JP5651632B2 - プログラマブルロジックスイッチ - Google Patents
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Description
図1は、コンフィギュレーションメモリを示している。
上述の基本ユニットを実現するためのデバイス構造について説明する。以下の説明においては、便宜上、XYZ−直交座標系を使用する。この座標系においては、半導体基板の上面に平行であって、互いに直交する2方向をX方向及びY方向とし、これらに直交する方向、即ち、積層方向をZ方向とする。
図2及び図3は、デバイス構造の第1の実施例を示している。
図4及び図5は、第1の実施例の第1の変形例を示している。
図6及び図7は、第1の実施例の第2の変形例を示している。
図8及び図9は、デバイス構造の第2の実施例を示している。
図10及び図11は、第2の実施例の第1の変形例を示している。
図12及び図13は、第2の実施例の第2の変形例を示している。
図14及び図15は、デバイス構造の第3の実施例を示している。
図16及び図17は、第3の実施例の変形例を示している。
第1乃至第3の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)について説明する。
書き込み動作前の初期状態(コンテキストが全く書き込まれていない状態)において、全てのセルユニットCELL1,CELL2,…内の全ての不揮発性メモリ素子は、低い閾値(low-Vth)の消去状態(“1”状態)にある。
(1) データ線BL1は、“0”−書き込み電位、例えば、接地電位Vssに設定され、データ線BL2は、書き込み禁止電位(“1”−書き込み電位)Vinhibit、例えば、電源電位(例えば、+8V)Vddに設定される。
ここでは、制御線WL1〜WL4を共通にする複数のセルユニットCELL1,CELL2,…を、1つのブロックと称することにする。この場合、消去動作は、ブロック単位で行われる(ブロック消去)。
読み出し(FPGA)動作は、例えば、選択された1本の制御線に接続される複数のメモリペアからコンテキスト(複数ビット)をパストランジスタPT1,PT2,…に転送することにより行う。ここで、選択された制御線は、WL3とする。
図19及び図20は、デバイス構造の第4の実施例を示している。
第4の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)について説明する。
書き込み動作前の初期状態(コンテキストが全く書き込まれていない状態)において、全てのセルユニットCELL1,CELL2,…内の全ての不揮発性メモリ素子は、低い閾値(low-Vth)の消去状態(“1”状態)にある。
(1) データ線BL1は、“0”−書き込み電位、例えば、接地電位Vssに設定され、データ線BL2は、書き込み禁止電位(“1”−書き込み電位)Vinhibit、例えば、電源電位(例えば、+8V)Vddに設定される。
本例では、制御線WL11〜WL14を共通にするセルユニットCELL1により1つのブロックが構成され、同様に、制御線WL21〜WL24を共通にするセルユニットCELL2により1つのブロックが構成される。
読み出し(FPGA)動作は、例えば、選択された1本の制御線に接続される複数のメモリペアからコンテキスト(複数ビット)をパストランジスタPT1,PT2,…に転送することにより行う。ここで、選択された制御線は、WL13,WL23とする。
図21及び図22は、デバイス構造の第5の実施例を示している。
第5の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)について説明する。
書き込み動作前の初期状態(コンテキストが全く書き込まれていない状態)において、全てのセルユニットCELL1,CELL2,…内の全ての不揮発性メモリ素子は、低い閾値(low-Vth)の消去状態(“1”状態)にある。
(1) 共通データ線BL1/BL3は、書き込みデータ(コンテキスト)に係わらず、“0”−書き込み電位、例えば、接地電位Vssに設定され、データ線BL2は、書き込み禁止電位(“1”−書き込み電位)Vinhibit、例えば、電源電位(例えば、+8V)Vddに設定され、データ線BL2は、“0”−書き込み電位、例えば、接地電位Vssに設定される。
本例では、制御線WL11〜WL14を共通にするセルユニットCELL1により1つのブロックが構成され、同様に、制御線WL21〜WL24を共通にするセルユニットCELL2により1つのブロックが構成される。
読み出し(FPGA)動作は、例えば、選択された1本の制御線に接続される複数のメモリペアからコンテキスト(複数ビット)をパストランジスタPT1,PT2,…に転送することにより行う。ここで、選択された制御線は、WL13,WL23とする。
図23及び図24は、デバイス構造の第6の実施例を示している。
第6の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)について説明する。
本例における書き込み動作は、ブロック単位で行うことができる。
(1) 選択セルMC13にデータ“0”を書き込み(消去状態→書き込み状態)、選択セルMC23にデータ“1”を書き込む(書き込み禁止)ときは、共通データ線BL1/BL3は、“0”−書き込み電位、例えば、接地電位Vssに設定され、共通データ線BL2/BL4は、書き込み禁止電位(“1”−書き込み電位)Vinhibit、例えば、電源電位(例えば、+8V)Vddに設定される。
本例では、制御線WL11〜WL14を共通にするセルユニットCELL1により1つのブロックが構成され、同様に、制御線WL21〜WL24を共通にするセルユニットCELL2により1つのブロックが構成される。
読み出し(FPGA)動作は、例えば、選択された1本の制御線に接続されるメモリペアからコンテキストをパストランジスタPT1に転送することにより行う。ここで、選択された制御線は、WL13とする。
図25及び図26は、デバイス構造の第7の実施例を示している。
第7の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)は、上述の第1の実施例に係わる基本ユニットの基本動作(表1参照)と同じ動作により行うことが可能であるため、ここでの説明を省略する。
図27及び図28は、デバイス構造の第8の実施例を示している。
