JPH1117123A - 不揮発性記憶素子 - Google Patents
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Abstract
頼性が高く、記憶内容を破壊することなく読み出し等の
処理を行なうことが可能な不揮発性記憶素子を提供す
る。 【解決手段】 メモリセル20は、直列に接続された2
つのコンデンサCf1、Cf2を備えている。該2つのコン
デンサはともに同一工程で造り込まれた強誘電体コンデ
ンサである。したがって、強誘電体材料のいかんに拘ら
ず、両コンデンサの面積比を調整するだけで、両コンデ
ンサのカップリング比を調整することができる。メモリ
セル20の両端に、記憶すべき情報に対応した電圧を印
加することにより、両コンデンサに分極反転を生じさせ
ることで情報を書込む。情報を読み出すには、メモリセ
ル20の両端部20a,20bに、グランド電位を与え
る。このときの接続部20cの電位に基づいて情報を読
み出す。したがって、読み出し時に、両コンデンサの分
極状態が変化することはない。
Description
子に関し、特に、強誘電体のヒステリシス特性を利用し
て情報を記憶する技術に関する。
いたFET(電界効果型トランジスタ)が提案されてい
る。強誘電体膜(たとえば、PZT(PbZrxTi
1-xO3))を用いたFETの一例を図10に示す。図1
0に示すFET12は、MFMIS(Metal Ferroelect
ric Metal Insulator Silicon)構造のFETと呼ば
れ、半導体基板2のチャネル形成領域CHの上に、ゲー
ト酸化膜4、フローティングゲート6、強誘電体膜8、
コントロールゲート10をこの順に形成したものであ
る。
地し、コントロールゲート10に正の電圧+Vを与える
と強誘電体膜8は分極反転を起こす。コントロールゲー
ト10の電圧を除去しても、強誘電体膜8の残留分極に
よりチャネル形成領域CHには負の電荷が発生する。こ
れを「1」の状態とする。
−Vを与えると、強誘電体膜8は逆方向に分極反転を起
こす。コントロールゲート10の電圧を除去しても、強
誘電体膜8の残留分極によりチャネル形成領域CHには
正の電荷が発生する。これを「0」の状態とする。この
ようにして、FET12に情報(「1」または「0」)
を書込む。
ルゲート10に読み出し電圧Vrを与える。読み出し電
圧Vrは、「1」の状態におけるFET12のしきい値
電圧Vth1と、「0」の状態におけるFET12のしき
い値電圧Vth0との間の値に設定されている。したがっ
て、コントロールゲート10に読み出し電圧Vrを与え
たとき、所定のドレイン電流が流れたか否かを検出する
ことにより、書込まれた情報が「1」であったか「0」
であったかがわかる。読み出しを行なう際、書込まれた
情報が消えることはない。
用いれば、いわゆる非破壊読み出しが可能となる。この
ため、従来の破壊読み出しの強誘電体メモリ(図示せ
ず)のように、読み出しを行なう際、記憶内容がいった
ん破壊されることはない。したがって、読み出し動作時
の動作速度が速い。また、消費電力が小さい。さらに、
強誘電体膜の劣化が少ないので、記憶内容保持に関する
信頼性が比較的高い。
ような強誘電体膜を用いたFETには、つぎのような問
題点がある。図11に示すように、書込み時において
は、FET12は、強誘電体膜8を持つコンデンサCf
(容量Cf)と、ゲート酸化膜4を持つコンデンサCo
(容量Co)とを直列に接続した形になっている。した
がって、基板2とコントロールゲート10との間に電圧
V(=+Vまたは−V)を与えた場合、強誘電体膜8を
持つコンデンサCfには、次式で示す分圧Vf、 Vf=Co/(Cf+Co)・V がかかる。
ためには、上述の分圧Vfをある程度大きくする必要が
ある。したがって、上式からわかるように、コンデンサ
Coの容量に対するコンデンサCfの容量をある程度小さ
くしなければならない。ところが、強誘電体膜8を構成
するPZTの比誘電率εf(200〜1000)は、ゲ
ート酸化膜4を構成するSiO2の比誘電率εo(3.
