JP2003017593A - Semiconductor storage device - Google Patents
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- JP2003017593A JP2003017593A JP2001196057A JP2001196057A JP2003017593A JP 2003017593 A JP2003017593 A JP 2003017593A JP 2001196057 A JP2001196057 A JP 2001196057A JP 2001196057 A JP2001196057 A JP 2001196057A JP 2003017593 A JP2003017593 A JP 2003017593A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レイアウト面積の増加を抑えつつ、マスクR
OMのデータ読み出し時間の高速化と低消費電力化を行
う。
【解決手段】 メモリセル9のドレイン領域11の四方
が、ゲート電極4a、4b及び4cからなるゲート電極
4により囲まれている。これが、ワード線1方向に連な
ることにより、はしご形のメモリブロックを構成する。
はしご型のゲート電極4は、ゲート電極4aとゲート電
極4bとを電気的に接続する共通接続部4d上に設けら
れたゲートコンタクト7を介してワード線1に接続され
ている。同じワード線1に繋がるメモリセル9はソース
領域10を共有し、ソース領域10はソースコンタクト
6を介してグランド線3につながれている。隣接するト
ランジスタのドレイン領域11の間はゲート電極4cに
よって分離されている。
(57) [Problem] To provide a mask R while suppressing an increase in layout area
The data read time of the OM is shortened and the power consumption is reduced. SOLUTION: The four sides of a drain region 11 of a memory cell 9 are surrounded by a gate electrode 4 composed of gate electrodes 4a, 4b and 4c. These are connected in the direction of the word line 1 to form a ladder-shaped memory block.
The ladder-type gate electrode 4 is connected to the word line 1 via a gate contact 7 provided on a common connection portion 4d for electrically connecting the gate electrode 4a and the gate electrode 4b. Memory cells 9 connected to the same word line 1 share a source region 10, and the source region 10 is connected to a ground line 3 via a source contact 6. The drain regions 11 of adjacent transistors are separated by the gate electrode 4c.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高速なデータ読み
出し速度および低消費電力であるマスクROMを有する
半導体記憶装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device having a mask ROM which has a high data read speed and low power consumption.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、LSIの大規模化に伴い、電気機
器のシステムを一つのLSI上に構築したシステムLS
Iの設計が盛んになっている。このようなシステムLS
IにおいてはマイクロコンピュータからSRAM、DR
AM、マスクROMなどのメモリまでが一つのチップ上
に集積される。マスクROMは不揮発性の読み出し専用
メモリであり、製造工程でマスクパタンを使ってデータ
を書き込む。このようなシステムLSIに搭載されるマ
スクROMにおいては高集積度のみならず、TAT(タ
ーンアラウンドタイム)が短いこと、高速アクセス、低
消費電力化が要求されている。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in the size of LSIs, a system LS in which a system of electric equipment is constructed on one LSI
The design of I is popular. Such a system LS
In I, from microcomputer to SRAM, DR
The memories such as AM and mask ROM are integrated on one chip. The mask ROM is a nonvolatile read-only memory, and data is written using a mask pattern in the manufacturing process. In the mask ROM mounted on such a system LSI, not only high integration but also short TAT (turnaround time), high speed access, and low power consumption are required.
【0003】TATが短いマスクROMの方式として、
コンタクトプログラム方式のものが広く利用されてい
る。コンタクトプログラム方式のマスクROMは、ビッ
ト線に繋がるコンタクトの有り、無しにより“1”また
は“0”のデータを記憶する方式である。このコンタク
トプログラム方式のマスクROMでは、プログラムをす
るコンタクトのレイヤを上位層にすることにより、プロ
グラム後の製造工程を少なくすることが可能である。As a method of a mask ROM having a short TAT,
The contact program type is widely used. The contact program type mask ROM is a system for storing data of "1" or "0" depending on whether or not there is a contact connected to a bit line. In this contact program type mask ROM, by making the layer of the contact to be programmed an upper layer, it is possible to reduce the manufacturing process after programming.
【0004】マスクROMの高集積化は製造プロセスの
微細化により行うことが出来るが、同時に高速化を行う
ことが困難になっている。NOR型マスクROMのデー
タ読み出し時間の大半を占めるのは、ビット線の寄生容
量にプリチャージされた電荷をメモリセルのMOSFE
Tで放電するのにかかる時間である。製造プロセスの微
細化によりビット線間の距離が縮まり単位長あたりの配
線容量が大きくなることと、高集積化により一本のビッ
ト線に繋がるメモリセルの数が多くなることによりビッ
ト線の寄生容量が大きくなるのがデータ読み出し時間の
増加に繋がっている。The mask ROM can be highly integrated by miniaturizing the manufacturing process, but at the same time, it is difficult to increase the speed. The majority of the data read time of the NOR type mask ROM is that the charges precharged in the parasitic capacitance of the bit line are transferred to the MOSFE of the memory cell.
It is the time taken to discharge at T. Parasitic capacitance of the bit line due to the fact that the distance between bit lines is shortened due to the miniaturization of the manufacturing process and the wiring capacitance per unit length is increased, and the number of memory cells connected to one bit line is increased due to high integration. The larger value leads to an increase in the data read time.
