(57)【要約】【課題】動作速度を向上出来る半導体記憶装置を提供すること。【解決手段】実施形態の半導体記憶装置１は、周辺回路１３と、メモリセルアレイ１０と、上部ビット線とＢＬＵと、第１、第２接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２とを備える。メモリセルアレイ１０は周辺回路１３上に設けられ、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含む。上部ビット線ＢＬＵは、メモリセルアレイ１０上に第１方向Ｄ１に沿って設けられる。第１、第２接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２はそれぞれ、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に沿って配列されたコンタクトプラグＣＰ１を備え、いずれか一方が第１、第２領域Ｒ１、Ｒ２間に設けられる。上部ビット線ＢＬＵは、第１接続部ＲＣＵ１を介して周辺回路１３に接続される第１上部ビット線（奇数ビット線）と、第２接続部ＲＣＵ２を介して周辺回路１３に接続される第２上部ビット線（偶数ビット線）とを備える。【選択図】図１１
2014011192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた周辺回路と、
層間絶縁膜を介在して前記周辺回路上に設けられ、各々が前記層間絶縁膜上に積層された複数のメモリセルを含む第１領域乃至第３領域が第１方向に沿って順次配列されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイ上に前記第１方向に沿って設けられ、前記メモリセルと電気的に接続された複数の上部ビット線と、
前記周辺回路と前記メモリセルアレイとの間に前記上部ビット線毎に設けられた下部ビット線と、
各々が前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されたコンタクトプラグを備え、前記メモリセルアレイの前記第１、第２領域間に設けられた第１接続部と、前記第２、第３領域間に設けられた第２接続部と
を具備し、前記上部ビット線は、前記第１接続部の前記コンタクトプラグを介して前記周辺回路に接続される第１上部ビット線と、前記第２接続部の前記コンタクトプラグを介して前記周辺回路に接続される第２上部ビット線とを備え、
周辺回路は、前記下部ビット線毎に設けられ、対応する下部ビット線に接続され、前記第１方向に沿って配列された複数のセンスアンプを備え、
前記上部ビット線は、対応する前記コンタクトプラグによって、対応する前記下部ビット線と接続される
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項２】
半導体基板上に設けられた周辺回路と、
層間絶縁膜を介在して前記周辺回路上に設けられ、各々が前記層間絶縁膜上に積層された複数のメモリセルを含む第１領域及び第２領域が第１方向に沿って配列されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイ上に前記第１方向に沿って設けられ、前記メモリセルと電気的に接続された複数の上部ビット線と、
各々が前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されたコンタクトプラグを備え、いずれか一方が前記第１、第２領域間に設けられた第１、第２接続部と
を具備し、前記上部ビット線は、前記第１接続部の前記コンタクトプラグを介して前記周辺回路に接続される第１上部ビット線と、前記第２接続部の前記コンタクトプラグを介して前記周辺回路に接続される第２上部ビット線とを備える
ことを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項３】
前記メモリセルアレイは、前記第２領域に前記第１方向で隣接し、複数のメモリセルを含む第３領域を更に備え、
前記第１接続部は、前記メモリセルアレイの前記第１、第２領域間に設けられ、前記第２接続部は、前記メモリセルアレイの前記第２、第３領域間に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体記憶装置。
【請求項４】
前記第１接続部は、前記メモリセルアレイの前記第１、第２領域間に設けられ、前記第２接続部は、前記メモリセルアレイ外部に設けられる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体記憶装置。
【請求項５】
前記周辺回路と前記メモリセルアレイとの間に前記上部ビット線毎に設けられた下部ビット線を更に備え、
前記周辺回路は、前記下部ビット線毎に設けられ、対応する下部ビット線に接続された複数のセンスアンプを備え、
前記上部ビット線は、対応する前記コンタクトプラグによって、対応する前記下部ビット線と接続される
ことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の半導体記憶装置。
【請求項６】
前記センスアンプは、前記第１方向に沿って配列される
ことを特徴とする請求項５記載の半導体記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は半導体記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリセルが三次元に配列されたＮＡＮＤ型フラッシュメモリが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０３４１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動作速度を向上出来る半導体記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体記憶装置は、周辺回路と、メモリセルアレイと、上部ビット線と、第１、第２接続部とを備える。周辺回路は、半導体基板上に設けられる。メモリセルアレイは、層間絶縁膜を介在して周辺回路上に設けられ、各々が層間絶縁膜上に積層された複数のメモリセルを含む第１領域及び第２領域が第１方向に沿って配列される。上部ビット線は、メモリセルアレイ上に第１方向に沿って設けられ、メモリセルと電気的に接続される。第１、第２接続部はそれぞれ、第１方向に直交する第２方向に沿って配列されたコンタクトプラグを備え、いずれか一方が第１、第２領域間に設けられる。上部ビット線は、第１接続部のコンタクトプラグを介して周辺回路に接続される第１上部ビット線と、第２接続部のコンタクトプラグを介して周辺回路に接続される第２上部ビット線とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る半導体記憶装置のブロック図。
【図２】第１実施形態に係るメモリセルアレイの回路図。
【図３】第１実施形態に係るメモリセルアレイの斜視図。
【図４】第１実施形態に係るメモリセルアレイの断面図。
【図５】第１実施形態に係るＮＡＮＤストリングの回路図。
【図６】第１実施形態に係るロウデコーダ及びドライバ回路のブロック図。
【図７】第１実施形態に係るセンスアンプの回路図。
【図８】第１実施形態に係る各種信号のタイミングチャート。
【図９】第１実施形態に係る各種信号のタイミングチャート。
【図１０】第１実施形態に係る半導体記憶装置の平面レイアウト。
【図１１】第１実施形態に係るメモリセルアレイと周辺回路との位置関係を示す平面図。
【図１２】第１実施形態に係るメモリセルアレイ及び周辺回路の断面図。
【図１３】第１実施形態に係るメモリセルアレイ及び周辺回路の断面図。
【図１４】メモリセルアレイと周辺回路との位置関係を示す平面図。
【図１５】第２実施形態に係るメモリセルアレイと周辺回路との位置関係を示す平面図。
【図１６】第２実施形態に係るメモリセルアレイと周辺回路との位置関係を示す平面図。
【図１７】第２実施形態に係るメモリセルアレイの平面図。
【図１８】第３実施形態に係るメモリセルアレイと周辺回路との位置関係を示す平面図。
【図１９】第３実施形態に係るメモリセルアレイ及び周辺回路の断面図。
【図２０】第３実施形態に係るセンスアンプの回路図及び平面図。
【図２１】第３実施形態に係るメモリセルアレイ及びセンスアンプの断面図。
【図２２】第１乃至第３実施形態の変形例に係る半導体記憶装置の平面レイアウト。
【図２３】第１乃至第３実施形態の変形例に係る半導体記憶装置の平面レイアウト。
【図２４】第１乃至第３実施形態の変形例に係る半導体記憶装置の平面レイアウト。
【図２５】第１乃至第３実施形態の変形例に係るメモリセルアレイの回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【０００８】
１．第１実施形態  
第１実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。以下では半導体記憶装置として、メモリセルが半導体基板上に積層された三次元積層型ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。
【０００９】
１．１  半導体記憶装置の構成について  
まず、本実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明する。
【００１０】
１．１．１  半導体記憶装置の全体構成について  
図１は、本実施形態に係る半導体記憶装置のブロック図である。図示するようにＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１は、メモリセルアレイ１０、ロウデコーダ１１（１１−０〜１１−３）、ドライバ回路１２、センスアンプ１３、データラッチ１４、データ制御回路１５、入出力バッファ１６、及び入出力パッド群１７を備えている。
【００１１】
メモリセルアレイ１０は、不揮発性のメモリセルの集合である複数（本例では４個）のブロックＢＬＫ（ＢＬＫ０〜ＢＬＫ３）を備えている。同一ブロックＢＬＫ内のデータは一括して消去される。ブロックＢＬＫの各々は、メモリセルが直列接続されたＮＡＮＤストリング１８の集合である複数（本例では４個）のメモリグループＧＰ（ＧＰ０〜ＧＰ３）を備えている。もちろん、メモリセルアレイ１０内のブロック数及びブロックＢＬＫ内のメモリグループ数は任意である。