第8の実施例に係わる基本ユニット(プログラマブルロジックスイッチ)の基本動作(読み出し/書き込み/消去)は、上述の第4の実施例に係わる基本ユニットの基本動作(表2参照)と同じ動作により行うことが可能であるため、ここでの説明を省略する。
上述の第1乃至第8の実施例において、第1乃至第4のピラーの側面上に形成される不揮発性メモリ素子は、フラッシュメモリを前提としているが、これに限定されることはない。例えば、不揮発性メモリ素子は、Re(resistive)RAMやM(magnetic)RAMなどに使用される抵抗変化素子であってもよい。
上述の実施例に係わるプログラマブルロジックスイッチをFPGAに適用した場合を説明する。
実施形態によれば、コンフィギュレーションメモリとして不揮発性メモリ素子を使用したときのデバイス構造を実現できる。
Claims (18)
- 第1のゲート電極を有する第1のパストランジスタと、前記第1のパストランジスタ上に積層される第1及び第2の制御線と、前記第1及び第2の制御線を貫通し、下端が前記第1のゲート電極に接続される第1及び第2のピラーと、前記第1のピラーの上端に接続される第1のデータ線と、前記第2のピラーの上端に接続される第2のデータ線と、前記第1のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第1の不揮発性メモリ素子と、前記第1のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第2の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第3の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第4の不揮発性メモリ素子と、前記第1の不揮発性メモリ素子及び前記第1のゲート電極間に接続される第1のセレクトゲートトランジスタと、前記第3の不揮発性メモリ素子及び前記第1のゲート電極間に接続される第2のセレクトゲートトランジスタと、前記第1及び第3の不揮発性メモリ素子に対する第1のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第2及び第4の不揮発性メモリ素子に対する第2のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
を具備するプログラマブルロジックスイッチ。 - 第1のゲート電極を有する第1のパストランジスタと、前記第1のパストランジスタ上に積層される第1及び第2の制御線と、前記第1のパストランジスタ上に積層され、前記第1及び第2の制御線と並んで配置される第3及び第4の制御線と、前記第1及び第2の制御線を貫通し、下端が前記第1のゲート電極に接続される第1のピラーと、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第1のゲート電極に接続される第2のピラーと、前記第1のピラーの上端に接続される第1のデータ線と、前記第2のピラーの上端に接続される第2のデータ線と、前記第1のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第1の不揮発性メモリ素子と、前記第1のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第2の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第3の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第4の不揮発性メモリ素子と、前記第1の不揮発性メモリ素子及び前記第1のゲート電極間に接続される第1のセレクトゲートトランジスタと、前記第3の不揮発性メモリ素子及び前記第1のゲート電極間に接続される第2のセレクトゲートトランジスタと、前記第1及び第3の不揮発性メモリ素子に対する第1のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第2及び第4の不揮発性メモリ素子に対する第2のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
を具備するプログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項1又は2に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のゲート電極と前記第1及び第2のピラーの下端との間に第1の半導体層をさらに具備し、
前記第1及び第2のピラーは、前記第1の半導体層を経由して、前記第1のゲート電極に接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項3に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1の半導体層は、前記第1のピラーに隣接する部分に第1の端を有し、前記第2のピラーに隣接する部分に第2の端を有し、
前記第1のセレクトゲートトランジスタは、前記第1の半導体層の前記第1の端をチャネルとし、前記第2のセレクトゲートトランジスタは、前記第1の半導体層の前記第2の端をチャネルとする
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項3に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のセレクトゲートトランジスタは、前記第1のピラーをチャネルとし、前記第2のセレクトゲートトランジスタは、前記第2のピラーをチャネルとする
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項3に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1の半導体層と同一層内に第2の半導体層をさらに具備し、
