JP5031225B2 - 半導体メモリ装置の回路配線配置構造とその配置方法 - Google Patents

半導体メモリ装置の回路配線配置構造とその配置方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体メモリに係り、特に揮発性半導体メモリ装置における回路配置に関する。
パーソナルコンピューター及び電子通信機器などのような電子的システムの高性能化に従い、メモリとして搭載されるSRAM(Static RAM)などのような揮発性半導体メモリ装置も高速化及び高集積化されつつある。そのため、メモリチップの製造メーカーは、縮小されたクリティカルディメンジョンに合うメモリセル及びメモリセルと接続される機能回路の配置並びにその製造にあらゆる努力を注いでいる。最近では工程技術がスケールダウンされながら縮小したメモリセルが存在するセル形成領域に隣接した周辺回路、即ち、セルコア領域ともいわれる機能回路領域の回路配線配置技術も高集積化を決定するために重要な要因となっている。
図9は通常の揮発性半導体メモリ装置のメモリセルアレイ及びその周辺の回路ブロックである。図面を参照すると、複数のメモリセルからなった複数のメモリセルブロックを含むメモリセルアレイ110と、メモリセルのローを選択するためのXデコーダー130と、メモリセルのカラムを選択するためのYデコーダー140と、前記Yデコーダー140に接続されて前記メモリセルアレイ110のカラムパスを指定するカラムYパス部120と、前記カラムパス部120に接続されライトデータをメモリセルに提供するためのブロックライトドライバ150と、前記カラムパス部120に接続されメモリセルに格納されたデータを感知増幅するためのブロックセンスアンプ160と、を含む装置的ブロック構成が示される。
図9に示した前記カラムYパス部120の一部構成は図10に図示される。図10は図9においてカラムYパス部120の一部構成を詳細に示した回路図である。即ち、図10では図示の便宜上メモリセルアレイ110内で互いに隣接した2個のメモリセル1a,1bと接続された回路ワイヤリング構造が図示される。図面を参照すると、メモリセル1a,1bのうちメモリセル1aのビットライン対BL0,BL0Bにはプリチャージ及び等化部122aと、リード及びライトパススイッチング部124aが接続される。また、メモリセル1bのビットライン対BL1,BL1Bにはプリチャージ及び等化部122bと、リード及びライトパススイッチング部124bが接続される。
前記プリチャージ及び等化部122a内でP型MOSトランジスタTp00,Tp01は前記ビットライン対BL0,BL0Bを動作電源電圧VDDにプリチャージさせるための役割を果たし、P型MOSトランジスタTe0は等化動作区間で前記ビットライン対BL0,BL0Bを互いに同一な電位に維持させるための役割を果たす。同様に、前記プリチャージ及び等化部122b内でP型MOSトランジスタTp10,Tp11は前記ビットライン対BL1,BL1Bを動作電源電圧VDDにプリチャージさせるためのプリチャージトランジスタであり、P型MOSトランジスタTe1は等化動作区間で前記ビットライン対BL1,BL1Bを互いに同一な電位に維持させるための等化トランジスタである。
前記リード及びライトパススイッチング部124a内でP型MOSトランジスタTr0,Tr0Bはリード動作区間でターンオンして前記ビットライン対BL0,BL0Bにそれぞれ表れる電位をセンスアンプなどのようなリード関連の回路に伝達する役割を果たし、N型MOSトランジスタTw0,Tw0Bはライト動作区間でターンオンして印加されるライトデータを前記ビットライン対BL0,BL0Bに伝達する役割を果たす。
同様に、前記リード及びライトパススイッチング部124b内でP型MOSトランジスタTr1,Tr1Bはリード動作区間でターンオンして前記ビットライン対Bl1,BL1Bにそれぞれ表れる電位をセンスアンプなどのようなリード関連回路に伝達するリードパススイッチングトランジスタであり、N型MOSトランジスタTw1,Tw1Bはライト動作区間でターンオンして印加されるライトデータを前記ビットライン対BL1,BL1Bに伝達するライトパススイッチングトランジスタである。
図10に示した前記メモリセル1a,1bのうち1つのセルに対する回路構造としては、図11に示すように、6個のトランジスタM1−M4,P1,P2から構成されたフルCMOS SRAMセルを用いることができる。半導体メモリ装置の高集積化につれてSRAMセルのセルピッチがフォトリソグラフィ工程の解像度の限界近くまでに一層縮小される場合に、前記6個のトランジスタは同一の層に配置されずに互いに異なる層に分けられて配置される場合も生じうる。
すなわち、前記メモリセルを構成するトランジスタが同一の層に配置されるかまたは互いに異なる層に配置されるかにかかわらず、メモリセルのセルピッチが縮小されれば、前記プレチャージ及び等化部とリード及びライトパススイッチング部を構成するトランジスタをそれぞれ対応するメモリセルのサイズに合うように配置することは一層難しくなる。即ち、メモリセルのピッチのサイズ内に図10の前記P型及びN型トランジスタを配置することは非常に困難である。
また、図10においてカラムデコーディング信号Y0,Y0B,Y1,Y1Bの信号ラインの中でカラムデコーディング信号Y0,Y1の信号ラインはそれぞれ図10の接続ノードco1,co2と接続されるべきであり、ライン負荷が大きい。その結果、寄生抵抗PR1,PR2,PR11,PR22が相当に大きな値となり、ライト動作のときにライト動作エラーが生じうる。
一方、図9で示されるXデコーダー130内のセクションローデコーダー130aは図4に示すような回路結線構造を有することができる。セル形成領域に隣接した機能回路領域に配置される前記セクションローデコーダー130aは1つのメインワードライン(MWL)100当り4個のセクションワードラインSWL0−SWL3が対応する場合にインバータータイプの4個のドライバで構成されうる。前記セクションワードラインSWL0−SWL3に接続されるメモリセルのセルピッチが漸次縮小される場合に、図4の選択信号のうち対応するブロック選択信号SiDiと接続されるドライバの入力ライン60,61,62,63の配置は非常にクリティカルとなる。即ち、前記ドライバを構成するP型及びN型トランジスタ10−13,20−23と、それに従う入出力配線を縮小されるセルピッチに合うように配置する作業は非常に難しくなる。
