JP3545965B2 - プログラム可能なロジック・アプリケーション用の不揮発性メモリ素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリ素子に関し、特にプログラム可能なロジック・アプリケーション用の不揮発性メモリ素子に関する。
【0002】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】
通常のプログラマブル・ゲート配列(FPGA)は、ロジック素子のアレイおよびプログラム可能な相互接続を含む。各プログラム可能な相互接続は、ロジック素子を選択的に接続する働きをする。従って、プログラム可能な相互接続をプログラムすることにより、異なるロジック機能を形成することができる。
【0003】
通常、FPGAのプログラム可能な相互接続は、対応するSRAMメモリ・セルにより、開状態または閉状態にプログラムされたスイッチング・トランジスタを含む。プログラムされた状態に基づいて、スイッチング・トランジスタは、ロジック素子間の電気的接続を開閉する。例えば、SRAMメモリ・セルにロジック「1」を記憶すると、対応するスイッチング・トランジスタが導通し、スイッチング・トランジスタに接続しているロジック素子を電気的に接続する。都合の悪いことに、いったん構成してしまうと、SRAMメモリ・セルは、プログラムされた状態を維持するために、一定の電力供給を必要とする。
【0004】
米国特許第5,633,518号は、FPGA用の不揮発性プログラム可能な相互接続を開示している。本発明の不揮発性プログラム可能な相互接続は、FPGAの領域を小さくするために、不揮発性メモリ素子と一緒に、スイッチング・トランジスタを高い密度で内蔵しているが、そのため、設計およびチップのレイアウトがかなり複雑になる。この設計の場合、スイッチング・トランジスタおよびメモリ素子は、浮動ゲートを共有する。都合の悪いことに、動作中、スイッチング・トランジスタは、浮動ゲート内にキャリヤを注入し、プログラム可能な相互接続のプログラムした状態を変更する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の不揮発性素子は、第一および第二データ・ラインの間に直列に接続している第一および第二不揮発性トランジスタを含む。第一および第二不揮発性トランジスタの間の接合点は、出力ノードを形成する。不揮発性メモリ素子は、さらに、基準電圧ラインと、第一および第二不揮発性トランジスタとの間の接合との間に接続しているアクセス・トランジスタを含む。プログラム可能なロジック・アプリケーションには、例えば、フィールドプログラマブル・ゲート配列、すなわち、不揮発性メモリ素子の配列が、関連するスイッチング素子の状態を制御する。各スイッチング素子は、プログラム可能なロジック・アプリケーションのロジック素子を選択的に接続する。不揮発性メモリ素子に印加される電圧に基づいて、不揮発性メモリ素子は選択的に消去され、プログラムされ、作動され、モニタされ、電力の供給を受ける。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明は、ここで以下のように記述される詳細な記述及び単に例示として与えられる添付図面により完全に理解されるであろう。ここで、同様の指示数字は、様々な図面中の対応する箇所を指す。
【0007】
以下の詳細な説明は、不揮発性メモリ素子またはメモリ・セルに関する。より詳しく説明すると、プログラム可能なアプリケーション用の不揮発性メモリ素子に関する。図1は、本発明の不揮発性メモリ素子またはセルである。図1に示すように、不揮発性メモリ素子は、プログラム・データ・ロー・ライン14と、プログラム・データ・ハイ・ライン16の間に直列に接続しているnタイプの、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12含む。不揮発性トランジスタとしては、SIMOS(積層ゲート注入MOS)トランジスタ、FLOTOX(フローティング・ゲート薄酸化物)トランジスタ、TPFG(加工ポリ浮動ゲート)トランジスタ(すなわち、浮動ゲートと制御ゲートとの間のトンネル現象によりプログラムされたトランジスタ)等を使用することができる。説明の都合上、上記実施形態の不揮発性トランジスタは、SIMOSタイプであると仮定する。プログラム・データ・ロー・ライン14は、プログラム・データ・ローレベル電圧PDLを供給し、プログラム・データ・ハイ・ライン16は、プログラム・データ・ハイレベル電圧PDHを供給する。第一の不揮発性トランジスタ10、および第二の不揮発性トランジスタ12の間の接合は、メモリ素子の出力ノードQとしての働きをする。第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の制御ゲートは、制御電圧ライン18に接続している。制御電圧ライン18は、制御電圧VCGを供給する。
