JP2007531958A - 書換可能な電子ヒューズ - Google Patents
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Abstract
書換可能な電子ヒューズ(図3)は、1つ以上の不揮発性素子(34)に接続されたラッチ及び/又は論理ゲート(32)を含む。この不揮発性メモリ素子は、メモリ値にプログラムされるように構成され、電源投入又はリセット信号(「Vdd」又は「/RESET」)がヒューズに与えられた際には、該メモリ値に従って、これに関連する電子回路が所定の状態に静定することになる。必須ではないが、この書換可能な電子ヒューズに用いられる不揮発性メモリ素子は、フローティングゲート型トランジスタ(図4の48、50)を備えることができる。任意のフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに蓄積された電荷量が前記メモリ値を決定し、延いてはヒューズの電源投入又はリセットの際にヒューズが静定する状態を決定する。
【選択図】図27
【選択図】図27
Description
本願は、これと同一発明者及び同一出願人により同日に出願され、同一の発明の名称を有する、米国特許出願番号第10/813,907号及び第10/814,866号に関連する。また、本願は、これと同一の出願人により同日に出願され、Frederic Bernard、Christopher J.Diorio、Troy N.Gilliland、Alberto Pesavento、Kaila Raby、Terry D.Hass及びJohn Hydeにより発明された「シングルウェル・プロセスにおける高圧スイッチ」と題される、米国特許出願番号第10/814,867号に関する。
本発明は、一般に電子ヒューズに関する。特に、本発明は、不揮発性メモリ素子を用いた書換可能な電子ヒューズに関する。
電子ヒューズは、製造後の集積回路の構成や動作を規定し、又は変更するために、集積回路によく用いられる。例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)において、電子ヒューズは、通常、検査において欠陥があると判定されたメモリバンクの代わりに冗長メモリバンクを有効にするために用いられる。
図1に、一般的な二端子電子ヒューズ10を示す。ニクロム金属やポリシリコンのような低抵抗性材料12が第1端子14と第2端子16との間に配される。電子ヒューズ10は、「プログラム」されていない場合には短絡回路とされ、プログラムされた後は開回路とされる。ヒューズ10は、低抵抗性材料12内に強制的に高電流を流すことによりプログラムされる(すなわち、ヒューズが「とぶ」)。この高電流により低抵抗性材料12は溶融又は破裂し、これにより、第1端子14と第2端子16との間に開回路が形成される。
一般的に用いられるもう1つのヒューズ素子には、アンチヒューズがある。アンチヒューズは、実質的にヒューズとは反対のものであり、プログラムされていない場合には開回路とされ、プログラムされた後は短絡回路となる。図2に、一般的なアンチヒューズ素子20を示す。アンチヒューズにおける金属又はポリシリコンの第1端子22は、半導体基板26上に形成された薄い絶縁層28によって、アンチヒューズの第2端子である拡散領域24から分離される。プログラムされる前のアンチヒューズ20は開回路である。プログラム中に十分な電圧がポリシリコン端子22と拡散端子24との間に印加されると、薄い絶縁層28が溶融し、これによりポリシリコン端子22と拡散端子24とが短絡する。
ヒューズ及びアンチヒューズは、RAMの冗長メモリを有効化するために用いられるのに加えて、一般には、プログラマブル論理回路(PLD)、プログラマブルアレイ論理(PAL)、プログラマブル論理アレイ(PLA)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などのプログラマブル論理構造において用いられる。このような論理構造にヒューズ及びアンチヒューズを一体化することにより、チップメーカーは未確定の論理ゲートや回路を有する標準的な論理チップを設計することができ、該チップを各種の回路設計を行う多数の異なるユーザに販売することができる。個々のユーザは、その後、ユーザ所望の回路設計を実装する必要に応じて、組み込まれたヒューズ及びアンチヒューズのうち選択されたものをプログラムすることによって、プログラマブルチップを設定(つまり、カスタマイズ)することができる。
上記のような種類の二端子ヒューズやアンチヒューズ素子のプログラムは、永久的である。しかしながら、多くの用途では、ヒューズ素子やアンチヒューズ素子の再プログラムが可能であることが望ましい。このような要望を満たすために、論理ゲートやその他の回路素子(例えば、FPGAのような)を再プログラム可能とするヒューズ技術を開発する取り組みがなされている。公知の再プログラマブルヒューズの取り組みとして、スイッチ素子を制御するスタティックRAM(SRAM)セル(又は「メモリ素子」。ここでは「セル」及び「メモリ素子」という用語を、同じ意味で使用している)を用いるものがある。SRAMセルは2つの出力状態のうち、1つの状態をもつことができるため、これらの2つの状態を用いてスイッチの開閉を制御することができ、これによって効果的にヒューズ機能を実施することができる。SRAM/スイッチ構造は再プログラム可能であるという利点を有するものであるが、これを用いる欠点として、SRAMセルが揮発性であることが挙げられる。これは、電力がなくなると、ヒューズがラッチされた状態を維持できなくなることを意味する。SRAM/スイッチによる方法の2つ目の問題点として、ヒューズの状態が、電源を入れても直ぐには有効にならないことである。つまり、SRAMは、スイッチ素子が意図する状態に設定できるようになる前に、まずプログラムしなければならない。
このようなSRAM/スイッチ構造に関連する揮発性の問題を克服するため、他の既知とされるヒューズ技術の取り組みでは、例えば、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)アレイのようなスイッチの状態を制御する不揮発性メモリアレイに格納されたビットを用いる。この取り組みでは、SRAM/スイッチによる方法に関連する揮発性の問題を克服できるものの、スイッチの状態が電源を投入しても直ちに有効にはならないという問題が残る。すなわち、EEPROMアレイなどの不揮発性メモリアレイを用いたとしても、スイッチが所望の状態に実際に設定される前に、まずビットがメモリアレイから読み出されて、それらがスイッチに与えられるようにする必要がある。
不揮発性メモリ素子を有する書換可能な電子ヒューズを開示する。本発明の一態様によれば、書換可能な電子ヒューズが、不揮発性メモリ素子に接続されたラッチ又はその他の論理回路を備える。この不揮発性メモリ素子は、電源投入又はリセットの信号が前記ヒューズに与えられると、関連するラッチ又はその他の論理回路を、所定の状態に整定(settle)させることができるメモリ値へとプログラムされるように構成される。どのヒューズのメモリ素子も不揮発性であるため、このヒューズは、該ヒューズへの電源が切断された後でもプログラムされた状態を維持する。
本発明の別の態様によれば、書換可能な電子ヒューズに用いられる不揮発性メモリ素子が、フローティングゲート型トランジスタを備えてもよい。任意のフローティングゲート型トランジスタのフローティング(浮遊)ゲートに蓄積された電荷量が、前記メモリ値、延いてはヒューズの電源投入又はリセットの際にヒューズが整定する状態を決定する。各種の書換可能なヒューズの実施形態として、非対称直列、非対称並列、対称直列、対称並列、ハーフラッチ、論理ゲート、マスター/スレーブヒューズなどが開示される。
以下に、本発明のその他の態様を説明し、そしてその範囲を請求することになるが、本発明の性質と利点については、本明細書の残る部分と添付の図面を参照することにより、さらに理解される。
尚、添付の図面は、本願明細書に組み込まれてその一部を構成するものであり、本発明の1つ以上の実施形態を図示するものである。また、本図面は詳細な説明と併せて本発明の原理と実施を説明する役割を有する。
以下の詳細な説明において記載した本発明の実施形態は、書換可能な電子ヒューズに関するものである。当業者には理解されるように、この詳細な説明は例示の目的のためだけであって、いかなる意味においても本発明の請求の範囲を限定するものではない。また、詳細な説明に記載された実施形態以外の本発明のその他の実施形態については、本開示により利益を得る当業者には容易に示唆される。以下、添付図面に示す本発明の実施例を詳細に参照する。尚、適切とされる場合には、図面及び以下の詳細な説明の全体を通じて同一の参照符号を用いて同一又は類似の要素を指示するものとする。
明確化のため、ここに記載の実施例の決まりきった特長の全てを説明するわけではない。当然ながら、実際上、このような実施例を開発する際には、開発者固有の目的を実現するために、例えば、用途又は業務上の制限に即した無数の実施例固有の決断が行われることは言うまでもない。また、これらの固有の目的が実施例ごとにまた開発者ごとに異なることも言うまでもない。さらに、かかる開発の取り組みは、複雑かつ時間がかかり得るものであるが、本開示により利益を得る当業者にとっては、決まりきった技術的な取り組みである。
以下に用いる記号「n+」は、通常、nタイプドーパントのドーピングレベルが、1cm3中におよそ1021個の原子とされたnタイプドープ半導体材料を示す。記号「n−」は、通常、nタイプドーパントのドーピングレベルが、1cm3中におよそ1017個の原子とされたnドープ半導体材料を示す。また、記号「p+」は、通常、pタイプドーパントのドーピングレベルが、1cm3中におよそ1021個の原子とされたpドープ半導体材料を示す。記号「p−」は、通常、ドーピングレベルが、1cm3中におよそ1017個の原子とされたpドープ半導体材料を示す。当業者であれば理解されるように、ここに記載したデバイスは、従来の半導体基板上に形成してもよく、あるいは、基板上、又はガラス(SOG)やサファイア(SOS)などのシリコン・オン・インシュレーター(SOI)、又はその他の当業者にとって周知の基板上に、薄膜トランジスタ(TFT)として容易に形成することができる。かかる当業者にとってはまた、ドーピング濃度範囲が上記した範囲の近辺でもよいことが理解される。基本的には、pFET及びnFETを形成可能なプロセスであればどのようなものであってもよい。また、ドープ領域については拡散であっても埋込であってもよい。
先ず、図3において、本発明の実施形態による書換可能な電子ヒューズ30のブロック図を示す。書換可能な電子ヒューズ30は、書換可能な不揮発性メモリ素子34に接続されたラッチ(又は1つ以上の論理ゲート)32を備える。動作中、ラッチ又は論理ゲート32はリセット信号「/RESET」(以下、信号中の「/」は上付きバーを表す)、又は電源Vddに接続される。以下に詳述するように、不揮発性メモリ素子34は、ヒューズ30に電源投入又はリセット信号が与えられると、すなわちVdd又は「/RESET」がヒューズ30に与えられると、ラッチ又は論理ゲート32を所定の状態に整定させることが可能なメモリ値にプログラムされる構成となっている。
