JP2000031300A - スタティック型半導体記憶装置 - Google Patents

スタティック型半導体記憶装置

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JP2000031300A
JP2000031300A JP10194396A JP19439698A JP2000031300A JP 2000031300 A JP2000031300 A JP 2000031300A JP 10194396 A JP10194396 A JP 10194396A JP 19439698 A JP19439698 A JP 19439698A JP 2000031300 A JP2000031300 A JP 2000031300A
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channel transistor
layout
memory cell
memory device
semiconductor memory
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Yasuhiko Maki
康彦 牧
Hiroshi Shimizu
宏 清水
Hiroshi Kagiwata
裕志 鍵渡
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices
    • H10B10/12Static random access memory [SRAM] devices comprising a MOSFET load element
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子分離技術の向上に応じたメモリセルの面
積を一層低減できるメモリセルのレイアウトの実現。 【解決手段】 NチャンネルトランジスタTN1,TN2 とP
チャンネルトランジスタTP1,TP2 を直列に接続したイン
バータを2個クロスカップル配線したCMOS型メモリ
セルを備えるスタティック型半導体記憶装置において、
2個のインバータのクロスカップル配線のコンタクト1
5,16 の少なくとも一方が、メモリセル内のNチャンネ
ルトランジスタとPチャンネルトランジスタのソース/
ドレイン拡散部分に挟まれた領域以外に配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Nチャンネルトラ
ンジスタとPチャンネルトランジスタを直列に接続した
インバータを2個クロスカップル配線したCMOS型メ
モリセルを備えるスタティック型半導体記憶装置(SR
AM)に関し、特にメモリセルの面積を低減したスタテ
ィック型半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置(メモリ)においては、
集積度の向上が大きな課題である。集積度を向上させる
には、加工の微細化や回路の工夫と共に、レイアウトを
工夫してメモリセルの面積を小さくすることが考えられ
る。高集積のメモリでは集積度が直接コストに影響する
ため、たとえメモリセルの面積が数パーセント小さくな
るだけでも非常に大きな効果が得られる。
【0003】図1は、スタティック型半導体記憶装置
(SRAM)のメモリセルの回路構成を示す図と、その
従来例のレイアウトを示す図である。図1の(1)に示
す回路構成は広く知られているので、ここでは詳しい説
明を省略するが、NチャンネルトランジスタTN1、T
N2とPチャンネルトランジスタTP1、TP2をそれ
ぞれ直列に接続したインバータを2個クロスカップル配
線してフリップフロップ(FF)とし、これとビット線
対BL、/BLの間に書込み/読み出しのためのトラン
スファーゲートとして働くNチャンネルトランジスタT
N3、TN4を接続したものである。TN3とTN4の
ゲートはワード線WLに接続される。参照番号15と1
6は、2個のインバータのクロスカップル配線のための
コンタクトホールを示す。
【0004】図1の(2)に示すレイアウトにおける参
照番号で示した各部は、図1の(1)の回路図の参照番
号で示した部分と対応している。参照番号11と12は
それぞれビット線BL、/BLとのコンタクトホールで
あり、31と32はそれぞれ電源線とのコンタクトホー
ルであり、33と34はそれぞれグランド線とのコンタ
クトホールであり、13aと15と13bは図示してい
ない配線層で接続されており、14aと16と14bも
図示していない配線層で接続されている。コンタクトホ
ール11、12とコンタクトホール13a、14aのそ
れぞれの間のワード線WLの下に拡散層が形成され、ト
ランスファーゲートとして働くNチャンネルトランジス
タTN3、TN4をなす。コンタクトホール13aと3
3の間及びコンタクトホール13bと31の間のポリシ
リコン層17の下に拡散層が形成され、Nチャンネルト
ランジスタTN1とPチャンネルトランジスタTP1を
なす。同様に、コンタクトホール14aと34の間及び
コンタクトホール14bと32の間のポリシリコン層1
8の下に拡散層が形成され、Nチャンネルトランジスタ
TN2とPチャンネルトランジスタTP2をなす。図1
の(2)で一点鎖線で示す範囲が1メモリセルの範囲で
ある。図1の(2)の従来例では、ワード線WLが伸び
るロウ方向にはこのようなメモリセルが隣接して配置さ
