JPS5837637B2 - 電気的に切換え可能な読取り専門記憶装置 - Google Patents

電気的に切換え可能な読取り専門記憶装置

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JPS5837637B2
JPS5837637B2 JP56128251A JP12825181A JPS5837637B2 JP S5837637 B2 JPS5837637 B2 JP S5837637B2 JP 56128251 A JP56128251 A JP 56128251A JP 12825181 A JP12825181 A JP 12825181A JP S5837637 B2 JPS5837637 B2 JP S5837637B2
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    • G11C17/12Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards using semiconductor devices, e.g. bipolar elements in which contents are determined during manufacturing by a predetermined arrangement of coupling elements, e.g. mask-programmable ROM using field-effect devices
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    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/173Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components
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    • H03K19/17712Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using elementary logic circuits as components arranged in matrix form the logic functions being realised by the interconnection of rows and columns using an AND matrix followed by an OR matrix, i.e. programmable logic arrays one of the matrices at least being reprogrammable

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気的に切換え可能な読取り専用記憶装置に関
するものである。
かかる読取り専用記憶装置は、コンピュータの分野で固
定データを永久的に、すなわち非破壊的に記憶するため
にますます使用されてきている。
非常に様々なかかる読取り専用記憶装置が、技術的にも
また各コンピュータ・システムのシステム全体における
それらの分類に関しても、知られている。
その点に関していわゆるPLA(プログラマブル・ロジ
ック・アレイ)が永久記憶マトリックスのますます興味
ある実施例として考察されており、W, Csrrおよ
びJ.Mizeの著書” MO S / L S I
Design andApplication ”マ
グローヒル社1972年刊のp.229〜258に一般
的に記述されている。
ROM(AND/ORプレイ)から構成されたかかるP
LAにより、規則的構造のマトリックス配置の形で(最
小化された)組合わせ論理を直接実現させることができ
る。
論理システムの不規則な構造と比べて、かかる読取り専
用記憶装置、すなわち一方向照合装置として使用される
ROMならびにPLAは、様々な利点をもち、組合せ論
埋の代換品として、テーブル、定数およびプログラム用
の記憶装置として、コードの生成および変換用に、固定
配線乗算器としてなどますます魅力的となっている。