そこで、図9においてカラム(Y)パス部120を構成するトランジスタとXデコーダー130内のセクションローデコーダー130aを構成するトランジスタを制限したサイズ内に一層効率的に配置する技術だけでなく、前記トランジスタの動作に必要な配線層を高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置する技術が要求される。特に、SRAMメモリセルを構成するトランジスタが互いに異なる層に配置される、いわば3次元メモリセルの出現に応じて、メモリセルと接続されるセルコア領域よりも小さい占有面積で具現されなければならない。
本発明の目的は、従来の問題点を解決することができる半導体メモリ装置の回路配置を提供することにある。
本発明の他の目的は、セル形成領域に隣接した機能回路領域をより小さい占有面積で具現できる回路配置構造及び方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、半導体メモリのセル形成領域に隣接した機能回路領域での回路配線配置を円滑にし、ライト動作の速度制限要因のうち1つを解消することができる回路配線配置構造を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、カラムパス部を構成するトランジスタをより効率的に配置することができる半導体メモリ装置の回路配置構造及びその方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、カラムパス部のカラムデコーディング信号ラインの負荷を減少または最小化できる半導体メモリ装置の回路配置構造及び配置方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、カラムデコーディング信号ラインのライン負荷を減らしてライト動作エラーを防止することができる半導体メモリ装置の回路配置構造及び配置方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、セクションローデコーダーを構成するトランジスタ及び前記セクションローデコーダーの動作に必要な配線層を高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置することができる半導体メモリ装置の回路配置構造及び配置方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、カラムパス部を構成するトランジスタとセクションローデコーダーを構成するトランジスタを制限されたサイズ内で効率的に配置し、前記トランジスタの動作に必要な回路配線層を2次元または3次元に高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置することができる揮発性半導体メモリ装置の回路配置構造及び配置方法を提供することにある。
このような目的を達成するため本発明による半導体メモリ装置における回路配線配置構造は、SRAMメモリセルのセル形成領域に隣接した機能回路領域に形成されるMOSトランジスタのゲート層に電気的信号を伝達するために前記ゲート層と接続されるべき金属配線層を前記ゲート層の上方に形成する場合に、前記ゲート層の上方に金属ダマシン工程で形成されるワードライン層とは互いに異なる層で第2の金属ダマシン工程を用いて前記金属配線層を配置することを特徴とする。
好ましくは、前記SRAMメモリセルはそれぞれ6個のセルトランジスタからなり、前記6個のセルトランジスタは互いに同一の層または互いに異なる層で形成されることができる。また、前記機能回路領域に形成されるMOSトランジスタとしては、カラムパス部を構成するかまたはローデコーダーを構成するために用いられるP型及びN型MOSトランジスタを用いることができる。前記ゲート層はポリシリコン層からなり、前記ワードライン層と前記金属配線層はそれぞれ互いに異なる層に形成されたタングステン層からなることができる。前記金属配線層はカラムデコーディング信号またはセクションローデコーディング関連信号を伝達する金属層であり、前記金属配線層は金属からなるビットライン層の下方に配置されることができる。
本発明の好適な実施の形態に係る回路配線配置構造は、セル形成領域内で第1方向に互いに隣接して配置された第1,第2SRAMメモリセルと、ワードライン配置方向の第2方向で前記セル形成領域に隣接した機能回路領域内に配置され、前記第1,第2SRAMメモリセルの第1,第2ワードラインにそれぞれ対応して接続されるように前記第1方向に形成された第1,第2P型MOSトランジスタと、前記機能回路領域内で前記第1,第2P型MOSトランジスタが形成された領域から一定距離だけ前記第2方向に離隔され、前記第1,第2ワードラインにそれぞれ対応して接続されるように前記第1方向に形成された第1,第2N型MOSトランジスタと、前記機能回路領域内で前記第1P型MOSトランジスタのゲート層と前記第1N型MOSトランジスタのゲート層間を前記第2方向で接続し、前記第1,第2ワードラインが形成された層の上方に配置された第1金属ダマシン配線ラインと、前記機能回路領域内で前記第2P型MOSトランジスタのゲート層と前記第2N型MOSトランジスタのゲート層間を前記第2方向で接続し、前記第1金属ダマシン配線ラインと同一の層で互いに平行に配置された第2金属ダマシン配線ラインと、を備える。
本発明の回路配線配置構造によれば、セル形成領域に隣接した機能回路領域をより小さい占有面積に具現できるという効果がある。
また、半導体メモリのセル形成領域に隣接した機能回路領域での回路配線配置を円滑にし、ライト動作の速度制限要因中の1つを解消するという効果がある。また、カラムパス部を構成するトランジスタをより効率的に配置してカラムデコーディング信号ラインの負荷を減少または最小化できるという効果がある。また、セクションローデコーダーを構成するトランジスタ及び前記セクションローデコーダーの動作に必要な配線層を高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置できるという効果がある。カラムパス部を構成するトランジスタとセクションローデコーダーを構成するトランジスタを制限したサイズ内で効率的に配置でき、前記トランジスタの動作に必要な回路配線層を2次元または3次元に高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置できるという効果がある。