【００１２】
ロウデコーダ１１−０〜１１−３は、それぞれブロックＢＬＫ０〜ＢＬＫ３に対応付けて設けられる。そして、ロウアドレスをデコードして、対応するブロックＢＬＫを選択する。
【００１３】
ドライバ回路１２は、データの書き込み、読み出し、及び消去に必要な電圧を、ロウデコーダ１１に供給する。この電圧が、ロウデコーダ１１によってメモリセルに印加される。
【００１４】
センスアンプ１３は、データの読み出し時には、メモリセルから読み出したデータをセンス・増幅する。またデータの書き込み時には、書き込みデータをメモリセルに転送する。
【００１５】
データラッチ１４は、データの読み出し時には、センスアンプでセンスされたデータを一時的に保持する。またデータの書き込み時には、書き込みデータを一時的に保持し、これをセンスアンプ１３に転送する。
【００１６】
データ制御回路１５はカラムアドレスをデコードして、カラムアドレスに対応するデータラッチと入出力バッファ１６とを接続する。
【００１７】
入出力バッファ１６は、データ制御回路１５から転送される出力データ、または外部から入出力パッド群１７を介して入力される入力データを、一時的に保持する。
【００１８】
入出力パッド群１７は、複数の入出力パッド１９を備えている。この入出力パッド１９が、半導体記憶装置１が外部とのデータの授受を行うための入出力端子として機能する。
【００１９】
１．１．２  メモリセルアレイ１０について  
次に、上記メモリセルアレイ１０の構成の詳細について説明する。図２は、ブロックＢＬＫ０の回路図である。ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３も同様の構成を有している。
【００２０】
図示するように、ブロックＢＬＫ０は４つのメモリグループＧＰを含む。また各々のメモリグループＧＰは、ｎ個（ｎは自然数）のＮＡＮＤストリング１８を含む。
【００２１】
ＮＡＮＤストリング１８の各々は、例えば８個のメモリセルトランジスタＭＴ（ＭＴ０〜ＭＴ７）と、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２と、バックゲートトランジスタＢＴとを含んでいる。メモリセルトランジスタＭＴは、制御ゲートと電荷蓄積層とを含む積層ゲートを備え、データを不揮発に保持する。なお、メモリセルトランジスタＭＴの個数は８個に限られず、１６個や３２個、６４個、１２８個等であってもよく、その数は限定されるものではない。バックゲートトランジスタＢＴもメモリセルトランジスタＭＴと同様に、制御ゲートと電荷蓄積層とを含む積層ゲートを備える。但しバックゲートトランジスタＢＴはデータを保持するためのものでは無く、データの書き込み及び消去時には単なる電流経路として機能する。メモリセルトランジスタＭＴ及びバックゲートトランジスタＢＴは、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２間に、その電流経路が直列接続されるようにして配置されている。なおバックゲートトランジスタＢＴは、メモリセルトランジスタＭＴ３とＭＴ４との間に設けられる。この直列接続の一端側のメモリセルトランジスタＭＴ７の電流経路は選択トランジスタＳＴ１の電流経路の一端に接続され、他端側のメモリセルトランジスタＭＴ０の電流経路は選択トランジスタＳＴ２の電流経路の一端に接続されている。
【００２２】
メモリグループＧＰ０〜ＧＰ３の各々の選択トランジスタＳＴ１のゲートは、それぞれセレクトゲート線ＳＧＳ０〜ＳＧＳ３に共通接続され、選択トランジスタＳＴ２のゲートは、それぞれセレクトゲート線ＳＧＳ０〜ＳＧＳ３に共通接続される。これに対して同一のブロックＢＬＫ０内にあるメモリセルトランジスタＭＴ０〜ＭＴ７の制御ゲートはそれぞれワード線ＷＬ０〜ＷＬ７に共通接続され、バックゲートトランジスタＢＴの制御ゲートはバックゲート線ＢＧ（ブロックＢＬＫ０〜ＢＬＫ３では、それぞれＢＧ０〜ＢＧ３）に共通接続される。
【００２３】
すなわち、ワード線ＷＬ０〜ＷＬ７及びバックゲート線ＢＧは同一ブロックＢＬＫ０内の複数のメモリグループＧＰ０〜ＧＰ３間で共通に接続されているのに対し、セレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳは、同一ブロックＢＬＫ０内であってもメモリグループＧＰ０〜ＧＰ３毎に独立している。
【００２４】
また、メモリセルアレイ１０内でマトリクス状に配置されたＮＡＮＤストリング１８のうち、同一行にあるＮＡＮＤストリング１８の選択トランジスタＳＴ１の電流経路の他端は、いずれかのビット線ＢＬ（ＢＬ０〜ＢＬｎ、ｎは自然数）に共通接続される。すなわち、ビット線ＢＬは、複数のブロックＢＬＫ間で、ＮＡＮＤストリング１８を共通に接続する。また、選択トランジスタＳＴ２の電流経路の他端は、ソース線ＳＬに共通に接続されている。ソース線ＳＬは、例えば複数のブロック間で、ＮＡＮＤストリング１８を共通に接続する。
【００２５】
前述の通り、同一のブロックＢＬＫ内にあるメモリセルトランジスタＭＴのデータは、一括して消去される。これに対してデータの読み出し及び書き込みは、いずれかのブロックＢＬＫのいずれかのメモリグループＧＰにおける、いずれかのワード線ＷＬに共通に接続された複数のメモリセルトランジスタＭＴにつき、一括して行われる。この単位を「ページ」と呼ぶ。
【００２６】
次に、メモリセルアレイ１０の三次元積層構造につき、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、メモリセルアレイ１０の斜視図及び断面図である。
【００２７】
図示するようにメモリセルアレイ１０は、半導体基板２０上に設けられている。そしてメモリセルアレイ１０は、半導体基板２０上に順次形成されたバックゲートトランジスタ層Ｌ１、メモリセルトランジスタ層Ｌ２、選択トランジスタ層Ｌ３、及び配線層Ｌ４を有する。
【００２８】
バックゲートトランジスタ層Ｌ１は、バックゲートトランジスタＢＴとして機能する。メモリセルトランジスタ層Ｌ２は、メモリセルトランジスタＭＴ０〜ＭＴ７（ＮＡＮＤストリング１８）として機能する。選択トランジスタ層Ｌ３は、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２として機能する。配線層Ｌ４は、ソース線ＳＬ及びビット線ＢＬとして機能する。
【００２９】
バックゲートトランジスタ層Ｌ１は、バックゲート導電層２１を有する。バックゲート導電層２１は、半導体基板２０と平行な第１方向及び第２方向に２次元的に広がるように形成されている（すなわち、第１方向及び第２方向は、メモリセルが積層される第３方向に直交する）。バックゲート導電層２１は、ブロックＢＬＫ毎に分断されている。バックゲート導電層２１は、例えば多結晶シリコンによって形成される。バックゲート導電層２１は、バックゲート線ＢＧとして機能する。
【００３０】
またバックゲート導電層２１は、図４に示すようにバックゲートホール２２を有する。バックゲートホール２２は、バックゲート導電層２１を掘り込むように形成されている。バックゲートホール２２は、上面からみて第１方向を長手方向とする略矩形状に形成されている。
【００３１】
メモリセルトランジスタ層Ｌ２は、バックゲート導電層Ｌ１の上層に形成されている。メモリセルトランジスタ層Ｌ２は、ワード線導電層２３ａ〜２３ｄを有する。ワード線導電層２３ａ〜２３ｄは、層間絶縁層（図示せず）を挟んで積層されている。ワード線導電層２３ａ〜２３ｄは、第１方向に所定ピッチをもって第２方向に延びるストライプ状に形成されている。ワード線導電層２３ａ〜２３ｄは、例えば多結晶シリコンで形成される。ワード線導電層２３ａはメモリセルトランジスタＭＴ３、ＭＴ４の制御ゲート（ワード線ＷＬ３、ＷＬ４）として機能し、ワード線導電層２３ｂはメモリセルトランジスタＭＴ２、ＭＴ５の制御ゲート（ワード線ＷＬ２、ＷＬ５）として機能し、ワード線導電層２３ｃはメモリセルトランジスタＭＴ１、ＭＴ６の制御ゲート（ワード線ＷＬ１、ＷＬ６）として機能し、ワード線導電層２３ｄはメモリセルトランジスタＭＴ０、ＭＴ７の制御ゲート（ワード線ＷＬ０、ＷＬ７）として機能する。
【００３２】
またメモリセルトランジスタ層Ｌ２は、図４に示すように、メモリホール２４を有する。メモリホール２４は、ワード線導電層２３ａ〜２３ｄを貫通するように形成されている。メモリホール２４は、バックゲートホール２２の第１方向の端部近傍に整合するように形成されている。
【００３３】
更にバックゲートトランジスタ層Ｌ１及びメモリセルトランジスタ層Ｌ２は、図４に示すように、ブロック絶縁層２５ａ、電荷蓄積層２５ｂ、トンネル絶縁層２５ｃ、及び半導体層２６を有する。半導体層２６は、ＮＡＮＤストリング１８のボディ（各トランジスタのバックゲート）として機能する。
【００３４】
ブロック絶縁層２５ａは、図４に示すように、バックゲートホール２２及びメモリホール２５に面する側壁に、所定の厚みをもって形成されている。電荷蓄積層２５ｂは、ブロック絶縁層２５ａの側面に、所定の厚みをもって形成されている。トンネル絶縁層２５ｃは、電荷蓄積層２５ｂの側面に、所定の厚みをもって形成されている。半導体層２６は、トンネル絶縁層２５ｃの側面に接するように形成されている。半導体層２６は、バックゲートホール２２及びメモリホール２４を埋めるように形成されている。
【００３５】
半導体層２６は、第２方向からみてＵ字状に形成されている。すなわち半導体層２６は、半導体基板２０の表面に対して垂直方向に延びる一対の柱状部２６ａと、一対の柱状部２６ａの下端を連結する連結部２６ｂとを有する。
【００３６】
ブロック絶縁層２５ａ及びトンネル絶縁層２５ｃは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。電荷蓄積層２５ｂは、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成される。半導体層２６は、多結晶シリコンで形成される。これらのブロック絶縁層２５ａ、電荷蓄積層２５ｂ、トンネル絶縁層２５ｃ、及び半導体層２６は、メモリトランジスタＭＴとして機能するＭＯＮＯＳ型トランジスタを形成する。
