JP2008103011A - Semiconductor nonvolatile memory circuit and device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電源電圧を印加しなくとも記憶情報を保持することができる不揮発性メモリ回路および装置に関し、さらに詳しくは、余分なインターフェース回路等を必要とせず、記憶情報を光学的に設定して電気的に書き込むことができる不揮発性メモリ回路および装置に関するものである。 The present invention relates to a nonvolatile memory circuit and device capable of holding stored information without applying a power supply voltage. More specifically, the present invention does not require an extra interface circuit or the like, and sets the stored information optically. The present invention relates to an electrically writable nonvolatile memory circuit and device.
電気的に書き込みが可能で、かつ、電源を切ってもその記憶データを保持できる不揮発性メモリとしては、EEPROM、強誘電体を利用したメモリ(FeRAM)、強磁性トンネル磁気抵抗効果素子を使用したメモリ(MRAM)などが公知である。 Nonvolatile memories that can be written electrically and can retain the stored data even when the power is turned off include EEPROM, ferroelectric memory (FeRAM), and ferromagnetic tunnel magnetoresistive elements. A memory (MRAM) or the like is known.
図8はEEPROMのメモリセルの回路図を示す。メモリセルを構成する特殊なトランジスタ90のドレイン・ソース端子がビット線BL、プレート線PLに接続されている。また、トランジスタ90のゲート端子がワード線WLに接続されている。EEPROMのメモリセルを構成するトランジスタ90は、図9に示すような特殊な構造のトランジスタである。図9はトランジスタ90の基本構造を示す断面図である。通常のゲートGと基板との間に、電気的に絶縁されたフローティングゲートFGを有するものである。
FIG. 8 shows a circuit diagram of an EEPROM memory cell. The drain / source terminals of a
このフローティングゲートFGに電子を蓄積させた場合に、トランジスタのしきい値電圧が上昇することにより情報を記憶するものである。すなわち、電子をフローティングゲートに蓄積したメモリセルと蓄積していないメモリセルでは、トランジスタのしきい値電圧が異なるため、そのしきい値電圧の差による電流特性の差から記憶した情報H,L(1,0)を識別することができる。 When electrons are accumulated in the floating gate FG, information is stored by increasing the threshold voltage of the transistor. That is, the memory cells that store electrons in the floating gate and the memory cells that do not store electrons have different threshold voltages, so that the stored information H, L ( 1,0) can be identified.
EEPROMのメモリセルに情報を書き込む場合は次のようにする。まず、図10に示すように、情報を書き込むメモリセルのプレート線PLに電圧0Vを印加し、ワード線WLに電圧12Vを印加し、ビット線BLに電圧6Vを印加してソース・ドレイン間に電流を流す。そして、ホットキャリア効果によって生じた電子をフローティングゲートFGに蓄積させる。 When information is written in the memory cell of the EEPROM, the following is performed. First, as shown in FIG. 10, a voltage of 0 V is applied to the plate line PL of the memory cell in which information is written, a voltage of 12 V is applied to the word line WL, a voltage of 6 V is applied to the bit line BL, and the source and drain are connected. Apply current. Then, electrons generated by the hot carrier effect are accumulated in the floating gate FG.
EEPROMのメモリセルに記憶させた情報を消去するには、逆に、フローティングゲートFGに蓄積した電子を除去する。それには、図11に示すように、プレート線PLに電圧12Vを印加し、ワード線WLに電圧0Vを印加する。ビット線BLは開放状態とする。フローティングゲートに蓄積した電子はトンネル電流によってプレート線PL側に流出しフローティングゲートから除去される。 To erase the information stored in the memory cell of the EEPROM, conversely, the electrons accumulated in the floating gate FG are removed. For this purpose, as shown in FIG. 11, a voltage of 12V is applied to the plate line PL, and a voltage of 0V is applied to the word line WL. The bit line BL is opened. Electrons accumulated in the floating gate flow out to the plate line PL side by a tunnel current and are removed from the floating gate.
このようなEEPROMは、メモリセルの構造が図9に示すように特殊であるために汎用ロジック集積回路の製造工程に多くの工程を追加する必要があった。また、データの保持はフローティングゲートの電気的な絶縁の良否に依存しているために、より高精度の製造工程管理が要求されていた。これらの原因により、EEPROMを混載したロジック集積回路はその歩留まりが安定せず、かつ、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。 Since such an EEPROM has a special memory cell structure as shown in FIG. 9, it is necessary to add many steps to the manufacturing process of the general-purpose logic integrated circuit. Further, since data retention depends on the electrical insulation of the floating gate, more accurate manufacturing process management has been required. For these reasons, the logic integrated circuit in which the EEPROM is embedded has a problem that the yield is not stable and the manufacturing cost is increased.
