JP2785655B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2785655B2
JP2785655B2 JP5273682A JP27368293A JP2785655B2 JP 2785655 B2 JP2785655 B2 JP 2785655B2 JP 5273682 A JP5273682 A JP 5273682A JP 27368293 A JP27368293 A JP 27368293A JP 2785655 B2 JP2785655 B2 JP 2785655B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
シェアードセンスアンプ方式を用いたダイナミック型半
導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】シェアードセンスアンプ方式を用いたダ
イナミック型半導体記憶装置は、センスアンプとデータ
出力線間のスイッチを制御する選択信号を出す列デコー
ダ回路を複数のセンスアンプで共有する方式で(特願昭
55−41622参照)、列デコーダの数を減らすこと
ができるため、半導体装置の大規模化において、面積の
増大を防ぐことが可能になる。図6〜図10は、従来の
シェアードセンスアンプ方式を用いた半導体装置のレイ
アウトを示した図であり、配線に用いた材料の抵抗値
よび半導体装置の規模により、いくつかの方式がある。
【0003】図6は、第1の従来技術のレイアウト図を
示し、多結晶シリコン層1層、金属シリサイド層1層、
金属配線層1層の計3層の配線を用いる方式で、ワード
線401に多結晶シリコンを用い、メモリセル402の
MISトランジスタのゲート電極と共用し、また、ビッ
ト線403および列デコーダからの選択信号を伝える配
線404(以後、Yスイッチ404と称する)が、同層
の金属シリサイド配線から成り、Yスイッチ404は、
ビット線403の4本に1本または8本に1本の割合で
配列されている。さらに、金属配線は、ワード線401
を実質的に低抵抗化させる目的でセルアレイ405上に
配列されたワード裏打ち配線406、センスアンプ駆動
信号等センスアンプ407内をワード線方向に配置され
たアレイ信号408、行デコーダ409、列デコーダ4
10、アレイ信号駆動回路411および周辺回路内の配
線に用いられる。
【0004】図7は、第2の従来技術のレイアウト図を
示し、多結晶シリコ層1層、金属配線層2層の計3層
の配線層を用いる方式である。第2の従来技術は、第1
の従来技術の金属シリサイド層を金属配線に置き換えた
構成で、Yスッチ404の抵抗が、金属配線にした分
小さくなり、第1の従来技術より多くのセンスアンプ4
07を接続でき、半導体装置の大規模化に適している。
【0005】図8は、第3の従来技術のレイアウト図を
示し、多結晶シリコンと金属シリサイドの積層配線層
(以下、ポリサイド層と称す)1層、金属シリサイド配
線層1層、金属配線層1層の計3層の配線層を用いる方
式で、ワード線601にポリサイド層を用い、メモリセ
ル602のMISトランジスタのゲート電極と共有し、
Yスイッチ604に金属シリサイド層を用い、ビット線
603、センスアンプ607内のアレイ信号608、行
デコーダ609、列デコーダ610、アレイ信号駆動回
路611および周辺回路内の配線に金属配線を用いた。
この第3の技術は、第1、第2の従来技術と異なりビッ
ト線とYスイッチを別の配線層で形成するので、同じ加
工技術を用いた場合、Yスイッチがない分ビット線間隔
を狭くできメモリセルアレイサイズを小さくできるメリ
ットがある。また、Yスイッチ604が広い間隔で配置
されるので配線幅を第1の従来技術例と比べ広くでき、
抵抗を小さくできるので大容量化には適している。
【0006】しかしながら、第2の従来技術例のように
Yスイッチに金属配線を用いたものと比べ、抵抗が増大
するので、第2の従来技術例ほどは、大容量化に適して
いない。この他、ワード線の低抵抗化のためのワード裏
打ち配線を用いず、ワード線にポリサイド層を用いるこ
とによる低抵抗化を行うため、ワード裏打ち方式ほどの