図4には、本発明の具体的な実施形態の一例による、書換可能な電子ヒューズ40の回路図を示す。ヒューズ40は、2つの交差接続(cross−coupled)されたnチャネルMOSFET(金属酸化膜半導体による電界効果型トランジスタ)44及び46を含むハーフラッチ回路42を備える。本開示において、nチャネルMOSFETを「nFET」、pチャネルMOSFETを「pFET」と呼ぶ。ハーフラッチ42の第1のnFET44はゲート(G)を有し、これは、第2のnFET46のドレイン(D)に接続される。同様に、第2のnFET46のゲート(G)は、第1のnFET44のドレイン(D)に接続される。この構成により、第1のnFET44及び第2のnFET44は「交差接続」(たすきがけ)されることになり、これにより、ハーフラッチを形成する。第1のnFET44のドレインによってヒューズ40の第1の出力端子OutBarが具現化され、第2のnFET46のドレインによってヒューズ40の第2のコンプリメンタリ出力Outが具現化される。これらnFET44、46のソース(S)はいずれも、Gnd(グラウンド)と記された共通端子に接続されている。
図4の第1のnFET44及び第2のnFET46は「ハーフラッチ」として組み立てられており、したがって、技術的には「フル」ラッチ(例えば、以下に記載の例示的な実施形態のいくつかで示すような、2つの交差接続されたインバータ)のアセンブリではないが、本開示と添付の請求項のため、「ラッチ」という用語は「ハーフ」ラッチと「フル」ラッチの両方を含むものとする。また、図4のハーフラッチにはnFETが示されているが、当業者には、必要に応じてバイアスや信号接続に簡単な変更を加えるだけで、pFETを用いたラッチを使用できることは容易に理解される。そのため、ここで説明されて請求される、本発明の実施形態において用いられるラッチは、特定の導電型のトランジスタに限定されるものではなく、当業者には容易に理解されるとおり、nFET又はpFETを単独で、あるいは、これらを組み合わせることで、本発明の実施形態の各種ヒューズのラッチを実施するために用いることができる。さらに、MOSFET型デバイスは各種実施形態のラッチの説明で用いられるが、用途によっては、その他のMOS型でないトランジスタへの対応にも適している。したがって、本発明の実施形態のラッチは、MOSFET型デバイスに限定するべきでない。
図4に示すように、第1の書換可能な不揮発性メモリ素子48は、書換可能な電子ヒューズ40の第1の出力端子OutBarに接続されており、また、第2の書換可能な不揮発性メモリ素子50は、ヒューズ40の第2のコンプリメンタリ出力端子Outに接続されている。具体的には、第1の不揮発性メモリ素子48のドレイン(D)が第1の出力端子OutBarに接続されており、第2の不揮発性メモリ素子50のドレイン(D)が第2の出力端子Outに接続されている。第1の不揮発性メモリ素子48及び第2の不揮発性メモリ素子50のソース(S)は、いずれも電源(又はリセット信号)入力端子(ここでは、「Vdd」として図示する)に接続されている。不揮発性メモリ素子がハーフラッチの各「側」、すなわち、OutBar端子とOut端子の両方に接続されており、そして不揮発性メモリ素子のそれぞれがハーフラッチと電源電圧(又はリセット)端子との間に直列に接続されているため、本発明のこの実施形態を「対称直列ハーフラッチヒューズ」と呼ぶ。
本開示に記載した、図4に示す書換可能なヒューズ及びその他の書換可能なヒューズの実施形態は、「セルフラッチ」である。これは、いったんヒューズに電力が与えられると、関連するヒューズのラッチが最終的に何らかの状態にラッチすることを意味する。本発明のある態様によれば、1つ以上の不揮発性メモリ素子がメモリ値(例えば、電圧や電流)を与え、該メモリ値は、ラッチが電源投入(又はリセット)の際に保持する状態が決定性となるよう、ラッチに影響を与える。不揮発性メモリ素子がない場合には、ラッチが保持する状態が決定性とはならず、基本的にランダムとなる。
本発明の「セルフラッチ」の態様についての特筆すべき利点は、電源投入時又はそれに続いて、本発明の実施形態の各種ヒューズをその所定の状態に落ち着かせるために、アドレス指定を行ってメモリアレイ(例えば、EEPROM又は同様の不揮発性メモリアレイ)からビットを読み出す必要がないということである。本発明のセルフラッチの態様を説明するため、例えば、図4のヒューズへの電源投入又はリセットに先立って、第1の不揮発性メモリ素子48のメモリ値によって、該第1の不揮発性メモリ素子48がON(ドレイン端子とソース端子との間に低インピーダンス通路が存在することを意味する)になるものと仮定する。また、第2の不揮発性メモリ素子50のメモリ値によって、該第2の不揮発性メモリ素子50がOFF(ドレイン端子とソース端子との間に高インピーダンス通路が存在することを意味する)になると仮定する。このような初期状態において、Vdd(又はリセット信号)がヒューズ40の電源(又はリセット)入力端子に印加されると、OutBar端子がVdd(又はリセット信号の電圧値)まで引き上げられる。OutBar端子がハーフラッチ42の第2のnFET46のゲートに接続されているため、第2のnFET46がON(オン)状態になり、Out端子は接地される(Gnd)。また、Out端子がハーフラッチ42の第1のnFET44のゲートに接続されているため、第1のnFET44はOFF(オフ)状態になり、OutBar端子はVdd(又はリセット信号の電圧値)のままとなる。このようにして、不揮発性メモリ素子48及び50が存在することにより、Vdd(又はリセット信号)がヒューズ40の電源(又はリセット)入力端子に印加されると、ハーフラッチ42が所定の状態(OutBar=Vdd及びOut=Gnd)にラッチするよう動作する。以下でさらに詳説するように、コンプリメンタリ(相補)状態を望む場合には、第1の不揮発性メモリ素子48及び第2の不揮発性メモリ素子50のメモリ値を変更(すなわち、「再プログラム」又は「書換」)して、ラッチ42がコンプリメンタリ状態にラッチするようにもできる。
本発明の一態様によれば、本開示に記載された本発明の各種実施形態における不揮発性メモリ素子は、フローティングゲート型トランジスタを備えてもよい。任意のフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに蓄積された電荷量が、与えられるメモリ値を決定し、延いてはラッチがラッチする状態を決定する。図5Aには、図4の第1の不揮発性メモリ素子48及び/又は第2の不揮発性メモリ素子50、そして、本発明の他の実施形態における、その他の不揮発性メモリ素子を形成するために用いることができる、フローティングゲートpFET52を示す。該フローティングゲートpFET52は、薄い誘電体層56上に配置されたフローティングゲート(fg)54を有する。フローティングゲート54には、各種メカニズムを用いて、電子を加え又は取り除くことができ、該メカニズムには、ファウラー・ノルドハイム(FN)トンネリング、インパクトイオン化ホットエレクトロン注入(IHEI)、直接(双方向)トンネリング(誘電体層が充分に薄い場合)、ホットホール注入、バンド間トンネリングによるホットエレクトロン注入、紫外線放射露光、又は当業者に周知とされる各種の別の手段が含まれる。このようなチャージング(充電)メカニズムによって、本明の実施形態の各種ヒューズが「書換可能」となる。フローティングゲート型トランジスタを用いて実施されるこれら各種のメモリ素子をプログラムするメカニズムのうちのいくつかについては、以下でさらに詳細に記載する。
図5Bは、別のフローティングゲートpFET58を示しており、これは本発明の各種ヒューズの実施形態における不揮発性メモリ素子を形成するのに用いることができる。図5Aのフローティングゲート型トランジスタ52と同様に、図5Bのフローティングゲート型トランジスタ58は、当該デバイスのフローティングゲート60を形成するのに用いられる単一の導電層を有する。図5Bのフローティングゲート型トランジスタ58には、制御ゲート端子を設けるための追加された制御インプラント62(p+でもn+でもよい)が含まれる。この種のフローティングゲート型トランジスタ58とそのプログラム方法については、米国特許番号第5,761,121号に記載されている。
図5A及び5Bに示すフローティングゲート型トランジスタ52及び58は、単一の導電ゲート層(通常はポリシリコン)を用いるという利点を有する。この種の不揮発性メモリ素子はこの単層構造により作られ、これが内部に埋設されたヒューズは、標準的なシングル・ポリCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)半導体製造プロセスによる製造に適している。また、図5C及び5Dに示すnFET53及び59も、CMOS対応の不揮発性メモリ素子を実現するために用いることができる。また、その他の種類のフローティングゲート型トランジスタも、本発明の実施形態における各種ヒューズの不揮発性メモリ素子を形成するために用いることができる。例えば、図5E及び5Fには、それぞれダブル・ポリ(double−poly)プロセスで製造されたpタイプ及びnタイプのフローティングゲート型トランジスタ64及び66を示す。各フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲート68は、第1のポリシリコン層に形成され、制御ゲート70は、第2のポリシリコン層に形成される。本発明の別の実施形態によれば、図5E及び図5Fに示すダブル・ポリフローティングゲート型トランジスタは、本発明の各種ヒューズの実施形態における不揮発性メモリ素子の形成に用いることができる。
図5A〜図5Fに示すフローティングゲートメモリデバイスについては、本発明の各種ヒューズの実施形態における不揮発性メモリ素子を実施可能な数多くのフローティングゲート構造のうちのいくつかを示したに過ぎない。当業者には、nFET、FinFET、マルチゲートMOSFETなど、その他の如何なるフローティングゲートデバイスを用いてもよいことが容易に理解される。また、本発明の各種実施形態の説明を簡略化するために、不揮発性メモリ素子は従来のフローティングゲートタイプとする。したがって、例えば、図6に示すように、図中、記号「fg」を隣に付したトランジスタは、フローティングゲートタイプのトランジスタの実施を示している。しかしながら、フローティングゲートタイプのトランジスタは本発明の実施形態の各種ヒューズを実施し、かつ説明するのには有利であるが、格納された不揮発性メモリにフローティングゲートを用いないメカニズムを用いてもよいことが、当業者には容易に理解される。かかる代替の情報格納メカニズムは、例として当業者に周知の、以下のようなメカニズムを含むが、これらには限定されない。強誘電体(例えば、FRAM(Ferroelectric Random Access Memory))、磁気抵抗体(例えば、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory))、誘電体(例えば、SONOS(Silicon−Oxide−Nitride−Oxide−Silicon)構造における電荷トラップによる誘電体ストレージ、電荷トラップを設けるための誘電体内に配された伝導性粒子における誘電体ストレージ、誘電体内の電荷トラップのその他の形態)、位相変化(例えば、記録媒体の相変化に基づいて情報を記憶するメモリ素子)など。例えば、FRAM(Ferroelectric RAM)、MRAM(Magnetoresistance RAM)、誘電体ストレージ(SONOS(Silicon−Oxide−Nitride−Oxide−Silicon)など)、相変化メモリ素子、などを含めて、例示的な実施形態の説明及び図面中において、不揮発性メモリ素子の隣に付した記号「fg」を使用したとしても、本発明の特許請求の範囲が不揮発性メモリ素子用のフローティングゲートタイプのトランジスタのみを有するヒューズに限定されることはない。