【0005】図6は、従来のマスクROMを有する半導
体記憶装置のメモリセル部を示す平面図である。また、
図7は、図6に示すような従来のマスクROMのメモリ
セル部を示す等価回路図である。図6及び図7におい
て、51はワード線、52はビット線、53はグランド
線、54はポリシリコンゲート、55はドレインコンタ
クト、56はソースコンタクト、57はゲートコンタク
ト、59はメモリセル、60はソース領域、61はドレ
イン領域である。FIG. 6 is a plan view showing a memory cell portion of a semiconductor memory device having a conventional mask ROM. Also,
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing a memory cell portion of the conventional mask ROM as shown in FIG. 6 and 7, 51 is a word line, 52 is a bit line, 53 is a ground line, 54 is a polysilicon gate, 55 is a drain contact, 56 is a source contact, 57 is a gate contact, 59 is a memory cell, and 60 is a memory cell. The source region and 61 are drain regions.
【0006】この従来のマスクROMでは、1つのメモ
リセル59につき、1つのn型MOSFET58で構成
される。また、ソース領域60はソースコンタクト56
を介してグランド線53に接続され、ポリシリコンゲー
ト54はゲートコンタクト57を介してワード線51に
接続され、ドレイン領域61がドレインコンタクト55
を介してビット線52に接続されるかまたは接続されな
いかにより、“1”または“0”のデータを記憶する。In this conventional mask ROM, each memory cell 59 is composed of one n-type MOSFET 58. The source region 60 is the source contact 56.
To the ground line 53, the polysilicon gate 54 to the word line 51 via the gate contact 57, and the drain region 61 to the drain contact 55.
Data of "1" or "0" is stored depending on whether or not it is connected to the bit line 52 via.
【0007】図8は、従来のマスクROMのメモリセル
部の動作状態を示す回路図である。図8において、51
はワード線、52はビット線、53はグランド線、62
はプログラムコンタクト、63は寄生容量、64は電流
パスを示す。あらかじめビット線52の寄生容量63が
プリチャージされており、ワード線51がハイになった
ときn型MOSFET58がオンになる。このとき、n
型MOSFET58がプログラムコンタクト62によっ
て、ビット線52に繋がっている場合は、ビット線52
の電位は電流パス64を通じて接地されるためローレベ
ルに変化し、ビット線52に繋がっていない場合はビッ
ト線52の電位はプリチャージされた電位のままであ
る。このビット線52の電位の変化を外部に接続された
センスアンプにより検出することによりデータの“1”
または“0”を判定する。FIG. 8 is a circuit diagram showing an operating state of a memory cell portion of a conventional mask ROM. In FIG. 8, 51
Is a word line, 52 is a bit line, 53 is a ground line, 62
Is a program contact, 63 is a parasitic capacitance, and 64 is a current path. The parasitic capacitance 63 of the bit line 52 is precharged in advance, and when the word line 51 goes high, the n-type MOSFET 58 is turned on. At this time, n
Type MOSFET 58 is connected to bit line 52 by program contact 62, bit line 52
Potential changes to low level because it is grounded through the current path 64, and the potential of the bit line 52 remains the precharged potential when not connected to the bit line 52. The change of the potential of the bit line 52 is detected by a sense amplifier connected to the outside, so that the data "1" is output.
Alternatively, "0" is determined.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のマスクROMを有する半導体記憶装置の構
成では、ビット線52の寄生容量63にプリチャージさ
れた電荷は、1つのn型MOSFET58により放電さ
れる。従って、大きなビット線52の寄生容量63(ビ
ット線間の容量、メモリセルのドレイン接合容量など)
に溜まった電荷を、ゲート幅サイズが小さくかつ電流駆
動能力の小さなn型MOSFET58だけで放電するた
め、センスアンプで“1”または“0”が検出される電
位までビット線電位が変化するのに時間がかかることが
問題だった。However, in the configuration of the semiconductor memory device having the conventional mask ROM as described above, the charge precharged in the parasitic capacitance 63 of the bit line 52 is discharged by one n-type MOSFET 58. To be done. Therefore, the parasitic capacitance 63 of the large bit line 52 (the capacitance between the bit lines, the drain junction capacitance of the memory cell, etc.)
Since the electric charge accumulated in is discharged only by the n-type MOSFET 58 having a small gate width size and a small current driving capability, the bit line potential changes to a potential at which "1" or "0" is detected by the sense amplifier. The problem was that it took time.
【0009】そこで、本発明の目的は、マスクROMの
レイアウト面積の増加を抑えつつ、データ読み出し時間
の高速化を可能にする半導体記憶装置を提供することに
ある。さらに、従来と同一のデータ読み出し時間の条件
下では、電源電圧を下げることにより低消費電力化を可
能にする。Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of speeding up the data reading time while suppressing an increase in the layout area of the mask ROM. Furthermore, under the same data read time condition as the conventional one, lowering the power supply voltage enables low power consumption.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、半導体領域上に形成された第1のゲート電極と、半
導体領域上に、第1のゲート電極に対して平行に形成さ
れた第2のゲート電極と、第1のゲート電極と第2のゲ
ート電極とを電気的に接続する共通接続部と、第1のゲ
ート電極と第2のゲート電極とに挟まれた半導体領域に
形成された複数個のドレイン領域と、第1のゲート電極
を挟んでドレイン領域に対向するように半導体領域に形
成された第1のソース領域と、第2のゲート電極を挟ん
でドレイン領域に対向するように半導体領域に形成され
た第2のソース領域とを有する。A semiconductor memory device according to the present invention comprises a first gate electrode formed on a semiconductor region and a first gate electrode formed on the semiconductor region in parallel with the first gate electrode. A second gate electrode, a common connection portion that electrically connects the first gate electrode and the second gate electrode, and a semiconductor region sandwiched between the first gate electrode and the second gate electrode. A plurality of drain regions, a first source region formed in the semiconductor region so as to face the drain region with the first gate electrode sandwiched therebetween, and a drain region with the second gate electrode sandwiched therebetween. And a second source region formed in the semiconductor region.