なお、FeRAMやMRAMにおいても同様の課題があった。FeRAMに用いられる強誘電体やMRAMに用いられる磁性体材料は、通常の半導体製造には使用されない材料であるため、FeRAMやMRAMからなるメモリを混載したロジック集積回路を製造する場合には、ロジック集積回路の製造工程にメモリを形成するための特別な工程を追加する必要がある。また、歩留まりを安定させるにも大きな困難がある。 Similar problems have been encountered in FeRAM and MRAM. Ferroelectric materials used in FeRAM and magnetic materials used in MRAM are materials that are not used in normal semiconductor manufacturing. Therefore, when manufacturing a logic integrated circuit in which a memory composed of FeRAM or MRAM is mixed, logic is used. It is necessary to add a special process for forming the memory to the manufacturing process of the integrated circuit. There is also a great difficulty in stabilizing the yield.
そこで、これまで汎用のロジック集積回路の製造工程のみにより不揮発性メモリ回路を製造する工夫がなされてきている。具体的には、下記の特許文献1に記載されたような不揮発性メモリが提案されている。特許文献1には、特殊な工程を追加することなく、一般的なCMOSプロセスのみで製造することのできる不揮発性メモリが記載されている。
In view of this, a device for manufacturing a non-volatile memory circuit has been made only by a manufacturing process of a general-purpose logic integrated circuit. Specifically, a nonvolatile memory as described in
図12は、特許文献1に記載された不揮発性メモリ回路の回路構成の一例を示す図である。この不揮発性メモリ回路9は、2つのインバータ21,22からなるフリップフロップ20を備えるものである。フリップフロップ20の非反転出力端子Cと接地線GNDとの間にはMIS型のトランジスタ11が接続されている。また、フリップフロップ20の反転出力端子C_と接地線GNDとの間には別のMIS型のトランジスタ12が接続されている。フリップフロップ20の情報は、通常のSRAM回路と同様にビット線BL,BL_によって読み出しと書き込みが可能である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the nonvolatile memory circuit described in
不揮発性メモリの書き込みおよびその保持、読み出しは次のように行なわれる。まず、第1のステップにて、書き込むべきデータに対応するHレベル(高電圧)またはLレベル(低電圧)の状態をフリップフロップ20にラッチさせる。このデータの入出力はメモリアレイ構成の場合、ビット線BL,BL_およびワード線WLを選択しビット線BL,BL_のH/Lレベル状態がフリップフロップ20に転送される。なお、ビット線BLとビット線BL_とは互いに反転した状態に設定され、トランジスタ31,32は転送ゲートである。
The nonvolatile memory is written, held, and read as follows. First, in a first step, the flip-
第2のステップにて、フリップフロップ20の電源電圧を通常の電圧(例えば1.8V)からより高電圧(例えば3.3V)に引き上げる。続いて、トランジスタ11とトランジスタ12のゲートに共通に接続された書込ワード線WLWの電位を、例えば1.5Vとする。この時、トランジスタ11とトランジスタ12のどちらか一方のドレイン電圧は3.3Vであり、他方のドレイン電圧は0Vである。したがって、一方のトランジスタには大きな電流が流れてホットキャリヤ効果が発生し、他方のトランジスタにはホットキャリヤ効果は生じない。そして、記憶情報はホットキャリヤ効果の有無によるトランジスタのしきい値電圧の差となって不揮発性の情報として永続的に保持される。
In the second step, the power supply voltage of the flip-
次に、このメモリセルの不揮発データの再読み出し動作(例えば、電源オフ状態から電源オンとした場合の動作)について説明する。この場合にはフリップフロップ20の電源電圧が0Vから通常の1.8Vまで上昇する。この時、書込ワード線WLWは1.8Vとなるようにし、トランジスタ11とトランジスタ12を導通状態にしておく。フリップフロップ20は不定状態から確定状態に遷移するが、前述のようなホットキャリヤ効果によるトランジスタ11,12のしきい値電圧の差を反映して確定状態が決定される。すなわち、トランジスタ11,12によって記憶されている不揮発性の情報に従ってフリップフロップ20の確定状態が設定される。これにより、不揮発データの再読み出しができる。以上のような動作によって不揮発性の情報記憶を行なうことが可能となる。
前述のように、従来のEEPROM、FeRAM、MRAM等の不揮発性メモリは、製造工程に特別な工程を必要とし、不揮発性メモリを混載したロジック集積回路を製造する場合、製造コストが増大してしまうという問題点があった。また、製品の歩留まりを安定させるのも困難であった。 As described above, conventional nonvolatile memories such as EEPROM, FeRAM, and MRAM require a special process in the manufacturing process, and the manufacturing cost increases when a logic integrated circuit in which the nonvolatile memory is embedded is manufactured. There was a problem. It is also difficult to stabilize the product yield.
特許文献1(図12参照)に記載されたような不揮発性メモリによれば、このような従来のEEPROM、FeRAM、MRAM等の不揮発性メモリの問題点を解決することができる。しかしながら、図12に示す不揮発性メモリ回路には以下に示すような問題点があった。 According to the non-volatile memory described in Patent Document 1 (see FIG. 12), the problems of the conventional non-volatile memories such as EEPROM, FeRAM, and MRAM can be solved. However, the nonvolatile memory circuit shown in FIG. 12 has the following problems.