次に図7を参照すると、これは本発明の実施形態による書換可能な電子ヒューズ72を示す。この「セルフラッチ対称直列ヒューズ」72は、2つの交差接続されたCMOSインバータ(第1のインバータの出力が第2のインバータの入力に接続され、第2のインバータの出力が第1のインバータの入力に接続されている)74及び76と、2つの不揮発性メモリ素子78及び80と、を備える。2つの不揮発性メモリ素子78及び80のうち、第1の不揮発性メモリ素子78は、2つのインバータ74及び76のうち第1のインバータ74と電源(又はリセット信号)入力端子との間に直列に接続されており、第2の不揮発性メモリ素子80は、2つのインバータ74及び76のうち第2のインバータ76と電源(又はリセット信号)入力端子との間に直列に接続されている。2つの交差接続されたインバータ74及び76を併せて、ラッチ82が形成される。図4の対称直列ハーフラッチのヒューズ40における第1の不揮発性メモリ素子48及び第2の不揮発性メモリ素子50と同様に、図7のセルフラッチ対称直列ヒューズ72における第1の不揮発性メモリ素子78及び第2の不揮発性メモリ素子80によって、ヒューズ72の電源投入又はリセットの間にラッチ82が所定の状態へと整定することになる。ラッチ82の整定状態は、不揮発性メモリ素子78、80に格納されたメモリ値によって決定される。
図7に示すヒューズの実施形態は、図4に示すものと類似するが、図7の実施形態では、ラッチが適切にラッチする(すなわち正しい状態にラッチする)ために不揮発性メモリ素子が完全にON状態又はOFF状態である必要はない。これは、交差接続されたインバータが、やがてはラッチ状態に落ち着くからである。さらに、図7の実施形態によれば、フローティングゲート電圧Vfg0又はVfg1のいずれも、静止(static)電力消費を防止するためにVddよりも大きい値に維持される必要はない。これは、交差接続されたインバータが、ラッチされたときに静止状態での電力消費を防止するからである。図4に示すハーフラッチヒューズの実施形態では、Vfg0又はVfg1のいずれかがVddよりも大きい値に維持されなければ、ヒューズ40は、ラッチ42がラッチされる(すなわち、ヒューズが静止状態である時の)前後でさえも、電力を常に消費することになる。そのため、特定の用途において電力消費が問題となる場合には、図4に示すヒューズの実施形態よりも図7に示すヒューズの実施形態の方が好ましい。
図8は、本発明の実施形態による書換可能な電子ヒューズ84を示す。この「セルフラッチ対称並列ヒューズ」84は、2つの交差接続されたCMOSインバータ86及び88と、2つの不揮発性メモリ素子90及び92と、を備える。2つの交差接続されたインバータ86、88を併せてラッチ89が形成される。この実施形態によれば、2つの不揮発性メモリ素子90、92のうち、第1の不揮発性メモリ素子90が、2つのインバータ86、88のうち第1のインバータ86のトランジスタに並列に接続され、2つの不揮発性メモリ素子90、92のうち、第2の不揮発性メモリ素子92が、2つのインバータ86、88のうち第2のインバータ88のトランジスタに並列に接続される。上記の実施形態及び本開示の他の部分と同様に、図8に示すセルフラッチ対称並列ヒューズ84における第1の不揮発性メモリ素子86及び第2の不揮発性メモリ素子88は、ヒューズ84の電源投入又はリセットの間にラッチ89が所定の状態に落ち着くことになる。例えば、フローティングゲート型トランジスタが第1の不揮発性メモリ素子90及び第2の不揮発性メモリ素子92に用いられると仮定し、第1の不揮発性メモリ素子90のフローティングゲート電圧(Vfg0)が予めVddにプログラムされ、第2メモリ素子92のフローティングゲート電圧(Vfg1)が予めGndにプログラムされているものとする。Vfg0=Vddのとき、第1の不揮発性メモリ素子90はOFF状態のままとなる。Vdd(又はリセット信号)がヒューズ84に印加されると、第2の不揮発性メモリ素子92はON状態となり、Out端子はGndに接地される。OutがGndであるとき、ラッチはOutBarがVddの状態で整定する。このように、ヒューズ84は、OutBar=Vdd及びOut=Gndの状態で整定する。ヒューズ84をコンプリメンタリ状態にプログラムするには、第1及び第2の不揮発性メモリ素子のメモリ値を逆にすればよい。例えば、不揮発性メモリ素子90、92を実装するためにフローティングゲート型トランジスタが用いられる場合には、メモリ素子のフローティングゲートに蓄積された電荷の相対量が変更され、Vfg0がGndの近傍又はそれ以下となり、そして、Vfg1がVdd近傍又はそれ以上となる。さらには、フローティングゲート型トランジスタ90、92がpFETではなくnFETから構成される場合には、論理極性を逆にすればよい(すなわち、Vfg0=Gnd及びVfg1=Vddを格納することにより、ラッチがOut=Gnd及びOutBar=Vddでラッチするようになる)。
図9は、本発明の実施形態による書換可能な電子ヒューズ94を示す。この「セルフラッチ非対称直列ヒューズ」94は、2つの交差接続されたCMOSインバータ96及び98と、2つのインバータ96、98のうち、第1のインバータ96と電源(又はリセット信号)入力端子との間に直列に接続された不揮発性メモリ素子100と、を備える。1つの不揮発性メモリ素子100のfg1が、Vddの近傍又はそれ以上に設定される限り、pFET100はOFF状態となり、インバータ96がVdd(又は必要に応じてリセット)への伝導経路を有することはない。したがって、ラッチはOut=Gnd及びOutBar=Vddで整定する。しかしながら、pFET100がON状態となるほどにfg1がVddよりも十分に低く設定された場合に、ラッチによるラッチ状態が必ずしも決定性とはならない。ラッチをより決定性とするためには、2つのインバータ96、98のうち、その1つのインバータにおけるpFET(もしくはnFET、又は両方)のゲートの幅対長さの比を調整して、不揮発性メモリ素子100がOFF状態のときに、トランジスタのサイズの差によって非対称ラッチの対称性が有益に乱されるようにし、これによりヒューズに影響を及ぼして決定論的にOut=Vdd及びOutBar=Gndの状態でラッチすることができる。ラッチの対称性を崩す他のメカニズムについては、これより当業者には明らかである。例えば、同じ結果を実現するために、ラッチ内の各種トランジスタのチャネルドーピングを個々に選択してもよく、相対チャネルドーピングでは、相対的なゲート幅とほぼ同様にトランジスタのインピーダンスを反映する。また、1つ又は2つのラッチ出力とVddやGndのような定電圧源との間に1つ又は2つのキャパシタを配置することにより、例えば、図11の考察に関連して以下に述べるのと同じ効果を得ることができる。尚、その他の同じ結果を実現するメカニズムについては当業者にとって直ちに明らかである。
図10は、本発明の実施形態による書換可能な電子ヒューズ102を示す。この「セルフラッチ非対称並列ヒューズ」102は、2つの交差接続されたCMOSインバータ104及び106と、2つのインバータ104、106のうち、1つのインバータのトランジスタに並列に接続された不揮発性メモリ素子108と、を備える。1つの不揮発性メモリ素子108のfg1が、Gndの近傍又はそれ以下に設定される限り、pFET108はON状態となり、インバータ104の出力はGndに接地される。したがって、ラッチはOut=Gnd及びOutBar=Vddで整定する。しかしながら、pFET108がOFF状態となるほどにfg1がGndを充分に超えて設定された場合、ラッチによるラッチ状態が必ずしも決定性とはならない。ラッチをより決定性とするためには、2つのインバータ104、106のうち、1つのインバータのpFET(もしくはnFET、又は両方)のゲートについて、その幅対長さの比を調整して、不揮発性メモリ素子108がOFF状態のときに、トランジスタのサイズの差によって非対称ラッチの対称性が有益に乱されるようにし、これによりヒューズに影響を及ぼし、決定論的にOut=Vdd及びOutBar=Gndでラッチすることができる。
図11は、トランジスタのサイズ調整の代替方法(又は追加)として、本発明の実施形態による決定性のラッチングを向上させるために、図9及び図10にそれぞれ示す非対称ヒューズ94、102のOutBar又はOut端子のいずれかにキャパシタ112を接続する方法を示す。図11を例として考える。この例において、フローティングゲートfg1がpFET120を導通状態にするようプログラムされているものとする。電源投入又はリセット前には、Out端子はGnd電位とされ、キャパシタ112は放電されている。キャパシタ112はその初期に充電されていないので、Vddがランプ(ramp)上昇するにつれて、Out端子の電位がゆっくりと上昇することになるが、これは、キャパシタ112の充電を要するからである。したがって、Vddがランプ上昇するにつれて、OutBarがより急速に上昇するようになり、これによって、交差接続されたインバータ114、116は、OutBarがハイ(high)で、Outがロー(low)でラッチすることになる。そのため、キャパシタ112を設けることで、ラッチ118はその支援を受けて、OutBarがハイであって、かつOutがローである状態にラッチする。
逆に、フローティングゲートfg1がpFET120を導通状態にしないようにプログラムされている場合を想定する。電源投入又はリセット前に、Out端子はGnd電位にとされ、キャパシタ112は放電されている。キャパシタ112はその初期に充電されていないので、Vddがランプ上昇すると、キャパシタ112の充電を要するため、Out端子はゆっくりと上昇していく。しかしながら、pFET120がOFF状態であり、OutBarには電流が流れないため、OutBarは全く上昇しない。キャパシタ112が徐々に充電されると、それにより、交差接続されたインバータ114、116は、OutBarがローであって、かつOutがハイの状態でラッチすることになる。そのため、キャパシタ112の存在は、ラッチにおいてOutBarがローであって、かつOutがハイである状態にラッチすることを妨げない。
