JPH0568105B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、メモリ用コンデンサおよびそのコン
デンサをオン・オフするスイツチ用トランジスタ
よりなるメモリセルを少くとも３層以上三次元的
に積層して集積した三次元メモリ集積装置、特
に、積層された全ての隣接層のメモリセル間を光
学的に結合させてメモリ内容を上下全ての層の間
で相互にコピーして共有し得るようにした三次元
光結合共有メモリ集積装置に関し、このメモリ集
積装置によりコンピユータの実時間並列処理を可
能としたものである。

（従来技術） 一般に、図形処理や音声認識等のパターン認識
に基づく情報処理に際しては、複数種類の標準パ
ターンと処理対象の情報パターンとのパターン照
合を反復して行なうなど、数多の演算処理を並列
に行なつて情報処理を高速化することが要求され
ている。かかる並列演算処理を高速化するために
は、多数のプロセツサを並列に動作させるととも
に、各プロセツサの演算処理により刻々変化する
メモリ内容を他のプロセツサに伝達し、メモリ内
容を共有させて情報処理を同時並列的に進行させ
るための共有メモリ装置が必要となる。

（発明が解決すべき課題） しかしながら、従来のように集積すべき回路素
子を単に二次元的に配置するにすぎないLSI技術
によつては、かかる二次元的集積回路における回
路素子間の結合用配線による信号電送の時間遅延
が大きい上に、多数のプロセツサが並列処理を行
なう場合にも通常たつた１つだけのメモリを共有
することができるだけで、且つ各プロセツサはこ
のメモリのデータをある限られた時間内にだけ読
み出したり、書き換えたりできる（時分割方式）
にすぎず、並列動作による情報処理の高速化を実
現するうえで、大きい障害になるという欠点があ
つた。

本発明の目的は、上述した従来の二次元集積回
路において多数のプロセツサがひとつのメモリを
共有して時分割方式で利用する代りに、各プロセ
ツサがそれぞれの専用メモリを持ちかつそれらの
メモリ内容が常に同一に保たれるように各メモリ
のデータを相互にコピーし得るように各メモリ層
間を三次元光結合し、コンピユータの実時間並列
処理を可能にする三次元共有メモリ集積装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、各演算装置と対応した各メモリ層を
有する三次元光結合共有メモリ集積装置であつ
て、各メモリ層はそれぞれメモリ用コンデンサお
よびコンデンサへのデータ書込み、読出しを制御
するスイツチ用トランジスタよりなる複数個のメ
モリセルとそれらのメモリセルを制御するアドレ
ス線並びにそれらのメモリセルにデータの書込み
および読出しを行うデータ線と少くとも一対の発
光素子と受光素子とを対向させて、実質的にほぼ
透明な半導体基板の表面に二次元的に集積したも
のより成り、この少くとも３層以上のメモリ層を
それぞれ透明な絶縁層を介して積層し、これらを
光ループにより三次元的に光結合し、制御コンピ
ユータの制御のもと、所望のメモリ層への書込み
時、三次元光結合より書込みデータを他のメモリ
層に転送し所望のメモリ層への書込みと同時に他
のメモリ層へのコピーを行うことを特徴とする三
次元光結合共有メモリ集積装置にある。

本発明の更に他の目的とする所は、前記メモリ
セルのトランジスタは前記メモリ用キヤパシタに
接続されたソースと、前記アドレス線に接続され
たゲートと、前記データ線に接続されたドレーン
とをもつた電界効果型トランジスタであり、前記
データコピー線は受光素子の一端に接続され、受
光素子の他端は前記ドレーンに接続され、前記発
光素子はデータ転送線とドレーンとの間に設けら
れ、前記データ転送線とドレーン領域間に電圧が
加えられると導通し動作状態となり、前記データ
コピー線は受光素子が受光しスイツチ端子間の回
路を閉成したときのみ、関連したメモリセルにデ
ータを書込と同時に転送することを特徴とする三
次元光結合共有メモリ集積装置を提供するにあ
る。

