end portion of the through hole 75 is, for example, 0.18 to 0.22 μm, and the diameter of the lower end portion is, for example, 0.14 to 0.18 μm.
[0056]
As shown in FIGS. 14 and 15, an interlayer insulating layer 81 such as a silicon oxide layer is formed so as to cover the second conductive layer. The interlayer insulating layer 81 is planarized by CMP.
[0057]
{Third conductive layer}
The third conductive layer will be described with reference to FIGS. The third conductive layer is located above the second conductive layer. The third conductive layer includes drain-gate connection layers 41a and 41b. The width of the drain-gate connection layers 41a and 41b is, for example, 0.16 to 0.20 μm.
[0058]
The drain-gate connection layer 41a has an L-shaped pattern, and the first end 41a1 is located above the first end 31a1 of the drain-drain connection layer 31a (FIG. 10). The first end portion 41a1 of the drain-gate connection layer 41a is a contact conductive portion 83 (hereinafter referred to as a second layer / third layer-contact conductive layer) which is a conductive portion connecting the third conductive layer and the second conductive layer. 10 and the first end portion 31a1 of the drain-drain connection layer 31a (FIG. 10). The second end 41a2 of the drain-gate connection layer 41a is located above the center of the gate-gate electrode layer 21b (FIG. 11). The second end portion 41a2 of the drain-gate connection layer 41a is a contact conductive portion 93 (hereinafter referred to as a first layer / third layer-contact conductive layer) which is a conductive portion connecting the third conductive layer and the first conductive layer. 11 and the central portion of the gate-gate electrode layer 21b (FIG. 11).
[0059]
The drain-gate connection layer 41b is U-shaped, and the first end 41b1 is located above the second end 31b2 of the drain-drain connection layer 31b (FIG. 10). The first end 41b1 of the drain-gate connection layer 41b is connected to the second end 31b2 of the drain-drain connection layer 31b via the second layer / third layer-contact conductive portion 83 (FIG. 10). ). The second end 41b2 of the drain-gate connection layer 41b is located above the central portion of the gate-gate electrode layer 21a (FIG. 11). The second end 41b2 of the drain-gate connection layer 41b is connected to the center of the gate-gate electrode layer 21a via the first layer / third layer-contact conductive portion 93 (FIG. 11).
[0060]
Next, the cross-sectional structure of the third conductive layer will be described with reference to FIGS. The third conductive layer can have a structure similar to that described for the second conductive layer.
[0061]
Next, the sectional structure of the second layer / third layer-contact conductive portion 83 will be described with reference to FIG. Second and third layer-contact conductive portions 83 are buried in the through holes 85 that penetrate the interlayer insulating layer 81. The second layer / third layer-contact conductive portion 83 can have the same structure as that described in the field / second layer-contact conductive portion 73.
[0062]
Next, the cross-sectional structure of the first layer / third layer-contact conductive portion 93 will be described with reference to FIG. The first layer / third layer-contact conductive portion 93 is buried in a through hole 95 penetrating the two interlayer insulating layers 71 and 81. In this cross section, the first layer / third layer-contact conductive portion 93 is connected to the gate-gate electrode layer 21a. The first layer / third layer-contact conductive portion 93 can have the same structure as that described in the field / second layer-contact conductive portion 73. The diameter of the upper end portion of the through hole 95 is, for example, 0.18 to 0.22 μm, and the diameter of the lower end portion is, for example, 0.14 to 0.18 μm.
[0063]
As shown in FIGS. 14 and 15, an interlayer insulating layer 101 such as a silicon oxide layer is formed so as to cover the third conductive layer. The interlayer insulating layer 101 is planarized by CMP.
[0064]
{Fourth conductive layer}
The fourth conductive layer will be described with reference to FIGS. The fourth conductive layer is located above the third conductive layer. The fourth conductive layer includes a bit line local wiring layer 51a, a / bit line local wiring layer 51b, a main word line 53, V, and a pattern extending substantially linearly in the X direction. SS Wiring (ground wire) 55 is included. Between the bit line local wiring layer 51a and the bit line local wiring layer 51b, the main word line 53, V SS The wiring 55 is located.
[0065]
V SS The wiring 55 is V SS A contact conductive portion 113 (hereinafter referred to as a second layer / fourth layer-contact conductive portion 113) which is located above the local wiring layer 37 for wiring and connects the fourth conductive layer and the second conductive layer. V) through V SS It is connected to the local wiring layer 37 for wiring (FIG. 12). V SS The width of the wiring 55 is, for example, 0.4 to 1.0 μm.