読取り専用記憶装置およびそれから構成されるPLAで
は、機能の個性化は一般的に製造中に実施され、従って
一度だけ固定される。
その結果生じる制限を取除くため、可能な変更のための
様々な方法が示唆されてきた。
その結果生れたものには、再プログラミング可能な読取
り専用記憶装置が含まれる。
例えば米国特許第4041459号?参照のこと。
しかしながら、これは変更可能なためにいくつかの欠点
がある。
すなわち結合素子または記憶セルとして、技術的な観点
からMOS電界効果形トランジスタ(FET)と比べて
はるかに複雑なMII2−S−FET, すなわち二重
層ゲート誘電体を備えたFETが必要である。
その上再プログラミングには30Vのオーダーの比較的
高い電圧パルスが必要である。
かかる再プログラミング可能な読取り専用記憶装置は、
変更可能性の点で多くの用途にとって非常に遅すぎる。
さらに、より大きな電気的スイッチング速度が得られる
プログラマブルROM(FROM)が提案されている。
一例を挙げると、米国特許第3987286号は、マ}
IJックス配置の論理回路の時間制御による解除また
は禁止によって同一のPLA中で異なる論理機能を実行
できる配置を記載している。
従って結合素子は、追加的に必要なシフト・レジスタ要
素中に記憶されているデータによる影響を受ける。
また、例えば4つの可能な状態にセットできる特定の結
合素子または論理素子を備えた多重個性化の形も知られ
ている。
IBM TDB第17巻第3号、1974年8月刊、
p,811/812を参照のこと。
特定の構成要素が必要とされ、また比較的遅いため、こ
れらの解決方法には更に改良が必要である。
PLAの既知のもう1つのグループは、その他の機能の
ために使用されていない論理域を共用すること(例えば
IBM TDB第20巻第10号、1978年3月刊
、p.4016〜4018を参照のこと)、あるいはか
かる論理域の多重使用を実現すること、(米国特許第4
084152号を参照のこと)である。
しかしながら、かかるステップには、専門家に複雑な論
理ネットワークの解釈のために残された自由度の点で、
かなりの制限が伴なう。
通常かかる規則的構造から望まれる高度の柔軟性および
容易な適用可能性の大部分が失なわれる。
最後に、電気的に変更可能な永久記憶装置の構造に関し
て、そのセルがそれぞれ1つのMNOSトランジスタま
たはそれぞれ1つの関連する通常のMOS型分離トラン
ジスタと直列接続された浮遊ゲートを備えたトランジス
タからなるメモリが提案されている。
GE−OS28、44、955およびGE−OS29、
37、337を参照のこと。
これは上記に述べた電気的再プログラミング手段を備え
た記憶装置の場合と同様に、いくつかの機能の間で迅速
な切換えができない。
ここでは、それらについては、当該の半導体設計が幾分
類似しているという点からふれるに留める。
本発明によって、PLAに使用できる永久記憶装置をさ
らに改良して、再プログラミングまたは特別の構或要素
のために高い電圧を必要とせず、特に異なる機能間で迅
速な電気的切換えが可能な、より高い機能密度を実現す
るという目的が達威される。
本発明によってもたらされる利点は、特に1つの周辺回
路構成のみを使用して高度に集積された、迅速に切換え
られる永久記憶装置又はPLA機能をもたらすことであ
る。
こうして内蔵PLA機能をもつ高密度プロセッサ・チッ
プが、二重アーキテクチャの形で構造化できる。
次に、図面を参照しながら本発明について説明するが、
これは可能な一実施例を例示したものにすぎない。
本発明の説明のため、二重個性化PLAを選んだ。
その間で迅速な電気的切換えが可能な入力A,B .,
C , Dの異なる論理機能XおよびYをもつ二つの
機能状態F1およびF2を与えるものである。
異なるPLA機能状態において、論理機能は、例えば以
下のようになる。
Fl :X=A−B −C+D Y=A−B−C F2:X=A−B・C+A−て Y=A−C 第1図および第2図は、F1及びF2を別々に実現させ
る2種類のPLAの単一個性化を通常の概略図として図
示したものである。
各マトリックス交差点のマーキングは、入力A,B,C
,Dがその論理機能に含まれるかどうかを示す。
第3図は本発明の目的にもとづいて、機能モードF1と
F2の間で切換えができる、単一PLAでの両方の個性
化の組合せた表現を示したものである。