【0008】
不揮発性メモリ素子は、出力ノードQと、基準電圧ライン22との間に接続しているアクセス・トランジスタ20をさらに含む。アクセス・トランジスタは、N−MOSトランジスタであり、基準電圧ライン22は、基準電圧DNを供給する。N−MOSトランジスタ20のゲートは、アドレス・ライン24に接続していて、アドレス・ライン24は、アドレス電圧Addressを供給する。好適な実施形態の場合には、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12が形成されている基板の一部が、基板バイアス・ライン26に接続している。基板バイアス・ライン26は、基板バイアス電圧VTWを供給する。
【0009】
図1のメモリ・セルは、いくつかの動作モードを持つ。これらの動作モードは、消去モード、プログラミング・モード、動作モード、読み戻しモード、および電力供給モードを含む。図2は、各動作モード中に、プログラム・データ・ロー・ライン14、プログラム・データ・ハイ・ライン16、制御電圧ライン18、基準電圧ライン22、アドレス・ライン24、および基板バイアス・ライン26に供給される電圧を示す。しかし、当業者であれば、図2に示す電圧は、単に例示としてのものであること、本発明のメモリ・セルの動作は、図2の電圧に制限されるものではないことを理解することができるだろう。それどころか、選択した電圧は、少なくともハードウェア的な制約、半導体処理技術、およびメモリ・セルが適用される回路のタイプにより異なる。さらに、nタイプの不揮発性トランジスタ、およびnタイプのアクセス・トランジスタの代わりに、pタイプの不揮発性トランジスタおよびpタイプのアクセス・トランジスタを、適用電圧をそれに応じて変更することにより、使用することができる。図2の各動作モード中の動作については、以下に詳細に説明する。
【0010】
図3は、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12のI−V特性であり、図4は、N−MOSトランジスタ20のI−V特性である。
【0011】
図5は、FPGAアプリケーション用の実行可能なメモリ・アレイ・アーキテクチャである。図に示すように、本発明の隣接するメモリ・セルは、基準電圧ライン22への共通接続を共有するN−MOSトランジスタ20をそれぞれ持つ。図5にさらに示すように、メモリ・セルの各横列は、同じプログラム・データ・ロー・ライン14、プログラム・データ・ハイ・ライン16および基準電圧ライン22に接続している。メモリ・セルの縦列は、同じ制御電圧ラインおよびアドレス・ライン18および24を共有している。すべてのメモリ・セルは、図5に示すように、同じ基板バイアス・ライン26を共有する。各メモリ・セルの出力ノードQは、FPGAのプログラム可能なロジック30に接続している。より詳しく説明すると、プログラム可能なロジック30のスイッチング・トランジスタに接続している。また、スイッチング・トランジスタのタイプにより、インバータを出力ノードQに接続することができる。
【0012】
図6−図8を参照しながら、消去動作モードについて説明する。図6は、消去のために選択した図5のメモリ・セルのアレイのメモリ・セル、およびメモリ・セルに印加する電圧を示す。図に示すように、プログラム・データ・ロー・ライン14、およびプログラム・データ・ハイ・ライン16、および基板バイアス・ライン26には、ゼロ・ボルトが印加される。基準電圧ライン22および、アドレス・ライン24には、4ボルトおよび6ボルトがそれぞれ印加される。一方、制御電圧ライン18には、負の6ボルトが印加される。
【0013】
アドレス・ライン24に6ボルトが印加されると、N−MOSトランジスタ20がオンになり、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の接合部(すなわち、出力ノードQ)に基準電圧ライン22上の4ボルトが印加される。第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の、制御ゲートにおける電位、すなわち制御電圧ライン18に印加される負の6ボルトの電位であるが、この電位と、第一及び第二の不揮発性トランジスタ10および12の接合点における電位との間の大きな電位差は、電子を第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の浮動ゲートから第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の接合点へとトンネルさせる。従って、図6の第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12は、非常に小さなしきい値、恐らく、負のしきい値を持つ。