[0066]
The main word line 53 is located above the drain-drain connection layer 31a. By main word line 53, sub word lines 23a and 23b (FIG. 8) are activated and deactivated. The width of the main word line 53 is, for example, 0.18 to 0.24 μm. In the present embodiment, the word line has a structure including a sub word line and a main word line, but a structure in which the main word line is not provided may be used.
[0067]
The bit line local wiring layer 51a is located above the bit line contact pad layer 35a. The bit line local wiring layer 51a includes a bit line 61a (FIG. 7) and a transfer transistor Q. 1 N to become the source and drain of + It functions as a wiring layer for connecting the type impurity region 15a (FIG. 8). One end 51a1 of the bit line local wiring layer 51a is connected to the bit line contact pad layer 35a via the second layer / fourth layer-contact conductive portion 113. The local wiring layer 51a for bit lines is shared by the memory cells in the formation region R and the memory cells located above the formation region R in FIG. The width of the bit line local wiring layer 51a is, for example, 0.20 to 0.40 μm.
[0068]
The / bit line local wiring layer 51b is located above the / bit line contact pad layer 35b. / Bit line local wiring layer 51b includes bit line 61b (FIG. 7) and transfer transistor Q. 2 N to become the source and drain of + It functions as a wiring layer for connecting the type impurity region 15e (FIG. 8). The first end portion 51b1 of the / bit line local wiring layer 51b is connected to the / bit line contact pad layer 35b via the second layer / fourth layer-contact conductive portion 113. / Bit line local interconnection layer 51b is shared by the memory cell in formation region R and the memory cell located below in FIG. The width of the bit line local wiring layer 51b is, for example, 0.20 to 0.40 μm.
[0069]
Next, the cross-sectional structure of the fourth conductive layer will be described with reference to FIG. The fourth conductive layer has, for example, a structure in which a refractory metal nitride layer 52, a metal layer 54, and a refractory metal nitride layer 56 are stacked in this order from the bottom. Specific examples of each layer are as follows. An example of the refractory metal nitride layer 52 is a titanium nitride layer. Examples of the metal layer 54 include an aluminum layer, a copper layer, or an alloy layer thereof. An example of the refractory metal nitride layer 56 is a titanium nitride layer. Further, the fourth conductive layer may be any one of the following aspects. 1) An embodiment composed only of a refractory metal nitride layer. 2) An embodiment composed only of a metal layer.
[0070]
A hard mask layer 59 made of a silicon oxide layer is formed on the fourth conductive layer. The fourth conductive layer is patterned using the hard mask layer 59 as a mask. This is because it is difficult to pattern the fourth conductive layer using only the resist as a mask due to miniaturization of the memory cell.
[0071]
Next, the cross-sectional structure of the second layer / fourth layer-contact conductive portion 113 will be described with reference to FIG. The second layer / fourth layer-contact conductive portion 113 is buried in a through hole 115 penetrating the two interlayer insulating layers 81 and 101. In this cross section, the second layer / fourth layer-contact conductive portion 113 connects the bit line contact pad layer 35a and the bit line local wiring layer 51a. The second layer / fourth layer-contact conductive portion 113 can have the same structure as that described in the field / second layer-contact conductive portion 73. The diameter of the upper end portion of the through hole 115 is, for example, 0.18 to 0.24 μm, and the diameter of the lower end portion is, for example, 0.14 to 0.18 μm.
[0072]
As shown in FIGS. 14 and 15, an interlayer insulating layer 121 such as a silicon oxide layer is formed so as to cover the fourth conductive layer. The interlayer insulating layer 121 is planarized by CMP.
[0073]
{Fifth conductive layer}
The fifth conductive layer will be described with reference to FIGS. The fifth conductive layer is located above the fourth conductive layer. The fifth conductive layer includes a pair of bit lines 61a and / bit lines 61b having a pattern extending substantially linearly in the Y direction. / A signal complementary to the signal flowing through the bit line 61a flows through the bit line 61b. The width of the bit line 61a and / bit line 61b is, for example, 0.20 to 0.26 μm.
[0074]
The bit line 61a is connected to a bit via a contact conductive portion 133 (hereinafter referred to as a fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133) which is a conductive portion connecting the fifth conductive layer and the fourth conductive layer. It is connected to one end 51a1 of the local wiring wiring layer 51a. The / bit line 61b is connected to the second end portion 51b2 of the / bit line local wiring layer 51b through the fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133.
[0075]
Next, the cross-sectional structure of the fifth conductive layer will be described with reference to FIGS. The fifth conductive layer can have a structure similar to that described for the fourth conductive layer. A hard mask layer 69 made of a silicon oxide layer is formed on the fifth conductive layer. The reason for forming the hard mask layer 69 is the same as that of the hard mask layer 59.