二つの完全機能モードF1,F2のどちらが選択される
かは、一対の制御線Cおよびτの電位状態(論理「0」
または「1」)によって決まる。
後で実施例の説明に関連して、このことに触れることに
する。
機能状態F1およびF2について、今の場合は、制御線
Cおよびτの以下の状態に基づ《ものである。
(第3図)Fl : c=1およびτ一〇 F2:c=Oおよびc = 1 第1図ないし第3図において、参照番号1および2は、
それぞれROMマトリックスからなり、PLAを構戊す
るANDアレイ1およびORアレイ2を表わす。
第3図に概略的に示した個性化パターンはこのように第
1図および第2図に図示した各機能を組合せたものであ
る。
これは、F1(第1図)およびF2(第2図)に対する
個々の個性化パターンを重ね合わせたものとみなすこと
ができる。
本発明の各ステップにより、今や非常に小さな表面上に
がかるPLAを設計することができる。
可能な個性化を備えた、新しい高度集積可能な結合素子
により、同一の周辺回路構成を使用して、これまで一つ
だけの機能に必要とされていたのとほぼ同じスペースで
互いに独立に選択できる少くとも二つの永久的に個性化
された論理機能をもつPLAが実現できる。
すなわち、一つのシステムでかかる永久記憶装置のため
の多数の新しい可能な用途がもたらされる。
第3図から、二重個性化可能PLAに関連して、結合素
子およびその配線が少《とも四つの異なる個性化を可能
にすることがわかる。
例えば、Aに対する入力線と積項ないし、行線L1の間
すなわち交差点A/L1にある結合素子はAND7レイ
1において両方の機能モードのための接続を与える。
一方、C/L1の結合素子は、機能モードF1でのみ、
またA/L2の結合素子は、機能モードF2でのみそれ
に対応する接続を与える。
交差点B/L2ではどの場合にも接続はもたらされない
すなわち、入力Bは、線L2上のいわゆる積項生成に関
しては無視される。
かかる可能な個性化モードは、一般的にPLA中の「D
on’tcare J位置と呼ばれる。
第4図は、第3図でマークした各PLA機能を実現する
、本発明の実施例を示したものである。
本発明の特徴は、結合素子ないしセルの型式、ならびに
先にふれたこれらの結合素子によって可能な個性化モー
ドである。
結合素子は、FETとして設計してあり、そのために(
少くとも)二つのゲート・セクションが並んで設けられ
ている。
かかる結合素子の関連スイッチング径路を使用可能にす
るには、(少くとも)二つのゲート・セクションで別々
の入力スイッチング電位が必要である。
(少くとも)二つの切換え可能な論理機能F1およびF
2は、二つの機能のうちの一つで接続を確立するために
、ゲート・セクションの一方のみがこの特定の機能に対
応する制御線に接続され、かかる結合素子の残りのゲー
ト・セクションは入力線に接続されるように、構造的に
個性化されている。
両方の機能のために交差点で接続を行なう場合には、両
方のゲート・セクション、従って完全なゲートが同じ入
力線に接続される。
rDon’tcare J位置は、結合素子が設計され
ていす、あるいは不完全な設計で、この交差点でいかな
る時にも接続が有効になれないものとして実現されてい
る。
次に一実施例として、第4図に示した二重個性化のPL
Aについて詳しくふれる。
第3図と比べると、入力部A,B,C,Dを備えたAN
Dアレイ1および出力部X,Yを備えたORアレイ2が
再び示されている。
アレイ1と2の間の接続は、(積項)線Ll,L2なら
びに機能モードF1またはF2を決定する制御線C,τ
を介して確立されている。
結合素子として実現されたFETについては、この実施
例では、エンハンスメント型NチャネルMOSFETと
仮定してある。
それらの基本的動作特性は、既知であるとみなすことが
できる。
わかりやすくするため、第4図は、作動電圧供給電源+
Vおよび抵抗体Rなど論理動作を理解するのに必要な周
辺回路部分のみに限ってある。
この図では、入カバッファ、デコーダ、分相器、励振器
など、各様の制御装置または一般的周辺回路は、本発明
はそれらに関するものでなく、また周辺回路構或は通常
のやり方で行なえるので、示してない。
これらのものについては先行技術に関する上記の文献を
参照のこと。
最後にこの実施例に関しては、各種の入出力信号および
制御信号について、「肯定論理」に関する取決めを仮定