本発明の目的とする所は、他の隣接メモリ層と
の間に介挿された絶縁層を介して互いに積層され
た少くとも３層以上のメモリセルと、各メモリセ
ルに接続した演算装置と、制御用コンピユータと
より成り、各メモリ層は複数個のメモリセルを持
ち、各メモリセルはトランジスタでスイツチでき
るコンデンサと、前記メモリセルと共働するアド
レス線とを具備し、各アドレス線は隣接セルのト
ランジスタに接続されたトランジスタを選択的に
導通するようにし、各データ線は前記スイツチ用
トランジスタを介して各セルへデータを電荷が有
る無しの形で転送できるように接続し、各光結合
は発光素子と受光素子とより成り、各隣接メモリ
層間の光結合のため透明な絶縁層を介挿し、デー
タコピー線は各光結合と共働して選択的に駆動で
きるように接続し、関連したセルにデータが書込
まれる際に発光素子を発光させるよう構成し、前
記受光素子は隣接メモリ層からの光を受光して光
応答スイツチを閉じるように構成し、これによ
り、１メモリ層のメモリセルに記録されたデータ
を他の隣接したメモリ層の対応セルに書込みと同
時に転写するようにしたことを特徴とする三次元
光結合共有メモリ集積装置による演算システムを
提供するにある。

本発明の更に他の目的とする所は、メモリ層は
メモリ用コンデンサと、前記メモリ用コンデンサ
をオン・オフするMOSスイツチ用トランジスタ
とより成る複数個のメモリセルと、それらのメモ
リセルを制御するアドレス線と、それらのメモリ
セルにデータの書込みおよび読出しを行うデータ
線と、受光素子と、発光素子とデータを転送しコ
ピーするデータ転送線と、データコピー線とを具
備し、少くとも一対のメモリ層の発光素子と受光
素子とが互いに対向して位置するように集積化し
て積層配置し、このメモリ層を少くとも３層以上
三次元的に積層し、各メモリ層のメモリセル間を
発光素子と受光素子の対により光結合し、各メモ
リ層のメモリに記録した情報を書込と同時に他の
層のメモリセルに瞬時的に転送し、同一情報を保
有するよう構成し、各層のメモリ層に演算装置と
制御用コンピユータとを接続し、各メモリ層に接
続した演算装置は同一のメモリデータを共有しつ
つ同時並列的にデータの読取りとその演算処理を
するよう転送システムを構成したことを特徴とす
る三次元光結合共有メモリ集積装置による演算シ
ステムを提供するにある。

本発明の更に目的とす所は、制御用コンピユー
タと、これに接続された複数個の演算装置と、こ
の演算装置に接続されたそれぞれ少くとも一対の
発光素子と受光素子とをもつた三次元光結合共有
メモリ集積装置とより成り、前記メモリ集積装置
は、それぞれメモリ用コンデンサおよびそのコン
デンサをオン・オフするMOSスイツチ用トラン
ジスタよりなる複数個のメモリセルとそれらのメ
モリセルを制御するアドレス線並びにそれらのメ
モリセルにデータ書込みおよび読出しを行なうデ
ータ線とを実質的にほぼ透明の半導体層の表面に
二次元的に集積した少くとも３層以上の集積メモ
リ層を透明な絶縁層をそれぞれ介して積層したも
のより成り、これらメモリ層の発光素子及び受光
素子の上下層の隣接する位置を正確に一致させて
このメモリ層を少くとも３層以上を積層して三次
元的に光結合するよう構成し、前記各演算装置に
おいて、それぞれの分担した演算をし、その結果
を前記制御用コンピユータを介して制御しながら
各メモリ層のメモリセルへのデータ書込みを行う
手段と、この書込みデータを即時他のメモリセル
に前記三次元光結合により転送し並列処理する手
段とを具備し、前記１つの層のメモリセルへの書
込みと同時に三次元光結合により他の層のメモリ
セルに転送してコピーし得るよう構成配置したこ
とを特徴とする三次元光結合共有メモリ集積装置
による演算システムを提供するにある。

