JP2010508768A - プログラマブル・ロジック用電荷捕獲不揮発性スイッチ・コネクタ - Google Patents
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Abstract
不揮発性電荷捕獲格納セルは、FPGAのようなプログラマブル・ロジックの用途に用いられるロジック相互接続トランジスタを選択する。不揮発性電荷捕獲エレメントは、制御ゲートの下で、半導体基板の表面上にある酸化物の上方に位置する絶縁体である。好適な実施形態では、集積デバイスは、2つの不揮発性電荷捕獲格納部間に挟持されたワード・ゲート部を備えており、集積デバイスを高バイアス、低バイアス、および出力の間に接続する。出力は、ワード・ゲート部の直下にあるチャネルに接続されている拡散部によって形成される。2つの格納部のプログラム状態によって、高バイアスまたは低バイアスのどちらを、出力拡散部に接続されているロジック相互接続トランジスタに結合するかを決定する。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本願は、2006年11月1日に出願した仮特許出願第60/856,053号の優先権を主張する。その内容は、ここで引用したことによりその全体が本願にも含まれるものとする。
本発明は、不揮発性メモリおよび構成変更可能なロジック・エレメントに関し、特に、電荷捕獲不揮発性メモリによって実施される、構成変更可能なロジック・エレメントに関するものである。
プログラム・ロジック・アレイ(PLA)やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)のようなプログラマブル・ロジック・アレイは、構成変更可能なロジック・エレメントおよび構成変更可能な相互接続経路を備えている。構成エレメントをプログラムすることにより、同じハードウェア・チップ上に、異なる機能を実装することができる。従来、構成エレメントは、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)またはパス・ゲートに接続するラッチである。図1は、先行技術のプログラマブル論理接続を示し、パス・トランジスタ11が2つのロジック・エリア13および14の間に接続されている。パス・トランジスタ11のゲートは、ラッチ12に接続されている。ラッチ12の設定によって、パス・トランジスタ11をオンまたはオフにするのか否か制御する。一般に、ラッチおよび/またはSRAMは、パス・トランジスタの状態を制御するために用いられる。何故なら、プロセス技術を単純なCMOSにすることができるからである。米国特許第4,750,155号(Hsieh)は、2つのインバータとパス・トランジスタとを含み、確実な読み取りおよび書き込みが可能な5トランジスタ・メモリ・セルを対象とする。しかしながら、ラッチおよびSRAMを用いることの欠点は、プログラマブル・エレメントが揮発性であることであり、これが意味するのは、電源を入れる度に、ラッチおよびSRAMの状態を確立し直さなければならないということである。
また、フューズまたはアンチフューズ(anti-fuse)、ならびに消去可能プログラマブル・リード・オンリ・メモリ(EPROM)および電気的消去可能プログラマブル・リード・オンリ・メモリ(EEPROM)セルの形態で、不揮発性メモリをプログラマブル構成エレメントに組み込むこともできる。フューズに基づく不揮発性メモリ(NVM)は、高集中電流によって配線経路のセグメントを分離する必要があり、したがって、リプログラマブルではない。米国特許第4,899,205号(Handyその他)は、電気的プログラマブル低インピーダンス・アンチ・フューズ・エレメントを対象とする。しかしながら、EPROMおよびEEPROMデバイスは繰り返しプログラムすることができるものの、プログラムおよび消去に高電圧を必要とする。酸化物デバイスを厚くしなければならず、プロセスも複雑化せざるを得ないので、チップ性能が低下し、処理コストが増大する可能性がある。
一般に、FPGAでは、論理接続にはいくつかの種類および変形がある。図1では、2つのロジック・エリア13および14はNMOSパス・ゲート11を通じて互いに接続されている。1つのゲートを用いることにより、半導体エリアを最大限利用することができるが、2つのロジック・エリア間を送信される信号は、トランジスタ11のVT(閾値電圧)によって劣化する。VT下降を回避するために、NMOS−PMOS相補パス・ゲート、または酸化物の厚さを増したNMOSトランジスタおよび昇圧したゲート・電圧を用いて、接続を形成することもできる。論理接続内に組み込んだリプログラマブル不揮発性メモリを実装したFPGAが、フローティング・ゲート型メモリによって実現されている。米国特許第5,576,568号(Kowshik)では、単一トランジスタ電気的可変スイッチが、ファウラー・ノルドハイム・トンネリングによってプログラムおよび消去するフローティング・ゲート・メモリ用に振り向けられている。