れ、コラム方向(ロウ方向に直角な方向で、ビット線対
が伸びる方向)には、このメモリセルとロウ方向の辺に
対して対称なメモリセルを交互に配置する。
【0005】図1の(2)において、AはNチャンネル
トランジスタTN1、TN2の拡散層の上側の縁からメ
モリセルの上側の境界までの距離を、BはNチャンネル
トランジスタTN1及びTN2とPチャンネルトランジ
スタTP1及びTP2との間の間隔を、CはPチャンネ
ルトランジスタTP1及びTP2の拡散層の幅を、Dは
リーク電流を押さえるために必要なPチャンネルゲート
の突出し量を示す。NチャンネルトランジスタとPチャ
ンネルトランジスタの最小配置間隔Xは、製造工程と精
度によって制約を受け、ある程度の間隔とする必要があ
る。そこで、従来はNチャンネルトランジスタとPチャ
ンネルトランジスタの間に、インバータ対のクロスカッ
プル配線用のポリシリコン層17、18と図示していな
い配線層とのコンタクトホール15、16を集中して配
置しており、これによりメモリセルの面積を最小にでき
るとされていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体の製造技
術が進歩し、必要とされる素子の最小幅や間隔なども従
来に比べて狭くすることが可能になってきている。図2
は、このような技術の進歩に伴う変化を説明する図であ
り、図1の(2)に対応する図である。Nチャンネルト
ランジスタとPチャンネルトランジスタの間隔をB、こ
れとは別に製造工程により決まる最小の間隔をXとし、
拡散層とポリシリコン層まで最低必要な距離をEとし、
コンタクトホールを設けるためのポリシリコン層の最低
必要な幅をFとし、ポリシリコン層同士で最低必要な間
隔をGとし、ポリシリコン層の最低必要な幅をHとし、
従来のレイアウトに従って、ポリシリコンのコンタクト
を集中的に配置するために必要な間隔をYとすれば、Y
=E+F+G+H+E=2E+F+G+Hである。従来
のようにNチャンネルトランジスタとPチャンネルトラ
ンジスタに十分な間隔を設ける必要があった、すなわち
X>Yであった場合にはB=Xであったが、素子分離技
術の向上などによりXが小さくなり、X<Yになった現
状ではB=Yとなる。この時のAをA’とすると、A’
=Y+C+D+G/2=C+D+2E+F+3G/2+
H(式1)となっている。すなわち、A(A’)が、N
チャンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタの
最小間隔で決まるのではなく、Nチャンネルトランジス
タとPチャンネルトランジスタの間にコンタクトホール
15、16を配置するために必要な間隔によって決まる
ようになってきた。従って、X<Yの場合には、図2の
配置であればたとえ素子分離技術が向上しても、メモリ
セル縮小の効果は生じないことになる。
【0007】また、上記のようにA’はリーク電流を押
さえるために必要なPチャンネルゲートの突出し量Dの
影響も受ける。メモリセルをアレイ状に配置した場合、
製造工程の種類と精度が向上しても、このDは一般には
短くならず、メモリセルのサイズはあまり小さくならな
いという問題もあった。本発明は、このような素子分離
技術の向上などに応じてメモリセルの面積を一層低減で
きるメモリセルのレイアウトを実現することで、CMO
S型メモリセルを備えるスタティック型半導体記憶装置
(SRAM)の集積度を向上させて製造コストを低減す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】図3は、本発明の原理構
成を示す図である。図3に示すように、本発明のスタテ
ィック型半導体記憶装置は、Nチャンネルトランジスタ
とPチャンネルトランジスタを直列に接続したインバー
タを2個クロスカップル配線したCMOS型メモリセル
を備え、2個のインバータのクロスカップル配線のコン
タクト15、16の少なくとも一方が、このメモリセル
内のNチャンネルトランジスタとPチャンネルトランジ
スタのソース/ドレイン拡散部分に挟まれた領域以外に
配置されていることを特徴とする。
【0009】本発明のレイアウトにおけるNチャンネル
トランジスタTN1、TN2の拡散層の上側の縁からメ
モリセルの上側の境界までの距離A''について説明す
る。この時、着目セルの上側にはコラム方向に180°
回転してセルを配置している。なお、図3において、上
側のセルの各部を示す参照番号にはダッシュ(’)を付
して表している。これは以下の図でも同様である。本発
明によれば、図3に示すように、Nチャンネルトランジ
スタとPチャンネルトランジスタのソース/ドレイン拡
散部分に挟まれた領域には、1個のコンタクトホール1
6のみを設ければよいので、その間の間隔を製造工程に
より決められる最小間隔Xとすることができる。この
時、着目セルと上側セルとのPチャンネトランジスタの
拡散領域間の長さをlとすれば、A''=X+C+l/2
となる。lの長さはD<E+Fの場合と、D>E+Fの
場合とでは異なるが、いまD<E+Fとすれば、l=E
+F+G+H+Eであるから、A''=X+C+(E+F
+G+H+E)/2=X+C+E+F/2+G/2+H
/2となる。このA''を従来のA’(式1)と比較した
場合、X<D+E+F/2+G+H/2であれば、A''
<A’となり、本発明のレイアウトの方がAを小さくで
きる。次に、D>E+Fの場合、l=D+G+H+Eと