してある。
従って、論理モード「1」には、2進信号のアップ・レ
ベル、この場合には、例えば電位十Vが対応する。
従って、論理モードrOJは、ダウン電圧レベル、この
場合は接地電位によって表わされる。
第3図および第4図を併せて検討すると、第3図で機能
的に特徴付けられたPLAを実線の回路配置として実現
するための、本発明の各ステップが明らかになる。
ANDアレイ1中の交差点C/L1での結合は、機能モ
ードF1でのみ実現されるものであるが、これは二つの
ゲート・セクション4および5を備えたFET3によっ
て形或される。
ゲート・セクション4は、入力Cに接続され、ゲート・
セクション5は制御線Cに接続されている。
従って、FET3は、入力Cと制御線Cが共に論理「1
」の場合にのみ導通する。
しかしながら、上記の取決めに従えば、このことは機能
モードF1の場合にのみあてはまる。
また、例えば交差点D/L2にも同じ状況があてはまる
すなわち、第4図の関連する結合素子は、FET6であ
る。
次にF2の機能モードでのみ接続がある場合について考
察する。
これは例えば交差点A/L 2(あるいはまたC/L2
j D/L 1 )にあてはまる。
結合素子を表わしているFET7がそのゲート・セクシ
ョン8を制御線Jに接続されていることだけを除き、上
記で観察した場合と完全に同じである。
すなわち、FET7は、入力Aならびに制御線τが論理
「1」の場合にのみ導通する。
二つの機能モードF1またはF2の一方でのみ有効な結
合素子はそれと反対の機能モードF2またはF1につい
て、上記に記したいわゆるrDon’tcare J位
置を表わしていることを指摘しておく。
結合素子が両方の機能モート下1,F2で活動状態とな
るための永久個性化は、例えば交差点A/Ll(および
B/L1)に存在する。
この個性化モードは、その完全なゲートが関連する入力
に接続されたFET、例えばゲート10がAに接続され
たFET9に対応する。
この個性化モードがどのようにしてその構造中に固定さ
れるかに応じて、ゲート10を、完全な単一ゲートとし
てあるいは二つの単独に使用可能なゲート・セクション
の接続によって形或することができる。
かかる構造の個性化を行なうために利用できる別のやり
方については、一般的にROMおよびPLAについて知
られている技術を参照のこと。
それによれば、回路製造過程で例えば、ドーピング、マ
スキング、金属化などの間に、当該の個性化ステップを
実行することができる。
両方の機能モードF1およびF2について入力が無視さ
れる「Don’t care J位置の例は、交差点B
/L2である。
第4図には、ゲートを備えていないFET’f1が示し
てある。
この実施例では、通常は非導通であるエンハンスメント
型FETと仮定してあるので、この交差点ではいかなる
時にも結合はない。
この個性化は別のやり方でも設計できることはいうまで
もなL・。
要するに、FETの導通条件を満足させないようにすれ
ばよい。
ORアレイ2中に設けられた四つの交差点について、上
記で考察したANDアレイ1の場合と同じ型式で個性化
のための同じ「配線規則」に従った結合素子がもたらさ
れる。
唯一の違いは、外部入力の代りに、ANDアレイ1の出
力線Ll,L2を入力線とみなすべきことである。
ORアレイ2の出力線は、(和)項XおよびYに対する
列線によって形成される。
第4図の回路の動作を説明するため、先ず機能モードF
1を仮定する。
上記と同様に、c=1およびτ一〇が適用される。
すなわち、ゲート・セクションが制御線τに接続された
全てのFETは、非導通である。
しかしながら、ゲート・セクションが制御線Cに接続さ
れた全てのFETについては、当該FETを導通させる
ための二つの条件の一方は、既に充たされている。
第二の条件は、関連する入力の状態(「0」または「1
」)による。
例えばFET9の場合の様に、完全なゲート10(また
は共通接続された二つのゲート・セクション)が入力に
接続される場合、機能モードは、もはや導通条件ではな
い。
すなわちFET9の状態は、入力Aのみによって決まる
各FETを図示の様に接続し、且つc=1すなわち制御
線Cにプラス電位のある場合は関連する入力A,Bまた
はCが論理1−1」のとき、ANDアレイ1の上側の行
中のFET9,12,3が導通する。
その場合線L1上の電位は、導通FETを経て接地電位
