JP2002246487A - Semiconductor device and semiconductor operation device - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor operation device

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JP2002246487A
JP2002246487A JP2001040489A JP2001040489A JP2002246487A JP 2002246487 A JP2002246487 A JP 2002246487A JP 2001040489 A JP2001040489 A JP 2001040489A JP 2001040489 A JP2001040489 A JP 2001040489A JP 2002246487 A JP2002246487 A JP 2002246487A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor
insulating film
arithmetic device
potential
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Kobayashi
大輔 小林
Sunao Shibata
直 柴田
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I & F Kk
Original Assignee
I & F Kk
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MFMISFET semiconductor device and a semiconductor operation device, which have sufficient functions as a memory element, enable execution of accurate difference (absolute) operation without causing change of polarization vector and are driven a with small power consumption. SOLUTION: In the MFMISFET, a switch 10 for turning connection between a control gate 8 and a signal line 9 'on/off' is disposed in the control gate 8. The control gate 8 becomes electrically floating, by turning the switch 10 'off', keeping the control gate 8 provided with a prescribed potential, and it is not thereafter affected by a voltage applied to the control gate 6 and the polarized state of a charge storage film 7 does not change.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるMFMI
SFET型の半導体装置、及びこの半導体装置を複数個
配してなり、所定の演算処理を実行する半導体演算装置
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a so-called MFMI
The present invention relates to an SFET-type semiconductor device and a semiconductor arithmetic device having a plurality of such semiconductor devices and executing a predetermined arithmetic process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時では、いわゆるフローティングゲー
ト構造を有し、誘電体膜に強誘電体材料を用いた強誘電
体メモリ(Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semi
conductor FET(MFMISFET))の研究が活発に
なっている。このMFMISFETは、誘電体膜に常誘
電体材料を用いたEEPROMのように高電圧を用いる
ことなく、情報の書き込み・消去が可能であり、消費電
力の大幅な低減化を実現できる半導体メモリとして期待
されている。
2. Description of the Related Art Recently, a ferroelectric memory (Metal-Ferroelectric-Metal-Insulator-Semiconductor) having a so-called floating gate structure and using a ferroelectric material for a dielectric film has been proposed.
Research on conductor FET (MFMISFET) has been active. This MFMISFET is expected as a semiconductor memory that can write and erase information without using a high voltage unlike an EEPROM using a paraelectric material for a dielectric film, and can realize a drastic reduction in power consumption. Have been.

【0003】ところで、複数の要素からなる1つの入力
データに対して、これと所定の関係、例えば当該入力デ
ータに最も近いデータをテンプレートの中から選択して
出力するアナログ・ディジタル融合処理をデバイスレベ
ルで実行する半導体演算装置が本発明者らにより提案さ
れている。
By the way, for one input data composed of a plurality of elements, analog-digital fusion processing for selecting and outputting data closest to the input data from a template to a predetermined relationship with the input data is performed at a device level. Have been proposed by the present inventors.

【0004】この半導体演算装置の一態様としては、入
力ベクトルに対応して、各ベクトル間の要素毎の差分値
を算出し、当該差分値に基づき、所定の条件を満たすベ
クトル、例えば差分絶対値の和(マンハッタン距離)が
最も小さいベクトルをデータ群中から選別するものがあ
る。
As one mode of this semiconductor arithmetic device, a difference value for each element between the vectors is calculated corresponding to an input vector, and a vector satisfying a predetermined condition, for example, a difference absolute value is calculated based on the difference value. There is a method that selects a vector having the smallest sum (Manhattan distance) from the data group.

【0005】このような半導体演算装置を実現するに
は、複数のEEPROMをマトリクス状に配置し、フロ
ーティングゲート電位を読み出すことを考慮して各EE
PROMについてソースフォロワを構成する。具体的に
は、i番目のEEPROMにテンプレートベクトルTの
要素Tiを記憶しておき、引き続いて当該EEPROM
にあるアナログ信号Xiを印加する。このとき、当該E
EPROMのフローティングゲート電位は(Ti−Xi
に比例した値(正確には、当該値に一定電位を加えた
値)となり、差分演算が実現する。この意味で各EEP
ROMは、単なる記憶素子ではなく「プロセッサ」とし
て機能する。
In order to realize such a semiconductor arithmetic device, a plurality of EEPROMs are arranged in a matrix and each EEPROM is read in consideration of reading out the floating gate potential.
A source follower is configured for the PROM. Specifically, stores the elements T i of the template vector T to the i-th EEPROM, followed by the EEPROM
Is applied. At this time, the E
The floating gate potential of the EPROM is (T i -X i )
(Correctly, a value obtained by adding a constant potential to the value), and the difference calculation is realized. Each EEP in this sense
ROM functions as a "processor", not just a storage element.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、MF
MISFETは低消費電力化を実現できる半導体素子で
あるため、このMFMISFETをEEPROMに替わ
って用いて上記の半導体演算装置を構成することが考え
られる。
As described above, the MF
Since the MISFET is a semiconductor element capable of realizing low power consumption, it is conceivable to configure the above-described semiconductor arithmetic device by using the MFMISFET instead of the EEPROM.

【0007】しかしながら、MFMISFETは、単に
記憶素子として用いるには、読み出し電位を分極ベクト
ルが変化しない所定の適切な電位に固定できるが、差分
演算を実行するには、上述のようにフローティングゲー
トに所定電位Tiを与えた状態で更にアナログ信号Xi
入力するため、この入力Xiにより分極ベクトルが変化
してしまい正確な差分演算ができないという問題があ
る。
However, the MFMISFET can fix the read potential to a predetermined appropriate potential at which the polarization vector does not change in order to simply use it as a storage element. Since the analog signal X i is further input while the potential T i is applied, there is a problem that the polarization vector changes due to the input X i and accurate difference calculation cannot be performed.

【0008】そこで本発明は、前記課題を解決するため
になされたものであり、記憶素子として十分な機能を有
することに加え、分極ベクトルの変化を惹起することな
く正確な差分(絶対)演算を実行することを可能とし、
低消費電力で駆動するMFMISFET型の半導体装
置、及びこの半導体装置を複数配してなり、アナログ・
ディジタル融合処理をデバイスレベルで実行する半導体
演算装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has a sufficient function as a storage element, and performs an accurate difference (absolute) calculation without causing a change in polarization vector. To be able to perform,
An MFMISFET type semiconductor device driven with low power consumption, and a plurality of such
It is an object of the present invention to provide a semiconductor computing device that executes digital fusion processing at a device level.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have reached the following aspects of the invention.

【0010】本発明の半導体装置は、ソース/ドレイン
と、前記ソース/ドレインと第1の絶縁膜を介して設け
られた電気的にフローティング状態にある第1の電極
と、前記第1の電極の一部位上に設けられた強誘電体材
料を含まない第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜を介し
て前記前記第1の電極の前記一部位と対向するように設
けられた第2の電極と、前記第1の電極の他部位上に設
けられた強誘電体材料を含む少なくとも1層の膜を有す
る第3の絶縁膜と、前記第3の絶縁膜を介して前記第1
の電極の前記他部位と対向するように設けられた第3の
電極と、前記第3の電極と接続され、当該第3の電極と
所定の信号線との間の接続をオン/オフする切替スイッ
チとを備えることを特徴とする。
A semiconductor device according to the present invention includes a source / drain, a first electrode in an electrically floating state provided through the source / drain and a first insulating film, A second insulating film that does not include a ferroelectric material and is provided on a portion thereof; and a second insulating film provided so as to face the portion of the first electrode via the second insulating film. , A third insulating film having at least one layer containing a ferroelectric material provided on another portion of the first electrode, and the first insulating film via the third insulating film.
A third electrode provided so as to face the other portion of the first electrode, and a switch connected to the third electrode for turning on / off a connection between the third electrode and a predetermined signal line. And a switch.

【0011】本発明の半導体装置の一態様では、前記第
3の電極に所定の電位を与えた状態で、前記切替スイッ
チをオフ状態とする。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, the switch is turned off in a state where a predetermined potential is applied to the third electrode.

