JP6750353B2 - スイッチ回路およびこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態のスイッチ回路の構成を示す図である。本実施形態のスイッチ回路1は、入力線11と、出力線12と、入力線11と出力線12に接続しオンすることで入力線11と出力線12の信号伝達を可能にするスイッチ素子13と、を有する複数の切替スイッチ14を有する。複数の切替スイッチ14は、入力線11の数が互いに等しく、出力線12の数が互いに等しい。
(第2の実施形態)
図2Aは、本発明の第2の実施形態のスイッチ回路であるクロスバスイッチ回路2の構成を示す図である。図2Bは、本実施形態のクロスバスイッチ回路2を構成する第1のクロスバスイッチ21の構成を示す図である。図2Cは、本実施形態のクロスバスイッチ回路2を構成する第2のクロスバスイッチ22の構成を示す図である。
(1)PGV0を“HIGH”、PGV1を“LOW”とすることで、制御線選択トランジスタ430をオン状態とし、制御線選択トランジスタ431をオフ状態とし、かつ、列選択デコーダ420に“HIGH”を入力する。
(2)PGH0を“HIGH”、PGH1を“LOW”とすることで、スイッチセル400に関わる選択トランジスタT00をオン状態とし、かつ、行選択デコーダ410に“HIGH”を入力する。
(3)選択線SLの信号とPGV0の信号により、列選択デコーダ420によってPL0を選択し、さらに電圧生成ドライバ460によってDX線およびPL0に接地電位を与える。PL0’、PL1、PL1’は非選択となりオープンとなる。
(4)電圧生成ドライバ460により、DC線に抵抗変化素子をオフ状態からオン状態へプログラムするプログラム電圧VSETを与える。制御線選択トランジスタ430および選択トランジスタT00がオン状態であることから、C00にVSETが与えられる。同時に、PGH0および選択線SLの信号により、行選択デコーダ410はPH0を選択する。さらに電圧生成ドライバ460によりDYをオープンとすることで、Y00はオープン状態となる。以上の操作により、C00とX00の間にはVSETの電位差(C00が正の高電位)が生じ、C00とY00の間には約1/2VSETの電位差が生じ、C00とX00の間の抵抗変化スイッチがオフ状態からオン状態へプログラムされる。
(1)PGV0を“HIGH”、PGV1を“LOW”とすることで、制御線選択トランジスタ430をオン状態とし、制御線選択トランジスタ431をオフ状態とし、かつ、列選択デコーダ420に“HIGH”を入力する。
(2)PGH0を“HIGH”、PGH1を“LOW”とすることで、スイッチセル400に関わる選択トランジスタT00をオン状態とし、かつ、行選択デコーダ410に“HIGH”を入力する。
(3)選択線SLの信号とPGV0の信号により、列選択デコーダ420によってPL0を選択し、さらに電圧生成ドライバ460によってDX線およびPL0をオープンとする。PL0’、PL1、PL1’も非選択となりオープンとなる。
(4)電圧生成ドライバ460により、DC線にプログラム電圧VSETを与える。制御線選択トランジスタ430および選択トランジスタT00がオン状態であることから、C00にVSETが与えられる。同時に、PGH0と選択線SLの信号により、行選択デコーダ410はPH0を選択する。さらにPH0電圧生成ドライバ460によりDYにプログラム電圧VSETを与えることで、Y00の電位はVSETとなる。以上の操作により、C00とY00の間にはVSETの電位差(C00が正の高電位)が生じ、C00とX00の間には約1/2VSETの電位が生じ、C00とY00の間の抵抗変化スイッチがオフ状態からオン状態へプログラムされる。
(1)PGV0を“HIGH”、PGV1を“LOW”とすることで、制御線選択トランジスタ430をオン状態とし、制御線選択トランジスタ431をオフ状態とし、かつ、列選択デコーダ420に“HIGH”を入力する。
(2)PGH0を“HIGH”、PGH1を“LOW”とすることで、スイッチセル400に関わる選択トランジスタT00をオン状態とし、かつ、行選択デコーダ410に“HIGH”を入力する。