【００３７】
上記バックゲートトランジスタ層Ｌ１の構成を換言すると、トンネル絶縁層２５ｃは、連結部２６ｂを取り囲むように形成されている。バックゲート導電層２１は、連結部２６ｂを取り囲むように形成されている。
【００３８】
また上記メモリトランジスタ層Ｌ２の構成を換言すると、トンネル絶縁層２５ｃは、柱状部２６ａを取り囲むように形成されている。電荷蓄積層２５ｂは、トンネル絶縁層２５ｃを取り囲むように形成されている。ブロック絶縁層２５ａは、電荷蓄積層２５ｂを取り囲むように形成されている。ワード線導電層２３ａ〜２３ｄは、ブロック絶縁層２５ａ〜２５ｃ及び柱状部２６ａを取り囲むように形成されている。
【００３９】
選択トランジスタ層Ｌ３は、図３及び図４に示すように、導電層２７ａ及び２７ｂを有する。導電層２７ａ及び２７ｂは、第１方向に所定のピッチを有するように、第２方向に延びるストライプ状に形成されている。一対の導電層２７ａと、一対の導電層２７ｂは、第１方向に交互に配置されている。導電層２７ａは一方の柱状部２６ａの上層に形成され、導電層２７ｂは他方の柱状部２６ａの上層に形成されている。
【００４０】
導電層２７ａ及び２７ｂは、多結晶シリコンで形成される。導電層２７ａは、選択トランジスタＳＴ２のゲート（セレクトゲート線ＳＧＳ）として機能し、導電層２７ｂは、選択トランジスタＳＴ１のゲート（セレクトゲート線ＳＧＤ）として機能する。
【００４１】
選択トランジスタ層Ｌ３は、図４に示すように、ホール２８ａ及び２８ｂを有する。ホール２８ａ及び２８ｂは、それぞれ導電層２７ａ及び２７ｂを貫通する。またホール２８ａ及び２８ｂは、それぞれメモリホール２４と整合する。
【００４２】
選択トランジスタ層Ｌ３は、図４に示すように、ゲート絶縁層２９ａ及び２９ｂ、並びに半導体層３０ａ及び３０ｂを備えている。ゲート絶縁層２９ａ及び２９ｂは、それぞれホール２８ａ及び２８ｂに面する側壁に形成されている。半導体層３０ａ及び３０ｂは、それぞれゲート絶縁層２９ａ及び２９ｂに接するように、半導体基板２０の表面に対して垂直方向に延びる柱状に形成されている。
【００４３】
ゲート絶縁層２９ａ及び２９ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。半導体層３０ａ及び３０ｂは、例えば多結晶シリコンで形成される。
【００４４】
上記選択トランジスタ層Ｌ３の構成を換言すると、ゲート絶縁層２９ａは、柱状の半導体層３０ａを取り囲むように形成されている。導電層２７ａは、ゲート絶縁層２９ａ及び半導体層３０ａを取り囲むように形成されている。また、ゲート絶縁層２９ｂは、柱状の半導体層３０ｂを取り囲むように形成されている。導電層２７ｂは、ゲート絶縁層２９ｂ及び半導体層３０ｂを取り囲むように形成されている。
【００４５】
配線層Ｌ４は、図３及び図４に示すように、選択トランジスタ層Ｌ３の上層に形成されている。配線層Ｌ４は、ソース線層３１、プラグ層３２、及びビット線層３３を有する。
【００４６】
ソース線層３１は、第２方向に延びる板状に形成されている。ソース線層３１は、第１方向に隣接する一対の半導体層２７ａの上面に接するように形成されている。プラグ層３２は、半導体層２７ｂの上面に接し、半導体基板２０の表面に対して垂直方向に延びるように形成されている。ビット線層３３は、第２方向に所定ピッチをもって、第１方向に延びるストライプ状に形成されている。ビット線層３３は、プラグ層３２の上面に接するように形成されている。ソース線層３１、プラグ層３２、及びビット線層３３は、例えばタングステン（Ｗ）等の金属で形成される。ソース線層３１は、図１及び図２で説明したソース線ＳＬとして機能し、ビット線層３３は、ビット線ＢＬとして機能する。
【００４７】
図３及び図４に示すＮＡＮＤストリング１８の等価回路を図５に示す。図示するようにＮＡＮＤストリング１８は、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２、メモリセルトランジスタＭＴ０〜ＭＴ７、及びバックゲートトランジスタＢＴを備えている。前述の通り、メモリセルトランジスタＭＴは、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２間に直列に接続されている。バックゲートトランジスタＢＴは、メモリセルトランジスタＭＴ３とＭＴ４との間に直列接続されている。データの書き込み及び読み出し時において、バックゲートトランジスタＢＴは常にオン状態とされる。
【００４８】
メモリセルトランジスタＭＴの制御ゲートはワード線ＷＬに接続され、バックゲートトランジスタＢＴの制御ゲートはバックゲート線ＢＧに接続されている。そして、図３において第２方向に沿って配列された複数のＮＡＮＤストリング１８の集合が、図２で説明したメモリグループＧＰに相当する。
【００４９】
１．１．３  ロウデコーダ１１について
次に、ロウデコーダ１１の構成について説明する。ロウデコーダ１１−０〜１１−３は、それぞれブロックＢＬＫ０〜ＢＬＫ３に関連づけて設けられ、ブロックＢＬＫ０〜ＢＬＫ３を選択または非選択とするために設けられる。図６は、ロウデコーダ１１−０及びドライバ回路１２の構成を示している。なお、ロウデコーダ１１−１〜１１−３の構成もロウデコーダ１１−０と同様である。
【００５０】
図示するようにロウデコーダ１１は、ブロックデコーダ４０及び高耐圧ｎチャネルエンハンスメント型（Ｅ型：閾値が正）ＭＯＳトランジスタ５０〜５４（５０−０〜５０−７、５１−０〜５１−３、５２−０〜５２−３、５３−０〜５３−３、５４−０〜５４−３）、５５を備えている。トランジスタ５０〜５４はいずれも高耐圧型であり、チャネル領域の不純物濃度は等しく、またその閾値電圧も等しい。
【００５１】
＜ブロックデコーダ４０について＞  
まずブロックデコーダ４０について説明する。図６に示すようにブロックデコーダ４０は、ＡＮＤゲート４１、低耐圧ｎチャネルディプレッション型ＭＯＳトランジスタ４２、高耐圧ｎチャネルディプレッション型（Ｄ型：閾値が負）ＭＯＳトランジスタ４３、４４、高耐圧ｐチャネルＥ型ＭＯＳトランジスタ４５、及びレベルシフタ４６を備えている。
【００５２】
ＡＮＤゲート４１は、外部より与えられるブロックアドレスＢＡの各ビットのＡＮＤ演算を行う。ブロックアドレスＢＡが当該ロウデコーダ１１−０の対応するブロックＢＬＫ０を示す場合、ＡＮＤゲート４１は“Ｈ”レベルを出力する。
【００５３】
レベルシフタ４６は、ＡＮＤゲート４１の出力をレベルシフトして出力する。レベルシフタ４６は、ＡＮＤゲート４１の出力を反転してレベルシフトした信号を、信号ＲＤＥＣＡＤｎとして出力する。またＡＮＤゲート４１の出力の反転することなくレベルシフトした信号を、トランジスタ４２に供給する。すなわちレベルシフタ４０は、低耐圧ｎチャネルＥ型ＭＯＳトランジスタ４６ａ、４６ｂ、低耐圧ｐチャネルＥ型ＭＯＳトランジスタ４６ｃ、４６ｄ、及びインバータ４６ｅを備えている。
【００５４】
インバータ４６ｅは、ＡＮＤゲート４１の出力を反転する。トランジスタ４６ｃは、ゲートがＡＮＤゲート４１の出力ノードに接続され、ソース及びバックゲートに電源電圧Ｖddが与えられる。トランジスタ４６ｄは、ゲートがインバータ４６ｅの出力ノードに接続され、ソース及びバックゲートに電源電圧Ｖddが与えられる。トランジスタ４６ａは、ドレインがトランジスタ４６ｃのドレインに接続され、ソース及びバックゲートに負電圧ＶＢＢが与えられ、ゲートがトランジスタ４６ｄのドレインに接続される。トランジスタ４６ｂは、ドレインがトランジスタ４６ｄのドレインに接続され、ソース及びバックゲートに負電圧ＶＢＢが与えられ、ゲートがトランジスタ４６ｃのドレインに接続される。そして、トランジスタ４６ａ、４６ｃのドレイン及びトランジスタ４６ｂのゲートの電位が、信号ＲＤＥＣＡＤｎとなる。
【００５５】
トランジスタ４２は、電流経路の一端が、トランジスタ４６ｄ、４６ｂのドレイン及びトランジスタ４６ａのゲートに接続され、ゲートに信号ＢＳＴＯＮが与えられる。またトランジスタ４３は、電流経路の一端がトランジスタ４２の電流経路の他端に接続され、電流経路の他端が信号線ＴＧに接続され、ゲートに信号ＢＳＴＯＮが与えられる。信号ＢＳＴＯＮは、ブロックデコーダ４０のアドレス情報の取り込みの際にアサート（“Ｈ”レベル）される信号である。
【００５６】
トランジスタ４５は、電流経路の一端が信号線ＴＧに接続され、電流経路の他端がバックゲートに接続され、ゲートに信号ＲＤＥＣＡＤｎが入力される。トランジスタ４４は、電流経路の一端に電圧ＶＲＤＥＣが与えられ、他端がトランジスタ４５の電流経路の他端に接続され、ゲートが信号線ＴＧに接続される。
【００５７】
データの書き込み、読み出し、及び消去時において、ブロックアドレスＢＡが当該ブロックＢＬＫ０に一致した際には、トランジスタ４４、４５がオン状態とされ、これにより信号線ＴＧに電圧ＶＲＤＥＣ（本例では“Ｈ”レベル）が印加される。他方で、ブロックアドレスＢＡが当該ブロックＢＬＫ０に一致しなかった際には、ＭＯＳトランジスタ４４、４５はオフ状態となり、信号線ＴＧは例えば負電圧ＶＢＢ（“Ｌ”レベル）とされる。
【００５８】
＜トランジスタ５０について＞  
次に、トランジスタ５０について説明する。トランジスタ５０は、選択ブロックＢＬＫのワード線ＷＬに電圧を転送するためのものである。トランジスタ５０−０〜５０−７はそれぞれ、電流経路の一端が、対応するブロックＢＬＫ０のワード線ＷＬ０〜ＷＬ７にそれぞれ接続され、他端が信号線ＣＧ０〜ＣＧ７にそれぞれ接続され、ゲートが信号線ＴＧに共通に接続される。
【００５９】
従って、例えば選択ブロックＢＬＫ０に対応するロウデコーダ１１−０では、トランジスタ５０−０〜５０−７はオン状態とされ、ワード線ＷＬ０〜ＷＬ７は信号線ＣＧ０〜ＣＧ７に接続される。他方、非選択ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３に対応するロウデコーダ１１−１〜１１−３では、トランジスタ５０−０〜５０−７はオフ状態とされ、ワード線ＷＬ０〜ＷＬ７は信号線ＣＧ０〜ＣＧ７から分離される。
