JP2006313999A - Semiconductor device - Google Patents

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Takayuki Kawahara
尊之 河原
Kenichi Osada
健一 長田
Riichiro Takemura
理一郎 竹村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of changing a logic function of a circuit with a low voltage. <P>SOLUTION: The semiconductor device, equipped with a changeable logic unit whose logic function can be changed with a switch, has the switch portion composed of, for example, an MOS transistor M3 as a switch between signal lines D1 and D2, a capacitor C1 holding an ON or OFF state of the M3, MOS transistors M1 and M2 setting information to be held by the capacitor C1, a phase shifting element PC1, etc. In this constitution, the ON or OFF state of the MOS transistor M3 is determined in accordance with the state of the phase shifting element PC1 which is written as a set or reset state with a low voltage from a control line DL, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特にプログラマブルに論理機能を設定可能な可変論理ユニット、及び記憶情報の書き換え可能な不揮発性メモリユニットを有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a technique effective when applied to a semiconductor device having a variable logic unit that can set a logic function in a programmable manner and a nonvolatile memory unit that can rewrite stored information.

例えば、特許文献1には、FPGA(Field Programmable Gate Array)若しくはFPLD(Field Programmable Logic Device)のように称される可変論理ユニットを用いて演算回路を構成する技術が記載されている。また、非特許文献1には、FPGAの記憶セルにEEPROMやフラッシュメモリなどの電気的に書き換え可能な不揮発性記憶素子を用いる技術が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a technique for configuring an arithmetic circuit using a variable logic unit called an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an FPLD (Field Programmable Logic Device). Non-Patent Document 1 describes a technique in which an electrically rewritable nonvolatile memory element such as an EEPROM or a flash memory is used as a memory cell of an FPGA.

一方、非特許文献2に記載のような、「相変化メモリ」と呼ばれる技術の開発が進んでいる。これは、書き換え可能なCDやDVDなどの光ディスクでも利用されている相変化膜、相変化素子を記憶素子に使う技術で、相変化素子がアモルファス状態にあるか、結晶状態にあるかで、‘0’と‘1’を記憶する。光ディスクでは、高い出力のレーザーで局所的に加熱し、アモルファス状態や結晶状態を作ることで書き込みを行う。一方、相変化メモリでは、書き込みは電流パルスで局所的に加熱することで行い、読み出しは状態の変化による電気抵抗値の変化を検出して行う。   On the other hand, the development of a technique called “phase change memory” as described in Non-Patent Document 2 is in progress. This is a technology that uses phase change films and phase change elements that are also used in rewritable optical discs such as CDs and DVDs as storage elements. Whether the phase change elements are in an amorphous state or a crystalline state, Memorize “0” and “1”. In optical disks, writing is performed by locally heating with a high-power laser to create an amorphous state or a crystalline state. On the other hand, in the phase change memory, writing is performed by locally heating with a current pulse, and reading is performed by detecting a change in electrical resistance value due to a change in state.

そして、このような相変化メモリの読み書き動作を実現するため、相変化素子の一端はトランジスタの出力に設けられたヒータ部分に接続され、他端は電流を流すための金属に接続される。このようにすれば、トランジスタで選択された部分にのみ電流を流すことができる。書き換え動作には、リセット動作およびセット動作と呼ばれるものがある。リセット動作は、一旦相変化素子に大電流を流して加熱し溶解させ、その後電流を切って、急冷させる動作(アモルファス状態となり、電気的には抵抗が高い)である。セット動作は、リセット動作時の電流よりは小さな電流を一定時間流し続け、その間の熱で相変化素子を結晶化させる動作(結晶化状態では電気的には抵抗が低い)である。読み出しは、トランジスタをオンさせて、この時の相変化素子の抵抗の大小をこのトランジスタに流れる電流で読み取る。
特開平10−111790号公報 「Interface」、株式会社CQ出版社、2001年11月号、p.67−68 「オボニック・ユニファイド・メモリ−単体メモリや組み込みアプリケーションに向けたハイパフォーマンス不揮発性メモリ(Ovonic Unified Memory−A High−performance Non volatile Memory Technology for Stand Alone Memory and Embedded Applications)」、M.Gill,T.Lowrey,J.Park、Proceedings of 2002 IEEE International Solid State Circuits Conference、2002年2月
In order to realize such a read / write operation of the phase change memory, one end of the phase change element is connected to a heater portion provided at the output of the transistor, and the other end is connected to a metal for flowing current. In this way, it is possible to pass a current only through a portion selected by the transistor. There are rewrite operations called reset operation and set operation. The reset operation is an operation (amorphous state and electrical resistance is high) in which a large current is once passed through the phase change element to be heated and dissolved, and then the current is turned off and rapidly cooled. The set operation is an operation in which a current smaller than the current in the reset operation continues to flow for a certain period of time, and the phase change element is crystallized by heat during that time (electrically low in the crystallized state). In reading, the transistor is turned on, and the magnitude of the resistance of the phase change element at this time is read by the current flowing through the transistor.
JP-A-10-1111790 “Interface”, CQ Publishing Co., Ltd., November 2001, p. 67-68 “Ovonic Unified Memory-High Performance Non-volatile Memory for Single Memory and Embedded Applications (A High-performance Non-volatile Technology for Memory and Alone Memory Memory)” Gill, T .; Lowrey, J. et al. Park, Proceedings of 2002 IEEE International Solid State Circuits Conference, February 2002

ところで、前記のような可変論理ユニットの技術について、本発明者が検討した結果、下記(1)〜(3)のようなことが明らかとなった。   By the way, as a result of the study of the technique of the variable logic unit as described above, the following (1) to (3) have been clarified.

(1)前述したように可変論理ユニットの記憶セルには、EEPROMやフラッシュメモリなどを用いることができるが、一般にこれらの素子の書き換えには、10V程度又はそれ以上の電圧が必要である。一方、半導体装置に供給される電源電圧は、世代と共に下がっており、最近は1V近傍となっている。また、MOS型トランジスタの耐圧も微細化の世代と共に低下している。よって、従来技術の10V程度の電圧の使用は好ましくなく、低電圧で書き換えが可能な記憶セルが必要である。   (1) As described above, an EEPROM, a flash memory, or the like can be used as the memory cell of the variable logic unit. Generally, a voltage of about 10 V or more is required for rewriting these elements. On the other hand, the power supply voltage supplied to the semiconductor device has been decreasing with generations and has recently been around 1V. In addition, the breakdown voltage of the MOS transistor is decreasing with the generation of miniaturization. Therefore, it is not preferable to use a voltage of about 10 V in the prior art, and a memory cell that can be rewritten at a low voltage is required.

(2)CPUが半導体装置に混載又はひとつのパッケージに封入された時、CPUの動作プログラムや制御データを格納するために大容量かつ低電圧で動作する記憶セルが必要とされている。しかしながら、従来技術では、EEPROMやフラッシュメモリなどを用いているため、前述したように低電圧動作を行なうことができない。   (2) When a CPU is embedded in a semiconductor device or enclosed in a single package, a memory cell that operates with a large capacity and a low voltage is required to store an operation program and control data of the CPU. However, since the conventional technique uses an EEPROM, a flash memory, or the like, the low voltage operation cannot be performed as described above.

(3)例えば、可変論理ユニットの記憶セルをEEPROMやフラッシュメモリのみで構成した場合、小面積化が可能となるが、記憶セルの書き換えを高速に行うことができない。一方、可変論理ユニットの記憶セルをSRAMで構成し、このSRAMへの初期データのロード手段およびSRAMからの終了データのバックアップ手段としてEEPROMやフラッシュメモリを用いる場合、このロードおよびバックアップ時に時間を要する恐れがある。また、一度ロードした後は、SRAMを用いて高速に書き換えることは可能であるが、SRAMを用いることやそのバックアップ手段となるEEPROMやフラッシュメモリが必要なことから小面積化が困難となる。そこで、小面積で高速動作が可能な記憶セルが求められる。   (3) For example, when the memory cell of the variable logic unit is composed of only an EEPROM or a flash memory, the area can be reduced, but the memory cell cannot be rewritten at high speed. On the other hand, in the case where the memory cell of the variable logic unit is constituted by SRAM and EEPROM or flash memory is used as means for loading initial data into the SRAM and as means for backing up end data from the SRAM, time may be required for loading and backup. There is. In addition, once loaded, it is possible to rewrite at high speed using an SRAM, but it is difficult to reduce the area because of the use of an SRAM and the need for an EEPROM or flash memory as backup means. Therefore, a memory cell capable of high-speed operation with a small area is required.

本発明は、このような課題を解決するためのものであり、本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The present invention is intended to solve such problems, and the above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明の半導体装置は、論理機能が可変な回路ユニットを含み、当該回路ユニットは、相変化素子と、当該相変化素子の電気的な抵抗の状態に対応してオン状態又はオフ状態を取りうるスイッチとを含み、前記回路ユニットの論理機能は、前記スイッチのオン状態又はオフ状態に基づいて設定されるものとなっている。   The semiconductor device of the present invention includes a circuit unit having a variable logic function, and the circuit unit can take an on state or an off state corresponding to the state of the phase change element and the electrical resistance of the phase change element. The logic function of the circuit unit is set based on the on or off state of the switch.

このように、回路ユニットの論理機能を相変化素子によって設定可能にすることで、低電圧で論理機能の設定および変更が可能となるため、半導体装置の低電圧化または低消費電力化が実現できる。また、回路ユニットの論理機能の設定を、例えばフラッシュメモリのみで実現する場合と比べて、その設定変更に要する時間を短縮でき、例えばSRAMとフラッシュメモリで実現する場合と比べて、小面積化が可能となる。   As described above, by enabling the logic function of the circuit unit to be set by the phase change element, the logic function can be set and changed at a low voltage, so that the semiconductor device can be reduced in voltage or power consumption. . In addition, the time required for changing the setting of the logic function of the circuit unit can be shortened, for example, compared to the case where it is realized only by the flash memory. It becomes possible.

ここで、前記回路ユニットは、例えば、それぞれ論理機能が可変な複数の回路ブロックを備え、この複数の回路ブロック間の接続関係を前記スイッチを用いて設定可能な構成とすることができる。このような構成を用いると、大規模で、低電圧動作が可能な可変論理ユニットを容易に構築することが可能となる。また、大規模な可変論理ユニットに対し、その小面積化や高速化を図ることもできる。   Here, the circuit unit can include, for example, a plurality of circuit blocks each having a variable logic function, and a connection relationship between the plurality of circuit blocks can be set using the switches. By using such a configuration, it becomes possible to easily construct a large-scale variable logic unit capable of low voltage operation. Moreover, it is possible to reduce the area and speed of a large-scale variable logic unit.

また、本発明の半導体装置は、プロセッサと、相変化素子を含むメモリセルから構成され、プロセッサにおける処理プログラムが格納される不揮発性メモリユニットと、論理機能が可変な回路ユニットとを含むものとなっている。そして、前記回路ユニットは、相変化素子と、当該相変化素子の電気的な抵抗の状態に対応してオン状態又はオフ状態を取りうるスイッチとを含み、この回路ユニットの論理機能は、回路ユニット内の相変化素子の抵抗の状態によって変更可能な構成となっている。   The semiconductor device of the present invention includes a processor, a memory cell including a phase change element, and includes a nonvolatile memory unit in which a processing program in the processor is stored, and a circuit unit having a variable logic function. ing. The circuit unit includes a phase change element and a switch that can be turned on or off in accordance with the state of electrical resistance of the phase change element. It can be changed according to the resistance state of the phase change element.

