JPH06507039A - 不揮発性プログラム／消去可能な相互接続セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不揮発性プログラム／消去可能な相互接続セル発明の背景 産業上の利用分野 本発明は不揮発性のプログラム／消去可能な相互接続セルに関し、特にセルフセ ンシング相互接続セルに関するものである。

従来技術 一般に、従来技術に於てスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）セル は入力リードと出力リードとを接続するためのプログラム可能な制御トランジス タスイッチとして用いられていた。しかしながら、プログラム可能な接続でのＳ ＲＡＭセルの使用は多くの不具合を有している。

例えば、ＳＲＡＭセルは一般に４個〜６個のトランジスタを必要とすることから 、結果的に相互接続セルが比較的大型化する。加えて、ＳＲＡＭセルは揮発性で あり、即ち電源を切った場合には再度プログラムし直さなければならない。

よって、不揮発性の相互接続セルを設計しようとする試みがある。例えば、入力 リードと出力リードとの接続に浮遊ゲートトランジスタを用いる。この構成によ れば相互接続セルのサイズが小さくなるが、浮遊ゲートトランジスタのプログラ ミング特性により、標準的なプログラムネ可能なトランジスタを用いる場合に比 較して本質的にその性能が低下する。

他の従来技術では、浮遊ゲートトランジスタと選択トランジスタとをセンスアン プに接続するものがある。このセンスアンプは入力リードと出力リードとに接続 されたパストランジスタに接続されるようになっている。また、このセンスアン プは、パストランジスタを効率的にスイッチングすることにより高い性能の相互 接続を提供するが、その場合、そのサイズのためにセル密度が犠牲にされる。

発明の摘要 本発明ではトランジスタの数及びメモリセルに必要なセンシング手段を低減し、 従来技術の不具合を確実に解決するプログラマブル相互接続セルを提供すると共 に高速かつ低消費電力の不揮発性メモリを提供する。本発明の具体例としてのプ ログラマブル相互接続セルは２つのリードに接続されたパストランジスタを有す る。またプログラマブルセルはパストランジスタの制御ゲートに接続され、これ により２つのリード間を選択的に接続／非接続する電圧を供給する。このプログ ラマブルセルは選択トランジスタに接続された浮遊ゲートトランジスタを有する 。上記プログラマブルセルにより供給される電圧は浮遊ゲートトランジスタと選 択トランジスタとの間の共通接続部から導かれる。

本発明は、添付の図面と共に以下の記述により完全に理解されるであろう。

図面の簡単な説明 図１は本発明に基づく最も一般的な接続マトリクスを説明する概略的なブロック 図である。

図２は本発明に基づくプログラマブルセルの接続状態を示す概略構成図である。

発明の詳細な記述 本発明では消去可能なプログラマルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）または 電気的に消去可能なプログラマルトリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）が用い られる。一般に、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭは電気的に直接接続されない“ 浮遊ゲート”を有することにその特徴を有すると共にプログラム動作及び消去動 作の電位が加えるための“制御ゲートを有することに特徴を有する。上記浮遊ゲ ートは基板領域に対して絶縁材からなるゲート酸化膜により隔絶されている。こ の基板領域は浮遊ゲートの下にチャネル領域を郭定するための対称なソース及び ドレイン領域を含む。また、浮遊ゲートと制御ゲートとは絶縁材層により隔絶さ れている。

ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭデバイスの作動原理は電子または電荷が上記した 浮遊ゲートにキャノくシタのように蓄積されることにあり、これにより不揮発性 メモリが形成される。プログラミング及び消去は、例えばトンネル酸化膜を通過 するファーラーノードノ１イムトンネリングにより起こされる。

ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭデバイスを含む相互接続セルはメモリセルに必要 なトランジスタの総数をも減らす。