【００６０】
＜トランジスタ５１、５２について＞  
次に、トランジスタ５１、５２について説明する。トランジスタ５１、５２は、セレクトゲート線ＳＧＤに電圧を転送するためのものである。トランジスタ５１−０〜５１−３はそれぞれ、電流経路の一端が、対応するブロックＢＬＫ０のセレクトゲート線ＳＧＤ０〜ＳＧＤ３に接続され、他端が信号線ＳＧＤＤ０〜ＳＧＤＤ３に接続され、ゲートが信号線ＴＧに共通に接続され、バックゲートには負電圧ＶＢＢが与えられる。。またトランジスタ５２−０〜５２−３はそれぞれ、電流経路の一端が、対応するブロックＢＬＫ０のセレクトゲート線ＳＧＤ０〜ＳＧＤ３に接続され、他端がノードＳＧＤ＿ＣＯＭに接続され、ゲートに信号ＲＤＥＣＡＤｎが与えられ、バックゲートには負電圧ＶＢＢが与えられる。ノードＳＧＤ＿ＣＯＭは、負電圧ＶＢＢ等、選択トランジスタＳＴ１をオフ状態にする電圧である。
【００６１】
従って、例えば選択ブロックＢＬＫ０に対応するロウデコーダ１１−０では、トランジスタ５１−０〜５１−３はオン状態とされ、トランジスタ５２−０〜５２−３はオフ状態とされる。よって、選択ブロックＢＬＫ０のセレクトゲート線ＳＧＤ０〜ＳＧＤ３は信号線ＳＧＤＤ０〜ＳＧＤＤ３に接続される。
【００６２】
他方で、非選択ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３に対応するロウデコーダ１１−１〜１１−３では、トランジスタ５１−０〜５１−３はオフ状態とされ、トランジスタ５２−０〜５２−３はオン状態とされる。よって、非選択ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３のセレクトゲート線ＳＧＤ０〜ＳＧＤ３はノードＳＧＤ＿ＣＯＭに接続される。
【００６３】
＜トランジスタ５３、５４について＞  
トランジスタ５３、５４は、セレクトゲート線ＳＧＳに電圧を転送するためのものであり、その接続及び動作は、トランジスタ５１、５２においてセレクトゲート線ＳＧＤをセレクトゲート線ＳＧＳに入れ替えたものと等価である。
【００６４】
すなわち、選択ブロックＢＬＫ０に対応するロウデコーダ１１−０では、トランジスタ５３−０〜５３−３はオン状態とされ、トランジスタ５４−０〜５２−４はオフ状態とされる。他方で、非選択ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３に対応するロウデコーダ１１−１〜１１−３では、トランジスタ５１−０〜５１−３はオフ状態とされ、トランジスタ５２−０〜５２−３はオン状態とされる。
【００６５】
＜トランジスタ５５について＞  
次に、トランジスタ５５について説明する。トランジスタ５５は、バックゲート線ＢＧに電圧を転送するためのものである。トランジスタ５５は、電流経路の一端が、対応するブロックＢＬＫ０のバックゲート線ＢＧ０に接続され、他端は信号線ＢＧＤに接続され、ゲートが信号線ＴＧに共通に接続される。
【００６６】
従って、選択ブロックＢＬＫ０に対応するロウデコーダ１１−０では、トランジスタ５５はオン状態とされ、非選択ブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３に対応するロウデコーダ１１−１〜１１−３では、トランジスタ５５はオフ状態とされる。
【００６７】
１．１．４  ドライバ回路１２について  
次に、ドライバ回路１２の構成について説明する。ドライバ回路１２は、信号線ＣＧ０〜ＣＧ７、ＳＧＤＤ０〜ＳＧＤＤ３、ＳＧＳＤ０〜ＳＧＳＤ３、及びＢＧＤの各々に、データの書き込み、読み出し、及び消去に必要な電圧を転送する。
【００６８】
図６に示すようにドライバ回路１２は、ＣＧドライバ６０（６０−０〜６０−７）、ＳＧＤドライバ６１（６１−０〜６１−３）、ＳＧＳドライバ６２（６２−０〜６２−３）、ＢＧドライバ６４、及び電圧ドライバ６３を備えている。
【００６９】
電圧ドライバ６３は、ブロックデコーダ４０及びＣＧドライバ６０で使用する電圧を生成する。ＣＧドライバ６０−０〜６０−７はそれぞれ、信号線ＣＧ０〜ＣＧ７（ワード線ＷＬ０〜ＷＬ７）に、必要な電圧を転送する。ＳＧＤドライバ６１−０〜６１−３はそれぞれ、信号線ＳＧＤＤ０〜ＳＧＤＤ３（セレクトゲート線ＳＧＤ０〜ＳＧＤ３）に、必要な電圧を転送する。ＳＧＳドライバ６２−０〜６２−３はそれぞれ、信号線ＳＧＳＤ０〜ＳＧＳＤ３（セレクトゲート線ＳＧＳ０〜ＳＧＳ３）に、必要な電圧を転送する。ＢＧドライバ６４は、バックゲート線ＢＧに必要な電圧を転送する。
【００７０】
１．１．５  センスアンプ１３について  
次に、センスアンプ１３の構成について図７を用いて説明する。図７はセンスアンプ１３の回路図であり、図７に示す構成がビット線ＢＬ毎に設けられている。
【００７１】
図示するようにセンスアンプ１３は、大まかにはビット線フックアップ部７０、センスアンプ部７１、及びデータ保持部７２を備えている。
【００７２】
ビット線フックアップ部７０は、高耐圧型のｎチャネルＭＯＳトランジスタ７３及び７４を備えている。トランジスタ７３は、ゲートに信号ＢＬＳが印加され、電流経路の一端が対応するビット線ＢＬに接続され、他端がノードＢＬＩに接続される。トランジスタ７４は、ゲートに信号ＢＩＡＳが印加され、電流経路の一端が対応するビット線ＢＬに接続され、他端は固定電位とされたノードＢＬＢＩＡＳが印加される。
【００７３】
センスアンプ部７１は、低耐圧型のｎチャネルＭＯＳトランジスタ７５〜８２、低耐圧型のｐチャネルＭＯＳトランジスタ８３〜８６、及びキャパシタ素子８７を備えている。
【００７４】
ＭＯＳトランジスタ７５は、電流経路の一端が対応するノードＢＬＩに接続され、他端がノードＣＯＭ２に接続され、ゲートに信号ＢＬＣが印加される。
【００７５】
ＭＯＳトランジスタ８４は、電流経路の一端がノードＣＯＭ２に接続され、他端がノードＳＲＣＧＮＤ（例えば０Ｖ）に接続され、ゲートがノードＬＡＴに接続される。ＭＯＳトランジスタ８０は、電流経路の一端がノードＣＯＭ２に接続され、他端がノードＳＲＣ＿ＧＮＤに接続され、ゲートがノードＩＮＶに接続される。ＭＯＳトランジスタ８３は、電流経路の一端がノードＣＯＭ２に接続され、他端がノードＣＯＭ１に接続され、ゲートがノードＩＮＶに接続される。ＭＯＳトランジスタ７９は、電流経路の一端がノードＣＯＭ２に接続され、他端がノードＣＯＭ１に接続され、ゲートがノードＬＡＴに接続される。ＭＯＳトランジスタ８１は、電流経路の一端がノードＣＯＭ１に接続され、他端が共通バスＣＢＳＡに接続され、ゲートに信号ＳＥＴが入力される。共通バスＣＢＳＡは、センスアンプ部７１とデータラッチ１４とを接続するバスである。ＭＯＳトランジスタ７６は、電流経路の一端が、電源電圧ＶＤＤが印加されるノードＮ＿ＶＤＤに接続され、他端がノードＣＯＭ１に接続され、ゲートに信号ＢＬＸが入力される。ＭＯＳトランジスタ７８は、電流経路の一端がノードＳＥＮに接続され、他端がノードＣＯＭ１に接続され、ゲートに信号ＸＸＬが入力される。ＭＯＳトランジスタ７７は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＤＤに接続され、他端がノードＳＥＮに接続され、ゲートに信号ＨＬＬが入力される。
【００７６】
キャパシタ素子８７は、一方の電極がノードＳＥＮに接続され、他方の電極にクロックＣＬＫが入力される。
【００７７】
ＭＯＳトランジスタ８２は、電流経路の一端がノードＩＮＶに接続され、他端が共通バスＣＢＳＡに接続され、ゲートに信号ＲＳＴ＿Ｎが入力される。ＭＯＳトランジスタ８６は、電流経路の一端がノードＩＮＶに接続され、ゲートがノードＳＥＮに接続される。ＭＯＳトランジスタ８５は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＤＤに接続され、他端がＭＯＳトランジスタ８６の電流経路の他端に接続され、ゲートに信号ＳＴＢｎが入力される。
【００７８】
データ保持部７２は、ＭＯＳトランジスタ８２、８６の接続ノードであるノードＩＮＶにおけるデータをラッチする。すなわちデータ保持部７２は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ８８〜９０及びｐチャネルＭＯＳトランジスタ９１〜９３を備えている。
【００７９】
ＭＯＳトランジスタ８８は、電流経路の一端がノードＩＮＶに接続され、ゲートに信号ＳＴＢｎが入力される。ＭＯＳトランジスタ８９は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＳＳに接続され、他端がＭＯＳトランジスタ８８の電流経路の他端に接続され、ゲートがノードＬＡＴに接続される。ノードＮ＿ＶＳＳには、電圧ＶＳＳ（例えば０Ｖ）が印加される。ＭＯＳトランジスタ９２は、電流経路の一端がノードＩＮＶに接続され、ゲートがノードＬＡＴに接続される。ＭＯＳトランジスタ９１は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＤＤに接続され、他端がＭＯＳトランジスタ９２の電流経路の他端に接続され、ゲートに信号ＲＳＴ＿Ｐが入力される。ＭＯＳトランジスタ９０は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＳＳに接続され、他端がノードＬＡＴに接続され、ゲートがノードＩＮＶに接続される。ＭＯＳトランジスタ９３は、電流経路の一端がノードＮ＿ＶＤＤに接続され、他端がノードＬＡＴに接続され、ゲートがノードＩＮＶに接続される。
【００８０】
上記の信号ＳＥＴ、ＲＳＴ＿Ｎは、リセット動作時において“Ｈ”とされ、これによりノードＣＯＭ１、ＩＮＶは“Ｌ”レベル（０Ｖ）とされ、ノードＬＡＴは“Ｈ”レベル（ＶＤＤ）とされる。他方、通常動作時には“Ｌ”レベルとされ、トランジスタ８１、８２はオフ状態とされる。更に信号ＲＳＴ＿Ｎは、センスアンプ１３のデータをデータラッチ１４に転送する際に“Ｈ”レベルとされる。また信号ＲＳＴ＿Ｐは、リセット動作時に“Ｈ”とすることが可能とされ、通常動作時には“Ｌ”レベルとされる。
【００８１】