不揮発性メモリに記憶すべき情報はメモリ回路の外部から電気信号として与える必要があるため、集積回路装置の入出力回路を経由させなければならない。このことは不揮発性メモリ回路の配置に制約条件を発生させる。すなわち、不揮発性メモリ回路の位置が、集積回路装置の入出力回路に近接した位置、もしくは、データ線を配置できる位置に限定されてしまう。 Since information to be stored in the nonvolatile memory needs to be given as an electrical signal from the outside of the memory circuit, it must be routed through an input / output circuit of the integrated circuit device. This creates a constraint on the placement of the non-volatile memory circuit. That is, the position of the nonvolatile memory circuit is limited to a position close to the input / output circuit of the integrated circuit device or a position where the data line can be arranged.
また、入出力回路に接続される端子数には制限があるため、外部から与える記憶情報は必然的に時系列的にデータを分配したシリアルデータとする必要がある。そのため、シリアルデータを各メモリセルに分配するためのインターフェース回路が必要となり、集積回路の構成を複雑化させてしまうとともにコスト上昇を招くという問題点があった。 In addition, since the number of terminals connected to the input / output circuit is limited, storage information given from the outside must necessarily be serial data in which data is distributed in time series. For this reason, an interface circuit for distributing serial data to each memory cell is required, which complicates the configuration of the integrated circuit and increases costs.
一方、集積回路装置の内部で使用される不揮発性メモリの記憶情報を、外部から簡単に決定できない場合がある。例えば、集積回路装置の製造工程のゆらぎの補正を不揮発性メモリの記憶情報によって行なう場合などである。記憶させるべき補正情報は集積回路装置のチップ内部で空間的に分布しているので、位置情報に応じて補正情報を変更して不揮発性メモリに記憶させる必要がある。さらに、不揮発性メモリをチップ内に分散させて配置する必要があるため、大規模なメモリアレイにすることが困難である。このような場合、外部から記憶情報を入力することは困難である。 On the other hand, there is a case where information stored in a nonvolatile memory used inside the integrated circuit device cannot be easily determined from the outside. For example, there is a case where the fluctuation of the manufacturing process of the integrated circuit device is corrected by the information stored in the nonvolatile memory. Since the correction information to be stored is spatially distributed within the chip of the integrated circuit device, it is necessary to change the correction information according to the position information and store it in the nonvolatile memory. Furthermore, since it is necessary to dispose the nonvolatile memories in the chip, it is difficult to make a large-scale memory array. In such a case, it is difficult to input stored information from the outside.
そこで、本発明は、余分なインターフェース回路等を必要とせず、記憶情報を光学的に設定して電気的に書き込むことができる不揮発性メモリ回路および装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-volatile memory circuit and a device capable of optically setting and storing stored information without requiring an extra interface circuit or the like.
上記目的を達成するために、本発明の半導体不揮発性メモリ回路は、第1のインバータおよび第2のインバータからなるフリップフロップと、前記フリップフロップの非反転出力端子と接地線との間に接続された第1のMIS型トランジスタと、前記フリップフロップの反転出力端子と前記接地線との間に接続された第2のMIS型トランジスタと、前記第1のMIS型トランジスタおよび前記第2のMIS型トランジスタのゲートに接続された書込ワード線とを備えた不揮発性メモリ回路であって、前記フリップフロップの前記非反転出力端子と前記接地線との間に接続された第1のフォトダイオードと、前記フリップフロップの前記反転出力端子と前記接地線との間に接続された第2のフォトダイオードとを有するものである。 In order to achieve the above object, a semiconductor nonvolatile memory circuit according to the present invention is connected between a flip-flop including a first inverter and a second inverter, and a non-inverting output terminal of the flip-flop and a ground line. A first MIS transistor, a second MIS transistor connected between the inverting output terminal of the flip-flop and the ground line, the first MIS transistor, and the second MIS transistor. A non-volatile memory circuit including a write word line connected to a gate of the flip-flop, the first photodiode connected between the non-inverting output terminal of the flip-flop and the ground line, And a second photodiode connected between the inverting output terminal of the flip-flop and the ground line.
また、上記の不揮発性メモリ回路において、前記第1のフォトダイオードおよび前記第2のフォトダイオードは、不揮発データ書き込み時に異なる強度の光を受光するものである。 In the above nonvolatile memory circuit, the first photodiode and the second photodiode receive light of different intensities when writing nonvolatile data.
また、上記の不揮発性メモリ回路において、前記第1のMIS型トランジスタおよび前記第2のMIS型トランジスタは、不揮発データ書き込み時にホットキャリヤ効果によってしきい値電圧を不可逆的に変化させられるものであることが好ましい。 In the above nonvolatile memory circuit, the first MIS transistor and the second MIS transistor are capable of irreversibly changing the threshold voltage due to a hot carrier effect when writing nonvolatile data. Is preferred.