【0011】この構成によれば、第1及び第2のゲート
電極によって、ドレイン領域からの電流パスが第1のソ
ース領域側と第2のソース領域側の2方向となるため、
メモリセル1つ当たりの電流駆動能力を高くすることが
でき、データの読み出し時間を高速化することが可能に
なる。また、速度が速くなった分だけ電源電圧を下げ、
低消費電力化を行うことができる。According to this structure, the current path from the drain region is in the two directions of the first source region side and the second source region side due to the first and second gate electrodes.
The current drive capability per memory cell can be increased, and the data read time can be shortened. Also, the power supply voltage is reduced by the amount that the speed has increased,
It is possible to reduce power consumption.
【0012】上記半導体記憶装置において、複数個のド
レイン領域は、隣接するドレイン領域の間が、半導体領
域に形成された素子分離層によって分離されている。In the above semiconductor memory device, the drain regions of the plurality of drain regions are separated from each other by an element isolation layer formed in the semiconductor region.
【0013】また、上記半導体記憶装置において、複数
個のドレイン領域は、隣接するドレイン領域の間が、第
1のゲート電極と第2のゲート電極とを接続する第3の
ゲート電極下で分離されており、ゲート電極が、前記第
1、第2及び第3のゲート電極によって、はしご形状に
形成されている。Further, in the above semiconductor memory device, a plurality of drain regions are separated from each other between adjacent drain regions under a third gate electrode connecting the first gate electrode and the second gate electrode. The gate electrode is formed in a ladder shape by the first, second and third gate electrodes.
【0014】この構成によれば、ドレイン領域が第1、
第2及び第3のゲート電極によって四方が囲まれている
ため、メモリセル1つ当たりの等価的なゲート幅は従来
のメモリセルにおける1つのMOSFETに比べて3倍
〜4倍に大きくすることができる。よって、メモリセル
1つ当たりの電流駆動能力が高くなり、データの読み出
し時間を高速化することが可能になる。また、同一速度
条件下では電源電圧を下げ、低消費電力化を行うことが
できる。According to this structure, the drain region is first,
Since the four sides are surrounded by the second and third gate electrodes, the equivalent gate width per memory cell can be three to four times larger than that of one MOSFET in the conventional memory cell. it can. Therefore, the current driving capability per memory cell is increased, and the data read time can be shortened. Further, under the same speed condition, the power supply voltage can be lowered to reduce the power consumption.
【0015】また、上記半導体記憶装置において、第1
及び第2のゲート電極は、共通接続部に設けられたゲー
トコンタクトを介してワード線に接続されており、第1
及び第2のソース領域は、ソースコンタクトを介してグ
ランド線に接続されており、複数のドレイン領域のう
ち、所望のドレイン領域のみにドレインコンタクトを介
してビット線が接続されている。In the above semiconductor memory device, the first
And the second gate electrode is connected to the word line through a gate contact provided in the common connection portion,
The second source region is connected to the ground line via the source contact, and the bit line is connected to the desired drain region of the plurality of drain regions via the drain contact.
【0016】さらに、上記半導体領域として、SOI基
板における酸化膜層上の半導体層を用いても良い。この
ように、酸化膜層上の半導体層を用いることにより、ド
レイン領域の接合容量が1/7〜1/10に削減される
ため、ビット線の寄生容量を削減することができ、デー
タ読み出し時間の高速化と低消費電力化を行うことがで
きる。Further, a semiconductor layer on the oxide film layer in the SOI substrate may be used as the semiconductor region. As described above, by using the semiconductor layer on the oxide film layer, the junction capacitance of the drain region is reduced to 1/7 to 1/10, so that the parasitic capacitance of the bit line can be reduced and the data read time can be reduced. It is possible to achieve high speed and low power consumption.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1は、本
発明の第1の実施の形態に係るマスクROMのメモリセ
ル部を有する半導体記憶装置であり、(a)は平面図、
(b)は(a)のX−X'箇所の断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 shows a semiconductor memory device having a memory cell portion of a mask ROM according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view. ,
(B) is sectional drawing of the XX 'place of (a).
【0018】図1に示すように、本発明のマスクROM
は、複数のワード線1と、ワード線1と交差して配置さ
れた複数のビット線2と、ビット線2に平行に配置され
たグランド線3と、ワード線1方向に互いに平行に配置
されたゲート電極4a及び4bとその間を接続するゲー
ト電極4cからなるはしご形状を有するゲート電極4と
がシリコン基板15上に形成されている。As shown in FIG. 1, the mask ROM of the present invention.
Are a plurality of word lines 1, a plurality of bit lines 2 arranged to intersect the word lines 1, a ground line 3 arranged in parallel to the bit lines 2, and a ground line 3 arranged in parallel to the word line 1 direction. Further, a ladder-shaped gate electrode 4 including the gate electrodes 4a and 4b and the gate electrode 4c connecting the gate electrodes 4a and 4b is formed on the silicon substrate 15.