上記の構成において、データの書き込み時には、信号ＢＬＳが“Ｈ”レベルとされて、ビット線ＢＬはそれぞれ対応するセンスアンプ部７１に接続される。また信号ＢＬＣが“Ｈ”レベルとされて、トランジスタ７５がオン状態とされる。信号ＢＩＡＳは“Ｌ”レベルとされ、トランジスタ７４はオフ状態である。更に、書き込みデータがデータラッチ１４からデータ保持部７２に転送される。選択ビット線（電荷を注入して閾値を上昇させるべきメモリセルに対応するビット線）に対応するセンスアンプ１３ではノードＩＮＶ＝“Ｈ”、ＬＡＴ＝“Ｌ”とされる。よって、トランジスタ８３、７９がオフ状態、トランジスタ８４、８０がオン状態とされ、選択ビット線には０Ｖが与えられる。非選択ビット線に対応するセンスアンプ１３ではノードＩＮＶ＝“Ｌ”、ＬＡＴ＝“Ｈ”とされる。よって、トランジスタ８４、８０がオフ状態、トランジスタ８３、７９がオン状態とされる。その結果、トランジスタ７６によって、非選択ビット線はＶＤＤまで充電される。
【００８２】
データの読み出しは、２回にわたって行われる。１回目の読み出し時には、全てのセンスアンプ１３において信号ＢＬＳが“Ｈ”レベルとされて、ビット線ＢＬはそれぞれ対応するセンスアンプ部７１に接続される。また信号ＢＬＣが“Ｈ”レベルとされて、トランジスタ７５がオン状態とされる。そして、まずトランジスタ７６が、トランジスタ８３、７９の電流経路及びノードＣＯＭ１、ＣＯＭ２を介してビット線ＢＬを充電する。ビット線ＢＬの電位は、トランジスタ７５により電位ＶＢＬ（例えば０．５Ｖ）に設定される。また、トランジスタ７７により、キャパシタ素子８７が充電され、ノードＳＥＮの電位が上昇する。
【００８３】
対応するメモリセルがオン状態であれれば、ノードＳＥＮの電位は低下し、トランジスタ８６はオン状態となる。そして信号ＳＴＢｎを“Ｈ”レベルにすることで、ノードＩＮＶは“Ｈ”、ノードＬＡＴは“Ｌ”となる。その結果、トランジスタ８４、８０がオン状態となり、ビット線ＢＬは０Ｖに固定される。他方、対応するメモリセルがオフ状態であれば、ノードＳＥＮの電位は低下せず、トランジスタ８６はオフ状態である。よって、ノードＩＮＶは“Ｌ”、ノードＬＡＴは“Ｈ”を維持する。
【００８４】
２回目の読み出しは、１回目の読み出しにおいて対応するメモリセルがオフ状態であったと判断されたビット線についてのみ行われる。このビット線に対応するセンスアンプ１３の動作は、１回目の読み出し時と同様である。他方、１回目の読み出しにおいて対応するメモリセルがオン状態であったと判断されたビット線についは、対応するセンスアンプ１３においてトランジスタ７４がオン状態とされ、ビット線ＢＬはノードＢＬＢＩＡＳに接続されて固定電位とされる。
【００８５】
その後、データ制御回路１５によって選択されたセンスアンプ１３では、トランジスタ８２がオン状態とされて、保持回路７２内のデータが共通バスＣＢＳＡを介してデータラッチ１４に転送される。
【００８６】
１．２  半導体記憶装置１の動作について  
次に、上記構成のＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１の動作について簡単に説明する。
【００８７】
１．２．１  書き込み動作について  
まず、書き込み動作につき図８を用いて説明する。図８は、書き込み動作時における各配線の電位を示すタイミングチャートである。
【００８８】
図８に示すように、まずセンスアンプ１３が各ビット線ＢＬに書き込みデータを転送する。電荷蓄積層に電荷を注入して閾値を上昇させる場合には“Ｌ”レベル（例えばＶＳＳ＝０Ｖ）がビット線ＢＬに印加され、そうでない場合には“Ｈ”レベル（例えばＶＤＤ＝２．５Ｖ）が印加される。またソース線ＳＬには、図示せぬソース線ドライバによって例えば２．５Ｖが印加される。
【００８９】
またロウデコーダ１１では、ブロックデコーダ４０によりブロックアドレスＢＡがデコードされて、選択ブロックではＴＧ＝“Ｈ”レベルとされ、ロウデコーダ１１のトランジスタ５０、５１、５３がオン状態とされる。また、非選択ブロックに対応するロウデコーダ１１においては、ＴＧ＝“Ｌ”レベル（例えばＶＢＢ）とされ、トランジスタ５０、５１、５３がオフ状態、トランジスタ５２、５４がオン状態とされる。
【００９０】
従って、非選択ブロックでは、トランジスタ５２、５４により、セレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳには負電圧ＶＢＢが転送され、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２は共にカットオフされる。
【００９１】
他方、選択ブロックでは、ＳＧＤドライバ６１及びＳＧＳドライバ６２により、選択ページを含むメモリグループに対応するセレクトゲート線ＳＧＤには電圧ＶＳＧＤ（例えば４Ｖ）が転送され、セレクトゲート線ＳＧＳには負電圧ＶＢＢが転送される。よって、当該メモリグループでは、選択トランジスタＳＴ１がオン状態、ＳＴ２がオフ状態となる。その他のメモリグループに対応するセレクトゲート線ＳＧＤ及びＳＧＳには、負電圧ＶＢＢが転送される。よって、これらのメモリグループでは、選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２は共にオフ状態となる。
【００９２】
その後、電圧ＶＳＧＤが４Ｖから２．５Ｖ程度に低下される。この電圧は、ビット線ＢＬに“Ｌ”データが転送されている場合には選択トランジスタＳＴ１をオンさせ、“Ｈ”データが転送されている場合にはカットオフさせる電圧である。
【００９３】
そして、ＣＧドライバ６０が各信号線ＣＧに電圧を転送する。すなわち、選択ワード線に対応するＣＧドライバ６０はＶＰＧＭを転送し、非選択ワード線に対応するＣＧドライバ６０はＶＰＡＳＳ（またはＶＩＳＯ）を転送する。ＶＰＧＭは、電荷蓄積層に電荷を注入するための高電圧である。またＶＰＡＳＳは、保持データに関わらずメモリセルトランジスタをオンさせる電圧である（但しＶＰＡＳＳ＜ＶＰＧＭ）。ＶＩＳＯは、保持データに関わらずメモリセルトランジスタをオフさせる電圧である（ＶＩＳＯ＜ＶＰＡＳＳ）。すると、選択ブロックではトランジスタ５０がオン状態とされているので、これらの電圧がワード線ＷＬ０〜ＷＬ７に転送される。他方、非選択ブロックではトランジスタ５０がオフ状態とされているので、これらの電圧はワード線ＷＬには転送されない。すなわち、非選択ブロックのワード線ＷＬ０〜ＷＬ７は電気的にフローティングの状態となる。
【００９４】
以上により、選択メモリセルでは、制御ゲートに電圧ＶＰＧＭが印加され、チャネルが０Ｖとされる。これにより、電荷蓄積層に電荷が注入されて、選択メモリセルの閾値レベルが上昇する。非選択メモリセルでは、チャネルが電気的にフローティングとされて、その電位は周囲とのカップリングにより上昇する。これにより選択メモリセルの閾値レベルは変化しない。
【００９５】
１．２．２  読み出し動作について  
次に、読み出し動作につき図９を用いて説明する。図９は、読み出し動作時における各配線の電位を示すタイミングチャートである。
【００９６】
図９に示すように、まずＣＧドライバ６０が電圧ＶＣＧＲＶ、ＶＲＥＡＤを発生する。電圧ＶＣＧＲＶは選択ワード線に印加すべき電圧であり、読み出したいデータ（閾値レベル）に応じた電圧である。電圧ＶＲＥＡＤは、保持するデータに関わらずメモリセルトランジスタをオンさせる電圧である（ＶＲＥＡＤ＞ＶＣＧＲＶ）。
【００９７】
選択ブロックでは、書き込み時と同様にトランジスタ５０がオン状態とされるので、これらの電圧ＶＣＧＲＶ及びＶＲＥＡＤがワード線ＷＬに転送される。他方、非選択ブロックでは、トランジスタ５０はオフ状態であるので、ワード線ＷＬは電気的にフローティングとされる。
【００９８】
次に、セレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳに電圧が転送される。選択ブロックの選択メモリグループでは、トランジスタ５１、５３によって、電圧ＶＳＧＤ、ＶＳＧＳ（例えば４Ｖ）がセレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳに転送される。これにより選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２がオン状態とされる。選択ブロックの非選択メモリグループでは、トランジスタ５１、５３によって、電圧ＶＢＢがセレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳに転送される。これにより選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２がオフ状態とされる。更に非選択ブロックでは、トランジスタ５２、５４によって、電圧ＶＢＢがセレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳに転送される。これにより選択トランジスタＳＴ１、ＳＴ２がオフ状態とされる。
【００９９】
またソース線ＳＬはＶＳＳとされ、ビット線ＢＬには例えばＶＢＬ（０．５Ｖ）が印加される。
【０１００】
以上により、選択メモリセルの制御ゲートには電圧ＶＣＧＲＶが印加され、その電流経路はビット線ＢＬ及びソース線ＳＬに電気的に接続される。もし選択メモリセルがオン状態となれば、電流がビット線ＢＬからソース線ＳＬに流れる。この電流をセンスアンプ１３が検知することで、読み出し動作が行われる。
【０１０１】
１．３  メモリセルアレイと周辺回路の配置について  
次に、上記構成のＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１におけるメモリセルアレイ１０及び周辺回路の配置について説明する。以下では、メモリセルアレイ１０以外の回路を周辺回路と呼ぶことがある。
【０１０２】
１．３．１  チップ内における周辺回路の配置について  
図１０は、本実施形態に係るＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１が形成される半導体チップの平面レイアウト図である。
【０１０３】