米国特許第6,252,283号B1(Salter IIIその他)では、プログラムおよび消去用FNトンネリング・デバイスを有する不揮発性リプログラマブル相互接続セルが、2つのフローティング・ゲート・デバイスが1つのフローティング・ゲートを共有し、一方のデバイスがメモリ記憶デバイスとして機能し、他方のデバイスがロジック・スイッチ・セルとして機能するデバイス構成用に振り向けられている。図2の先行技術に示すように、ロジック・スイッチ・セル17のソースおよびドレインが論理アレイに接続されており、一方メモリ・ストレージ18のソースおよびドレインをバイアスして、共通フローティング・ゲートに対して電子をプログラムおよび消去することができる。スイッチ・トランジスタ17のプログラムおよび消去は、電子トンネリング・デバイス19におけるトンネリングによって完全に行われる。このデバイスには2つの主要な利点があり、それは典型的なSRAMデバイスよりも面積が狭くて済むこと、そして不揮発性であることである。つまり、図2のデバイスを内蔵するロジック・アレイは、ブートアップ時には既に構成設定されているが、ロジックの経路内にフローティング・ゲート・デバイスを有すると、速度に悪影響を及ぼす可能性がある。何故なら、酸化物デバイスは厚い程低速になるからである。速度の不利を軽減する1つの方法は、フローティング・ゲート・ロジック・スイッチ17の閾値電圧を、それが負値になるまで低下させることによって、デバイスの電流駆動を増大させることである。
米国特許第5,587,603号(Kowshik)は、PMOSフローティング・ゲート・トランジスタとNMOSフローティング・ゲート・トランジスタとから成り、双方のデバイスが同じフローティング・ゲートおよび制御ゲートを共有する、ゼロ電力不揮発性ラッチを対象とする。図3に示すように、これらのデバイスのドレインは互いにも接続されて出力端子を形成する。出力端子は、通常、ロジック・スイッチ・ゲートのゲートに割り当てられている(apply)。共通フローティング・ゲートに電子を格納することによって、ロジック・スイッチ・ゲートがオンかまたはオフかを決定する。
米国特許第5,587,603号(Kowshik)は、PMOSフローティング・ゲート・トランジスタ22およびNMOSフローティング・ゲート・トランジスタ23から成るラッチ用の、2トランジスタゼロ電力電気的可変不揮発性ラッチを対象としており、図3に示すように、双方のデバイスが同じフローティング・ゲート24および制御ゲートを共有する。また、これらのトランジスタのドレインも互いに接続されて出力端子25を形成し、通常、ロジック・スイッチ・ゲートのゲートに割り当てられている。共通フローティング・ゲートに電子を格納することによって、ロジック・スイッチ・ゲートがオンかまたはオフかを決定する。
プログラマブル・ロジックにおけるNVMのような、前述の先行技術そしてその他の先行技術は、フローティング・ゲート型フラッシュ・メモリによって実現されている。しかしながら、最近の傾向では、電荷を格納するために、フローティング・ゲートの代わりに電荷捕獲媒体を用いている。NVMプログラマブル・ロジックのような埋め込みCMOSの応用範囲では、電荷捕獲メモリは、信頼性向上、優れたスケーラビリティ、簡素な処理、そして場合によっては、動作電圧の低下をもたらす。
捕獲型メモリ・セルの4つの基本的な形式を図4a、図4b、図4c、および図4dに示す。図4aは、制御ゲートMGATEの下に窒化物またはその他の捕獲材料401を配置した基本的なプレーナ構造を示す。ここでは、電荷は捕獲フィルム401全体に均一に格納される。チャネルを通じたトンネリングによって、電子を注入および放逐する。プログラムおよび消去の電圧条件を表1aに示す。利用するトンネリング・メカニズムが直接トンネリングである場合、底位にある酸化物の厚さを、約20オングストローム程度に薄くしなければならない。用いるトンネリング・メカニズムがファウラー・ノルドハイムである場合、底位にある酸化物の厚さは約40オングストロームよりも厚くすることができるが、更に高い電圧が必要となる可能性がある。現在当業界では、ファウラー・ノルドハイム・トンネリングの間に必要な電圧を低下させることができるようにバンド・ギャップに工夫した数種類の酸化物が調査されている。
本発明の目的は、フローティング・ゲート・メモリ・デバイスの代わりにトラップ型メモリ・デバイスを用いることによって、プログラマブル・ロジック・アレイ用の不揮発性構成エレメントを導入することである。
本発明の別の目的は、1つのチャネル上において2つの電荷捕獲格納部に包囲されたワード・ゲート部を備え、単一集積デバイスの出力がワード・ゲート部の直接下にあるチャネルとなる、単一集積デバイスを提供することである。