(3)選択線SLの信号とPGV0の信号により、列選択デコーダ420によってPL0を選択し、さらに電圧生成ドライバ460によってDX線およびPL0に、抵抗変化素子をオン状態からオフ状態へプログラムするプログラム電圧VRESETを与える。PL0’、PL1、PL1’は非選択となりオープンとなる。
(4)電圧生成ドライバ460により、DC線に接地電位を与える。制御線選択トランジスタ430および選択トランジスタT00がオン状態であることから、C00に接地電位が与えられる。同時に、PGH0と選択線SLの信号により、行選択デコーダ410はPH0を選択する。さらに電圧生成ドライバ460によってDYをオープンとすることで、Y00はオープン状態となる。以上の操作により、C00とX00の間にはVRESETの電位差(X00が正の高電位)が生じ、C00とY00の間には約1/2VRESETの電位差が生じ、C00とX00の間の抵抗変化スイッチがオン状態からオフ状態へプログラムされる。
(1)PGV0を“HIGH”、PGV1を“LOW”とすることで、制御線選択トランジスタ430をオン状態とし、制御線選択トランジスタ431をオフ状態とし、かつ、列選択デコーダ420に“HIGH”を入力する。
(2)PGH0を“HIGH”、PGH1を“LOW”とすることで、スイッチセル400に関わる選択トランジスタT00をオン状態とし、かつ。行選択デコーダ410に“HIGH”を入力する。
(3)選択線SLの信号とPGV0の信号により、列選択デコーダ420によってPL0を選択し、さらに電圧生成ドライバ460によってDX線およびPL0をオープンとする。PL0’、PL1、PL1’も非選択となりオープンとなる。
(4)電圧生成ドライバ460により、DC線に接地電位を与える。制御線選択トランジスタ430および選択トランジスタT00がオン状態であることから、C00に接地電位が与えられる。同時に、PGH0と選択線SLの信号により、行選択デコーダ410はPH0を選択する。さらに電圧生成ドライバ460によってDYにプログラム電圧VRESETを与えることで、Y00の電位はVRESETとなる。以上の操作により、C00とY00の間にはVRESETの電位差(Y00が正の高電位)が生じ、C00とX00の間には約1/2VRESETの電位差が生じ、C00とY00の間の抵抗変化スイッチがオン状態からオフ状態へプログラムされる。
(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態のスイッチ回路であるクロスバスイッチ回路6の構成を示す図である。クロスバスイッチ回路6は、第1のクロスバスイッチ61と、第2のクロスバスイッチ62と、第3のクロスバスイッチ63と、セレクタ66と、多数決論理回路67と、選択線68とを有する。第1のクロスバスイッチ61と第2のクロスバスイッチ62と第3のクロスバスイッチ63は、各々が有するスイッチセルの同じ番地のスイッチセル同士を対峙させるようにして重なっている。なお、クロスバスイッチの層数は、3には限定させず、3以上の奇数であればよい。
(付記1)
入力線と、出力線と、前記入力線と前記出力線に接続しオンすることで前記入力線と前記出力線の信号伝達を可能にするスイッチ素子と、を有し、前記入力線の数が互いに等しく前記出力線の数が互いに等しい複数の切替スイッチと、
前記複数の前記切替スイッチ間で、前記入力線の選択をする第1のセレクタと、前記出力線の選択をする第2のセレクタと、の少なくとも一方と、を有し、
前記切替スイッチ各々の、前記入力線各々は互いに異なる前記第1のセレクタに接続し、前記出力線各々は互いに異なる前記第2のセレクタに接続し、
前記第1のセレクタと前記第2のセレクタは、接続すべき前記入力線と前記出力線に接続する前記スイッチ素子がオンである前記スイッチ素子に接続する前記入力線と前記出力線を各々選択し、接続すべきでない前記入力線と前記出力線に接続する前記スイッチ素子がオンである前記スイッチ素子に接続する前記入力線と前記出力線を選択せず、
前記第1のセレクタと前記第2のセレクタの両方を有する場合、前記第1のセレクタと前記第2のセレクタは同じ前記切替スイッチの前記入力線と前記出力線を各々選択する、スイッチ回路。