低抵抗化ができず、ワード線に接続できるセル数を増や
せない。
【0007】図9は、第4の従来技術のレイアウト図を
示す。第4の従来技術は、多結晶シリコン配線層1層、
金属シリサイド配線層1層、金属配線層2層の計4層の
配線層を用いる方式である。多結晶シリコン配線層をポ
リサイド配線層に置換して用いる場合もある。この第4
の従来技術例では、ワード線701に多結晶シリコン層
またはポリサイド層を用いメモリセル702のMISト
ランジスタのゲート電極と共有し、ビット線703に金
属シリサイド層を用い、セルアレイ705上にワード線
701と平行に配置したワード裏打ち配線706と、セ
ンスアンプ707上をワード線701と平行に配置した
アレイ信号708と、行デコーダ709内、列デコーダ
710内、アレイ信号駆動回路711内および周辺回路
内の配線の一部に2層の金属配線のうちの一層を用い、
セルアレイ705およびセンサンプ707上にワード線
701と垂直に配置したYスイッチ704と、行デコー
ダ709内、列デコーダ710内、アレイ信号駆動回路
711内および周辺回路内の配線の一部を、2層の金属
配線のうちの残りの1層を用いた。この第4の従来技術
例は、Yスイッチ704と、ワード裏打ち配線706を
別層の金属配線層で形成するため、第1、第2、第3の
従来技術例と比べ、ワード線と平行方向配線垂直方向配
線共に低抵抗化が可能になり、大容量化に適している。
【0008】図10は、第5の従来技術のレイアウト図
を示し、ポリサイド配線層1層、金属シリサイド配線層
1層、金属配線層2層の計4層の配線層を用いる方式
で、ワード線801にポリサイド配線層を用い、メモリ
セル802のMISトランジスタのゲート電極を共有
し、ビット線803に金属シリサイド配線層を用い、セ
ルアレイ805上にワード線801と平行に配置した主
ワード線806と、センスアンプ807上にワード線8
01と平行に配置したアレイ信号808と、行デコーダ
809内、列デコーダ810内、アレイ信号駆動回路8
11内、分割デコーダ812内、分割デコーダ駆動回路
813内および周辺回路内の配線の一部に2層の金属配
線の1層を用い、セルアレイ805およびセンスアンプ
807上にワード線801と垂直に配置したYスイッチ
804と、分割デコーダ812上にワード線801と垂
直に配置した分割デコーダ駆動信号線814と、行デコ
ーダ809内、列デコーダ810内、アレイ信号駆動回
路811内、分割デコーダ812内、分割デコーダ駆動
回路813内および周辺回路内の配線の一部に2層の金
属配線のうちの残りの1層を用いる。この第5の従来技
術例は、第4の従来技術例のワード裏打ち配線を廃止
し、かわりに、行デコーダの一部をメモリセル内に分散
配置し、分割デコーダ812とし、分割デコーダ812
および行デコーダ809間を主ワード線806で接続
し、分割デコーダ812内でのワード線801の選択の
ために必要な信号を、分割デコーダ駆動回路813およ
分割デコーダ駆動信号線814で受けるものである。
(K.Noda, T.Saeki, A.Tsujimoto, T.Murotani andK.Ko
yama, “A boosted Dual Word-line Decoding Scheme f
or 256MbDRAMs”, 1992 Symposium on VLSI Circuits D
igest of Technical Papers, pp. 112-113.T.Sugibayas
hi, et. al,“A 30ns 256Mb DRAM with multi-divideda
rray structure ”, 1993 IEEE ISSCC Digest of Techn
ical Papers, pp. 50-51 ).この第5の従来例の主ワ
ード線806は、ワード裏打線の2n 倍のピッチで配置
できるので低抵抗化が可能であり、より大容量化に適し
ている。
【0009】図11は、従来技術のセンスアンプ領域の
回路図の一例を示す。従来のセンスアンプ領域の回路で
は、ビット線903とYスイッチ904が平行に配置さ
れ、また、書き込みデータ線921、書き込み駆動信号