図11は、1つのキャパシタ112を、図9及び図10にそれぞれ示す非対称ヒューズ94、102のOutBar端子又はOut端子のいずれかに接続する方法を示すものであるが、別の実施形態において、第1キャパシタを、Out端子とGndとの間に接続し、第2キャパシタを、OutBar端子とGndとの間に接続しても良い。第2キャパシタを追加することは、図4、7、8、9、10に示す実施形態のラッチの全てが、所定の状態にラッチするように保証する上で役立つ。この実施形態は、例えば、Vdd又はリセット信号にグリッチがあったり、Vdd又はリセット信号の立ち上がりの際に乱れが生じたりする場合、及び/又は、Vdd又はリセット信号が与えられるときに接地電位にないラッチノードがある場合に有用である。Out又はOutBarがVdd又はリセット信号電圧に落ち着くためには、キャパシタのひとつが充電されることを要するので、信号latch0及びlatch1のラッチ時間は遅くなり、給電グリッチによる一時的な現象やトランジスタのミスマッチは、ラッチの最終的な状態を決定する上であまり問題にならなくなる。つまり、キャパシタを用いたラッチは、ラッチのためにVdd又はリセット信号からより多くの電荷を引き出す必要があるため、誤った状態にラッチする可能性がより低くなる。また、何らかの理由でラッチの整定後にVdd又はリセット信号が乱れた場合には、キャパシタの支援により、ラッチプロセスの後に、適正な状態を維持できるよう保証される。
既述のように、ラッチ出力に1つ以上のキャパシタを加えることにより、あるいはまた異なるサイズのトランジスタをラッチの両側に用いることにより、実施形態の非対称ヒューズの対称性を乱すことは、ラッチが所定の状態にラッチするように保証するのに役立つ。しかしながら、その他の対称性を乱す方法をとることもできる。例えば、抵抗やインダクタなどの電気部品を前記不揮発性メモリ素子の1つに直列又は並列に接続してもよいし、また1つ以上のキャパシタをOut端子及びOutBar端子のいずれか又は両方と、Vdd又はリセット信号又はその他の端子との間に接続してもよいし、キャパシタ又はその他の電気要素を別の回路ノードに追加してもよい。同様にして、1つ以上のキャパシタをOutBar端子(又はその他のラッチ端子)のいずれか又は両方と、Vdd又はリセット信号又は別のノードとの間に接続するなど、実施形態のヒューズのラッチングを遅くするような方法をとってもよい。実際、当業者にとっては、不揮発性メモリ素子がON状態の時に非対称ヒューズの対称性を乱すために用いられる、如何なるメカニズムも発明のこのような態様の趣旨及びと範囲に含まれること、そして同様に、ラッチが適正な状態にラッチするように保証するのに役立つように、ラッチを、さらにゆっくりとラッチさせるようにした、如何なるメカニズムもまた、発明の上記態様の趣旨及び範囲に含まれることは、容易に理解されるところである。
次に、図12A、12B、及び12Cにおいて、本発明の実施形態による書換可能な電子論理ゲートヒューズ121、122、及び127を示す。このヒューズでは、論理ゲートが、上記実施形態のヒューズで説明した1つ以上の不揮発性メモリ素子を有するラッチではなく、1つ以上の不揮発性メモリ素子と組み合わされている。図12Aに示す実施形態の一般的な論理ゲートヒューズにおいて、n個のヒューズ入力とm個のデータ入力を有する論理ゲート121によって、(n+m)入力の論理関数が実現される。当業者には容易に理解されるように、論理ゲート121は、AND(論理積)、OR(論理和)、NAND(否定論理積)、NOR(否定論理和)、XOR(排他的論理和)、XNOR(排他的否定論理和)などの、いずれかの標準的な論理関数や、これら一般的な関数の複雑な組み合わせを示す。図12Bに示す特定の実施形態において、論理ゲート122は、n=1個のヒューズ入力及びm=0個のデータ入力を有するCMOSインバータであり、図示された第1の不揮発性メモリ素子124及び第2の不揮発性メモリ素子126を備えている。不揮発性メモリ素子124、126を使用することで、電源を論理ゲート122に投入した後、論理ゲート122が確実に整定して所定の出力を提供することになる。適正な論理ゲートの動作を確実にし、定常状態での電力消費を防止するためには、不揮発性メモリ素子124、126のメモリ値(例えば、フローティングゲート電圧)を、Vddの近傍若しくはそれ以上又はグラウンドの近傍若しくはそれ以下に維持して、nFET124とpFET126の一方が導通状態であって、他方が非導通状態となることを要するが、これについては、CMOS論理における慣行の通りである。図12Cに示す特定の実施形態において、論理ゲート127は、n=1個のヒューズ入力とm=1個のデータ入力を有する2入力CMOSのNANDである。尚、当業者には、本開示の例から、種類及び複雑さを異にするマルチ入力論理ゲートの構成方法が認識される。
図13には、本発明の実施形態によるマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ128を示す。このマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ128は、スレーブラッチ132に接続されたマスターヒューズ130を備える。マスターヒューズ130は、例えば、上記したいずれかの書換可能な電子ヒューズを備えており、マスターヒューズ130のマスター端子に印加されるマスター信号(図13に「RESET」で示す)により制御される。スレーブラッチ132は、該スレーブラッチ132のスレーブラッチ端子に印加されるスレーブラッチ信号(図13に「/RESET」で示す)により制御される。「RESET」の印加により、マスターヒューズ130は、既述のように、所定の状態に整定する。マスターヒューズ130が所定の状態に落ち着いた後、「/RESET」がスレーブラッチ132のスレーブラッチ端子に印加され、マスターヒューズ130の状態をラッチして、該状態が保持される。
図13に示すマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ128を用いる利点は、これにより、マスターヒューズ130が、定常時に電力を消費する上述したヒューズのうちの1つとして実施されるような場合であっても、実質的に定常時の電力を消費しないように回避できることである。例えば、図4の実施形態のヒューズ40が、静止状態(切り換えない状態)で電力を消費するのは、不揮発性メモリ素子48のフローティングゲートにおけるフローティングゲート電圧Vfg0が、nFET44のON状態において、Vddの近傍又はそれ以上に維持されていない場合である。かかるヒューズ(又は定常の電力を消費し、あるいは該電力を消費しない、他の任意のヒューズ)を、図13のように、マスターヒューズ130として構成し、これをスレーブラッチ132に接続することにより、任意の不揮発性メモリ素子のフローティングゲート電圧の如何にかかわらず、静止状態での電力消費を避けることができる。このことは、マスターヒューズ130がその所定の状態に整定する時間を経た後に、マスターヒューズ130の状態をスレーブラッチ132にラッチし、同時に(又はそのすぐ後で)マスターヒューズ130の電源を落とすことにより実現することができる。図13の実施形態のマスター/スレーブヒューズ128を参照すると、これは、まず「RESET」電源信号をマスターヒューズ130に印加することにより行われる。マスターヒューズ130を所定の状態に設定した後、「/RESET」電源信号をスレーブラッチ132に印加してマスターヒューズ130の状態をラッチする。この実施形態の例においては、「RESET」と「/RESET」とが反相であるため、スレーブラッチ132に電源が投入されてマスターヒューズ130の状態がラッチされると、マスターヒューズ130の電源が切れる。「RESET」の電源が切断されるために、マスターヒューズ130が静止状態で電力を消費することはない。マスター/スレーブヒューズ128を用いる別の利点は、以下のように、データの信頼性を保証することである。「RESET」及び「/RESET」を(位相が逆の)周期的な信号とし、まず、マスターヒューズに電源を入れ、次にスレーブラッチに、3番目にマスターヒューズに、4番目にスレーブラッチに、という具合に給電する。スレーブラッチがデータを失う場合、例えば、その可能性として、「/RESET」におけるグリッチや、ラッチに当たる宇宙線粒子によって起こり得るデータ消失の場合には、「/RESET」信号の次の期間において、スレーブラッチがマスターヒューズからデータを再ロードする。
図14〜図17には、本発明の実施形態による各種のマスター/スレーブ書換可能な電子ヒューズの実施例を示す。図14は、図9の非対称ヒューズ94を用いて図13に示すマスター/スレーブ書換可能な電子ヒューズ128のマスターヒューズ130を実施する方法を示す。マスターヒューズ130は、「Reset」電源信号を受信するよう構成されたマスター信号端子を含む。スレーブラッチ132はマスターヒューズ130に接続されており、例えば、図14に示す「/RESET」電源信号などのスレーブラッチ信号を受信するように構成されたスレーブラッチ端子を含む。マスターヒューズ130は、第1及び第2の出力信号latchm_1及びlatchm_0を提供し、これらは、図示のように、スレーブラッチ132の入力端子に接続されている。当業者には容易に理解されるとおり、図14には2出力マスターラッチ及び2入力スレーブラッチを示しているが、その他のマスターヒューズ及びスレーブラッチ、例えば、単一出力のマスターヒューズ及び単一入力のスレーブラッチを用いることもできる。
図15には、図7の非対称ヒューズ72を用いて図13に示すマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ128のマスターヒューズ130を実施する方法を示す。図14のマスター/スレーブヒューズ134と同様に、図15のマスター/スレーブヒューズ136のマスターヒューズ130は、「Reset」電源信号を受信するよう構成されたマスター信号端子を含む。スレーブラッチ132はマスターヒューズ130に接続されており、例えば、図15に示す「/RESET」電源信号などのスレーブラッチ信号を受信するように構成されたスレーブラッチ端子を含む。また、図14のマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズと同様に、図15のマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ136のマスターヒューズ130は、第1及び第2のラッチ出力信号、latchm_1及びlatchm_0を提供し、これらは、図示のように、スレーブラッチ132の入力端子に接続されている。
図16には、図12Aの一般的な論理ゲートヒューズ121を用いて、図13に示すマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズ128のマスターヒューズ130を実施する方法を示す。マスターヒューズ130は、1つのラッチ出力信号latchm_1を提供し、これは、図示のように、スレーブラッチ132に接続されている。図17には、縦列に接続された2つのインバータ122及び144を用いた、具体的な書換可能な論理ゲートマスター/スレーブヒューズ140を示す。第1のインバータ122は、図12Bに関連して示した論理ゲートヒューズである。第2のインバータ144は、第1のラッチ出力信号latchm_1を第1のインバータ122から受信するように構成され、第2のラッチ出力信号latchm_0を提供する。図17に示すように、第1のラッチ出力信号latchm_1及び第2のラッチ出力信号latchm_0は、スレーブラッチ132の入力端子に接続されている。