【0012】本発明の半導体装置の一態様では、前記切
替スイッチをオフ状態とした後に、前記第2の電極に更
に所定の電位を与える。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, after the changeover switch is turned off, a predetermined potential is further applied to the second electrode.

【0013】本発明の半導体装置の一態様では、前記第
3の絶縁膜における分極状態を変更するに際して、前記
切替スイッチをオン状態とするとともに、前記第2の電
極及び前記第3の電極にそれぞれ所定の電位を与える。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, when changing the polarization state of the third insulating film, the changeover switch is turned on and the second electrode and the third electrode are respectively turned on. Apply a predetermined potential.

【0014】本発明の半導体装置の一態様では、前記第
2の電極及び前記第3の電極に与える前記所定の電位
は、一方を接地電位、他方を正電位とする。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, one of the predetermined potentials applied to the second electrode and the third electrode is a ground potential, and the other is a positive potential.

【0015】本発明の半導体装置の一態様では、前記第
2の絶縁膜は高誘電体材料を含む。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, the second insulating film contains a high dielectric material.

【0016】本発明の半導体装置の一態様では、前記第
2の絶縁膜は前記第1の絶縁膜よりも大きな比誘電率を
有する。
In one aspect of the semiconductor device of the present invention, the second insulating film has a higher relative permittivity than the first insulating film.

【0017】本発明の半導体演算装置は、複数の半導体
装置をマトリクス状に配置して構成されるものである。
前記半導体装置は、ソース/ドレインと、前記ソース/
ドレインと第1の絶縁膜を介して設けられた電気的にフ
ローティング状態にある第1の電極と、前記第1の電極
の一部位上に設けられた強誘電体材料を含まない第2の
絶縁膜と、前記第2の絶縁膜を介して前記前記第1の電
極の前記一部位と対向するように設けられた第2の電極
と、前記第1の電極の他部位上に設けられた強誘電体材
料を含む少なくとも1層の膜を有する第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜を介して前記第1の電極の前記他部位
と対向するように設けられた第3の電極と、前記第3の
電極と接続され、当該第3の電極と所定の信号線との間
の接続をオン/オフする切替スイッチとを備えることを
特徴とする。
The semiconductor arithmetic device of the present invention is configured by arranging a plurality of semiconductor devices in a matrix.
The semiconductor device includes a source / drain and the source / drain.
An electrically floating first electrode provided via a drain and a first insulating film, and a second insulating material provided on one portion of the first electrode and containing no ferroelectric material A film, a second electrode provided to face the part of the first electrode with the second insulating film interposed therebetween, and a strong electrode provided on another portion of the first electrode. A third insulating film having at least one film containing a dielectric material,
A third electrode provided so as to face the other portion of the first electrode via the third insulating film, and a third signal connected to the third electrode and a predetermined signal; A changeover switch for turning on / off the connection with the line.

【0018】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第3の電極に所定の電位を与えた状態で、前記切替ス
イッチをオフ状態とする。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the switch is turned off in a state where a predetermined potential is applied to the third electrode.

【0019】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記切替スイッチをオフ状態とした後に、前記第2の電極
に更に所定の電位を与える。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device of the present invention, after the changeover switch is turned off, a predetermined potential is further applied to the second electrode.

【0020】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第3の絶縁膜における分極状態を変更するに際して、
前記切替スイッチをオン状態とするとともに、前記第2
の電極及び前記第3の電極にそれぞれ所定の電位を与え
る。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, when changing the polarization state in the third insulating film,
The switch is turned on, and the second switch is turned on.
A predetermined potential is applied to each of the third electrode and the third electrode.

【0021】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の電極及び前記第3の電極に与える前記所定の電
位は、一方を接地電位、他方を正電位である。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, one of the predetermined potentials applied to the second electrode and the third electrode is a ground potential, and the other is a positive potential.

【0022】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の絶縁膜は高誘電体材料を含む。
In one aspect of the semiconductor processing device of the present invention, the second insulating film contains a high dielectric material.

【0023】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記第2の絶縁膜は前記第1の絶縁膜よりも大きな比誘電
率を有する。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the second insulating film has a higher relative dielectric constant than the first insulating film.

【0024】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記信号線が各行毎に共通とされる。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the signal line is common to each row.

【0025】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記信号線が各列毎に共通とされる。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, the signal line is common to each column.

【0026】本発明の半導体演算装置の一態様では、複
数のベクトルをデータ群として保持しており、入力ベク
トルに対応して、各ベクトル間の要素毎の差分値を算出
する。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device of the present invention, a plurality of vectors are held as a data group, and a difference value for each element between the vectors is calculated in correspondence with the input vector.

【0027】本発明の半導体演算装置の一態様では、一
対の前記半導体装置を並列接続し、各ベクトル間の要素
毎の差分絶対値を算出する。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, a pair of the semiconductor devices are connected in parallel, and the absolute value of the difference between the respective vectors for each element is calculated.

【0028】本発明の半導体演算装置の一態様では、前
記差分値に基づき、所定の条件を満たすベクトルを前記
データ群中から選別する。
In one aspect of the semiconductor arithmetic device of the present invention, a vector satisfying a predetermined condition is selected from the data group based on the difference value.

【0029】本発明の半導体演算装置の一態様では、マ
トリクス状に配置された複数の前記半導体装置のうち、
各列が前記データ群を構成する各ベクトルに対応し、各
行が前記ベクトルの各要素に対応する。
In one embodiment of the semiconductor arithmetic device of the present invention, among the plurality of semiconductor devices arranged in a matrix,
Each column corresponds to each vector constituting the data group, and each row corresponds to each element of the vector.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した好適な諸
実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings.

【0031】(第1の実施形態)本実施形態では、MF
MISFET型の半導体装置について開示する。図1
は、本実施形態のMFMISFETの主要構成を示す模
式図であり、(a)がMFMISFETの要部概略断面
図、(b)がMFMISFETの回路図である。
(First Embodiment) In this embodiment, the MF
A MISFET type semiconductor device is disclosed. Figure 1
1A and 1B are schematic diagrams illustrating a main configuration of an MFMISFET of the present embodiment, wherein FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a main part of the MFMISFET, and FIG. 1B is a circuit diagram of the MFMISFET.

【0032】このMFMISFETは、シリコン半導体
基板1の素子領域にイオン注入等の手法で基板1と反対
導電型の不純物(基板1がp型であればn型不純物であ
るリン、砒素等であり、基板がn型であればp型不純物
であるホウ素等)が導入されてなるソース/ドレイン2
を備え、基板1上にキャパシタ及び電圧印加電極の機能
を有する積層構造が配されて構成される。
This MFMISFET is an impurity of a conductivity type opposite to that of the substrate 1 by ion implantation or the like into the element region of the silicon semiconductor substrate 1 (phosphorus, arsenic, etc., which are n-type impurities if the substrate 1 is p-type) Source / drain 2 into which p-type impurity such as boron is introduced if the substrate is n-type
And a laminated structure having functions of a capacitor and a voltage application electrode is arranged on the substrate 1.