【0019】そして、シリコン基板15に、ゲート電極
4aとゲート電極4bとの間に形成された複数のドレイ
ン領域11と、ゲート電極4aを挟んでドレイン領域1
1に対向する位置に形成されたソース領域10aと、ゲ
ート電極4bを挟んでドレイン領域11に対向する位置
に形成されたソース領域10bと、ゲート電極4aとゲ
ート電極4bとを共通接続する共通接続部4d下に形成
された素子分離層8とが形成されている。Then, on the silicon substrate 15, a plurality of drain regions 11 formed between the gate electrodes 4a and 4b and the drain region 1 with the gate electrodes 4a sandwiched therebetween.
1, a source region 10a formed at a position facing the drain electrode 11, a source region 10b formed at a position facing the drain region 11 with the gate electrode 4b interposed therebetween, and a common connection for commonly connecting the gate electrode 4a and the gate electrode 4b. The element isolation layer 8 formed under the portion 4d is formed.
【0020】そして、ゲート電極4は共通接続部4d上
に形成されたゲートコンタクト7を介してワード線1に
接続されており、複数のドレイン領域11のうち、所望
のドレイン領域のみにドレインコンタクト5を介してビ
ット線2に接続されており、ソース領域10a及び10
bはソース領域10a及び10b上に形成されたソース
コンタクト6を介してグランド線3に接続されている。
また、同じワード線1に繋がるメモリセル9は、ソース
領域10a及び10bからなるソース領域10を共有す
るように構成されている。また、ドレイン領域11とビ
ット線2との接続の有無は、図1(b)の構成の場合に
は、ビット線2直下のコンタクト7aを形成するか否か
によって行っている。The gate electrode 4 is connected to the word line 1 through the gate contact 7 formed on the common connection portion 4d, and the drain contact 5 is formed only in a desired drain region among the plurality of drain regions 11. Connected to the bit line 2 via the source regions 10a and 10
b is connected to the ground line 3 via a source contact 6 formed on the source regions 10a and 10b.
The memory cells 9 connected to the same word line 1 are configured to share the source region 10 including the source regions 10a and 10b. Further, the presence or absence of connection between the drain region 11 and the bit line 2 is determined by whether or not the contact 7a immediately below the bit line 2 is formed in the case of the configuration of FIG.
【0021】この構成によれば、メモリセル9のN型M
OSFETの各ドレイン領域11は、四方がゲート電極
4a、4b及び4cからなるゲート電極4により囲まれ
ており、隣接するドレイン領域11の間がゲート電極4
c下で分離されるようにワード線1方向に隣接して配置
されている。そのため、ゲート電極4は、平行に配置さ
れたゲート電極4aとゲート電極4bとの間を一定の間
隔をもって接続する複数のゲート電極4cが配置されて
いるため、いわゆるはしご型の形状を有している。した
がって、このはしご型のゲート電極4では、共通接続部
4d上に設けられたゲートコンタクト7を介して接続さ
れているワード線1がオン状態になると、ドレイン領域
11を取り囲む四方のゲート電極4が全てオン状態とな
る。According to this structure, the N-type M of the memory cell 9 is
Each drain region 11 of the OSFET is surrounded by the gate electrode 4 composed of the gate electrodes 4a, 4b and 4c on four sides, and the gate electrode 4 is provided between the adjacent drain regions 11.
They are arranged adjacent to each other in the word line 1 direction so as to be separated under c. Therefore, the gate electrode 4 has a so-called ladder shape because a plurality of gate electrodes 4c that connect the gate electrodes 4a and the gate electrodes 4b arranged in parallel to each other are arranged at a constant interval. There is. Therefore, in this ladder-shaped gate electrode 4, when the word line 1 connected via the gate contact 7 provided on the common connection portion 4d is turned on, the four gate electrodes 4 surrounding the drain region 11 are All are turned on.
【0022】図2は、本発明の第1の実施の形態に係る
マスクROMのメモリセル部の等価回路図である。ま
た、図3は、本発明の第1の実施の形態に係るマスクR
OMのメモリセル部の動作状態示す回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the memory cell portion of the mask ROM according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 shows a mask R according to the first embodiment of the present invention.
It is a circuit diagram which shows the operation state of the memory cell part of OM.
【0023】図2及び図3において、1はワード線、2
はビット線、3はグランド線、9はメモリセル、12は
プログラムコンタクト、13は寄生容量、14a〜14
fは電流パス、17a、17bはn型MOSFETであ
る。一つのメモリセルはグランド線3に繋がる上下2つ
のn型MOSFET17aと、隣のメモリセルのドレイ
ン領域に繋がる左右2つのn型MOSFET17bとか
ら構成される。2 and 3, 1 is a word line and 2 is a word line.
Is a bit line, 3 is a ground line, 9 is a memory cell, 12 is a program contact, 13 is a parasitic capacitance, 14a to 14
f is a current path, and 17a and 17b are n-type MOSFETs. One memory cell is composed of two upper and lower n-type MOSFETs 17a connected to the ground line 3 and two left and right n-type MOSFETs 17b connected to the drain regions of the adjacent memory cells.
【0024】図3に示すように、あらかじめビット線2
の寄生容量13がプリチャージされており、ワード線1
がハイになったときワード線を共有する全てのn型MO
SFETがオンになる。このとき、メモリセル9のドレ
イン領域がプログラムコンタクト12によってビット線
2に繋がっていない場合には、ビット線2の電位はプリ
チャージされた電位のままである。一方、メモリセル9
のドレイン領域がプログラムコンタクト12によってビ
ット線2に繋がっている場合は、メモリセルの上下左右
に繋がるn型MOSFET17a、17bを通ってビッ
ト線2に溜まった電荷が放電され、ビット線2の電位は
ローレベルに変化する。このとき、メモリセル9の上下
左右のn型MOSFET17a、17bを通って電流が
放電されるため、従来の一つのn型MOSFETのみを
通って放電される場合に比べビット線2の電位が高速に
変化するので、データの読み出し速度が速くなる。As shown in FIG. 3, the bit line 2 is previously set.