この削減を達成する本発明の具体例を図１に示す。

図１に示す接続マトリクス５０はプログラマブルセルとＮ型の電界効果トランジ スタとを組合せた行列マトリクスからなる。このように、第１列目がプログラマ ブルセル１１．１５．１９と、これに組み合わされるパストランジスタ３０．３ ４．３８とを含む。パストランジスタ３０．３４及び３８のドレインは入力線１ に接続されている。電界効果パストランジスタ３０．３４及び３８のソースは出 力線５〜７に各々接続されている。第２、第３及び第４列のプログラマブルセル 及びこれに組み合わされたパストランジスタは同様な構造を有しているのでこれ 以上の説明を省略する。

入力リード１．２．３及び／または４に伝えられた信号は選択的な出力リード５ 〜７の何れかに伝達される。換言すれば、あるセルをプログラミングするために 、ユーザは選択的にどの入力信号をどの出力に伝達するかを決定する。

本発明に基づくプログラマブルセルは入力及び出力リード間の接続を作り出す。

本発明の一実施例に於て、出力リードは１つの入力リード以外には接続されない 。さもなければ、出力リードの制御のために２つの人力リードが取り合不確定な 出力状態になるかもしれない。

図１は　４つの人力リード１〜４と３つの出力リード５〜７とを有する接続マト リクス５０を示す。一般に、出ツノリードの数は入力リードの数以下である。前 の文節で述べたこの接続の制限を認めることによって論理上当然の結果としてマ トリクス内のプログラマブルセルの数は出力の数以下となる。

プログラマブルセルが適当な電圧を加えると人力信号力（出力リードに伝えられ る。即ち、３〜４Ｖの電圧が一般的にパストランジスタのゲートを充分に作動さ せるため（こ要求される。もしもパストランジスタに接続されたゲート１こ０■ がプログラマブルセルから加えられると、電流が発生せず人力リードと出力リー ドとの間に接続が生じない。Ｎ型トランジスタが本発明の一実施例に用いられて いるが、これはＮ型トランジスタがＰ型トランジスタに比較して小さなインピー ダンスとなるためであり、それによってデノくイスの速度が増す。更に、Ｎ型ト ランジスタは高密度化力（容易であり、それにより接続マトリクスのサイズが小 さくなる。

本発明に基づくパストランジスタ３０〜４１の幅及び長さは幾つかの制限を受け る。特に、］（ストランジスタの長さに対する幅の比が大きいと、接続に於ける インピーダンスは低くなるがトランジスタのサイズが大きくなる。このように、 ユーザは最終目的が高密度化であるか高速化であるかにより相互接続セルを容易 にデザインすることできる。

加えて、パストランジスタによって、接続部のインピーダンスが、与えられた電 圧でのセルプログラミング特性とは無関係になる。

本発明の一実施例である図１に示すように、接続マトリクスは充分に一般的であ り、即ちマトリクスの行と列との交点はプログラマブルセルとパストランジスタ とを有し、そのマトリクス内で、ある入力リードはある接続リードに接続され得 るようになっている。よって、１２個のプログラマブルセル１１〜２２の中から 最大３つ（出力の数）が入力リードから出力リードに接続するようにプログラム 可能となっている。実際には、最小で１０個の入力と１０個の出力のマトリクス が一般的である。充分に一般的なマトリクスを仮定して、その場合１００個のプ ログラマブルセルは最大１０個のセルがプログラムされる（出力の数）。

従って、最大でプログラマブルセルの１０％がプログラムされる（１０÷１００ ＝１０％）。このパーセントは接続マトリクスによる低消費電力に於て重要な役 割を果たしており、後で詳述する。

図２は図１のマトリクスに用いられるプログラマブルセルの概略構成図である。

表１はプログラマブルセルのための作動の５つのモードを示す。

（以下余白） （表１） ５つの作動モード及び読み出し電圧 読み出しモードは相互接続セルのための標準的なモードである。出力リードと入 力リードとの接続または非接続状態の維持の何れかである読み出しモードは、リ ード１００〜１０３に供給される電圧及び浮遊ゲートトランジスタ１０５の閾値 電圧Ｖｔにより作り出されるバイアスによる。