図14及び図15のマスター/スレーブヒューズ134、136と同様に、図16及び図17のマスター/スレーブ論理ゲートヒューズ138、140は、それぞれのマスターヒューズに接続されたマスター信号端子を有する。マスター信号端子は、「RESET」電源信号を受信するよう構成されている。また、図16及び図17のマスター/スレーブヒューズ138、140はスレーブラッチ132を含み、これはマスターヒューズ130に接続されており、それぞれのスレーブラッチ端子においてスレーブラッチ信号(例えば、「/RESET」電源信号)を受信するよう構成されている。
図14〜図17には、図13に示すマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズのマスターヒューズ130を備えることができる具体的な実施例を示す。本開示に記載された書換可能な電子ヒューズはいずれもマスターヒューズ130の実施に用いることができる。また上記では、図14〜図17に示すマスター/スレーブの書換可能な電子ヒューズにおいて、スレーブラッチ132が特定の態様をもつように示されているが、当業者には容易に理解できるように、他の種類又は構成のラッチをスレーブラッチ132として用いることもでき、したがって、図14〜図17で用いられる種類のスレーブラッチは単なる例示にすぎない。
図18において、本発明の実施形態による、図7の書換可能な電子ヒューズ72と、該ヒューズ72の出力に接続されたバッファ回路150及び152を有する書換可能な電子ヒューズ回路146を示す。バッファ回路150、152は、負荷によって引き起こされるエラーを防止するのに役立つ。例えば、図7のヒューズ72を参照すると、Outに接続した別の回路に生じ得るような、Outの容量性負荷によって、電源投入時にOutがOutBarよりも遅く上昇して、ヒューズ72が正しくない状態に整定することがあり得る。図18のバッファ回路150、152はヒューズ72から外部負荷を分離(アイソレート)し、これによって、ヒューズ72が電源投入時に正しい状態に整定することを保証する役目を果たす。バッファ回路150、152は、同様に、ヒューズ72が、Out又はOutBarに接続された外部負荷回路のグリッチによって正しくない状態に駆動されないように防止する役目を果たす。図18のヒューズ出力はそれぞれダブルバッファ(縦列に接続された2つのインバータ)として示されているが、当業者には、他の種類のバッファリング(例えば、シングル、トリプル、その他のゲート種など)を用いてもよいことが、容易に理解される。さらに、図18には対称直列ヒューズ(例えば、図7に示すタイプ)に適用されるヒューズへのバッファリングを示しているが、本発明のヒューズのバッファリングについての態様は、本開示に記載のその他のヒューズタイプに用いてもよい。
図19には、本発明の実施形態による、初期化回路156を有する書換可能な電子ヒューズ154を示す。初期化回路156は、第1のnFETスイッチ158及び第2のnFETスイッチ160を含み、これらは初期化信号端子に接続されたゲート及びGndに接続されたソースを有する。第1のnFETスイッチ158のドレインは第1のラッチ端子latch_0に接続され、第2のnFETスイッチ160のドレインは第2のラッチ端子latch_1に接続される。初期化信号を与えることにより、初期化回路156は、ラッチ端子latch_0とlatch_1がGndとなるように駆動し、また、初期化信号の解放によって、ヒューズ154のラッチ端子latch_0とlatch_1が所定の出力に再設定される。初期化回路156を用いることで、
(1)電源投入前に、latch_0とlatch_1が確実に放電されるようになり、(2)電源投入中に、Vddが安定してノイズがなくなるまでlatch_0とlatch_1がグラウンドに保持され、
(3)電源投入の際にノイズが多く又はグリッチを有する場合には、電源投入後にヒューズ154をリセットすることができ、
(4)ヒューズ154がデータを周期的にリロードすることを周期的に保証することができ、これによって、ラッチ状態を逆転させるノイズや宇宙線粒子によるエラーが修正されるようになる。
(1)電源投入前に、latch_0とlatch_1が確実に放電されるようになり、(2)電源投入中に、Vddが安定してノイズがなくなるまでlatch_0とlatch_1がグラウンドに保持され、
(3)電源投入の際にノイズが多く又はグリッチを有する場合には、電源投入後にヒューズ154をリセットすることができ、
(4)ヒューズ154がデータを周期的にリロードすることを周期的に保証することができ、これによって、ラッチ状態を逆転させるノイズや宇宙線粒子によるエラーが修正されるようになる。
図19の初期化回路156については、対称直列ヒューズ(例えば、上記の図7に示すようなタイプ)に適用するものとして示したが、本発明の初期化回路の態様を、本開示に記載の他の種類のヒューズに用いてもよいことは、当業者には容易に理解される。同様に、当業者には、電子ヒューズの初期化に用いられる初期化トランジスタとしてnFETではなくpFETを用い、又はlatch_0とlatch_1をGndではなくVddに初期化し、あるいはトランジスタを用いてlatch_0とlatch_1を一時的に短絡するといったメカニズムの全て、あるいはその他の広範な可能性が本発明の趣旨及び範囲内にあることは、容易に推察され、理解される。
図5A〜図5Fとの関連で既述したように、本発明の各種ヒューズの実施形態で用いられる不揮発性メモリ素子は、フローティングゲート型トランジスタを備えてもよい。かかるフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに蓄積された電荷量は、フローティングゲート型トランジスタのメモリ値(すなわち、フローティングゲート電圧)を決定する。フローティングゲートに電子を加えたり、又はそこから電子を取り除いたりすることにより、このメモリ値を変更することができる。したがって、ヒューズの電源投入又はリセット後にヒューズが整定する所定の状態は、フローティングゲートの電荷を調整することにより制御し、変更(すなわち、書込と再書込)することができる。フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに存在する電荷を調整する方法として、フローティングゲートにトンネル接合部を接続し、一般的なファウラー・ノルドハイムトンネリング又は直接トンネリングのメカニズムを用いて、トンネル接合を形成する絶縁体内を電子が通り抜けるようにすることである。トンネル接合については、各種の方法で実施することができる。例えば、図20に示すように、MOSキャパシタ162を用いてトンネル接合を形成してもよい。別の例として、図21に示すように、短絡したpFET164を用いてトンネル接合を形成してもよい。実際、当業者には容易に理解されるように、どのようなキャパシタ構造であっても、それが形成されたデバイスの如何には無関係に用いることができる。
図22には、非対称ヒューズ(例えば、上記の図9に示すようなタイプ)のフローティングゲート型トランジスタに接続された第1のトンネルキャパシタ166及び第2のトンネルキャパシタ168による、非対称ヒューズにおけるフローティングゲート型トランジスタ170のフローティングゲート169に存在する電荷量(したがって、メモリ値)の制御方法を示す。図22には、前記非対称ヒューズの不揮発性メモリ素子170のみを示しているが、ヒューズの残りの部分は既述したように(例えば、上記の図9参照)、実現可能であることに注意を要する。第1のトンネルキャパシタ166(ゲート長=ゲート幅=1ユニット)は第2のトンネルキャパシタ168(ゲート長=ゲート幅=10ユニット)よりも寸法が小さく、そのため、その静電容量も小さい(例えば、ゲート面積が100倍だけ異なる短絡したpFETを用いることにより、図22に示す例では100分の1の大きさになる)。第1のトンネルキャパシタ166及び第2のトンネルキャパシタ168のゲートはいずれも、フローティングゲート型トランジスタ170のフローティングゲート169に接続されている。そのため、第1のトンネルキャパシタ166及び第2のトンネルキャパシタ168のそれぞれのゲートが、第1のキャパシタプレート(端子板)となる。第1のトンネルキャパシタ166の反対側のプレートは、本例において、第1のトンネルキャパシタ166の短絡したドレイン端子、ソース端子、及びボディ端子により形成されており、第1の高圧端子HV_fg0に接続されている。同様に、第2のトンネルキャパシタ168の反対側のプレートは、本例において、第2のトンネルキャパシタ168の短絡したドレイン端子、ソース端子、及びボディ端子により形成されており、第2の高圧端子HV_fg1に接続されている。第1のトンネルキャパシタ166及び第2のトンネルキャパシタ168はともに、双方向トンネル制御回路172を構成する。
本発明の態様によれば、双方向トンネル技術は、図22のフローティングゲート型トランジスタ170のフローティングゲート169に蓄積された電荷量の変更及び制御に用いられる。この技術によれば、フローティングゲート169は、高いフローティングゲート電圧を有するように「トンネルアップ」させてもよいし、低いフローティングゲート電圧を有するように「トンネルダウン」させてもよい。フローティングゲート169をトンネルアップさせるために、第2の高圧端子HV_fg1をグラウンドに接続させてもよい。そして、第1の高圧電源(70オングストローム(=7×10−9m)のゲート酸化物を有するpFETの場合で、約10ボルト)が、第1の高圧端子HV_fg0に接続される。第1のトンネルキャパシタ166及び第2のトンネルキャパシタ168が第1の高圧電源とグラウンドとの間に直列に接続されるため、第1の高圧電源電圧はこの2つのトンネルキャパシタ166、168に分割される。但し、第1のトンネルキャパシタ166の静電容量が第2のトンネルキャパシタ168よりも小さいため、この電圧のほとんどは第1のトンネルキャパシタ166にかかり、よってフローティングゲート169の電位は第1の高圧源よりもグラウンドに近くなる。このようなバイアス構成のもとでは、電子が、ファウラー・ノルドハイムトンネリングにより、フローティングゲート169から第1の高圧源へと通り抜ける。最終的に、フローティングゲート169の電圧は、ファウラー・ノルドハイムトンネリング電流が小さくなるまで「トンネルアップ」することになる。この後、第1の高圧端子HV_fg0は、第1の高出力電圧源から切断されて接地電位へと下がる。この結果、フローティングゲート電圧はトンネリング動作前よりも高くなる。
フローティングゲート169を「トンネルダウン」させるためには、第1の高圧端子HV_fg0をグラウンドに接続する。その後、第2の高圧電源(70オングストローム(=7×10−9m)のゲート酸化物を有するpFETの場合で、約10ボルト)が、第2の高圧端子HV_fg1に接続される。第2のトンネルキャパシタ168及び第1のトンネルキャパシタ166が第2の高圧電源とグラウンドとの間に直列に接続されるため、第2の高圧電源電圧はこの2つのトンネルキャパシタ168、166に分割される。しかしながら、第1のトンネルキャパシタ166の静電容量が第2のトンネルキャパシタ168よりも小さいため、この電圧のほとんどは第1のトンネルキャパシタ166にかかり、よってフローティングゲート電圧169はグラウンドよりも第2の高圧源に近くなる。このようなバイアス構成のもとでは、電子が、ファウラー・ノルドハイムトンネリングにより、グラウンドからフローティングゲート169へと通り抜ける。最終的に、フローティングゲート169の電圧は、ファウラー・ノルドハイムトンネリング電流が小さくなるまで「トンネルダウン」することになる。この後、第2の高圧端子HV_fg1は、第2の高出力電圧源から切断され接地電位まで下がる。この結果、フローティングゲート電圧はトンネリング動作前よりも低くなるが、これは、既述したように、電子のトンネリング方向(すなわちフローティングゲート169へ)がフローティングゲート169を「トンネルアップ」するのに用いられる方向とは反対になるからである。このため、「双方向」トンネリングという用語が付けられている。