このように、プロセッサで用いるメモリと、論理機能が可変な回路ユニットで用いるメモリとを共に相変化素子で構成した半導体装置を実現することで、フラッシュメモリなどを用いる場合と比較して半導体装置の低電圧化が可能となり、半導体装置の信頼性を向上させることなども可能となる。   As described above, by realizing a semiconductor device in which a memory used in a processor and a memory used in a circuit unit having a variable logic function are configured by phase change elements, the semiconductor device can be compared with a case where a flash memory or the like is used. The voltage can be lowered, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

また、本発明の半導体装置は、第1制御線および第2制御線と、制御ノードの電圧によってオン状態またはオフ状態が制御される第1トランジスタと、第1制御線と第2制御線の間に直列に接続された第2トランジスタおよび第1相変化素子と、第2トランジスタと第1相変化素子との接続ノードと第1トランジスタの制御ノードとの間に設けられた第3トランジスタと、第1トランジスタの制御ノードの電圧を保持する記憶回路とを有するものとなっている。そして、第1制御線、第2制御線および第2トランジスタを用いて第1相変化素子の状態を設定し、第1相変化素子の状態に対応したデータを第3トランジスタを介して記憶回路に設定することで、前記第1トランジスタを状態設定および保持が可能なオン/オフスイッチとして機能させる。なお、このオン/オフスイッチは、例えば、論理機能を可変にするためのスイッチとして使用される。また、前記記憶回路は、例えば、コンデンサまたはフリップフロップなどで構成することができる。   The semiconductor device of the present invention includes a first control line and a second control line, a first transistor whose on state or off state is controlled by a voltage of the control node, and between the first control line and the second control line. A second transistor and a first phase change element connected in series to each other, a third transistor provided between a connection node of the second transistor and the first phase change element and a control node of the first transistor, And a memory circuit that holds the voltage of the control node of one transistor. Then, the state of the first phase change element is set using the first control line, the second control line, and the second transistor, and data corresponding to the state of the first phase change element is transferred to the memory circuit via the third transistor. By setting, the first transistor functions as an on / off switch capable of setting and holding the state. The on / off switch is used as a switch for changing the logic function, for example. Further, the memory circuit can be constituted by, for example, a capacitor or a flip-flop.

このような構成を用いることで、低電圧で状態設定が可能な不揮発性のスイッチを実現できる。また、小面積で、高速な切り換えが可能なスイッチを実現できる。   By using such a configuration, it is possible to realize a nonvolatile switch capable of setting a state with a low voltage. In addition, it is possible to realize a switch that can switch at high speed with a small area.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、可変論理機能を含む半導体装置の低電圧化が可能となる。また、可変論理機能を含む半導体装置の小面積化または高速化が可能となる。   A brief description of effects obtained by typical inventions among inventions disclosed in the present application enables a reduction in voltage of a semiconductor device including a variable logic function. In addition, the semiconductor device including the variable logic function can be reduced in area or speeded up.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

図1は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の構成の一例を示す回路図である。図1に示すスイッチ部RC1は、例えば3つのMOSトランジスタM1,M2,M3と、相変化素子PC1と、コンデンサC1などで構成される。MOSトランジスタM2は、そのソース/ドレインの一方が制御線DLに接続され、他方がノードN1に接続され、ゲートが制御線RWに接続される。相変化素子PC1は、その一端がN1に接続され、他端が制御線SLに接続される。つまり、MOSトランジスタM2と相変化素子PC1は、制御線DLと制御線SLとの間に直列に接続され、その接続点がノードN1となっている。   FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a switch unit included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The switch unit RC1 shown in FIG. 1 includes, for example, three MOS transistors M1, M2, and M3, a phase change element PC1, a capacitor C1, and the like. MOS transistor M2 has one of its source / drain connected to control line DL, the other connected to node N1, and its gate connected to control line RW. Phase change element PC1 has one end connected to N1 and the other end connected to control line SL. That is, MOS transistor M2 and phase change element PC1 are connected in series between control line DL and control line SL, and the connection point is node N1.

MOSトランジスタM1は、そのソース/ドレインの一方がノードN1に接続され、他方がノードN2に接続され、ゲートがM2と同様RWに接続される。MOSトランジスタM3は、そのソース/ドレインの一方が信号線D1に接続され、他方が信号線D2に接続され、ゲートがノードN2に接続される。そして、このノードN2と基準電位ノードGNDとの間にはコンデンサC1が設けられる。   In the MOS transistor M1, one of its source / drain is connected to the node N1, the other is connected to the node N2, and the gate is connected to RW like M2. MOS transistor M3 has one of its source / drain connected to signal line D1, the other connected to signal line D2, and its gate connected to node N2. A capacitor C1 is provided between the node N2 and the reference potential node GND.

このような構成を用いると、MOSトランジスタM3のゲートノードN2の電位によって、D1とD2との間を電気的に接続したり、切り離すことができる。すなわち、MOSトランジスタM3を不揮発性のスイッチとして機能させることができる。そして、この機能を組み合わせることによって、後述するように様々な回路の機能を切り替えることが可能となる。なお、このMOSトランジスタM3のゲートに与える情報を記憶しているのが、コンデンサC1であり、ここに情報を与えるのがMOSトランジスタM1であり、その情報は、M2とPC1の等価的な抵抗の比で決められる。   When such a configuration is used, D1 and D2 can be electrically connected or disconnected depending on the potential of the gate node N2 of the MOS transistor M3. That is, the MOS transistor M3 can function as a nonvolatile switch. By combining these functions, it is possible to switch functions of various circuits as will be described later. The capacitor C1 stores information to be given to the gate of the MOS transistor M3, and the MOS transistor M1 is to give information to the gate, and the information is the equivalent resistance of M2 and PC1. It is determined by the ratio.

ここで、相変化素子PC1は、背景技術の欄で述べたように、抵抗の高い状態と低い状態を取ることができる。そうすると、この相変化素子の状態によって、N1に発生する電圧が異なり、このスイッチの状態を変えることができる(詳細な動作は後述)。なお、必要に応じて、N2とMOSトランジスタM3との間にスイッチを設けて、これを制御し所望の時のみ、コンデンサC1に蓄えられている情報をMOSトランジスタM3に与える構成とすることもできる。   Here, the phase change element PC1 can take a high resistance state and a low resistance state as described in the background art section. Then, the voltage generated at N1 varies depending on the state of the phase change element, and the state of the switch can be changed (detailed operation will be described later). If necessary, a switch may be provided between N2 and the MOS transistor M3, and this may be controlled to give the information stored in the capacitor C1 to the MOS transistor M3 only when desired. .

図2は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の他の構成の一例を示す回路図である。図1との違いは、MOSトランジスタM1側のノードN2とMOSトランジスタM3側のノードN3との間に、コンデンサC1の代わりにフリップフロップ回路が挿入されている点である。この回路によって、ノードN2に現われた信号を保持することができ、このN2の反転信号がN3に現われ、これによってMOSトランジスタM3を制御することができる。   FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of another configuration of the switch unit included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that a flip-flop circuit is inserted instead of the capacitor C1 between the node N2 on the MOS transistor M1 side and the node N3 on the MOS transistor M3 side. By this circuit, a signal appearing at the node N2 can be held, and an inverted signal of this N2 appears at N3, whereby the MOS transistor M3 can be controlled.

そして、スイッチとなるMOSトランジスタM3の状態によって、D1とD2との間を電気的に接続するか否かを選択することができる。この機能によって、後に述べるように、これを組み合わせることによって論理機能が可変であるユニットなどを構成することができる。なお、必要に応じて、N3とMOSトランジスタM3との間にスイッチを設けて、これを制御し所望の時のみ、フリップフロップの状態をMOSトランジスタM3に与える構成とすることもできる。   Whether or not to electrically connect D1 and D2 can be selected according to the state of the MOS transistor M3 serving as a switch. As will be described later, this function can be combined to form a unit whose logic function is variable. If necessary, a switch may be provided between N3 and the MOS transistor M3, and this may be controlled to give the state of the flip-flop to the MOS transistor M3 only when desired.

図3は、図1のスイッチ部における動作の一例を示す波形図である。すなわち、論理機能の切り替えの際に必要となる、相変化素子を用いたスイッチの制御動作の一例を示している。相変化素子PC1の状態に対応して、図1又は図2に示すノードN1と制御線SLとの間に、電気的に抵抗が高い状態と低い状態とが存在する。抵抗が高い状態は、相変化素子PC1がアモルファス状態であり、この状態をReset状態、この状態へ変化させる動作をReset動作と呼ぶ。また、抵抗が低い状態は、PC1がポリ結晶の状態であり、この状態をSet状態、この状態へ変化させる動作をSet動作と呼ぶ。これらの動作は以下のようにして行なう。   FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of the operation in the switch unit of FIG. That is, an example of a control operation of a switch using a phase change element, which is necessary when switching logic functions, is shown. Corresponding to the state of phase change element PC1, there are a state where the electrical resistance is high and a state where it is low between node N1 and control line SL shown in FIG. When the resistance is high, the phase change element PC1 is in an amorphous state. This state is called a reset state, and an operation for changing to this state is called a reset operation. The state where the resistance is low is that the PC 1 is in a polycrystal state, and this state is called the Set state, and the operation for changing to this state is called the Set operation. These operations are performed as follows.

図3に示すように、まず、Reset動作においては、例えば、制御線DLを2Vとする。SLは0Vである。すなわち、DLとSLとの電圧差が2Vであり、この間に直列に接続されたMOSトランジスタM2と、相変化素子PC1とがある。この状態で、MOSトランジスタM2のゲートでもある制御線RWを3Vとする。こうすると、MOSトランジスタM2に電流が流れ、また相変化素子PC1にも電流が流れ、その時に発生する熱によって相変化素子が融解する。この時、MOSトランジスタM2と相変化素子PC1との抵抗の値によって、N2の電圧はV1となる。   As shown in FIG. 3, first, in the reset operation, for example, the control line DL is set to 2V. SL is 0V. That is, the voltage difference between DL and SL is 2 V, and there is a MOS transistor M2 and a phase change element PC1 connected in series between them. In this state, the control line RW which is also the gate of the MOS transistor M2 is set to 3V. As a result, current flows through MOS transistor M2 and current also flows through phase change element PC1, and the phase change element is melted by the heat generated at that time. At this time, the voltage of N2 becomes V1 depending on the resistance value of the MOS transistor M2 and the phase change element PC1.

この後、RWを立ち下げて、電流の供給、つまりは熱の供給を絶ち、時間t1という短い時間で急冷する。すると、相変化素子PC1は、アモルファス状態に変化し、高抵抗状態となる。この後、制御線DLは0Vに戻す。この時、ノードN2はV1のままとなっている。このため、Reset動作の終わりに、再度RWを立ち上げて、この電圧を0Vにしておく。   Thereafter, the RW is lowered, the supply of current, that is, the supply of heat is stopped, and rapid cooling is performed in a short time t1. Then, phase change element PC1 changes to an amorphous state and enters a high resistance state. Thereafter, the control line DL is returned to 0V. At this time, the node N2 remains at V1. For this reason, at the end of the Reset operation, RW is raised again and this voltage is set to 0V.

次に、Set動作においては、制御線DLを2V、SLを0Vとする。ここで、MOSトランジスタM2のゲートでもある制御線RWを2Vとする。こうすると、M2に電流が流れるが、RWが2Vと低いので、Reset動作の時ほど大きな電流ではなく、よって発熱も少ない。この状態を時間t2の間保持する。この保持している間に、相変化素子PC1では結晶化が行なわれる。この時、MOSトランジスタM2と相変化素子PC1との抵抗の値によって、N2の電圧はV2となる。結晶化が終了したら、制御線RW、及び制御線DLを立ち下げる。この動作によって、相変化素子PC1は、ポリの結晶化状態となり、抵抗は低くなる。よって、先程のReset状態とは電気的に異なる状態を実現することができるのである。なお、端子N2はV2のままとなっている。このため、Set動作の終わりに、再度RWを立ち上げて、この電圧を0Vにしておく。   Next, in the Set operation, the control line DL is set to 2V and SL is set to 0V. Here, the control line RW, which is also the gate of the MOS transistor M2, is set to 2V. In this way, a current flows through M2, but since RW is as low as 2V, the current is not as large as that at the time of the reset operation, and thus heat generation is also small. This state is maintained for a time t2. While being held, crystallization is performed in the phase change element PC1. At this time, the voltage of N2 becomes V2 depending on the resistance value of the MOS transistor M2 and the phase change element PC1. When crystallization is completed, the control line RW and the control line DL are lowered. By this operation, phase change element PC1 enters a poly-crystallized state, and the resistance is lowered. Therefore, a state that is electrically different from the previous Reset state can be realized. Note that the terminal N2 remains at V2. For this reason, at the end of the Set operation, RW is raised again to keep this voltage at 0V.