上述したような本発明の目的並びにそのほかの目的と特徴及び利点は、添付図を参照して以下に記述される本発明の好適な実施の形態の説明により一層明らかになるだろう。図面において互いに同一ないし類似する部分は説明及び理解の便宜上同一ないし類似の参照符号で記載される。
まず、後述の本発明に対する理解をより徹底させる意図のほかに別の意図なしに、図12A及び図12Bを参照して従来技術による回路配置が先に説明される。
図12A及び図12Bは図10の回路を従来技術に従い具現した平面的な配置図である。図示に示すように、図12Aに示したメモリセル1a,1bは図10のセルにそれぞれ対応し、Y方向(便宜上X方向を第1方向とする場合に第2方向はY方向)への領域S10には等化トランジスタTe0,Te1が配置される。領域S10において参照符号2は半導体基板に形成されるP型アクティブ領域を示し、参照文字WCはタングステンコンタクトを示す。コンタクトWCは等化トランジスタTe0,Te1のドレイン及びソース領域と対応するタングステン層との間を電気的に接続するコンタクトである。図12Aでビットライン対BL0−BL0B,BL1−BL1Bはビットラインで、前記第2方向に沿うように表されている。ポリシリコンで形成されるゲート層(“ゲートポリ”とも称する)は領域S10で前記第2方向に沿って傾斜パターンにハッチングされた実線ラインで示され、便宜上等化トランジスタTe0,Te1のゲート層に等化トランジスタTe0,Te1の参照符号が付される。
図12Aの領域S11には図10のプレチャージトランジスタTp00,Tp01,Tp10,Tp11が配置され、図12Bの領域S12と領域S13にはライトパススイッチングトランジスタTw0,Tw1とライトパススイッチングトランジスタTw0B,Tw1Bがそれぞれ配置される。ここで、ライトパススイッチングトランジスタTw0,Tw1,Tw0B,Tw1BはN型アクティブ領域4内に配置される。
また、図12Bの領域S14と領域S15にはリードパススイッチングトランジスタTr0,Tr1とリードパススイッチングトランジスタTr0B,Tr1BがP型アクティブ領域2内にそれぞれ配置される。
カラムデコーディング信号Y0,Y1をそれぞれ伝達する配線ラインは図12Bで参照符号Y0,Y1として表され、これは領域S14と領域S15でアクティブ領域が形成されない中間領域を通じて第2方向に配置される。また、カラムデコーディング信号Y0B,Y1Bをそれぞれ伝達する配線ラインは図12Bで参照符号Y0B,Y1Bで表され、これは領域S14と領域S15でアクティブ領域2の上方を通じて第2方向に配置される。
図12A及び図12Bのように図10の機能回路を配置する場合にスケールダウンされたメモリセルのセルピッチが減少すると、第1方向(X方向)にサイズが顕著に減らすため、図10に示したカラムパス構成用トランジスタをスケールダウンしたメモリセルのセルピッチサイズ内に配置することが非常に難しくなる。なぜならば、図12Bの領域S14,S15で示されるように、2個の活性化領域(2)間の素子分離領域に前記ポリシリコン配線ラインを配置しなければならないからである。
また、図12A及び図12Bのように図10の機能回路を配置する場合に第2方向への全体サイズが50ミクロンメートル以上になるため、ライン負荷に起因してカラムデコーディング信号Y0,Y1が等化トランジスタTe0,Te1のゲート層に速く伝達されにくくなるに従いライト動作エラーが生じうる。以下、これと関連して詳しく説明する。
図10、図12A及び図12Bを参照すると、アクセス動作が行われない非動作モードではカラムデコーディング信号Y0,Y1が論理ロー状態に印加され、カラムデコーディング信号Y0B,Y1Bは論理ハイ状態に印加される。前記カラムデコーディング信号は図9のカラムデコーダー140から出力される。それで、プリチャージ及び等化部122a,122b内のトランジスタTp00,Tp01,Te0,Tp10,Tp11,Te1が全てターンオンして、メモリセル1a,1bにそれぞれ接続されたビットライン対BL0−BL0B,BL1−BL1Bが互いに同一な動作電源電圧VDDのレベルにプリチャージされる。
メモリセル1aを選択するリード命令が印加される場合に、リード動作モードでカラムデコーディング信号Y0Bが論理ハイ状態に印加される。それで、リード及びライトパススイッチング部124a内のトランジスタTw0,Tw0Bがターンオンして、前記ビットライン対にそれぞれに生じたセル電位がセンス増幅器などのようなリード関連回路に提供されてデータリード動作が達成される。
一方、メモリセル1aを選択するライト命令が印加される場合に、ライト動作モードでカラムデコーディング信号Y0が論理ハイ状態に印加される。それで、リード及びライトパススイッチング部124a内のトランジスタTw0,Tw0Bがターンオンして、印加されたライトデータが前記ビットライン対を通してセル1aに格納される。前記ライト動作の場合にプリチャージ及び等化部122a内のトランジスタTp00,Tp01,Te0はターンオフ状態とならなければならない。すなわち、トランジスタTw0,Tw0Bはできるだけ速くターンオンしなければならず、プリチャージ及び等化トランジスタTp00,Tp01,Te0はできるだけ速くターンオフすることにより、ライト動作が妨害なしに行われるようになる。
ところが、カラムデコーディング信号Y0,Y1を伝達する配線ラインが比較的大きい抵抗成分を有する場合にライト動作は円滑に行われにくい。通常、カラムデコーディング信号Y0,Y1を伝達する配線ラインはシリサイド膜が形成されたポリシリコン層からなり、シリサイド工程が正常に行われなかった場合に前記配線ラインのシート(sheet)抵抗値は数十〜数百オームになる。即ち、タングステンまたはチタニウムなどのような耐熱性金属との反応を通じてポリシリコン層の上方にシリサイド膜が良好に形成される場合に、前記配線ラインのシート抵抗値は約60オーム程度であるが、前記ポリシリコン層のクリティカルディメンジョンが非常に小さくてシリサイド工程が正常に行われなかった場合にはシート抵抗値は最大数百倍までに増加されてしまう。ここで、図12A及び図12Bのような回路配置の場合に第2方向に各領域ごとにポリシリコン層のパターン変化が激しくなることがわかる。ゲートポリのクリティカルディメンジョンの変化が激しくなるほど、シリサイド工程が円滑に行われにくい。