上記の双方向トンネリング技術は、上記実施形態のヒューズで用いられる、いずれのフローティングゲートメモリ素子にも個々に適用することができる。個々に適用が行われる一方で、それにもかかわらず同時に複数のフローティングゲートメモリ素子をプログラムすることができる。例えば、図23には、対称ヒューズにおけるフローティングゲート素子の2つのフローティングゲート電圧(すなわちメモリ値)を同時に変更する方法を示す。図23には、対称ヒューズのフローティングゲートメモリ素子174及び178のみが示されているが、ヒューズの残りの部分は既述したように(例えば、上記の図7参照)、実現されることは言うまでもない。本発明の実施形態によれば、第1のフローティングゲート型トランジスタ174及び第2のフローティングゲート型トランジスタ178がそれぞれ、フローティングゲート187及び193を介して第1のトンネリング制御回路180及び第2の双方向トンネリング制御回路182に接続されている。図22に記載した双方向トンネル制御回路と同様に、第1の双方向トンネル制御回路180は、小トンネルキャパシタ184と大トンネルキャパシタ186を含んでいる。第1の双方向トンネル制御回路180の小トンネルキャパシタ184は、第1フローティングゲート型トランジスタ174のフローティングゲート187に接続された第1プレートと、第1の高圧端子HV_fg0に接続された反対側の(つまり、第2)プレートとを有する。また、第1の双方向トンネル制御回路180の大トンネルキャパシタ186は、第1のフローティングゲート型トランジスタ174のフローティングゲート187に接続された第1プレートと、第2の高圧端子HV_fg1に接続された反対側の(つまり、第2)プレートとを有する。第2の双方向トンネル制御回路182もまた、大トンネルキャパシタ190及び小トンネルキャパシタ192を含んでいる。第2の双方向トンネル制御回路182の小トンネルキャパシタ192は、第2のフローティングゲート型トランジスタ178のフローティングゲート193に接続された第1プレートと、第2の高圧端子HV_fg1に接続された反対側の(つまり、第2)プレートとを有する。また、第2の双方向トンネル制御回路182の大トンネルキャパシタ190は、第2のフローティングゲート型トランジスタ178のフローティングゲート193に接続された第1プレートと、第1の高圧端子HV_fg0に接続された反対側の(つまり、第2)プレートとを有する。
図23の第1の双方向トンネル制御回路180における小キャパシタ184の第2プレートは、第1の高圧端子HV_fg0に接続されているが、第2の双方向トンネル制御回路182における小キャパシタ192の第2プレートは、第2の高圧端子HV_fg1に接続されていることに注意されたい。また、第1の双方向トンネル制御回路180における大キャパシタ186の第2プレートは、第2の高圧端子HV_fg1に接続されているが、第2の双方向トンネル制御回路182における大キャパシタ190の第2プレートは、第1の高圧端子HV_fg0に接続されていることに注意されたい。図22との関連で説明した双方向トンネリング技術を図23のトンネル接合に適用することにより、第1のフローティングゲート型トランジスタ174のフローティングゲート187を「トンネルアップ」させる一方で、同時に第2のフローティングゲート型トランジスタ178のフローティングゲート193を「トンネルダウン」させることや、又はその逆もまた行えるようになる。
図24には、本発明の実施形態による高圧スイッチング回路200を示す。1つ以上の高圧スイッチング回路200を用いて、図22及び図23の第1及び第2の高圧端子に高電圧を供給することができる。高圧スイッチング回路200は、論理レベル入力ノード、「Reset」及び「Set」、そして高圧源入力に与えられる2つのコンプリメンタリ論理レベル状態に応じて、差動の高圧出力信号「HVout」及び「/HVout」を提供する。高圧スイッチング回路200は、高圧源ノード「High−Voltage」に接続されるとともに交差接続されたゲート、ドレイン、ソースを有する第1のpFET202及び第2のpFET204を含む。第1のダイオード206は、中間電圧ノード「Intermediate_Voltage」と第2のpFET204のドレインとの間に接続されている。第2のダイオード208は、中間電圧ノード「Intermediate_Voltage」と第1のpFET202のドレインとの間に接続されている。第3のpFET210及び第4のpFET212はいずれもそのゲートが、中間電圧ノード「Intermediate_Voltage」に接続されており、そのソースがそれぞれ第1のダイオード206及び第2のダイオード208のカソードに接続されている。第3のpFET210及び第4のpFET212のドレインによって、第1の出力電圧ノード「/HVout」及び第2の出力電圧ノード「HVout」がそれぞれに具現化される。第1の高圧カスコードnFET214及び第2の高圧カスコードnFET216については、そのゲートを電源端子Vddに接続し、そのソースをそれぞれ第3のnFET218及び第4のnFET220のドレインに接続し、そのドレインを第1の出力電圧ノード「/HVout」及び第2の出力電圧ノード「HVout」に接続している。第3のnFET218及び第4のnFET220は、そのソースがグラウンドに接続され、そのドレインが第3の高圧nFET214及び第4の高圧nFET216のソースに接続されるように構成されている。第3のnFET218及び第4のnFET220のゲートによって、論理レベル入力ノード「Set」及び「Reset」がそれぞれに具現化される。
図24に示す高圧スイッチング回路200は、例えば、横方向拡散の金属酸化物半導体nFET(LDMOSnFET)又はドレイン拡張MOSnFET(DEMOSnFET)を備えた、高圧nFET214、216を用いて、標準的なnウェルCMOSプロセスで製造することができる。LDMOSnFET及びDEMOSnFETは、標準的なnウェルCMOSプロセスで製造されたpFETとは異なり、所与のプロセス用の定格電源電圧に比して非常に大きいドレイン−ソース電圧及びドレイン−ゲート電圧を扱うことができる(例えば、3.3VのCMOSプロセスの場合に3.3Vを超える)。したがって、これらを用いることにより、図24に示すそのカスコード構成と併せて、トランジスタの損傷のリスクなしに高電圧でのスイッチングを行うことができる。この回路において、高電圧源ノード「High−Voltage」に印加される電圧を約10Vとし、中間電圧ノード「Intermediate_Voltage」に印加される中間電圧を約6Vとし、Vddを約3.3Vとすることができるが、これらの数字については用途に応じて変更可能である。このようなバイアス構成を用いることにより、高圧切り替えスイッチは、論理レベル入力ノード、「Reset」及び「Set」に加えられた論理値に応じて、「HVout=10V」及び「/HVout=0V」又はその逆の電圧を生成する。
図24の高圧スイッチング回路200は例示的なものに過ぎず、如何なる意味においても、本発明の各種実施形態を限定する目的で開示したものでないことを強調しておく。実際、当業者には、図24に示す高圧スイッチング回路200が、上記の双方向トンネリング技術、及び/又はその他の本開示に記載された高電圧の印加が必要なフローティングゲートの電荷変更方法の実施に利用することができる高圧スイッチング回路の多くの可能性の一例に過ぎないことが、容易に理解される。同時に継続中の米国特許出願番号第10/814,867号明細書に示すような、その他の実施形態を用いることもできる。尚、この出願は、ここに記載されたのと同じように、参照により本願に組み込まれる
図25には、ビットセル201のブロック図を示す。このビットセルは、図24に示すような高圧スイッチ(HVSW)と図19の書換可能な電子ヒューズとを組み合わせたものである。設計者の目的と要求に応じて、その他のスイッチやヒューズの組み合わせを用いてもよいことが当業者には理解される。ビットセル201は、図示された構成における入力として、論理入力信号「Set」及び「Reset」、ならびに「Initialize」と、電圧信号「Vdd」、「Gnd」、「High−Voltage」、及び「Intermediate−Voltage」を有する。ビットセル201の出力は「Out」及び「/Out」(OutBar)である。その他の構成において、当業者には明白なように、ビットセル201の入力及び/又は出力は、これよりも多くても少なくてもよい。ビットセル201は、以下の図面において、かかるセルをどのように配置できるかを例示することのみを目的としており、したがって、如何なる意味においても請求の範囲を限定するものとして読むべきではない。
図26に、図25に示すようなビットセル201のアレイ202の一タイプを示す。信号「Vdd」、「Gnd」、「Intermediate−Voltage」、「High−Voltage」、「Initialize」、「Program Data」(Set及びReset入力に印加される)及び「Address」は、図示される信号バス203上をビットセルアレイ202の各素子201へと伝達される。この実施形態においては、信号「Vdd」、「Gnd」、「Intermediate−Voltage」、「High−Voltage」、「Initialize」、「Program Data」を1つ以上のプログラム用又は初期化用のビットセルに指示するために、「Address」入力に応答するプログラムデコーダ204が用いられる。かかるデコーダは当業者には周知であり、本開示が必要以上に複雑になり過ぎないようにするために、ここではこれ以上説明しない。「Address」信号入力206に応答する読出デコーダ205を用いて、Out行「DO0」、「/DO0」や、「DO1」、「/DO1」などに読み出される1つ以上のビットセルが選択される。パスゲート206a、206b、206c、206d、206e、206f、206g、206hについては、必要であれば、任意の瞬間において、列のどの行(本実施形態の場合)を読み出すかを制御するために用いられる。