に向って低下する。
いいかえれば、L1は、行中の全てのFETが非導通の
ままである場合、すなわちA,B,Cが「0」状態にあ
る場合にのみ、アップ・レベル( rlJ )に留まる
FET1 3への入力Dは、そのゲート・セクション1
4が制御線iに接続されており、従って機能モードF1
ではFET13は非導通であるため、無視される。
従ってANDアレイ1の論理出力線としてのL1に対し
て次式があてはまる。
同様に、ANDアレイ1中の下側の行については、制御
線Cに接続された唯一のFET6が非導通のとき、すな
わちその人力DがrOJ状態にある場合にのみ、出力線
12がアップ・レベル( Ill )に留まる。
従って次式が適用される。L1およびL2はORアレイ
2に対する入力線である。
そこで設けられている4つの結合素子のうち、FET1
5,16,17は、入力線Ll,L2がアップ・レベル
( rlJ )のとき、c = 1およびE=Oである
機能モードF1において、ターン・オンされる。
L1またはL2がプラスのとき出力線Xはアップ・レベ
ル(+■)すなわち論理「1」になる。
従って次の論理方程式が得られる。
例えば、L1がプラスの場合、Rを介してアースされて
いる出力線Xの電位は、FET15を介して+Vに向っ
て上がる。
L2のプラス電位についても、FET16がオンとなる
結果、同じことがあてはまる。
出力線Yのレベルは、専らFET17の状態、従ってL
1のみによって決まる。
もう一つのFET18は、一方のゲート・セクションが
制御線εに接続されているため、機能モードF1では非
導通である。
従って次式が適用される。(第1図を参照のこと) 機能モードF2の間の第2図の論理機能についても同様
にして説明できる。
その場合、制御線CおよびFの論理状態が反転される。
制御線Cに接続された全てのFET3,6,17は、C
=Oのため、信号入力とは無関係に非導通である。
この場合、L1はFET9,12,13が非導通のまま
である場合にのみ、すなわち、その人力A,B,Dが全
て「0」状態にある場合にのみプラスのままどなる。
従って、L1=A−B−Dである。またL2=1が或立
するのは、FET7および19が非導通のままであると
き、すなわちそれらの入力AおよびCが「0」状態にあ
るときである。
従って、L2=A・でと表わせる。
他のFET1 1および6は、それらのゲートが接続さ
れていす、あるいは一つのゲート・セクションが制御線
Cと接続している(c=0)ため、導通しない。
ORアレイ2中のL1およびL2のOR機能は、F1に
ついて上記に述べたのと同様に実現される。
上記の場合のFET1Bの代りに、今度はFET17が
非導通であり、従って出力YについてはL1の状態が省
略される。
実現される全ての論理機能の全体を第2図に示してある
上記に述べたやり方で、例えばMNOS−FETなとの
特殊な構成要素なしに、制御線電位C,ざの簡単なスイ
ッチングによって、各機能の間で極めて迅速なスイッチ
ングをもたらす、永久多重個性化を備えたPLAを実現
することができることに注目されたい。
その上、この多重個性化は、結合素子の数、従って集積
設計ではチップ上の占有面積の大きさが増加するという
条件の下でのみ獲得されるものでないことは明らかであ
る。
次に、通常のいわゆる二重ポリシリコン製造プロセスを
使用した、かかる結合素子の特に表面積を節約する集積
構造について、本発明の一実施例を説明する。
第5図および第6図は、第4図の回路中で結合素子(F
ET)ならびに入力BおよびCによる4つの交差点を含
む、PLAの構造を平面図および断面図によって示した
ものである。
比較しやす《するため、第4図と大体同じ参照番号を使
用する。
第5図および第6図は、単に概略的表示にすぎず、実寸
通りのレイアウトではない。
例えばシリコン製の半導体基板PSUBは、MOSFE
T技術では通常のやり方でソースおよびドレイン領域を
ドーピング・ストリップNl,N2,N3として含んで
いる。
ドレイン領域として働くドーピング・ストリップN1お
よびN3の一方の側は負荷抵抗体Rを介して電源+Vに
接続され、他方の側は各々N1およびN2ドーピング(
積項)線L1およぴL2を形威している。
N2は、隣接する線の結合素子に対する共通ソースであ
りたとえばアースされている。
この実施例は、各結合素子について二つのゲート・セク