922、読み出しデータ線923、読み出し駆動信号9
24、Nチャネルセンスアンプ駆動信号925および
チャネルセンスアンプ駆動信号926等のアレイ信号9
08がビット線903と垂直に配置される。アレイ信号
908のうちNチャネルセンスアンプ駆動信号925と
Pチャネルセンスアンプ駆動信号926は、従来技術例
の回路構成ではビット線903の充放電電流を通すため
低抵抗材料を用いる必要があり、金属配線を要する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のシェアードセン
スアンプ方式を用いた半導体装置では、1台の列デコー
ダで複数のセンスアンプをYスイッチを用いて制御する
ことで、列デコーダの数を少なくし、半導体装置の大容
量化に伴う面積増大を抑制している。したがって、大容
量化が、1Mbit,4Mbit,16Mbit,64
Mbitと進むにしたがって、1台の列デコーダに接続
されるセンスアンプの数が増大し、Yスイッチの低抵抗
化が必須となり、第4、第5の従来技術例にみられるよ
うにセルアレイ上ではYスイッチのみに使用する金属配
線層が必要となる。一方センスアンプ上のアレイ信号線
は、大電流を通すため、低抵抗の金属配線を用いる必要
がある。したがって、シェアードセンスアンプ方式を用
いる大容量の半導体装置では、センスアンプ部でYスイ
ッチと、アレイ信号線を交差させるため、第4、第5の
従来例にみられるようにキャパシタ形成に用いる導電層
以外に4層配線を用いて構成されていた。そのため、工
程数の増大とそれに伴う歩留まりの低下を招くという問
題点があった。
【0011】本発明は、キャパシタを形成する導電層以
外の配線層を3層の構成で、大容量化できる半導体装置
を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
前記キャパシタ形成用導電層以外に配線層を3層有
し、前記ワード線、ビット線、および、Yスイッチがセ
ルアレイ上で互いに別の配線層で形成され、Yスイッチ
がセルアレイ上で金属配線層から形成されるものであ
り、さらに、上記Yスイッチが、セルアレイ上では金属
配線層から成るが、センスアンプ上では、キャパシタの
プレート電極と同層の導電層から成るものである。
【0013】また、前記3層の配線層について、下記の
ような実施態様がある。
【0014】MISトランジスタのゲート電極を形成
し、ポリサイド層配線から成り、その一部がワード線を
形成する第1の配線層と、金属シリサイド配線またはポ
リサイド層配線から成り、その一部がビット線を形成す
る第2の配線層と、金属配線から成り、その一部がセル
アレイ上でYスイッチを形成する第3の配線層を有する
ものでもよい。
【0015】また、Yスイッチの間に、電源線および
地線がセルアレイ上とセンスアンプ上に配置され、電源
線は、センスアンプ領域でPチャネルMOSトランジス
タのソースに接続され、該PチャネルMOSトランジス
タのドレインは、PチャネルMOSトランジスタで構成
されるフリップフロップ型センスアンプの共通のソース
と接続され、該PチャネルMOSトランジスタのゲート
電極は、前記第1の配線層の一部から成りPチャネルセ
ンスアンプ活性化信号線を形成し、上記接地線は、セン
スアンプ領域でNチャネルMOSトランジスタのソース
に接続され、該NチャネルMOSトランジスタのドレイ
ンは、NチャネルMOSトランジスタで構成されるフリ
ップフロップ型センスアンプの共通ソースと接続され
該NチャネルMOSトランジスタのゲートは、前記第1
の配線層の一部から成りNチャネルセンスアンプ活性化
信号線を形成するものであってよい。
【0016】また、MISトランジスタのゲート電極を
形成し、ポリサイド層配線から成り、その一部がワード
線を形成する第1の配線層と、金属シリサイド配線また
は、ポリサイド層配線から成り、その一部がビット線を
形成する第2の配線層と、金属配線層から成りその一部
がセルアレイ上およびセンスアンプ上でYスイッチを形
成する第3の配線層を形成するものであってもよい。
【0017】さらに、MISトランジスタのゲート電極
を形成し、ポリサイド積層配線から成り、その一部がワ