本発明の更に別の目的は、半導体酸化物と制御ゲートとの間に電荷捕獲絶縁体を設けることであり、電荷捕獲絶縁体は、窒化物膜、ナノ・クリスタル膜、または不揮発性電荷格納を適切に設けることができる他の絶縁体膜であればいずれでもよい。
電荷捕獲格納セルの4つの基本的な形式を、図4a、図4b、図4c、および図4dに示す。図4aは、基本的なプレーナ構造であり、ここでは、窒化物401または同等の材料が制御ゲートMGの下に配置されている。ここでは、電荷は捕獲膜401全体に均一に格納される。チャネルを通じたトンネリングによって、電子を注入および放逐する。プログラムおよび消去の電圧条件を表1aに示す。利用するトンネリング・メカニズムが直接トンネリングである場合、底位にある酸化物の厚さを、約20オングストローム程度に、薄くしなければならない。用いるトンネリング・メカニズムがファウラー・ノルドハイムである場合、底位にある酸化物の厚さは、約40オングストロームよりも厚くすることができるが、更に高い電圧が必要となる場合がある。バンド・ギャップに工夫した数種類の酸化物が、現在当業界では調査されており、ファウラー・ノルドハイム・トンネリングの間に必要な電圧を低下させることができる。
図4bは、図4aと同じ構造を示すが、このセルでは、破線の円402で示すように、窒化物膜の縁部に電荷が格納される。尚、二重格納のために、窒化物膜の双方の縁部を用いることが可能であることを注記しておく。片面401における動作のための電圧を、表1bに示す。
分割ゲートの下に窒化物膜403を有する片面分割ゲート構造を図4cに図示し、対応する電圧動作表を表1cに示す。
図4dは、双二重分割ゲートの下に窒化物膜404を有する双分割ゲート構造を図示し、電圧動作表を表1dに示す。
添付図面を参照しながら、本発明について説明する。図面において、
図1は、先行技術のプログラマブル論理接続を示す。
図2は、先行技術の不揮発性プログラマブル相互接続セルを示す。
図3は、先行技術の電気的可変、ゼロ電力不揮発性ラッチである。
図4aは、捕獲型メモリ・セルの基本形式を示す。
図4bは、捕獲型メモリ・セルの基本形式を示す。
図4cは、捕獲型メモリ・セルの基本形式を示す。
図4dは、捕獲型メモリ・セルの基本形式を示す。
図5は、本発明の好適な実施形態の模式図である。
図6は、本発明の好適な実施形態のセル・レイアウトである。
図7は、本発明の好適な実施形態の等価回路である。
図8は、本発明の第2実施形態の模式図である。
図9は、本発明の第2実施形態のタイミング図である。
図10は、本発明の第3および第4実施形態の模式図である。
図11は、本発明の第5実施形態の模式図である。
図12は、本発明の第6実施形態の模式図である。
図13は、本発明の第6実施形態のプログラミングおよび消去についての状態図である。
図14は、本発明の第7実施形態において用いられるPMOSデバイスの断面図である。
図15は、本発明の第7実施形態の模式図である。
好適な実施形態の回路図を図5に示す。出力OUTを有する集積二重格納部位デバイスM5がスイッチ1111のゲートに接続されており、一方スイッチ1111は2つのロジック・エレメント1113および1114の間に接続されている。スイッチ1111のスイッチ状態は、2つの格納部位MHおよびMLのプログラム状態によって制御される。格納エレメントMHおよびMLは、デバイスの初期酸化物上に形成された絶縁体、例えば、電荷を捕獲する窒化物膜またはナノ・クリスタル膜である。
二重格納部位デバイスM5は、ワード・ゲート・デバイス部1108を備えている。ワード・ゲート・デバイス部1108は、高バイアスBHに接続されている高側格納デバイス部1109と、低バイアスBLに接続されている低側格納デバイス部1110との間に挟持されている。ワード・ゲート・デバイス部1108の下でチャネルに接続されている拡散部が出力OUTを形成し、出力OUTはロジック相互接続スイッチ1111のゲートに接続されている。格納部位MHおよびMLがプログラムまたは消去されているとき、信号PDNによって制御されるCMOSトランジスタが、出力OUTを回路接地に接続する。
ワード・ゲート信号WGがワード・ゲート・デバイス部1108に接続されており、制御ゲート信号CGHが高側格納デバイス1109の制御ゲートに接続されており、制御ゲート信号CGLが低側格納デバイス部1110の制御ゲートに接続されている。ワード・ゲート信号WGおよび2つの制御ゲート信号CGHおよびCGLは、2つの格納部位MHおよびMLに格納されている電荷をプログラムまたは消去するために、そして格納デバイスM5の読み取りを可能にするために用いられる。格納デバイスM5からの信号は、ロジック相互接続トランジスタ1111に接続され、ロジック相互接続トランジスタをオンまたはオフに切り換える。表2は、格納デバイスM5のプログラム、消去、および読み取りに必要な種々の電圧を示す。