以上が、Reset動作及びSet動作であり、必要な状態であり、対応した情報に合わせてこの動作を行なっておく。なお、動作のさせ方によっては信頼度を向上させるためなどの理由で、例えばSet状態が必要な状態であっても、予めReset動作を行なってから、Set動作を行なう場合もある。   The above is the Reset operation and the Set operation, which are necessary states, and this operation is performed according to the corresponding information. Depending on how the operation is performed, the Set operation may be performed after the Reset operation is performed in advance even if the Set state is necessary, for example, for the purpose of improving reliability.

通常の動作(Normal)の時には、制御線DLを1Vとする。SLは0Vである。ここで、制御線RWに2Vを印加する。こうすると、先程の、Reset動作によるReset状態又はSet動作によるSet状態に応じた相変化素子PC1の抵抗と、MOSトランジスタM2との抵抗比に応じた電圧V3がN1に発生する。ここで、電圧V3は、Reset状態では高電位、Set状態では低電位(ほぼ0V)となる。そして、この電圧V3がMOSトランジスタM1を介して、コンデンサC1の一端であり、MOSトランジスタM3のゲートであるノードN2に現われるのである。したがって、Reset状態では、スイッチとなるMOSトランジスタM3がONとなり、Set状態では、M3がOFFとなる。   During normal operation (normal), the control line DL is set to 1V. SL is 0V. Here, 2V is applied to the control line RW. As a result, the voltage V3 corresponding to the resistance ratio between the resistance of the phase change element PC1 corresponding to the Reset state by the Reset operation or the Set state by the Set operation and the MOS transistor M2 is generated at N1. Here, the voltage V3 is a high potential in the Reset state and a low potential (approximately 0 V) in the Set state. The voltage V3 appears at the node N2 which is one end of the capacitor C1 and the gate of the MOS transistor M3 via the MOS transistor M1. Therefore, in the Reset state, the MOS transistor M3 serving as a switch is turned on, and in the Set state, M3 is turned off.

なお、コンデンサC1には、一般的にリーク電流があるため、この電位は変化していく。このため、一定の時間間隔毎に制御線DLに電圧を設定し、制御線RWを立ち上げることで、コンデンサC1の信号電圧を回復させる動作(所謂リフレッシュ動作)が必要である。図3の例では、V3の電圧が0Vへ向かって減少していく例を示している。   Since the capacitor C1 generally has a leakage current, this potential changes. Therefore, an operation (so-called refresh operation) for restoring the signal voltage of the capacitor C1 by setting a voltage on the control line DL at regular time intervals and starting up the control line RW is necessary. The example of FIG. 3 shows an example in which the voltage of V3 decreases toward 0V.

また、図2の回路の動作に関しても、Reset動作とSet動作は前述した図1の回路の動作と同じである。図1の回路の動作との差は、フリップフロップがあるので、通常動作(Normal)の時にリフレッシュ動作が不要となる点である。   Further, regarding the operation of the circuit of FIG. 2, the Reset operation and the Set operation are the same as the operation of the circuit of FIG. The difference from the operation of the circuit of FIG. 1 is that there is a flip-flop, so that a refresh operation is not required during normal operation (normal).

図4は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の更に他の構成例を示す回路図である。ここでは、図1および図2の構成と異なり、ノードN1を、直接MOSトランジスタM3のゲートに接続している。この方式によれば、制御線DLおよび制御線RWに所望の電圧を設定した状態で通常動作を行うことになる。この構成を用いると、図1および図2の構成に比べて更に小面積化が実現可能となる。   FIG. 4 is a circuit diagram showing still another configuration example of the switch unit included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. Here, unlike the configuration of FIGS. 1 and 2, the node N1 is directly connected to the gate of the MOS transistor M3. According to this method, normal operation is performed in a state where desired voltages are set in the control line DL and the control line RW. When this configuration is used, the area can be further reduced as compared with the configurations of FIGS. 1 and 2.

以上、図1,図2および図4に示したような構成を用いることで、小面積で高速動作が可能なスイッチ部を実現できる。更に、相変化素子を用いているため、低電圧動作(低消費電力動作)も実現可能となる。   As described above, by using the configuration shown in FIGS. 1, 2, and 4, a switch unit capable of high-speed operation with a small area can be realized. Furthermore, since a phase change element is used, low voltage operation (low power consumption operation) can be realized.

図5は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、その断面構成例の概略を示す説明図である。一般に半導体素子では、IO回路などでは比較的高い電圧が外部から印加され、例えばデコーダ回路や他の論理回路ではそれよりも低い電圧が印加される。この構成例では、これに応じて、比較的高い電圧が印加される部分には、酸化絶縁膜の厚いMOSトランジスタを使用する。これが、トランジスタ領域MP_IOとMN_IOであり、これらの酸化絶縁膜部分がそれぞれSIO4とSIO3である。また、低い電圧が印加される部分には酸化絶縁膜の薄いMOSトランジスタを使用する。これが、トランジスタ領域MP_COREとMN_COREであり、これらの酸化絶縁膜部分がそれぞれSIO2とSIO1である。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of a cross-sectional configuration example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In general, in a semiconductor element, a relatively high voltage is applied from the outside in an IO circuit or the like, and a lower voltage is applied in a decoder circuit or another logic circuit, for example. In this configuration example, a MOS transistor having a thick oxide insulating film is used for a portion to which a relatively high voltage is applied. This is transistor regions MP_IO and MN_IO, and these oxide insulating film portions are SIO4 and SIO3, respectively. A MOS transistor having a thin oxide insulating film is used for a portion to which a low voltage is applied. This is transistor regions MP_CORE and MN_CORE, and these oxide insulating film portions are SIO2 and SIO1, respectively.

また、図1等で前述したMOSトランジスタM2などは、トランジスタ領域MN_MEMに形成され、その酸化絶縁膜部分はSIO0である。このSIO0は、SIO1と同じ膜厚とするとより小さなセル面積を容易に実現できるようになり、またSIO3と同じ膜厚とすると扱える電圧範囲を広くすることができる。相変化素子PCは、この図では、MN_MEMのソース/ドレイン領域(n+)の片側より、コンタククト層CNTとメタル第1層ML1ともうひとつコンタクト層CNTに片面を接し、メタル第2層ML2に多面を接して、この2層に挟まれた形となっている。MN_MEMのソース/ドレイン領域(n+)の他方は、メタル第3層ML3まで接続されている。   Further, the MOS transistor M2 and the like described above in FIG. 1 and the like are formed in the transistor region MN_MEM, and the oxide insulating film portion is SIO0. If the SIO0 has the same film thickness as the SIO1, a smaller cell area can be easily realized, and if it has the same film thickness as the SIO3, the voltage range that can be handled can be widened. In this figure, the phase change element PC has one side in contact with the contact layer CNT, the metal first layer ML1, and the other contact layer CNT from one side of the source / drain region (n +) of the MN_MEM, and the metal second layer ML2 is multifaceted. Is in contact with the two layers. The other of the source / drain regions (n +) of MN_MEM is connected to the metal third layer ML3.

各トランジスタは、この図では、素子分離絶縁膜FIで分離されており、各々のゲートは、ポリシリコン膜(Poly−Si)で作製されている。また、この図では示していないが、シリサイド又はサリサイド(セルフアラインでのシリサイド)を用いて、ソース/ドレイン領域又は、ゲートとソース/ドレイン領域の抵抗を下げる場合もある。   In this figure, each transistor is isolated by an element isolation insulating film FI, and each gate is made of a polysilicon film (Poly-Si). Although not shown in this figure, silicide or salicide (silicide in self-alignment) may be used to lower the resistance of the source / drain region or the gate and source / drain region.

図6は、本発明の一実施の形態によるスイッチ部と可変論理ユニットなどで使用されるスイッチとの対応関係を説明する図である。図6(a)では、信号線CNと、それに直交する信号線RNと、それらの信号線を接続するスイッチSWが示されている。このような接続の形態が、可変論理ユニットなどでは多く使用される。このスイッチSWは、これまでの説明で示した回路で実現することができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating the correspondence between the switch unit and the switch used in the variable logic unit according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a signal line CN, a signal line RN that is orthogonal to the signal line CN, and a switch SW that connects these signal lines. Such a connection form is often used in a variable logic unit or the like. This switch SW can be realized by the circuit shown in the above description.

すなわち図6(b)に示すように、図1〜図4でスイッチ部RC1として示した回路がスイッチSWに対応し、RC1の中のMOSトランジスタM3の信号線D1と信号線D2を、この信号線CNと信号線RNとに接続すれば良い。以降の説明において、スイッチSWは、このRC1を例とするような回路であり、“相変化スイッチ”と呼ぶことにする。このスイッチが閉じている状態とは、D1とD2とが電気的に導通している状態であり、開いている状態とは電気的に非導通の状態であり、この2つの状態は相変化素子の状態によって実現できることは、図1〜図4で述べたとおりである。   That is, as shown in FIG. 6B, the circuit shown as the switch unit RC1 in FIGS. 1 to 4 corresponds to the switch SW, and the signal line D1 and the signal line D2 of the MOS transistor M3 in RC1 are connected to this signal. It may be connected to the line CN and the signal line RN. In the following description, the switch SW is a circuit using the RC1 as an example, and will be referred to as a “phase change switch”. The state in which the switch is closed is a state in which D1 and D2 are electrically connected, and the state in which the switch is open is an electrically non-conductive state. These two states are phase change elements. What can be realized by this state is as described in FIGS.

図7は、図6の相変化スイッチを含む相変化スイッチアレーの構成例を示す図であり、(a)、(b)には、相変化スイッチアレーのそれぞれ異なる記載方法を示している。図7(a)に示す相変化スイッチアレーSW_ARYでは、図6の相変化スイッチSWがアレー状に配置され、複数の相変化スイッチSW11〜SWmnを含む構成となっている。例えば、SW11は、縦方向信号線CN1と横方向信号線RN1とを選択的に接続分離可能なスイッチであり、SWmnは、縦方向信号線CNnと横方向信号線RNmとを選択的に接続分離可能なスイッチである。このような相変化スイッチアレーSW_ARYを図7(b)のように示す場合もある。この図のように、CN1〜CNnのn列、RN1〜RNmのm行に相変化スイッチSWを配置した構成によって、任意のCN1〜CNnと任意のRN1〜RNmとを接続することができる。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a phase change switch array including the phase change switch of FIG. 6, and (a) and (b) show different description methods for the phase change switch array. In the phase change switch array SW_ARY shown in FIG. 7A, the phase change switches SW of FIG. 6 are arranged in an array and include a plurality of phase change switches SW11 to SWmn. For example, SW11 is a switch capable of selectively connecting and separating the vertical signal line CN1 and the horizontal signal line RN1, and SWmn selectively connects and separates the vertical signal line CNn and the horizontal signal line RNm. It is a possible switch. Such a phase change switch array SW_ARY may be shown as shown in FIG. As shown in this figure, any CN1 to CNn and any RN1 to RNm can be connected by a configuration in which phase change switches SW are arranged in n columns CN1 to CNn and m rows RN1 to RNm.

図8は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの構成例を示す図である。図8においては、機能が可変な回路ユニットRCP1、又は可変論理ユニットの例としてAND/OR回路が例示されている。すなわち、回路ユニットRCP1は、AND演算を行うAND(アンド)面AND_ARYと、OR演算を行うOR(オアー)面OR_ARYとを有し、それぞれの中に相変化スイッチアレーSW_ARYを備えた構成となっている。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a circuit unit having a variable function included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 8, an AND / OR circuit is illustrated as an example of a circuit unit RCP1 having a variable function or a variable logic unit. That is, the circuit unit RCP1 has an AND surface AND_ARY for performing an AND operation and an OR surface OR_ARY for performing an OR operation, and includes a phase change switch array SW_ARY in each of them. Yes.

およそ一般的な論理演算は、所望の信号を組み合わせてAND演算を行い、これらのAND演算結果を組み合わせてOR演算することによって所望の結果を導出することができる。したがって、図8の例に示すような回路を用意すれば、この組み合わせを実現することができる。   In general logic operations, an AND operation is performed by combining desired signals, and a desired result can be derived by performing an OR operation by combining these AND operation results. Therefore, if a circuit as shown in the example of FIG. 8 is prepared, this combination can be realized.