図26では、(図25のビットセル201のような)複数のビットセルをアレイパターンに配しているが、本発明のその他の実施形態によっては、複数のビットセルを不規則ではあるが所定の構成に配することもできる(非アレイ構成)。図27には、例示的な実施形態として、かかる複数のビットセル250−1、250−2、・・・、250−n(nは2以上の整数)を示す。これらの複数のビットセルは、不規則ではあるが、所定の構成をもって配置されている。シフトレジスタ252は、複数のフリップフロップ254−1、254−2、・・・、254−nを備え、図示するように複数のビットセル250−1、250−2、・・・、250−nに接続されている。プログラムビットは、フリップフロップ254−1、254−2、・・・、254−nのクロック入力に印加されたCLOCK信号に応じて、データライン(図中、「DATA」及び「/DATA」として示す)を介してシフトレジスタ252にロードされる。複数のフリップフロップ254−1、254−2、・・・、254−nの出力(「Q」、「/Q」)は、図示のように複数のビットセル250−1、250−2、・・・、250−nに接続される。シフトレジスタ252に配置されたフリップフロップ254−1、254−2、・・・、254−nに全てのプログラムビットがシフトされた後で、一次高圧スイッチS1(及び中間電圧スイッチS2、VddスイッチS3)が閉成されて、高圧電源HVが前記複数のビットセル250−1、250−2、・・・、250−nの高圧入力端子に繋がる。ビットセル250−1、250−2、・・・、250−nの高圧入力端子への高圧電源の供給により、メモリ値(例えば、ビットセルに組み込まれたフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲート電圧)がプログラム値としてセットされ、「A1、/A1、A2、/A2・・・An、/An」での予測可能な出力となる。ビットセルメモリ値(すなわち、フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲート電圧)の変更における高電圧の使用については、既に詳述したとおりである(例えば、図22及び図24に関連して検討した双方向トンネリングを参照)。メモリ値が所定のレベルにセットされると、既に詳述したような方法で、ヒューズの電源投入又はリセット後に、複数のヒューズがそれぞれ所定の状態に整定する。
図28には、上記の本発明の各種態様の多くを採用した書換可能な電子ヒューズ260を示す。ここで示す種類のヒューズは図7との関連で説明した対称直列ヒューズであるが、既述したその他の種類のヒューズを代替としてこの実施形態で用いてもよい。ラッチの各出力は、ダブルバッファ262及び264に接続されている。図18との関連で既に説明したように、ラッチ出力のバッファリングは、負荷によって引き起こされるビットエラーの防止に寄与する。第1のキャパシタ266及び第2のキャパシタ268もまた、ラッチ出力のそれぞれに接続されている。図11との関連で既に説明したように、キャパシタ266、268のいずれか又は両方が存在することにより、ラッチ270が所定の状態に確実にラッチするのに役立つ。電子ヒューズ260は、リセット回路272も含んでいる。図19との関連で既に説明したように、リセット回路272は、ラッチが確定する前に、ラッチ端子latch_0とlatch_1がGndにリセットされるように保証する。そして、第1の不揮発性メモリ素子274及び第2の不揮発性メモリ素子276は、本例においてフローティングゲートpFETを備えており、第1の双方向トンネリング制御回路278及び第2の双方向トンネリング制御回路280にそれぞれ接続されるフローティングゲートを有する。図22及び図23との関連で既に説明したように、双方向トンネリング制御回路278、280によって、第1のフローティングゲート型トランジスタ274及び第2のフローティングゲート型トランジスタ276のフローティングゲートに蓄積された電荷量を変更し、制御することが可能となる。さらに、これもまた既に詳説したように、第1のフローティングゲート型トランジスタ274及び第2のフローティングゲート型トランジスタ276のフローティングゲート電圧(メモリ値)の制御及び変更が可能であることにより、ヒューズ260のラッチ270が、ヒューズ260の電源投入又はリセットの後に、所定の状態に整定可能となる。
以上のように、本開示に記載の実施形態の各種ヒューズで用いられるフローティングゲートメモリ素子のフローティングゲートの電荷量を制御し、変更するために双方向トンネリングを導入する方法を説明した。尚、双方向トンネリングについて記載したが、その他の電荷制御技術を用いることもできる。例えば、本発明の実施形態によれば、インパクトイオン化ホットエレクトロン注入(IHEI)を用いて電子がフローティングゲートへと通り抜けるようにトンネリングを行うこともでき、また、FNトンネリングを用いてフローティングゲートから電子を引き抜くようにトンネリングを行うこともできる。
図29A及び図29Bには、図5Aに示すものと類似した、2つのpタイプシングル・ポリフローティングゲートMOSFET300を備えた構成の断面図(図29A)とレイアウト図(図29B)を示す。この構成では、フローティングゲートから電子を取り出し、又は電子を該ゲートへ加えるために、FNトンネリングとIHEIとの組み合わせを用い、これによってフローティングゲートの電荷を変更する。電子を取り除くためには、正の高電圧をトンネルキャパシタ302の第1プレートとフローティングゲート304との間に印加し、これによってFNトンネリングを誘発し、電子をフローティングゲート304から引き抜くようにトンネリングを行う。また、電子を加えるためには、フローティングゲートMOSFET300のドレイン306に、ソース308に対して約3Vの負のバイアスをかけることで、大きなチャネル−ドレイン電界を誘発し、MOSFET300のチャネル−ドレイン空乏領域でホールを急激に加速する。加速されたホールのあるものは、半導体格子に衝突し電子と正孔の対を生成させる。生成された電子のあるものは、同じチャネル−ドレイン空乏領域のバンド間電子トンネリングによって生じた追加の電子とともに、同じチャネル−ドレイン電界によりチャネル−ドレイン空乏領域から放出される。十分な運動エネルギーで放出される場合に、これら放出された電子の一部は、上方に散乱されフローティングゲート304に注入される。
以上、シングル・ポリpFETフローティングゲート型トランジスタを用いて、本発明についての各種の例示的な実施形態を説明したが、その他の種類のフローティングゲート型トランジスタを用いてもよいことが、当業者には容易に理解される。例えば、ダブル・ポリフローティングゲート型トランジスタを用いてもよいし、nFETフローティングゲート型トランジスタをpFETフローティングゲート型トランジスタの代わりに用いてもよい。したがって、これらのヒューズの実施形態では、ここで開示された実施形態の各種ヒューズの不揮発性メモリ素子を実施するためにフローティングゲート型トランジスタを用いるが、これは特定の種類のフローティングゲート型トランジスタに限定されるものではない。そして、フローティングゲートとフローティングゲート型トランジスタの基板とを分離する誘電体が充分に薄ければ(例えば、約50オングストローム(=5×10−9m)未満)、フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに蓄積された電荷を変更するために、直接トンネリングを用いることもできる。直接トンネリングは、高電圧を用いることなく、電子がフローティングゲートとフローティングゲート型トランジスタのチャネルとの間を分離する誘電体層を通って直接トンネルする現象である。
本発明の各種の例示的な実施形態の多くを説明するためにフローティングゲート型トランジスタを用いたが、その他の種類の不揮発性メモリデバイスを用いてもよいことは、当業者には容易に理解される。例えば、誘電体ストレージデバイス(例えば、SONOS)、偏光フィルム(例えば、FeRAM)、及び相変化(例えば、カルコゲニド材料)の不揮発性メモリデバイスを用いることができる。したがって、これらのヒューズの実施形態では、ここで開示された実施形態の各種ヒューズの不揮発性メモリ素子を実施するために不揮発特性を用いるが、これは特定の種類の不揮発性メモリデバイスに限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態及びその用途を説明したが、既述の他にも、ここに開示された発明思想から離れることなく数多くの変更が可能であることは、本開示により利益を得る当業者には明らかである。そのため、添付の請求の範囲は、かかる変更すべてを、本発明の真の趣旨と範囲にあるものとして、包含することを意図している。
Claims (51)
- 再プログラム可能なヒューズ装置において、
それぞれが不揮発性メモリ素子を有し、所定の構成に配列された複数の書換可能な電子ヒューズと、
それぞれが前記複数の電子ヒューズのうちの関連する電子ヒューズに対応した複数の高圧スイッチであって、各スイッチが高圧入力端子及びヒューズ状態の状態設定入力端子を有する高圧スイッチと、を備え、
前記複数の電子ヒューズのうちの任意の電子ヒューズが、関連する制御信号を選択して任意の電子ヒューズに接続することによりプログラムされる、再プログラム可能なヒューズ装置。 - 各電子ヒューズが、2つの交差接続されたインバータを有するCMOSラッチを備える、請求項1に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各電子ヒューズの前記不揮発性メモリ素子が、フローティングゲートを有するフローティングゲート型トランジスタを備えており、任意の不揮発性メモリ素子のフローティングゲートの電荷量が、前記任意の不揮発性メモリ素子のメモリ値を決定する、請求項1に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記不揮発性メモリ素子が、標準的なCMOS製造プロセスで製造される、請求項1に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各電子ヒューズの前記不揮発性メモリ素子は、情報の不揮発性ストレージとして、磁気抵抗体、強誘電体、相変化、及び誘電体からなるグループから選択されるメカニズムを用いたメモリ素子である、請求項1に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各電子ヒューズは、そのラッチの出力に接続された容量性素子を有する、請求項2に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各不揮発性メモリ素子は、第1のキャパシタを含み、任意の不揮発性メモリ素子の第1のキャパシタはそれぞれ、任意の不揮発性メモリ素子のフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートと共通した第1プレートを有する、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各電子ヒューズの各フローティングゲート型トランジスタが、nFET、pFET、FinFET、及びマルチゲートFETからなるグループから選択されるトランジスタである、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ファウラ・ノルドハイムトンネリングを用いて変更し得るようにされた、任意のフローティングゲート型トランジスタの、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ホットエレクトロン注入を用いて変更し得るようにされた、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、直接トンネリングを用いて変更し得るようにされた、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ホットホール注入を用いて変更し得るようにされた、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、紫外線放射による露光を用いて変更し得るようにされた、請求項3に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各不揮発性メモリ素子は第2のキャパシタをさらに含み、任意の不揮発性メモリ素子の第2のキャパシタはそれぞれ、任意の不揮発性メモリ素子のフローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートと共通した第1プレートを有する、請求項7に記載の電子ヒューズアレイ。