スイッチ状態を「オフ」にして読み取りモードにするためには、上位格納デバイス部1109に対して高閾値電圧を生成するように格納部位MHをプログラムし、下位格納デバイス部1110に対して低閾値電圧を生成するように格納部位MLを消去することにより、低ロジック電圧0Vをロジック相互接続トランジスタ1111に接続させて、ロジック相互接続トランジスタをオフにする。ロジック相互接続トランジスタ1111をオンにするには、下位格納デバイス部1110において高閾値電圧が生ずるように格納部位MLをプログラムして低バイアスBLをワード・ゲート・チャネル部1108から遮断し、格納部位MHを消去して、上位格納デバイス部1109に低閾値電圧が生ずるようにして、高バイアスBHをワード・ゲート・チャネル部1108に供給する。格納部位MHおよびMLは、チャネル熱電子注入によってプログラムし、熱ホール消去によって消去する。
図6において、好適な実施形態のメモリ・デバイスM5の半導体レイアウトを示す。3つのデバイス部1108、1109および1110(図5)の下にあるチャネルは、BH、BL、およびOUTに対する3つの拡散部に接続されているように示されている。チャネルの上に位置するのは、2つの制御ゲートCGHおよびCGL、ならびにワード・ゲートWGである。制御ゲートCGHおよびCGLの下には、格納電荷絶縁膜MHおよびMLがそれぞれ配置されている。格納デバイスM5のチャネルは、中央タップ・チャネルであり、OUTがワード・ゲートWGの下の部分に中央タップ接続されており、ワード・ゲート下のチャネルの電圧をロジック相互接続デバイス1111に接続する。
図7の図は、好適な実施形態の格納デバイスM5の等価回路を提示する。等価回路におけるワード・ゲート・デバイス1108は、3箇所に配置されており、上位電荷捕獲格納デバイス1109に接続され、下位電荷捕獲格納デバイス1110に接続され、更にOUTに接続されている。OUTへの接続は、格納デバイスM5のチャネルの中央タップを形成する。
図8に、本発明の第2実施形態を示す。P−チャネル・トランジスタ515が、高電圧VMHおよび低電圧VMLの間において、メモリ・ゲート格納トランジスタ516aに接続されている。格納トランジスタ516aは、不揮発性電荷捕獲デバイスであり、電荷捕獲エレメント516bが絶縁物、例えば、窒化物膜またはナノ・クリスタル膜によって形成されている。P−チャネル・トランジスタ515と格納トランジスタ516aとの間の接続がノードNBを形成し、ノードNBは書き込み制御ゲート517を介してラッチ512に接続されている。ラッチ512の状態が、ロジック相互接続トランジスタのオン−オフ状態を制御する。ロジック相互接続トランジスタがオンになると、2つのロジック機能513および514を互いに接続する。
引き続き図8を参照すると、書き込み制御ゲート517は、ラッチ512を設定するプロセスにおいて2回開放される。最初は、ラッチを高状態にリセットするときであり、2回目は、ラッチの状態をプログラムするときである。ラッチを高論理状態にリセットするには、プリチャージ・トランジスタ515を用い、ノードNBを高値に充電する。プリチャージ・トランジスタ515およびワード制御ゲート517をオフにすると、格納トランジスタ516aがオンになる。格納トランジスタを低状態(電荷捕獲無し)にプログラムすると、ノードNBはVMLに等しい値に低下する。ワード制御ゲートを2回目にオンにすると、ラッチ512の状態が低状態に切り替わる。格納トランジスタを高状態(電荷捕獲)にプログラムすると、ノードNBは高電圧状態のまま留まり、書き込み制御ゲートを2回目にオンにすると、ラッチは高状態のまま留まる。図9は、プリチャージ・トランジスタ515に接続するPCHG信号、ワード・ゲート・トランジスタ517に接続するWCG信号、および格納トランジスタ516aに接続するMG信号のタイミングを示す。
図10に、本発明の第3および第4実施形態の模式図を示す。2つのNMOS格納トランジスタMHおよびMLが、高バイアスBHおよび低バイアスBLの間に直列に接続されている。格納トランジスタMHおよびMLは、不揮発性であり、電荷格納絶縁膜710が、各格納トランジスタのゲートの下に形成されている。電荷格納絶縁体710は、半導体基板上に形成されている酸化物と各格納トランジスタのゲートとの間に位置し、電荷を格納することができる絶縁体であり、例えば、窒化物膜またはナノ・クリスタル膜である。ファウラー・ノルドハイム・トンネリングまたは直接トンネリングを用いて、電荷格納絶縁体710に電子を注入し、あるいは電荷格納絶縁体710から放逐する。2つの格納トランジスタにより、2つのプログラム状態が可能となり、(1)バイアス電圧BHを遮断するように上位格納トランジスタMHをプログラムし、低バイアスBLをパス・トランジスタ715に接続させるように、下位格納トランジスタMLを消去する。(2)バイアス電圧BLを遮断するように、下位格納トランジスタMLをプログラムし、高バイアスBHをパス・トランジスタ715に接続させるように、上位格納トランジスタMHを消去する。
