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JP4167628B2 - Logic conversion circuit - Google Patents
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JP4167628B2 JP2004171826A JP2004171826A JP4167628B2 JP 4167628 B2 JP4167628 B2 JP 4167628B2 JP 2004171826 A JP2004171826 A JP 2004171826A JP 2004171826 A JP2004171826 A JP 2004171826A JP 4167628 B2 JP4167628 B2 JP 4167628B2
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Description

本発明は論理変換回路に関する。 The present invention relates to the logical conversion circuits.

近年の半導体集積回路技術の進展は目覚しく、単なるメモリ素子以外にも様々な高機能論理集積回路が開発されている。しかし、これらの論理回路は2値の信号を用いて演算を行なうという点で、LSIの出現以来、論理の進化は進んでいないとも言える。現在の半導体集積回路では、このような2値の演算では単純な数値計算に対しては非常に高速な演算が可能であるが、パターン認識や画像の処理といったむしろ人間には容易な演算には膨大な時間を要してしまうという不利益がある。   The progress of semiconductor integrated circuit technology in recent years is remarkable, and various high-function logic integrated circuits have been developed in addition to simple memory elements. However, it can be said that the evolution of logic has not progressed since the advent of LSI, in that these logic circuits perform operations using binary signals. In current semiconductor integrated circuits, such binary operations can be performed at a very high speed for simple numerical calculations, but are rather easy for humans such as pattern recognition and image processing. There is a disadvantage that it takes a lot of time.

この従来LSIが不得手な演算処理を高速に行える素子として、生物の脳のように動作するコンピュータ、すなわち神経回路コンピュータ(ニューロコンピュータ)を開発しようという研究が一方で行われている。このニューロコンピュータは、多数のニューロン素子を神経回路のように接続した構造を有している。   On the other hand, research has been conducted to develop a computer that operates like a biological brain, that is, a neural circuit computer (neurocomputer), as an element that can perform high-speed arithmetic processing that is not possible with the conventional LSI. This neurocomputer has a structure in which a large number of neuron elements are connected like a neural circuit.

従来のニューロン素子は、ほとんどがCMISデバイスで製造されており、その場合、学習によって回路の動作を変化させていくという学習機能は持っていなかった。例えば、特許文献1には、MISFETのゲート電極に容量結合する多数の入力部を配置したMIS型ニューロン素子が記載されている。これは、容量結合を利用して、複数の入力端子の各信号強度と結合強度との積を入力部の数だけ足し合わせる演算を行うものであるが、演算結果を学習効果として保存する機能は有していない。   Most conventional neuron elements are manufactured by CMIS devices, and in that case, they did not have a learning function of changing the operation of the circuit by learning. For example, Patent Document 1 describes a MIS type neuron element in which a large number of input units capacitively coupled to the gate electrode of a MISFET are arranged. This is a function that uses the capacitive coupling to perform the operation of adding the product of the signal strength and the coupling strength of the plurality of input terminals by the number of input units, but the function of storing the calculation result as a learning effect is I don't have it.

それに対し、近年、強誘電体の残留分極を用いて学習機能を実現するための第1の従来例に係る提案が出されてきている。例えば、特許文献2には、MISFETのゲート電極に容量結合する複数の入力部を配置したMIS型ニューロン素子において、入力部の全ての容量絶縁膜を強誘電体によって構成することが記載されている。また、特許文献3には、MISFETのゲート電極に容量結合する複数の入力部を配置したMIS型ニューロン素子において、出力側であるMISFETのゲート絶縁膜を強誘電体によって構成した素子が記載されている。   On the other hand, in recent years, proposals relating to the first conventional example for realizing a learning function using the remanent polarization of a ferroelectric have been issued. For example, Patent Document 2 describes that, in a MIS type neuron element in which a plurality of input portions capacitively coupled to the gate electrode of a MISFET are arranged, all the capacitive insulating films of the input portions are made of a ferroelectric material. . Patent Document 3 describes an element in which a gate insulating film of a MISFET on the output side is made of a ferroelectric material in a MIS type neuron element in which a plurality of input portions capacitively coupled to a gate electrode of a MISFET are arranged. Yes.