(付記2)
前記接続すべき前記入力線と前記出力線は、予め定められた前記スイッチ素子のオン/オフの設定情報に基づいて特定される、付記1記載のスイッチ回路。
(付記3)
前記切替スイッチは奇数個であり、
接続すべき前記入力線と前記出力線は、前記第1のセレクタに接続する前記入力線の各々と前記第2のセレクタに接続する前記出力線の各々に接続する前記スイッチ素子のオンがオフより多いときのオンの前記スイッチ素子に接続する前記入力線と前記出力線に特定される、付記1記載のスイッチ回路。
(付記4)
前記出力線ごとに出力信号をモニタリングして前記出力線に接続する前記スイッチ素子のオン/オフを検知し、前記検知結果を前記第1のセレクタと前記第2のセレクタに提供する検知器を有する、付記1から3の内の1項記載のスイッチ回路。
(付記5)
前記第1のセレクタと前記第2のセレクタの内の少なくとも一方は、前記検知器を内蔵している、付記4記載のスイッチ回路。
(付記6)
前記入力線は、平面内の第1の方向に延在し、
前記出力線は、前記平面に略平行な平面内で第2の方向に延在し前記入力線に平面視で交わり、
前記スイッチ素子は、前記入力線と前記出力線の平面視での交点ごとに設けられている、付記1から5の内の1項記載のスイッチ回路。
(付記7)
前記スイッチ素子は、抵抗変化素子を有する、付記1から6の内の1項記載のスイッチ回路。
(付記8)
前記スイッチ素子は選択トランジスタを有し、前記抵抗変化素子は第1の電極と第2の電極と第3の電極とを有し、第1の電極は前記入力線に接続し、第2の電極は前記出力線に接続し、第3の電極は前記選択トランジスタに接続する、付記7記載のスイッチ回路。
(付記9)
前記選択トランジスタは、前記切替スイッチ間で共有されている、付記8記載のスイッチ回路。
(付記10)
前記抵抗変化素子は、前記第1の電極と前記第3の電極の間と、前記第2の電極と前記第3の電極の間とにそれぞれ抵抗変化層を有し、前記第1の電極と前記第2の電極を活性電極とし前記第3の電極を不関電極とする、もしくは前記第1の電極と前記第2の電極を不関電極とし前記第3の電極を活性電極とする、付記9記載のスイッチ回路。
(付記11)
基板表面側から順に第1の配線層と第2の配線層と第3の配線層を有し、複数の前記切替スイッチの内の第1の前記切替スイッチは前記第1の配線層と前記第2の配線層に存在し、第1の前記切替スイッチに重なる第2の前記切替スイッチは前記第2の配線層と前記第3の配線層に存在する、付記1から10の内の1項記載のスイッチ回路。
(付記12)
前記第1の配線層と前記第2の配線層と前記第3の配線層は銅配線を有する、付記11記載のスイッチ回路。
(付記13)
付記1から12の内の1項記載のスイッチ回路を有する半導体装置。
11 入力線
12 出力線
13 スイッチ素子
14 切替スイッチ
15 第1のセレクタ
16 第2のセレクタ
2、6 クロスバスイッチ回路
21、61 第1のクロスバスイッチ
22、62 第2のクロスバスイッチ
63 第3のクロスバスイッチ
23、64 入線
24、65 出線
25、26、66 セレクタ
27 情報提供部
67 多数決論理回路
211、611 第1の入力線
221、621 第2の入力線
631 第3の入力線
212、612 第1の出力線
222、622 第2の出力線
632 第3の出力線
213、613 第1のスイッチセル
223、623 第2のスイッチセル
633 第3のスイッチセル
68 選択線
3、9 抵抗変化スイッチ
31、91 抵抗変化層
30、90 相補型抵抗変化スイッチ
32、92 活性電極
33、93 不関電極
300、900 スイッチセル
301 入力線
302 出力線
303 制御線
304 選択トランジスタ
400 スイッチセル
410、411 行選択デコーダ
420、421 列選択デコーダ
430、431 制御線選択トランジスタ
440、441、450、451 セレクタ
460 電圧生成ドライバ
500、510、800、810、820 相補型抵抗変化スイッチ
501、502、505、507、801、802、805、807 銅配線
503、803 抵抗変化層
504、804 上部電極
506、508、806、808 ビア