シリサイド工程が不安定に行われる場合に、前記カラムデコーディング信号などのような信号を伝達する配線ラインは抵抗負荷を大きく有することにより、ライト動作のエラーが生じうる。従って、図12A及び図12Bのような従来技術ではカラム性の不良が増加して製造効率が急激に低下しうる。
図12A及び12bのような従来の技術の問題、即ち、減少したセルピッチサイズ内にカラムパス構成用トランジスタを配置する問題と、シリサイド工程に起因するカラム性の不良が発生するという問題を解決するため、本発明の好適な第1の実施形態が図2に示すように具体化される。
図2は図10の回路を本発明の好適な実施の形態に従い具現した平面的な配置図であり、第2方向の全体サイズS20が約17ミクロンとなる。勿論、カラムデコーディング信号を伝達する配線ラインもシリサイド工程により形成されない。図2の配置構造はメモリセルの垂直構造が図1bのようになった場合に更に適切に適用されることができる。即ち、より高集積化するメモリセルでセル形成領域内の垂直構造が図1aから図1bに変更される傾向にあるので、機能回路領域ではメタルゼロプライム層MOPがある任意の配線として十分に活用されるようにすることが好ましい。
図1を参照すると、図11に対する従来の垂直構造においてゲートポリ層L11が示されていない図1a部分でアクティブ層L10はタングステンコンタクトL13を通じてメタルゼロ層(MO)L15と接続され、メタルゼロ層L15はメタルコンタクトL17を通じてメタルワン層L19と接続される。メタルワン層(M1)L19はビアコンタクトL21を通じてメタルツー層(M2)L23と接続される。ゲートポリ層L11が示された図1a部分においてゲートポリ層L11はタングステンコンタクトL13を通じてメタルゼロ層(M0)L15と接続される。
最近では、図11に対する垂直構造は図1bの部分で示されるように、メタルゼロ層(M0)L15とメタルワン層L19との間にメタルゼロプライム層(M0P)L16bが図1aの構造に比べさらに追加される。ここで、メタルゼロ層M0とメタルゼロプライム層M0Pはタングステンなどのような金属を用いた金属ダマシン工程で形成される。微細パターンを形成するために適切に使用される金属ダマシン工程の詳細は本技術分野で広く知られているため、ダマシン工程に対する具体的な説明は省略する。
図2を参照すると、セル形成領域で互いに隣接して配置されたメモリセル1a,1bは図10のセルにそれぞれ対応され、Y方向(便宜上X方向を第1方向とする場合に第2方向はY方向)にP型アクティブ領域2a,2bには1個の等化トランジスタTe0と2個のプリチャージトランジスタTp00,Tp01が配置される。ここで、等化トランジスタTe0は領域2a内で第2方向に互いに平行した3個のゲートパターンに作られ、プリチャージトランジスタTp00,Tp01は領域2aの一部と領域2b内で作られる。例えば、プリチャージトランジスタTp00のゲートポリは領域2a,2b内で第2方向に一番左側に形成されたパターンと領域2b内で前記パターンの右側に隣接して形成されたハフパターンとの和で示される。上述の説明と同様に、参照文字WCはタングステンコンタクトを指し、ビットライン対BL0−BL0B,BL1−BL1Bはビットラインで前記第2方向に沿うように表されている。ポリシリコンで形成されるゲート層は領域2a,2bで前記第2方向に沿って傾斜パターンにハッチングされた実線ラインで示され、便宜上等化トランジスタTe0及びプリチャージトランジスタTp00,Tp01のゲート層の棒タイプのパターンに参照符号が複数の引出線で付されている。
すなわち、第1等化及びプリチャージ用MOSトランジスタTe0,Tp00,Tp01は前記メモリセルが形成されたセル形成領域で第2方向に隣接した機能回路領域S20内の領域2a,2bに形成され、第1SRAMメモリセル1aに対応するビットライン対BL0,BL0Bと接続される。ここで、領域2a,2bにおいてビットライン対BL0,BL0Bはメタルワン層M1で形成されるが、ビットライン対BL1,BL1Bはメタルワン層M1とは異なる層として存在することに注目されたい。
機能回路領域S20内で前記第2方向に第1等化及びプリチャージ用MOSトランジスタTe0,Tp00,Tp01が形成された領域だけ前記セル形成領域から離隔された領域2c,2dには第2等化及びプリチャージ用MOSトランジスタTe1,Tp10,Tp11が形成される。トランジスタTe1,Tp10,Tp11は第2SRAMメモリセル1bに対応するビットライン対BL1,BL1Bに接続される。ここで、等化トランジスタTe1は領域2c内で第2方向に互いに平行した3個のゲートパターンに作られ、プリチャージトランジスタTp10、Tp11は領域2cの一部と領域2d内で作られる。例えば、プリチャージトランジスタTp10のゲートポリは領域2c、2d内で第2方向に一番左側に形成されたパターンと領域2d内で前記パターンの右側に隣接して形成されたハーフパターンとの和で示される。
N型アクティブ領域4a,4bには第1、第2ライトパストランジスタ対Tw0,Tw0B,Tw1,Tw1Bが形成される。第1、第2ライトパストランジスタ対Tw0,Tw0B,Tw1,Tw1Bは第1、第2SRAMメモリセル1a,1bに対応するビットライン対BL0,BL0B,BL1,BL1Bにそれぞれ接続される。
P型アクティブ領域2e,2fには第1、第2リードパストランジスタ対Tr0,Tr0B,Tr1,Tr1Bが形成される。第1、第2リードパストランジスタ対Tr0,Tr0B,Tr1,Tr1Bは第1、第2SRAMメモリセル1a,1bに対応するビットライン対BL0,BL0B,BL1,BL1Bにそれぞれ接続される。
図2で第1カラムデコーディング信号Y0を伝達する第1金属配線層Y0Lは第2方向に領域2f,2e,4b,4a,2d,2cを過ぎて領域2bのゲート層と接続されるコンタクトC01及び領域2f,2eを過ぎて領域4bのゲート層と接続されるコンタクトC03に接続される。第1金属配線層Y0Lは図10に示したように第1等化及びプリチャージ用MOSトランジスタTe0,Tp00,Tp01のポリシリコンゲート層と第1ライトパストランジスタ対Tw0,Tw0Bのポリシリコンゲート層に共通に接続される。本発明の好適な第1の実施形態では、第1金属配線層Y0Lは図1で示したメタルゼロプライム層L16bで形成される。メタルゼロプライム層L16bはメタルゼロ層M0の上方に形成されるさらに他の金属ダマシン層である。ここで、前記金属は例えばタングステンWを用いることができる。