9)に比べかなり高い。
および強誘電体膜8の厚さtfをそれぞれ一定とすれ
ば、上式の分圧Vfを大きくするには、強誘電体膜8の
面積に対しゲート酸化膜4の面積をかなり大きくしなけ
ればならない。これでは、不揮発性メモリのコンパクト
化を図ることができない。
強誘電体膜8の誘電率をゲート酸化膜4の誘電率と同程
度まで小さくすればよい。しかしながら、強誘電体膜8
の誘電率を小さくするのは容易ではない。仮に、ゲート
酸化膜4の誘電率と同程度の誘電率の強誘電体膜8を得
られたとしても、強誘電体膜の材料としては極く限られ
たものとなってしまうため、所望の特性の強誘電体膜を
得ることが難しい。
ゲート10(図10参照)に与える読み出し電圧Vrに
よって強誘電体膜8の分極状態が反転することはない
が、繰り返して読み出しを行なうことにより、強誘電体
膜8の残留分極が徐々に小さくなって行き、やがて誤読
み出しが生ずる可能性がある。
所望の強誘電体材料を用いることができ、また、信頼性
が高く、記憶内容を破壊することなく読み出し等の処理
を行なうことが可能な不揮発性記憶素子を提供すること
を目的とする。
素子は、強誘電体のヒステリシス特性を利用して情報を
記憶する不揮発性記憶素子であって、強誘電体膜を備え
た第1のコンデンサ部と、第1のコンデンサ部の強誘電
体膜の誘電率と実質的に等しい誘電率の強誘電体膜を備
えるとともに第1のコンデンサ部と直列に接続された第
2のコンデンサ部と、を備え、直列に接続された第1の
コンデンサ部および第2のコンデンサ部の両端に、記憶
すべき情報に対応した電圧を印加することにより情報を
記憶するとともに、記憶された情報に対応して第1のコ
ンデンサ部と第2のコンデンサ部との接続部に生ずる電
圧に基づいて、所定の処理を行なうようにしたこと、を
特徴とする。
の不揮発性記憶素子において、前記記憶された情報に対
応して第1のコンデンサ部と第2のコンデンサ部との接
続部に生ずる電圧に基づいて、当該記憶された情報を読
み出すようにしたこと、を特徴とする。
の不揮発性記憶素子において、前記記憶された情報に対
応して第1のコンデンサ部と第2のコンデンサ部との接
続部に生ずる電圧に基づいて、スイッチング動作を行な
うようにしたこと、を特徴とする。
ないし請求項3のいずれかの不揮発性記憶素子におい
て、前記所定の処理を行なう際に、直列に接続された第
1のコンデンサ部および第2のコンデンサ部の両端の電
位を実質的に等しくするようにしたこと、を特徴とす
る。
ないし請求項4のいずれかの不揮発性記憶素子におい
て、前記第1のコンデンサ部と第2のコンデンサ部との
接続部にゲートを接続した処理用トランジスタを設け、
当該処理用トランジスタを用いて前記所定の処理を行な
うようにしたこと、を特徴とする。
の不揮発性記憶素子において、前記処理用トランジスタ
のゲート酸化膜を誘電体膜とするコンデンサ部の静電容
量が、第1のコンデンサ部の静電容量および第2のコン
デンサ部の静電容量のいずれに対しても、情報の記憶時
において実質的に無視し得る程度に小さいこと、を特徴
とする。
ないし請求項6のいずれかの不揮発性記憶素子におい
て、前記第1のコンデンサ部の静電容量および第2のコ
ンデンサ部の静電容量が実質的に等しいこと、を特徴と
する。
ステリシス特性を利用して情報を記憶する方法であっ
て、誘電率が実質的に等しい2つのコンデンサ部であっ
て、少なくとも一方が強誘電体コンデンサ部である2つ
のコンデンサ部を直列に接続したものを用意し、直列に
接続された2つのコンデンサ部の両端に、記憶すべき情
報に対応した電圧を印加することで、強誘電体コンデン
サ部にかかる分圧に基づいて情報を記憶すること、を特
徴とする。
法は、強誘電体のヒステリシス特性を利用して記憶され
た情報に基づいて所定の処理を行なう方法であって、誘
電率が実質的に等しい2つのコンデンサ部であって、少
なくとも一方が情報を記憶している強誘電体コンデンサ
部である2つのコンデンサ部を直列に接続したものを用
意し、直列に接続された2つのコンデンサ部の両端の電
位を実質的に等しくしたとき、記憶された情報に対応し
て2つのコンデンサ部の接続部に生ずる電圧に基づい
て、前記所定の処理を行なうこと、を特徴とする。
揮発性記憶素子は、強誘電体膜を備えた第1のコンデン
サ部と、第1のコンデンサ部の強誘電体膜の誘電率と実