【0014】
一般的にいって、負のしきい値は、例えば、プログラミング・モード中に、何か問題があることを示す。しかし、本発明のメモリ素子を使用するFPGAアプリケーションの場合には、以下にさらに詳細に説明するように、極端でない負のしきい値電圧(Vth>−2V)は、チャネルからの二次電子注入(CHISEL)機構を使用することによって、プログラミング・モード中、許容することができる。
【0015】
図7は、図6のメモリ・セルと同じメモリ・セルの横列の選択されなかったメモリ・セルを示す。図7のメモリ・セルは、このメモリ・セルが、図6に示すメモリ・セルと、同じプログラム・データ・ロー電圧、プログラム・データ・ハイ電圧、基準電圧および基板バイアス電圧を受け取った場合でも、選択されない状態を維持する。何故なら、図7のメモリ・セルは、異なる制御電圧および異なるアドレス電圧を受け取るからである。より詳しく説明すると、制御電圧ライン18には、4.5ボルトが印加され、アドレス電圧ライン24には、ゼロ・ボルトが印加される。N−MOSトランジスタ20はオンにならず、基準電圧ライン22上の4ボルトを出力ノードQに供給し、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の制御ゲートと、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の接合部との間には、大きな電位差は存在しない。それ故、電子は、第一および第二の各不揮発性トランジスタ10および12の浮動ゲートからトンネルしない。
【0016】
図8は、図6のメモリ・セルと同じメモリ・セルの縦列の選択されなかったメモリ・セルである。図8のメモリ・セルは、このメモリ・セルが、図6に示すメモリ・セルと同じ制御電圧およびアドレス電圧を受け取った場合でも、選択されなかった状態を維持する。何故なら、図8のメモリ・セルは、基準電圧ライン22上の異なる制御電圧を受けとるからである。より詳しく説明すると、基準電圧ライン22をフロート状態にすることができ、またN−MOSトランジスタ20をは、オンになるが、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の接合部は、フロート状態になる。それ故、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の制御ゲートと、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の接合部との間には、大きな電位差が存在しないし、第一および第二の各不揮発性トランジスタ10および12の浮動ゲートからの電子のトンネル現象は発生しない。
【0017】
次に、図9−図11を参照しながら、プログラミング・モードについて説明する。消去後、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の中の一方だけが、プログラムされるか、または高い正のしきい値に書き込まれる。図9は、プログラミングするための選択したメモリ・セルである。図9に示すように、アドレス・ライン24には3ボルトが印加され、制御電圧ライン18に7ボルトが印加され、基板バイアスライン26には負の3ボルトが印加され、基準電圧ライン22にはゼロ・ボルトが印加される。第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の中のどれがプログラム中であるかによって、プログラム・データ・ハイおよびロー・ライン16および14の一方が、ゼロ・ボルトの電圧を受け取り、他方が、4ボルトの電圧を受け取る。説明の都合上、高い正のしきい値を、第二の不揮発性トランジスタ12を書き込むプロセスについて説明する。従って、ゼロ・ボルトがプログラム・データ・ハイ・ライン16に掛けられ、4ボルトがプログラム・データ・ロー・ライン14に掛けられる。
【0018】
すでに説明したように、好適な実施形態の場合には、本発明の不揮発性トランジスタは、引用によってその全文を本明細書の記載に援用した、Bude他の米国特許第5,659,504号に記載されているCHISEL機構によりプログラムされている。従って、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12は、米国特許第5,659,504号の任意の実施形態の構造を持つことができる。さらに、米国特許第5,659,504号は、頭字語CISEIを使用する、プログラミング技術を開示している。しかし、この頭字語は、現在ではCHISELに変更されている。