すなわち、この図の例では、入力信号A,B,C,Dに対して、AND_ARY内部の相変化スイッチアレーSW_ARYによって、どの信号に対してAND演算を行うかが選択される。そして、選択の組み合わせによって複数のAND演算が行われ、それぞれのAND演算結果に対応した信号がOR_ARYに入力される。OR_ARYにおいても、同様に、複数のAND演算結果に対応する信号の中からどの信号に対してOR演算を行うかを相変化スイッチアレーSW_ARYによって選択することができる。したがって、このOR演算の結果である出力信号F1〜F4は、入力信号A,B,C,Dに対して、所望の積和演算を行った結果となる。このようにして、相変化素子を用いた相変化スイッチSWを操作することによって、回路ユニットRCP1を所望の論理演算を行う装置に組み替えることができ、機能可変な論理演算回路を実現できるのである。   That is, in the example of this figure, with respect to the input signals A, B, C, and D, it is selected which signal the AND operation is performed by the phase change switch array SW_ARY inside the AND_ARY. Then, a plurality of AND operations are performed according to the combination of selections, and signals corresponding to the respective AND operation results are input to OR_ARY. Similarly, in OR_ARY, it is possible to select which signal to perform the OR operation from among signals corresponding to a plurality of AND operation results by using phase change switch array SW_ARY. Therefore, the output signals F1 to F4 that are the result of the OR operation are the results of performing a desired product-sum operation on the input signals A, B, C, and D. In this way, by operating the phase change switch SW using the phase change element, the circuit unit RCP1 can be reconfigured to a device that performs a desired logical operation, and a variable function logical operation circuit can be realized.

図9は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの他の構成例を示す図である。図9に示す機能可変な回路ユニットRCP2では、複数の回路ブロックCA11〜CA34がマトリクス状に並び、かつ各々の回路ブロックが近接した回路ブロックのみと接続されるシステムが示されている。例えば、CA22は、CA12,CA21,CA23,CA32のみと接続されている。このようなシステムにおいて、各回路ブロックCAに相変化スイッチSWを設け、機能を変更することによって、高速かつ多くの機能を実現できるLSIを作ることができる。以下、図9のCA11〜CA34を代表してCAijと表し、この回路ブロックCAijを例えばどう構成するかについて述べていく。   FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the circuit unit having variable functions included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The variable function circuit unit RCP2 shown in FIG. 9 shows a system in which a plurality of circuit blocks CA11 to CA34 are arranged in a matrix, and each circuit block is connected only to adjacent circuit blocks. For example, CA22 is connected only to CA12, CA21, CA23, and CA32. In such a system, by providing the phase change switch SW in each circuit block CA and changing the function, an LSI capable of realizing many functions at high speed can be produced. In the following, CA11 to CA34 in FIG. 9 are represented as CAij, and how this circuit block CAij is configured will be described, for example.

図10は、図9の回路ブロックにおいて、それに含まれる各回路ブロックCAijの詳細な構成例を示す図である。図10のCAijは、例えば、機能の一覧を格納したルックアップテーブルLUTと、一時的な命令を保持するフリップフロップFFと、これらに従って演算を行う演算回路MUXと、4方との信号のやり取りを制御する接続領域CNCT_AREAなどから構成される。そして、これらのLUTや、FFなどにも相変化メモリや相変化スイッチSWを用いることができる。このような構成とすることで、演算を行う回路ブロックCAijで機能可変な論理演算が可能となる。   FIG. 10 is a diagram showing a detailed configuration example of each circuit block CAij included in the circuit block of FIG. The CAij in FIG. 10 exchanges signals between, for example, a lookup table LUT that stores a list of functions, a flip-flop FF that holds temporary instructions, an arithmetic circuit MUX that performs arithmetic operations according to these, and four-way signals. The connection area CNCT_AREA to be controlled is configured. A phase change memory and a phase change switch SW can be used for these LUTs and FFs. With such a configuration, it is possible to perform a logic operation whose function is variable in the circuit block CAij performing the operation.

図11は、図9の回路ユニットにおいて、それに含まれる各回路ブロックCAijの他の詳細な構成例を示す図である。図11のCAijには、信号処理を担当する回路ブロックPROと、他の回路ブロックCAijと通信を行い、他のブロックとのデータの授受や例えばひとつの仕事を分割した場合にこれらの進捗を監視するといったような制御を行う回路ブロックAURとが含まれる。ここで、これらPRO及びAURに相変化スイッチSWを設け機能を変更できるようにしている。また、各々のPRO及びAURは、近接する他の4つの回路ブロック内のPRO及びAURとそれぞれ接続されている。PROは信号処理を主に行う回路ブロックであるが、ここでは、以下、AURについてもっと詳細に見ていく。   FIG. 11 is a diagram showing another detailed configuration example of each circuit block CAij included in the circuit unit of FIG. The CAij in FIG. 11 communicates with the circuit block PRO in charge of signal processing and other circuit blocks CAij, and exchanges data with other blocks and monitors their progress when, for example, one work is divided. And a circuit block AUR that performs such control. Here, a phase change switch SW is provided in these PRO and AUR so that the function can be changed. Each PRO and AUR is connected to PRO and AUR in the other four adjacent circuit blocks, respectively. PRO is a circuit block that mainly performs signal processing. Here, AUR will be described in more detail below.

図12は、図11の回路ブロックCAijにおいて、それに含まれる回路ブロックAURの詳細な構成例を示す図である。図12のAURは、近接する他の4つの回路ブロック内を接続するために、4種の入力と出力を持つ。この図では、この入力信号をIN,IE,IS,IWで示し、出力信号をON,OE,OS,OWで示している。このAURの内部構造は、出力信号ON,OE,OS,OWを出力する回路ブロックMB4,MB1,MB2,MB3からなり、各々回路ブロックには、入力信号IN,IE,IS,IWが入力される。すなわち、各出力信号が、すべての入力信号からの演算によって発生される。例えば、出力信号OSは、4つの入力信号IN,IE,IS,IWを回路ブロックMB2によって演算することで発生される。このような対称な構造を取ることによって、自由度の高い演算を行うことができるのである。   FIG. 12 is a diagram showing a detailed configuration example of the circuit block AUR included in the circuit block CAij of FIG. The AUR in FIG. 12 has four types of inputs and outputs in order to connect the other four adjacent circuit blocks. In this figure, this input signal is indicated by IN, IE, IS, and IW, and the output signal is indicated by ON, OE, OS, and OW. The internal structure of this AUR is composed of circuit blocks MB4, MB1, MB2 and MB3 that output output signals ON, OE, OS, and OW, and input signals IN, IE, IS, and IW are input to the respective circuit blocks. . That is, each output signal is generated by computation from all input signals. For example, the output signal OS is generated by calculating four input signals IN, IE, IS, and IW by the circuit block MB2. By adopting such a symmetric structure, a calculation with a high degree of freedom can be performed.

次に、図12の回路ブロックMB1,MB2,MB3,MB4のそれぞれをMBiとして、その構成の一例を説明する。図13は、図12の回路ブロックAURにおいて、それに含まれる回路ブロックMBiの詳細な構成例を示す図である。図13のMBiは、例えば、L1〜L4の論理セルと、S1〜S5で示された相変化スイッチセルとで構成される。各S1〜S5は、それぞれに含まれる複数の相変化スイッチSWによって、S1への入力のうち、例えばひとつをその出力に接続する機能を有している。   Next, an example of the configuration of the circuit blocks MB1, MB2, MB3, and MB4 in FIG. FIG. 13 is a diagram showing a detailed configuration example of the circuit block MBi included in the circuit block AUR of FIG. The MBi in FIG. 13 includes, for example, logic cells L1 to L4 and phase change switch cells indicated by S1 to S5. Each of S1 to S5 has a function of connecting, for example, one of the inputs to S1 to the output by a plurality of phase change switches SW included therein.

また、論理セルL1には、入力信号IN,IEが入力され、論理セルL3には、入力信号IS,IWとが入力され、L1とL3の出力が、相変化スイッチセルS1〜S4によってL2およびL4に選択的に接続され、このL2およびL4の出力が、相変化スイッチセルS5によって更に選択的に接続され出力信号Oとなる。このOとは、図12で示した出力信号ON,OE,OS,OWの何れかを示している。このように、相変化スイッチを用いて機能を変更できる回路により、入力信号IN,IE,IS,IWから出力信号Oの信号を発生することができる。   Further, input signals IN and IE are input to the logic cell L1, input signals IS and IW are input to the logic cell L3, and outputs of L1 and L3 are output to L2 and L2 by the phase change switch cells S1 to S4. The output of L2 and L4 is further selectively connected to the output signal O by the phase change switch cell S5. O represents one of the output signals ON, OE, OS, and OW shown in FIG. In this way, the output signal O can be generated from the input signals IN, IE, IS, and IW by a circuit whose function can be changed using the phase change switch.

次に、図13の論理セルL1〜L4のそれぞれをLiとして、その構成の一例を説明する。図14は、図13の回路ブロックMBiにおいて、それに含まれる論理セルLiの詳細な構成例を示す図である。図14の論理セルLiは、例えば、2つの入力信号I1,I2のAND(NAND)かOR(NOR)かNOTかを切り換えることができる回路例となっている。この切り換えは、相変化スイッチSWによって行う。   Next, an example of the configuration of each of the logic cells L1 to L4 in FIG. FIG. 14 is a diagram showing a detailed configuration example of the logic cell Li included in the circuit block MBi of FIG. The logic cell Li in FIG. 14 is, for example, a circuit example that can switch between AND (NAND), OR (NOR), and NOT of two input signals I1 and I2. This switching is performed by the phase change switch SW.

ところで、AURは、もっと一般的にAND、OR面を用いて構成することもできる。図15は、図11の回路ブロックCAijにおいて、それに含まれる回路ブロックAURの他の詳細な構成例を示す図である。図15では、4種の入力信号と出力信号に対し、入力信号をA,B,C,Dで、出力信号をF1,F2,F3,F4で示している。これら4つの入力信号が、図8で述べたような相変化スイッチアレーSW_ARYを含むAND/OR面に入力され、これによる演算結果が出力信号F1,F2,F3,F4として出力される。このように、入力信号A,B,C,Dから所望の演算を行う機能を相変化スイッチを用いて実現することで、所望のAURの機能を実現することが可能となる。   By the way, the AUR can be more generally configured using AND and OR planes. FIG. 15 is a diagram showing another detailed configuration example of the circuit block AUR included in the circuit block CAij of FIG. In FIG. 15, for four types of input signals and output signals, the input signals are indicated by A, B, C, and D, and the output signals are indicated by F1, F2, F3, and F4. These four input signals are input to the AND / OR plane including the phase change switch array SW_ARY as described with reference to FIG. 8, and the calculation results are output as output signals F1, F2, F3, and F4. As described above, by realizing a function of performing a desired calculation from the input signals A, B, C, and D using the phase change switch, it is possible to realize a desired AUR function.

以上、回路ブロックがマトリクス状に並び、かつ各々の回路ブロックが近接した回路ブロックのみと接続されるシステムの構成例を示した。このシステムは、各々の回路ブロックが近接した回路ブロックのみと接続されることによって構成できるので、非常に大きなシステムを容易に構成できる。また、このシステムで機能を変更することは、後に述べるようにプログラムで或いは外から命令によって、或いは外からの情報自身、又はこれと所望の出力情報との差に基づく内部発生プログラム・命令によって行うことができる。   The configuration example of the system in which the circuit blocks are arranged in a matrix and each circuit block is connected only to the adjacent circuit block has been described above. Since this system can be configured by connecting each circuit block only to adjacent circuit blocks, a very large system can be easily configured. In addition, the function change in this system is performed by a program or an external command as described later, by external information itself, or by an internally generated program / command based on the difference between this and desired output information. be able to.