[0076]
Next, the cross-sectional structure of the fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133 will be described with reference to FIG. The fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133 is embedded in a through hole 135 penetrating the interlayer insulating layer 121. In this cross section, the fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133 connects the bit line 61a and the bit line local wiring layer 51a. The fourth layer / fifth layer-contact conductive portion 133 can have the same structure as that described in the field / second layer-contact conductive portion 73. The diameter of the upper end portion of the through hole 135 is, for example, 0.20 to 0.24 μm, and the diameter of the lower end portion is, for example, 0.18 to 0.22 μm.
[0077]
The above is the detailed structure of the SRAM according to the present embodiment.
[0078]
[Main effects of SRAM according to this embodiment]
According to this embodiment, the SRAM memory cell can be reduced in size. Details will be described below. In this embodiment, information is stored in a flip-flop of a memory cell. The flip-flop connects the input terminal (gate electrode) of one inverter to the output terminal (drain) of the other inverter, and the input terminal (gate electrode) of the other inverter to the output terminal (drain) of one inverter. Configured by connecting. That is, the flip-flop is a cross-coupled connection between the first inverter and the second inverter. When a flip-flop is configured by using two conductive layers, for example, a drain-drain connection layer that connects the drains of the inverter and a drain-gate connection layer that connects the gate of the inverter and the drain of the inverter are combined. By using two conductive layers, a cross-couple connection can be made.
[0079]
However, according to this structure, the conductive layer is formed over a region where the drain of one inverter is located, a region where the gate of the other inverter is located, and a region connecting them. Therefore, the conductive layer has a pattern having three ends (for example, a pattern having a branching portion such as a T-shape or an h-shape) or a spiral pattern in which the arm portions enter each other. In addition, as a T-shaped pattern, it is disclosed by FIG. 1 of Unexamined-Japanese-Patent No. 10-41409, for example. The h-shaped pattern is disclosed, for example, in M.Ishida, et.al., IEDM Tech.Digest (1998), FIG. The spiral pattern is disclosed in, for example, M.Ishida, et.al., IEDM Tech.Digest (1998), FIG. When such a complicated pattern is miniaturized, it is difficult to accurately reproduce the shape in the photoetching process, so that a desired pattern cannot be obtained, which hinders downsizing of the memory cell size.
[0080]
According to the present embodiment, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the gate-gate electrode layer (21a, 21b) that becomes the gate of the CMOS inverter, and the drain-drain connection layer that connects the drains of the CMOS inverter. (31a, 31b), drain-gate connection layers (41a, 41b) for connecting the gate of one CMOS inverter and the drain of the other CMOS inverter are formed in different layers. As described above, in the present embodiment, the flip-flop is configured using three conductive layers, so that the pattern of each layer can be simplified as compared with the case where the flip-flop is configured using two conductive layers. For example, an almost linear pattern with two ends, such as an I-shaped pattern, or an almost linear element with two ends, such as an L-shaped or U-shaped pattern Pattern. As described above, according to the present embodiment, the pattern of each layer can be simplified. For example, in the 0.12 μm generation, the memory cell size is 2.5 μm. 2 The following fine SRAM can be obtained.
[0081]
[SRAM Memory Cell Array]
As a memory cell array including the SRAM memory cell of the present embodiment, there are a first example and a second example. First, the configuration and effect of the first example will be described.
[0082]
{First example}
(Constitution)
FIG. 16 is a partial plan view of a first example of a memory cell array including the SRAM memory cells of the present embodiment. In the memory cell array 200, a large number of memory cells (MC) 210 are arranged in a matrix. The memory cell (MC) 210 is formed with the memory cell described with reference to FIGS. Bit line 61a, / bit line 61b and V of each memory cell (MC) 210 DD The wiring 33 (power supply line) extends in the Y direction, and V SS The wiring 55 (ground line) extends in the X direction. Memory cell array 200 includes a normal memory cell array and a redundant memory cell array.
[0083]
The bit line 61a and / bit line 61b pairs include a first bit line / bit line pair 240 (hereinafter referred to as a first pair), a second bit line / bit line pair 250 (hereinafter referred to as a first bit line / bit line pair 250). A second pair), each with a plurality. The power supply V is connected to the first pair 240 and the second pair 250, that is, every two columns through the power supply disconnecting circuit 230 every two columns. DD Connected with. By cutting the fuse of the power supply disconnecting circuit 230, the bit line 61a, the bit line 61b, and the V DD The wiring 33 is a power source V DD Detached from. In the first example, two columns of the redundant memory cell array are replaced every two columns of the normal memory cell array.