一方、第2カラムデコーディング信号Y1を伝達する第2金属配線層Y1Lは第2方向に領域2f,2e,4b,4aを過ぎて領域2dのゲート層と接続されるコンタクトC02及び領域2f,2eを過ぎて領域4bのゲート層と接続されるコンタクトC04に接続される。第2金属配線層Y1Lは図10に示したように第2等化及びプリチャージ用MOSトランジスタTe1,Tp10,Tp11のポリシリコンゲート層と第2ライトパストランジスタ対Tw1,Tw1Bのポリシリコンゲート層に共通に接続される。同様に、第2金属配線層Y1Lは図1に示したメタルゼロプライム層L16bで形成される。
図2を図12A及び図12Bと比較する場合に配線ラインがゲートポリで形成されずに図12Bのようにアクティブ素子分離領域を有しないため、第1方向(X方向)にサイズが減らすようになる。従って、カラムパス構成用トランジスタをスケールダウンされたメモリセルのセルピッチサイズ内に配置することが相対的に容易になる。
また、タングステンなどのような金属ダマシン工程で形成された第1,第2金属配線層Y0L,Y1Lを図12Bの対応する配線ラインと比較する場合に、配線層がシリサイド工程により作られないため、シリサイド工程の失敗時に生じる配線抵抗が増加するという問題が解決される。タングステンダマシン工程で形成された金属配線層の場合に、抵抗値はゲートポリよりも約5倍程度に小さい。従って、シリサイド工程に起因するカラム性の不良が発生するという問題が解決されるようになる。
また、図12A及び図12Bのような回路配置の場合では、第2方向に各領域ごとにポリシリコン層のパターン変化が激しくなるが、図2の場合にはゲートポリのクリティカルディメンジョンの変化が少なくてフォトリソグラフィ工程に一層好適であるという利点がある。従って、シリサイド工程を行っても図12A,12bの場合に比べて工程信頼性が損なわれず、製造効率が大幅に改善される。すなわち、ハイパフォーマンス、少ない領域(small area)で、リソフレンドリ(photo-lithographfriendly)な配置の具現が達成されて製品の生産効率が高くなる。
図2に示された切断線A−A’に沿って切り取った垂直断面図は図3に示される。図3を参照すると、第1金属配線層Y0Lはメタルゼロプライム層L16bからなり、その下方にはメタルゼロ層L15がコンタクトL16aを通じて接続される。また、メタルゼロプライム層L16bの上方には絶縁膜を通じてメタルワン層L19が形成される。ここで、メタルワン層L19はビットライン対BL0,BL0Bとなる。ゲートポリ層L11はコンタクトL13を通じてメタルゼロ層M0と接続される。ここで、第1金属配線層Y0Lを形成するメタルゼロプライム層L16bはメタルゼロ層L15の介在なしにゲートポリ層L11とコンタクトを通じて直接的に接続されうる。
図2に示された切断線A−A‘に沿って切り取った垂直断面図が図3に示される。図3を参照すると、第1金属配線層Y0Lはメタルゼロプライム層L16bからならず、その下方にはメタルゼロ層L15がコンタクトL16aを通じて接続される。また、メタルゼロプライム層L16bの上方には絶縁膜を通じてメタルワン層L19が形成される。ここで、メタルワン層L19はビットライン対BL0,BL0Bとなる。ゲートポリ層L11はコンタクトL13を通じてメタルゼロ層M0と接続される。ここで、第1金属配線層Y0Lを形成するメタルゼロプライム層L16bはメタルゼロ層L15の介在なしにゲートポリ層L11とコンタクトを通じて直接的に接続される。
すなわち、上述のような図2の構造は、前記カラムパストランジスタが全て1個の入出力ポート当たり1つのソース領域を共有する形態であり、素子分離膜パターンが別の形態ではなく、トランジスタのピッチもそれぞれ同一であることがわかる。即ち、前記カラムパストランジスタはそれぞれ少なくとも2個以上に分岐した構造を持つポリシリコンゲート層を有し、前記ビットライン対に対応して接続されるプリチャージトランジスタと等化トランジスタが1つのソース接合領域またはドレイン接合領域を共有しながら、隣接したトランジスタともこのソース領域またはドレイン接合領域を共有する。また、前記カラムパストランジスタを構成するトランジスタのピッチが各トランジスタグループに均一に配置されることがわかる。
そこで、カラムパス部を構成するライトパストランジスタとプリチャージ及び等化トランジスタの入力として提供されるカラム選択信号がカラム選択部から出力されて配線ラインを通じて前記トランジスタに共通に提供される場合に、前記配線ラインがゲートポリ層またはメタルゼロ層とは無関係に別途のメタルゼロプライム層として配置される構造を有する本発明の好適な第1の実施形態によると、セル形成領域に隣接した機能回路領域がより小さい占有面積で具現され、機能回路領域での回路配線配置が円滑になるとともに、ライト動作の速度制限要因中の1つが解消される。すなわち、カラムパス部を構成するトランジスタがより効率的に配置され、カラムパス部のカラムデコーディング信号ラインの負荷が減少または最小化される。
以下、本発明の好適な第2の実施形態が説明される。第2の実施形態では図4に示したようなセクションローデコーダーを構成するトランジスタ及び前記セクションローデコーダーの動作に必要な配線層を高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置することが説明される。
図4の回路結線構造は、図9に示されるXデコーダー130内のセクションローデコーダー130aに対する例である。図面において1つのメインワードライン100と4個のブロック選択ラインSiDiに対応して接続されたP型及びN型トランジスタ10−13,20−23は4個のインバータータイプのドライバを形成する。セクションワードラインSWL0−SWL3に接続されるメモリセルのセルピッチが漸次縮小される場合に、図4の選択信号中で対応するブロック選択信号SiDiと接続されるドライバの入力ライン60,61,62,63の効率的な配置は機能回路領域がより小さい占有面積で具現できるようにする。