図16は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの更に他の構成例を示す図である。図16の回路ユニットRCP3において、A1は相変化スイッチによって機能を変えることができる回路ブロックであり、図8、図10および図11そのもの又はこれらを複数組み合わせたものである。これらの中の相変化スイッチを制御する制御回路がCTRであり、A1での演算における入出力回路がINFであり、MEMはメモリ、PRCはそれ自ら演算を行いながらも、全体を統合するプロセッサであり、外部との入出力バスがIOである。なお、メモリMEMはこのようにINFへ接続し、各々のA1で共用して使用する方法でも良いが、他に各A1内部に分散して配置する方法でも良い。このように、図16の構成例を用いることで、IOからのデータと命令とに従い、A1の接続方法、各々の機能を変えること可能となる。   FIG. 16 is a diagram showing still another configuration example of the circuit unit having a variable function included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In the circuit unit RCP3 of FIG. 16, A1 is a circuit block whose function can be changed by a phase change switch, and is the one shown in FIGS. 8, 10, and 11 or a combination thereof. Among these, the control circuit for controlling the phase change switch is CTR, the input / output circuit in the calculation at A1 is INF, MEM is a memory, and PRC is a processor that integrates the whole while performing its own calculation. Yes, the external input / output bus is IO. The memory MEM may be connected to the INF in this way and used in common with each A1. Alternatively, the memory MEM may be distributed and arranged inside each A1. As described above, by using the configuration example of FIG. 16, the connection method of A1 and each function can be changed according to the data and command from the IO.

図17は、図16の回路ユニットを変形した構成の一例を示す図である。図17に示す回路ユニットRCP4と図16の回路ユニットRCP3との差は、このマトリクスを構成する各々の回路ブロックがそれぞれ回路構成が異なっていても良い点と、SHFLと示した回路機能の切り換えを内部で行う制御回路を追加した点である。まず、各々の回路ブロックでは、それぞれ回路構成が異なっているため、この図で示したA11〜Aijは、それぞれ回路構成が異なる回路ブロックであり、これらの各々の機能、これらの間の接続の方法はCTRで制御される。これらを切り換える手段は相変化スイッチを用いて行う。これによって、各々の機能を切り換えると共に、これらの接続方法を切り換えることができるため、より高度に機能を切り換えることができるのである。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a configuration in which the circuit unit in FIG. 16 is modified. The difference between the circuit unit RCP4 shown in FIG. 17 and the circuit unit RCP3 shown in FIG. 16 is that the circuit blocks constituting the matrix may have different circuit configurations, and the switching of the circuit function indicated as SHFL. This is the addition of an internal control circuit. First, since each circuit block has a different circuit configuration, each of A11 to Aij shown in this figure is a circuit block having a different circuit configuration, and each of these functions and a method of connection between them. Is controlled by CTR. The means for switching between these is performed using a phase change switch. As a result, the respective functions can be switched and these connection methods can be switched, so that the functions can be switched at a higher level.

次に、SHFLの機能を説明する。図18は、図17の回路ユニットにおいて、それに含まれる回路ブロックSHFLの機能の一例を説明する図である。この図では、図17に含まれるいずれかの回路ブロックA22,Aab,Axyにおける、データ処理量の時間変化を模式的に示している。この例では、A22のみが、時間のt1〜t2の間でのデータ処理量が大きいが、他のAabとAxyではこれと比較して処理量が小さい。つまり、回路ブロックA22に処理が集中しているのである。この時、A22では消費電力が大きく、発熱も大きく、また、処理可能量を超えてしまう場合がある。この状態が続くと全体の処理効率が低下してしまう。一方、このような状態に一度入り込むと、この状態が続く場合が多い。そこで、これを避けるために制御回路SHFLを設けている。   Next, the function of SHFL will be described. FIG. 18 is a diagram for explaining an example of the function of the circuit block SHFL included in the circuit unit of FIG. In this figure, the time change of the data processing amount in one of the circuit blocks A22, Aab, Axy included in FIG. 17 is schematically shown. In this example, only A22 has a large data processing amount between t1 and t2 of time, but other Aab and Axy have a small processing amount as compared with this. That is, the processing is concentrated on the circuit block A22. At this time, in A22, the power consumption is large, the heat generation is also large, and the processable amount may be exceeded. If this state continues, the overall processing efficiency decreases. On the other hand, once entering such a state, this state often continues. In order to avoid this, a control circuit SHFL is provided.

このSHFLは、各回路ブロックの電流量や、データの量から各回路ブロックの活性度をモニタしており、例えば回路ブロックA22に過度な処理量が加わる場合、再度機能を再編成しなおす。これは、他の回路ブロックに単純に処理の半分を回し、これらを統合する機能を他の回路ブロック、又は問題としている回路ブロック内部に付加することで実現しても良い。これを行うことにより、図18の例では、t2以降は処理量が分散される。   This SHFL monitors the activity of each circuit block from the current amount and data amount of each circuit block. For example, when an excessive amount of processing is applied to the circuit block A22, the functions are reorganized again. This may be realized by simply passing half of the processing to another circuit block and adding a function for integrating them to another circuit block or the circuit block in question. By performing this, the processing amount is distributed after t2 in the example of FIG.

図19は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、相変化スイッチをFPGAに適用した際の回路ユニットの構成の一例を示す概略図である。図19に示す回路ユニットRCP5は、FPGAユニットを想定した構成となっており、複数の論理セルL11〜L33、接続セルC11〜52、及びスイッチセルS11〜S22がマトリクス状に配置された構成となっている。論理セルL11〜L33、接続セルC11〜52、及びスイッチセルS11〜S22のそれぞれには、これまでに述べたような相変化スイッチSWが設けられ、これらの状態に応じて所望の機能が設定可能となっている。   FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a circuit unit when a phase change switch is applied to an FPGA in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The circuit unit RCP5 shown in FIG. 19 has a configuration assuming an FPGA unit, and has a configuration in which a plurality of logic cells L11 to L33, connection cells C11 to 52, and switch cells S11 to S22 are arranged in a matrix. ing. Each of the logic cells L11 to L33, the connection cells C11 to 52, and the switch cells S11 to S22 is provided with the phase change switch SW as described above, and a desired function can be set according to these states. It has become.

例えば、論理セルL11〜L33は、ノア、ナンドなどの論理機能を相変化スイッチSWよって設定することで、所望の機能に変更が可能である。接続セルC11〜52は、相変化スイッチSWの設定によって、対応する論理セルL11〜L33と配線との接続関係が変更可能である。スイッチセルS11〜S22は、相変化スイッチSWの設定によって、配線間の接続が変更可能である。従来技術においては、不揮発性メモリとMOSトランジスタ回路で構成したスイッチでこれらが変更可能にされるが、低電圧動作ができないという欠点があった。しかしながら、相変化スイッチを用いることで、低電圧動作を行うことが可能となる。   For example, the logic cells L11 to L33 can be changed to desired functions by setting logic functions such as NOR and NAND by the phase change switch SW. In the connection cells C11 to 52, the connection relationship between the corresponding logic cells L11 to L33 and the wiring can be changed by setting the phase change switch SW. In the switch cells S11 to S22, the connection between the wirings can be changed by setting the phase change switch SW. In the prior art, these can be changed by a switch composed of a non-volatile memory and a MOS transistor circuit, but there is a drawback that low voltage operation is not possible. However, by using a phase change switch, it is possible to perform a low voltage operation.

図20は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、図19とは異なる回路ユニットの構成の一例を示す概略図である。この回路ユニットRCP6は、論理セルL11〜L22と相互結線ブロックCBとを有する。論理セルL11〜L22及び相互結線ブロックCBの夫々には、相変化スイッチSWが設けられ、これらの状態に応じて所望の機能を設定可能となっている。論理セルL11〜L22は、例えば、レジスタや演算器などの論理機能が設定される。相互結線ブロックCBでは、論理セルL11〜L22に設定される機能回路の相互接続を切り換えることが可能とされる。この構成は、一般に、CPLD(Complicated Programmable Logic Device)と呼ばれる構成に対応される。切り換え可能な相互結線ブロックCB周辺に配線が集中しているので、配線遅延が小さくほぼ一定になるというメリットがある。   20 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a circuit unit different from that in FIG. 19 in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The circuit unit RCP6 includes logic cells L11 to L22 and a mutual connection block CB. Each of the logic cells L11 to L22 and the mutual connection block CB is provided with a phase change switch SW, and a desired function can be set according to these states. In the logic cells L11 to L22, for example, logic functions such as registers and arithmetic units are set. In the interconnection block CB, the interconnection of the functional circuits set in the logic cells L11 to L22 can be switched. This configuration generally corresponds to a configuration called CPLD (Compliant Programmable Logic Device). Since the wiring is concentrated around the switchable interconnection block CB, there is an advantage that the wiring delay is small and almost constant.

図21は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、その構成の一例を示すブロック図である。図21に示す半導体装置は、例えば、これまでに述べたような相変化スイッチを用いた回路ユニットRCP(相変化スイッチを用いたFPGA、又は他の可変論理を用いた回路ユニット)を含んでいる。同図に示される半導体装置は、特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板(半導体チップ)に、CMOS集積回路製造技術により形成される。この半導体装置は、例えばマイコン部MC、これまでに述べた相変化スイッチにより機能を切り換えられる回路ユニットとしてのRCP、入出力回路IO、及び周辺回路部PERI、周辺バスであるPバス(P_BUS)を有する。   FIG. 21 is a block diagram showing an example of the configuration of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 21 includes, for example, a circuit unit RCP (an FPGA using a phase change switch or a circuit unit using another variable logic) using a phase change switch as described above. . The semiconductor device shown in the figure is not particularly limited, but is formed on a single semiconductor substrate (semiconductor chip) such as single crystal silicon by a CMOS integrated circuit manufacturing technique. This semiconductor device includes, for example, a microcomputer unit MC, an RCP as a circuit unit whose function can be switched by the phase change switch described so far, an input / output circuit IO, a peripheral circuit unit PERI, and a peripheral bus P bus (P_BUS). Have.

マイコン部MCは、CPU(Central Processing Unit)、不揮発性メモリユニットとしての相変化メモリPCM及び揮発性メモリユニットであるRAM(Random Access Memory)を有し、内部バス(I_BUS)に共通接続される。周辺回路部PERIはP_BUSに接続され、IOはP_BUS及びI_BUSに接続される。IOは、図示を省略する外部バスや外部周辺回路との間のインタフェースとなる。RCPは、I_BUSとIOに接続される。その他の周辺回路部PERIは、特に制限されないがタイマやカウンタ等を備える。   The microcomputer unit MC includes a CPU (Central Processing Unit), a phase change memory PCM as a nonvolatile memory unit, and a RAM (Random Access Memory) as a volatile memory unit, and is commonly connected to an internal bus (I_BUS). The peripheral circuit unit PERI is connected to P_BUS, and IO is connected to P_BUS and I_BUS. The IO serves as an interface between an external bus (not shown) and an external peripheral circuit. RCP is connected to I_BUS and IO. The other peripheral circuit unit PERI includes a timer, a counter, and the like, although not particularly limited.

これによれば、CPUによる処理プログラム等を格納する不揮発性メモリとしての相変化メモリPCMと、CPUによる通常のプログラマブルマイコンと、相変化スイッチを用いた高速なFPGAを同一チップに形成でき、その処理速度と自由度を大きく向上できる。更に、チップ内にフラッシュメモリ等の高電圧を要する回路が存在しないため、低電圧で動作可能なチップを実現できる。   According to this, a phase change memory PCM as a non-volatile memory for storing a processing program by the CPU, a normal programmable microcomputer by the CPU, and a high-speed FPGA using the phase change switch can be formed on the same chip. Speed and freedom can be greatly improved. Furthermore, since there is no circuit that requires a high voltage such as a flash memory in the chip, a chip that can operate at a low voltage can be realized.

図22は、図21の半導体装置において、その詳細な構成の一例を示すブロック図である。図22において、ユーザデバッグインタフェースUDIは、ユーザがデバックを行うための入出力回路であり図示を省略するデバックシステムと接続される。ユーザブレイクコントローラUBCは、システムデバッグ時にブレークポイント制御を行なうコントローラである。DE−RAMは、デバッグ時にエミュレーションメモリなどに利用されるRAMである。それらはCPU、相変化メモリPCM及びRAMと共にIバス(I_BUS)に接続される。インターラプトコントローラINTCは、CPUへの割込み制御を行なう。ダイレクトメモリアクセスコントローラDMACは、CPUに代わってメモリアクセス制御を行なう。   FIG. 22 is a block diagram showing an example of the detailed configuration of the semiconductor device of FIG. In FIG. 22, a user debug interface UDI is an input / output circuit for a user to perform debugging, and is connected to a debugging system (not shown). The user break controller UBC is a controller that performs breakpoint control during system debugging. The DE-RAM is a RAM used as an emulation memory or the like during debugging. They are connected to the I bus (I_BUS) along with the CPU, phase change memory PCM and RAM. The interrupt controller INTC performs interrupt control to the CPU. The direct memory access controller DMAC performs memory access control on behalf of the CPU.