引き続き図10を参照すると、格納トランジスタMHおよびMLは、パス・トランジスタ715、接地トランジスタ717、およびデータ・トランジスタ716によるプログラムおよび消去動作の間、ロジック相互接続トランジスタ711から切断される。パス・トランジスタ715のゲートが高であるとき、格納トランジスタMHおよびMLはロジック相互接続トランジスタを制御する。パス・トランジスタのゲートが低であるとき、ロジック相互接続トランジスタのゲートは、接地トランジスタ717によって接地され、ロジック相互接続トランジスタ711をオフにして、2つの格納トランジスタMHおよびMLの消去およびプログラム動作の高電圧からロジック相互接続トランジスタを保護する。格納トランジスタMHおよびMLは、本発明の第3実施形態では、電子をそれぞれのチャネルに対してトンネリングすることによって、プログラムおよび消去を行う。表3は、格納トランジスタMHおよびMLをプログラムおよび消去するために必要な近似電圧、ならびにロジック相互接続トランジスタ711を動作させるためにパス・トランジスタ715を通じてOUTに接続されている格納トランジスタの応対を読み取るために必要な近似電圧を規定する表である。ロジック相互接続トランジスタのスイッチ状態が「オフ」になるのは、低バイアス電圧BLをOUTにパス・トランジスタ715を介して接続させるように、上位格納トランジスタMHをプログラムし下位格納トランジスタを消去したときである。ロジック相互接続トランジスタ711のスイッチ状態が「オン」になるのは、下位格納トランジスタMLをプログラムし上位格納トランジスタMHを消去して、高バイアス電圧BHをパス・トランジスタ715を介して接続させ、パス・トランジスタ715を介してOUTに接続させたときである。表3において「PASS」の下に示す電圧は、データ・トランジスタ716および接地トランジスタ717のゲートに接続しなければならないパス・バー(PASS BAR)電圧である。高電圧消去動作中に、データ・トランジスタ716にDATAから格納トランジスタMHおよびMLに15Vを結合させるには、(15)の更に高い電圧が必要となる。
本発明の第4実施形態では、格納トランジスタMHおよびML(図10に示す回路)は、チャネル熱電子トンネリングによってプログラムされ、熱ホール注入によって消去する。その場合の近似電圧を表4に示す。表3および表4を比較すると分かるように、プログラム電圧および消去電圧は異なり、PASSの列において括弧内に示す電圧は、格納トランジスタMHおよびMLに接続するDATA電圧を高められるようにするために必要なPASS BAR電圧である。
図11に、本発明の第5実施形態の回路図を示す。2つの格納デバイスMHおよびMLがあり、これらは電荷を捕獲するために絶縁体810を用いる、片面分割ゲート・デバイスである。窒化物膜またはナノ・クリスタル膜が、電荷格納絶縁体を形成する。電荷格納絶縁体は、格納エレメントの制御ゲートの下に位置する。2つの格納デバイス間の接続部に形成されているNode0が、パス・ゲート815を介してOUTに接続されており、OUTはロジック相互接続トランジスタのゲートに接続されている。ロジック相互接続トランジスタは、2つの論理機能813および814の間を接続する。データ・ゲート816および接地ゲート817は、PASS BAR信号によって制御され、この信号によってプログラムおよび消去データをNode0に接続し、ロジック相互接続トランジスタのゲートを接地することが可能となる。
2つの格納デバイスMHおよびMLは、高バイアスBHおよび低バイアスBLの間において直列に接続されている。分割ゲート格納デバイスのワード・ゲートは、互いに接続されており、ワード・ゲート信号WGによって制御される。上位格納エレメントMHの分割ゲート格納エレメントの制御ゲートは、制御ゲート信号CGHによって制御され、下位格納エレメントMLの分割ゲート制御ゲートは制御信号CGLによって制御される。表5は、格納デバイスMHおよびMLをプログラムおよび消去するために必要な近似電圧、ならびに2つの論理機能813および814間を接続するロジック相互接続トランジスタ811を動作させるためにパス・トランジスタ815を介してOUTに結合されている格納デバイスの状態を読み取るために必要な近似電圧を規定する。PASS列において括弧内に示す数値は、PASS BARの近似電圧であり、「x」は、他の値も使用可能であることを示す。プログラミングは、熱電子トンネリングによって行われ、消去は熱ホールの電荷格納絶縁体への注入によって行われる。スイッチ状態が「オフ」になるのは、上位格納デバイスMHをプログラムし、下位格納デバイスMLを消去して、下位バイアス電圧BLをNode0に接続させ、更にパス・トランジスタ815を介してOUTおよびロジック相互接続トランジスタ811のゲートに接続させたときである。スイッチ状態が「オン」になるのは、下位格納デバイスMLをプログラムし、上位格納デバイスMHを消去して、高バイアス電圧BHをNode0に接続させ、更にパス・トランジスタ815を介してOUTおよびロジック相互接続トランジスタ811のゲートに接続させたときである。