本発明の実施に当つては、前記メモリ層はシリ
コン半導体の基板をもつものであり、前記受光素
子は前記データ転送線とドレーンとの間に配置さ
れ光が当ると抵抗が下り、スイツチする材料より
成るものであることが必要である。

本発明の実施に当つては、前記データコピー線
はドーピングにより前記メモリ層の基板上に形成
された導電領域を介して受光素子に接続されてい
ることが必要であり、前記発光素子はガリウム砒
素（GaAs）の層又はゲルマニウムの層より成る
ものが好ましい。

（実施例） 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

本発明三次元光結合共有メモリ集積装置の基本
的構成の一例を第１図ａ〜ｃに示して説明するに
先立ち、本発明装置の基本的構成の基礎をなす冒
頭に述べた種類のメモリセルの従来構成を第２図
に示す。

図示の構成によるメモリセルは、いわゆる
1MOSダイナミツク型メモリセルであり、基板を
なすシリコン半導体層６の上面近傍に不純物をド
ープしてドレイン領域Ｄおよびソース領域Ｓを形
成するとともに、シリコン半導体層６の上面に酸
化珪素（SiO₂）絶縁層を被着形成し、そのSiO₂
絶縁層５を介し、ドレイン領域Ｄとソース領域Ｓ
とを橋絡する位置にゲート電極層Ｇを形成して
MOS型電界効果トランジスタ４を構成し、つぎ
に述べるメモリ用コンデンサをオン・オフするス
イツチとして作用させる。すなわち、MOSトラ
ンジスタ４のソース領域Ｓに接続した導電層E₁
とその導電層E₁とSiO₂絶縁層５を介して近接対
向する接地導電層E₂とを形成して、それらの導
電層E₁，E₂を両電極とするメモリ用コンデンサ
３を構成し、MOSスイツチ４により書込み読出
しを制御する。さらに、SiO₂絶縁層５をそれぞ
れ貫通してMOSトランジスタ４のゲート電極層
Ｇおよびドレイン領域Ｄにそれぞれ接続したアド
レス線１およびデータ線２をSiO₂絶縁層５上に
被着形成する。

上述のように構成した第２図示の1MOSダイナ
ミツク型メモリセルはつぎのように動作する。

まず、アドレス線１に電圧を印加してMOSト
ランジスタ４よりなる書込み読出しスイツチをオ
ン状態にしておき、データ線２からその書込み読
出しスイツチ４を介してデータをメモリ用コンデ
ンサ３に供給し、そのデータを蓄積電荷の形態に
して記憶させる。かかる記憶データをメモリ用コ
ンデンサ３から読出すには、同じくアドレス線１
に電圧を印加してオン状態にしたMOSスイツチ
４を介してメモリ用コンデンサ３から流出する電
荷の形態のデータをデータ線２により取出す。従
来慣用のメモリ集積装置においては、かかる構成
の1MOSメモリセルをシリコン半導体基板の表面
に二次元的に配置してあり、したがつて、同一基
板上のメモリセル間を結合させる配線は、二次元
配置したメモリセルの間を縫つて配置するので、
長大とならざるを得ず、信号伝送に時間遅延が生
ずるのは止むを得なかつた。

かかる1MOSダイナミツク型メモリセルの構成
を基礎にして複数の二次元メモリ集積回路を少く
とも３層以上三次元的に積層した形態をなす本発
明三次元光結合共有メモリ集積装置の基本的構成
について、その側断面図を第１図ａに示し、上面
図を第１図ｂに示し、一部を破断した斜視図を第
１図ｃに示す。

第１図ａを第２図と対比すれば明らかなとお
り、本発明共有メモリ集積装置において少くとも
３層以上で三次元的に積層した各三次元メモリ集
積層のメモリセルは、前述した1MOSダイナミツ
ク型メモリセルの構成に本発明の目的達成に必要
な変更を施したものであり、第１図ａ〜ｃにおけ
る第２図と同一の構成要素には同一の記号を付し
て示してある。しかして、第２図示の従来構成に
本発明により施した変更はつぎのとおりである。