ード線を形成する第1の配線層と、金属配線から成りそ
の一部がビット線を形成する第2の配線層と、更に、金
属配線から成り、その一部がYスイッチを形成す第3の
配線層から成るものであってよい。
【0018】
【作用】上記のように構成された半導体装置において、
キャパシタに用いる導電層以外の配線層を3層で構成し
ても、ワード線、ビット線およびYスイッチがセルアレ
上で互いに別の配線層で形成され、Yスイッチは少な
くともセルアレイ上では、金属配線層により形成される
ことにより、Yスイッチの低抵抗化が実現され、このた
め多くのセンスアンプを接続できることになる。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の基礎になるシェアードセ
ンスアンプ半導体装置のレイアウト図、図2(a)は、
そのセンスアンプ領域でのYスイッチのパターン図、図
2(b)はそのメモリセルの断面図である。
【0020】この半導体装置は、キャパシタ形成用導電
層以外にポリサイド配線層1層、金属シリカサイド層1
層、金属配線層1層の計3層の配線層を用いる方式であ
る。上記導電体層としては、メモリセルのキャパシタの
ノード電極112に用いる多結晶シリコン層1層と、メ
モリセルのキャパシタのプレート電極に用いるポリサイ
ド層1層の2層を用いる。
【0021】ワード線101にポリサイド層を用い、メ
モリセル102のMISトランジスタのゲート電極を共
有し、ビット線103に金属シリサイド層を用い、Yス
イッチ104にセルアレイ105上では金属配線層を、
また、センスアンプ107上では、メモリセル102の
キャパシタのプレート電極113に用いたポリサイド層
を用い、さらに、センスアンプ107上をワード線10
1と平行に配置したアレイ信号108と、行デコーダ1
09内、列デコーダ110内、アレイ信号駆動回路11
1内および周辺回路内の配線に金属配線を用いる。
【0022】図2(a)は、上記半導体装置のセンスア
ンプ領域でのYスイッチ104のパターン図である。図
2(b)はメモリセルの断面図で、これからわかるよう
にメモリセルのキャパシタのプレート電極113が金属
配線の真下にあるためセンスアンプ領域ではアレイ信号
108に用いた金属配線と下層との接続孔を回避する形
式でキャパシタのプレート電極113と同層のポリサイ
ド層をYスイッチ104としてレイアウトしてある。
【0023】次に、本発明の第の実施例に関して図面
を参照して説明する。図3は、本発明の第2の実施例の
レイアウト図、図4は、本発明の第の実施例とセンス
アンプ領域の回路図を示す。
【0024】本実施例は、キャパシタ形成用導電層以外
にポリサイド配線層1層、金属シリサイド層1層、金属
配線層1層の計3層の配線層を用いる方式である。
【0025】ワード線201にポリサイド層を用い、メ
モリセル202のMISトランジスタのゲート電極を共
有し、ビット線203に金属シリサイド層を用い、Yス
イッチ204には、セルアレイ205上、センスアンプ
207上共に金属配線層を用いる。また、センスアンプ
207上のアレイ信号208には、主としてポリサイド
層を用いる。更に行デコーダ209内、列デコーダ21
0内、アレイ信号駆動回路211内および周辺回路内の
配線には、金属配線を用いる。
【0026】また、本実施例ではアレイ信号線208を
主としてポリサイド配線で形成しているため抵抗が大き
く電流を充分に流すことができない。したがって、図
3、図4に示すようにYスイッチの間に、電源線(VC
)231および接地線(GVD)232をセルアレイ
205とセンスアンプ207上に配置し、Nチャネル
センスアンプ駆動信号225およびPチャネルセンスア
ンプ駆動信号226は、ビット線の充放電電流を直接流
さないようにするため、電源線は、センスアンプ領域で
PチャネルMOSトランジスタのソースに接続され、該
PチャネルMOSトランジスルのドレインはPチャネル
MOSトランジスタで構成されるフリップフロップ型セ
ンスアンプの共通ソースと接続され、該PチャネルMO
トランジスタのゲート電極は、前記第1の配線から成
りPチャネルセンスアンプ活性化信号線を形成する。接
地線は、センスアンプ領域でNチャネルMOSトランジ