また、本発明の半導体不揮発性メモリ装置は、任意のメモリセルを選択して情報の読み出しおよび書き込みを行うドライバ回路と、前記ドライバ回路に設けられた第1のビット線および第2のビット線と、前記ドライバ回路に設けられたワード線と、前記ドライバ回路に設けられた書込ワード線と、複数の不揮発性メモリ回路が配置され、前記第1のビット線、前記第2のビット線、前記ワード線および前記書込ワード線に接続されたメモリセルアレイとを備えた半導体不揮発性メモリ装置であって、前記不揮発性メモリ回路は、第1のインバータおよび第2のインバータからなるフリップフロップと、ソース−ドレインが前記フリップフロップの非反転出力端子と接地線に接続され、ゲートが前記書込ワード線に接続された第1のMIS型トランジスタと、ソース−ドレインが前記フリップフロップの反転出力端子と前記接地線に接続され、ゲートが前記書込ワード線に接続された第2のMIS型トランジスタと、前記フリップフロップの前記非反転出力端子と前記接地線との間に接続された第1のフォトダイオードと、前記フリップフロップの前記反転出力端子と前記接地線との間に接続された第2のフォトダイオードとを有するものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor nonvolatile memory device including a driver circuit that reads and writes information by selecting an arbitrary memory cell, and a first bit line and a second bit line provided in the driver circuit. A word line provided in the driver circuit; a write word line provided in the driver circuit; and a plurality of non-volatile memory circuits, the first bit line, the second bit line, A semiconductor nonvolatile memory device comprising a word line and a memory cell array connected to the write word line, wherein the nonvolatile memory circuit includes a flip-flop comprising a first inverter and a second inverter, a source A first MIS type having a drain connected to the non-inverting output terminal of the flip-flop and a ground line, and a gate connected to the write word line; A transistor, a second MIS transistor having a source-drain connected to the inverting output terminal of the flip-flop and the ground line, a gate connected to the write word line, and the non-inverting output terminal of the flip-flop And a first photodiode connected between the ground line and a second photodiode connected between the inverted output terminal of the flip-flop and the ground line.
また、上記の半導体不揮発性メモリ装置において、前記第1のフォトダイオードおよび前記第2のフォトダイオードは、不揮発データ書き込み時に異なる強度の光を受光するものである。 In the semiconductor nonvolatile memory device described above, the first photodiode and the second photodiode receive light of different intensities when writing nonvolatile data.
また、上記の半導体不揮発性メモリ装置において、前記第1のMIS型トランジスタおよび前記第2のMIS型トランジスタは、不揮発データ書き込み時にホットキャリヤ効果によってしきい値電圧を不可逆的に変化させられるものであることが好ましい。 In the semiconductor nonvolatile memory device, the first MIS transistor and the second MIS transistor are capable of irreversibly changing a threshold voltage due to a hot carrier effect when writing nonvolatile data. It is preferable.
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
本発明の半導体不揮発性メモリ回路および装置によれば、不揮発データの書き込みに対して、専用のインターフェース回路等を必要とせず、任意の記憶情報を光学的に設定して電気的に書き込むことができる。これにより、メモリ装置の製造工程において不揮発データを高速に書き込むことが可能である。このため、半導体不揮発性メモリ回路および装置の製造コストおよび不揮発データの書き込みコストを低減させることができる。 According to the semiconductor nonvolatile memory circuit and apparatus of the present invention, it is possible to write arbitrarily stored information optically without writing a dedicated interface circuit or the like for writing nonvolatile data. . Thereby, it is possible to write nonvolatile data at high speed in the manufacturing process of the memory device. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor nonvolatile memory circuit and device and the writing cost of nonvolatile data can be reduced.