相変化スイッチSWを備えた論理機能が可変な回路ユニットRCPは、I_BUSに接続される。D/AとA/Dは、それぞれ、デジタル信号からアナログ信号への変換回路、及びアナログ信号からデジタル信号への変換回路である。SCIは、入出力回路の一つを構成するシリアルインタフェース回路である。外部バスインタフェース(EX_Bus_I/F)は、外部バスとのインタフェースを行なう入出力回路であり、バスステートコントローラBUS_CLを介してI_BUSに接続される。BUS_CLは、周辺バスコントローラPBUS_CLを介してPバス(P_BUS)に接続される。クロックパルスジェネレータCPGは、PLLシンセサイザなどを含み、内部の基準クロック信号を発生する。ウオッチドッグタイマWDTは、CPUの暴走を監視する。   The circuit unit RCP having a variable logic function including the phase change switch SW is connected to I_BUS. D / A and A / D are a conversion circuit from a digital signal to an analog signal and a conversion circuit from an analog signal to a digital signal, respectively. The SCI is a serial interface circuit that constitutes one of the input / output circuits. The external bus interface (EX_Bus_I / F) is an input / output circuit that interfaces with an external bus, and is connected to I_BUS via a bus state controller BUS_CL. BUS_CL is connected to the P bus (P_BUS) via the peripheral bus controller PBUS_CL. The clock pulse generator CPG includes a PLL synthesizer and the like, and generates an internal reference clock signal. The watchdog timer WDT monitors the runaway of the CPU.

図23は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21とは異なる構成の一例を示すブロック図である。同図に示される半導体装置は、図21の構成に対して回路ユニットRCPに対する書き込み許可回路WRIT_CLが付加されている。これは、このRCPで機能を変更する許可を外部から与えるためである。この回路によって、機能変更を行うか否かの判断を行うことができるので、既に相変化スイッチSWを用いて作成された特定機能を保護したり、或いはこの書き込み許可回路WRIT_CLが動作したことをIOより外部に出し、RCPが使用されたことを検知することができる。これは課金などの情報に使用される。   FIG. 23 is a block diagram showing an example of a configuration different from FIG. 21 in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In the semiconductor device shown in the figure, a write permission circuit WRIT_CL for the circuit unit RCP is added to the configuration of FIG. This is because the permission to change the function by this RCP is given from the outside. Since it is possible to determine whether or not to change the function by this circuit, it is possible to protect a specific function that has already been created using the phase change switch SW, or to indicate that this write permission circuit WRIT_CL has been operated. It is possible to detect that RCP has been used. This is used for information such as billing.

WRIT_CLは、これに対処するものであり、例えば、相変化メモリPCM内に、ユーザ開放領域(USER_AREA)、ユーザ非開放領域(Security_AREA)および鍵データ格納領域(KEY_AREA)等を設けることなどで、IO等を介して特定のパスワードが入力されたときRCP内の相変化スイッチSWに対する変更を許可する機能、2種類のパスワードがあり、各々書き込みを許可する領域或いは範囲を異ならせる機能等を実現する。また、パスワードを設けずに、ユーザが書き込み可能部分のみにアクセスできるようにする機能であってもよい。パスワード又は鍵としては、コマンドを入力しても良いし、或いはベンダ側の領域に対しては特定の端子に特定の信号を与えた時のみ許されたり、更に、パッケージにチップが封入された後はこの特定の端子にユーザが触れることができない構造にしてもよい。   WRIT_CL deals with this, for example, by providing a user release area (USER_AREA), a user non-release area (Security_AREA), a key data storage area (KEY_AREA), etc. in the phase change memory PCM. There are two types of passwords that allow a change to the phase change switch SW in the RCP when a specific password is input through the network, etc., and a function that allows different writing areas or ranges. Further, it may be a function that allows the user to access only the writable part without providing a password. As a password or key, a command may be input, or the vendor side is allowed only when a specific signal is given to a specific terminal, or after the chip is sealed in the package The structure may be such that the user cannot touch this specific terminal.

図24は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。図24には、回路ユニットRCP及び相変化メモリPCMのプログラムに高周波ブロック(RF)を用いる例が示される。RFは、例えば2.4GHz帯などの高周波を用いて、無線ネットワーク又はこの無線ネットワークと繋がる他のネットワークを通して、RCP又はPCMに対して設定又はプログラムの変更を行う。これによって、半導体装置を出荷した後、或いは回路基板に実装された後、新たな機能の追加や、バグの修正などに便利である。また、無線ネットワークで変更許可を与える、又は変更があったことを知らせるために、図23で述べたような書き込み許可回路WRIT_CLを設けても良い。   FIG. 24 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. FIG. 24 shows an example in which a high frequency block (RF) is used for the program of the circuit unit RCP and the phase change memory PCM. RF performs setting or program change for RCP or PCM through a wireless network or another network connected to the wireless network, using a high frequency such as 2.4 GHz band. This is convenient for adding a new function or correcting a bug after the semiconductor device is shipped or mounted on a circuit board. Further, a write permission circuit WRIT_CL as described in FIG. 23 may be provided in order to give a change permission in the wireless network or to notify that there has been a change.

図25は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、その外形の一例を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。図25では、MCM(マルチチップモジュール)によって半導体装置を構成した例が示されている。すなわち、図25の半導体装置は、例えば、相変化スイッチを備えて機能を切り替えることが出来るCPUチップ(CPU_CHIP)と、相変化スイッチを備えた機能可変なRCPチップ(RCP_CHIP)と、相変化スイッチを備えたRFチップ(RF_CHIP)と、メモリチップ(DRAM_CHIP)などが高密度実装基板上に搭載されている。これによれば、ユーザの実現したい機能を高性能で且つシングルチップ化する場合よりも短い期間で実現可能になる。   25A and 25B are diagrams showing an example of the outer shape of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, where FIG. 25A is a cross-sectional view and FIG. 25B is a plan view. FIG. 25 shows an example in which a semiconductor device is configured by MCM (multi-chip module). That is, the semiconductor device of FIG. 25 includes, for example, a CPU chip (CPU_CHIP) that can be switched in function by including a phase change switch, a variable-function RCP chip (RCP_CHIP) that includes a phase change switch, and a phase change switch. The provided RF chip (RF_CHIP), memory chip (DRAM_CHIP), and the like are mounted on a high-density mounting substrate. According to this, the function that the user wants to realize can be realized in a shorter period than in the case of high performance and single chip.

図26は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、その外形の他の一例を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。図26では、MCP(マルチチップパッケージ)によって半導体装置を構成した例が示されている。すなわち、図26の半導体装置は、例えば、相変化スイッチを備えて機能を切り替えることが出来るCPUチップ(CPU_CHIP)と、相変化スイッチを備えた機能可変なRCPチップ(RCP_CHIP)などがスタック状に搭載されている。これにより、試作期間が短く、かつ低電力なシステムを構成できる。   26A and 26B are diagrams showing another example of the outer shape of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, where FIG. 26A is a cross-sectional view and FIG. 26B is a plan view. FIG. 26 shows an example in which a semiconductor device is configured by MCP (multi-chip package). That is, in the semiconductor device of FIG. 26, for example, a CPU chip (CPU_CHIP) capable of switching functions with a phase change switch and a variable function RCP chip (RCP_CHIP) with a phase change switch are mounted in a stack. Has been. Thus, a system with a short trial period and low power can be configured.

図27は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。図27に示す半導体装置は、SOC(システムオンチップ)型のシステムLSIなどと称される構成になっている。その構成は、例えば、相変化メモリ及び相変化スイッチを用いたRCP+CPU部と、SRAMやDRAMを用いたメモリ部分(Memory)と、暗号処理アクセラレータブロック(Encryption)と、モデム機能ブロック(Modulator)と、JAVA(登録商標)アクセラレータブロック(Java(登録商標))と、音声・動画像のCODEC処理アクセラレータブロック(AVCODEC)と、センサなどに用いるブロック(SENSOR)と、高周波ブロック(RF)と、入出力インタフェースブロック(I/O)などを含んでいる。   FIG. 27 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 27 has a configuration referred to as an SOC (system on chip) type system LSI. The configuration includes, for example, an RCP + CPU unit using a phase change memory and a phase change switch, a memory part (Memory) using SRAM or DRAM, an encryption processing accelerator block (Encryption), a modem function block (Modulator), JAVA (registered trademark) accelerator block (Java (registered trademark)), audio / video CODEC processing accelerator block (AVCODEC), sensor block (SENSOR), high frequency block (RF), and input / output interface Block (I / O) and the like are included.

相変化メモリ及び相変化スイッチを用いたRCP+CPU部では、CPUによるソフト処理とRCPによるハード処理の両方がプログラマブルに機能設定可能であり、この構成が1個の半導体基板上で実現される。このため、今後のマルチメディア処理の高速化に容易に対応することができる。   In the RCP + CPU unit using the phase change memory and the phase change switch, both software processing by the CPU and hardware processing by the RCP can be set in a programmable manner, and this configuration is realized on one semiconductor substrate. Therefore, it is possible to easily cope with future high-speed multimedia processing.

図28は、本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。図28に示す半導体装置は、例えば、携帯電話機などの携帯機器システムとなっている。その構成は、例えば、アンテナATN、パワーアンプPA、高周波ブロックRF、プロセッサPRC、A/D変換器およびD/A変換器、マイクおよびスピーカーSPKR、液晶ディスプレイLCD、LCDドライバ(LCD_DRV)、ROM、RAM、ICカードインタフェース(IC_CARD_IF)及びフラッシュメモリカードインタフェース(FLASH_CARD_IF)などを含んでいる。プロセッサPRCは、相変化メモリ及び相変化スイッチを用いたCPUや前述したRCPによって構成される。したがって、CPUによるソフト処理とRCPによるハード処理の両方がプログラマブルに機能設定可能であるから、市場の変化、規格の変化、サービスの変化に迅速に対応可能になる。   FIG. 28 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 28 is a portable device system such as a cellular phone. The configuration includes, for example, antenna ATN, power amplifier PA, high frequency block RF, processor PRC, A / D converter and D / A converter, microphone and speaker SPKR, liquid crystal display LCD, LCD driver (LCD_DRV), ROM, RAM , An IC card interface (IC_CARD_IF), a flash memory card interface (FLASH_CARD_IF), and the like. The processor PRC is configured by a CPU using a phase change memory and a phase change switch and the RCP described above. Accordingly, both software processing by the CPU and hardware processing by the RCP can be set in a programmable manner, so that it is possible to quickly respond to market changes, standard changes, and service changes.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、図1〜図4においては、相変化素子を含みスイッチ部の構成およびその動作を例示したが、用途などに応じてその構成を種々変形することが可能である。以下にその一例を説明する。   For example, in FIGS. 1 to 4, the configuration of the switch unit including the phase change element and the operation thereof are illustrated, but the configuration can be variously modified depending on the application. One example will be described below.

図29は、図2のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図である。図29に示すスイッチ部RC1は、図2の構成と異なり、MOSトランジスタM1,M2のゲートに、それぞれ異なる制御線RW,PRWが接続されている。前述した図2の構成を用いると、MOSトランジスタM1,M2のゲートに共通の制御線RWを接続することで、信号数を減らすことが可能となる。一方、図29のようにそれぞれ異なる制御線RW,PRWを接続すると、信号数は増加するが、例えば回路ユニット(回路ブロック)の機能を変更する際の高速化などを図ることが可能となる。   FIG. 29 is a circuit diagram showing an example of a configuration obtained by modifying the switch unit of FIG. In the switch section RC1 shown in FIG. 29, unlike the configuration of FIG. 2, different control lines RW and PRW are connected to the gates of the MOS transistors M1 and M2, respectively. When the configuration of FIG. 2 described above is used, the number of signals can be reduced by connecting the common control line RW to the gates of the MOS transistors M1 and M2. On the other hand, when different control lines RW and PRW are connected as shown in FIG. 29, the number of signals increases, but it is possible to increase the speed when changing the function of a circuit unit (circuit block), for example.