スタのソースに接続され、該NチャネルMOSトランジ
スタのドレインは、NチャネルMOSトランジスタで構
成されるフリップフロップ型センスアンプの共通ソース
と接続され、該Nチャネルトランジスタのゲートは、前
記第1の配線層からなりNチャネルセンスアンプ活性化
信号線を形成する。
【0027】VCC231およびGND232は、大電
流を通すため抵抗の小さい金属配線を用いる必要があ
り、Yスイッチ204と平行に配置される。VCC23
およびGND232をYスイッチの間に配置すること
により、配線ピッチが狭くなることを防ぐために、Yス
イッチ204数を半減させ、Yスイッチ204一本当た
りに接続するセンスアンプを増し、これに対応して書き
込み駆動信号222、読み出しデータ線223の数を増
した。
【0028】次に、本発明の第の実施例について、図
面を参照して説明する。図5は、本発明の第の実施例
のレイアウト図である。
【0029】本実施例はキャパシタ形成用導電層以外に
ポリサイド配線層1層、金属配線層2層の計3層の配線
層を用いる方式である。
【0030】ワード線301にポリサイド層を用い、メ
モリセル302のMISトランジスタのゲート電極を共
有し、ビット線303は、セルアレイ305上では第1
の金属配線層を用い、センスアンプ307上では、主と
して、ポリサイド配線層を用いる。Yスイッチ304
は、セルアレイ305上、および、センスアンプ307
共に第2の金属配線層を用いる。行デコーダ309
内、列デコーダ310内、アレイ信号駆動回路311内
および周辺回路内の配線には、第1、第2の金属配線を
共に用いる。アレイ信号308には、第1の金属配線を
用いる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、キャパシ
タに用いる導伝層以外の配線層を3層で構成しても、Y
スイッチに対しては少なくともセルアレイ上では、金属
配線層を用いる構成にしたので、Yスイッチ全体の低抵
抗化ができ、このため多くのセンスアンプが接続可能に
なり高速および大容量の半導体装置を提供できると共に
配線層の削減により歩留りおよび生産性の向上という効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基礎となるシェアードセンスアンプ半
導体装置のレイアウト図である。
【図2】(a)図1に示すセンスアンプ領域でのYスイ
ッチ104のパターン図である。(b)図1に示すメモ
リセルの断面図である。
【図3】本発明の半導体装置の第の実施例のレイアウ
ト図である。
【図4】本発明の半導体装置の第の実施例のセンスア
ンプ領域の回路図である。
【図5】本発明の半導体装置の第の実施例のレイアウ
ト図である。
【図6】第1の従来技術例のレイアウト図である。
【図7】第2の従来技術例のレイアウト図である。
【図8】第3の従来技術例のレイアウト図である。
【図9】第4の従来技術例のレイアウト図である。
【図10】第5の従来技術例のレイアウト図である。
【図11】従来技術のセンスアンプ領域の回路図であ
る。
【符号の説明】
101,201,301, ワード線 102,202,302, メモリセル 103,203,303, ビット線 104,204,304, Yスイッチ 105,205,305, セルアレイ 107,207,307, センスアンプ 108,208,308, アレイ信号 109,209,309, 行デコーダ 110,210,310, 列デコーダ 111,211,311, アレイ信号駆動回路 112 ノード電極 113 プレート電極 115 接続孔 221 書き込みデータ線 222 書き込み駆動信号 223 読み出しデータ線 224 読み出し駆動信号 225 Nチャネルセンスアンプ駆動信号 226 Pチャネルセンスアンプ駆動信号 227 Nチャネルセンスアンプ 228 Pチャネルセンスアンプ 231 VCC 232 GND

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つのMISトランジスタと1つのキャ
    パシタからなるメモリセルと、複数のワード線と複数の