質的に等しい誘電率の強誘電体膜を備え、第1のコンデ
ンサ部と直列に接続された第2のコンデンサ部とを備え
たことを特徴とする。
体材料の誘電率の大きさにかかわらず、両コンデンサの
面積、強誘電体膜の厚さを調整することで、書込み時に
両コンデンサにかかる分圧比を所望の値に調整すること
ができる。このため、誘電率の制限を受けることなく、
所望の強誘電体材料を用いて、記憶素子を構成すること
ができる。
理を行なう際に、直列に接続された第1のコンデンサ部
および第2のコンデンサ部の両端の電位を実質的に等し
くするようにしたことを特徴とする。
コンデンサ部との接続部に生ずる電圧に基づいて、記憶
内容の読み出しやスイッチング動作など所定の処理を行
なう際、コンデンサ部の強誘電体膜の残留分極が変化す
ることはない。このため、繰り返して所定の処理を行な
った場合でも、誤処理が生ずる可能性はほとんどない。
すなわち、記憶内容を破壊せずに所定の処理を可能とす
ることで、処理動作時の動作速度が速く、消費電力が小
さく、強誘電体膜の劣化の少ない、不揮発性記憶素子を
得ることができる上、処理回数に制限のない信頼性の極
めて高い不揮発性記憶素子を実現することができる。
ンデンサ部と第2のコンデンサ部との接続部にゲートを
接続した処理用トランジスタを設け、当該処理用トラン
ジスタを用いて所定の処理を行なうようにしたことを特
徴とする。
ランジスタのドレイン電流に変換し、ドレイン電流の大
きさに基づいて、記憶された情報を読み出すことができ
る。すなわち、たとえばドレイン電流が、所定の基準値
より大きいか否かを検出することにより、記憶された情
報を容易かつ、正確に読み出すことができる。
トランジスタをスイッチングすることができる。すなわ
ち、たとえば接続部の電位が所定の基準値より大きいか
否かにより、記憶された情報に対応させて、処理用トラ
ンジスタをONにしたりOFFにしたりすることができ
る。
ランジスタのゲート酸化膜を誘電体膜とするコンデンサ
部の静電容量が、第1のコンデンサ部の静電容量および
第2のコンデンサ部の静電容量のいずれに対しても、情
報の記憶時において実質的に無視し得る程度に小さいこ
とを特徴とする。
に接続された第1のコンデンサ部および第2のコンデン
サ部の両端に情報に対応した電圧を印加した場合、ほ
ぼ、第1のコンデンサ部および第2のコンデンサ部の静
電容量の比にしたがって、該電圧が分配される。このた
め、両コンデンサの静電容量の比を設定することによ
り、ほぼ所望の分圧比を得ることができる。
ンデンサ部の静電容量および第2のコンデンサ部の静電
容量が、実質的に等しいことを特徴とする。したがっ
て、両コンデンサ部の強誘電体膜の厚さを同一にした場
合には、両コンデンサの面積が実質的に等しくなる。こ
のため、面積効率が向上し、記憶素子をよりコンパクト
に構成することができる。
的に等しい2つのコンデンサ部であって、少なくとも一
方が強誘電体コンデンサ部である2つのコンデンサ部を
直列に接続したものを用意し、直列に接続された2つの
コンデンサ部の両端に、記憶すべき情報に対応した電圧
を印加することで、強誘電体コンデンサ部にかかる分圧
に基づいて情報を記憶することを特徴とする。したがっ
て、両コンデンサの面積、強誘電体膜の厚さを調整する
ことで、情報の記憶時に両コンデンサにかかる分圧比を
所望の値に調整することができる。
法は、誘電率が実質的に等しい2つのコンデンサ部であ
って、少なくとも一方は情報を記憶している強誘電体コ
ンデンサ部である2つのコンデンサ部を直列に接続した
ものを用意し、直列に接続された2つのコンデンサ部の
両端の電位を実質的に等しくしたとき、記憶された情報
に対応して2つのコンデンサ部の接続部に生ずる電圧に
基づいて、所定の処理を行なうことを特徴とする。した
がって、記憶された情報を読み出したり、記憶された情
報に基づいてスイッチング動作を行なったりした場合
に、強誘電体コンデンサ部の残留分極が変化することは
ない。このため、繰り返して処理を行なった場合でも、
誤処理を生ずる可能性はほとんどない。
よる不揮発性記憶素子であるメモリセル20を備えた不
揮発性メモリの一部を示す。メモリセル20は、強誘電
体のヒステリシス特性を利用して情報を記憶する不揮発
性の記憶素子であって、第1のコンデンサ部であるコン
デンサCf1と、コンデンサCf1と直列に接続された第2