The parasitic capacitance 13 of is precharged and the word line 1
All n-type MOs that share a word line when goes high
The SFET turns on. At this time, if the drain region of the memory cell 9 is not connected to the bit line 2 by the program contact 12, the potential of the bit line 2 remains the precharged potential. On the other hand, the memory cell 9
When the drain region of the bit line 2 is connected to the bit line 2 by the program contact 12, the electric charge accumulated in the bit line 2 is discharged through the n-type MOSFETs 17a and 17b connected to the upper, lower, left and right sides of the memory cell, and the potential of the bit line 2 becomes Change to low level. At this time, since the current is discharged through the n-type MOSFETs 17a and 17b on the upper, lower, left and right sides of the memory cell 9, the potential of the bit line 2 is faster than that in the case of discharging only one conventional n-type MOSFET. Since it changes, the data reading speed becomes faster.
【0025】本実施の形態におけるメモリセルのn型M
OSFETのゲート幅サイズが従来のn型MOSFET
と同じと仮定した場合、ビット線を放電するn型MOS
FETの駆動力は従来の場合に比べ3倍以上になると見
積もられる(隣のメモリセルを通って放電される分は2
直列のn型MOSFETと考えて、駆動力が半分として
見積もった)。ビット線2が変化する時間はCV/I
(Cはビット線の寄生容量、Vはビット線電位、Iはメ
モリセルのn型MOSFETの駆動電流)に比例するた
め、変化時間は1/3程度に向上される。また、従来と
同等のデータ読み出し時間の条件下においては、電源電
圧を下げて低消費電力化を行うことができる。The n-type M of the memory cell in this embodiment
Conventional n-type MOSFET whose gate width size is OSFET
N-type MOS that discharges the bit line, assuming the same as
The driving force of the FET is estimated to be three times or more that of the conventional case (the amount of discharge through the adjacent memory cell is 2
The driving force was estimated as half, considering it as a series n-type MOSFET). The time when bit line 2 changes is CV / I
Since C is proportional to the parasitic capacitance of the bit line, V is the bit line potential, and I is the drive current of the n-type MOSFET of the memory cell, the change time is improved to about 1/3. Further, under the condition of the data read time equivalent to the conventional one, the power supply voltage can be lowered to reduce the power consumption.
【0026】図4は、本発明の第1の実施の形態に係る
半導体記憶装置の製造工程を示す工程図であり、(a
1)〜(d1)は平面図で、(a2)〜(d2)は(a
1)〜(d1)のX−X'箇所の断面図である。図4に
おいて、1はワード線、2はビット線、3はグランド
線、4はゲート電極、8は素子分離層、10はソース領
域、11はドレイン領域、12はプログラムコンタク
ト、16は酸化膜である。FIG. 4 is a process chart showing the manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
1) to (d1) are plan views, and (a2) to (d2) are (a).
It is sectional drawing of XX 'location of 1)-(d1). In FIG. 4, 1 is a word line, 2 is a bit line, 3 is a ground line, 4 is a gate electrode, 8 is an element isolation layer, 10 is a source region, 11 is a drain region, 12 is a program contact, and 16 is an oxide film. is there.
【0027】まず、図4(a1)、(a2)に示す工程
で、シリコン基板15にSTI(Shallow Trench Isola
tion)あるいはLOCOS酸化膜などからなる素子分離
層8を形成する。First, in the steps shown in FIGS. 4A1 and 4A2, STI (Shallow Trench Isola) is formed on the silicon substrate 15.
section) or an LOCOS oxide film is formed.
【0028】次に、図4(b1)、(b2)に示す工程
で、p型シリコン基板15上に酸化膜及びポリシリコン
膜を順次形成した後、酸化膜及びポリシリコン膜をエッ
チングによりパターニングして、酸化膜からなるゲート
絶縁膜16およびポリシリコン膜からなるゲート電極4
を形成する。このとき、ゲート電極4は、平行に配置さ
れた2本のゲート電極4aとゲート電極4bとの間を一
定間隔毎に設けたゲート電極4cで接続された、いわゆ
るはしご型の形状を有している。そして、ゲート電極4
aとゲート電極4bは、素子分離層8上で設けられた共
通接続部4dで共通接続されている。Next, in the steps shown in FIGS. 4 (b1) and 4 (b2), an oxide film and a polysilicon film are sequentially formed on the p-type silicon substrate 15, and then the oxide film and the polysilicon film are patterned by etching. A gate insulating film 16 made of an oxide film and a gate electrode 4 made of a polysilicon film.
To form. At this time, the gate electrode 4 has a so-called ladder shape in which two gate electrodes 4a arranged in parallel and the gate electrode 4b are connected by a gate electrode 4c provided at regular intervals. There is. And the gate electrode 4
The gate electrode 4b and a are commonly connected by a common connection portion 4d provided on the element isolation layer 8.