【0019】
アドレス・ライン24に印加された3ボルトは、N−MOSトランジスタ20をオンにし、基準電圧ライン22上のゼロ・ボルトを、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の間の接合部に供給する。それ故、第二の不揮発性トランジスタ12の両端には電位差が存在するが、第一不揮発性トランジスタ10の両端には電位差は存在しない。第二不揮発性トランジスタ12の両端の電位差は、第二の不揮発性トランジスタ12の基板(負の3ボルト)と、第二不揮発性トランジスタ12の制御ゲート(7ボルト)との間の電位差と組み合わされて、CHISEL機構により、第二不揮発性トランジスタ12の浮動ゲート内に電子を注入する。
【0020】
第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の一方をプログラムするために、CHISEL機構を使用する必要はない。その代わりに、例えば、キャリヤ高温チャネル(CHE)注入機構、または不揮発性トランジスタの基板およびソース電極が同じ電位のFowler−Hordheim機構のような、従来の周知の注入機構を使用することができる。負の電圧が、ソース電極に関して基板に印加される、CHISEL機構の場合には、いくつかの利点が得られる。上記利点としては、プログラミング電圧がもっと低くてもよいより高い注入効率および不揮発性トランジスタが消去後負のしきい値を持っている場合でも、プログラミング中、不揮発性トランジスタをプログラミング作業から外すことができること等がある。
【0021】
第一不揮発性トランジスタ10をプログラミングするための技術は、プログラム・データ・ハイ・ライン16に4ボルトが印加され、プログラム・データ・ロー・ライン14にゼロ・ボルトが印加されることを除けば、第二不揮発性トランジスタ12をプログラミングするための技術と同じである。従って、第一不揮発性トランジスタ10のプログラミングについての説明は、ここでは省略する。
【0022】
図10は、図9の選択したメモリ・セルと同じ横列の選択されなかったメモリ・セルを示す。図10のメモリ・セルに印加される電圧は、ゼロ・ボルトが制御電圧ライン18およびアドレス・ライン24に印加されるという点で異なる。アドレス・ライン24にゼロボルトだけを印加しただけでは、N−MOSトランジスタ20はオンにならない。しかしながら、制御電圧ライン18にゼロボルトを印加し、負の3ボルトを基板バイアス・ライン26に印加すると、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12がオフになる。このことは、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12が、消去後、極端でない負の電圧を持っている場合にも当てはまる。何故なら、基板バイアス・ライン26上の負の3ボルトは、上記しきい値をゼロボルト以上にシフトするからである。第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12をオフにすると、その間の接合点はフロート状態になる。従って、第一または第二の不揮発性トランジスタ10または12のいずれかの両端には、電位差は必ずしも存在しない。さらに、制御電圧ライン18にゼロボルトが印加されると、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の基板と、これらトランジスタの制御ゲートとの間には、有意な電位差は存在しない。それ故、電子は、第一または第二の不揮発性トランジスタ10または12のいずれの浮動ゲート内にも注入されない。
【0023】
図11は、図9の選択したメモリ・セルと同じ縦列の選択されなかったメモリ・セルを示す。図11のメモリ・セルに印加された電圧は、ゼロボルトが、プログラム・データ・ハイ・ライン16、およびプログラム・データ・ロー・ライン14の両方に掛けられるという点で異なる。従って、第一または第二の不揮発性トランジスタ10および12のいずれの両端にも、電位差は存在しない。それ故、電子は、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の浮動ゲートに注入されない。
【0024】
図12および図13を参照しながら、本発明のメモリ・セルの動作モードについて説明する。FPGAで使用される、スイッチング・トランジスタのタイプに依存して、このスイッチング・トランジスタのゲートに供給される低い電圧または高い電圧により、スイッチング・トランジスタは導通状態になる。単に説明の都合上、高い電圧が印加される場合に、スイッチング・トランジスタが導通状態になるものと仮定する。従って、図12は、対応するスイッチング・トランジスタを、オフにするようにプログラムされたメモリ・セルを示し、図13は、対応するスイッチング・トランジスタをオンにするようにプログラムされたメモリ・セルを示す。