ションを備えているので、ゲート・セクションの境界に
チャネル支持ドーピング領域、例えばN12およびN2
3が備わっている。
基板表面に、予め定められたパターンの絶縁層が既知の
やり方で設けられ、二層の(導電性)多結晶シリコン(
以下では、ポリシリコンと呼び、図面にはPOLYIお
よびPOLY2と記す)ならびに例えばアルミニウムの
金属層が形或されている。
各結合素子の個性化モードの種類に応じて、二つのゲー
ト・セクションのうち一方だけ(例えばFET3のゲー
ト・セクション4)あるいは両方(例えばFET12の
ゲート・セクション20,21)がポリシリコンの第一
層POLYIKよって作られる。
ポリシリコンの第二層POLY2Kよって、制御線Cお
よびτが作られ、ゲート・セクション例えば5および2
2がそれに接続される。
ドーピング・ストリップN1,N2,N3およびこれら
と重ね合わされた制御線C,τ(POLY2)に対して
横方向に入力線が金属化ストリップとして配列されてい
る。
これは第5図および第6図では、入力BおよびCについ
て示してある。
この場合、入力BはFET12領域中の接点23,24
を介して両方のゲート・セクション20,21に接続さ
れている。
入力Cについては、関連する金属化ストリップ25が接
点26を介してFET3のゲート・セクション4に、ま
た接点28を介してFET19のゲート・セクション2
7に接続されている。
交差点B/L2では、ゲートおよびそれに関連する薄い
酸化物セクションが存在しないためにFET11が完成
していないので、上記のイワユル「Don/tcare
」位置になっている。
この位置では、仮定した2つの機能モードF 1 t
F 2の何れにおいてもN3とN2の間に接続があり得
ない。
本発明を説明するために、PLAの構造が一実施例とし
て選ばれたが、本発明は、前述のようにPLAの構成要
素とみなすことのできる通常の読取り専用メモIJ(R
OM)の分野でも、同じ利点をもって使用できることを
指摘しておく。
さらに本発明は、二重個性化永久記憶装置のみに限られ
るものではない。
結合素子として使用されるFETに対して三つのゲート
・セクションを設けることによって、三重個性化が可能
なことは明らかである,本発明は、実施例のFET形式
に限られるものではない。
すなわち、適切な電圧および信号極性を守れば、例えば
PチャネルFETを使用することが可能である。
より一般的な観点からみると、本発明のアイデアは必ず
しもFET技術に結びついたものではない。
これは他の現代技術、例えばバイポーラ技術、ジョセフ
ソン技術、GaAs技術でも実現できる。
電位レベルと論理値の関係ならびに各実施例の材料、例
えばシリコン、ポリシリコンおよびアルミニウムなどの
考慮についても同じことがあてはまり、それらについて
は公知の多数の代替技術が存在する。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1のPLA機能のための単一個性化を示す配
線図。 第2図は第2のPLA機能のための単一個性化を示す配
線図。 第3図は両方のPLA機能のための本発明に従う二重個
性化を示す配線図。 第4図は第3図に示したPLAの回路図。 第5図は第4図に示した回路の一部の概略的平面図。 第6図は第5図の線6−6に沿った概略的断面図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アレイの交差点に結合素子が配置されてなり、下記
    (イ)乃至(→の特徴を有する電気的に切換え可能な読
    取り専用記憶装置。 (イ)上記結合素子は少なくとも2つの制御電極を有し
    、所定の電位が該制御電極へ同時に印加されたときに導
    通する。 (口)各々異なった機能を指定する少なくとも2種類の
    制御線を上記アレイに設ける。 ←→ 上記制御線によって指定される全ての機能で使用
    される各結合素子においては、上記制御電極は関連する
    入力線へ共通に接続される。 (→ 特定の機能でのみ使用される各結合素子において
    は、上記制御電極の1つは関連する入力線に接続され、
    他の制御電極は該特定の機能を指定する制御線に接続さ
    れる。
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