【0033】前記積層構造は、基板1のソース/ドレイ
ン2により構成されるチャネル上にゲート絶縁膜3を介
してパターン形成されてなり、電気的にフローティング
状態にある島状のフローティングゲート電極4と、フロ
ーティングゲート電極4の一部位上で強誘電体材料を含
まない誘電体材料からなる第1の電荷蓄積膜5と、フロ
ーティングゲート電極4の前記一部位上に第1の電荷蓄
積膜5を介してパターン形成され、フローティングゲー
ト電極4と容量結合する第1のコントロールゲート電極
6と、フローティングゲート電極4の他部位上に形成さ
れてなる強誘電体材料からなる第2の電荷蓄積膜7と、
フローティングゲート電極4の前記他部位上に第2の電
荷蓄積膜7を介してパターン形成され、フローティング
ゲート電極4と容量結合する第2のコントロールゲート
電極8とを有して構成される。このように、フローティ
ングゲート電極4(の一部位)、第1の電荷蓄積膜5、
及び第1のコントロールゲート電極6からキャパシタ1
1が、フローティングゲート電極4(の他部位)、第2
の電荷蓄積膜7、及び第2のコントロールゲート電極8
からキャパシタ12がそれぞれ構成される。
The laminated structure is formed by patterning a channel formed by a source / drain 2 of a substrate 1 through a gate insulating film 3 and forming an electrically floating island-like floating gate electrode 4. A first charge storage film 5 made of a dielectric material not containing a ferroelectric material on one part of the floating gate electrode 4, and a first charge storage film 5 on the part of the floating gate electrode 4 via the first charge storage film 5. A first control gate electrode 6 which is patterned and capacitively coupled to the floating gate electrode 4, a second charge storage film 7 made of a ferroelectric material and formed on another portion of the floating gate electrode 4,
A pattern is formed on the other portion of the floating gate electrode 4 via a second charge storage film 7, and includes a second control gate electrode 8 capacitively coupled to the floating gate electrode 4. Thus, the floating gate electrode 4 (one portion), the first charge storage film 5,
And from the first control gate electrode 6 to the capacitor 1
1 is a floating gate electrode 4 (another part);
Charge storage film 7 and second control gate electrode 8
Respectively constitute the capacitors 12.

【0034】ここで、情報の書き込み(消去)時に、強
誘電体である第2の電荷蓄積膜7に有効に電圧を印加す
ることを考慮して、キャパシタ11の電気容量をキャパ
シタ12のそれに比べてある程度大きくする必要があ
る。具体的に、強誘電体の比誘電率は500〜1000
程度であるので、キャパシタ11の第1の電荷蓄積膜5
をSiO2等で形成すると、キャパシタ面積が大きくな
ってしまう。そこで、第1の電荷蓄積膜5をSiO2
の絶縁材料より比誘電率の高い高誘電体材料から形成す
ることが好ましい。
Here, when writing (erasing) information, the electric capacity of the capacitor 11 is compared with that of the capacitor 12 in consideration of effectively applying a voltage to the second charge storage film 7 which is a ferroelectric substance. Need to be somewhat larger. Specifically, the relative dielectric constant of the ferroelectric is 500 to 1000.
The first charge storage film 5 of the capacitor 11
Is formed of SiO 2 or the like, the area of the capacitor becomes large. Therefore, it is preferable to form the first charge storage film 5 from a high dielectric material having a higher dielectric constant than an insulating material such as SiO 2 .

【0035】更にこのMFMISFETでは、第2のコ
ントロールゲート電極8に、当該第2のコントロールゲ
ート電極8と信号線9との間の接続をオン/オフする切
替スイッチ10が配されている。第2のコントロールゲ
ート電極8に所定の電位を与えた状態で、切替スイッチ
10をオフ状態とすることにより、コントロールゲート
電極8(の入力端子8a)は電気的にフローティング状
態となり、その後に第1のコントロールゲート電極6
(の入力端子6a)に印加される電圧の影響を受けるこ
となく、第2の電荷蓄積膜7の分極状態は変化しない。
Further, in the MFMISFET, a changeover switch 10 for turning on / off the connection between the second control gate electrode 8 and the signal line 9 is arranged on the second control gate electrode 8. By turning off the changeover switch 10 in a state where a predetermined potential is applied to the second control gate electrode 8, (the input terminal 8a of) the control gate electrode 8 becomes an electrically floating state. Control gate electrode 6
The polarization state of the second charge storage film 7 does not change without being affected by the voltage applied to (the input terminal 6a).

【0036】第2の電荷蓄積膜7の分極状態を変更する
には、切替スイッチ10をオン状態とし、入力端子6a
にV1を、入力端子8aにV2を印加する。書き込みと消
去を実行することを考慮すれば、第2の電荷蓄積膜7の
分極状態には「増加」、「減少」の両方が可能であり、
一方を書き込みに、他方を消去に対応させればよい。具
体的には、V1,V2の一方を正電位、他方を接地電位と
すれば実現できる。このように本実施形態では、従来の
MFMISFETのように書き込み・消去のために負電
圧を生成したり、SOIの如き特別な技術を用いること
なく、極めて容易に書き込み・消去を行うことができ
る。
To change the polarization state of the second charge storage film 7, the changeover switch 10 is turned on and the input terminal 6a
The V 1 to be applied to V 2 to the input terminal 8a. Considering that writing and erasing are performed, the polarization state of the second charge storage film 7 can be both “increase” and “decrease”.
One may correspond to writing and the other to erasing. Specifically, this can be realized by setting one of V 1 and V 2 to a positive potential and the other to a ground potential. As described above, in the present embodiment, writing / erasing can be performed extremely easily without generating a negative voltage for writing / erasing as in the conventional MFMISFET or using a special technique such as SOI.

【0037】ここで、図示の例では電荷蓄積膜7を一層
の膜としたが、例えば図2のように、1層の強誘電体膜
21と、これを挟むように常強誘電体膜22,23を積
層して第2の電荷蓄積膜7を構成してもよい。
Here, in the example shown in the figure, the charge storage film 7 is a single layer, but, for example, as shown in FIG. 2, a single ferroelectric film 21 and a normal ferroelectric film 22 are sandwiched therebetween. , 23 may be stacked to form the second charge storage film 7.

【0038】また、諸般の事情に照らして、フローティ
ングゲート電極4の一部位、第1の電荷蓄積膜5、及び
第1のコントロールゲート電極6からキャパシタ11
や、フローティングゲート電極4の他部位、電荷蓄積膜
7、及び第2のコントロールゲート電極8からなるキャ
パシタ12を複数設けるようにしても好適である。
In view of various circumstances, a portion of the floating gate electrode 4, the first charge storage film 5, and the first control gate electrode 6 are connected to the capacitor 11.
Alternatively, it is also preferable to provide a plurality of capacitors 12 including other portions of the floating gate electrode 4, the charge storage film 7, and the second control gate electrode 8.

【0039】本実施形態のMFMISFETは、主に差
分演算素子として用いられる。以下、差分演算素子とし
ての動作機能について説明する。概説すれば、切替スイ
ッチ10をオン状態として所定の電圧を印加すること
で、第2の電荷蓄積膜7の分極状態を変化させる。その
際、切替スイッチ10をオフ状態として第1のコントロ
ールゲート電極6の入力端子6aに所定電圧Vを印加し
たときにフローティングゲート電位がある一定の値とな
るように分極状態を変化させる。引き続いて、切替スイ
ッチ10をオフ状態として所定のアナログ信号である入
力VXを印加すれば、当該MFMISFETのフローテ
ィングゲート電位は(V−VX)に比例した値(正確に
は、当該値に一定電位を加えた値)となり、差分演算が
実現する。このとき、第2のコントロールゲート電極8
(の入力端子8a)は電気的にフローティング状態であ
るためにアナログ信号VXの印加による影響を受けるこ
となく第2の電荷蓄積膜7の分極状態は不変である。
The MFMISFET of this embodiment is mainly used as a difference calculation element. Hereinafter, the operation function as the difference calculation element will be described. In brief, the polarization state of the second charge storage film 7 is changed by turning on the changeover switch 10 and applying a predetermined voltage. At that time, the polarization state is changed so that the floating gate potential becomes a certain value when the predetermined switch V is applied to the input terminal 6a of the first control gate electrode 6 with the changeover switch 10 turned off. Subsequently, by applying an input V X is a predetermined analog signal switching switch 10 is turned off, the floating gate potential of the MFMISFET is proportional to the value (precisely (V-V X) is a constant to the value (The value obtained by adding the potential), and the difference calculation is realized. At this time, the second control gate electrode 8
(Input terminal 8a) of the polarization state of the second charge storage film 7 without being affected by the application of the analog signal V X for electrically in a floating state is unchanged.

【0040】なお、V,VXを印加する際に、これらと
共に一定のバイアスを印加してもよい。このバイアス
は、前記差分演算時に打ち消され、出力には影響しな
い。
When V and V X are applied, a constant bias may be applied together with them. This bias is canceled during the difference calculation, and does not affect the output.