図12は、本発明の第6実施形態の回路図を示す。上位分割ゲート格納デバイスMHが、2つのバイアス電圧BHおよびBLの間において下位分割ゲート格納デバイスMLに接続されている。各分割ゲート格納デバイスMHおよびMLは、ワード・ゲート部908および分割ゲート部909によって形成されている。電荷捕獲絶縁体910を備える格納部位は、分割ゲート部909のゲートの下に位置する。電荷捕獲部は、窒化物膜またはナノ・クリスタル膜を含む。各格納デバイスMHおよびMLの制御ゲートおよびワード・ゲートは共通であり、それぞれ、制御ゲート高CGH信号および制御ゲート低CGL信号に接続されている。上位および下位分割ゲート格納デバイス間の接続部がNode0を形成し、Node0はパス・トランジスタ915を介してOUTおよびロジック相互接続トランジスタ911のゲートに接続されている。ロジック相互接続トランジスタ911は、2つの論理機能913および914間を結合する。接地トランジスタ918のゲートは、低バイアス電圧BLに接続されており、低バイアス電圧BLは、プログラムおよび消去動作中接地トランジスタ918をオンにする。
制御ゲートおよびワード・ゲートは、本発明の第6実施形態の格納デバイスMHおよびMLにおいては共通であるので、特殊な一連の消去およびプログラム動作が必要となる。図13は、図12における格納デバイスについて、プログラムおよび消去順序の状態図を提示する。MLまたはMHのいずれかがプログラム状態となることができる。他方の格納部位は消去状態になければならない。下位格納デバイスMLがプログラムされており、上位格納デバイスMHをプログラムしようとする場合、上位格納デバイスMHをプログラムする前に、下位格納デバイスMLを最初に消去する。下位格納デバイスMLをプログラムしようとする場合、上位格納デバイスMHを消去してから、下位格納デバイスMLをプログラムする。
表6は、本発明の第6実施形態の格納デバイスのプログラム、消去、および読み取りを行うために必要な近似電圧を規定する。スイッチ911の状態が「オフ」になるのは、上位格納デバイスMHがプログラムされており、下位格納デバイスMLが消去されているときである。逆に、スイッチの状態が「オン」になるのは、上位格納デバイスMHが消去されており、下位格納デバイスMLがプログラムされているときである。絶縁体格納エレメントは、熱電子トンネリングによってプログラムし、熱ホール注入を用いて消去する。
本発明の実施形態7では、P−チャネル分割ゲート格納デバイスは、電荷を格納するための絶縁膜1510を有し、図14に断面図で示されている。このP−チャネル分割ゲート格納デバイスMP6は、図15における高バイアスBHに接続されている。N−チャネル分割ゲート格納デバイスMN6が、OUTを形成するMP6に接続されており、OUTは、ロジック相互接続トランジスタ1511のゲートに接続されている。ロジック相互接続トランジスタは、論理機能1513および1514を結合する。OUTと接地との間には、接地トランジスタ1518が接続されており、信号PDNの制御の下で、プログラムおよび消去動作の間OUTを接地に接続する。N−チャネル分割ゲート格納デバイスMN6は、ワード・ゲート信号WGNに接続されているワード・ゲート部1507を備えており、電荷格納絶縁膜1510を内蔵する制御ゲート部1506が制御ゲート信号CGLに接続されている。更に、制御ゲート部1506は低バイアスBLに接続されている。P−チャネル分割ゲート格納デバイスは、制御ゲート部1509とワード・ゲート部1508とを備えている。P−チャネル制御ゲート部1509は、電荷格納絶縁膜1510を内蔵し、制御ゲート信号CGHに接続されている。P−チャネル・ワード・ゲート部1508は、ワード・ゲート信号WGPと、N−チャネル分割ゲート・デバイスMN6のワード・ゲート部1507とに接続されている。
P−チャネル分割ゲート・デバイスMP6の絶縁体1510上に電荷をプログラムすると、P−チャネル分割ゲート・デバイスMP6の制御ゲート部1509の閾値電圧が上昇し、BHをOUTから遮断する。N−チャネル分割ゲート・デバイスMN6の絶縁体1510から電荷を消去すると、N−チャネル分割ゲート・デバイスMN6の制御ゲート部1506の閾値電圧が低下し、BNをOUTに接続させ、ロジック相互接続トランジスタ1511を「オフ」に制御する。N−チャネル分割ゲート・デバイスMN6の絶縁体1510上に電荷をプログラムすると、N−チャネル分割ゲート・デバイスMN6の制御ゲート部1506の閾値電圧が上昇し、BLをOUTから遮断する。P−チャネル分割ゲート・デバイスMP6の絶縁体1510から電荷を消去すると、N−チャネル分割ゲート・デバイスMP6の制御ゲート部1509の閾値電圧が低下し、BHをOUTに接続させ、ロジック相互接続トランジスタ1511を「オン」に制御する。