それに加えて、本発明の半導体不揮発性メモリ回路および装置は、製造工程に特別な工程を必要とせず、不揮発性メモリ装置や不揮発性メモリを混載したロジック集積回路などの製造コストを低減させることができる。 In addition, the semiconductor nonvolatile memory circuit and device of the present invention do not require a special process in the manufacturing process, and can reduce the manufacturing cost of a nonvolatile memory device or a logic integrated circuit in which a nonvolatile memory is embedded. it can.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の不揮発性メモリ回路1の構成を示す回路図である。不揮発性メモリ回路1は、従来の不揮発性メモリ回路9と同様にフリップフロップ型のメモリセルを有するものであり、不揮発性メモリ回路9と対応する素子および端子には同じ符号を付している。すなわち、不揮発性メモリ回路1は、フリップフロップ20およびトランジスタ11、トランジスタ12、フォトダイオード41、フォトダイオード42から構成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a
トランジスタ11およびトランジスタ12はMIS型のFETである。フリップフロップ20は、インバータ21およびインバータ22からなり、インバータ21の出力端をインバータ22の入力端に接続し、インバータ22の出力端をインバータ21の入力端に接続した構成である。インバータ21およびインバータ22は、CMIS構成であることが好ましい。なお、ここでは、インバータ21の出力端をフリップフロップ20の非反転出力端子Cとし、インバータ22の出力端をフリップフロップ20の反転出力端子C_とする。
The
トランジスタ11のソース−ドレインはフリップフロップ20の非反転出力端子Cと接地線GNDに接続され、トランジスタ12のソース−ドレインはフリップフロップ20の反転出力端子C_と接地線GNDに接続される。また、トランジスタ11,12のゲートは書込ワード線WLWに接続される。フォトダイオード41のカソードがフリップフロップ20の非反転出力端子Cに接続され、フォトダイオード42のカソードがフリップフロップ20の反転出力端子C_に接続される。フォトダイオード41,42のアノードは接地線GNDに接続される。
The source and drain of the
次に、不揮発性メモリ回路1の動作を説明する。まず、不揮発データとして記憶させるべきデータの取り込みの動作を説明する。図2は、このデータ取り込み動作時のタイミングチャートである。フリップフロップ20の非反転出力端子Cの出力(非反転出力)を端子と同じ符号Cで表し、反転出力端子C_の出力(反転出力)を端子と同じ符号C_で表している。
Next, the operation of the
図2は、非反転出力CにHレベルを、反転出力C_にLレベルを取り込む動作を示すものである。フォトダイオード41に流れる電流をIPD1とし、フォトダイオード42に流れる電流をIPD2とする。取り込み動作の最初の手順として、まずフォトダイオード42にのみ光を入射する。この時、フォトダイオード42の電流IPD2として図示のように光電流が流れる。フォトダイオード41には光が入射していないので、フォトダイオード41の電流IPD1は微小な暗電流のみとなる。
FIG. 2 shows an operation of taking the H level into the non-inverted output C and the L level into the inverted output C_. The current flowing through the
具体的には、IPD2=5μA、IPD1=0.1μAとなる。すなわち、IPD2>IPD1である。次に、フォトダイオード41,42の状態を維持したまま、フリップフロップ20に与える電源電圧をVDDとして、この電源電圧VDDを0Vから1.8Vに上昇させる。この電圧上昇の際に、非反転出力Cと反転出力C_は、それぞれHレベルとLレベルにラッチされる。電流IPD2の存在によって、反転出力C_の方がより低電位側(GND側)に引っ張られることになり、フリップフロップ20が不定状態から安定状態に遷移する際に反転出力C_がLレベルに設定される。これにより、不揮発データがフリップフロップ20に取り込まれた。
Specifically, IPD2 = 5 μA and IPD1 = 0.1 μA. That is, IPD2> IPD1. Next, with the state of the
なお、ここではフォトダイオード41,42の一方にのみ光を入射させるものとしたが、両方に強度の異なる光を入射させてもよい。一般的には、微細構造のメモリセル中の2つのフォトダイオード41,42に光を入射させるので、その一方にのみ光を入射させることは困難である。しかし、フォトダイオード41,42の入射光に強度差があれば、前述と同様に不揮発データをフリップフロップ20に取り込むことが可能である。
Although light is incident on only one of the
次に、不揮発データの書き込みの動作を説明する。前述の不揮発データ取り込み動作によって、不揮発データがフリップフロップ20に取り込まれ保持されている。この状態から、不揮発データの書き込み動作を行う。図3が、不揮発データの書き込み動作時のタイミングチャートである。
Next, the operation of writing nonvolatile data will be described. By the above-described nonvolatile data capturing operation, nonvolatile data is captured and held in the flip-
まず時刻T1のタイミングで回路全体の電源電圧VDDを1.8Vから3.3Vに上昇させる。このとき非反転出力Cの電位は電源電圧VDDに同期して1.8Vから3.3Vに上昇する。次に、時刻T2から時刻T3の期間に書込ワード線WLWの電位を1.5Vに保持する。それ以外の期間は0Vに保持されている。この時刻T2から時刻T3の期間において、トランジスタ11にホットキャリヤ効果が強く発生する。すなわち、ドレイン電圧として通常時の電圧のおよそ2倍の3.3Vが印加され、かつ、ゲート電圧はそのドレイン電圧の約1/2の電圧が印加される。一方、トランジスタ12にはドレイン電圧は0Vが印加され、ホットキャリヤ効果はほとんど発生しない。
First, at the timing of time T1, the power supply voltage VDD of the entire circuit is increased from 1.8V to 3.3V. At this time, the potential of the non-inverted output C rises from 1.8 V to 3.3 V in synchronization with the power supply voltage VDD. Next, the potential of the write word line WLW is held at 1.5 V during the period from time T2 to time T3. During other periods, it is held at 0V. In the period from time T2 to time T3, the hot carrier effect is strongly generated in the