図示するように、センスアンプ１３及びデータラッチ１４は、メモリセルアレイ１０の下に纏めて形成され、ビット線ＢＬに沿った第１方向Ｄ１に沿って並んでいる。更に、第１方向Ｄ１に沿ってデータ制御回路１５、入出力バッファ１６、及び入出力パッド群１７が配列されている。また入出力パッド１９は半導体チップの片側に集められ、半導体チップの一辺（第２方向Ｄ２）に沿って配列される。
【０１０４】
１．３．２  メモリセルアレイとセンスアンプとの接続について  
次に、メモリセルアレイとセンスアンプ等の周辺回路との接続について説明する。図１１は、メモリセルアレイ１０と、その下部に設けられたセンスアンプ１３及びデータラッチ１４との接続関係を示す平面図である。図１１において、上図がメモリセルアレイ１０の平面図であり、特にビット線が形成される様子を示す。また下図は、メモリセルアレイ１０下部に配置されたセンスアンプ１３及びデータラッチ１４、並びに制御回路１５及び入出力バッファ１６のレイアウトを示している。図１２は、図１１の第１方向Ｄ１に沿った断面図であり、特にビット線ＢＬ０が見える部分の断面構成を示している。
【０１０５】
図示するようにメモリセルアレイ１０上には、第１方向Ｄ１に沿って例えば１２８本の上部ビット線ＢＬＵ（ＢＬＵ０〜ＢＬＵ１２７）が形成されている。更にメモリセルアレイ１０内には、センスアンプ１３との接続部ＲＣＵ（ＲＣＵ１、ＲＣＵ２）が設けられている。接続部ＲＣＵ内には、第２方向Ｄ２に沿って配列された複数のコンタクトプラグＣＰ１が形成され、メモリセルは形成されていない。
【０１０６】
接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２は、互いに離隔して、第１方向に沿って配列されている。従ってメモリセルアレイ１０は、これらの接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２によって、それぞれがメモリセルの集合８１を含む第１〜第３領域Ｒ１〜Ｒ３に分割されている、と言うことが出来る。
【０１０７】
上部ビット線ＢＬＵはこれらの接続部ＲＣＵ上を通過する。そして、偶数上部ビット線ＢＬＵ０、ＢＬＵ２、ＢＬＵ４、…は、接続部ＲＣＵ２においてそれぞれコンタクトプラグＣＰ１−０、ＣＰ１−２、ＣＰ１−３と接続される。他方で、奇数上部ビット線ＢＬＵ１、ＢＬＵ３、ＢＬＵ５、…は、接続部ＲＣＵ１においてそれぞれコンタクトプラグＣＰ１−１、ＣＰ１−３、ＣＰ１−５、…と接続される。
【０１０８】
図１１下図及び図１２に示すように、コンタクトプラグＣＰ１は、メモリセルアレイ下部に設けられたセンスアンプ１３にまで達する。センスアンプ１３は、第１方向に沿って設けられたセンスアンプ回路ＳＡＣ及び接続部ＲＣＬ１、ＲＣＬ２を備えている。
【０１０９】
センスアンプ回路ＳＡＣは、半導体基板２０上に上部ビット線ＢＬＵ毎に設けられ、図７で説明した構成を有している。そして、複数のセンスアンプ回路ＳＡＣは第１方向に沿って配列されている。
【０１１０】
接続部ＲＣＬ１、ＲＣＬ２は、それぞれ接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２に対応付けられ、対応するコンタクトプラグＣＰ１が形成された領域である。つまり、接続部ＲＣＬ１にはコンタクトプラグＣＰ１−１、ＣＰ１−３、ＣＰ１−５、…が設けられ、接続部ＲＣＬ２にはコンタクトプラグＣＰ１−０、ＣＰ１−２、ＣＰ１−４、…が設けられる。
【０１１１】
メモリセルアレイ１０下部で且つセンスアンプ１３上には、１２８本の下部ビット線ＢＬＬ（ＢＬＬ０〜ＢＬＬ１２７）が第１方向Ｄ１に沿って形成されている。下部ビット線ＢＬＬは、コンタクトプラグＣＰ１と、これに対応するセンスアンプ回路ＳＡＣとを接続する。つまり、上部ビット線ＢＬＵ、下部ビット線ＢＬＬ、及びコンタクトプラグＣＰ１が、これまでに説明したビット線ＢＬに相当する。
【０１１２】
センスアンプ１３では、接続部ＲＣＬ１とＲＣＬ２との間には、奇数ビット線ＢＬ１、ＢＬ３、ＢＬ５、…に対応するセンスアンプ回路ＳＡＣが順次配列され、接続部ＲＣＬ２を挟んで反対側の領域には、偶数ビット線ＢＬ０、ＢＬ２、ＢＬ４、…に対応するセンスアンプ回路ＳＡＣが順次配列されている。そして、各センスアンプ回路ＳＡＣと、これに対応するコンタクトプラグＣＰ１とが、下部ビット線ＢＬＬとコンタクトプラグＣＰ２とによって電気的に接続されている。
【０１１３】
メモリセルアレイ１０とセンスアンプ１３との間の接続関係は、次のように説明することも出来る。すなわち、ビット線ＢＬは、メモリセルアレイ１０上の上部ビット線ＢＬＵと、メモリセルアレイ１０下部の下部ビット線ＢＬＬと、両者を接続するコンタクトプラグＣＰ１を含む。
【０１１４】
メモリセルアレイ１０内には、コンタクトプラグＣＰ１を形成するための複数の接続部（第１接続部ＲＣＵ１及び第２接続部ＲＣＵ２）が設けられ、センスアンプ１３内にはこれらに対応して第１接続部ＲＣＬ１及び第２接続部ＲＣＬ２が設けられる。
【０１１５】
上部ビット線ＢＬＵは、第１上部ビット線ＢＬＵaと、第２上部ビット線ＢＬＵbとを含む。下部ビット線ＢＬＬは、第１下部ビット線ＢＬＬaと、第２下部ビット線ＢＬＬbとを含む。
【０１１６】
そして、第１上部ビット線ＢＬＵaは、第１接続部ＲＣＵ１において第１下部ビット線ＢＬＬaに接続され、第２上部ビット線ＢＬＵbは、第２接続部ＲＣＵ２において第２下部ビット線ＢＬＬbに接続される。
【０１１７】
センスアンプ回路ＳＡＣは第１方向に沿って配列される。そして、第１下部ビット線ＢＬＬaに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは全て第１接続部ＲＣＬ１と第２接続部ＲＣＬ２との間の領域（第１センスアンプ領域）に設けられる。他方、第２下部ビット線ＢＬＬbに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは第１接続部ＲＣＬ１と第２接続部ＲＣＬ２との間には設けられず、第２接続部ＲＣＬ２を挟んで第１接続部ＲＣＬ１と対向する領域（図１１においてＲＣＬ２とデータラッチ１４との間の領域；第２センスアンプ領域）に設けられる。
【０１１８】
従って、第１下部ビット線ＢＬＬaは第１センスアンプ領域にのみ形成され、その長さは最長でも第１センスアンプ領域の第１方向に沿った幅程度である。同様に、第２下部ビット線ＢＬＬbは第２センスアンプ領域にのみ形成され、その長さは最長でも第２センスアンプ領域の第１方向に沿った幅程度である。そして、第１、第２センスアンプ領域に含まれる下部ビット線ＢＬＬの数は、上部ビット線ＢＬＵの総数の半分である。
【０１１９】
また、第１上部ビット線ＢＬＵa同士は、第２上部ビット線ＢＬＵbを介在して隣接する。第２上部ビット線ＢＬＵbも同様であり、第２上部ビット線ＢＬＵb同士は、第１上部ビット線ＢＬＵaを介在して隣接する。このことは下部ビット線ＢＬＬについても同様である。従って、第１センスアンプ領域における第１下部ビット線ＢＬＬaの隣接間隔、及び第２センスアンプ領域における第２下部ビット線ＢＬＬbの隣接間隔は、上部ビット線ＢＬＵの隣接間隔の２倍となる。
【０１２０】
図１１及び図１２に戻って説明を続ける。センスアンプ回路ＳＡＣは更に、コンタクトプラグＣＰ３（ＣＰ３−１、ＣＰ３−２）を介して、例えば１６ビットの共通バスＣＢＳＡに接続され、更にコンタクトプラグＣＰ４を介してデータラッチ１４に接続される。センスアンプ回路ＳＡＣの数は１２８個であり、共通バスＣＢＳＡのバス幅は１６ビットである。従って、データ制御回路１５によって選択された１６個のセンスアンプ回路ＳＡＣから、データが共通バスＣＢＳＡを介してデータラッチ１４に転送される。この転送動作を８回行うことで、全センスアンプ回路ＳＡＣ内のデータがデータラッチ１４に転送される。
【０１２１】
更に、データラッチ１４内のデータは、コンタクトプラグＣＰ５、１６バイトの共通バスＣＢＤ、及びコンタクトプラグＣＰ７を介してデータ制御回路１５に接続され、更に１６ビットのデータバスにより入出力バッファ１６に接続されている。
【０１２２】
図１３は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１の断面構造をより詳細に示す断面図であり、特にワード線フックアップ部を含む領域を示している。ワード線フックアップ部はメモリセルアレイ１０の端部に設けられ、ワード線ＷＬ及びセレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳを、周辺回路（ロウデコーダ１１）に接続する領域である。
【０１２３】
図示するように、メモリセルアレイ１０下部に設けられた周辺回路上を通過する金属配線層は、２層にわたって設けられる（Ｍ０、Ｍ１）。図１１及び図１２で説明した下部ビット線ＢＬＬは、この金属配線層Ｍ０、Ｍ１のいずれかを用いて形成される。
【０１２４】
更にメモリセルアレイ１０上部を通過する金属配線層は、３層にわたって設けられる（Ｄ０〜Ｄ２）。ソース線ＳＬは１層目の金属配線層Ｄ０により形成され、上部ビット線ＢＬＵは２層目の金属配線層Ｄ１により形成される。また、ワード線ＷＬ及びセレクトゲート線ＳＧＤ、ＳＧＳは、第１層目〜第３層目の金属配線層Ｄ０〜Ｄ２の少なくともいずれかを介して、ロウデコーダ１１に接続される。
【０１２５】
１．４  本実施形態に係る効果  
上記のように、本実施形態に係る構成であると、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１の動作速度を向上出来る。本効果につき、以下詳細に説明する。
【０１２６】
従来、メモリセルを半導体基板上に二次元的に配列するＮＡＮＤ型フラッシュメモリでは、センスアンプ、データラッチ、及びこれらの制御回路と転送系を半分に分けて、それぞれをメモリセルアレイの両側に配置するアーキテクチャがよく用いられていた（以下、このようなアーキテクチャを両側センスアンプ方式と略す）。しかし、両側センスアンプ方式であると、離れた２箇所からデータバスを入出力パッドに接続しなければならない。その結果、データバスが長くなり、高速な動作が困難であった。
【０１２７】