すなわち、特に図17等で説明したような、回路ユニットの機能を逐次変更しながら所望の動作を行うLSIなどにおいて、図30に示すように、次の相変化スイッチの状態を、予めバックグラウンドで設定しておくことが可能となる。図30は、図29のスイッチ部における動作の一例を示す波形図である。   That is, particularly in an LSI that performs a desired operation while sequentially changing the function of the circuit unit as described with reference to FIG. 17 and the like, the state of the next phase change switch is previously set in the background as shown in FIG. It becomes possible to set. FIG. 30 is a waveform diagram showing an example of the operation in the switch unit of FIG.

図30では、まず、制御線PRWを駆動することで、相変化素子PC1に対して例えばリセット動作(Reset)が行われ、次いで、制御線PRWと制御線RWを駆動することで、フリップフロップにデータが設定される(Normal(1))。そして、この設定データでMOSトランジスタM3を駆動(ここではM3がOFF)している間(Normal(1)の間)に、次の設定データに対応する書き込み(ここでは、セット動作(Set))を相変化素子に対して予め行っておく。その後、所望の時間において制御線PRWと制御線RWを駆動することで、次の設定データをフリップフロップに設定し(Normal(2))、この設定データでMOSトランジスタM3を駆動(ここではM3がON)する。   In FIG. 30, first, the control line PRW is driven to perform, for example, a reset operation (Reset) on the phase change element PC1, and then the control line PRW and the control line RW are driven, so that the flip-flop Data is set (Normal (1)). While the MOS transistor M3 is driven with this setting data (here, M3 is OFF) (during Normal (1)), writing corresponding to the next setting data (here, set operation (Set)) Is previously performed on the phase change element. Thereafter, by driving the control line PRW and the control line RW at a desired time, the next setting data is set in the flip-flop (Normal (2)), and the MOS transistor M3 is driven by this setting data (M3 is here) ON).

このように、バックグラウンドで相変化素子PC1の書き換えを行うことで、相変化スイッチの切り換えを高速化することが可能となる。また、このバックグランドでの書き換えに際しても、低電圧で行うことができるため、当該スイッチ部またはその他の回路に対して発生するノイズなども特に問題とならず、容易に書き換えを行うことができる。   As described above, by rewriting the phase change element PC1 in the background, it is possible to speed up the switching of the phase change switch. In addition, since rewriting in the background can be performed at a low voltage, noise generated in the switch unit or other circuits is not particularly problematic and can be easily rewritten.

図31は、図1のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図であり、図32は、図2のスイッチ部を更に変形した構成の一例を示す回路図である。これらのスイッチ部RC1は、図1および図2の構成と異なり、相変化素子を2つ備えた構成となっている。   FIG. 31 is a circuit diagram showing an example of a configuration obtained by modifying the switch unit of FIG. 1, and FIG. 32 is a circuit diagram showing an example of a configuration obtained by further modifying the switch unit of FIG. Unlike the configurations of FIGS. 1 and 2, these switch units RC <b> 1 have a configuration including two phase change elements.

すなわち、図31に示すスイッチ部RC1では、MOSトランジスタM21と相変化素子PC11が制御線DLと制御線SLの間に直列に接続され、M21とPC11の接続点のノードN11がMOSトランジスタM11のソース/ドレインの一方に接続されている。更に、これと同様に、MOSトランジスタM22と相変化素子PC12が制御線DLと制御線SLの間に直列に接続され、M22とPC12の接続点のノードN12がMOSトランジスタM12のソース/ドレインの一方に接続されている。   That is, in switch unit RC1 shown in FIG. 31, MOS transistor M21 and phase change element PC11 are connected in series between control line DL and control line SL, and node N11 at the connection point of M21 and PC11 is the source of MOS transistor M11. / Connected to one of the drains. Further, similarly, the MOS transistor M22 and the phase change element PC12 are connected in series between the control line DL and the control line SL, and the node N12 at the connection point of M22 and PC12 is one of the source / drain of the MOS transistor M12. It is connected to the.

そして、これらのMOSトランジスタM11,M12のソース/ドレインの他方はノードN2に共通に接続され、このノードN2には、コンデンサC1とMOSトランジスタM3のゲートが接続される。なお、MOSトランジスタM11,M12のゲートは、それぞれ制御線RW1,RW2に接続され、MOSトランジスタM21,M22のゲートは、それぞれ制御線PRW1,PRW2に接続される。また、図32の構成は、図31のコンデンサC1をフリップフロップに置き換えた構成となっている。   The other of the source / drain of these MOS transistors M11 and M12 is connected in common to the node N2, and the capacitor N1 and the gate of the MOS transistor M3 are connected to this node N2. Note that the gates of the MOS transistors M11 and M12 are connected to the control lines RW1 and RW2, respectively, and the gates of the MOS transistors M21 and M22 are connected to the control lines PRW1 and PRW2, respectively. Further, the configuration of FIG. 32 is a configuration in which the capacitor C1 of FIG. 31 is replaced with a flip-flop.

このような構成を用いると、例えば、図30で述べた動作と同様に、いずれか一方の相変化素子PC11,PC12をバックグラウンドで書き換え、これらを切り換えながら、スイッチとなるMOSトランジスタM3を駆動することが可能となる。更に、例えば、電源をOFFにした際に、現状の設定データと次の設定データの両方を記憶しておくこともでき、また、2つの相変化素子を交互に書き換えながら使用することで、相変化素子の書き換え寿命を伸ばすことなども可能となる。   When such a configuration is used, for example, similarly to the operation described in FIG. 30, one of the phase change elements PC11 and PC12 is rewritten in the background, and the MOS transistor M3 serving as a switch is driven while switching between them. It becomes possible. Furthermore, for example, when the power is turned off, both the current setting data and the next setting data can be stored, and the two phase change elements can be used while being rewritten alternately. It is also possible to extend the rewriting life of the change element.

図33は、図31のスイッチ部における動作の一例を示す波形図であり、図34は、図33に続く動作の一例を示す波形図である。図33および図34においては、例えば相変化素子PC11に対してリセット動作またはセット動作が行われ、その相変化素子PC11の状態に対応するデータがコンデンサC1に設定される(Normal(1))。そして、その設定データでMOSトランジスタM3を駆動している間(Normal(1)の間)に、相変化素子PC12のリセット動作またはセット動作を行う。その後、所望の時間で、コンデンサC1のデータを、相変化素子PC12に対応するデータに切り換え(Normal(2))、その設定データでMOSトランジスタM3を駆動する。更に、Normal(2)の間に、相変化素子PC11に対するリセット動作またはセット動作を行う。   FIG. 33 is a waveform diagram showing an example of the operation in the switch section of FIG. 31, and FIG. 34 is a waveform diagram showing an example of the operation following FIG. In FIGS. 33 and 34, for example, a reset operation or a set operation is performed on the phase change element PC11, and data corresponding to the state of the phase change element PC11 is set in the capacitor C1 (Normal (1)). Then, the reset operation or the set operation of the phase change element PC12 is performed while the MOS transistor M3 is being driven with the setting data (during Normal (1)). Thereafter, at a desired time, the data of the capacitor C1 is switched to data corresponding to the phase change element PC12 (Normal (2)), and the MOS transistor M3 is driven with the set data. Further, during normal (2), a reset operation or a set operation is performed on the phase change element PC11.

図35は、図32のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図である。図35に示すスイッチ部RC1は、図32の構成に対して、その制御線DLを、制御線DL1と制御線DL2に分離し、MOSトランジスタM21,M22にそれぞれ制御線DL1,DL2を対応させた構成となっている。この構成を用いると、例えば相変化素子PC11のデータをフリップフロップに設定する動作と相変化素子PC12に対してデータを書き込む動作とを同じ時間帯で行うようなことが可能となるため、スイッチの切り換えサイクルを更に高速化することが可能となる。   FIG. 35 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration obtained by modifying the switch unit of FIG. In the switch unit RC1 shown in FIG. 35, the control line DL is separated into the control line DL1 and the control line DL2 and the control lines DL1 and DL2 are associated with the MOS transistors M21 and M22, respectively, in the configuration of FIG. It has a configuration. With this configuration, for example, the operation of setting the data of the phase change element PC11 in the flip-flop and the operation of writing the data to the phase change element PC12 can be performed in the same time zone. It is possible to further speed up the switching cycle.

本発明の半導体装置は、特に、相変化メモリを利用したスイッチを用いて回路の接続および機能を変更するシステムオンチップ形態のシステムLSIまたはマイクロコンピュータなどに適用して特に有益なものであり、これに限らず、FPGA等を代表とする機能を変更可能なLSI全般に対して適用可能である。   The semiconductor device of the present invention is particularly useful when applied to a system LSI or microcomputer of a system-on-chip type in which the connection and function of a circuit are changed using a switch using a phase change memory. The present invention is not limited to this, and can be applied to all LSIs whose functions such as FPGA can be changed.

本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の構成の一例を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a switch unit included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の他の構成の一例を示す回路図である。In the semiconductor device by one embodiment of this invention, it is a circuit diagram which shows an example of the other structure of the switch part contained in it. 図1のスイッチ部における動作の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the operation | movement in the switch part of FIG. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれるスイッチ部の更に他の構成例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing still another configuration example of a switch unit included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、その断面構成例の概略を示す説明図である。In the semiconductor device by one embodiment of this invention, it is explanatory drawing which shows the outline of the cross-sectional structural example. 本発明の一実施の形態によるスイッチ部と可変論理ユニットなどで使用されるスイッチとの対応関係を説明する図である。It is a figure explaining the correspondence between the switch part by one embodiment of this invention, and the switch used by a variable logic unit etc. FIG. 図6の相変化スイッチを含む相変化スイッチアレーの構成例を示す図であり、(a)、(b)には、相変化スイッチアレーのそれぞれ異なる記載方法を示している。It is a figure which shows the structural example of the phase change switch array containing the phase change switch of FIG. 6, (a), (b) shows the different description method of a phase change switch array, respectively. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a circuit unit having a variable function included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの他の構成例を示す図である。In the semiconductor device by one embodiment of this invention, it is a figure which shows the other structural example of the circuit unit in which the function contained in it is variable. 図9の回路ユニットにおいて、それに含まれる各回路ブロックCAijの詳細な構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a detailed configuration example of each circuit block CAij included in the circuit unit of FIG. 9. 図9の回路ユニットにおいて、それに含まれる各回路ブロックCAijの他の詳細な構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating another detailed configuration example of each circuit block CAij included in the circuit unit of FIG. 9. 図11の回路ブロックCAijにおいて、それに含まれる回路ブロックAURの詳細な構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a circuit block AUR included in the circuit block CAij of FIG. 11. 図12の回路ブロックAURにおいて、それに含まれる回路ブロックMBiの詳細な構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a circuit block MBi included in the circuit block AUR of FIG. 12. 図13の回路ブロックMBiにおいて、それに含まれる論理セルLiの詳細な構成例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a logic cell Li included in the circuit block MBi of FIG. 13. 図11の回路ブロックCAijにおいて、それに含まれる回路ブロックAURの他の詳細な構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating another detailed configuration example of the circuit block AUR included in the circuit block CAij of FIG. 11. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、それに含まれる機能が可変な回路ユニットの更に他の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing still another configuration example of a circuit unit having a variable function included in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図16の回路ユニットを変形した構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure which deform | transformed the circuit unit of FIG. 図17の回路ユニットにおいて、それに含まれる回路ブロックSHFLの機能の一例を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an example of functions of a circuit block SHFL included in the circuit unit of FIG. 17. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、相変化スイッチをFPGAに適用した際の回路ユニットの構成の一例を示す概略図である。In the semiconductor device by one embodiment of this invention, it is the schematic which shows an example of a structure of the circuit unit at the time of applying a phase change switch to FPGA. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、図19とは回路ユニットの構成の一例を示す概略図である。In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a circuit unit. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、その構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図21の半導体装置において、その詳細な構成の一例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the semiconductor device of FIG. 21. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21とは異なる構成の一例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing an example of a configuration different from that in FIG. 21 in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、その外形の一例を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。1A is a cross-sectional view of an example of the outer shape of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、その外形の他の一例を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。In the semiconductor device by one embodiment of this invention, it is a figure which shows another example of the external shape, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態による半導体装置において、図21等とは更に異なる構成の一例を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing an example of a configuration further different from FIG. 21 and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図2のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration obtained by modifying the switch unit of FIG. 2. 図29のスイッチ部における動作の一例を示す波形図である。FIG. 30 is a waveform diagram illustrating an example of an operation in the switch unit of FIG. 29. 図1のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the structure which deform | transformed the switch part of FIG. 図2のスイッチ部を更に変形した構成の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration obtained by further modifying the switch unit of FIG. 2. 図31のスイッチ部における動作の一例を示す波形図である。FIG. 32 is a waveform diagram illustrating an example of an operation in the switch unit in FIG. 31. 図33に続く動作の一例を示す波形図である。FIG. 34 is a waveform diagram showing an example of an operation following FIG. 図32のスイッチ部を変形した構成の一例を示す回路図である。FIG. 33 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration obtained by modifying the switch unit of FIG. 32.