本発明の第2の実施形態では図5に示すような配置構造が具備される。即ち、前記ドライバを構成するP型及びN型トランジスタ10−13,20−23とそれに従う入出力配線を縮小されるメモリセルのセルピッチに合うように図5のように配置したものである。
図5を参照すると、メインワードライン100を基準にしてライン対称構造を有する回路配線配置構造が示される。図面において垂直方向(便宜上、第1方向とする)に互いに隣接して配置された第1,第2SRAMメモリセル1a,1cはセル形成領域内に存在する。ここで、前記第1方向は第1の実施形態での第1方向とは無関係である。また、第2SRAMメモリセル1cは第1の実施形態でのメモリセル1bとは異なる方向に配置されたセルである。
図4に示した第1,第2P型MOSトランジスタ10,11は図5でワードライン配置方向の第2方向(前記第1方向とは垂直方向をなす)で前記セル形成領域に隣接した機能回路領域内の領域2に配置され、第1,第2SRAMメモリセル1a,1cの第1,第2ワードラインSWL0,SWL1にそれぞれ対応して接続されるように前記第1方向に形成される。
第1,第2N型MOSトランジスタ20,21は前記機能回路領域内の領域4で前記第1,第2P型MOSトランジスタが形成された領域2から一定距離だけ前記第2方向に離隔され、第1,第2ワードラインSWL0,SWL1にそれぞれ対応して接続されるように前記第1方向に形成される。
図4の参照符号60に対応する第1金属ダマシン配線ライン60は、図5において前記機能回路領域内で第1P型MOSトランジスタ10のゲート層10cと第1N型MOSトランジスタ20のゲート層20cとの間を前記第2方向で接続するためにメタルゼロプライム層M0Pとして配置される。メタルゼロプライム層M0Pは第1,第2ワードラインSWL0,SWL1が形成されたメタルゼロ層M0の上方に配置された層である。
図4の参照符号61に対応する第2金属ダマシン配線ライン61は前記機能回路領域内で第2P型MOSトランジスタ11のゲート層11cと第2N型MOSトランジスタ21のゲート層21cとの間を前記第2方向で接続し、第1金属ダマシン配線ライン60と同じ層で互いに平行に配置される。
図5において、セクションワードラインで示される符号40a,40dはゲートポリ10c,20cとメタルゼロ層M0との間を電気的に接続するタングステンコンタクトWCを示し、コンタクトc1−c8はゲートポリGPとメタルゼロプライム層M0Pとの間を接続するコンタクトであり、図4の符号にそれぞれ対応する。
図6は図5に示される層の垂直方向の配置関係を簡略化して示したものである。図6を参照すると、トランジスタのソースまたはドレイン領域になるアクティブ領域2,4が半導体基板に配置され、その上方にトランジスタのゲートとして機能するゲートポリ層10c,20cが配置されたものが示される。ゲートポリ層10c,20cの上方にはセクションワードラインとして機能するメタルゼロ層50、相互接続配線層として機能するメタルゼロプライム層60、ブロック選択信号を伝達する配線として機能するメタルワン層90、及びメインワードラインまたはパワー配線ラインとして機能するメタルツー層100が順次配置される。
図7は図5に示された切断線X1−X1’に沿って切り取った垂直断面図であり、図8は図5に示された切断線X2−X2’に沿って切り取った垂直断面図である。まず、図7を参照すると、メタルゼロ層M0に形成される第1セクションワードライン50(SWL0)が下方に配置されたタングステンコンタクトを通じてP型MOSトランジスタ10のドレイン10bとN型MOSトランジスタ20のドレイン20aとが接続される。第1セクションワードライン50の上方には4個の直交するメタルワン層M1が配置される。図7は図5に示した切断線X1−X1’に沿って切り取った垂直断面図であるので、図7ではメタルゼロ層プライム層M0Pが示されなかったが、図6のような層配置構造に従うことに留意されたい。
図8を参照すると、図8では図5の金属配線ライン60がメタルゼロプライム層M0Pとして形成されたものが図示される。配線ライン60はセクションワードラインとブロック選択ライン(セル形成領域ではビットライン)との間に配置されるタングステンダマシン配線層である。メタルゼロプライム層M0Pはコンタクトc1,c2を通じてP型及びN型トランジスタのゲートポリ10c,20cと接続される。しかしながら、メタルゼロプライム層M0Pは、下方のメタルゼロ層M0を通じてゲートポリ10c,20cと接続されてもよい。メタルゼロプライム層M0Pの上方に形成されるコンタクト80はメタルワン層M1として形成されるブロック選択信号ライン90と接続される。
配線ライン60,61をメタルゼロプライム層M0Pとして配置する場合に、前記第1方向で第1,第2ワードラインSWL0,SWL1間の配置マージンは全てメタルゼロ層M0で配線ラインを配置する場合に比べさらに余裕があるようになる。これは前記第1方向にセルピッチが縮小される場合にも前記機能回路領域内のセクションローデコーダーを構成するトランジスタ及び配線ライン配置を制限されたサイズ内でより効率的に配置することができる。
すなわち、第2の実施形態では、第1ダマシン工程で形成されたセクションワードラインの上方に第2ダマシン工程により形成される金属層を用いてセル形成領域に隣接した機能回路領域のコア回路部を構成するトランジスタのポリシリコンゲート層と接続される配線を行うことにより、前記トランジスタの動作に必要な回路配線層が2次元または3次元に高集積化したメモリセルのセルピッチに合うように適切に配置されうる。
すなわち、第1ダマシン工程で形成されたセクションワードラインの上方に第2ダマシン工程により形成される金属層を用いて、セクションローデコーダー回路を構成するトランジスタのポリシリコンゲート層と接続される相互接続金属配線をビットライン対ごとに対応して配置する第2の実施形態では、メインワードライン配線層を中心として線対称に上下に2個ずつのセクションローデコーダーがそれぞれ配置され、4個のセクションローデコーダーを構成するトランジスタのゲート層のパターンが互いに同一な間隔に配置されることがわかる。従って、ゲートパターンの形成はリソフレンドリとなって製造効率が改善される。
一方、前記セクションローデコーダー回路をインバータータイプを用いて説明したが、NORタイプで構成されたものも第2の実施形態に適用可能である。