そこで近年のＮＡＮＤ型フラッシュメモリにおいては、センスアンプ及びデータラッチ、並びにその制御回路と転送系を、メモリセルアレイの片側にまとめて配置するのが主流になりつつある（以下片側センスアンプ方式と略す）。その理由の一つは、データの高速転送動作が要求されるにつれ、これらデータラッチや転送系をアレー片側に一つに纏めてパッド列に近い側に配置した方がデータバス線の長さが減り、スキュー等を考慮した設計も容易になり高速データ転送をしやすいからである。また、回路を纏めて配置することで、両側センスアンプ方式に比べて配線や駆動回路を減らすことが出来、チップ面積を削減出来るからである。
【０１２８】
このように、片側センスアンプ方式は両側センスアンプ方式よりも優れている面を有する。従って、半導体基板上に三次元的にメモリセルを積層したＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（以下、三次元積層型ＮＡＮＤ型フラッシュメモリと呼ぶ）においても、メモリセルアレイ下部にセンスアンプやデータラッチ系を配置し、その際に片側センスアンプ方式を適用することが好ましい。
【０１２９】
図１４は比較例として、三次元積層型ＮＡＮＤ型フラッシュメモリに片側センスアンプ方式を単純に適用した際の、メモリセルアレイ及びメモリセルアレイ下部の周辺回路の平面図を示している。図１４は、上記実施形態で説明した図１１と対応しており、実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付している。
【０１３０】
図示するように、メモリセルアレイ１０上の上部ビット線ＢＬＵは、メモリセルアレイ１０外部にあるコンタクト部において、メモリセルアレイ１０下部の下部ビット線ＢＬＬに接続されてセンスアンプ回路ＳＡＣに接続され、センスアンプ回路ＳＡＣにおいては、ビット線フックアップ部のトランジスタを介してセンスアンプ部７１に接続される。前述の通り、センスアンプ回路ＳＡＣはビット線毎に設けられる。従って、ビット線ＢＬの本数が１２８本であれば、センスアンプ回路ＳＡＣも１２８個設けられる。
【０１３１】
このような構成であると、次のような問題が生じる可能性がある。第一に、下部ビット線ＢＬＬが長くなることである。これは、センスアンプを片側にまとめたことに起因する。すなわち、コンタクトプラグＣＰ１から最も遠いセンスアンプ回路ＳＡＣを接続する下部ビット線ＢＬＬ０は、少なくとも全センスアンプ回路ＳＡＣ上を通過するだけの長さとなる。これは、両側センスアンプ方式の約２倍の長さとなる。これにより、ビット線ＢＬにおける信号遅延が発生し、更に読み出し時間やプログラム時間の劣化に繋がる。また、下部ビット線ＢＬＬ０とＢＬＬ１２７とでは、その配線長が大きく異なる。従って、動作タイミング等の設計が困難になる。
【０１３２】
第二に、メモリセルアレイ下部における配線混雑が顕著になることである。図１４に示したように、全ての上部ビット線ＢＬＵは、コンタクト部において下部ビット線ＢＬＬに接続される。従って、この領域ではビット線ＢＬＬはＢＬＵと同様にオンピッチ（最小加工寸法）のデザインルールで形成されなければならない。従って、この領域に他の配線を通すことは困難である。このことは、コンタクト部に近いセンスアンプ回路ＳＡＣでも同様である。つまり、センスアンプの制御信号線やバスを、下部ビット線ＢＬＬと同じ配線層を用いて第１方向に沿って形成することが出来ず、メモリセルアレイ下部の配線層の数を増やす必要がある。その結果、製造コストが上昇する。
【０１３３】
本実施形態に係る構成であると、上記問題点を解決出来る。すなわち、本実施形態では、メモリセルアレイ１０を複数の領域Ｒ１〜Ｒ３に分割することで、ビット線ＢＬのメモリセルアレイ１０下への引き込み口を分散させている。その結果、メモリセルアレイ１０下部の配線混雑を緩和させることができ、片側センスアンプ方式を実現出来る。
【０１３４】
より具体的には、配線が最も混雑するのはビット線ＢＬとセンスアンプ１３との接続口である。よって、これらをメモリセルメモリセルアレイ１０下で複数グループに分散配置させる。すなわち、まず、第１のメモリセルアレイ分割部ＲＣＵ１、ＲＣＬ１でメモリセルアレイ１０下部に引き込まれる第１のビット線群（奇数ビット線ＢＬ１、ＢＬ３、…）と第１のセンスアンプ群（奇数ビット線に対応するセンスアンプ回路ＳＡＣ）の接続部を設ける。分割部ＲＣＵ１、ＲＣＬ１においてメモリセルアレイ１０下部に引き込まれるビット線ＢＬの本数は、全１２８本のうちの半分の６４本である。従って、この領域における配線混雑は、図１４の場合に比べて半分となる。更に、この第１のビット線群がメモリセルアレイ下部のセンスアンプ回路ＳＡＣに接続されることで、第１方向に沿って下部ビット線ＢＬＬの数は減少し、配線混雑が更に緩和される。
【０１３５】
そして、最も遠いセンスアンプ回路ＳＡＣに下部ビット線ＢＬＬ１が接続された部分で、第２のメモリセルアレイ分割部ＲＣＵ２、ＲＣＬ２が設けられる。更に、分割部ＲＣＵ２、ＲＣＬ２を介してメモリセルアレイ下部に引き込まれる第２のビット線群（偶数ビット線ＢＬ０、ＢＬ２、…）と第２のセンスアンプ群（偶数ビット線に対応するセンスアンプ回路ＳＡＣ）の接続部を設ける。
【０１３６】
以上のように、メモリセルアレイ１０を複数の領域Ｒ１〜Ｒ３に分割し、分割された領域Ｒ２、Ｒ３下部において、グループ分けされたビット線ＢＬのそれぞれとセンスアンプ１３とを接続する。これにより、下部ビット線ＢＬＬの配線長を短くし、高速な動作が可能となる。更に、メモリセルアレイ１０下部における配線混雑を緩和し、配線層の層数を削減でき、製造コストを低減出来る。
【０１３７】
２．第２実施形態  
次に、第２実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態とは異なる接続部ＲＣＵ、ＲＣＬの例の幾つかを示すものである。以下では、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【０１３８】
２．１  第１の例  
まず図１５を用いて第１の例について説明する。図１５は、メモリセルアレイ１０と、その下部に設けられたセンスアンプ１３及びデータラッチ１４との接続関係を示す平面図であり、第１実施形態で説明した図１１と同じ領域を示している。
【０１３９】
図示するように、本例は、第１実施形態で説明した図１１の構成において、接続部ＲＣＵ１をメモリセルアレイ１０の外部に設けている。同時に、接続部ＲＣＬ１もセンスアンプ１３の外部に設けている。このような場合であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４０】
２．２  第２の例  
次に図１６を用いて第２の例について説明する。図１６は、メモリセルアレイ１０と、その下部に設けられたセンスアンプ１３及びデータラッチ１４との接続関係を示す平面図であり、第１実施形態で説明した図１１と同じ領域を示している。
【０１４１】
図示するように、本例は、第１実施形態で説明した図１１の構成において、接続部ＲＣＵ、ＲＣＬの数を３個にしたものである。これによりメモリセルアレイ１０は４分割される。このような場合であっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、下部ビット線ＢＬＬの長さの平均は、第１実施形態よりも短くなる。従って、より高速な動作が可能となる。
【０１４２】
もちろん、接続部ＲＣＵ、ＲＣＬの数は４個以上であっても良い。また、第１の例と第２の例を組み合わせて、図１６の構成において、いずれかの接続部ＲＣＵをメモリセルアレイ１０外部に設けても良い。
【０１４３】
２．３  第３の例  
次に図１７を用いて第３の例について説明する。図１７はメモリセルアレイ１０の一部領域の平面図であり、特に上部ビット線ＢＬＵの平面パターンを示している。
【０１４４】
図示するように、上部ビット線ＢＬＵは、隣接する上部ビット線ＢＬＵと交差するように形成されても良い。そして、交差する領域に接続部ＲＣＵを形成しても良い。例えば上部ビット線ＢＬＵ０とＢＬＵ１の場合、上部ビット線ＢＬＵ０は、第１、第２領域Ｒ１、Ｒ２、及び接続部ＲＣＵにおいて、２層目の金属配線層Ｄ１で形成される。これに対して上部ビット線ＢＬＵ１は、第１、第２領域Ｒ１、Ｒ２では２層目の金属配線層を用いて形成されるが、接続部ＲＣＵでは３層目の金属配線層Ｄ３に接続され、この金属配線層Ｄ３により上部ビット線ＢＬＵ０上を通過する。
【０１４５】
このように、隣接する上部ビット線ＢＬＵの位置を、領域毎に入れ替えることで、上部ビット線ＢＬＵの容量を適切に設計出来る。更に、上部ビット線ＢＬＵが入れ替わる位置では、少なくともいずれか一方の上部ビット線ＢＬＵを上層の金属配線層に接続するためのコンタクトプラグを形成する必要がある。従って、この領域に、下部ビット線ＢＬＬに接続するコンタクトプラグＣＰ１を形成すれば、接続部ＲＣＵを設けることによる面積増加を抑制出来る。
【０１４６】
３．第３実施形態  
次に、第３実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、ビット線ＢＬとセンスアンプとの接続方法に関するものであり、上記第１、第２実施形態とは異なる接続方法の例を示すものである。以下では、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【０１４７】
３．１  第１の例  
まず、図１８及び図１９を用いて第１の例について説明する。図１８は、メモリセルアレイ１０と、その下部に設けられたセンスアンプ１３との接続関係を示す平面図であり、第１実施形態で説明した図１１と同じ領域を示している。但し、簡略化のため、データラッチ、及びセンスアンプとデータラッチとを接続する配線の図示を省略している。また、図１９は図１８の断面図であり、特に下部ビット線ＢＬＬ０が見える領域を示している。
【０１４８】
図示するように本例は、第１実施形態で説明した図１１の構成において、接続部ＲＣＬで上部ビット線ＢＬＵに接続される下部ビット線ＢＬＬを、該接続部ＲＣＬを挟んだ両側に第１方向Ｄ１に沿って配置したものである。より具体的には、以下の通りである。
【０１４９】