すなわち、順次に積層して本発明共有メモリ集
積装置をなす各二次元メモリ集積層においては、
シリコン半導体層６の表面に第２図と全く同様に
1MOSダイナミツク型メモリセルを形成するとと
もに、MOSトランジスタ４のドレイン領域Ｄに
半ば重畳して接続した受光素子８をシリコン半導
体層６の表面に形成し、その受光素子８に重畳し
て発光素子７およびデータ転送線９を順次に積層
被着してある。また、受光素子８に半ば重畳し
て、ドレイン領域Ｄと同様にドープした導電領域
Daをシリコン半導体層６の表面近傍に形成し、
SiO₂絶縁層５を貫通して導電領域Daに接続する
データコピー線１０をSiO₂絶縁層５上に被着形
成し、さらに、SiO₂絶縁層５の全面を覆つて他
のSiO₂絶縁層５ａを被着してある。

かかる構成のメモリセルを各層上に、第１図ｂ
に示すように、二次元配置するとともに、各層の
メモリセルにおける発光素子７と受光素子群８の
位置を上下に正確に一致させて各二次元メモリ集
積層を少くとも３層以上で三次元的に積層する
と、各層の発光素子７、受光素子群８は、透明な
SiO₂絶縁層５ａおよびシリコン半導体層６を介
し、例えば第（ｉ−１）層１１の発光素子７から
発する光１３を第ｉ層１２の受光素子８が受ける
ことにより、光学的に結合する。したがつて、上
下層１１，１２のメモリセルは、最短距離をもつ
て相互に結合し、迅速に信号伝達を行ない得るこ
とになる。

なお、上述の構成に用いる発光素子７は、例え
ば、ｐ−ｎ接合を有するGaAs層によつて構成
し、また、受光素子８は、例えばゲルマニウム層
によつて構成し、例えば、下層の第（ｉ−１）層
１１の発光素子７におけるｐ−ｎ接合にデータ転
送線９によつて印加した順バイアス電圧に応じて
発生した光１３を上層の第ｉ層１２の受光素子８
が受けてその受光素子８内に電子・正孔対を生成
し、光伝導型の光スイツチ素子として機能する。

なお、下層の第（ｉ−１）層１１の発光素子７
を発光させて上層の第ｉ層１２の受光素子８によ
り受光する場合に、その間に介在するSiO₂絶縁
層５ａは透明で光１３をほとんど吸収しないが、
シリコン半導体層６は、本来不透明な材料よりな
つているので光１３を吸収する。しかし、光１３
の吸収の比率はわずかであり、シリコン半導体層
６の厚さを1μｍすなわち10^-4cmとするとこのシリ
コン半導体層６を通過する光１３の吸収は６％程
度に過ぎず、実際にはほとんど支障を生じない。