【0025】
図12および図13に示すように、動作モード中には、ゼロ・ボルトが、プログラム・データ・ハイ・ライン16、基板バイアス・ライン26、およびアドレス・ライン24に供給される。基準電圧ライン22は、フロート状態になることができ、4.5ボルトおよび3ボルトが、制御電圧ライン18およびプログラム・データ・ロー・ライン14に、それぞれ供給される。アドレス・ライン24にゼロボルトが供給されるので、N−MOSトランジスタ20がオフになり、出力ノードQの電圧は影響を受けない。
【0026】
図12のメモリ・セルにおいては、第一の不揮発性トランジスタ10は消去状態にあり、一方、第二の不揮発性トランジスタ12はプログラムされ、書き込み状態にある。従って、第一の不揮発性トランジスタ10は、非常に小さな、恐らく負のしきい値を持ち、一方、第二の不揮発性トランジスタ12は、非常に高い、恐らく正のしきい値を持つ。制御電圧ライン18に印加された4.5ボルトは、第一の不揮発性トランジスタ10をオンにするには十分な電位であるが、第二の不揮発性トランジスタ12をオンにするには十分な電位ではない。それ故、第一の不揮発性トランジスタ10だけが導通状態になり、プログラム・データ・ハイ・ライン16上のゼロ・ボルトが、出力ノードQに供給される。そのため、対応するスイッチング・トランジスタがオフになる。
【0027】
図13は、第一の不揮発性トランジスタ10が書き込み状態にあり、第二の不揮発性トランジスタ12が消去状態にあるメモリ・セルを示す。従って、第二の不揮発性トランジスタ12はオンになるが、第一の不揮発性トランジスタ10はオフの状態のままである。第二の不揮発性トランジスタ12がプログラム・データ・ロー・ライン14上の約3ボルトを出力ノードQへと伝える。それにより、対応するスイッチング・トランジスタがオンになる。
【0028】
図14−図16を参照しながら、読み戻し動作について説明する。この動作モード中、ユーザは、プログラムされたメモリ・セルの状態をチェックすることができる。図14は、読み戻しモード中に選されたメモリ・セルを示す。図に示すように、ゼロ・ボルトがプログラム・データ・ハイ・ライン16、および基板バイアス・ライン26に印加される。3ボルトおよび4.5ボルトが、アドレス・ライン24および制御電圧ライン18に、それぞれ印加される。読み戻しモード中に、基準電圧ライン22が、メモリ・セルのプログラムされた状態を、モニタするための出力ラインとして使用される。
【0029】
アドレス・ライン24に印加される4ボルトにより、N−MOSトランジスタ22がオンになる。また、制御電圧ライン18に印加される4.5ボルトにより、消去状態にある第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の中の一方が、導通状態になる。第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12のどちらが、消去状態にあるかにより、プログラム・データ・ハイ・ライン16上のゼロ・ボルト、またはプログラム・データ・ロー・ライン14上の3ボルトのいずれかが、出力ノードQのところに現れる。この電圧は、N−MOSトランジスタ20を通して、基準電圧ライン22に送られ、基準電圧ライン22上の電圧をモニタすることにより、メモリ・セルのプログラムされた状態を判断することができる。
【0030】
図15は、図14の選択されたメモリ・セルと同じ横列の選択されなかったメモリ・セルを示す。図15のメモリ・セルに印加される電圧は、ゼロ・ボルトがアドレス・ライン24に印加されるという点で、図14のメモリ・セルに印加される電圧と異なる。従って、N−MOSトランジスタ20はオンにならず、出力ノードQのところの電圧が、基準電圧ライン22に伝えられず、この選択されなかったメモリ・セルは、モニタ用に選択された基準電圧ライン22に影響を与えない。
【0031】
図16は、図14の選されたメモリ・セルと同じ縦列の選択されなかったメモリ・セルを示す。図16のメモリ・セルに印加される電圧は、図14のメモリ・セルに印加される電圧と同じである。図16のメモリ・セルと、図14のメモリ・セルとの間の唯一の違いは、図16のメモリ・セルの基準電圧ライン22のところの電圧が、モニタ用に選択されたものでないという点である。
【0032】