のコンデンサ部であるコンデンサCf2とを備えている。
電体膜36(図3A参照)を備えた強誘電体コンデンサ
である。コンデンサCf2も、コンデンサCf1と同一の工
程で形成される。したがって、コンデンサCf1とコンデ
ンサCf2とは同一の強誘電体材料(すなわち、同一の誘
電率を有する材料)で構成され、同一の厚さを持った強
誘電体コンデンサである。コンデンサCf1とコンデンサ
Cf2とのカップリング比(容量比)を、それぞれのコン
デンサの上部電極38、138の面積比により調整して
いる(図2参照)。この実施形態においては、コンデン
サの上部電極38、138の面積比が、約2対1になる
よう設定している。
ンデンサCf2の両端、すなわちメモリセル20の両端部
20a,20bは、それぞれ、選択トランジスタST1
のソース26、選択トランジスタST2のソースに接続
されている。選択トランジスタST1のドレイン28、
選択トランジスタST2のドレインは、それぞれ、デー
タラインDL0、DL1に接続されている。選択トラン
ジスタST1、ST2のゲートは、ワードラインWLに
接続されている。ワードラインWLは、Yデコーダ46
に接続されている。Yデコーダ46は、制御部(図示せ
ず)からの指令により、選択トランジスタST1、ST
2をONまたはOFFとする。
ダ44に接続されている。Xデコーダ44は、制御部か
らの指令により、データラインDL0、DL1をそれぞ
れ、「H」,「L」または「OPEN」状態とする。デ
ータラインDL0、DL1、選択トランジスタST1、
ST2を介して、メモリセル20の両端に、記憶すべき
情報に対応した電圧を印加することにより、メモリセル
20に情報を書込む。
とコンデンサCf2との接続部20c(図1参照)は、ア
ルミ配線43、ゲート配線31(図2参照)を介して、
処理用トランジスタPTのゲートに接続されている。処
理用トランジスタPTのゲート酸化膜を誘電体膜とする
コンデンサ(図示せず)の静電容量は、コンデンサCf1
の静電容量およびコンデンサCf2の静電容量のいずれに
対しても、書込み時において実質的に無視し得る程度に
小さくなるよう構成されている。
スラインSLを介してセンスアンプ48に接続されてい
る。
すには、データラインDL0、DL1、選択トランジス
タST1、ST2を介して、たとえば、メモリセル20
の両端部20a,20bに、接地(グランド)電位を与
える。このとき、コンデンサCf1とコンデンサCf2との
接続部20cに生ずる電圧に基づいて記憶された情報を
読み出すようにしている。すなわち、当該接続部20c
にゲートを接続した処理用トランジスタPTのセンスラ
インSLを流れるドレイン電流をセンスアンプ48によ
り検知することにより、書込まれた情報を読み出す。
体的な平面構成の一例を示す。図3Aは、図2の断面3
A−3A(すなわちコンデンサCf1の断面)を示す図面
である。図3Bは、図2の断面3B−3B(すなわちア
ルミ配線43の断面)を示す図面である。
上部に素子分離のためのLOCOS24を設け、LOC
OS24の上部に、層間膜32を介してコンデンサCf1
が形成されている。コンデンサCf1は、下部電極34、
強誘電体膜36、上部電極38をこの順に積み重ねるよ
う構成されている。
配線40を介して、選択トランジスタST1のソース2
6に接続されている。選択トランジスタST1のドレイ
ン28は、データラインDL0に接続されている。選択
トランジスタST1のチャネル形成領域CHの上方に設
けられたゲートGは、ワードラインWLを介して選択ト
ランジスタST2のゲートに接続されている(図2参
照)。これらを覆うように、パッシベーション膜42が
形成されている。
同様の構成である。図2に示すように、コンデンサCf1
およびコンデンサCf2の強誘電体膜36は、連続して形
成されている。また、コンデンサCf1およびコンデンサ
Cf2の下部電極34は連続して形成され、アルミ配線4
3に接続されている(図3B参照)。上述のように、ア
ルミ配線43は、ゲート配線31を介して、処理用トラ
ンジスタPTのゲートに接続されている(図2参照)。
を書込む場合の動作、およびメモリセル20に書込まれ
た情報を読み出す場合の動作について説明する。図4A
は、書込みの場合の動作テーブルを表わす。図4Bは、