符号の説明Explanation of symbols

D1,D2,CN,CN1〜n,RN,RN1〜m 信号線
DL,DL1,DL2,RW,RW1,RW2,SL,PRW,PRW1,PRW2 制御線
M1,M2,M3,M11,M12,M21,M22 MOSトランジスタ
C1 コンデンサ
PC1,PC11,PC12 相変化素子
RC,RC1 スイッチ部
MP_IO,MN_IO IO用トランジスタ
MP_CORE,MN_CORE コア用トランジスタ
MN_MEM メモリセル用トランジスタ
ML1,ML2,ML3 メタル層
SIO0〜4 酸化絶縁膜
CNT コンタククト層
n+,p+ 拡散層
NWELL,PWELL ウェル
FI 素子分離用絶縁膜
Poly−Si ポリシリコン膜
SW,SW11〜SWmn 相変化スイッチ
SW_ARY 相変化スイッチアレー
AND_ARY アンド面
OR_ARY OR面
A,B,C,D,IS,IN,IW,IE,I1,I2 入力信号
F1〜F4,OS,ON,OW,OE,O,O1,O2 出力信号
RCP,RCP1〜6 回路ユニット
CA11〜34,CAij,PRO,AUR,MB1〜4,A1,A11〜Aij 回路ブロック
CNCT_AREA 接続領域
LUT ルックアップテーブル
FF フリップフロップ
MUX 演算回路
L1〜L4,L11〜L33,Li 論理セル
S1〜S5 スイッチセル
C11〜C52 接続セル
CTR,SHFL 制御回路
INF,IO 入出力回路
MEM メモリ
PRC,CPU プロセッサ
CB 相互結線ブロック
MC マイコン部
PCM 相変化メモリ
RAM 揮発性メモリ
I_BUS,P_BUS バス
PERI 周辺回路部
UDI ユーザデバッグインタフェース
UBC ユーザブレイクコントローラ
DE−RAM デバック用RAM
INTC インターラプトコントローラ
DMAC ダイレクトメモリアクセスコントローラ
D/A デジタル−アナログ変換回路
A/D アナログ−デジタル変換回路
SCI シリアルインタフェース回路
EX_Bus_I/F 外部バスインタフェース
BUS_CL バスステートコントローラ
PBUS_CL 周辺バスコントローラ
CPG クロックパルスジェネレータ
WDT ウオッチドッグタイマ
WRIT_CL 書き込み許可回路
RF 高周波ブロック
ATN アンテナ
PA パワーアンプ
SPKR マイクおよびスピーカー
LCD 液晶ディスプレイ
LCD_DRV LCDドライバ
IC_CARD_IF ICカードインタフェース
FLASH_CARD_IF フラッシュメモリカードインタフェース
D1, D2, CN, CN1-n, RN, RN1-m Signal lines DL, DL1, DL2, RW, RW1, RW2, SL, PRW, PRW1, PRW2 Control lines M1, M2, M3, M11, M12, M21, M22 MOS transistor C1 Capacitor PC1, PC11, PC12 Phase change element RC, RC1 Switch unit MP_IO, MN_IO IO transistor MP_CORE, MN_CORE Core transistor MN_MEM Memory cell transistor ML1, ML2, ML3 Metal layer SIO0-4 Oxide insulating film CNT Contact Layer n +, p + diffusion layer NWELL, PWELL well FI element isolation insulating film Poly-Si polysilicon film SW, SW11 to SWmn phase change switch SW_ARY phase change switch array AND_AR AND plane OR_ARY OR plane A, B, C, D, IS, IN, IW, IE, I1, I2 Input signal F1-F4, OS, ON, OW, OE, O, O1, O2 Output signal RCP, RCP1-6 Circuit units CA11 to 34, CAij, PRO, AUR, MB1 to 4, A1, A11 to Aij Circuit block CNCT_AREA Connection area LUT Look-up table FF Flip-flop MUX arithmetic circuit L1 to L4, L11 to L33, Li logic cells S1 to S5 Switch cells C11 to C52 Connection cells CTR, SHFL Control circuit INF, IO I / O circuit MEM memory PRC, CPU processor CB Interconnection block MC Microcomputer unit PCM Phase change memory RAM Volatile memory I_BUS, P_BUS bus PERI Peripheral circuit unit UDI U User debug interface UBC User break controller DE-RAM Debug RAM
INTC Interrupt controller DMAC Direct memory access controller D / A Digital-analog conversion circuit A / D Analog-digital conversion circuit SCI Serial interface circuit EX_Bus_I / F External bus interface BUS_CL Bus state controller PBUS_CL Peripheral bus controller CPG Clock pulse generator WDT Watchdog Timer WRIT_CL Write permission circuit RF High frequency block ATN Antenna PA Power amplifier SPKR Microphone and speaker LCD LCD display LCD_DRV LCD driver IC_CARD_IF IC card interface FLASH_CARD_IF Flash memory card interface

Claims (13)

論理機能が可変な回路ユニットを含む半導体装置であって、
前記回路ユニットは、
相変化素子と、
前記相変化素子の電気的な抵抗の状態に対応してオン状態又はオフ状態を取りうるスイッチとを含み、
前記スイッチのオン状態又はオフ状態に基づいて前記回路ユニットの論理機能が設定されることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a circuit unit having a variable logic function,
The circuit unit is
A phase change element;
A switch that can be turned on or off in response to the state of electrical resistance of the phase change element,
A semiconductor device, wherein a logic function of the circuit unit is set based on an ON state or an OFF state of the switch.
請求項1記載の半導体装置において、
前記回路ユニットは、それぞれ論理機能が可変な複数の回路ブロックから構成され、
前記複数の回路ブロック間の接続関係を前記スイッチを用いて設定することで前記回路ユニットの論理機能が設定されることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The circuit unit is composed of a plurality of circuit blocks each having a variable logic function,
A logic function of the circuit unit is set by setting a connection relation between the plurality of circuit blocks using the switch.
請求項1記載の半導体装置において、
前記回路ユニットは、
複数の入力信号の組み合わせを設定し、前記設定に応じたAND演算結果を出力するAND演算部と、
前記出力されたAND演算結果の組み合わせを設定し、前記設定に応じたOR演算結果を出力するOR演算部とを含み、
前記AND演算部および前記OR演算部における前記組み合わせの設定に前記スイッチが用いられることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The circuit unit is
An AND operation unit that sets a combination of a plurality of input signals and outputs an AND operation result according to the setting;
An OR operation unit that sets a combination of the output AND operation results and outputs an OR operation result according to the setting;
The semiconductor device, wherein the switch is used to set the combination in the AND operation unit and the OR operation unit.
請求項2記載の半導体装置において、更に、
前記複数の回路ブロックのそれぞれにおける処理量を監視する機能と、
前記監視した結果に基づいて、前記複数の回路ブロックの論理機能および前記複数の回路ユニット間の接続関係を再構築する機能とを有することを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, further comprising:
A function of monitoring the processing amount in each of the plurality of circuit blocks;
A semiconductor device comprising: a logic function of the plurality of circuit blocks and a function of reconstructing a connection relationship between the plurality of circuit units based on the monitored result.
プロセッサと、
相変化素子を含むメモリセルから構成され、前記プロセッサにおける処理プログラムが格納される不揮発性メモリユニットと、
論理機能が可変な回路ユニットとを含む半導体装置であって、
前記回路ユニットは、
相変化素子と、
前記相変化素子の電気的な抵抗の状態に対応してオン状態又はオフ状態を取りうるスイッチとを含み、
前記回路ユニットの論理機能は、前記回路ユニット内の前記相変化素子の抵抗の状態によって変更可能であることを特徴とする半導体装置。
A processor;
A non-volatile memory unit configured with a memory cell including a phase change element and storing a processing program in the processor;
A semiconductor device including a circuit unit having a variable logic function,
The circuit unit is
A phase change element;
A switch that can be turned on or off in response to the state of electrical resistance of the phase change element,
The logic function of the circuit unit can be changed according to the resistance state of the phase change element in the circuit unit.
請求項5記載の半導体装置において、
前記プロセッサ、前記不揮発性メモリユニットおよび前記回路ユニットは、1つの半導体チップ上に設けられることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The semiconductor device, wherein the processor, the nonvolatile memory unit, and the circuit unit are provided on one semiconductor chip.
請求項5記載の半導体装置において、
前記プロセッサ、前記不揮発性メモリユニットおよび前記回路ユニットは、それぞれ異なる半導体チップ上に形成され、
前記複数の半導体チップは、1つのパッケージ内に格納されることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The processor, the nonvolatile memory unit and the circuit unit are formed on different semiconductor chips, respectively.
The semiconductor device, wherein the plurality of semiconductor chips are stored in one package.
第1制御線および第2制御線と、
制御ノードの電圧によってオン状態またはオフ状態が制御される第1トランジスタと、
前記第1制御線と前記第2制御線の間に直列に接続された第2トランジスタおよび第1相変化素子と、
前記第2トランジスタと前記第1相変化素子との接続ノードと前記第1トランジスタの制御ノードとの間に設けられた第3トランジスタと、
前記第1トランジスタの制御ノードの電圧を保持する記憶回路とを有し、
前記第1制御線、前記第2制御線および前記第2トランジスタを用いて前記第1相変化素子の状態を設定し、前記第1相変化素子の状態に対応したデータを前記第3トランジスタを介して前記記憶回路に設定することで、前記第1トランジスタを状態設定および保持が可能な不揮発性スイッチとして機能させることを特徴とする半導体装置。
A first control line and a second control line;
A first transistor whose on state or off state is controlled by the voltage of the control node;
A second transistor and a first phase change element connected in series between the first control line and the second control line;
A third transistor provided between a connection node between the second transistor and the first phase change element and a control node of the first transistor;
A storage circuit for holding the voltage of the control node of the first transistor;
The state of the first phase change element is set using the first control line, the second control line, and the second transistor, and data corresponding to the state of the first phase change element is passed through the third transistor. And setting the memory circuit to cause the first transistor to function as a nonvolatile switch capable of setting and holding the state.
請求項8記載の半導体装置において、
前記記憶回路は、コンデンサであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
The semiconductor device, wherein the memory circuit is a capacitor.
請求項8記載の半導体装置において、
前記記憶回路は、フリップフロップであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
The semiconductor device is a flip-flop.
請求項8記載の半導体装置において、更に、
前記第2トランジスタの制御ノードと前記第3トランジスタの制御ノードに共通に接続された第3制御線を有することを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, further comprising:
A semiconductor device comprising: a third control line commonly connected to a control node of the second transistor and a control node of the third transistor.
請求項8記載の半導体装置において、更に、
前記第2トランジスタの制御ノードに接続された第3制御線と、
前記第3トランジスタの制御ノードに接続された第4制御線とを有することを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, further comprising:
A third control line connected to the control node of the second transistor;
A semiconductor device comprising: a fourth control line connected to a control node of the third transistor.
請求項8記載の半導体装置において、更に、
前記第1制御線と前記第2制御線の間に直列に接続された第4トランジスタおよび第2相変化素子と、
前記第4トランジスタと前記第2相変化素子との接続ノードと前記第1トランジスタの制御ノードとの間に設けられた第5トランジスタとを有することを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, further comprising:
A fourth transistor and a second phase change element connected in series between the first control line and the second control line;
A semiconductor device comprising: a fifth transistor provided between a connection node between the fourth transistor and the second phase change element and a control node of the first transistor.
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