次に、図17−図20を参照しながら、電力供給動作モードについて説明する。図17に示すように、メモリ・セルの各電圧ラインに、ゼロ・ボルトを供給することにより、すべてのプログラム可能なスイッチは、チップに電力の供給が行われた後、まずオフになる。従って、チップ構成は制御状態に戻る。プログラム可能なスイッチを介して流れる過度の大電流により発生する可能性がある電力降下を避けるために、数個のメモリ・セルだけに一度に電力の供給が行われる。図18は、電力供給用に選択されたメモリ・セルである。図に示すように、動作モード中、メモリ・セルに供給される同じ電圧が、図18のメモリ・セルに供給される。
【0033】
図19は、図18のメモリ・セルと同じ横列の選択されなかったメモリ・セルである。図19のメモリ・セルに印加される電圧は、制御電圧ライン18にゼロ・ボルトが印加されるという点で、図18のメモリ・セルに印加される電圧とは異なる。従って、図19のメモリ・セルの第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12は、完全に導通状態にはならない。
【0034】
図20は、図18のメモリ・セルと同じ縦列の選択されなかったメモリ・セルである。図20のメモリ・セルに印加される電圧は、プログラム・データ・ロー・ライン14に、ゼロ・ボルトが印加されるという点で、図18のメモリ・セルに印加される電圧とは異なる。従って、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12の一方がオンになっても、出力ノードQにゼロ・ボルトが現れる。
【0035】
図21は、本発明のメモリ・セルの他の実施形態を示す。図に示すように、この実施形態のメモリ・セルは、第一および第二の不揮発性トランジスタ10および12が、nタイプの不揮発性トランジスタ110、およびpタイプの不揮発性トランジスタ112により、それぞれ置き換えられている点を除けば、図1のところで図示し、説明したメモリ・セルと同じものである。さらに、nタイプの不揮発性トランジスタ110、およびpタイプの不揮発性トランジスタ112は、浮動ゲートを共有している。図21のメモリ・セルの残りのものは、図1のところで説明したものと同じものであるので、ここでの説明は省略する。
【0036】
さらに、図21のメモリ・セルの動作は、図1のメモリ・セルのところで説明した方法とほぼ同じ方法で行われる。それ故、図21のメモリ・セルによる追加の利点を除いて、図21のメモリ・セルの動作モード説明は省略する。
【0037】
nタイプの不揮発性トランジスタ110、およびpタイプの不揮発性トランジスタは、浮動ゲートを共有しているので、nタイプのの不揮発性トランジスタ110、およびpタイプの不揮発性トランジスタ112の一方だけを、消去および/またはプログラムするには十分である。例えば、nタイプの不揮発性トランジスタ110を消去すると、nタイプの不揮発性トランジスタ110は消去状態になり、pタイプの不揮発性トランジスタは、書き込み状態になる。何故なら、これら不揮発性トランジスタは、異なるタイプであり、浮動ゲートを共有しているからである。同様に、nタイプの不揮発性トランジスタ110をプログラムすると、nタイプの不揮発性トランジスタ110が書き込み状態になり、pタイプの不揮発性トランジスタが消去状態になる。従って、nタイプの不揮発性トランジスタ110、およびpタイプの不揮発性トランジスタ112の一方だけが、動作モード中にオンになる。
【0038】
米国特許第5,633,518号に開示されているプログラム可能な相互接続とは異なり、本発明を使用するプログラム可能なロジック・アプリケーションのプログラム可能な相互接続は、対応するスイッチング・トランジスタと、高い密度で集積されたメモリ素子を含まない。その結果、チップ設計およびレイアウトは過度に複雑にならない。それどころか、本発明の不揮発性メモリ素子は、FPGAおよび他のプログラム可能なアプリケーションで、現在使用されているSRAMメモリ・セルの代わりに、容易に使用することができる。
【0039】
いままで説明してきた本発明は、多くの方法で変更することができることは明らかであろう。そのような変更は、本発明の意図および範囲内に含まれ、そのようなすべての修正は、特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の不揮発性メモリ素子またはセルを示す。
【図2】図1の不揮発性メモリ素子に印加される電圧を示す表である。
【図3】図1のメモリ・セルの不揮発性トランジスタに対する電流−電圧(I−V)特性を示す。
【図4】図1のメモリ・セルのN−MOSトランジスタのI−V特性である。
【図5】図1の不揮発性メモリ素子を含むFPGAアプリケーション用の実行可能なメモリ・アレイ・アーキテクチャである。