【0041】具体的には、本実施形態のMFMISFE
Tは以下のような差分演算素子として構成される。本例
では、フローティングゲート電極4に蓄積する電荷量の
調整に、いわゆるVref方式を採用する。このVref方式
とは、記憶したい値に対応する記憶電圧V memを入力端
子6aに印加して読み出した場合、フローティングゲー
ト電位φFGがある適当な電位Vrefとなるように、第2
の電荷蓄積膜7の分極状態を調整する手法である。
Specifically, the MFMISFE of this embodiment
T is configured as a difference operation element as described below. This example
Now, the amount of charge stored in the floating gate electrode 4
For adjustment, the so-called VrefAdopt the method. This Vrefmethod
Is the storage voltage V corresponding to the value to be stored memThe input end
When the voltage is applied to the element 6a and read, the floating gate
Potential φFGThere is an appropriate potential VrefSo that the second
This is a method of adjusting the polarization state of the charge storage film 7.

【0042】このMFMISFETは、記憶情報の読み
出しのため、図3に示すように、ソース又はドレインに
負荷回路24を接続し、負荷回路24の一端を接地して
なるソースフォロワを構成する。但し、図示の例ではn
型MOSトランジスタ構成のものを示す。
As shown in FIG. 3, the MFMISFET forms a source follower having a source or a drain connected to a load circuit 24 and one end of the load circuit 24 grounded for reading stored information. However, in the illustrated example, n
This shows a type MOS transistor configuration.

【0043】記憶電圧Vmemを書き込んだこのMFMI
SFETでは、入力端子6aに新たな入力電圧VXを印
加すると、フローティングゲート電位φFGは、γを比例
定数として、 φFG=γ()+Vref となる。従って、記憶電圧と入力電圧との差分がフロー
ティングゲート電位として現れる。このフローティング
ゲート電位は、例えばMOSトランジスタが飽和領域と
して動作するような環境に設定すれば、ドレイン−ソー
ス電流として読み出すことができる。
[0043] written to the storage voltage V mem this MFMI
In SFET, upon application of a new input voltage V X to the input terminal 6a, the floating gate potential phi FG as a proportional constant gamma, the φ FG = γ () + V ref. Therefore, a difference between the storage voltage and the input voltage appears as a floating gate potential. This floating gate potential can be read out as a drain-source current if, for example, an environment is set such that the MOS transistor operates in a saturation region.

【0044】ところで、このMFMISFETでは、 VX−Vmem<0 となると、読み出しが不能となるため、これを回避する
ことを考慮して図4に示すような構成を採用する。即
ち、書き込み時には、図4(a)に示すように、入力端
子6aに(VDD−V mem)を印加し、 φFG=Vref となるように第2の電荷蓄積膜7の分極状態を変化させ
る。
By the way, in this MFMISFET, VX-VmemIf <0, reading is disabled, so avoid this
Considering this, a configuration as shown in FIG. 4 is adopted. Immediately
At the time of writing, as shown in FIG.
(VDD-V mem) And φFG= Vref The polarization state of the second charge storage film 7 is changed so that
You.

【0045】一方、読み出し時には、図4(b)に示す
ように、入力端子6aに(VDD−V X)を印加する。
On the other hand, at the time of reading, as shown in FIG.
As shown in FIG.DD-V X) Is applied.

【0046】なおこの場合でも、なお、(VDD
mem),(VDD−VX)を印加する際に、これらと共に
一定のバイアスを印加してもよい。このバイアスは、前
記差分演算時に打ち消され、出力には影響しない。
In this case, (V DD
When applying (V mem ) and (V DD -V X ), a constant bias may be applied together with them. This bias is canceled during the difference calculation, and does not affect the output.

【0047】更に本例では、図5に示すように、上記の
MFMISFETを2つ組み合わせ、差分絶対値の演算
回路を構成する。この差分絶対値演算回路は、2つのM
FMISFETを並列に接続し、上述と同様に記憶情報
の読み出しのため、ソース又はドレインに負荷回路24
を接続し、負荷回路24の一端を接地してなるソースフ
ォロワを構成する。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 5, two MFMISFETs are combined to constitute a circuit for calculating the absolute value of the difference. This difference absolute value calculation circuit has two M
FMISFETs are connected in parallel, and a load circuit 24 is connected to the source or drain for reading stored information as described above.
To form a source follower with one end of the load circuit 24 grounded.

【0048】差分絶対値演算を実行するには、先ず、一
方のMFMISFET31にはVme mを、他方のMFM
ISFET32には(VDD−Vmem)を記憶する。そし
て、MFMISFET31にはVXを、MFMISFE
T32には(VDD−VX)を印加することにより、出力
電圧Voutは、γを比例定数、VTをしきい値電圧とし
て、 Vout=γ|VX−Vmem|+Vref−VT となり、実質的に見れば差分絶対値|VX−Vmem|を得
ることができる。
To execute the absolute difference calculation, first,
The other MFMISFET 31 has Vme mTo the other MFM
(VDD-Vmem) Is stored. Soshi
Therefore, the MFMISFET 31 has VXTo MFMISFE
(VDD-VX) To output
Voltage VoutIs the proportionality constant of γ, VTIs the threshold voltage
And Vout= Γ | VX-Vmem| + Vref-VT And the difference absolute value | VX-Vmem|
Can be

【0049】以上、本発明のMFMISFETを差分演
算素子として用いる実施態様について例示したが、この
MFMISFETを通常の記憶素子として用いることも
できる。この場合でも、従来のように読み出し電位を分
極ベクトルが変化しない所定の適切な電位に固定する必
要がない。
Although the embodiment using the MFMISFET of the present invention as a difference calculation element has been described above, the MFMISFET can be used as a normal storage element. Even in this case, it is not necessary to fix the read potential to a predetermined appropriate potential where the polarization vector does not change unlike the related art.

【0050】本発明により、従来のMFMISFETの
持つ読み出し電位の制約がなくなり、読み出し動作時に
はEEPROM同様の動作ができる。従って、MOSト
ランジスタの閾値調整に用いることに極めて有効であ
る。例えば、対称性が必要とされるオペアンプのトリミ
ングに用いることでオペアンプの性能を格段に上げるこ
とが可能となる。
According to the present invention, there is no restriction on the read potential of the conventional MFMISFET, and the same operation as the EEPROM can be performed during the read operation. Therefore, it is very effective to use it for adjusting the threshold value of the MOS transistor. For example, it is possible to significantly improve the performance of an operational amplifier by using it for trimming an operational amplifier that requires symmetry.

【0051】更に、図6に示すように、本発明を適用し
てニューロンMOSインバータを構成すれば、図7のよ
うに、強誘電体膜の分極状態によってNAND回路とN
OR回路を切り分けることができる。このニューロンM
OSインバータでは、強誘電体膜の入力がフローティン
グになっているため、フローティングゲートのゲインが
従来よりも向上するという利点を持つ。いずれの場合に
おいても、EEPROMよりも低消費電力で書き込むこ
とができ、更に、高速に書き込むことができるという利
点も持つ。
Further, as shown in FIG. 6, when the present invention is applied to form a neuron MOS inverter, as shown in FIG.
The OR circuit can be separated. This neuron M
Since the input of the ferroelectric film is floating, the OS inverter has an advantage that the gain of the floating gate is improved as compared with the conventional case. In any case, writing can be performed with lower power consumption than EEPROM, and furthermore, writing can be performed at high speed.

【0052】従って、実時間で論理機能を任意に切り替
えられるフレキシビリティの高い論理回路システムを容
易に構成することができる等、極めて広い応用分野への
適用が期待できる。
Therefore, it can be expected to be applied to an extremely wide range of application fields, for example, a logic circuit system having high flexibility that can arbitrarily switch logic functions in real time can be easily configured.