読み出しの場合の動作テーブルを表わす。図5Aは、情
報「1」を書込む場合におけるメモリセル20の等価回
路を模式的に表わした図面である。図5Bは、情報
「1」を読み出す場合におけるメモリセル20の等価回
路を模式的に表わした図面である。図6は、コンデンサ
Cf1の電圧と電荷の関係を表わす図面である。図7は、
メモリセル20に書込まれた情報(「1」および
「0」)をパラメータとして表わした場合における、処
理用トランジスタPTのソース・ドレイン間にに印加さ
れる読み出し電圧Vsと、ドレイン電流Iddとの関係を
示す図面である。
6を参照しつつ、メモリセル20に情報を書込む場合の
動作を説明する。メモリセル20に情報「1」を書込む
には、図4Aに示すように、Xデコーダ44(図1参
照)によりデータラインDL0を「L」にするととも
に、データラインDL1を「H」にする。また、Yデコ
ーダ46(図1参照)によりワードラインWLを「H」
にする。これにより、選択トランジスタST1,ST2
がONになるので、メモリセル20のコンデンサCf1側
の端部20aが「L」になるとともに、コンデンサCf2
側の端部20bが「H」になる。
「H」,「OPEN」のいずれの状態であってもよい
し、これら以外の状態であってもよい。
誘電体膜とするコンデンサをコンデンサCoxとした場合
の、状態「1」を書込む際のメモリセル20の等価回路
を図5Aに示す。コンデンサCf1に誘起される電荷およ
びコンデンサCoxに誘起される電荷の和が、コンデンサ
Cf2に誘起される電荷に等しい。
は、コンデンサCf1の静電容量およびコンデンサCf2の
静電容量のいずれに対しても、書込み時において実質的
に無視し得る程度に小さくなるよう構成されているの
で、コンデンサCoxに誘起される電荷は、実際には極め
て小さい。したがって、書込み時においては、コンデン
サCoxの静電容量を無視することとする。また、実際に
は、コンデンサCf1の容量およびコンデンサCf2の容量
は、ともに一定ではなく、印加される電圧および履歴に
より異なるが、説明の便宜上、図5Aの状態におけるコ
ンデンサCf1の容量をCf1とし、コンデンサCf2の容量
をCf2とする。
係 Cf1=2Cf2 があると仮定すると、 V1=Cf2/(Cf1+Cf2)・Vw =1/3・Vw となる。ただし、端部20a、20b間に印加される電
圧をVw(=+5V)としている。
図6のP1で表わされる。分圧V1(=+5/3V)に
より、コンデンサCf1は分極反転を生じていることが分
る。
加していた電圧を開放すると(すなわちスタンバイ状態
にすると)、メモリセル20の等価回路は、図5Bと同
じような状態になる。すなわち、各コンデンサの電荷は
一部放電されるものの、コンデンサCf1およびコンデン
サCf2は強誘電体コンデンサであるので、所定量の電荷
が残留する。この結果、コンデンサCf1には残留電荷に
基づく電圧V2が生ずる。このときのコンデンサCf1の
分極状態は、図6のP2で表わされる。図5Bから分る
ように、この電圧V2と同じ電圧がコンデンサCoxに生
じている。
込むには、情報「1」を書込む場合とは逆に、図4Aに
示すように、データラインDL0を「H」にするととも
に、データラインDL1を「L」にすればよい。これに
より、メモリセル20のコンデンサCf1側の端部20a
が「H」になるとともに、コンデンサCf2側の端部20
bが「L」になる。
図6のP3で表わされる。コンデンサCf1にかかる分圧
V3により、コンデンサCf1は分極反転を生じているこ
とが分る。分極反転の方向は、情報「1」を書込んだ場
合と逆の方向である。
加していた電圧を開放すると、コンデンサCf1の分極状
態は、図6のP4に移る。
5B、図6、図7を参照しつつ、メモリセル20に書込
まれた情報を読み出す場合の動作を説明する。メモリセ
ル20から情報を読み出すには、図4Bに示すように、
Xデコーダ44(図1参照)によりデータラインDL
0、DL1をともに「L」にする。また、Yデコーダ4
6(図1参照)によりワードラインWLを「H」にす
る。これにより、選択トランジスタST1,ST2がO
Nになるので、メモリセル20のコンデンサCf1側の端
部20a、および、コンデンサCf2側の端部20bはと
もに「L」になる。また、センスラインSLには、読み
出し電圧Vsが与えられる。