前記第1のパストランジスタは、半導体基板内にソース/ドレイン領域としての不純物領域を備え、前記不純物領域は、前記第2の半導体層を経由して、所定の論理を実現するためのロジックエレメントに接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項1又は2に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1及び第2のピラーは、前記第1のゲート電極に直接接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項7に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のセレクトゲートトランジスタは、前記第1のピラーをチャネルとし、前記第2のセレクトゲートトランジスタは、前記第2のピラーをチャネルとする
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項1乃至5、7及び8のいずれか1項に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のパストランジスタは、半導体基板内にソース/ドレイン領域としての不純物領域を備え、前記不純物領域は、前記第1のゲート電極よりも上にある導電層を経由して、所定の論理を実現するためのロジックエレメントに接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項1に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のデータ線を第1の電位に設定し、前記第2のデータ線を第2の電位に設定し、前記第1の制御線を前記第1の不揮発性メモリ素子の閾値と前記第3の不揮発性メモリ素子の閾値との間の読み出し電位に設定することにより、前記第1及び第2の電位のうちの1つを前記第1のコンテキストとして前記パストランジスタの前記第1のゲート電極に転送する
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項2に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
前記第1のデータ線を第1の電位に設定し、前記第2のデータ線を第2の電位に設定し、前記第1及び第3の制御線を前記第1の不揮発性メモリ素子の閾値と前記第3の不揮発性メモリ素子の閾値との間の読み出し電位に設定することにより、前記第1及び第2の電位のうちの1つを前記第1のコンテキストとして前記パストランジスタの前記第1のゲート電極に転送する
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項1に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
第2のゲート電極を有する第2のパストランジスタと、前記第2のパストランジスタ上に積層される第3及び第4の制御線と、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第2のゲート電極に接続される第3及び第4のピラーと、前記第3のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第5の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第6の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第7の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第8の不揮発性メモリ素子と、前記第5の不揮発性メモリ素子及び前記第2のゲート電極間に接続される第3のセレクトゲートトランジスタと、前記第7の不揮発性メモリ素子及び前記第2のゲート電極間に接続される第4のセレクトゲートトランジスタと、前記第5及び第7の不揮発性メモリ素子に対する第3のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第6及び第8の不揮発性メモリ素子に対する第4のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第3及び第4のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
をさらに具備し、
前記第1のデータ線は、前記第3のピラーの上端にも接続され、
前記第2のデータ線は、前記第4のピラーの上端にも接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項2に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
第2のゲート電極を有する第2のパストランジスタと、前記第1及び第2の制御線を貫通し、下端が前記第2のゲート電極に接続される第3のピラーと、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第2のゲート電極に接続される第4のピラーと、前記第4のピラーの上端に接続される第3のデータ線と、前記第3のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第5の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第6の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第7の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第8の不揮発性メモリ素子と、前記第5の不揮発性メモリ素子及び前記第2のゲート電極間に接続される第3のセレクトゲートトランジスタと、前記第7の不揮発性メモリ素子及び前記第2のゲート電極間に接続される第4のセレクトゲートトランジスタと、前記第5及び第7の不揮発性メモリ素子に対する第3のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第6及び第8の不揮発性メモリ素子に対する第4のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第3及び第4のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
をさらに具備し、
前記第1のデータ線は、前記第3のピラーの上端にも接続される