【0053】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、記憶素子として十分な機能を有することに加え、分
極ベクトルの変化を惹起することなく正確な差分(絶
対)演算を実行することを可能とし、低消費電力で駆動
するMFMISFETが実現する。
As described above, according to this embodiment, in addition to having a sufficient function as a storage element, it is possible to execute an accurate difference (absolute) operation without causing a change in polarization vector. MFMISFET driven with low power consumption is realized.

【0054】(第2の実施形態)本実施形態では、第1
の実施形態で開示したMFMISFETを複数個マトリ
クス状に配置してなる半導体演算装置を開示する。この
半導体演算装置は、入力ベクトルに対応して、各ベクト
ル間の要素毎の差分値を算出し、当該差分値に基づき、
所定の条件を満たすベクトル、ここでは差分絶対値の和
(マンハッタン距離)が最も小さいベクトルをデータ群
中から選別する機能を有するものである。
(Second Embodiment) In the present embodiment, the first
A semiconductor arithmetic device in which a plurality of MFMISFETs disclosed in the embodiments are arranged in a matrix is disclosed. This semiconductor arithmetic device calculates a difference value for each element between the vectors in accordance with the input vector, and based on the difference value,
It has a function of selecting a vector satisfying a predetermined condition, in this case, a vector having the smallest sum of the absolute differences (Manhattan distance) from the data group.

【0055】図8は、本実施形態の半導体演算装置の主
要構成を示す等価回路図である。この半導体演算装置
は、図5に示した一対のMFMISFET31,32に
キャパシタ33が接続されたものを一構成単位とし、当
該構成単位を各行毎の入力端子を共通として複数個マト
リクス状に配置してなり、当該マトリクスに評価回路3
4が接続されて構成されている。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing a main configuration of the semiconductor arithmetic device of the present embodiment. In this semiconductor arithmetic device, one in which the capacitor 33 is connected to the pair of MFMISFETs 31 and 32 shown in FIG. 5 is used as one constituent unit, and the constituent units are arranged in a matrix with a common input terminal for each row. And the evaluation circuit 3
4 are connected.

【0056】ここでは、各列毎に異なるテンプレート・
ベクトル
Here, a different template is used for each column.
vector

【0057】[0057]

【数1】 (Equation 1)

【0058】に相当する記憶電圧が記憶されている。こ
こで、第1列に着目し、i行1列における一対のMFM
ISFET31,32にTiを記憶し、入力をVi、出力
電圧をaoutiとすると、
Is stored. Here, focusing on the first column, a pair of MFMs in the i-th row and the first column
If T i is stored in ISFETs 31 and 32, the input is V i , and the output voltage is a outi ,

【0059】[0059]

【数2】 (Equation 2)

【0060】となり、これらの出力電圧を所定の加算器
に入力することで、
By inputting these output voltages to a predetermined adder,

【0061】[0061]

【数3】 (Equation 3)

【0062】が得られる。ここで、{Vi}は、入力ベ
クトルを構成する。
Is obtained. Here, {V i } forms an input vector.

【0063】このように、各々の一対のMFMISFE
Tが入力ベクトルとテンプレート・ベクトルの各要素
(エレメント)間における差分絶対値を出力する回路と
なり、前記各列が入力ベクトルとテンプレート・ベクト
ルのマンハッタン距離を出力する回路となる。
As described above, each pair of MMFMISFEs
T is a circuit that outputs the absolute value of the difference between each element of the input vector and the template vector, and each column is a circuit that outputs the Manhattan distance between the input vector and the template vector.

【0064】前記加算器の一具体例を図9に示す。この
加算器は、下部電極を共通とし、この下部電極に対して
各上部電極を対向させてなり、従って各々並列接続され
てなるキャパシタC1,C2,・・・,Cnと、これらと
直列接続されてなるキャパシタC0とを有して構成され
ている。前記下部電極をフローティングゲート電極とす
るMOSトランジスタ構造とすれば、その機能がニュー
ロンの数学モデルに類似する、いわゆるニューロンMO
Sトランジスタとなる。
FIG. 9 shows a specific example of the adder. The adder and the lower electrode and the common, it is opposed to each of the upper electrode with respect to the lower electrode, thus the capacitor C 1, C 2 each formed by parallel connection, ..., and C n, and these And a capacitor C 0 connected in series. If a MOS transistor structure is used in which the lower electrode is a floating gate electrode, the function is similar to a mathematical model of a neuron, that is, a so-called neuron MO.
It becomes an S transistor.

【0065】ここで、前記下部電極の電位Vtotは、予
め電荷Qが蓄積されていたとして、
Here, the potential V tot of the lower electrode is determined by assuming that the electric charge Q has been stored in advance.

【0066】[0066]

【数4】 (Equation 4)

【0067】となる。この場合、ソースフォロワを構成
するための負荷素子をキャパシタC1,C2,・・・,C
nとし、 C1=C2=・・・=Cn=C(キャパシタ33の電気容
量) とする。ここで、C1,C2,・・・,Cnを異なる値と
し、エレメント毎に重み付けしたマンハッタン距離を算
出するようにしてもよい。
Is obtained. In this case, load elements for constituting the source follower are capacitors C 1 , C 2 ,.
n, and C 1 = C 2 =... = C n = C (electrical capacity of the capacitor 33). Here, C 1 , C 2 ,..., C n may be set to different values, and the Manhattan distance weighted for each element may be calculated.

【0068】そして、各列からの出力Vout1,Vout2
・・・は、
The outputs V out1 , V out2 ,
...

【0069】[0069]

【数5】 (Equation 5)

【0070】となり、これらの出力がいわゆるウィナー
・テイク・オール(WTA)回路である評価回路34に
入力し、所定の条件を満たすベクトル、ここではマンハ
ッタン距離が最も小さいベクトルがデータ群中から選別
される。
These outputs are input to an evaluation circuit 34, which is a so-called Wiener take all (WTA) circuit, and a vector satisfying a predetermined condition, here, a vector having the smallest Manhattan distance is selected from the data group. You.

【0071】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、記憶素子として十分な機能を有することに加え、分
極ベクトルの変化を惹起することなく正確な差分(絶対
値)演算を実行することを可能とし、低消費電力で駆動
する第1の実施形態で開示したMFMISFETを用い
て差分絶対値演算装置を構成し、アナログ・ディジタル
融合処理をデバイスレベルで実行可能として、実世界に
おける膨大且つ曖昧な要求に可及的に応えることが可能
となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to having a sufficient function as a storage element, it is possible to execute accurate difference (absolute value) calculation without causing a change in polarization vector. The MFMISFET disclosed in the first embodiment, which is driven with low power consumption, constitutes a difference absolute value calculation device, and can execute analog / digital fusion processing at a device level, thereby achieving a huge and vague in the real world. It is possible to respond to requests as much as possible.

【0072】(第3の実施形態)本実施形態では、第1
の実施形態で開示したMFMISFETを複数個マトリ
クス状に配置してなる半導体記憶装置を開示する。
(Third Embodiment) In the present embodiment, the first
A semiconductor memory device in which a plurality of MFMISFETs disclosed in the embodiments are arranged in a matrix is disclosed.

【0073】図10は、本実施形態の半導体記憶装置の
主要構成を示す等価回路図である。この半導体記憶装置
は、図1に示したMFMISFETを複数個マトリクス
状に配置してなるものであり、行方向のソース線及びド
レイン線を共通とし、各行毎にセンスアンプ41が接続
されており、各MFMISFETにはセンスアンプ41
への接続を選択するMOSトランジスタからなるスイッ
チ42が接続されている。スイッチ42は、列方向に共
通の信号線(ワード線)で接続されている。また、列方
向のソース線及びドレイン線を共通とし、各列毎にセン
スアンプ41を接続する構成としてもよい。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing a main configuration of the semiconductor memory device of the present embodiment. This semiconductor memory device is configured by arranging a plurality of MFMISFETs shown in FIG. 1 in a matrix, has a common source line and drain line in the row direction, and has a sense amplifier 41 connected to each row. Each MFMISFET has a sense amplifier 41
A switch 42 composed of a MOS transistor for selecting a connection to is connected. The switches 42 are connected by a common signal line (word line) in the column direction. Further, the source line and the drain line in the column direction may be shared, and the sense amplifier 41 may be connected to each column.