また、LSIは非常な速度で発達し、トランジスタの微細化と高集積化が進んでいる。しかし、トランジスタの微細化とチップ面積の巨大化により、歩留まりの向上が困難となっている。また、回路規模は非常に大規模になり、多品種少量生産のシステムLSIが主流を占めているため、設計に多大な人員と時間を要してしまう。このため、開発期間の短縮化が容易ではなくなっている。このような問題を解決するものとして、リコンフィグラブル回路が注目されている。リコンフィグラブル回路とは、LSIの製造後に回路の仕様の変更を伴う書き換えを可能にする回路である。その一例として、FPGA(Field Programmable Gate Array )やCPLD(ComplexProgrammable Logic Device )などがあげられる。これらは、基本論理ブロックを多段に組み合わせて変更可能な論理回路を実現することを可能としている。つまり、このFPGA/CPLDでは、プログラム素子としてスイッチ素子やマルチプレクサを用い、これらの素子により基本論理回路の組み合わせで機能を決定している。しかし、これらの方式では、基本論理ブロックの冗長回路の占める面積が大きく、配線が長くなってしまう。一方、強誘電体を用いて、プログラム素子そのものが論理の変換を可能とする素子が提案されている(例えば、非特許文献1を参照。)。   Further, LSIs are developing at a very high speed, and miniaturization and high integration of transistors are progressing. However, improvement in yield is difficult due to miniaturization of transistors and enlargement of chip area. In addition, the circuit scale becomes very large, and system LSIs that produce a wide variety of products in small quantities occupy the mainstream, which requires a lot of manpower and time for designing. For this reason, it is not easy to shorten the development period. A reconfigurable circuit has attracted attention as a solution to such a problem. A reconfigurable circuit is a circuit that enables rewriting with changes in circuit specifications after the manufacture of an LSI. Examples thereof include an FPGA (Field Programmable Gate Array) and a CPLD (Complex Programmable Logic Device). These make it possible to realize a changeable logic circuit by combining basic logic blocks in multiple stages. That is, in this FPGA / CPLD, a switch element or a multiplexer is used as a program element, and the function is determined by a combination of basic logic circuits using these elements. However, in these methods, the area occupied by the redundant circuit of the basic logic block is large and the wiring becomes long. On the other hand, an element has been proposed that uses a ferroelectric to enable the program element itself to convert logic (for example, see Non-Patent Document 1).

図15は、上記公報に記載されている第2の従来例に係るニューロン素子の等価回路図である。この例では、パルス信号によって、強誘電体キャパシタに残留電荷を生じさせて、この残留電荷を利用して、フローティングゲートの電位を制御することにより、NOR回路とNAND回路との論理変換回路の実現を試みている。   FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of a neuron element according to the second conventional example described in the above publication. In this example, a residual charge is generated in a ferroelectric capacitor by a pulse signal, and the potential of the floating gate is controlled by using this residual charge, thereby realizing a logical conversion circuit between a NOR circuit and a NAND circuit. Are trying.

図15に示すように、この論理変換回路は、nチャネル型MISトランジスタ(NMISFET510)を備えている。ここで、NMISFET510のゲート電極は、他の端子に接続されていないフローティング状態であるフローティングゲート506である。ソースは接地され、ドレインは出力端子509に接続されている。出力端子509は、電源電圧VDDを供給するための電源電圧供給端子507に負荷抵抗素子508を介して接続されている。 As shown in FIG. 15, this logic conversion circuit includes an n-channel MIS transistor (NMISFET 510). Here, the gate electrode of the NMISFET 510 is a floating gate 506 in a floating state that is not connected to other terminals. The source is grounded and the drain is connected to the output terminal 509. The output terminal 509 is connected via a load resistance element 508 to a power supply voltage supply terminal 507 for supplying a power supply voltage VDD.