- 各電子ヒューズにおける第1のキャパシタの第2プレートは、関連する高圧スイッチの第1出力に接続されており、各電子ヒューズにおける第2のキャパシタの第2プレートは、前記関連する高圧スイッチの第2出力に接続されている、請求項14に記載の電子ヒューズアレイ。
- 再プログラム可能なヒューズ装置において、
不規則であるが所定の構成に配列された複数の書換可能な電子ヒューズと、
それぞれが前記複数の電子ヒューズのうち、関連する電子ヒューズに対応した複数の高圧スイッチであって、各スイッチが高圧入力端子及び1つ以上のヒューズ状態の状態設定入力端子を有する高圧スイッチと、
データのビットを受信するよう構成された入力を有するシフトレジスタであって、複数のフリップフロップを含むとともに、各フリップフロップが、前記複数の高圧スイッチのうち、関連する高圧スイッチの前記ヒューズ状態の状態設定入力端子に接続された出力端子を有するシフトレジスタと、を備えた再プログラム可能なヒューズ装置。 - 前記書換可能な電子ヒューズが、対称の直列又は並列ヒューズである、請求項16に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記書換可能な電子ヒューズが、非対称の直列又は並列ヒューズである、請求項16に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記複数の書換可能な電子ヒューズの各ヒューズは、
ラッチと、
前記ラッチに接続された不揮発性メモリ素子であって、電源投入又はリセットの信号が前記ヒューズに与えられると、前記ラッチを第1の状態及び第2の状態のうちの所定の状態に整定させることのできるメモリ値にプログラムされるように構成された、不揮発性メモリ素子と、を備えた請求項16に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。 - 前記ラッチは、2つの交差接続されたインバータを有するMOSラッチである、請求項19に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記不揮発性メモリ素子は、フローティングゲートを有するフローティングゲート型トランジスタを備え、前記フローティングゲートの電荷量が前記メモリ値を決定する、請求項19に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記不揮発性メモリ素子がMOSプロセスで製造される不揮発性メモリ素子からなる、請求項19に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記不揮発性メモリ素子は、不揮発性情報ストレージとして、磁気抵抗体、強誘電体、相変化、及び誘電体からなるグループから選択されるメカニズムを用いる、請求項19に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記ラッチの出力に接続された容量性素子をさらに備える、請求項19に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記不揮発性メモリ素子は前記フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートと共通した第1プレートを有する第1のキャパシタをさらに備える、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲート型トランジスタがMOSトランジスタである、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、双方向性のファウラ・ノルドハイムトンネリングを用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ファウラ・ノルドハイムトンネリングを用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ホットエレクトロン注入を用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、ホットホール注入を用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、直接トンネリングを用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記フローティングゲートの電荷量が、紫外線放射による露光を用いて変更し得るようにされた、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記不揮発性メモリ素子は、前記フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートと共通した第1プレートを有する第2のキャパシタをさらに備える、請求項25に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記ラッチは、前記フローティングゲートの電圧が相対的に高い場合に前記第1の状態に整定し、前記フローティングゲート電圧が相対的に低い場合に前記第2の状態に整定する傾向を有する、請求項21に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記ラッチの出力と定電圧源との間に接続された容量性素子をさらに備える、請求項34に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。
- 前記ラッチが交差接続されたインバータを備えており、
前記交差接続されたインバータのうちの第1のインバータは、1つ以上のトランジスタを有するとともに、そのゲート幅対ゲート長の比が、前記交差接続されたインバータのうちの第2のインバータにおける1つ以上のトランジスタのゲート幅対ゲート長の比よりも大きい、請求項34に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。 - 前記ラッチが交差接続されたインバータを備えており、
前記交差接続されたインバータのうちの第1のインバータは、1つ以上のトランジスタを有するとともに、そのチャネルドーピングレベルが、前記交差接続されたインバータのうちの第2のインバータにおける1つ以上トランジスタのチャネルドーピングレベルとは異なる、請求項34に記載の再プログラム可能なヒューズ装置。 - 2つのヒューズ状態のうちの1つを与える提供手段と、
前記提供手段に結び付いたメモリ値を制御するとともに、電源投入又はリセット信号がヒューズに与えられると、該メモリ値によって、前記提供手段が前記2つのヒューズ状態のうち、所定のヒューズ状態に整定し得るようにする制御手段と、を備えた電子ヒューズ。 - 前記メモリ値は、前記提供手段が前記2つのヒューズ状態のうち、どの状態に整定するかを決定する、請求項38に記載の電子ヒューズ。
- 前記メモリ値は、書換可能な不揮発性メモリ素子により与えられる、請求項39に記載の電子ヒューズ。
- 前記書換可能な不揮発性メモリ素子がフローティングゲート型トランジスタを備える、請求項39に記載の電子ヒューズ。
- 前記メモリ値は、前記フローティングゲート型トランジスタのフローティングゲートに蓄積された電荷量により決定される、請求項41に記載の電子ヒューズ。
- 再プログラム可能な電子ヒューズ装置であって、
所定の構成に配列された複数の書換可能な電子ヒューズと、
それぞれが前記複数の電子ヒューズのうちの関連する電子ヒューズに対応した複数の高圧スイッチであって、各スイッチが高圧入力端子及び1つ以上のヒューズ状態の状態設定入力端子を有する高圧スイッチと、を備え、
前記複数の電子ヒューズのうち、任意の電子ヒューズが、関連する制御信号を選択して任意の電子ヒューズに接続することによりプログラムされる、再プログラム可能な電子ヒューズ装置。 - 複数の導体の第1バスは、初期化信号を前記電子ヒューズのアレイに送信する初期化導体をさらに備える、請求項43に記載の装置。
- 前記複数のデータアウト導体は、該データアウト導体が特定の列又は行の電子ヒューズに接続されるように、列状に配置されている、請求項43に記載の装置。
- 前記データアウト導体は、前記読出デコーダにより制御されるパスゲートを介して各電子ヒューズに接続されている、請求項45に記載の装置。
- 各電子ヒューズに接続されたコンプリメンタリのデータアウト導体が2つある、請求項46に記載の装置。
- 再プログラム可能な電子ヒューズ装置であって、
第1の数の列と第2の数の行を有するアレイ状に配された複数の書換可能な電子ヒューズと、
各電子ヒューズにVdd、Gnd、高圧信号、及び中間電圧信号を供給するよう構成された第1のバス導体と、
前記第1のバス導体に接続されたプログラムデコーダであって、アドレス情報とプログラムデータを受信し、該アドレス情報により選択された電子ヒューズを、プログラムデータにより決定される状態にプログラムするように構成されたプログラムデコーダと、
前記電子ヒューズの出力を制御するよう構成された第2のバス導体と、
前記第2のバス導体に接続され、アドレス入力に応じて読み取る電子ヒューズを選択するよう構成された読出デコーダと、
電子ヒューズに格納されたデータの読出を行う前記読出デコーダ及び前記電子ヒューズに応答する複数のデータアウト導体と、を備えた再プログラム可能な電子ヒューズ装置。 - 2つのヒューズ状態のうちの1つを提供する、プログラマブルヒューズ素子であって、
論理的なセット入力及びリセット入力と、
グラウンド、Vdd、中間電圧、及び高電圧のための電圧入力と、
その出力の状態を示す1つ以上の出力と、を備えたプログラマブルヒューズ素子。 - 前記ヒューズ素子を初期化するための初期化入力をさらに備えた、請求項49に記載のプログラマブルヒューズ素子。
- 前記した1つ以上の出力に関する信号の大きさが、前記した高圧の電圧入力の大きさと同程度とされ、かつ、前記セット入力及びリセット入力に関する信号の大きさが、前記した高圧の電圧入力の大きさよりも小さくされた、請求項49に記載のプログラマブルヒューズ素子。
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