[0084]
In a set of the first pair 240 and the second pair 250, the memory cell (MC) 210 of the first pair 240 and the memory cell (MC) 210 of the second pair 250 are V DD The wiring 33 (power supply line) is shared. This is connected to the memory cell (MC) 210 and V DD The relationship with the wiring 33 will be described with reference to FIG. DD Wiring 33 is used. For this reason, the V shown in FIG. DD The wiring 33 is arranged so as to be shared by this memory cell and the left adjacent memory cell.
[0085]
Power supply V DD Supplies a potential to the bit line 61a and the / bit line 61b via the bit line precharge circuit 220. Power supply V DD Is V DD A potential is supplied to the memory cell (MC) 210 through the wiring 33.
[0086]
(effect)
According to the first example, the integration degree of the SRAM memory cell array can be improved. Details will be described below.
[0087]
In the first example, when a defect occurs in the bit 61a line or the / bit line 61b (hereinafter sometimes simply referred to as a bit line), two columns including the defective bit line are replaced with two columns of the redundant memory cell array. The For this replacement, two columns including the defective bit line are connected to the power source V. DD And the V of the two-column memory cell (MC) 210 including the defective bit line DD Wiring (power line) 33 is power source V DD The process of detaching from is performed.
[0088]
According to the first example, bit 61a line, / bit line 61b and V DD Since the wiring 33 extends in the same direction, the common V extending in the same direction as the bit line for every predetermined number of bit lines. DD There is no need to provide wiring (common power line). That is, for example, the bit 61a line and the / bit line 61b extend in the Y direction, and V DD When the wiring 33 extends in the X direction, the common V extending in the Y direction for every predetermined number of bit lines. DD Provide wiring and connect it to V DD The wiring 33 is connected. If a bad bit line occurs, the common V DD The wiring is disconnected from the power source. In this structure, common V DD Space for wiring is required, and the degree of integration of the memory cell array decreases. On the other hand, according to the first example, the common V DD A space for wiring becomes unnecessary, and the degree of integration of the memory cell array can be improved.
[0089]
{Second example}
(Constitution)
FIG. 18 is a partial plan view of a second example of the memory cell array including the SRAM memory cells of the present embodiment. The same elements as those of the first example are denoted by the same reference numerals. The second example will be described with a focus on differences from the first example.
[0090]
In the memory cell array 300 of the second example, the power supply V is supplied to each pair 260 (hereinafter referred to as a pair) of bit lines 61a and / or bit lines 61b, that is, for each column via the power supply disconnecting circuit 230. DD Connected with. In the second example, one column of the redundant memory cell array is replaced for each column of the normal memory cell array. In order to be able to replace every column, the V of the memory cell (MC) 210 of a certain pair 260 DD The wiring 33 (power supply line) is connected to the V of the other pair 260 of memory cells (MC) 210. DD It is separated from the wiring 33.
This is connected to the memory cell (MC) 210 and V DD The relationship between the wiring 33 and the wiring 33 will be described as shown in FIG. DD Wiring 33 is used. For this reason, the V shown in FIG. DD The wiring 33 is not shared by the memory cell and the left or right adjacent memory cell.
[0091]
(effect)
According to the second example, as in the first example, the bit 61a line, the / bit line 61b, and V DD Since the wiring 33 extends in the same direction, a common V extending in the same direction as the bit line for every predetermined number of bit lines. DD There is no need to provide wiring (common power line). Therefore, according to the second example, the degree of integration of the SRAM memory cell array can be improved.
[0092]
Further, the second example can improve the degree of integration of the memory cell array as compared with the first example from the following points. In the first example, for example, if the first pair 240 has a defective bit line, the second pair 250 is replaced with the first pair 240 even if the second pair 250 has no defective bit line. In contrast, in the second example, unlike the first example, only the pair 260 including the defective bit line is replaced, so that the degree of integration of the memory cell array can be increased.
[0093]
In the first example, the degree of integration of the memory cell array can be increased compared to the second example from the following points. The first example is a single V with 2 columns DD Whereas the wiring 33 is used, the second example uses one V for one column. DD Wiring 33 is used. Thus, the first example is more V than the second example. DD Since the number of wirings 33 can be reduced, the degree of integration of the memory cell array can be increased.
[0094]
[Application example of SRAM to electronic equipment]
The SRAM according to the present embodiment can be applied to an electronic device such as a portable device, for example. FIG. 20 is a block diagram of a part of a mobile phone system. The CPU, SRAM, and DRAM are connected to each other by a bus line. Further, the CPU is connected to a keyboard and an LCD driver by a bus line. The LCD driver is connected to the liquid crystal display unit by a bus line. A CPU, SRAM, and DRAM constitute a memory system.