一方、受光素子８を構成するゲルマニウム層
は、その層厚を0.4μｍすなわち４×10^-5cmとする
入射光の70％を吸収し、高効率の受光が可能であ
る。

なお、上述した各素子は、いずれも、適切なパ
ターニングのもとに分子線エピタキシー法によつ
て形成することができる。

第１図示の構成による本発明三次元光結合共有
メモリ集積装置の記憶動作、特に、記憶内容コピ
ーの動作はつぎのようにして行なわれる。

すなわち、例えば、第（ｉ−１）層１１のメモ
リ用コンデンサ３に選択的にデータを書込む際に
は、第２図示の従来の1MOSダイナミツク型メモ
リセルにおけると同様に動作させ、アドレス線１
に電圧を印加してMOSスイツチ４をオン状態に
して、データ線２からメモリ用コンデンサ３にデ
ータを書込む。第（ｉ−１）層１１におけるかか
るデータ書込みの際に、メモリ内容の同一データ
を同時に第ｉ層１２のメモリ用コンデンサ３にも
コピーして書込むには、前述した層間の光結合を
用いる。すなわち、上述した第（ｉ−１）層１１
のメモリ用コンデンサ３へのデータ書込みと同時
に、その層１１のデータ転送線９にも電圧を印加
して、発光素子７に重畳した受光素子に接するド
レイン領域Ｄに接続したデータ線２にデータ符号
電圧が印加されたときに、上下の印加電圧に挟ま
れた発光素子７が発光するようにしておくととも
に、メモリ内容のコピーを行なうべき層、例えば
直上の第ｉ層１２においても、アドレス線１に電
圧を印加してMOSスイツチ４をオン状態にして
おくとともに、データコピー線１０にも電圧を印
加しておく。

かかる状態において、第（ｉ−１）層１１のデ
ータ線２にデータ信号電圧が印加されると、上述
したようにしてその層１１のメモリ用コンデンサ
３にデータが書込まれると同時に、データ線２の
信号電圧印加の度毎に、発光素子７が発光し、そ
の光１３を受光した第ｉ層１２の受光素子８が兼
ねる光伝導型光スイツチがその度毎にオン状態と
なる。しかして、その光伝導型光スイツチ８を介
して接続されるべき導電領域Daに接続したデー
タコピー線１０には電圧が印加されているので、
光スイツチ８がオン状態とな度毎に、データコピ
ー線１０の印加電圧が導電領域Daおよび光スイ
ツチ８を介してドレイン領域Ｄに印加され、その
ドレイン領域Ｄに接続したデータ線２にデータ信
号電圧が印加されたのと同じ状態となり、アドレ
ス線１への電圧印加によりオン状態となつている
MOSスイツチ４を介して、第（ｉ−１）層１１
のデータ線２により印加されたデータ信号電圧ど
おりのデータが第ｉ層１２のメモリ用コンデンサ
３にコピーして書込まれることになる。

本発明三次元光結合共有メモリ集積装置におけ
る各層内においては、第３図に示すように各層毎
に設けた演算処理装置（CPU）１５の制御のも
とに、各層毎のメモリ内容のデータを用いてそれ
ぞれ所要の情報処理を行なうとともに、そのメモ
リ内容を相互にコピーしたメモリ内容のデータを
用いて例えば類似の情報処理を並列に行なうこと
になり、かかる各層毎の情報処理は制御用CPU
１４により総括して系統的に制御される。なお、
各層間は、図示の光１３により下層から上層に向
けて順次に光結合され、所要の並列動作が行なわ
れるが、かかる光結合がなされない最上層と最下
層との間には、光ループ１６を設けて同様の光結
合を行なわせるのである。

また、以上の説明においては、各層毎に受光素
子８の上に発光素子７を重ねて配置し、下層から
上層へのみ光結合がなされるようにしたが、発光
素子７と受光素子８との重畳の順序が上下反転さ
せて、上層から下層へ光結合がなされるようにす
ることもできる。さらに、連続して積層した複数
層のメモリ用コンデンサ３に、上述したコピー動
作を同時に行なわせて、同一メモリ内容を書込む
こともでき、その際、同一メモリ内容をメモリ用
コンデンサ３にコピーして書込む必要のない層に
ついては、アドレス線１に電圧を印加せずに、そ
の層の受光素子８および発光素子７により光１３
の中継のみを行なわせるようにすることもでき
る。

第１図ｄは第１図ａの第ｉ層１２の等価回路を
示すもので、第１図ａの第（ｉ−１）層１１もこ
れと同じである。第（ｉ−１）層１１からの光信
号により第ｉ層１２にデータが三次元光結合によ
りコピーされ並列演算できる状態を以下に詳細に
説明する。