ホットキャリヤ効果はトランジスタ特性に不可逆的な変動を引き起こすため、電源電圧を印加しなくてもその状態が維持されることになる。すなわち、前述の不揮発データ取り込み動作においてフリップフロップ20に保持されたデータが、トランジスタ11,12の差動対にホットキャリヤ効果の差として不揮発記憶される。
Since the hot carrier effect causes irreversible fluctuations in the transistor characteristics, the state is maintained without applying a power supply voltage. That is, the data held in the flip-
次に、不揮発データの読み出し動作を説明する。トランジスタ11,12にはホットキャリヤ効果の差として不揮発データが記憶されている。このトランジスタ11,12に記憶された不揮発データを読み出してフリップフロップ20に保持させる動作が不揮発データの読み出し動作である。図4が、不揮発データの読み出し動作時のタイミングチャートである。
Next, nonvolatile data read operation will be described. Non-volatile data is stored in the
まず最初に、書込ワード線WLWの電位を1.8Vに保持して、トランジスタ11,12の両方をオン状態にする。次に、フリップフロップ20に与える電源電圧VDDとして、時刻T1のタイミングで電源電圧VDDを0Vから1.8Vに上昇させる。この電圧上昇の際に、非反転出力Cと反転出力C_は、それぞれH/Lレベルにラッチされる。
First, the potential of the write word line WLW is held at 1.8 V, and both the
ホットキャリヤ効果によって、トランジスタ11のドレイン電流がトランジスタ12に比べて小さくなる。そのために、反転出力C_がより低電位側(GND側)に引っ張られることになり、フリップフロップ20が不定状態から安定状態に遷移するときに反転出力C_がLレベルに設定される。結果として、不揮発データ取り込み動作を行ったときのフリップフロップ20の非反転出力Cと反転出力C_の状態が再現された。すなわち、不揮発データの読み出しが行われたことになる。
Due to the hot carrier effect, the drain current of the
より具体的な実施の形態として、不揮発性メモリ回路1に転送ゲートを付加したものを示す。図5が転送ゲートを付加した不揮発性メモリ回路2の構成を示す回路図である。転送ゲートとしてトランジスタ31,32が設けられている。転送ゲートとしてのトランジスタ31,32以外は、不揮発性メモリ回路1と同様の構成であり、不揮発性メモリとしての動作も同様である。
As a more specific embodiment, a
トランジスタ31のソース−ドレインは非反転出力端子Cとビット線BLの間に接続され、トランジスタ32のソース−ドレインは反転出力端子C_とビット線BL_の間に接続されている。トランジスタ31,32のゲートはワード線WLに接続されている。なお、インバータ21およびインバータ22は、nMISトランジスタとpMISトランジスタとを相補的に組み合わせたCMIS構成であることが好ましい。
The source-drain of the
以上のような不揮発性メモリ回路2は、集積搭載して不揮発性メモリ装置3とすることが可能である。図6は、本発明の不揮発性メモリ回路2を含む不揮発性メモリ装置3のブロック構成図を示す。
The
不揮発性メモリ装置3は、入力バッファ、出力バッファ、カラムデコーダ、ライトアンプ、センスアンプ/カラムセレクタ4、モードセレクタ、ローデコーダ、ローシグナルドライバ5、メモリセルアレイ2Aを含む構成とされている。メモリセルアレイ2Aは、図5に示す不揮発性メモリ回路2を行(ロー)、列(カラム)に配列して多数配置したものである。
The
不揮発性メモリ回路2のうち、同じ行(ロー)に配置される全ての不揮発性メモリ回路2は、共通のワード線WLに接続されている。また、不揮発性メモリ回路2のうち、同じ列(カラム)に配置される全ての不揮発性メモリ回路2は、共通のビット線BL,BL_に接続されている。
Of the
モードセレクタは、外部からモード切換信号を受信して、受信したモード切換信号に応じてライトアンプ、ローシグナルドライバ5などを制御し、リード動作モード、ライト動作モードなどの動作モードを切り換える。
The mode selector receives a mode switching signal from the outside, controls the write amplifier, the
カラムデコーダは、外部からカラムアドレスを入力し、ライトアンプ、センスアンプ/カラムセレクタ4を介してカラムアドレスに応じた列の不揮発性メモリ回路2を動作可能とする。ローデコーダは、外部からローアドレスを入力し、ローシグナルドライバ5を介してローアドレスに応じた行の不揮発性メモリ回路2を動作可能とする。
The column decoder receives a column address from the outside, and enables the
不揮発性メモリ装置3に入力された記憶データは、入力バッファを介してライトアンプに供給され、センスアンプ/カラムセレクタ4を介してメモリセルアレイ2Aに書き込まれる。また、メモリセルアレイ2Aに書き込まれた記憶データは、センスアンプ/カラムセレクタ4を介して出力バッファに出力され、読み出しデータとして出力される。
The storage data input to the
図7は、不揮発性メモリ装置3の要部の構成を示す図である。ライトアンプ、センスアンプ/カラムセレクタ4には、それぞれの列ごとに一対のビット線BL,BL_が設けられている。同じ列に配置された不揮発性メモリ回路2には、同じビット線BL,BL_が接続される。ビット線BLは不揮発性メモリ回路2のトランジスタ31(図5参照)を介してフリップフロップ20の非反転出力端子Cに接続され、ビット線BL_は不揮発性メモリ回路2のトランジスタ32を介してフリップフロップ20の反転出力端子C_に接続される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the
ローシグナルドライバ5には、それぞれの行ごとにワード線WLおよび書込ワード線WLWが設けられている。同じ行に配置された不揮発性メモリ回路2には、同じワード線WLおよび書込ワード線WLWが接続される。以上のように構成された不揮発性メモリ装置3では、カラムアドレスおよびローアドレスによって、メモリセルアレイ2A中の任意の不揮発性メモリ回路2を選択して、書き込み動作、読み出し動作を行うことができる。
The
また、不揮発データの書き込みの動作は、1回または限られた回数のみ可能であるが、全てのメモリセル(不揮発性メモリ回路2)に対して同時に行うことができる。不揮発データの内容も、不揮発性メモリ装置3に照射する光のパターンによって自由に設定することができる。不揮発データの読み出し動作は、何度でも行うことができ、全てのメモリセル(不揮発性メモリ回路2)に対して同時に行うことができる。