[0095]
FIG. 21 is a perspective view of a mobile phone 600 including the mobile phone system shown in FIG. The cellular phone 600 includes a main body 610 including a keyboard 612, a liquid crystal display 614, a receiver 616 and an antenna 618, and a lid 620 including a transmitter 622.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of an SRAM according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a field of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 3 is a plan view showing a first conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 4 is a plan view showing a second conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 5 is a plan view showing a third conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 6 is a plan view showing a fourth conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 7 is a plan view showing a fifth conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 8 is a plan view showing a field of the memory cell of the SRAM according to the embodiment and a first conductive layer;
FIG. 9 is a plan view showing a field, a first conductive layer, and a second conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 10 is a plan view showing a second conductive layer and a third conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 11 is a plan view showing a first conductive layer and a third conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 12 is a plan view showing a second conductive layer and a fourth conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
FIG. 13 is a plan view showing a fourth conductive layer and a fifth conductive layer of the SRAM memory cell according to the embodiment;
14 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIGS.
15 is a cross-sectional view taken along line B1-B2 of FIGS.
FIG. 16 is a partial plan view of a first example of a memory cell array including SRAM memory cells according to the present embodiment;
FIG. 17 shows a memory cell (MC) and V of the first example. DD It is a figure which shows the relationship with wiring.
FIG. 18 is a partial plan view of a second example of the memory cell array including the SRAM memory cells according to the embodiment;
FIG. 19 shows a memory cell (MC) and V of the second example. DD It is a figure which shows the relationship with wiring.
FIG. 20 is a block diagram of a part of a mobile phone system including the SRAM according to the embodiment;
FIG. 21 is a perspective view of a mobile phone including the mobile phone system shown in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Active region
11a area
11b area
12 p-well
13 Active region
14 n-well
15a, 15b, 15c, 15d, 15en + Type impurity region
17a, 17b, 17cp + Type impurity region
19 Element isolation region
21a, 21b Gate-gate electrode layer
23a, 23b Sub word line
30 Metal layer made of refractory metal
31a, 31b Drain-drain connection layer
31a1, 31b1 first end
31a2, 31b2 second end
31b3 corner
32 Nitride layer of refractory metal
33 V DD Wiring (power line)
33a Convex
35a Bit line contact pad layer
35b / bit line contact pad layer
37 V SS Local wiring layer for wiring (Local wiring layer for ground wire)
40 Metal layer made of refractory metal
41a, 41b Drain-gate connection layer
41a1, 41b1 first end
41a2, 41b2 second end
42 Nitride layer of refractory metal
51a Local wiring layer for bit lines
51a1 One end
51b / Local wiring layer for bit line
51b1 first end
51b2 second end
52 Nitride layer of refractory metal
53 Main word line
54 Metal layer
55 V SS Wiring (ground wire)
56 Nitride layer of refractory metal
59 Hard Mask
61a bit line
61b / bit line
62 Nitride layer of refractory metal
64 metal layers
66 High melting point metal nitride layer
69 hard mask
71 Interlayer insulation layer
73 Field, second layer-contact conductive part
75 Through hole
77 plug
79 Nitride layer of refractory metal
81 Interlayer insulation layer
83 2nd and 3rd layers-Contact conductive part
85 Through hole
87 plug
89 Refractory metal nitride layer
93 1st and 3rd layers-Contact conductive part
95 Through hole
97 plug
99 Nitride layer of refractory metal
101 Interlayer insulation layer
113 2nd and 4th layer-Contact conductive part
115 through hole
117 plug
119 Nitride layer of refractory metal
121 Interlayer insulation layer
133 4th layer, 5th layer-contact conductive part
135 Through hole
137 plug
139 Nitride layer of refractory metal
200 memory cell array
210 memory cells
220 bit line precharge circuit
230 Power supply disconnection circuit
240 First bit line and / or bit line pair (first pair)
250 Second bit line and / or bit line pair (second pair)
260 Bit line and / or bit line pair
300 Memory cell array
R formation region of one memory cell

Claims (7)

第1負荷トランジスタ、第2負荷トランジスタ、第1駆動トランジスタ、第2駆動トランジスタ、第1転送トランジスタおよび第2転送トランジスタを含むメモリセルを備える半導体装置であって、
(a)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタが形成される、第1活性領域と、
(b)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタ、前記第1および第2転送トランジスタが形成される、第2活性領域と、
(c)第2方向に延びており、かつ、前記第1および第2活性領域の上層である第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1転送トランジスタのゲート電極を含む、第1ワード線と、
(d)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第2転送トランジスタのゲート電極を含む、第2ワード線と、
(e)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタおよび前記第1駆動トランジスタのゲート電極を含む、第1ゲート-ゲート電極層と、
(f)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタおよび前記第2駆動トランジスタのゲート電極を含む、第2ゲート-ゲート電極層と、
(g)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタのソースと接続する、電源線と、
(h)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線と、
(i)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続し、かつ、前記ビット線と対になる、/ビット線と、
(j)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層である第2層導電層に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタのドレインと前記第1駆動トランジスタのドレインとを接続する、第1ドレイン-ドレイン接続層と、
(k)第2方向に延びており、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタのドレインと前記第2駆動トランジスタのドレインとを接続する、第2ドレイン-ドレイン接続層と、
(l)前記第2層導電層の上層である第3層導電層に位置し、かつ、前記第1ドレイン-ドレイン接続層と前記第2ゲート-ゲート電極層とを接続する、第1ドレイン-ゲート接続層と、