なるので、A''=X+C+(D+G+H+E)/2=X
+C+D/2+E/2+G/2+H/2となる。この
A''を従来のA’(式1)と比較した場合、X<D/2
+3E/2+F+G+H/2であれば、A''<A’とな
り、本発明のレイアウトの方がAを小さくできる。近年
の素子分離技術の向上により、Xが上記の条件を満すよ
うになってきており、A''<Aすなわち本発明のレイア
ウトの方がAを小さくできるようになってきた。
【0010】
【発明の実施の形態】図4は、本発明の第1実施例のS
RAMのレイアウトを示す図であり、2(ロウ)×2
(コラム)のメモリセル4個分の配列を示している。ま
た、コンタクトホールは円形のものを示してあるが、図
1〜図3のように正方形のコンタクトホールでも同じで
ある。更に、コンタクトホール13aと13bと15を
結ぶ配線層及びコンタクトホール14aと14bと16
を結ぶ配線層を破線で示してある。
【0011】第1実施例のSRAMにおいては、図4の
下側に示したメモリセルはすでに説明した図3のものと
同じレイアウトであり、上側のメモリセルはこの下側の
メモリセルに対して180度回転対称となっている。こ
のような上下2個のメモリセルの組がコラム方向(ビッ
ト線対の伸びる方向で、ワード線WLに垂直な方向)に
繰り返し配置される。なお、ワード線WLにも上記のよ
うな上下2個のメモリセルの組が交互に配置されるの
で、同じ行には同じレイアウトのメモリセルが連続して
配置されることになる。
【0012】ここで、従来例との比較のために、図5に
従来のレイアウトの例を示す。この従来例は、下側の行
のメモリセルを図1の(2)及び図2に示したレイアウ
トとし、上側の行のメモリセルはそれをワード線WLに
平行な辺に対して対称であるようにしたものである。図
6は、本発明の第2実施例のSRAMのレイアウトを示
す図である。図示のように、図6の右側の2個のメモリ
セルのレイアウトは図4の上下2個のメモリセルのレイ
アウトと同じである。左側の2個のメモリセルのレイア
ウトと右側の2個のメモリセルのレイアウトは、コンタ
クトホール32、34を通る直線に対して対称である。
このようなレイアウトでも、第1実施例のものと同様の
効果が得られる。
【0013】図7は、本発明の第3実施例のSRAMの
レイアウトを示す図であり、1個のメモリセルのレイア
ウトを示している。第3実施例は、Nチャンネルトラン
ジスタとPチャンネルトランジスタのソース/ドレイン
拡散部分の最小間隔Xが更に小さくなった場合に有効な
レイアウトであり、クロスカップリングのための配線の
コンタクトホール15と16を、両方ともNチャンネル
トランジスタとPチャンネルトランジスタのソース/ド
レイン拡散部分の外側に設ける。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレイアウ
トによれば、CMOS型メモリセルのサイズを小さくで
きるので、スタティック型半導体記憶装置の集積度を向
上でき、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SRAMのメモリセルの回路図と従来のレイア
ウト例を示す図である。
【図2】製造技術の進歩に伴う従来のレイアウトにおけ
る限界を説明する図である。
【図3】本発明の原理構成図である。
【図4】第1実施例のSRAMのレイアウトを示す図で
ある。
【図5】従来のSRAMのレイアウトを示す図である。
【図6】第2実施例のSRAMのレイアウトを示す図で
ある。
【図7】第3実施例のSRAMのレイアウトを示す図で
ある。
【符号の説明】
WL…ワード線 BL、/BL…ビット線 TN1〜TN4…Nチャンネルトランジスタ TP1、TP2…Pチャンネルトランジスタ 11〜16…コンタクトホール 17、18…ポリシリコン層 31〜34…コンタクトホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鍵渡 裕志 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F048 AA01 AB01 AC03 BA01 BB05 BF03 5F083 BS46 GA09 JA32 LA16 MA01 MA15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NチャンネルトランジスタとPチャンネ
    ルトランジスタを直列に接続したインバータを2個クロ
    スカップル配線したCMOS型メモリセルを備えるスタ
    ティック型半導体記憶装置において、 前記2個のインバータのクロスカップル配線のコンタク
    トの少なくとも一方が、当該メモリセル内の前記Nチャ
    ンネルトランジスタとPチャンネルトランジスタのソー
    ス/ドレイン拡散部分に挟まれた領域以外に配置されて
    いることを特徴とするスタティック型半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のスタティック型半導体
    記憶装置であって、前記メモリセルと、該メモリセルの
    クロスカップル配線を180度回転した回転メモリセル
    とを、コラム方向に交互に配置したスタティック型半導
    体記憶装置。
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