まれていると仮定すると、このときのコンデンサCf1の
分極状態は、図6のP2で表わされる。すなわち、端部
20a、20b間に印加していた電圧を開放した状態
(つまりスタンバイ状態)と同じである。このとき、図
1の接続点20cの電圧、すなわち処理用トランジスタ
PTのゲートにかかる電圧は、前述のV2(正)であ
る。
まれていると仮定すると、このときのコンデンサCf1の
分極状態は、図6のP4で表わされる。このとき、接続
点20cの電圧、すなわち処理用トランジスタPTのゲ
ートにかかる電圧はV4(負)である。
込まれた情報(「1」および「0」)、すなわち処理用
トランジスタPTのゲートにかかる電圧(V2(正)お
よびV4(負))をパラメータとして表わした場合にお
ける、処理用トランジスタPTのソース・ドレイン間に
印加される読み出し電圧Vsと、ドレイン電流Iddとの
関係を示す図面である。
たとえば0.75Vに設定すると、メモリセル20に書
込まれた情報(「H」または「L」)に対応するドレイ
ン電流Iddの比は、約108:1となることが分る。こ
のときのドレイン電流Iddをセンスアンプ48により検
出することにより、書込まれた情報が何であったかを知
ることができる。
ンデンサCf1の分極状態は、スタンバイ状態、すなわ
ち、端部20a、20b間に印加していた電圧を開放し
た状態と同じであるから、読み出し動作によってコンデ
ンサCf1の分極状態が変動することはない。同様に、コ
ンデンサCf2の分極状態も変動することはない。このた
め、読み出し動作を何回行なっても、メモリセル20に
書込まれた情報が変化することはない。
DL1を「L」としたが、データラインDL1は「OP
EN」であってもよい。
であるPLD(Programmable LogicDevice)の一部を示
す。このPLDは、前述の不揮発性メモリ(図1参照)
同様、不揮発性記憶素子であるメモリセル20を備えて
いる。ただし、図8のPLDは、センスアンプ48を備
えていない点で、図1の不揮発性メモリと異なる。図8
のPLDにおいては、処理用トランジスタPTは、スイ
ッチングトランジスタとして機能する。
に対応させて、処理用トランジスタPTをONまたはO
FFとし、これにより、処理用トランジスタPTのドレ
イン側の端子50とソース側の端子52とを電気的に接
続したり、切断したりする。処理用トランジスタPTの
ドレイン側の端子50、ソース側の端子52には、論理
素子(図示せず)などが接続されている。したがって、
多数のメモリセル20および処理用トランジスタPTを
設け、それぞれのメモリセル20に、適当に情報を記憶
させることで、複数の論理素子等を組合せ、所望の機能
を奏する論理回路装置を得ることができる。また、メモ
リセル20に記憶させる情報を書換えることにより、該
機能を随時変更することができる。
場合の動作テーブルである。図9Bは、スイッチング動
作を行なう場合の動作テーブルである。メモリセル20
に情報を書込む場合の動作は、前述の不揮発性メモリの
場合(図4A参照)と同様である。
LDのスイッチング動作を説明する。スイッチング動作
をさせるためには、図9Bに示すように、Xデコーダ4
4(図8参照)によりデータラインDL0、DL1をと
もに「L」にする。また、Yデコーダ46(図8参照)
によりワードラインWLを「H」にする。これは、前述
の不揮発性メモリにおける読み出し動作の場合(図4B
参照)とほぼ同様である。
が書込まれている場合には、処理用トランジスタPTの
ゲートにかかる電圧はV2(正)となるため(図6参
照)、処理用トランジスタPTは、ONとなる。一方、
メモリセル20に情報「0」が書込まれている場合に
は、処理用トランジスタPTのゲートにかかる電圧はV
4(負)となるため、処理用トランジスタPTは、OF
Fとなる。このようにして、スイッチング動作を行なわ
せる。
正メモリにおける読み出し動作の場合(図4B参照)同
様、PLDのスイッチング動作動作においては、データ
ラインDL1は「OPEN」であってもよい。
デンサの上部電極38、138の面積比が約2対1にな
るよう設定したが、これに限定されるものではない。コ
ンデンサの上部電極38、138の面積比は、処理用ト
ランジスタのしきい値やコンデンサを構成する強誘電体
の飽和電圧等に対応させて任意に設定することができ