【0029】次に、図4(c1)、(c2)に示す工程
で、ゲート電極4を注入マスクにして、砒素などのV族
不純物のイオン注入を行うことにより、シリコン基板1
5にソース領域10及びドレイン領域11を形成する。
このとき、はしご型ゲート電極4の内側、すなわち、ゲ
ート電極4a、4b及び4cで囲まれた領域にドレイン
領域11が形成され、ドレイン領域11に対向するはし
ご型ゲート電極4の外側にソース領域10が形成され
る。Next, in the step shown in FIGS. 4 (c1) and 4 (c2), the gate electrode 4 is used as an implantation mask to perform ion implantation of a group V impurity such as arsenic, thereby the silicon substrate 1 is implanted.
A source region 10 and a drain region 11 are formed at 5.
At this time, the drain region 11 is formed inside the ladder gate electrode 4, that is, in a region surrounded by the gate electrodes 4a, 4b, and 4c, and the source region 10 is formed outside the ladder gate electrode 4 facing the drain region 11. Is formed.
【0030】次に、図4(d1)、(d2)に示す工程
で、コンタクト及びメタル配線の形成を交互に行うこと
によって多層配線構造を有する半導体記憶装置を形成す
る。この実施の形態におけるメタル配線は、1層配線目
でグランド線3を形成し、3層配線目でビット線2を形
成し、4層配線目でワード線1を形成している。そし
て、プログラムコンタクト12は、3層目のコンタクト
(ビア)で構成し、このプログラムコンタクト12の有
り、無しにより、ビット線2とn型MOSFETのドレ
イン領域11との接続の有り、無しが生じ、ビット線2
とドレイン領域11とが接続されていれば、データが
“1”で、ビット線2とドレイン領域11とが接続され
ていなければ、データが“0”となる。Next, in the steps shown in FIGS. 4D1 and 4D2, a contact and a metal wiring are alternately formed to form a semiconductor memory device having a multilayer wiring structure. In the metal wiring in this embodiment, the ground line 3 is formed in the first layer wiring, the bit line 2 is formed in the third layer wiring, and the word line 1 is formed in the fourth layer wiring. The program contact 12 is composed of a contact (via) of the third layer, and the presence or absence of the program contact 12 causes the presence or absence of the connection between the bit line 2 and the drain region 11 of the n-type MOSFET. Bit line 2
If the bit line 2 and the drain region 11 are not connected, the data becomes "1". If the bit line 2 and the drain region 11 are not connected, the data becomes "0".
【0031】以上のように、本実施の形態によれば、マ
スクROMのレイアウト面積の増加を抑えつつ、データ
読み出し時間の高速化を可能にする。すなわち、各ドレ
イン領域11の周辺上は四方をゲート電極4によって囲
まれているため、図3のようにグランド線3にソース領
域10が接続されている2つのn型MOSFET17a
に流れる電流パス14a、14b、及び、ゲート電極4
cをゲートとする2つのn型MOSFET17bを介し
て隣接トランジスタのソース領域10(グランド線3)
に流れる電流パス14c、14d、14e、14fによ
って、寄生容量13にプリチャージされていた電荷を放
電することができるため、高速化を図ることができる。
さらに、従来と同一のデータ読み出し時間の条件下で
は、電源電圧を下げることにより低消費電力化を可能に
する。As described above, according to the present embodiment, it is possible to shorten the data read time while suppressing the increase in the layout area of the mask ROM. That is, since the periphery of each drain region 11 is surrounded by the gate electrode 4 on all sides, two n-type MOSFETs 17a in which the source region 10 is connected to the ground line 3 as shown in FIG.
Current paths 14a and 14b flowing through the gate and the gate electrode 4
Source region 10 (ground line 3) of an adjacent transistor via two n-type MOSFETs 17b whose gates are c
Since the current paths 14c, 14d, 14e, and 14f flowing through the capacitor can discharge the charges that have been precharged in the parasitic capacitance 13, the speed can be increased.
Furthermore, under the same data read time condition as the conventional one, lowering the power supply voltage enables low power consumption.
【0032】(第2の実施の形態)図5は、本発明の第
2の実施の形態に係るマスクROMのメモリセル部の構
成図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のX−
X'箇所の断面図である。この第2の実施形態は、基本
的には第1の実施形態と同様な構成を有しており、図5
において、1はワード線、2はビット線、3はグランド
線、4はゲート電極、5はドレインコンタクト、6はソ
ースコンタクト、7はゲートコンタクト、8は素子分離
層、9はメモリセル、10はソース領域、11はドレイ
ン領域である。(Second Embodiment) FIG. 5 is a configuration diagram of a memory cell portion of a mask ROM according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is (). a) X-
It is sectional drawing of X'place. The second embodiment basically has the same configuration as that of the first embodiment.
1, 1 is a word line, 2 is a bit line, 3 is a ground line, 4 is a gate electrode, 5 is a drain contact, 6 is a source contact, 7 is a gate contact, 8 is an element isolation layer, 9 is a memory cell, 10 is The source region 11 is a drain region.
【0033】この第2の実施形態では、ゲート電極4
が、ワード線1方向に平行に配置された2本のゲート電
極4aとゲート電極4bからなり、ゲート電極4aとゲ
ート電極4bとに挟まれて内側にドレイン領域11が形
成され、ゲート電極4a及びゲート電極4bを挟んでド
レイン領域11に対向する位置にソース領域10が形成
された構成となる。また、第1の実施の形態と異なり、
隣接するメモリセル9のドレイン領域11の間には、素
子分離層8と同じ素子分離層8aが設けられており、こ
の素子分離層8aによって分離されている。In this second embodiment, the gate electrode 4
Is composed of two gate electrodes 4a and 4b arranged in parallel to the word line 1 direction, and the drain region 11 is formed inside by being sandwiched between the gate electrode 4a and the gate electrode 4b. The source region 10 is formed at a position facing the drain region 11 with the gate electrode 4b interposed therebetween. Also, unlike the first embodiment,
The same element isolation layer 8a as the element isolation layer 8 is provided between the drain regions 11 of the adjacent memory cells 9, and the element isolation layer 8a separates the element isolation layer 8a.