第（ｉ−１）層１１のメモリ用コンデンサ３に
データを書込む時には、アドレス線１に電圧を印
加してMOSスイツチ４をオン状態にして、デー
タ線２からメモリ用コンデンサ３にデータを書込
む。この時、同時にデータ転送線９にも電圧を印
加すると、発光素子７に端子９と２を介して電圧
が印加されることになるので、第（ｉ−１）層１
１の発光素子７から第ｉ層１２の受光素子８に向
つて光１３が入射する。第（ｉ−１）層から第ｉ
層の受光素子８に光が入射すると、受光素子８の
抵抗は暗状態で無限大であつたものが、光照射に
より事実上抵抗ゼロとなり光スイツチとして働
く。この時データコピー線１０に電圧を印加して
おくと、これは導電領域Da→受光素子８→ドレ
イン領域ＤとMOSスイツチ４のドレイン領域Ｄ
に電圧が印加される。従つてアドレス線１へも同
時に電圧を印加すると、MOSスイツチ４はオン
状態となるから、データコピー線１０からの電圧
がメモリ用コンデンサ３に印加され、第（ｉ−
１）層から第ｉ層へのデータの光転送が達成され
る。

また、この時、データ転送線９に電圧を印加す
ると、データコピー線１０との間で発光素子７に
電圧が印加され、受光素子８の抵抗がゼロにな
り、発光するため、第ｉ層から（ｉ＋１）層へ更
にデータが転送される。

第３図について、本発明の三次元光結合共有メ
モリ集積装置について説明する。

本発明の装置は、新しい構造の三次元集積回路
メモリであり、コンピユータの並列処理がハード
ウエアレベルで可能となる。

第３図は本発明の三次元光結合共有メモリを用
いたコンピユータシステムの一例を示す。多数の
演算装置が、それぞれ対応するメモリにつなが
れ、１からｎ番目のメモリ上のデータの内容が同
一になるよう各メモリ間で光により情報の伝達が
行なわれる。三次元光結合共有メモリは、この１
からｎ番目のメモリ部分を三次元に集積したメモ
リである。

以上の特徴から、例えば、一層当り数キロビツ
ト以上あれば、５層程度の積層数の三次元光結合
共有メモリで、従来の方式の集積回路メモリを用
いてはできない高機能なシステムが構築できる。

本発明三次元光結合共有メモリ集積載置による
コンピユータの並列処理について、更にくわしく
説明する。

第３図における多数のCUP１５は、それぞれ
独立の命令（プログラム）を実行する演算装置で
ある。各CPUはそれぞれのプログラムに従つて、
自分の所有するメモリからデータを読み出し演算
処理を行うことができる。

このデータ読み出しは全てのCPUが同時並列
的に実行できる。

演算処理の終了したCPUは、随時このデータ
を自分のメモリに再度書き込むことができる。

複数のCPUが、同時に同じ番地のメモリセル
にデータを書き押もうとすると不具合なため、こ
れを回避する制御を制御用CPU１４により行う。
もともと複数のCPUが同一番地のメモリセルに
データを書込む確率は極めて低いので、実質的に
は、各CPUは殆んど自由に同時並列的に演算処
理後のデータを各自のメモリに書き込むことがで
きる。あるメモリ層に書き込まれたデータは本シ
ステムにより瞬時に他のメモリ層に転送される。

メモリデータ読出し→演算処理（１ステツプの
プログラムの実行）→（メモリへのデータの書込
み）一連の動作を終つた後、各CPUは次のプロ
グラム実行に移る前に、書き変えられた各メモリ
層のデータが他の全てのメモリ層に光結合により
点されたメモリデータを共有していることを確認
する。この確認（タイミング制御）も制御用
CPUが行う。以上によりプログラム実行の１サ
イクルが終了する。このように全てのCPUは独
立してかつ同時並列的にメモリデータの読出し、
演算処理、メモリデータの書き換えを実行でき
る。このような実時間同時並列処理を実現できる
ためには、本発明三次元光結合共有メモリ集積装
置が不可欠である。