読み出しモードに於けるバイアスについて、例えば１゜２Ｖの電圧Ｖ　Ｒｅｆは リード１００に供給され、標準的に５■の電圧Ｖｃｃはリード１０３に供給され 、更にリード１０２は接地される。電圧Ｖ　Ｒｅｆ２はリード１０１に供給され 、このＶ　Ｒｅｆ２は選択トランジスタ１０６を作動させるのに辛うじて充分な 電圧である。

接続及び非接続状態は浮遊ゲートトランジスタ１０５の低閾値電圧（ＬｏＶｔ） 及び高閾値電圧（ＨｉＶｔ）ｌこ関係しており後述する。一般に、高閾値電圧Ｈ ｉＶｔｉｔ３Ｖ〜４Ｖの間であり、低閾値電圧ＬｏＶｔはおよそ−１，５■であ る。後の文節で述べるように、上記した高閾値電圧及び低閾値電圧は各々消去モ ード及びプログラムモード（こ於てセットされる。

もしも高閾値電圧Ｈ＋　ｖｔが浮遊ゲートトランジスタ１０５にセットされると 、読み出しモード電圧Ｖ　Ｒｅｆが浮遊ゲートトランジスタ１０５を作動させる のに充分でなくなる（ＶＲｅｆ＜　Ｈｉ　Ｖｔ）。浮遊ゲートトランジスタ１０ ５１よオフとなり、かつ選択トランジスタ１０６がオンとなるため、選択トラン ジスタ１０６はリード１０４を接地する電圧を得る。表２に示すようにトランジ スタ１０５及び１０６を通過する電流は生じない。図１に示すように例えばノく ストランジスタ３０のゲートにＯＶが加えられる。結果としてパストランジスタ ３０はオフし入力リード１と出力リード５との間は接続されない。

（以下余白） （表２） リードモードで用いる浮遊ゲートトランジスタの低閾値電圧及び高閾値電圧 リード１０４の　トランジスタ１０５及び電圧　＋０６の電流 ここで、Ｖｔは浮遊ゲートトランジスタ１０５の閾値電圧である。

しかし、もし低閾値電圧ＬｏＶｔが浮遊ゲートトランジスタ１０５にセットされ ると読み出しモード電圧ＶＲｅｆが浮遊ゲートトランジスタ１０５を作動させる （ＶＲｅｆ＞　Ｌ　ｏ　Ｖｔ）。

選択トランジスタ１０６をバイアスし、そのサイズを適切に定めることにより、 電流を２０μ八未満となるようにし、それにより選択トランジスタ１０６での電 圧降下が最小化される。

従って、リード１０４の電圧はＶｃｃ、即ち５■または基準電圧Ｖ　Ｒｅｆから 閾値電圧Ｖｔを減じたものよりも低くなる。

例えば、もしリード１００の電圧が１．５Ｖであり、かつ閾値電圧Ｖｔが−１， ５Ｖ以下である場合、リード１０４の閾値電圧は決定される（１．５−　（−１ ，５）＝３）。換言すれば、最小３Ｖがリード１０４に加えられることが確保さ れる。結果として入力リード１と出力リード５との接続が形成される。

標準的なアプリケーションに於ける接続マトリクスは１０％以下のプログラムさ れた、即ちトランジスタ１０５が高閾値電圧ＨｉＶｔを有する、プログラマブル セルを有していることから、読み出しモードに於ける接続マトリクスの消費電力 が低減される。尚、本発明によればこの相互接続セルはセンシング手段を必要と せず、これによりセルフセンシング相互接続セルが形成される。

消去モードの目的は浮遊ゲートトランジスタ１０５に３〜４■の間の閾値電圧を 供給することである。この終了はリード１００を介してトランジスタ１０５の制 御ゲートＣＧに、一般的に１４Ｖ程度の高電圧ＨＶを供給し、例えば５Ｖの電圧 をリード１０１にかけ、リード１０２を接地し、リード１０３をフロート状態と することにより達成される。