また、フローティングゲート506に容量結合する2個の入力端子500,501と、入力端子500,501とフローティングゲート506との間に介在する常誘電体キャパシタ503,504と、制御信号を受ける制御端子502と、制御端子502とフローティングゲート506との間に介在する強誘電体キャパシタ505とを備えている。   Also, two input terminals 500 and 501 that are capacitively coupled to the floating gate 506, paraelectric capacitors 503 and 504 interposed between the input terminals 500 and 501 and the floating gate 506, and a control terminal 502 that receives a control signal. And a ferroelectric capacitor 505 interposed between the control terminal 502 and the floating gate 506.

ここで、入力端子500からの入力信号の論理をX1、入力端子501からの入力信号をX2、制御端子502の電荷量をCR、フローティングゲート506の電荷量φF、出力端子509からの出力信号の論理をYとする。また、NMISFET510の閾値電圧を0Vとする。さらに、X1,X2を”1”としたとき、常誘電体キャパシタ503,504の各上部電極(入力端子側の電極)に電荷量Q0が誘起されるものとする。   Here, the logic of the input signal from the input terminal 500 is X1, the input signal from the input terminal 501 is X2, the charge amount of the control terminal 502 is CR, the charge amount φF of the floating gate 506, the output signal of the output terminal 509 Let Y be the logic. Further, the threshold voltage of the NMISFET 510 is set to 0V. Furthermore, when X1 and X2 are set to “1”, a charge amount Q0 is induced in each upper electrode (electrode on the input terminal side) of the paraelectric capacitors 503 and 504.

図16は、制御端子502に負のパルス信号を加えたときの入力信号X1,X2に対する各部の電荷量を出力信号Yの論理値とを表にして示す図である。   FIG. 16 is a table showing the charge amount of each part with respect to the input signals X1 and X2 when a negative pulse signal is applied to the control terminal 502 as a table with the logical value of the output signal Y.

まず、制御端子502に負の電圧のパルス信号を加えることにより、強誘電体キャパシタ505の上部電極に電荷量−Q0/2の残留電荷を発生させる。このとき、フローティングゲート506の電荷量φFは、図16に示すようになる。このとき、フローティングゲート506の電荷が正であれば、SiO2 /Si界面にチャネルが形成され、MOSトランジスタがONとなるから、出力値Yは図16に示す値になる。図16からわかるように、このときの回路動作はNOR回路動作となる。 First, a negative voltage pulse signal is applied to the control terminal 502 to generate a residual charge of −Q0 / 2 on the upper electrode of the ferroelectric capacitor 505. At this time, the charge amount φF of the floating gate 506 is as shown in FIG. At this time, if the charge of the floating gate 506 is positive, a channel is formed at the SiO 2 / Si interface and the MOS transistor is turned on, so that the output value Y becomes the value shown in FIG. As can be seen from FIG. 16, the circuit operation at this time is a NOR circuit operation.

図17は、制御端子502にさらに振幅の大きい負のパルス信号を加えたときの入力信号X1,X2に対する各部の電荷量を出力信号Yの論理値とを表にして示す図である。   FIG. 17 is a table showing the charge amounts of the respective parts with respect to the input signals X1 and X2 when a negative pulse signal having a larger amplitude is applied to the control terminal 502, with the logical value of the output signal Y as a table.

まず、制御端子502にさらに振幅の大きい負の電圧のパルス信号を加えることにより、強誘電体キャパシタ505の上部電極に電荷量−3Q0/2の残留電荷を発生させる。このとき、フローティングゲート506の電荷量φFは、図17に示すようになる。   First, a negative voltage pulse signal with a larger amplitude is applied to the control terminal 502 to generate a residual charge of −3Q0 / 2 on the upper electrode of the ferroelectric capacitor 505. At this time, the charge amount φF of the floating gate 506 is as shown in FIG.