(m)前記第3層導電層に位置し、かつ、前記第2ドレイン-ドレイン接続層と前記第1ゲート-ゲート電極層とを接続する、第2ドレイン-ゲート接続層と、
(n)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタのソースと接続する、接地線用局所配線層と、
(o)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線用コンタクトパッド層と、
(p)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続する、/ビット線用コンタクトパッド層と、
(q)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記3層導電層の上層である第4層導電層に位置し、かつ、前記接地線用局所配線層と接続する、接地線と、
(r)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置する、主ワード線と、
(s)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用コンタクトパッド層と接続する、ビット線用局所配線層と、
(t)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用コンタクトパッド層と接続する、/ビット線用局所配線層と、を備え、
前記電源線は、前記第2層導電層に位置し、
前記ビット線は、前記4層導電層の上層である第5層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用局所配線層と接続し、
前記/ビット線は、前記第5層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用局所配線層と接続
前記メモリセルは複数あり、
前記ビット線および前記/ビット線の対は、複数の第1のビット線および/ビット線の対、および、複数の第2のビット線および/ビット線の対があり、
一組の、前記第1のビット線および/ビット線の対、前記第2のビット線および/ビット線の対において、前記第1のビット線および/ビット線の対の前記メモリセルと、前記第2のビット線および/ビット線の対の前記メモリセルとで、前記電源線を共用している、半導体装置。
A semiconductor device comprising a memory cell including a first load transistor, a second load transistor, a first drive transistor, a second drive transistor, a first transfer transistor and a second transfer transistor,
(A) a first active region extending in a first direction and in which the first and second load transistors are formed;
(B) a second active region extending in a first direction and in which the first and second drive transistors and the first and second transfer transistors are formed;
(C) extends in the second direction, is located in the first conductive layer that is an upper layer of the first and second active regions, and intersects the second active region in plan view. A first word line located and including a gate electrode of the first transfer transistor;
(D) extending in the second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the second active region in plan view, and of the second transfer transistor A second word line including a gate electrode;
(E) extending in a second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the first and second active regions in plan view, and the first A first gate-gate electrode layer located between a word line and the second word line and including a gate electrode of the first load transistor and the first drive transistor;
(F) extends in the second direction, is positioned in the first conductive layer, and is positioned to intersect with the first and second active regions in plan view, and the first A second gate-gate electrode layer positioned between a word line and the second word line and including a gate electrode of the second load transistor and the second drive transistor;
(G) a power supply line extending in the first direction and located on the upper layer of the first conductive layer and connected to the sources of the first and second load transistors;
(H) a bit line extending in the first direction and located in an upper layer of the first conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(I) a / bit line that extends in the first direction, is located above the first conductive layer, is connected to the second transfer transistor, and is paired with the bit line; ,
(J) extending in the second direction and located in a second conductive layer that is an upper layer of the first conductive layer, and the drain of the first load transistor and the drain of the first drive transistor A first drain-drain connection layer for connecting,
(K) a second drain-drain extending in the second direction, located in the second layer conductive layer, and connecting the drain of the second load transistor and the drain of the second drive transistor A connection layer;
(L) a first drain − located in a third conductive layer, which is an upper layer of the second conductive layer, and connecting the first drain-drain connection layer and the second gate-gate electrode layer; A gate connection layer;
(M) a second drain-gate connection layer located in the third conductive layer and connecting the second drain-drain connection layer and the first gate-gate electrode layer;
(N) a local wiring layer for a ground line, which has a pattern extending in a second direction, is located in the second layer conductive layer, and is connected to the sources of the first and second drive transistors;
(O) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(P) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the second transfer transistor;
(Q) a ground line having a pattern extending in the second direction, located in a fourth conductive layer that is an upper layer of the third conductive layer, and connected to the local wiring layer for the ground line;
(R) a main word line having a pattern extending in the second direction and located in the fourth conductive layer;
(S) a local wiring layer for bit lines that has a pattern extending in the second direction, is located in the fourth conductive layer, and is connected to the contact pad layer for bit lines;
(T) a / bit line local wiring layer having a pattern extending in the second direction, located in the fourth conductive layer, and connected to the / bit line contact pad layer. ,
The power line is located in the second conductive layer,
The bit line is located in a fifth conductive layer, which is an upper layer of the fourth conductive layer, and is connected to the local wiring layer for the bit line;
The / bit line is located in the fifth conductive layer and is connected to the / bit line local wiring layer,
There are a plurality of the memory cells,
The bit line and / bit line pair includes a plurality of first bit line / bit line pairs and a plurality of second bit line / bit line pairs,
A set of the first bit line and / bit line pair, the second bit line and / bit line pair, and the memory cell of the first bit line / bit line pair; A semiconductor device in which the power line is shared by the memory cells of the second bit line / bit line pair .