これは、トランジスタ１０５のトレインからトンネル酸化膜を介して浮遊ゲート ＦＧに電子がトンネルすることによる。このトンネリングは、トランジスタ１０ ５の閾値電圧Ｖｔが高くなるようにトランジスタ１０５の浮遊ゲートＦＧに電子 が蓄積される結果となり、トランジスタ１０５が読み出しモードの間リード１０ ０に加えられる読み出し電圧Ｖ　Ｒｅｆに応じて作動しないようになる。

プログラムモードに於て、その目的は浮遊ゲートトランジスタ１０５に−１，５ Ｖに近い閾値電圧Ｖｔを加えることにある。これは、上記したトンネリングプロ セスの逆により達成される。即ち、トランジスタ１０５の浮遊ゲートからのトン ネリング電子がそのトランジスタのトンネル酸化膜を通過してドレイン領域に至 ることによりトランジスタ１０５の浮遊ゲートＦＧに正の電荷が蓄積される。本 発明の一実施例に於てはリード１００に−１，５ｖが供給され、リード１０１及 びリード１０２に高電圧が供給され、更にリード１０３がフロート状態にされる ことによりこれが起こる。これらの電圧が加えられたときトランジスタ１０５の ソース領域が結果的にドレイン領域になり、またはその逆にもなる。

上記プログラマブルセルを構成するための特別な電圧が表１に示されている。例 えば、プログラムモードに於てリード１００に−１，５■が加えられることにつ いて言及すると、更に負の電圧をかけると、より高い電圧がトンネル酸化膜を横 切り、これによりプログラムされた閾値電圧■ｔがより低くなる。上述したよう に、目的はトンネル酸化領域を横切る適当な電圧を加えるためであり、それによ りトランジスタ１０５に適当な閾値電圧Ｖｔが設定される。

表１の最後の２つの作動モードに於て、検査はトランジスタ１０５が適当な閾値 電圧Ｖｔを有していることを保証するために行われる。特に、低閾値電圧■、ｏ Ｖｔ検査モードの目的は、実際、プログラミングが行われた後にトランジスタ１ ０５の閾値電圧Ｖｔが−１，５Ｖに設定されたことを検査するためのものである 。この検査はリード１００に−１゜５■が加えられ、リード１０１に５Ｖが加え られ、リード１０３が接地され、更に電流源＋　ｐｕｌｌ−ｕｐがリード１０２ に接続されることにより行われる。もしトランジスタ１０５の浮遊ゲートの閾値 電圧Ｖｔか−１，５■以下であった場合、両トランジスタ、即ち浮遊ゲートトラ ンジスタ１０５と選択トランジスタがオンし、リード１０２の電圧が接地電圧に 引き下げられる。もしリード１０２の電圧が降下しなければ、閾値電圧Ｖｔは充 分に低くプログラムされていない。

即ち、浮遊ゲートトランジスタ１０５は受け入れられない閾値電圧を有している こととなる。

高閾値電圧Ｈｉ　Ｖｔモードの検査の目的は、浮遊ゲートトランジスタ１０５の 消去の後に浮遊ゲートトランジスタ１０５の閾値電圧Ｖｔが３ｖ〜４Ｖに近い電 圧になっていることを検査することである。この検査は上記と同様なプロセスに より行われる。

全ての入力電圧は、リード１００に加えられる電圧を除外して低閾値電圧ＬｏＶ ｔ検査モードと同じである。高閾値電圧Ｉ］ｉｖｔモードの検査に於て、高閾値 電圧検査モード電圧、即ち１ｖ近くまたはそれ以上Ｖ　Ｒｅｆよりも高いＶＲｅ ｆ３（通常電圧Ｖ　Ｒｅｆ３は２．０〜２．５■の間）がトランジスタ１０５０ 制御ゲートに加えられる。適正な高閾値電圧が設定されたと仮定して、浮遊ゲー トトランジスタ１０５はオフしたままである。よって、リード１０２の電圧は選 択トランジスタ１０６により５Ｖに引き上げられる。もしリード１０２の電圧が 昇圧しない場合、浮遊ゲートトランジスタ１０５は基準電圧Ｖ　Ｒｅｆ３に応じ て作動し、満足されない低レベルに消去されている。