フローティングゲート506の電荷が正であれば、SiO2 /Si界面にチャネルが形成され、NMISFET510がONとなるから、出力値Yは図17に示すようになる。図17からわかるように、このときの回路動作はNAND回路動作となる。このように、強誘電体キャパシタの残留電荷を制御することによって、NOR回路とNAND回路との論理変換回路であるプログラム素子が実現可能である。
特許第3122756号公報 特許第2929909号公報 特許第2942088号公報 川口直一,尹聖民,徳光永輔、「第61回応用物理学会学術講演会講演予稿集」、6a-g-1
If the charge of the floating gate 506 is positive, a channel is formed at the SiO 2 / Si interface and the NMISFET 510 is turned on, so the output value Y is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 17, the circuit operation at this time is a NAND circuit operation. Thus, by controlling the residual charge of the ferroelectric capacitor, it is possible to realize a program element that is a logic conversion circuit of a NOR circuit and a NAND circuit.
Japanese Patent No. 312756 Japanese Patent No. 2929909 Japanese Patent No. 2942088 Naoichi Kawaguchi, Seimin Tsuji, Eisuke Tokumitsu, "61th JSAP Scientific Lecture Proceedings", 6a-g-1

しかし、上記第2の従来例に係る論理変換回路においては、強誘電体キャパシタ505の強誘電体膜に生じる残留電荷がフローティングゲート506の電位φFに影響されるという不具合があった。 However, Oite the logical conversion circuits according to the second conventional example, there is a disadvantage that residual charges generated in the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor 505 is influenced by the potential φF of the floating gate 506.

ここで、強誘電体膜に印加される電圧(制御端子側を正とする)をVferrとすると、Vferrは、下記式(101)
Vferr=CR−φF=−φF (101)
により表される。
Here, assuming that the voltage applied to the ferroelectric film (the control terminal side is positive) is Vferr, Vferr is expressed by the following formula (101).
Vferr = CR−φF = −φF (101)
It is represented by

ここで、制御端子502にパルス信号が印加されていない領域に注目して、考察を進める。このとき、式(101)より、強誘電体膜に印加される電圧は、フローティングゲート506の電位φFに依存していることが分かる。φFは入力によって変動するので、式(101)より強誘電体膜に印加される電圧は必ず変動する。これにより、強誘電体膜に誘起される残留電荷が変動してしまうという不具合があった。この不具合について、図を参照しながら説明する。   Here, attention is paid to the region where no pulse signal is applied to the control terminal 502, and the discussion proceeds. At this time, it can be seen from the equation (101) that the voltage applied to the ferroelectric film depends on the potential φF of the floating gate 506. Since φF varies depending on the input, the voltage applied to the ferroelectric film always varies according to the equation (101). As a result, there is a problem that the residual charge induced in the ferroelectric film fluctuates. This problem will be described with reference to the drawings.

図18(a),(b)は、それぞれ順に、第2の従来例に係る論理変換回路のフローティングゲートの電位の時間変化を示すタイミングチャート、及び強誘電体膜に印加される電圧の時間変化を示すタイミングチャートである。ここで、論理値”0”の電圧値を0V、論理値”1”の電圧値を5Vとする。入力端子500,501にそれぞれ(0,0),(1,1),(0,1),(1,0)を入力した後、制御端子502に−10Vのパルス信号を印加し、強誘電体キャパシタ505に残留電荷を誘起させる。その後、入力端子500,501にそれぞれ(0,0),(1,1),(0,1),(1,0)の入力を繰り返し入力する。 18A and 18B are respectively a timing chart showing the time change of the potential of the floating gate of the logic conversion circuit according to the second conventional example, and the time change of the voltage applied to the ferroelectric film. It is a timing chart which shows. Here, the voltage value of the logical value “0” is 0V, and the voltage value of the logical value “1” is 5V. After inputting (0, 0), (1, 1), (0, 1), (1, 0) to the input terminals 500 and 501, respectively, a pulse signal of −10V is applied to the control terminal 502, and the ferroelectric Residual charges are induced in the body capacitor 505. Thereafter, inputs (0, 0), (1, 1), (0, 1), and (1, 0) are repeatedly input to the input terminals 500 and 501, respectively.