また、以上の説明においては、各構成要素の材
料に特定の半導体材料名挙げたが、本発明はそれ
らの材料によつて構成した場合に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、任意の
材料をもつて各構成要素を形成することができ
る。例えば、半導体層１は、シリコンとする他、
GaAlAs系をはじめとする−族化合物半導体
およびその組合せによる多層構造あるいはアモル
フアス半導体層とすることもでき、絶縁層５，５
もSiO₂とする他、集積回路に慣用の広汎な範囲
の他の絶縁材料や不純物を添加しない半絶縁性半
導体材料をもつて形成することもできる。一方、
発光素子は、受光素子よりエネルギーギヤツプの
大きい半導体材料を用いて形成する点を考慮しさ
えすれば、ヘテロ接合を含む−族および−
族の化合物半導体の組合わせあるいはアモルフ
アス半導体の組合せによつて形成することもでき
る。なお、これらの材料による各構成要素の形成
には、一般に周知慣用の気相成長あるいは液相成
長法を用いることもできる。

（効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、三次元光結合共有メモリ集積装置における各
層間を発光素子と受光素子との組合せにより光学
的に結合させるので、簡単な回路構成により、信
号伝達に時間遅延を生ずることなく、高速の並列
演算処理を行なうことが可能となり、図形処理や
音声認識等のパターン認識を主とする情報の並列
演算処理が不可避の情報処理技術分野における工
業上の効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃおよびｄは本発明三次元光結
合共有メモリ集積装置の構成例をそれぞれ示す側
断面図、上面図および一部破断した斜視図、第１
図ｄはその等価回路図、第２図は1MOSダイナミ
ツク型メモリセルの従来構成を示す側断面図、第
３図は本発明三次元光結合共有メモリ集積装置に
おける各層間の光結合とコンピユータシステム構
成の例を模式的に示す斜視図である。 １……アドレス線、２……データ線、３……メ
モリ用コンデンサ、４……MOSスイツチ、５，
５ａ……SiO₂絶縁層、６……シリコン半導体層、
７……発光素子、８……受光素子、９……データ
転送線、１０……データコピー線、１１……第
（ｉ−１）層、１２……第ｉ層、１３……光、１
４……制御用CPU、１５……CPU、１６……光
ループ、Ｄ……ドレイン領域、Ｇ……ゲート電極
層、Ｓ……ソース領域、D_a……導電領域、E₁，
E₂……導電層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各演算装置と対応した各メモリ層を有する三
   次元光結合共有メモリ集積装置であつて、各メモ
   リ層はそれぞれメモリ用コンデンサおよびコンデ
   ンサへのデータの書込み、読出しを制御するスイ
   ツチ用トランジスタよりなる複数個のメモリセル
   とそれらのメモリセルを制御するアドレス線並び
   にそれらのメモリセルにデータの書込みおよび読
   出しを行うデータ線と少くとも一対の発光素子と
   受光素子とを対向させて、実質的にほぼ透明な半
   導体基板の表面に二次元的に集積したものより成
   り、この少くとも３層以上のメモリ層をそれぞれ
   透明な絶縁層を介して積層し、これらを光ループ
   により三次元的に光結合し、制御コンピユータの
   制御のもと、所望のメモリ層への書込み時、三次
   元光結合により書込みデータを他のメモリ層に転
   送し所望のメモリ層への書込みと同時に他のメモ
   リ層へのコピーを行うことを特徴とする三次元光
   結合共有メモリ集積装置。 ２ 前記メモリセルのトランジスタは前記メモリ
   用キヤパシタに接続されたソースと、前記アドレ
   ス線に接続されたゲートと、前記データ線に接続
   されたドレーンとをもつた電界効果型トランジス
   タであり、前記データコピー線は受光素子の一端
   に接続され、受光素子の他端は前記ドレーンに接
   続され、前記発光素子はデータ転送線とドレーン
   との間に設けられ、前記データ転送線とドレーン
   領域間に電圧が加えられると導通し動作状態とな
   り、前記データコピー線は受光素子が受光しスイ