第1負荷トランジスタ、第2負荷トランジスタ、第1駆動トランジスタ、第2駆動トランジスタ、第1転送トランジスタおよび第2転送トランジスタを含むメモリセルを備える半導体装置であって、
(a)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタが形成される、第1活性領域と、
(b)第1方向に延びており、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタ、前記第1および第2転送トランジスタが形成される、第2活性領域と、
(c)第2方向に延びており、かつ、前記第1および第2活性領域の上層である第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1転送トランジスタのゲート電極を含む、第1ワード線と、
(d)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第2転送トランジスタのゲート電極を含む、第2ワード線と、
(e)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタおよび前記第1駆動トランジスタのゲート電極を含む、第1ゲート-ゲート電極層と、
(f)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2活性領域と平面的に見て交差して位置し、かつ、前記第1ワード線と前記第2ワード線との間に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタおよび前記第2駆動トランジスタのゲート電極を含む、第2ゲート-ゲート電極層と、
(g)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1および第2負荷トランジスタのソースと接続する、電源線と、
(h)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線と、
(i)第1方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続し、かつ、前記ビット線と対になる、/ビット線と、
(j)第2方向に延びており、かつ、前記第1層導電層の上層である第2層導電層に位置し、かつ、前記第1負荷トランジスタのドレインと前記第1駆動トランジスタのドレインとを接続する、第1ドレイン-ドレイン接続層と、
(k)第2方向に延びており、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2負荷トランジスタのドレインと前記第2駆動トランジスタのドレインとを接続する、第2ドレイン-ドレイン接続層と、
(l)前記第2層導電層の上層である第3層導電層に位置し、かつ、前記第1ドレイン-ドレイン接続層と前記第2ゲート-ゲート電極層とを接続する、第1ドレイン-ゲート接続層と、
(m)前記第3層導電層に位置し、かつ、前記第2ドレイン-ドレイン接続層と前記第1ゲート-ゲート電極層とを接続する、第2ドレイン-ゲート接続層と、
(n)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1および第2駆動トランジスタのソースと接続する、接地線用局所配線層と、
(o)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第1転送トランジスタと接続する、ビット線用コンタクトパッド層と、
(p)前記第2層導電層に位置し、かつ、前記第2転送トランジスタと接続する、/ビット線用コンタクトパッド層と、
(q)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記3層導電層の上層である第4層導電層に位置し、かつ、前記接地線用局所配線層と接続する、接地線と、
(r)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置する、主ワード線と、
(s)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用コンタクトパッド層と接続する、ビット線用局所配線層と、
(t)第2方向に延びるパターンを有し、かつ、前記第4層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用コンタクトパッド層と接続する、/ビット線用局所配線層と、を備え、
前記電源線は、前記第2層導電層に位置し、
前記ビット線は、前記4層導電層の上層である第5層導電層に位置し、かつ、前記ビット線用局所配線層と接続し、
前記/ビット線は、前記第5層導電層に位置し、かつ、前記/ビット線用局所配線層と接続
前記メモリセルは複数あり、
前記ビット線および前記/ビット線の対は複数あり、
一の前記ビット線および前記/ビット線の対の前記メモリセルの前記電源線は、他の前記ビット線および前記/ビット線の対の前記メモリセルの前記電源線と、切り離し回路を介して接続されている、半導体装置。
A semiconductor device comprising a memory cell including a first load transistor, a second load transistor, a first drive transistor, a second drive transistor, a first transfer transistor and a second transfer transistor,
(A) a first active region extending in a first direction and in which the first and second load transistors are formed;
(B) a second active region extending in a first direction and in which the first and second drive transistors and the first and second transfer transistors are formed;
(C) extends in the second direction, is located in the first conductive layer that is an upper layer of the first and second active regions, and intersects the second active region in plan view. A first word line located and including a gate electrode of the first transfer transistor;
(D) extending in the second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the second active region in plan view, and of the second transfer transistor A second word line including a gate electrode;
(E) extending in a second direction, located in the first conductive layer, and intersecting the first and second active regions in plan view, and the first A first gate-gate electrode layer located between a word line and the second word line and including a gate electrode of the first load transistor and the first drive transistor;
(F) extends in the second direction, is positioned in the first conductive layer, and is positioned to intersect with the first and second active regions in plan view, and the first A second gate-gate electrode layer positioned between a word line and the second word line and including a gate electrode of the second load transistor and the second drive transistor;
(G) a power supply line extending in the first direction and located on the upper layer of the first conductive layer and connected to the sources of the first and second load transistors;