る。たとえば、コンデンサの上部電極38、138の面
積比を約1対2になるよう設定することもできる。ま
た、コンデンサの上部電極38、138の面積比を約1
対1になるよう設定することもできる。面積比が約1対
1になるよう設定すれば、コンデンサを配置する場合の
面積効率を上げることができ、好都合である。
のカップリング比(容量比)の調整は、コンデンサの上
部電極38、138の面積比による調整に限定されるも
のではない。両コンデンサの下部電極の面積比の調整
や、強誘電体膜の面積比の調整により実現することもで
きる。また、これらを組合せてカップリング比を調整し
てもよい。
トランジスタのゲート酸化膜を誘電体膜とするコンデン
サ部の静電容量が、第1のコンデンサ部の静電容量およ
び第2のコンデンサ部の静電容量のいずれに対しても、
情報の記憶時において実質的に無視し得る程度に小さく
なるよう設定したが、処理用トランジスタのゲート酸化
膜を誘電体膜とするコンデンサ部の静電容量はこれに限
定されるものではない。たとえば、第1のコンデンサ部
の静電容量および第2のコンデンサ部の静電容量のいず
れに対しても、情報の記憶時において無視し得ない程度
に大きくすることもできる。
トランジスタとしてゲートを有するFETを用いたが、
処理用トランジスタとしてバイポーラ型トランジスタを
用いることもできる。さらに、処理用トランジスタを用
いることなく、第1のコンデンサ部と第2のコンデンサ
部との接続部の電位に基づいて、情報を読み出したりス
イッチング動作を行なわせたりするよう構成することも
できる。
読み出しやスイッチング動作などの処理を行なう際に、
直列に接続された第1のコンデンサ部および第2のコン
デンサ部の端部の電位を、ともに実質的にグランド電位
にするよう構成したが、該両端部の電位を、グランド電
位以外の実質的に等しい電位にするよう構成することも
できる。さらに、該両端部に対し、実質的に異なる電位
を与えるよう構成することもできる。
接続する2つのコンデンサとして、ともに強誘電体コン
デンサを用いたが、誘電率が実質的に等しければ、一方
を強誘電体コンデンサとし、他方を常誘電体コンデンサ
とすることもできる。
れた情報に対応して第1のコンデンサ部と第2のコンデ
ンサ部との接続部に生ずる電圧に基づいて行なう処理と
して、記憶された情報の読み出し処理、および、記憶さ
れた情報に基づくスイッチング処理を例に説明したが、
該処理は、これらに限定されるものではない。すなわ
ち、この発明は、不揮発性メモリやPLDに留まらず、
不揮発性記憶素子を備えた半導体装置一般に適用され
る。
であるメモリセル20を備えた不揮発性メモリの一部を
示す図面である。
成の一例を示す図面である。
ンデンサCf1の断面)を示す図面である。図3Bは、図
2の断面3B−3B(すなわちアルミ配線43の断面)
を示す図面である。
す。図4Bは、読み出しの場合の動作テーブルを表わ
す。
モリセル20の等価回路を模式的に表わした図面であ
る。図5Bは、情報「1」を読み出す場合におけるメモ
リセル20の等価回路を模式的に表わした図面である。
面である。
び「0」)をパラメータとして表わした場合における、
処理用トランジスタPTのソース・ドレイン間にに印加
される読み出し電圧Vsと、ドレイン電流Iddとの関係
を示す図面である。
mmable Logic Device)の一部を示す図面である。
の動作テーブルである。図9Bは、スイッチング動作を
行なう場合の動作テーブルである。
術)を示す図面である。
す図面である。
Claims (9)
- 【請求項1】強誘電体のヒステリシス特性を利用して情
報を記憶する不揮発性記憶素子であって、 強誘電体膜を備えた第1のコンデンサ部と、 第1のコンデンサ部の強誘電体膜の誘電率と実質的に等
しい誘電率の強誘電体膜を備えるとともに第1のコンデ
ンサ部と直列に接続された第2のコンデンサ部と、 を備え、 直列に接続された第1のコンデンサ部および第2のコン
デンサ部の両端に、記憶すべき情報に対応した電圧を印
加することにより情報を記憶するとともに、 記憶された情報に対応して第1のコンデンサ部と第2の
コンデンサ部との接続部に生ずる電圧に基づいて、所定
の処理を行なうようにしたこと、 を特徴とする不揮発性記憶素子。 - 【請求項2】請求項1の不揮発性記憶素子において、 前記記憶された情報に対応して第1のコンデンサ部と第