本発明を特定の実施例について説明したが、本発明の権利範囲は請求の範囲によ り限定され、単に例示された上記実施例に限定されるものではない。例えば、特 定の電圧レベル、電界効果トランジスタの形式及び浮遊ゲートトランジスタの形 式は単なる例示にすぎない。従って、例示していない他の実施例やその応用につ いては請求の範囲により本発明の権利範囲を逸脱しない。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．第１のリードと第２のリードとを接続するための相互接続セルであって、 該相互接続セルの前記第１のリードと前記第２のリードとを接続するべく、信号 を通過させることを決定する第１及び第２の端子と制御端子とを有する第１のト ランジスタと、 前記第１のトランジスタの前記制御端子に接続された不揮発性のプログラマブル セルとを有し、前記プログラマブルセルは、前記トランジスタを作動／非作動さ せるべく前記制御端子に第１の電圧を伝達し、それにより前記第１のリードと前 記第２のリードとを接続／非接続状態とすることを特徴とする相互接続セル。
2. ２．前記プログラマブルセルが、浮遊ゲート、制御ゲート、ソース及びドレイン 領域を有する第２のトランジスタと、ソース及びドレイン領域を有し、かつ該ド レインが前記第２のトランジスタの前記ソースに接続された第３のトランジスタ とを有し、 前記第１の電圧が前記第３のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間共通 接続部から印加されることを特徴とする請求項１に記載の相互接続セル。
3. ３．前記プログラマブルセルがプログラム消去可能となっていることを特徴とす る請求項２に記載の相互接続セル。
4. ４．前記プログラマブルセルが電気的にプログラム消去可能となっていることを 特徴とする請求項２に記載の相互接続セル。
5. ５．第１のリードと第２のリードとを接続するための相互接続セルであって、 ゲート、ソース及びドレイン領域を有する第１のトランジスタを有し、 前記第１のトランジスタの前記ドレインが前記第１のリードに接続され、 前記第１のトランジスタの前記ソースが前記相互接続セルの前記第２のリードに 接続され、 不揮発性のプログラマブルセルが前記第１のトランジスタの前記ゲートに接続さ れ、 前記プログラマブルセルが、前記第１のトランジスタを制御するべく該トランジ スタの前記ゲートに第１の電圧を伝達し、これにより前記第１のリードと前記第 ２のリードとを接続／非接続状態とすることを特徴とする相互接続セル。
6. ６．前記プログラマブルセルが、浮遊ゲート、制御ゲート、ソース及びドレイン 領域を有する第２のトランジスタと、制御ゲートとソース及びドレイン領域とを 有する第３のトランジスタとを有し、 前記第２のトランジスタの前記ドレインが第１の電圧源に接続され、 前記第２トランジスタの前記制御ゲートが第２の電圧源に接続され、 前記第３のトランジスタの前記ソースが第３の電圧源に接続され、 前記第３のトランジスタの前記ゲートが第４の電圧源に接続され、 前記第３のトランジスタの前記ドレインが前記第２のトランジスタの前記ソース に接続され、 これにより前記第１の電圧が前記第２のトランジスタと前記第３のトランジスタ との間の共通接続部から印加されることを特徴とする請求項５に記載の相互接続 セル。
7. ７．前記プログラマブルセルがプログラム的に消去可能であることを特徴とする 請求項６に記載の相互接続セル。
8. ８．前記プログラマブルセルが電気的にプログラム消去可能となっていることを 特徴とする請求項６に記載の相互接続セル。