以上、好適な実施形態を参照しながら、本発明について特定的に図示し説明したが、本発明の主旨や範囲から逸脱することなく、形態および詳細には種々の変更が可能であることは当業者には言うまでもないであろう。
Claims (25)
- 不揮発性相互接続回路であって、
a)ロジック相互接続トランジスタに結合されている不揮発性格納デバイスを備えており、
b)前記不揮発性格納デバイスは、電荷捕獲格納エレメントで形成されており、
c)前記ロジック相互接続デバイスは、前記不揮発性格納デバイス内にある絶縁体に格納されている電荷によって選択され、
d)前記ロジック相互接続トランジスタを選択するために、前記電荷捕獲を電子的にプログラムする、
不揮発性相互接続回路。 - 請求項1記載の相互接続回路において、前記電荷捕獲格納エレメントは、窒化物絶縁体を用いて形成されている、相互接続回路。
- 請求項1記載の相互接続回路において、前記不揮発性格納デバイスは、二重ビット格納セルであり、更に、
a)2つの格納部間の中心に位置するワード・ゲート部であって、前記2つの格納部の各々は、電荷を捕獲し、2つのロジック・エレメントを互いに結合する前記ロジック相互接続トランジスタの状態を制御するために、制御ゲートの下にある前記絶縁体によって形成されている、ワード・ゲート部と、
b)前記ワード・ゲートの下にあるチャネル部に結合されている前記ロジック相互接続トランジスタのゲートと、
c)前記チャネル部から前記ロジック相互接続トランジスタのゲートに、高電圧または低電圧のどちらが結合されているか判断する、前記捕獲電荷の値と、
を備えている、相互接続回路。 - 請求項1記載の相互接続回路において、前記不揮発性格納デバイスは、高電圧と低電圧との間においてP−チャネル・トランジスタと直列に接続されている単一不揮発性格納トランジスタであり、これによって、前記単一不揮発性格納トランジスタと前記P−チャネル・トランジスタとの間の接続部が、書き込み制御ゲートを介して論理状態をラッチに結合し、前記論理状態から前記ロジック相互接続デバイスの論理状態を決定し、これによって前記P−チャネル・トランジスタが前記ラッチをリセットする、相互接続回路。
- 相互接続回路であって、
a)電荷を格納するための第1絶縁体を有する第1単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタと、
b)電荷を格納するための第2絶縁体を有する第2単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタと、
c)2つの論理機能間を接続するロジック相互接続トランジスタと、
を備えており、
d)前記第1および第2単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタは、高電圧と低電圧との間において直列に接続されており、前記第1および第2単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタ間の接続部が、パス・ゲート回路を介して、前記ロジック相互接続トランジスタに結合されており、
e)前記第1および第2絶縁体に格納された電荷が、前記ロジック相互接続トランジスタの「オン」または「オフ」状態を決定する、相互接続回路。 - 請求項5記載の相互接続回路において、前記第1および第2絶縁体は、各々、窒化物である、相互接続回路。
- 請求項5記載の相互接続回路において、前記パス・ゲート回路は、前記ロジック相互接続トランジスタを、前記第1および第2単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタをプログラムおよび消去する電圧から遮断し、前記第1および第2単一ゲート不揮発性メモリ・トランジスタの消去中消去電圧を供給する、相互接続回路。
- 請求項5記載の相互接続回路において、各不揮発性トランジスタのチャネルに対する双方向のファウラー・ノルドハイム・トンネリングによって、前記第1および第2単一ゲート不揮発性トランジスタをプログラムする、相互接続回路。
- 請求項5記載の相互接続回路において、チャネル熱電子トンネリングによって、前記第1および第2単一ゲート・トランジスタをプログラムする、相互接続回路。
- 請求項5記載の相互接続回路において、熱ホール注入によって、前記第1および第2単一ゲート・トランジスタをプログラムする、相互接続回路。
- ロジック相互接続回路であって、
a)第1分割ゲート格納デバイスであって、当該デバイスの制御ゲートの下に位置し電荷を格納するための第1絶縁体を有する、第1分割ゲート格納デバイスと、
b)第2分割ゲート格納デバイスであって、当該デバイスの制御ゲートの下に位置し電荷を格納するための第2絶縁体を有する、第2分割ゲート格納デバイスと、