2のコンデンサ部との接続部に生ずる電圧に基づいて、
当該記憶された情報を読み出すようにしたこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項3】請求項1の不揮発性記憶素子において、 前記記憶された情報に対応して第1のコンデンサ部と第
2のコンデンサ部との接続部に生ずる電圧に基づいて、
スイッチング動作を行なうようにしたこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれかの不揮
発性記憶素子において、 前記所定の処理を行なう際に、直列に接続された第1の
コンデンサ部および第2のコンデンサ部の両端の電位を
実質的に等しくするようにしたこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項5】請求項1ないし請求項4のいずれかの不揮
発性記憶素子において、 前記第1のコンデンサ部と第2のコンデンサ部との接続
部にゲートを接続した処理用トランジスタを設け、当該
処理用トランジスタを用いて前記所定の処理を行なうよ
うにしたこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項6】請求項5の不揮発性記憶素子において、 前記処理用トランジスタのゲート酸化膜を誘電体膜とす
るコンデンサ部の静電容量が、第1のコンデンサ部の静
電容量および第2のコンデンサ部の静電容量のいずれに
対しても、情報の記憶時において実質的に無視し得る程
度に小さいこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項7】請求項1ないし請求項6のいずれかの不揮
発性記憶素子において、 前記第1のコンデンサ部の静電容量および第2のコンデ
ンサ部の静電容量が実質的に等しいこと、 を特徴とするもの。 - 【請求項8】強誘電体のヒステリシス特性を利用して情
報を記憶する方法であって、 誘電率が実質的に等しい2つのコンデンサ部であって、
少なくとも一方が強誘電体コンデンサ部である2つのコ
ンデンサ部を直列に接続したものを用意し、 直列に接続された2つのコンデンサ部の両端に、記憶す
べき情報に対応した電圧を印加することで、強誘電体コ
ンデンサ部にかかる分圧に基づいて情報を記憶するこ
と、 を特徴とする情報記憶方法。 - 【請求項9】強誘電体のヒステリシス特性を利用して記
憶された情報に基づいて所定の処理を行なう方法であっ
て、 誘電率が実質的に等しい2つのコンデンサ部であって、
少なくとも一方が情報を記憶している強誘電体コンデン
サ部である2つのコンデンサ部を直列に接続したものを
用意し、 直列に接続された2つのコンデンサ部の両端の電位を実
質的に等しくしたとき、記憶された情報に対応して2つ
のコンデンサ部の接続部に生ずる電圧に基づいて、前記
所定の処理を行なうこと、 を特徴とする、記憶された情報に基づく処理方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP9165924A JPH1117123A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 不揮発性記憶素子 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9165924A JPH1117123A (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | 不揮発性記憶素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH1117123A true JPH1117123A (ja) | 1999-01-22 |
Family
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Family Applications (1)
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| JP (1) | JPH1117123A (ja) |
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