【0074】このように、各行毎にセンスアンプ41を
用意することにより、行並列の書き込み/読み出しが可
能であり、更にプログラム線とアナログ線のいずれに電
圧を印加するかによって第2の電荷蓄積膜7に印加され
る電界の向きを変えることができることから、必ずしも
消去動作を必要としない。
As described above, by preparing the sense amplifier 41 for each row, writing / reading can be performed in a row-parallel manner, and the second charge accumulation can be performed depending on whether a voltage is applied to either the program line or the analog line. Since the direction of the electric field applied to the film 7 can be changed, the erasing operation is not necessarily required.

【0075】本例の半導体記憶装置を用いた情報の書き
込み方法について、図11に示す読み出しフローを参照
して説明する。ここでは、図10の1行1列及び2行1
列のMFMISFET(M0,M1とする)にV0,V
1を書き込む場合について例示する。
A method for writing information using the semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to a read flow shown in FIG. Here, one row and one column and two rows and one column in FIG.
V0, V are applied to the MFMISFETs (M0, M1)
An example in which 1 is written will be described.

【0076】先ず、Word(ワード)0を“1”にし
てスイッチ42をオンとし、M0,M1をそれぞれセン
スアンプ41に接続した後、Write/Read(リ
ード/ライト)0を“0”にしてスイッチ42をオフと
する。このとき、他のWrite/Readも“0”と
する。
First, the word (word) 0 is set to “1”, the switch 42 is turned on, M0 and M1 are respectively connected to the sense amplifier 41, and then the write / read (read / write) 0 is set to “0”. The switch 42 is turned off. At this time, the other Write / Read are also set to “0”.

【0077】以下の各ステップは、各行毎にパラレルに
実行される。1行についてはAnalog(アナログ)
0にV0を、2行についてはAnalog1にV1をそ
れぞれ印加し、フローティングゲート電位φFGが参照電
圧V refと等しくなければ、1行についてはWrite
/Read0を“1”にして切替スイッチ10をオンと
し、2行についてはWrite/Read0を“1”に
して切替スイッチ10をオンとして、1行には表Aの入
力を、2行には表Bの入力をそれぞれ印加する。ここ
で、各Write/Readを“1”とするステップは
同期している。
The following steps are performed in parallel for each row.
Be executed. For one row, Analog
0 to V0, and for 2 rows, Analog1 to V1.
And the floating gate potential φFGIs the reference
Pressure V refIf not equal, Write for one line
/ Read0 is set to “1” and the changeover switch 10 is turned on.
Write / Read0 is set to "1" for 2 rows
To turn on the changeover switch 10 so that Table A
The force is applied, and the inputs in Table B are applied to the two rows. here
The step of setting each Write / Read to “1” is as follows.
Synchronized.

【0078】続いて、Write/Read0を“0”
にして切替スイッチ10をオフとし、2行についてはW
rite/Read0を“0”にして切替スイッチ10
をオフとして、1行ではAnalog0にV0を、2行
ではAnalog1にV1を印加する。
Subsequently, Write / Read0 is set to "0".
And the changeover switch 10 is turned off.
write / Read0 is set to “0” and the changeover switch 10
Is turned off, V0 is applied to Analog0 in the first row, and V1 is applied to Analog1 in the second row.

【0079】フローティングゲート電位φFGが参照電圧
refと等しい場合には、1行についてはProgra
m(プログラム)0及びAnalog0を接地電位と
し、2行についてはProgram1及びAnalog
1を接地電位として、M0,M1の書き込みを終了す
る。
When the floating gate potential φ FG is equal to the reference voltage V ref , Program
m (program) 0 and Analog 0 are set to the ground potential, and for two rows, Program 1 and Analog
1 is set to the ground potential, and the writing of M0 and M1 ends.

【0080】以上のステップを経て、全てのメモリセル
に書き込めたならば、書き込み動作を終了する。
After all the memory cells have been written through the above steps, the write operation is completed.

【0081】ここで、切替スイッチ10がオン状態で
も、Analog線及びProgram線が共に接地電
位とされていれば、新たな書き込みは起こらない。
Here, even when the changeover switch 10 is on, if both the analog line and the program line are set to the ground potential, no new writing occurs.

【0082】次に、本例の半導体記憶装置を用いた情報
の読み出し方法について説明する。先ず、全てのWri
te/Read線を“0”としておき、読み出し対象で
あるメモリセルに対応したWord線を“1”として、
センスアンプ41に接続する。
Next, a method for reading information using the semiconductor memory device of this embodiment will be described. First, all Wri
The te / Read line is set to “0”, and the Word line corresponding to the memory cell to be read is set to “1”.
Connect to sense amplifier 41.

【0083】続いて、Analog線にランプ電圧を印
加しておき、センスアンプ41の出力が反転するときの
値をサンプル・ホールド等により得る。この値が書き込
まれた値である。
Subsequently, a ramp voltage is applied to the analog line, and a value when the output of the sense amplifier 41 is inverted is obtained by sample hold. This value is the written value.

【0084】具体的に、ランプ電圧を用いて読み出す際
には、図12に示すように、にランプ電圧を印加してゆ
くと、それに追従してフローティングゲート電位φFG
上昇し、続いて、φFGが参照電圧Vrefとなったときの
ランプ電圧が記憶させたVmemとなる。
Specifically, at the time of reading using the lamp voltage, as shown in FIG. 12, as the lamp voltage is applied, the floating gate potential φ FG rises accordingly, and lamp voltage becomes V mem having stored when phi FG becomes the reference voltage V ref.

【0085】ここで、ランプ電圧を用いず、バイナリ・
サーチの要領でAnalog線に信号を加えれば、その
信号を加えた回数のビット精度で読み出しが可能とな
る。具体的に、例えば3ビットの精度で考えた場合、図
13に示すように、先ず“100”(=1/2VDD)で
判定する。このとき、φFG<Vrefであるので、“11
0”(=3/4VDD)で次の判定を行う。今度はφFG
refであるので、“101”(=5/8VDD)が3ビ
ットの精度で読み出した値となる。
Here, the binary voltage is used without using the lamp voltage.
If a signal is added to the analog line in the manner of the search, reading can be performed with the bit accuracy of the number of times the signal is added. Specifically, for example, when considering with 3-bit precision, as shown in FIG. 13, the determination is first made with "100" (= 1 / 2V DD ). At this time, since φ FG <V ref , “11
The following judgment is made at 0 "(= 3/4 V DD ). This time, φ FG >
Since it is V ref , “101” (= 5/8 V DD ) is a value read with 3-bit accuracy.

【0086】図10の半導体記憶装置において、書き込
みに先立って消去動作を実行するようにすれば、書き込
み時にProgram線を接地電位とすることができ
る。
In the semiconductor memory device of FIG. 10, if the erase operation is performed prior to writing, the Program line can be set to the ground potential at the time of writing.

【0087】また、センスアンプ41を、図14に示す
ように、Word線を選択するスイッチ42と対になる
トランジスタ43を設けた構成とすることにより、メモ
リセルのSource(ソース)線を接地電位とするこ
とができる。これにより、図15に示すように、Pro
gram線とSource線を各行毎に共通とする構成
が可能となる。更に、図16に示すように、2行のSo
urce線を共通とすることもできる。
Further, as shown in FIG. 14, the sense amplifier 41 is provided with a transistor 43 paired with a switch 42 for selecting a word line, so that a source line of a memory cell is connected to a ground potential. It can be. As a result, as shown in FIG.
A configuration is possible in which the gram line and the source line are common to each row. Further, as shown in FIG.
source line may be common.