The operation of writing nonvolatile data can be performed once or a limited number of times, but can be performed simultaneously on all the memory cells (nonvolatile memory circuit 2). The content of the non-volatile data can also be freely set according to the pattern of light applied to the
以上のように、本発明の半導体不揮発性メモリ回路および装置によれば、製造工程に特別な工程を必要とせず、不揮発性メモリ装置や不揮発性メモリを混載したロジック集積回路などの製造コストを低減させることができる。それに加えて、不揮発データの書き込みに対して、専用のインターフェース回路等を必要とせず、任意の記憶情報を光学的に設定して電気的に書き込むことができる。 As described above, according to the semiconductor nonvolatile memory circuit and device of the present invention, no special process is required in the manufacturing process, and the manufacturing cost of the nonvolatile memory device or the logic integrated circuit in which the nonvolatile memory is embedded is reduced. Can be made. In addition, for writing non-volatile data, any storage information can be optically set and electrically written without requiring a dedicated interface circuit or the like.
これにより、メモリ装置の製造工程において不揮発データを高速に書き込むことが可能である。また、不揮発データの光学的設定には光学露光装置を利用することができる。このため、半導体不揮発性メモリ回路および装置の製造コストおよび不揮発データの書き込みコストを低減させることができる。 Thereby, it is possible to write nonvolatile data at high speed in the manufacturing process of the memory device. An optical exposure apparatus can be used for optical setting of nonvolatile data. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor nonvolatile memory circuit and device and the writing cost of nonvolatile data can be reduced.
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱することなく種々の変形例に適応できることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various modifications without departing from the scope of the claims.
本発明の半導体不揮発性メモリ回路および装置によれば、不揮発データの書き込みに対して、専用のインターフェース回路等を必要とせず、任意の記憶情報を光学的に設定して電気的に書き込むことができる。このため、半導体不揮発性メモリ回路および装置の製造コストおよび不揮発データの書き込みコストを低減させることができる。 According to the semiconductor nonvolatile memory circuit and apparatus of the present invention, it is possible to write arbitrarily stored information optically without writing a dedicated interface circuit or the like for writing nonvolatile data. . For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor nonvolatile memory circuit and device and the writing cost of nonvolatile data can be reduced.
1,2 不揮発性メモリ回路
3 不揮発性メモリ装置
4 センスアンプ/カラムセレクタ
5 ローシグナルドライバ
9 不揮発性メモリ回路
20 フリップフロップ
21,22 インバータ
2A メモリセルアレイ
41,42 フォトダイオード
11,12,31,32 トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フリップフロップ(20)の非反転出力端子(C)と接地線(GND)との間に接続された第1のMIS型トランジスタ(11)と、
前記フリップフロップ(20)の反転出力端子(C_)と前記接地線(GND)との間に接続された第2のMIS型トランジスタ(12)と、
前記第1のMIS型トランジスタ(11)および前記第2のMIS型トランジスタ(12)のゲートに接続された書込ワード線(WLW)とを備えた不揮発性メモリ回路であって、
前記フリップフロップ(20)の前記非反転出力端子(C)と前記接地線(GND)との間に接続された第1のフォトダイオード(41)と、
前記フリップフロップ(20)の前記反転出力端子(C_)と前記接地線(GND)との間に接続された第2のフォトダイオード(42)とを有することを特徴とする半導体不揮発性メモリ回路。 A flip-flop (20) comprising a first inverter (21) and a second inverter (22);
A first MIS transistor (11) connected between a non-inverting output terminal (C) of the flip-flop (20) and a ground line (GND);
A second MIS transistor (12) connected between the inverting output terminal (C_) of the flip-flop (20) and the ground line (GND);
A nonvolatile memory circuit comprising a write word line (WLW) connected to the gates of the first MIS transistor (11) and the second MIS transistor (12),
A first photodiode (41) connected between the non-inverting output terminal (C) of the flip-flop (20) and the ground line (GND);
A semiconductor nonvolatile memory circuit comprising: a second photodiode (42) connected between the inverting output terminal (C_) of the flip-flop (20) and the ground line (GND).