【0034】従って、第1の実施の形態に比べ隣接する
トランジスタを介して流れる電流パスがなくなるため、
メモリセル1つあたりの電流駆動能力は劣る。しかしな
がら、1つのワード線当たりのゲート容量が削減される
ので、ワード線の寄生容量が小さくなり、第1の実施の
形態とワード線を駆動するバッファのゲート幅サイズが
同じと仮定した場合はワード線電位の変化が早くなる。Therefore, as compared with the first embodiment, since there is no current path flowing through the adjacent transistor,
The current drive capability per memory cell is poor. However, since the gate capacitance per word line is reduced, the parasitic capacitance of the word line is reduced, and if the gate width size of the buffer that drives the word line is the same as in the first embodiment, the word width is the same. The line potential changes faster.
【0035】よって、第2の実施形態によれば、ゲート
電極4a及び4bによって2方向のソース領域10に電
荷を放電することができるため、マスクROMのレイア
ウト面積の増加を抑えつつ、データ読み出し時間の高速
化を可能にする。従来と同一のデータ読み出し時間の条
件下では、電源電圧を下げることにより低消費電力化を
可能にする。Therefore, according to the second embodiment, the charges can be discharged to the source region 10 in the two directions by the gate electrodes 4a and 4b, so that the data read time can be suppressed while suppressing the increase in the layout area of the mask ROM. It enables speeding up. Under the same data read time as before, lower power consumption is possible by lowering the power supply voltage.
【0036】(第3の実施の形態)上記第1および第2
の実施形態では、基板として通常のシリコン基板を用い
たが、支持基板と、支持基板上に形成された酸化膜層
と、酸化膜層上に形成された半導体層からなるSOI基
板を用いても良い。このSOI基板の半導体層を用いる
と、MOSFETはソース領域およびドレイン領域の底
面が厚い埋め込み酸化膜層(Buried Oxide:BOX層)に接
するため、通常のシリコン基板上に形成されたMOSF
ETに比べ、ソースおよびドレイン領域の接合容量が1
/7〜1/10程度に削減される。(Third Embodiment) First and Second Embodiments
In the embodiment, a normal silicon substrate is used as the substrate, but an SOI substrate including a supporting substrate, an oxide film layer formed on the supporting substrate, and a semiconductor layer formed on the oxide film layer may be used. good. When the semiconductor layer of this SOI substrate is used, the bottom surface of the source region and the drain region of the MOSFET is in contact with a thick buried oxide film layer (Buried Oxide: BOX layer), so that the MOSF formed on a normal silicon substrate is used.
Junction capacitance of source and drain regions is 1 compared to ET
It is reduced to about / 7 to 1/10.
【0037】従って、ビット線の寄生容量のうち、ドレ
イン領域の接合容量分が削減されるため、ビット線の寄
生容量が小さくなり、データ読み出し時間の高速化と低
消費電力化を行うことができる。Therefore, of the parasitic capacitance of the bit line, the junction capacitance of the drain region is reduced, so that the parasitic capacitance of the bit line is reduced and the data read time can be shortened and the power consumption can be reduced. .
【0038】以上より、本実施の形態によれば、マスク
ROMのレイアウト面積の増加を抑えつつ、データ読み
出し時間の高速化を可能にすると共に、ビット線の寄生
容量を削減し、低消費電力化を行うことができる。従来
と同一のデータ読み出し時間の条件下では、電源電圧を
下げることによりさらに低消費電力化を可能にする。As described above, according to the present embodiment, it is possible to shorten the data read time while suppressing the increase in the layout area of the mask ROM, reduce the parasitic capacitance of the bit line, and reduce the power consumption. It can be performed. Under the same data read time condition as before, lowering the power supply voltage enables further power consumption reduction.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、マスクROMのメモリ
セル1つ当たりの電流パスとなるMISFETが増加す
るので、電流駆動能力を高くすることができ、データ読
み出し時間を高速化することが可能になる。また、速度
が速くなった分、電源電圧を下げ、低消費電力化を行う
ことができる。According to the present invention, the number of MISFETs serving as a current path for each memory cell of the mask ROM is increased, so that the current driving capability can be increased and the data read time can be shortened. become. In addition, the power supply voltage can be lowered and power consumption can be reduced by the increased speed.
【0040】また本発明の別の効果としては、前記マス
クROMをSOI基板上に形成することにより、ビット
線の寄生容量を削減し、データの読み出し時間の高速化
と低消費電力化が可能になる。As another effect of the present invention, by forming the mask ROM on an SOI substrate, it is possible to reduce the parasitic capacitance of the bit line and to speed up the data read time and reduce the power consumption. Become.