このとき、図18(a)からわかるように、強誘電体膜に印加される電圧は、パルス信号を加えない領域でも変動していることが分かる。つまり、図18(a)の領域Rxに示すように、パルス信号が印加される前の入力(0,1)に対するフローティングゲート506の電位φFと、入力(1,0)に対する電位φFとが互いに異なっている。これは、前述したように、入力端子に入力信号が印加されると、強誘電体キャパシタの強誘電体膜に印加される電圧が変動するためである。また、図18(a)の領域Ryに示すように、パルス信号が制御端子502に印加された後において、1回目と2回目の同じ入力に対するフローティングゲートの電位φFが互いに異なっている。これも、入力端子に電圧が加えられると、強誘電体キャパシタの強誘電体膜に印加される電圧が一定しない結果、強誘電体キャパシタの残留電荷が変動するためである。   At this time, as can be seen from FIG. 18A, it can be seen that the voltage applied to the ferroelectric film fluctuates even in a region where no pulse signal is applied. That is, as shown in the region Rx of FIG. 18A, the potential φF of the floating gate 506 with respect to the input (0, 1) before the pulse signal is applied and the potential φF with respect to the input (1, 0) are mutually different. Is different. This is because, as described above, when an input signal is applied to the input terminal, the voltage applied to the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor varies. Further, as shown in a region Ry in FIG. 18A, after the pulse signal is applied to the control terminal 502, the floating gate potential φF for the same input for the first time and the second time is different from each other. This is also because when the voltage is applied to the input terminal, the voltage applied to the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor is not constant, and the residual charge of the ferroelectric capacitor varies.

このように、第2の従来例のNOR回路とNAND回路との論理変換回路においては、強誘電体キャパシタの残留電荷が他の入力端子に加わる電圧によって変動する結果、強誘電体キャパシタで誘起される残留電荷を安定に保持できず、論理変換機能が不安定になってしまうという不具合があった。 Thus, Oite the logical conversion circuits of the NOR circuit and the NAND circuit of the second conventional example, the results vary by the voltage residual charge of the ferroelectric capacitor is applied to the other input terminal, the ferroelectric capacitor There is a problem that the residual charge induced by the method cannot be stably maintained and the logic conversion function becomes unstable.

本発明の目的は、安定した論理変換回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stable logic converting circuits.