プログラマブルロジックスイッチ。 - 半導体基板と、前記半導体基板上に積層される第1及び第2の制御線と、前記半導体基板上に積層され、前記第1及び第2の制御線と並んで配置される第3及び第4の制御線と、前記第1及び第2の制御線を貫通する第1のピラーと、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第1のピラーの下端に接続される第2のピラーと、前記第1及び第2の制御線を貫通する第3のピラーと、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第3のピラーの下端に接続される第4のピラーと、前記第1及び第3のピラーの上端に接続される共通線と、前記第2のピラーの上端に接続される第1のデータ線と、前記第4のピラーの上端に接続される第2のデータ線と、前記半導体基板上に配置され、ゲート電極が前記共通線に接続されるパストランジスタと、前記第1のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第1の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第2の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第3の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第4の不揮発性メモリ素子と、前記第1の不揮発性メモリ素子及び前記ゲート電極間に接続される第1のセレクトゲートトランジスタと、前記第3の不揮発性メモリ素子及び前記ゲート電極間に接続される第2のセレクトゲートトランジスタと、前記第1及び第3の不揮発性メモリ素子に対する第1のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第2及び第4の不揮発性メモリ素子に対する第2のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
を具備するプログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項14に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
さらに、前記第1のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第5の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第6の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第7の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第8の不揮発性メモリ素子とをさらに具備し、
前記制御回路は、前記第5及び第7の不揮発性メモリ素子に対する第3のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第6及び第8の不揮発性メモリ素子に対する第4のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする、
プログラマブルロジックスイッチ。 - 半導体基板と、前記半導体基板上に積層される第1及び第2の制御線と、前記半導体基板上に積層され、前記第1及び第2の制御線と並んで配置される第3及び第4の制御線と、前記第1及び第2の制御線を貫通する第1のピラーと、前記第3及び第4の制御線を貫通し、下端が前記第1のピラーの下端に接続される第2のピラーと、前記半導体基板上に積層される第5及び第6の制御線と、前記半導体基板上に積層され、前記第5及び第6の制御線と並んで配置される第7及び第8の制御線と、前記第5及び第6の制御線を貫通する第3のピラーと、前記第7及び第8の制御線を貫通し、下端が前記第3のピラーの下端に接続される第4のピラーと、前記第2及び第3のピラーの上端に接続される共通線と、前記第1のピラーの上端に接続される第1のデータ線と、前記第4のピラーの上端に接続される第2のデータ線と、前記半導体基板上に配置され、ゲート電極が前記共通線に接続されるパストランジスタと、前記第1のピラー及び前記第1の制御線間に配置される第1の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第3の制御線間に配置される第2の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第5の制御線間に配置される第3の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第7の制御線間に配置される第4の不揮発性メモリ素子と、前記第2の不揮発性メモリ素子及び前記ゲート電極間に接続される第1のセレクトゲートトランジスタと、前記第3の不揮発性メモリ素子及び前記ゲート電極間に接続される第2のセレクトゲートトランジスタと、前記第1及び第4の不揮発性メモリ素子に対する第1のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第2及び第3の不揮発性メモリ素子に対する第2のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする制御回路と、
を具備するプログラマブルロジックスイッチ。 - 請求項16に記載のプログラマブルロジックスイッチにおいて、
さらに、前記第1のピラー及び前記第2の制御線間に配置される第5の不揮発性メモリ素子と、前記第2のピラー及び前記第4の制御線間に配置される第6の不揮発性メモリ素子と、前記第3のピラー及び前記第6の制御線間に配置される第7の不揮発性メモリ素子と、前記第4のピラー及び前記第8の制御線間に配置される第8の不揮発性メモリ素子とをさらに具備し、
前記制御回路は、前記第5及び第8の不揮発性メモリ素子に対する第3のコンテキストの書き込み及び消去時、又は、前記第6及び第7の不揮発性メモリ素子に対する第4のコンテキストの書き込み及び消去時に、前記第1及び第2のセレクトゲートトランジスタをオフ状態にする、
プログラマブルロジックスイッチ。 - 前記共通線は、前記共通線よりも上にある導電層を経由して、前記パストランジスタの前記ゲート電極に接続される請求項14又は16に記載のプログラマブルロジックスイッチ。
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