509、809 保護膜
550、850 第1の銅配線層
560、860 第2の銅配線層
570、870 第3の銅配線層
880 第4の銅配線層
1000、1001、1002、1003 スイッチセル
1005 電圧生成ドライバ
1010、1011 行選択トランジスタ
1020、1021 列選択トランジスタ
1030、1031 制御線選択トランジスタ
1040、1041 入力線
1050、1051 出力線
1060、1061 制御線
1100 相補型抵抗変化スイッチ
1101a 第1の抵抗変化スイッチ
1101b 第2の抵抗変化スイッチ
1102 第1層間絶縁膜
1103a、1103b 第1銅配線
1104a、1104b 第1バリアメタル
1105 第1バリア絶縁膜
1106 抵抗変化膜
1107 上部電極
1108 第2層間絶縁膜
1109 第2バリアメタル
1110 プラグ
1111 第2銅配線
1112 第2バリア絶縁膜
Claims (10)
- 入力線と、出力線と、前記入力線と前記出力線に接続され且つオンに設定されることで前記入力線と前記出力線の信号伝達を可能にするスイッチ素子と、を有し、前記入力線の数が互いに等しく前記出力線の数が互いに等しい複数の切替スイッチと、
前記複数の前記切替スイッチ間で、前記入力線の選択をする第1のセレクタと、前記出力線の選択をする第2のセレクタと、の少なくとも一方と、を有し、
前記切替スイッチ各々の、前記入力線各々は互いに異なる前記第1のセレクタに接続され、前記出力線各々は互いに異なる前記第2のセレクタに接続され、
前記第1のセレクタと前記第2のセレクタは、前記信号伝達を可能にすべき前記入力線と前記出力線を各々選択し、前記信号伝達を可能にすべきでない前記入力線と前記出力線を選択せず、
前記第1のセレクタと前記第2のセレクタの両方を有する場合、前記第1のセレクタと前記第2のセレクタは同じ前記切替スイッチの前記入力線と前記出力線を各々選択する、
スイッチ回路。 - 前記信号伝達を可能にすべき前記入力線と前記出力線は、予め定められた前記スイッチ素子のオン/オフの設定情報に基づいて特定される、請求項1記載のスイッチ回路。
- 前記切替スイッチは奇数個であり、
前記信号伝達を可能にすべき前記入力線と前記出力線は、前記第1のセレクタに接続される前記入力線の各々と前記第2のセレクタに接続される前記出力線の各々に接続される前記スイッチ素子のオンの設定がオフの設定より多いときのオンに設定された前記スイッチ素子に接続される前記入力線と前記出力線に特定される、請求項1記載のスイッチ回路。 - 前記出力線ごとに出力信号をモニタリングして前記出力線に接続される前記スイッチ素子のオン/オフを検知し、前記検知結果を前記第1のセレクタと前記第2のセレクタに提供する検知器を有する、請求項1から3の内の1項記載のスイッチ回路。
- 前記入力線は、平面内の第1の方向に延在し、
前記出力線は、前記平面に略平行な平面内で第2の方向に延在し前記入力線に平面視で交わり、
前記スイッチ素子は、前記入力線と前記出力線の平面視での交点ごとに設けられている、請求項1から4の内の1項記載のスイッチ回路。 - 前記スイッチ素子は、抵抗変化素子を有する、請求項1から5の内の1項記載のスイッチ回路。
- 前記スイッチ素子は選択トランジスタを有し、前記抵抗変化素子は第1の電極と第2の電極と第3の電極とを有し、第1の電極は前記入力線に接続し、第2の電極は前記出力線に接続し、第3の電極は前記選択トランジスタに接続する、請求項6記載のスイッチ回路。
- 前記選択トランジスタは、前記切替スイッチ間で共有されている、請求項7記載のスイッチ回路。
- 基板表面側から順に第1の配線層と第2の配線層と第3の配線層を有し、複数の前記切替スイッチの内の第1の前記切替スイッチは前記第1の配線層と前記第2の配線層に存在し、第1の前記切替スイッチに重なる第2の前記切替スイッチは前記第2の配線層と前記第3の配線層に存在する、請求項1から8の内の1項記載のスイッチ回路。
- 請求項1から9の内の1項記載のスイッチ回路を有する半導体装置。
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