前記第1のフォトダイオード(41)および前記第2のフォトダイオード(42)は、不揮発データ書き込み時に異なる強度の光を受光するものであることを特徴とする半導体不揮発性メモリ回路。 A semiconductor nonvolatile memory circuit according to claim 1,
The semiconductor nonvolatile memory circuit, wherein the first photodiode (41) and the second photodiode (42) receive light of different intensities when writing nonvolatile data.
前記第1のMIS型トランジスタ(11)および前記第2のMIS型トランジスタ(12)は、不揮発データ書き込み時にホットキャリヤ効果によってしきい値電圧を不可逆的に変化させられるものであることを特徴とする半導体不揮発性メモリ回路。 A semiconductor nonvolatile memory circuit according to claim 2,
The first MIS transistor (11) and the second MIS transistor (12) are capable of irreversibly changing a threshold voltage due to a hot carrier effect when writing nonvolatile data. Semiconductor non-volatile memory circuit.
前記ドライバ回路(4,5)に設けられた第1のビット線(BL)および第2のビット線(BL_)と、
前記ドライバ回路(4,5)に設けられたワード線(WL)と、
前記ドライバ回路(4,5)に設けられた書込ワード線(WLW)と、
複数の不揮発性メモリ回路(2)が配置され、前記第1のビット線(BL)、前記第2のビット線(BL_)、前記ワード線(WL)および前記書込ワード線(WLW)に接続されたメモリセルアレイ(2A)とを備えた半導体不揮発性メモリ装置であって、
前記不揮発性メモリ回路(2)は、
第1のインバータ(21)および第2のインバータ(22)からなるフリップフロップ(20)と、
ソース−ドレインが前記フリップフロップ(20)の非反転出力端子(C)と接地線(GND)に接続され、ゲートが前記書込ワード線(WLW)に接続された第1のMIS型トランジスタ(11)と、
ソース−ドレインが前記フリップフロップ(20)の反転出力端子(C_)と前記接地線(GND)に接続され、ゲートが前記書込ワード線(WLW)に接続された第2のMIS型トランジスタ(12)と、
前記フリップフロップ(20)の前記非反転出力端子(C)と前記接地線(GND)との間に接続された第1のフォトダイオード(41)と、
前記フリップフロップ(20)の前記反転出力端子(C_)と前記接地線(GND)との間に接続された第2のフォトダイオード(42)とを有するものであることを特徴とする半導体不揮発性メモリ装置。 A driver circuit (4, 5) for reading and writing information by selecting an arbitrary memory cell;
A first bit line (BL) and a second bit line (BL_) provided in the driver circuit (4, 5);
A word line (WL) provided in the driver circuit (4, 5);
A write word line (WLW) provided in the driver circuit (4, 5);
A plurality of nonvolatile memory circuits (2) are arranged and connected to the first bit line (BL), the second bit line (BL_), the word line (WL), and the write word line (WLW). A semiconductor non-volatile memory device comprising the memory cell array (2A),
The nonvolatile memory circuit (2)
A flip-flop (20) comprising a first inverter (21) and a second inverter (22);
A first MIS transistor (11) whose source-drain is connected to the non-inverting output terminal (C) of the flip-flop (20) and the ground line (GND) and whose gate is connected to the write word line (WLW). )When,
A second MIS transistor (12) whose source-drain is connected to the inverting output terminal (C_) of the flip-flop (20) and the ground line (GND) and whose gate is connected to the write word line (WLW). )When,
A first photodiode (41) connected between the non-inverting output terminal (C) of the flip-flop (20) and the ground line (GND);
A non-volatile semiconductor comprising the second photodiode (42) connected between the inverting output terminal (C_) of the flip-flop (20) and the ground line (GND) Memory device.
前記第1のフォトダイオード(41)および前記第2のフォトダイオード(42)は、不揮発データ書き込み時に異なる強度の光を受光するものであることを特徴とする半導体不揮発性メモリ装置。 A semiconductor nonvolatile memory device according to claim 4,
The semiconductor nonvolatile memory device, wherein the first photodiode (41) and the second photodiode (42) receive light of different intensities when writing nonvolatile data.
前記第1のMIS型トランジスタ(11)および前記第2のMIS型トランジスタ(12)は、不揮発データ書き込み時にホットキャリヤ効果によってしきい値電圧を不可逆的に変化させられるものであることを特徴とする半導体不揮発性メモリ装置。 A semiconductor nonvolatile memory device according to claim 5,
The first MIS transistor (11) and the second MIS transistor (12) are capable of irreversibly changing a threshold voltage due to a hot carrier effect when writing nonvolatile data. Semiconductor non-volatile memory device.
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