    ビット線が交差した交点に前記メモリセルを配置したセ
    ルアレイと、センスアンプと、行デコーダと、列デコー
    ダと、列デコーダからの選択信号を伝える配線を有し、
    前記セルアレイと前記センスアンプが複数交互に配列
    し、前記列デコーダからの選択信号を伝える配線が、前
    記セルアレイと前記センスアンプの配列方向に配置さ
    れ、1台の列デコーダと複数のセンスアンプを接続する
    シェアードセンスアンプ方式を有し、前記キャパシタ形
    成用導電層以外の配線層を3層有し、前記ワード線、ビ
    ット線、および、列デコーダからの選択信号を伝える配
    線がセルアレイ上で互いに別の配線層で形成され、列デ
    コーダからの選択信号を伝える配線がセルアレイ上で金
    属配線層から形成されている半導体装置において、前記列デコーダからの選択信号を伝える配線が、セルア
    レイ上では、金属配線層から成るが、センスアンプ上で
    は、前記キャパシタのプレート電極と同層の導電層から
    成ること を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 MISトランジスタのゲート電極を形成
    し、多結晶シリコンと金属シリサイドの積層配線から成
    り、その一部がワード線を形成する第1の配線層と、 金属シリサイド配線、または、多結晶シリコンと金属シ
    リサイドの積層配線から成り、その一部がビット線を形
    成する第2の配線層と、 金属配線から成り、その一部がセルアレイ上で列デコー
    ダからの選択信号を伝える配線を形成する第3の配線層
    とを有する請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記デコーダからの選択信号を伝える配
    線の間に、電源線および、接地線がセルアレイ上とセン
    スアンプ上に配置され、 前記電源線は、センスアンプ領域でPチャネルMOSト
    ランジスタのソースに接続され、該PチャネルMOSト
    ランジスタのゲートのドレインは、PチャネルMOSト
    ランジスタで構成されるフリップフロップ型センスアン
    プの共通のソースと接続され、該PチャネルMOSトラ
    ンジスタのゲート電極は、前記第の配線層の一部から
    って、Pチャネルセンスアンプ活性化信号線を形成
    し、 前記接地線は、センスアンプ領域でNチャネルMOSト
    ランジスタのソースに接続され、該NチャネルMOSト
    ランジスタノドレインは、NチャネルMOSトランジス
    タで構成されるフリップフロップ型センスアンプの共通
    のソースに接続され、該チャネルMOSトランジスタの
    ゲートは、前記第1の配線層の一部から成り、Nチャネ
    ルセンスアンプ活性化信号線を形成する請求項2記載の
    半導体装置。
  4. 【請求項4】 MISトランジスタのゲート電極を形成
    し、多結晶シリコンと金属シリサイドの積層配線から成
    り、その一部がワード線を形成する第1の配線層と、金
    属シリサイド配線、または、多結晶シリコンと金属シリ
    サイドの積層配線から成り、その一部がビット線を形成
    する第2の配線層と、金属配線から成りその一部がセル
    アレイ上、および、センスアンプ上で前記列デコーダか
    らの選択信号を伝える配線を形成する第3の配線層を形
    成する請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 MISトランジスタのゲート電極を形成
    し、多結晶シリコンと金属シリサイドの積層配線から成
    り、その一部がワード線を形成する第1の配線層と、金
    属配線から成りその一部がビット線を形成する第2の配
    線層と、金属配線から成り、その一部が前記列デコーダ
    からの選択信号を伝える配線を形成する第3の配線層か
    ら成る請求項1記載の半導体装置。
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