【0088】図15又は図16に示す構成の半導体記憶
装置における情報の消去方法について説明する。先ず、
Analog線及びWord線を全て接地電位とし、消
去対象となるメモリセルに相当するWrite/Rea
d線を“1”として、切替スイッチ10をオンとする。
ここで、複数のWrite/Read線を“1”とすれ
ば、Source線を共通とする複数のメモリセルの情
報が消去される。
A method of erasing information in the semiconductor memory device having the structure shown in FIG. 15 or FIG. 16 will be described. First,
All the Analog and Word lines are set to the ground potential, and Write / Rea corresponding to the memory cell to be erased is set.
The d line is set to “1”, and the changeover switch 10 is turned on.
Here, if a plurality of Write / Read lines are set to “1”, information of a plurality of memory cells sharing a Source line is erased.

【0089】そして、消去対象となるメモリセルに相当
するSource線にVerase(>0)を印加する。こ
のとき、他のSource線を接地電位としておく。こ
こで、複数のSource線にVerase(>0)を印加
すれば、Write/Read線を共通とする複数のメ
モリセルの情報が消去される。
Then, V erase (> 0) is applied to the source line corresponding to the memory cell to be erased. At this time, the other source lines are kept at the ground potential. Here, if V erase (> 0) is applied to a plurality of Source lines, information of a plurality of memory cells sharing a Write / Read line is erased.

【0090】上記のように、Write/Read線、
Source線の選択如何により、2次元的に複数のメ
モリセルの情報を消去することができる。更には、行方
向及び列方向における全てのメモリセルの情報を一括消
去することも可能である。
As described above, the Write / Read line,
Depending on the selection of the Source line, information of a plurality of memory cells can be erased two-dimensionally. Further, it is also possible to collectively erase information of all memory cells in the row direction and the column direction.

【0091】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、MFMISFETを用いて半導体記憶装置を構成す
ることで、簡易且つ確実な書き込み(消去)・読み出し
動作を低消費電力で行うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, by configuring a semiconductor memory device using an MFMISFET, it is possible to perform a simple (reliable) write (erase) / read operation with low power consumption. Become.

【0092】なお、本実施形態の半導体記憶装置、例え
ば図16に示す半導体記憶装置において、図17のよう
に、隣接する一対のMFMISFET(ここでは隣接す
る行で同一の列における一対のMFMISFET)に対
してキャパシタ51及びスイッチ52を図示の如く接続
することにより、第1の実施形態における図1の差分絶
対値演算装置と等価な回路が容易に実現する。
In the semiconductor memory device of the present embodiment, for example, the semiconductor memory device shown in FIG. 16, as shown in FIG. 17, a pair of adjacent MFMISFETs (here, a pair of MFMISFETs in the same column in adjacent rows) are used. On the other hand, by connecting the capacitor 51 and the switch 52 as shown in the figure, a circuit equivalent to the absolute difference calculating device of FIG. 1 in the first embodiment can be easily realized.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明によれば、記憶素子として十分な
機能を有することに加え、分極ベクトルの変化を惹起す
ることなく正確な差分(絶対)演算を実行することを可
能とし、低消費電力で駆動するMFMISFET型の半
導体装置、及びこの半導体装置を複数配してなり、アナ
ログ・ディジタル融合処理をデバイスレベルで実行する
半導体演算装置を実現することができる。
According to the present invention, in addition to having a sufficient function as a storage element, it is possible to execute an accurate difference (absolute) operation without causing a change in a polarization vector, thereby achieving low power consumption. And an MFMISFET-type semiconductor device driven by a plurality of semiconductor devices, and a semiconductor arithmetic device that executes analog / digital convergence processing at a device level.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態によるMFMISFETの主要
構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a main configuration of an MFMISFET according to a first embodiment.

【図2】図1における強誘電体材料からなる電荷蓄積膜
の他の構成例を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another configuration example of the charge storage film made of a ferroelectric material in FIG.

【図3】図1のMFMISFETを用いてソースフォロ
ワを構成した一例を示す等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an example in which a source follower is configured using the MFMISFET of FIG. 1;

【図4】図1のMFMISFETに対する電圧印加の他
の例を示す等価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing another example of voltage application to the MFMISFET of FIG.

【図5】図1のMFMISFETを2つ組み合わせてな
る差分絶対値の演算回路を示す等価回路図である。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing an arithmetic circuit for calculating a difference absolute value formed by combining two MFMISFETs of FIG. 1;

【図6】本発明を適用してニューロンMOSインバータ
を構成した様子を示す等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of a neuron MOS inverter according to the present invention.

【図7】本発明を適用したニューロンMOSインバータ
により、NAND回路とNOR回路を選択的に実現でき
ることを説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining that a NAND circuit and a NOR circuit can be selectively realized by a neuron MOS inverter to which the present invention is applied;

【図8】第2の実施形態による半導体演算装置の主要構
成を示す等価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating a main configuration of a semiconductor processing device according to a second embodiment.

【図9】第2の実施形態による半導体演算装置の構成要
素である加算器の一具体例を示す等価回路図である。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram showing a specific example of an adder that is a component of the semiconductor arithmetic device according to the second embodiment.

【図10】第3の実施形態による半導体記憶装置の主要
構成を示す等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing a main configuration of a semiconductor memory device according to a third embodiment.

【図11】第3の実施形態による半導体記憶装置を用い
た情報の書き込み方法を示すフロー図である。
FIG. 11 is a flowchart showing a method of writing information using the semiconductor memory device according to the third embodiment.

【図12】ランプ電圧を用いて読み出すに際して、参照
電圧Vrefの時間依存性を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the time dependency of a reference voltage V ref when reading is performed using a ramp voltage.

【図13】バイナリ・サーチの要領で読み出すに際し
て、参照電圧Vrefの時間依存性を示す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing the time dependency of a reference voltage Vref when reading is performed in the manner of a binary search.

【図14】センスアンプの他の構成例を示す等価回路図
である。
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram showing another configuration example of the sense amplifier.

【図15】Program線とSource線を各行毎
に共通とする一例を示す一部等価回路図である。
FIG. 15 is a partial equivalent circuit diagram showing an example in which a Program line and a Source line are common to each row.

【図16】2行のSource線を共通とする一例を示
す等価回路図である。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing an example in which two rows of Source lines are shared.

【図17】図16の等価回路を変形して、第1の実施形
態における図1の差分絶対値演算装置と等価な回路を構
成する様子を示す等価回路図である。
FIG. 17 is an equivalent circuit diagram showing a state in which the equivalent circuit of FIG. 16 is modified to form a circuit equivalent to the absolute difference calculating device of FIG. 1 in the first embodiment;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板 2 ソース/ドレイン 3 ゲート絶縁膜 4 フローティングゲート電極 5 第1の電荷蓄積膜 6 第1のコントロールゲート電極 6a,8a 入力端子 7 第2の電荷蓄積膜 8 第2のコントロールゲート電極 10 切替スイッチ 11,12,33,51 キャパシタ 21 強誘電体膜 22,23 常強誘電体膜 24 負荷回路 31,32 MFMISFET 34 評価回路 41 センスアンプ 42,52 スイッチ 43 トランジスタ Reference Signs List 1 silicon semiconductor substrate 2 source / drain 3 gate insulating film 4 floating gate electrode 5 first charge storage film 6 first control gate electrode 6a, 8a input terminal 7 second charge storage film 8 second control gate electrode 10 Changeover switch 11, 12, 33, 51 Capacitor 21 Ferroelectric film 22, 23 Paraferroelectric film 24 Load circuit 31, 32 MFMISFET 34 Evaluation circuit 41 Sense amplifier 42, 52 Switch 43 Transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11C 16/02 H01L 27/10 444A H01L 27/105 Fターム(参考) 5B025 AA02 AA07 AC02 AE06 5F083 EP03 EP22 FR07 GA05 5F101 BA02 BA12 BA62 BB02 BD20 BD33 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) G11C 16/02 H01L 27/10 444A H01L 27/105 F-term (Reference) 5B025 AA02 AA07 AC02 AE06 5F083 EP03 EP22 FR07 GA05 5F101 BA02 BA12 BA62 BB02 BD20 BD33