前述の通り、偶数下部ビット線ＢＬＬ０、ＢＬＬ２、ＢＬＬ４、…は、接続部ＲＣＬ２を介して上部ビット線ＢＬＵに接続される。これらの下部ビット線は順番に、接続部ＲＣＬ２を挟んで互いに対向するように配置される。言い換えれば、下部ビット線ＢＬＬ０、ＢＬＬ４、ＢＬＬ８、…及びこれらに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは、領域Ｒ３直下に設けられる。他方、下部ビット線ＢＬＬ２、ＢＬＬ６、ＢＬＬ１０、…及びこれらに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは、領域Ｒ２直下に設けられる。
【０１５０】
奇数下部ビット線ＢＬＬ１、ＢＬＬ３、ＢＬＬ５、…は、接続部ＲＣＬ１を介して上部ビット線ＢＬＵに接続される。これらの下部ビット線は順番に、接続部ＲＣＬ１を挟んで互いに対向するように配置される。言い換えれば、下部ビット線ＢＬＬ１、ＢＬＬ５、ＢＬＬ９、…及びこれらに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは、領域Ｒ２直下に設けられる。他方、下部ビット線ＢＬＬ３、ＢＬＬ７、ＢＬＬ１１、…及びこれらに接続されるセンスアンプ回路ＳＡＣは、領域Ｒ１直下に設けられる。
【０１５１】
このように下部ビット線ＢＬＵは、接続部ＲＣＬの片側だけでなく両側に引き出されても良い。本構成によれば、下部ビット線ＢＬＬの隣接間隔を、図１１に示す場合の倍にすることが出来、配線レイアウトが容易となる。更に、各下部ビット線ＢＬＬの長さを、図１１に示す場合の略半分にすることが出来る。このように、下部ビット線ＢＬＬの長さをより一層短くすることが出来、高速動作を可能とする。
【０１５２】
なお、図１８及び図１９は、下部ビット線を両側に引き出す方法を図１１に適用したものであるが、先に説明した図１５乃至図１７で説明した構成にも適用可能である。
【０１５３】
３．２  第２の例  
次に、図２０及び図２１を用いて第２の例について説明する。図２０は、メモリセルアレイ１０下部に設けられたセンスアンプ１３の回路図とその平面図とを示している。図２０の平面図は、図１８と同じ領域を示している。但し、図２０においても簡略化のため、データラッチ、及びセンスアンプとデータラッチとを接続する配線の図示を省略している。また図２１は、図２０におけるＸ１−Ｘ１’線に沿った断面図である。
【０１５４】
図２０に示すように、センスアンプ１３は、大まかには高耐圧トランジスタ領域ＨＶＲと低耐圧トランジスタ領域ＬＶＲの２つの領域に分けることが出来る。領域ＨＶＲは比較的高い電圧を取り扱う領域であり、フックアップ部７０がそれに相当する。領域ＨＶＲ内のトランジスタは、例えばゲート絶縁膜の厚い高耐圧トランジスタである。これに対して低耐圧トランジスタ部ＬＶＲは、領域ＨＶＲよりも低い電圧を取り扱う領域であり、センスアンプ部７１及びデータ保持部７２がそれに相当する。領域ＬＶＲ内のトランジスタは、例えば領域ＨＶＲ内のトランジスタよりもゲート絶縁膜の薄い低耐圧トランジスタである。
【０１５５】
そして本例では、図２０及び図２１に示すように、各センスアンプ回路ＳＡＣにおける高耐圧トランジスタ領域ＨＶＲが接続部ＲＣＬの近くにまとめて配置され、低耐圧トランジスタ領域ＬＶＲは、接続部ＲＣＬから遠い位置に順次配置される。
【０１５６】
すなわち、接続部ＲＣＬ内のコンタクトプラグＣＰ１は、下部ビット線ＢＬＬ及びコンタクトプラグＣＰ２によって、高耐圧トランジスタ領域ＨＶＲに接続される。より具体的には、トランジスタ７３、７４の電流経路の一端に接続される。そしてトランジスタ７３、７４の電流経路の他端は、コンタクトプラグＣＰ１０、ノードＢＬＩ（下部ビット線ＢＬＬと同じ高さに設けられた金属配線層）、及びコンタクトプラグＣＰ１１を介して、低耐圧トランジスタ領域ＬＶＲに接続される。より具体的には、トランジスタ７５の電流経路の一端に接続される。
【０１５７】
上記の構成において、各下部ビット線ＢＬＬの長さは略同一である。これに対して配線層ＢＬＩは、図１１の下部ビット線ＢＬＬと同様に、互いに配線長が異なる。つまり、対応する領域ＬＶＲが最も遠い場所に設けられた配線層ＢＬＩ０、ＢＬＩ１が最も長く、対応する領域ＬＶＲが最も近い場所に設けられた配線層ＢＬＩ１２６、ＢＬＩ１２７（図示せず）が最も短い。
【０１５８】
以上のような配線方法を用いることも出来る。なお、図２０及び図２１は、センスアンプを領域ＨＶＲ、ＬＶＲに分割する方法を図１１に適用したものであるが、先に説明した図１５乃至図１９で説明した構成にも適用可能である。
【０１５９】
４．変形例等  
上記のように、実施形態に係る半導体記憶装置１は、周辺回路１３と、メモリセルアレイ１０と、上部ビット線とＢＬＵと、第１、第２接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２とを備える。周辺回路１３は、半導体基板２０上に設けられる。メモリセルアレイ１０は、層間絶縁膜を介在して周辺回路１３上に設けられ、各々が層間絶縁膜上に積層された複数のメモリセルＭＴを含む第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が第１方向Ｄ１に沿って配列される。上部ビット線ＢＬＵは、メモリセルアレイ１０上に第１方向Ｄ１に沿って設けられ、メモリセルＭＴと電気的に接続される。第１、第２接続部ＲＣＵ１、ＲＣＵ２はそれぞれ、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に沿って配列されたコンタクトプラグＣＰ１を備え、いずれか一方が第１、第２領域Ｒ１、Ｒ２間に設けられる。上部ビット線ＢＬＵは、第１接続部ＲＣＵ１のコンタクトプラグＣＰ１を介して周辺回路１３に接続される第１上部ビット線（奇数ビット線）と、第２接続部ＲＣＵ２のコンタクトプラグＣＰ１を介して周辺回路１３に接続される第２上部ビット線（偶数ビット線）とを備える。
【０１６０】
本構成により、半導体記憶装置１の動作速度を向上出来る。但し、実施形態は上記説明した形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では図１０で説明したように、入出力パッド１９がチップの片側に纏めて設けられ、且つビット線ＢＬと直行する第２方向Ｄ２に沿って配列される場合を例に挙げて説明した。しかし、図２２の半導体チップの平面レイアウトに示すように、入出力パッド１９はビット線ＢＬに平行に第１方向Ｄ１に沿って設けられても良い。しかしながら、データバスＤＢを短くするという点では、図１１の構成の方が望ましい。
【０１６１】
あるいは、第１実施形態で説明した両側センスアンプ方式であっても良い。この場合の平面レイアウトを図２３及び図２４に示す。図示するように、センスアンプ１３及びデータラッチは２つに分割されて、メモリセルアレイ１０下部の領域の２箇所に配置される。このような場合において上記実施形態を適用しても構わない。
【０１６２】
また、図１３で説明した２層の金属配線層Ｍ０、Ｍ１は、種々の用途に使用することが出来る。例えば、２層目の金属配線層Ｍ１は、下部ビット線ＢＬＬや共通バスＣＢＳＡ、ＣＢＤ、ＤＢ等に使用することが出来る。金属配線層Ｍ１より下のレイヤに形成される１層目の金属配線層Ｍ０は、例えば電源線、ＧＮＤ線、あるいはＮＡＮＤ型フラッシュメモリ１内で広く用いられるグローバル制御信号に使用することが出来る。
【０１６３】
また、図２に示したメモリセルアレイは、図２５のような構成としても良い。図２５は、ブロックＢＬＫ０の回路図であり、その他のブロックＢＬＫ１〜ＢＬＫ３も同様の構成を有し得る。図示するように、ワード線ＷＬ０〜ＷＬ３、バックゲート線ＢＧ、偶数番目のセレクトゲート線ＳＧＤ０、ＳＧＤ２、及び奇数番目のセレクトゲート線ＳＧＳ１、ＳＧＳ３は、メモリセルアレイ１０の一端側に引き出される。これに対してワード線ＷＬ４〜ＷＬ７、偶数番目のセレクトゲート線ＳＧＳ０、ＳＧＳ２、及び奇数番目のセレクトゲート線ＳＧＤ１、ＳＧＤ３は、メモリセルアレイの、前記一端側とは逆側の他端側に引き出される。このような構成としても良い。本構成において、例えばロウデコーダ１１を２つのロウデコーダに分割し、メモリセルアレイ１０を挟んで対向するようにこれらを配置しても良い。そして、一方のロウデコーダによりセレクトゲート線ＳＧＤ０、ＳＧＤ２、ＳＧＳ１、ＳＧＳ３、ワード線ＷＬ０〜ＷＬ３、及びバックゲート線ＢＧを選択し、他方のロウデコーダによりセレクトゲート線ＳＧＳ０、ＳＧＳ２、ＳＧＤ１、ＳＧＤ３、及びワード線ＷＬ４〜ＷＬ７を選択するようにしても良い。本構成によれば、ドライバ回路１２とメモリセルアレイ１０との間の領域（ロウデコーダ１１を含む）のセレクトゲート線やワード線等の配線の混雑を緩和出来る。
【０１６４】
更に、上記実施形態では半導体記憶装置として、三次元積層型のＮＡＮＤ型フラッシュメモリを例に挙げて説明した。しかし、三次元積層型のＮＡＮＤ型フラッシュメモリとしは、図３乃至図５の構成に限られるものでは無い。例えば、半導体層２６はＵ字型の形状ではなく、１本の柱状であっても良い。この場合トランジスタＢＴは不要である。また上記実施形態はＮＡＮＤ型フラッシュメモリに限らず、メモリセルが三次元に積層され、且つメモリセルアレイ直下に周辺回路が配置される半導体装置全般に適用出来る。このような半導体装置には、例えば非オーミック素子と抵抗変化材料とでメモリセルが形成されるＲｅＲＡＭ（Resistive ＲＡＭ）がある。
【０１６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１６６】
１…半導体記憶装置、１０…メモリセルアレイ、１１…ロウデコーダ、１２…ドライバ回路、１３…センスアンプ、１４…データラッチ、１５…データ制御回路、１６…入出力バッファ、１７…入出力パッド群、１８…ＮＡＮＤストリング、１９…入出力パッド、２０…半導体基板、２１、２３ａ〜２３ｄ、２６、２７ａ、２７ｂ、３０ａ、３０ｂ…半導体層、２５ａ…ブロック層、２５ｂ…電荷蓄積層、２５ｃ、２９ａ、２９ｂ…ゲート絶縁膜、３１〜３３…金属層、４０…ブロックデコーダ、６０…ＣＧドライバ、６１…ＳＧＤドライバ、６２…ＳＧＳドライバ、６３…電圧ドライバ、６４…ＢＧドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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