   ツチ端子間の回路を閉成したときのみ、関連した
   メモリセルにデータを書込と同時に転送すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三次元
   光結合共有メモリ集積装置。 ３ 他の隣接メモリ層との間に介挿された絶縁層
   を介して互いに積層された少くとも３層以上のメ
   モリセルと、各メモリセルに接続した演算装置
   と、制御用コンピユータとより成り、各メモリ層
   は複数個のメモリセルを持ち、各メモリセルはト
   ランジスタでスイツチできるコンデンサと、前記
   メモリセルと共働するアドレス線とを具備し、各
   アドレス線は隣接セルのトランジスタに接続され
   たトランジスタを選択的に導通するようにし、各
   データ線は前記スイツチ用トランジスタを介して
   各セルへデータを電荷が有る無しの形で転送でき
   るように接続し、各光結合は発光素子と受光素子
   とより成り、各隣接メモリ層間の光結合のため透
   明な絶縁層を介挿し、データコピー線は各光結合
   と共働して選択的に駆動できるように接続し、関
   連したセルにデータが書込まれる際に発光素子を
   発光させるよう構成し、前記受光素子は隣接メモ
   リ層からの光を受光して光応答スイツチを閉じる
   ように構成し、これにより１メモリ層のメモリセ
   ルに記録されたデータを他の隣接したメモリ層の
   対応セルに書込みと同時に転写するようにしたこ
   とを特徴とする三次元光結合共有メモリ集積装置
   による演算システム。 ４ メモリ層はメモリ用コンデンサと、前記メモ
   リ用コンデンサをオン・オフするMOSスイツチ
   用トランジスタとより成る複数個のメモリセル
   と、それらのメモリセルを制御するアドレス線
   と、それらのメモリセルにデータの書込みおよび
   読出しを行うデータ線と、受光素子と、発光素子
   とデータを転送しコピーするデータ転送線と、デ
   ータコピー線とを具備し、少くとも一対のメモリ
   層の発光素子と受光素子とが互いに対向して位置
   するように集積化して積層配置し、このメモリ層
   を少くとも３層以上三次元的に積層し、各メモリ
   層のメモリセル間を発光素子と受光素子の対によ
   り光結合し、各メモリ層のメモリに記録した情報
   を書込と同時に他の層のメモリセルに瞬時的に転
   送し、同一情報を保有するよう構成し、各層のメ
   モリ層に演算装置と制御用コンピユータとを接続
   し、各メモリ層に接続した演算装置は同一のメモ
   リデータを共有しつつ同時並列的にデータの読取
   りとその演算処理をするよう転送システムを構成
   したことを特徴とする三次元光結合共有メモリ集
   積装置による演算システム。 ５ 制御用コンピユータと、これに接続された複
   数個の演算装置と、この演算装置に接続されたそ
   れぞれ少くとも一対の発光素子と受光素子とをも
   つた三次元光結合共有メモリ集積装置とより成
   り、前記メモリ集積装置は、それぞれメモリ用コ
   ンデンサおよびそのコンデンサをオン・オフする
   MOSスイツチ用トランジスタよりなる複数個の
   メモリセルとそれらのメモリセルを制御するアド
   レス線並びにそれらのメモリセルにデータの書込
   みおよび読出しを行なうデータ線とを実質的にほ
   ぼ透明の半導体層の表面に二次元的に集積した少
   くとも３層以上の集積メモリ層を透明な絶縁層を
   それぞれ介して積層したものより成り、これらメ
   モリ層の発光素子及び受光素子の上下層の隣接す
   る位置を正確に一致させてこのメモリ層を少くと
   も３層以上を積層して三次元的に光結合するよう
   構成し、前記各演算装置において、それぞれの分
   担した演算をし、その結果を前記制御用コンピユ
   ータを介して制御しながら各メモリ層のメモリセ
   ルへのデータ書込みを行う手段と、この書込みデ
   ータを即時他のメモリセルに前記三次元光結合に
   より転送し並列処理する手段とを具備し、前記１
   つの層のメモリセルへの書込みと同時に三次元光
   結合により他の層のメモリセルに転送してコピー
   し得るよう構成配置したことを特徴とする三次元
   光結合共有メモリ集積装置による演算システム。