第2の実施形態でもセクションローデコーダーを構成するトランジスタを制限されたサイズ内で効率的に配置でき、前記トランジスタの動作に必要な回路配線層を2次元または3次元に高集積化したメモリセルのピッチに合うように適切に配置できるという効果がある。
本明細書で提示した概念は特定の適用例に多様な方式により適用可能なのは、当業者であれば理解できるだろう。提示したワードラインドライバの個数は本発明の好適な実施の形態の一部を示し、より効率的で且つ回路設計者に利用可能な別の多様な方法が存在しうる。従って、これに対する具体例は本発明に含まれ、特許請求の範囲から逸脱しないものとする。
他方、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内で多様な変形ができる。例えば、第1の実施形態に変更を加えてカラムデコーディング信号のほかに他の信号配線層をメタルゼロプライム層として形成してもよいし、第2の実施形態に変更を加えてセクションローデコーディング関連信号のほかに他の回路配線層をメタルゼロプライム層として形成してもよい。また、メタルゼロプライム層を金属ダマシン配線層として説明したが、他の層でも具現できる。
本発明の好適な実施の形態に適用された工程において回路の垂直層構造を従来と比較して示した図である。 図10の回路を本発明の好適な実施の形態に従い具現した平面的な配置図である。 図2に示される切断線A−A’に沿って切り取った垂直断面図である。 図9のXデコーダー内に含まれるセクションローデコーダーの通常の回路図である。 図4の回路を本発明の他の好適な実施の形態に従い具現した平面的な配置図である。 図5に示される層の垂直方向の配置関係を簡略化して示した図である。 図5に示される切断線X1−X1’に沿って切り取った垂直断面図である。 図5に示される切断線X2−X2’に沿って切り取った垂直断面図である。 通常の揮発性半導体メモリ装置のメモリセルアレイ及びその周辺の回路ブロックを示した図である。 図9のカラム(Y)パス部の一部の構成を詳細にに示した通常の回路図である。 図10に示されるメモリセル中の1つのセルに対する通常の回路図である。 図10の回路の従来技術に従い具現した平面的な配置図である。 図10の回路の従来技術に従い具現した平面的な配置図である。

Claims (18)

  1. 半導体メモリ装置の回路配線配置構造において、
    第一方向において互いに隣接して配置されて共通のワードラインを一つ備える第一及び第二メモリセルを含むメモリセル領域と、
    前記メモリセル領域に第二方向において最も近く、半導体層に各々ソースとチャンネルとドレインとを備える複数のFETを含む機能回路領域と、
    ビットライン金属層において前記機能回路領域へ前記第二方向に延伸された、第一ビットラインと前記第一メモリセルに接続された第一相補ビットラインと、
    前記ビットライン金属層において前記機能回路領域へ前記第二方向に延伸された、第二ビットラインと前記第二メモリセルに接続された第二相補ビットラインと、
    前記機能回路領域に形成されて前記第一ビットラインと前記第一相補ビットラインとの間に電気的に接続された第一等化FETと、
    前記機能回路領域に形成されて前記第二ビットラインと前記第二相補ビットラインとの間に電気的に接続された第二等化FETと、
    前記FETのゲート電極を含む一つのゲート層と、
    前記第一等化FETのゲート電極へ前記第二方向に電気的信号を伝送するように構成された第一金属配線ラインと、
    前記第二等化FETのゲート電極へ前記第二方向に電気的信号を伝送するように構成された第二金属配線ラインと、を含む
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  2. 請求項1に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一等化FETは、前記第二ビットラインまたは前記第二相補ビットラインの少なくとも一つと、その一部が重畳(overlapped)され、
    前記第二等化FETは、前記第一ビットラインまたは前記第一相補ビットラインの少なくとも一つと、その一部が重畳(overlapped)される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  3. 請求項2に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一金属配線ラインは、前記第二等化FETの少なくとも一部と重畳する
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  4. 請求項2に記載の回路配線配置構造において、
    前記機能回路領域に形成されたトランジスタは、カラム(Y)ゲーティングブロックを遂行するP型トランジスタである
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  5. 請求項2に記載の回路配線配置構造において、
    前記ゲート層はポリシリコンで形成され、前記第一金属配線ラインと前記第二金属配線ラインは各々タングステンで形成される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  6. 請求項2に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一金属配線ラインは、前記第一等化FETの前記ゲート電極へカラムデコーディング信号を伝送する
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  7. 請求項2に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一金属配線ラインと前記第二金属配線ラインとは、前記第一ビットラインと前記第一相補ビットラインと前記第二ビットラインと前記第二相補ビットラインとを含むビットライン層の下方に形成された金属配線層に形成される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  8. 請求項7に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一金属配線ラインは前記第一相補ビットラインの下側にはみ出して重なる