(H) a bit line extending in the first direction and located in an upper layer of the first conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(I) a / bit line that extends in the first direction, is located above the first conductive layer, is connected to the second transfer transistor, and is paired with the bit line; ,
(J) extending in the second direction and located in a second conductive layer that is an upper layer of the first conductive layer, and the drain of the first load transistor and the drain of the first drive transistor A first drain-drain connection layer for connecting,
(K) a second drain-drain extending in the second direction, located in the second layer conductive layer, and connecting the drain of the second load transistor and the drain of the second drive transistor A connection layer;
(L) a first drain − located in a third conductive layer, which is an upper layer of the second conductive layer, and connecting the first drain-drain connection layer and the second gate-gate electrode layer; A gate connection layer;
(M) a second drain-gate connection layer located in the third conductive layer and connecting the second drain-drain connection layer and the first gate-gate electrode layer;
(N) a local wiring layer for a ground line, which has a pattern extending in a second direction, is located in the second layer conductive layer, and is connected to the sources of the first and second drive transistors;
(O) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the first transfer transistor;
(P) a bit line contact pad layer located in the second conductive layer and connected to the second transfer transistor;
(Q) a ground line having a pattern extending in the second direction, located in a fourth conductive layer that is an upper layer of the third conductive layer, and connected to the local wiring layer for the ground line;
(R) a main word line having a pattern extending in the second direction and located in the fourth conductive layer;
(S) a local wiring layer for bit lines that has a pattern extending in the second direction, is located in the fourth conductive layer, and is connected to the contact pad layer for bit lines;
(T) a / bit line local wiring layer having a pattern extending in the second direction, located in the fourth conductive layer, and connected to the / bit line contact pad layer. ,
The power line is located in the second conductive layer,
The bit line is located in a fifth conductive layer, which is an upper layer of the fourth conductive layer, and is connected to the local wiring layer for the bit line;
The / bit line is located in the fifth conductive layer and is connected to the / bit line local wiring layer,
There are a plurality of the memory cells,
There are a plurality of pairs of the bit line and the / bit line,
The power line of the memory cell of one bit line and / bit line pair is connected to the power line of the memory cell of another bit line / bit line pair via a disconnection circuit A semiconductor device.
請求項1または2において、
前記メモリセルにおいて、
前記電源線と、前記ビット線および前記/ビット線の対とは、異なる層に配置されている、半導体装置。
In claim 1 or 2 ,
In the memory cell,
The semiconductor device, wherein the power supply line and the bit line / bit line pair are arranged in different layers.
請求項1〜のいずれかにおいて、
前記第1および第2活性領域、前記第1および第2ゲート-ゲート電極層、前記第1および第2ワード線は、ほぼ直線状のパターンを有する、半導体装置。
In any one of Claims 1-3 ,
The semiconductor device, wherein the first and second active regions, the first and second gate-gate electrode layers, and the first and second word lines have a substantially linear pattern.
請求項1〜のいずれかにおいて、
前記メモリセルのサイズが、2.5μm以下である、半導体装置。
In any one of Claims 1-4 ,
A semiconductor device, wherein the size of the memory cell is 2.5 μm 2 or less.
請求項1〜のいずれかに記載の前記半導体装置を備える、メモリシステム。Comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 memory system. 請求項1〜のいずれかに記載の前記半導体装置を備える、電子機器。Comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 electronic device.
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