を備えており、
c)前記第1および第2分割ゲート格納デバイスのワード・ゲートは、互いに接続されており、
d)前記第1および第2分割ゲート格納デバイスは、高電圧と低電圧との間で直列に接続されており、前記第1分割ゲート格納デバイスは前記高電圧に接続されており、前記第2分割ゲート格納デバイスは前記低電圧に接続されており、前記第1および第2分割ゲート格納デバイス間の接続部が、パス・ゲート・トランジスタを介して、ロジック相互接続トランジスタに結合されており、
e)前記第1および第2絶縁体に格納されている電荷が、前記ロジック相互接続トランジスタの「オン」または「オフ」状態を決定する、ロジック相互接続回路。 - 請求項11記載のロジック相互接続回路において、前記第1および第2絶縁体は、各々、窒化物である、ロジック相互接続回路。
- 請求項11記載のロジック相互接続回路において、前記パス・ゲート回路は、前記ロジック相互接続トランジスタを、前記第1および第2分割ゲート格納デバイスをプログラムおよび消去する電圧から遮断し、前記第1および第2分割ゲート格納デバイスの消去中に消去およびプログラム電圧を供給する、ロジック相互接続回路。
- 請求項11記載のロジック相互接続回路において、前記第1および第2分割ゲート格納デバイスは、熱電子トンネリングによってプログラムし、熱ホール注入によって消去する、ロジック相互接続回路。
- 請求項11記載のロジック相互接続回路において、前記第1分割ゲート格納デバイスの前記制御ゲートおよびワード・ゲートは互いに接続されており、前記第2分割ゲート格納デバイスの制御ゲートおよびワード・ゲートは互いに接続されており、前記第1分割ゲート格納デバイスをプログラムする前に前記第2分割ゲート格納デバイスを消去し、前記第2分割ゲート格納デバイスをプログラムする前に前記第1分割ゲート格納デバイスを消去する、ロジック相互接続回路。
- ロジック相互接続トランジスタを制御するための不揮発性格納デバイスを形成する方法であって、
a)三エレメント格納デバイスの下に位置するチャネルに接続する第1拡散部と第2拡散部との間に、前記三エレメント格納デバイスを形成するステップであって、前記三エレメント格納デバイスが、更に、第1電荷捕獲格納絶縁体の上に位置する第1制御ゲートと第2電荷捕獲格納絶縁体の上に位置する第2制御ゲートとの間において中央に位置するワード・ゲートを備えている、ステップと、
b)前記三エレメント格納デバイスの出力に、前記ワード・ゲートの直下にある前記チャネルの部分に接続する第3拡散部を形成するステップと、
c)前記第1拡散部を高電圧に接続するステップと、
d)前記第2拡散部を低電圧に接続するステップと、
e)前記第3拡散部によって形成される出力をロジック相互接続トランジスタのゲートに接続するステップと、
を備えている、方法。 - 請求項16記載の方法において、前記第1および第2電荷捕獲格納絶縁体は窒化物である、方法。
- 請求項16記載の方法において、熱電子注入を用いて、前記第1および第2電荷捕獲格納絶縁体をプログラムする、方法。
- 請求項16記載の方法において、熱ホール消去を用いて、前記第1および第2電荷捕獲格納絶縁体を消去する、方法。
- ロジック相互接続トランジスタを制御する不揮発性格納デバイスであって、
a)デバイスに2つの不揮発性格納部位を形成する手段であって、2つの制御ゲート間にワード・ゲートを配置し、前記制御ゲートの各々は、前記2つの不揮発性格納部位の1つの上に形成されている、手段と、
b)前記2つの制御ゲートの第1制御ゲートの下にある第1チャネル領域に高電圧を接続する手段と、
c)前記2つの制御ゲートの第2制御ゲートの下にある第2チャネル領域に低電圧を接続する手段と、
d)前記ワード・ゲートの下に位置する第3チャネル領域に、ロジック相互接続トランジスタのゲートを接続する手段と、
e)前記ロジック相互接続トランジスタのゲートに高電圧を結合するために、前記2つの不揮発性格納部位をプログラムおよび消去する手段と、
を備えている、不揮発性格納デバイス。 - 請求項20記載の格納デバイスにおいて、前記2つの不揮発性格納部位は、前記2つの制御ゲートの各々の下にある窒化物絶縁体によって形成されている、格納デバイス。
- 請求項21記載の格納デバイスにおいて、チャネル熱電子注入によって、前記2つの不揮発性格納部位をプログラムする、格納デバイス。
- 請求項21記載の格納デバイスにおいて、熱ホール消去によって、前記2つの不揮発性格納部位を消去する、格納デバイス。
- 請求項20記載の格納デバイスにおいて、前記2つの不揮発性格納部位は、前記2つの制御ゲートの各々の下にあるフローティング・ゲートによって形成されている、格納デバイス。
- 請求項20記載の格納デバイスにおいて、前記高電圧はVddであり、前記低電圧は回路接地である、格納デバイス。
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