【図1】本発明の第1の実施形態に係るマスクROMの
メモリセル部を有する半導体記憶装置の構成図であり、
(a)は平面図
(b)は(a)のX−X'箇所の断面図FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor memory device having a memory cell portion of a mask ROM according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a position XX ′ in (a). Cross section of
【図2】本発明の第1の実施形態に係るマスクROMの
メモリセル部を示す等価回路図FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a memory cell portion of the mask ROM according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施形態に係るマスクROMの
メモリセル部の動作状態の回路図FIG. 3 is a circuit diagram of an operating state of a memory cell portion of the mask ROM according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施形態に係るマスクROMの
メモリセル部を有する半導体記憶装置の製造工程を示す
断面図FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device having the memory cell portion of the mask ROM according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施形態に係るマスクROMの
メモリセル部の構成図であり、
(a)は平面図
(b)は(a)のX−X'箇所の断面図FIG. 5 is a configuration diagram of a memory cell portion of a mask ROM according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in (a).
【図6】従来のマスクROMのメモリセル部を有する半
導体記憶装置の構成を示す平面図FIG. 6 is a plan view showing the configuration of a semiconductor memory device having a memory cell portion of a conventional mask ROM.
【図7】従来のマスクROMのメモリセル部を示す等価
回路図FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing a memory cell portion of a conventional mask ROM.
【図8】従来のマスクROMのメモリセル部の動作状態
を示す回路図FIG. 8 is a circuit diagram showing an operating state of a memory cell portion of a conventional mask ROM.
1 ワード線 2 ビット線 3 グランド線 4 ゲート電極 5 ドレインコンタクト 6 ソースコンタクト 7 ゲートコンタクト 8 素子分離層 9 メモリセル 10 ソース領域 11 ドレイン領域 12 プログラムコンタクト 13 寄生容量 14 電流パス 15 シリコン基板 16 ゲート絶縁膜 17a、17b n型MOSFET 1 word line 2 bit lines 3 ground lines 4 gate electrode 5 Drain contact 6 Source contact 7 Gate contact 8 element isolation layer 9 memory cells 10 Source area 11 drain region 12 Program contact 13 Parasitic capacitance 14 Current path 15 Silicon substrate 16 Gate insulating film 17a, 17b n-type MOSFET
Claims (5)
電極と、 前記半導体領域上に、前記第1のゲート電極に対して平
行に形成された第2のゲート電極と、 前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極とを電気
的に接続する共通接続部と、 前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極とに挟ま
れた前記半導体領域に形成された複数個のドレイン領域
と、 前記第1のゲート電極を挟んで前記ドレイン領域に対向
するように前記半導体領域に形成された第1のソース領
域と、 前記第2のゲート電極を挟んで前記ドレイン領域に対向
するように前記半導体領域に形成された第2のソース領
域とを有することを特徴とする半導体記憶装置。1. A first gate electrode formed on a semiconductor region, a second gate electrode formed on the semiconductor region in parallel with the first gate electrode, and the first gate electrode. A common connection portion that electrically connects a gate electrode and the second gate electrode, and a plurality of drains formed in the semiconductor region sandwiched between the first gate electrode and the second gate electrode A region, a first source region formed in the semiconductor region so as to face the drain region with the first gate electrode sandwiched therebetween, and a drain region that faces the drain region with the second gate electrode sandwiched therebetween. And a second source region formed in the semiconductor region.
て、 前記複数個のドレイン領域は、隣接するドレイン領域の
間が、前記半導体領域に形成した素子分離層によって分
離されていることを特徴とする半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein in the plurality of drain regions, adjacent drain regions are separated by an element isolation layer formed in the semiconductor region. Semiconductor memory device.
て、 前記複数個のドレイン領域は、隣接するドレイン領域の
間が、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極と
を接続する第3のゲート電極下で分離されており、 ゲート電極が、前記第1、第2及び第3のゲート電極に
よって、はしご形状に形成されていることを特徴とする
半導体記憶装置。3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the plurality of drain regions connect the first gate electrode and the second gate electrode between adjacent drain regions. The semiconductor memory device is characterized in that the gate electrode is separated under the gate electrode, and the gate electrode is formed in a ladder shape by the first, second and third gate electrodes.
載の半導体記憶装置において、 前記第1及び第2のゲート電極は、前記共通接続部に設
けられたゲートコンタクトを介してワード線に接続され
ており、 前記第1及び第2のソース領域は、ソースコンタクトを
介してグランド線に接続されており、 前記複数のドレイン領域のうち、所望のドレイン領域の
みにドレインコンタクトを介してビット線が接続されて
いることを特徴とする半導体記憶装置。4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first and second gate electrodes are word lines via a gate contact provided in the common connection portion. The first and second source regions are connected to a ground line via a source contact, and only the desired drain region of the plurality of drain regions is connected via a drain contact. A semiconductor memory device characterized in that bit lines are connected.
載の半導体記憶装置において、 前記半導体領域は、SOI基板における酸化膜層上の半
導体層であることを特徴とする半導体記憶装置。5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor region is a semiconductor layer on an oxide film layer in an SOI substrate. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196057A JP2003017593A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Semiconductor storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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|---|---|
| JP2003017593A true JP2003017593A (en) | 2003-01-17 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003017593A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005268370A (en) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Memory and manufacturing method thereof |
| US6967866B2 (en) | 2003-04-23 | 2005-11-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor memory and semiconductor integrated circuit |
| JP2007005580A (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Sanyo Electric Co Ltd | Memory |
| JP2007035724A (en) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | memory |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196057A patent/JP2003017593A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6967866B2 (en) | 2003-04-23 | 2005-11-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor memory and semiconductor integrated circuit |
| CN1309084C (en) * | 2003-04-23 | 2007-04-04 | 松下电器产业株式会社 | Semiconductor storage and semiconductor integrated circuit |
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