【図6】消去モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図7】消去モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図8】消去モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図9】プログラミング・モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図10】プログラミング・モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図11】プログラミング・モードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図12】動作モードの際の、本発明のメモリ・セルに印加される電圧である。
【図13】動作モードの際の、本発明のメモリ・セルに印加される電圧である。
【図14】読み戻しモードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図15】読み戻しモードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図16】読み戻しモードの際の、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図17】電力供給中に、最初に本発明のメモリ・セルに印加される電圧である。
【図18】電力供給中に、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図19】電力供給中に、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図20】電力供給中に、本発明の選択したおよび選択しなかったメモリ・セルに印加される電圧である。
【図21】本発明の他の実施形態の不揮発性メモリ素子またはセルである。
Claims (15)
- 不揮発性メモリ素子を含む集積回路であって、
第一および第二のデータ・ラインの間に、直列に接続している第一および第二の不揮発性トランジスタと、出力ノードを形成している第一および第二の不揮発性トランジスタの間の接合点と、
前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の前記接合点と基準電圧ラインとの間に接続しているアクセス・トランジスタと、
前記第一および第二の不揮発性トランジスタが形成されている基板の一部に接続している基板バイアス・ラインとを備え、前記基板バイアス・ラインは前記第一および第二の不揮発性トランジスタのうちの少なくとも1つがプログラムされるときに負電圧を受ける、集積回路。 - 請求項1に記載の集積回路において、前記第一および第二の不揮発性トランジスタが、それぞれ、制御電圧ラインに接続している制御ゲートを持つ集積回路。
- 請求項1に記載の集積回路において、前記アクセス・トランジスタが、アドレス・ラインに接続しているゲートを持つ集積回路。
- 請求項1に記載の集積回路において、前記第一および第二の不揮発性トランジスタが、チャネルからの二次電子注入によってプログラムすることができる集積回路。
- 請求項1に記載の集積回路において、
前記第一および第二の不揮発性トランジスタが、それぞれ、制御電圧ラインに接続している制御ゲートを持ち、
前記アクセス・トランジスタが、アドレス・ラインに接続しているゲートを持つ集積回路。 - 請求項1に記載の集積回路において、前記第一の不揮発性トランジスタが、nタイプの不揮発性トランジスタであり、前記第二の不揮発性トランジスタが、pタイプの不揮発性トランジスタであり、前記nタイプの不揮発性トランジスタ、および前記pタイプの不揮発性トランジスタが、浮動ゲートを共有している集積回路。
- 第一および第二のデータ・ラインの間に直列に接続している第一および第二の不揮発性トランジスタと、出力ノードを形成している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の接合点と、制御電圧ラインに接続している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの制御ゲートとを含むメモリ・セルの状態を設定する方法であって、前記メモリ・セルが、さらに、前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の前記接合点と基準電圧ラインとの間に接続しているアクセス・トランジスタとを含み、前記メモリ・セルが、また、前記第一および第二の不揮発性トランジスタが形成されている基板の一部に接続している基板バイアス・ラインを含み、
前記方法は、
前記第一および第二の不揮発性トランジスタの一方の両端に電位差を発生させるステップと、
前記制御電圧ラインに正の電圧を印加するステップと、