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  9. 半導体メモリ装置の回路配線配置構造において、
    メモリセル領域内で第1方向に互いに隣接して配置された第一、第二SRAMメモリセルと、
    メモリセル領域に第二方向において最も近い機能回路領域に形成され、第一及び第二SRAMメモリセルに対応して第一及び第二ビットライン対に各々接続される第一及び第二等化トランジスタと、
    前記第二等化トランジスタと前記第二プリチャージトランジスタのゲート電極へ第二カラムデコーディング信号を伝送するように構成され、前記ゲート電極を含む前記ゲート層上に形成され、前記第二方向に延伸された第二金属配線ラインとを含み、
    前記第一ビットライン対は第一ビットラインと第一SRAMに接続された第一相補ビットラインとを含み、前記第二ビットライン対は、第二ビットラインと第二SRAMに接続された第二相補ビットラインとを含み、第一金属配線ラインは第二方向に延伸されて、前記第一等化トランジスタと前記第一プリチャージトランジスタとのゲート電極へ第一カラムデコーディング信号を伝送するように構成されて、前記ゲート電極を含むゲート層上に形成される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  10. 請求項9に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一ビットライン対に対応する第一等化トランジスタは、前記第二ビットラインと前記第二相補ビットラインとの一つと重畳(overlapped)される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  11. 請求項10に記載の回路配線配置構造において、
    前記第二ビットライン対に対応する第二等化トランジスタは、前記第一ビットラインと前記第一相補ビットラインとの一つと重畳(overlapped)される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  12. 請求項9に記載の回路配線配置構造において、
    前記第二等化トランジスタは、前記第一等化トランジスタよりも前記メモリセル領域からさらに離間する
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  13. 半導体メモリ装置の回路配線配置構造において、
    メモリセル領域内で第1方向に互いに隣接して配置された第一、第二RAMメモリセルと、
    メモリセル領域に第二方向において最も近い機能回路領域に形成され、前記第一及び第二SRAMメモリセルに対応して第一及び第二ビットライン対に各々接続される第一及び第二等化トランジスタと、
    前記第一ビットラインと前記相補ビットラインとに各々接続されて、機能回路領域において第二方向に互いに隣接して形成された第一ライトパストランジスタ対と、
    前記第一等化トランジスタと前記第一プリチャージトランジスタと前記第一ライトパストランジスタ対の前記ゲート電極へ第一カラムデコーディング信号を伝送するように構成され、前記ゲート電極を含むゲート層よりも高い層に前記第二方向に延伸されて形成された第一金属配線ラインと、
    前記第二等化トランジスタと前記第二プリチャージトランジスタと前記第二ライトパストランジスタ対の前記ゲート電極へ第二カラムデコーディング信号を伝送するように構成され、前記第一金属配線ラインと同一の層に前記第二方向に延伸されて形成された第二金属配線ラインと、を含み
    前記第一ビットライン対は第一ビットラインと前記第一SRAMに接続された第一相補ビットラインとを含み、前記第二ビットライン対は、第二ビットラインと前記第二SRAMに接続された第二相補ビットラインとを含む
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  14. 請求項13に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一等化トランジスタと前記第一プリチャージトランジスタとは、棒タイプ(finger type)のポリシリコンゲート電極を含む
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  15. 請求項13に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一及び第二金属配線ラインは、前記ビットライン対層の下方にタングステン金属層として形成される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  16. 請求項13に記載の回路配線配置構造において、
    前記第一及び第二金属配線ラインは、第一ダマシン工程において形成されたサブワードライン層上に、第二ダマシン工程において形成された金属層として形成される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  17. 請求項13に記載の回路配線配置構造において、
    前記機能回路領域に形成され、前記第一ビットライン対に対応する第一プリチャージトランジスタと、
    前記機能回路領域に形成され、前記第二ビットライン対に対応する第二プリチャージトランジスタと、をさらに含み、
    前記第一ビットライン対に対応する前記第一プリチャージトランジスタの一つは、前記第二ビットラインと前記第二相補ビットラインとの少なくとも一つに重畳(overlapped)される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
  18. 請求項13に記載の回路配線配置構造において、
    各々が前記第一ビットラインと前記第一相補ビットラインとに接続されて機能回路領域に形成された一対の第一リードパストランジスタをさらに備え、
    前記第一リードパストランジスタは各々、前記第一ビットラインと前記第一相補ビットラインとの両方に重畳(overlapped)される
    ことを特徴とする回路配線配置構造。
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