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース/ドレインと、 前記ソース/ドレインと第1の絶縁膜を介して設けられ
た電気的にフローティング状態にある第1の電極と、 前記第1の電極の一部位上に設けられた強誘電体材料を
含まない第2の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜を介して前記前記第1の電極の前記一
部位と対向するように設けられた第2の電極と、 前記第1の電極の他部位上に設けられた強誘電体材料を
含む少なくとも1層の膜を有する第3の絶縁膜と、 前記第3の絶縁膜を介して前記第1の電極の前記他部位
と対向するように設けられた第3の電極と、 前記第3の電極と接続され、当該第3の電極と所定の信
号線との間の接続をオン/オフする切替スイッチとを備
えることを特徴とする半導体装置。
A source / drain; a first electrode in an electrically floating state provided through the source / drain and a first insulating film; and a first electrode provided on one portion of the first electrode. A second insulating film containing no ferroelectric material, a second electrode provided so as to face the part of the first electrode via the second insulating film, A third insulating film having at least one layer containing a ferroelectric material provided on another portion of the first electrode; and the other portion of the first electrode via the third insulating film. And a changeover switch connected to the third electrode for turning on / off a connection between the third electrode and a predetermined signal line. Characteristic semiconductor device.
【請求項2】 前記第3の電極に所定の電位を与えた状
態で、前記切替スイッチをオフ状態とすることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the switch is turned off in a state where a predetermined potential is applied to the third electrode.
【請求項3】 前記切替スイッチをオフ状態とした後
に、前記第2の電極に更に所定の電位を与えることを特
徴とする請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a predetermined potential is further applied to the second electrode after the changeover switch is turned off.
【請求項4】 前記第3の絶縁膜における分極状態を変
更するに際して、前記切替スイッチをオン状態とすると
ともに、前記第2の電極及び前記第3の電極にそれぞれ
所定の電位を与えることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれか1項に記載の半導体装置。
4. When changing the polarization state of the third insulating film, the changeover switch is turned on, and a predetermined potential is applied to each of the second electrode and the third electrode. The semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項5】 前記第2の電極及び前記第3の電極に与
える前記所定の電位は、一方を接地電位、他方を正電位
とすることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein one of the predetermined potentials applied to the second electrode and the third electrode is a ground potential, and the other is a positive potential.
【請求項6】 前記第2の絶縁膜は高誘電体材料を含む
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said second insulating film contains a high dielectric material.
【請求項7】 前記第2の絶縁膜は前記第1の絶縁膜よ
りも大きな比誘電率を有することを特徴とする請求項1
〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film has a higher relative dielectric constant than the first insulating film.
7. The semiconductor device according to any one of claims 6 to 6.
【請求項8】 複数の半導体装置をマトリクス状に配置
して構成される半導体演算装置であって、 前記半導体装置は、ソース/ドレインと、 前記ソース/ドレインと第1の絶縁膜を介して設けられ
た電気的にフローティング状態にある第1の電極と、 前記第1の電極の一部位上に設けられた強誘電体材料を
含まない第2の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜を介して前記前記第1の電極の前記一
部位と対向するように設けられた第2の電極と、 前記第1の電極の他部位上に設けられた強誘電体材料を
含む少なくとも1層の膜を有する第3の絶縁膜と、 前記第3の絶縁膜を介して前記第1の電極の前記他部位
と対向するように設けられた第3の電極と、 前記第3の電極と接続され、当該第3の電極と所定の信
号線との間の接続をオン/オフする切替スイッチとを備
えることを特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor arithmetic device configured by arranging a plurality of semiconductor devices in a matrix, wherein the semiconductor device is provided via a source / drain, the source / drain, and a first insulating film. A first electrode in an electrically floating state, a second insulating film not including a ferroelectric material provided on one portion of the first electrode, and a second insulating film interposed therebetween. A second electrode provided so as to face the part of the first electrode, and at least one layer of a film containing a ferroelectric material provided on another portion of the first electrode. A third insulating film having: a third electrode provided to face the other portion of the first electrode via the third insulating film; and a third electrode connected to the third electrode, A switch for turning on / off the connection between the third electrode and a predetermined signal line Wherein a and a switch.
【請求項9】 前記第3の電極に所定の電位を与えた状
態で、前記切替スイッチをオフ状態とすることを特徴と
する請求項8に記載の半導体演算装置。
9. The semiconductor arithmetic device according to claim 8, wherein the changeover switch is turned off in a state where a predetermined potential is applied to the third electrode.
【請求項10】 前記切替スイッチをオフ状態とした後
に、前記第2の電極に更に所定の電位を与えることを特
徴とする請求項9に記載の半導体演算装置。
10. The semiconductor arithmetic device according to claim 9, wherein a predetermined potential is further applied to the second electrode after the changeover switch is turned off.
【請求項11】 前記第3の絶縁膜における分極状態を
変更するに際して、前記切替スイッチをオン状態とする
とともに、前記第2の電極及び前記第3の電極にそれぞ
れ所定の電位を与えることを特徴とする請求項8〜10
のいずれか1項に記載の半導体演算装置。
11. The method according to claim 11, wherein when changing the polarization state of the third insulating film, the changeover switch is turned on, and a predetermined potential is applied to each of the second electrode and the third electrode. Claims 8 to 10
The semiconductor arithmetic device according to claim 1.
【請求項12】 前記第2の電極及び前記第3の電極に
与える前記所定の電位は、一方を接地電位、他方を正電
位であることを特徴とする請求項11に記載の半導体演
算装置。
12. The semiconductor arithmetic device according to claim 11, wherein one of the predetermined potentials applied to the second electrode and the third electrode is a ground potential, and the other is a positive potential.
【請求項13】 前記第2の絶縁膜は高誘電体材料を含
むことを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記
載の半導体演算装置。
13. The semiconductor arithmetic device according to claim 8, wherein said second insulating film contains a high dielectric material.
【請求項14】 前記第2の絶縁膜は前記第1の絶縁膜
よりも大きな比誘電率を有することを特徴とする請求項
8〜13のいずれか1項に記載の半導体演算装置。
14. The semiconductor arithmetic device according to claim 8, wherein said second insulating film has a higher relative dielectric constant than said first insulating film.
【請求項15】 前記信号線が各行毎に共通とされるこ
とを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項に記載の
半導体演算装置。
15. The semiconductor arithmetic device according to claim 8, wherein said signal line is common to each row.
【請求項16】 前記信号線が各列毎に共通とされるこ
とを特徴とする請求項8〜15のいずれか1項に記載の
半導体演算装置。
16. The semiconductor arithmetic device according to claim 8, wherein said signal line is common to each column.
【請求項17】 複数のベクトルをデータ群として保持
しており、入力ベクトルに対応して、各ベクトル間の要
素毎の差分値を算出することを特徴とする請求項16に
記載の半導体演算装置。
17. The semiconductor arithmetic device according to claim 16, wherein a plurality of vectors are held as a data group, and a difference value for each element between the vectors is calculated corresponding to the input vector. .
【請求項18】 一対の前記半導体装置を並列接続し、
各ベクトル間の要素毎の差分絶対値を算出することを特
徴とする請求項17に記載の半導体演算装置。
18. A semiconductor device comprising: a pair of semiconductor devices connected in parallel;
18. The semiconductor arithmetic device according to claim 17, wherein a difference absolute value for each element between the vectors is calculated.
【請求項19】 前記差分値に基づき、所定の条件を満
たすベクトルを前記データ群中から選別することを特徴
とする請求項17又は18に記載の半導体演算装置。
19. The semiconductor arithmetic device according to claim 17, wherein a vector satisfying a predetermined condition is selected from the data group based on the difference value.
【請求項20】 マトリクス状に配置された複数の前記
半導体装置のうち、各列が前記データ群を構成する各ベ
クトルに対応し、各行が前記ベクトルの各要素に対応す
ることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に
記載の半導体演算装置。
20. A plurality of semiconductor devices arranged in a matrix, wherein each column corresponds to each vector constituting the data group, and each row corresponds to each element of the vector. Item 20. The semiconductor arithmetic device according to any one of items 17 to 19.
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