前記基板バイアス・ラインに負の電圧を印加するステップとを含む方法。 - 請求項7に記載の方法において、
電位差を発生させる前記ステップが、前記基準電圧ラインに第一の電圧を印加するステップと、
前記アクセス・トランジスタをオンにするステップと、
前記第一および第二のデータ・ラインの一方に、前記第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加するステップと、
前記第二の電圧が印加されていない前記第一および第二のデータ・ラインの一方に、前記第一の電圧を印加するステップとを含む方法。 - 請求項8に記載の方法において、前記第二の電圧が、前記第一の電圧より高い方法。
- 請求項8に記載の方法において、前記第一および第二の不揮発性トランジスタが、nタイプの不揮発性トランジスタであり、第二の電圧を印加する前記ステップが、前記第一の不揮発性トランジスタに書き込むために、前記第一のデータ・ラインに前記第二の電圧を加え、前記第二の不揮発性トランジスタに書き込むために、前記第二のデータ・ラインに前記第二の電圧を加える方法。
- 請求項10に記載の方法において、第二の電圧を加える前記ステップが、前記第一の不揮発性トランジスタに書き込みを行うと、前記第一の不揮発性トランジスタのしきい値が上昇し、第二の電圧を加えるステップが、前記第二の不揮発性トランジスタに書き込みを行うと、前記第二の不揮発性トランジスタのしきい値が上昇する方法。
- 第一および第二のデータ・ラインの間に直列に接続している第一および第二の不揮発性トランジスタと、出力ノードを形成している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の接合点と、制御電圧ラインに接続している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの制御ゲートとを含む、メモリ・セルのプログラムされた状態をモニタする方法であって、前記メモリ・セルが、さらに、前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の前記接合点と基準電圧ラインとの間に接続しているアクセス・トランジスタとを含み、
前記方法は、
消去状態の不揮発性トランジスタをオンにするには十分であるが、書き込み状態の不揮発性トランジスタをオンにするには不十分な第一の電圧を前記制御電圧ラインに印加するステップと、
前記第一のデータ・ラインに第二の電圧を印加するステップと、
前記第二のデータ・ラインに、前記第二の電圧とは異なる第三の電圧を加えるステップと、
前記アクセス・トランジスタをオンにするステップと、
前記プログラムされた状態を読出すために前記基準電圧ラインに電圧を出力するステップとを含む方法。 - メモリ・セルのアレイに電力を供給する方法であって、前記メモリ・セルのアレイが、アドレス・ラインと制御電圧ラインの縦列と、第一および第二のデータ・ラインと基準電圧ラインの横列を含み、各メモリ・セルが、一つの横列の第一および第二のデータ・ラインの間に直列に接続している第一および第二の不揮発性トランジスタと、出力ノードを形成している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の接合点と、一つの縦列の前記制御電圧ラインに接続している前記第一および第二の不揮発性トランジスタの制御ゲートとを含み、前記メモリ・セルが、さらに、前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の前記接合点と前記一つの横列の基準電圧ラインとの間に接続しているアクセス・トランジスタとを含み、
前記方法は、
最初に、各メモリ・セルの、前記第一および第二のデータ・ライン、前記制御電圧ライン、および前記第一および第二の不揮発性トランジスタの間の接合点に同じ電圧を印加するステップと、
前記メモリ・セルのアレイの、メモリ・セルの少なくとも一つの縦列に対する制御電圧ラインに、消去状態の不揮発性トランジスタをオンにするには十分であるが、書き込み状態の不揮発性トランジスタをオンにするには不十分な第一の電圧を選択的に印加するステップと、
前記メモリ・セルのアレイの、メモリ・セルの少なくとも一つの横列に対する前記第一および第二のデータ・ラインの間に電位差を選択的に発生するステップとを含む方法。 - 請求項13に記載の方法において、さらに、各メモリ・セルの前記アクセス・トランジスタをオフにする方法。
- 請求項13に記載の方法において、さらに、前記第一の電圧が印加される前記制御電圧ラインの数を増大するステップと、
電位差が発生させられた前記第一および第二のデータ・ラインの数を増大するステップとを含む方法。
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