上記課題を解決する本発明は、NAND回路動作とNOR回路動作との間で切り替え可能な論理変換回路であって、
前記論理変換回路は、複数の信号入力部(65)、出力端子(70)、制御端子(67)、電源電圧供給端子(71)、nチャネル型MISトランジスタ(61)、および電位発生装置(Egn)、
を備えており、
前記nチャネル型MISトランジスタ(61)は、ソース端子(62)、ドレイン端子(63)、ゲート絶縁膜(66)、およびフローティングゲート(64)を備えており、
前記出力端子(70)は、前記ドレイン端子(63)に接続されており、
前記電源電圧供給端子(71)は、負荷抵抗素子(69)を介して前記ドレイン端子(63)に接続されており、
前記ソース端子(62)は接地されており、
前記複数の信号入力部(65)は、それぞれ、入力端子(65a)および常誘電体膜(65c)を有すると共に、前記各常誘電体膜(65c)の一方の面は前記各入力端子(65a)に接続されており、前記各常誘電体膜(65c)の他方の面はいずれも前記フローティングゲート(64)に接続されており、
前記制御端子(67)と前記フローティングゲート(64)との間に前記電位発生装置(Egn)が介在しており、
前記電位発生装置(Egn)は、
第1の半導体層と、
上記第1の半導体層の上に形成された第1のゲート絶縁膜と、上記第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極(211)と、上記第1の半導体層内における上記第1のゲート電極の両側方に位置する領域に形成された第1,第2のP型拡散領域とを有する第1のMISFET(56)と、
第2の半導体層と、
上記第2の半導体層の上に形成された第2のゲート絶縁膜と、上記第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極(212)と、上記第2の半導体層内における上記第2のゲート電極の両側方に位置する領域に形成された第1,第2のN型拡散領域とを有する第2のMISFET(54)と、
上記第1,第2のゲート電極に共通に接続される第1の電極(52)と、該第1の電極(52)に対向する第2の電極(50)と、上記第1の電極(52)−第2の電極(50)間に介在する強誘電体膜とを有する強誘電体キャパシタ(51)と、
上記第2のMISFET(54)の第1のN型拡散領域に第1の電圧を供給するための第1の電圧供給部(53)と、
上記第1のMISFET(56)の第1のP型拡散領域に上記第1の電圧よりも低い接地電圧を供給するための第の電圧供給部(57)と、
上記各MISFETの第2のP型拡散領域及びN型拡散領域に共通に接続され、上記強誘電体キャパシタ(51)の上記第2の電極(52)に入力された電圧に応じた出力電圧を出力するための電圧出力部(55)とを備え、
前記第1のMISFET(56)の基板電位は前記第1の電圧であり、
前記第2のMISFET(54)の基板電位は前記第2の電圧であり、
前記第2の電極(50)が前記制御端子(67)と接続されており、
前記電圧出力部(55)が前記フローティングゲート(64)と接続されており、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加する前においては、前記nチャネル型MISトランジスタ(61)の閾値電圧は、複数の信号入力部(65)のいずれかに論理値「1」が印加されるときの前記フローティングゲート(64)の電位より小さくすることによって、前記論理変換回路はNOR回路として動作し、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加することによって、NOR回路からNAND回路に切り替えられ、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加した後においては、前記nチャネル型MISトランジスタ(61)の閾値電圧は、複数の信号入力部(65)のいずれかに論理値「0」が印加されるときの前記フローティングゲート(64)の電位より大きくすることによって、前記論理変換回路はNAND回路として動作し、
前記強誘電体膜の分極をリセットすることによって、NAND回路からNOR回路に切り替えられる。
The present invention for solving the above problems is a logic conversion circuit that can be switched between NAND circuit operation and NOR circuit operation,
The logic conversion circuit includes a plurality of signal input units (65), an output terminal (70), a control terminal (67), a power supply voltage supply terminal (71), an n-channel MIS transistor (61), and a potential generator (Egn). ),
With
The n-channel MIS transistor (61) includes a source terminal (62), a drain terminal (63), a gate insulating film (66), and a floating gate (64).
The output terminal (70) is connected to the drain terminal (63),
The power supply voltage supply terminal (71) is connected to the drain terminal (63) via a load resistance element (69),
The source terminal (62) is grounded;
Each of the plurality of signal input sections (65) includes an input terminal (65a) and a paraelectric film (65c), and one surface of each paraelectric film (65c) is formed on each input terminal (65a). And the other surface of each paraelectric film (65c) is connected to the floating gate (64),
The potential generator (Egn) is interposed between the control terminal (67) and the floating gate (64),
The potential generator (Egn)
A first semiconductor layer;
A first gate insulating film formed on the first semiconductor layer; a first gate electrode (211) formed on the first gate insulating film; and in the first semiconductor layer A first MISFET (56) having first and second P-type diffusion regions formed in regions located on both sides of the first gate electrode in FIG.
A second semiconductor layer;
A second gate insulating film formed on the second semiconductor layer; a second gate electrode (212) formed on the second gate insulating film; and in the second semiconductor layer A second MISFET (54) having first and second N-type diffusion regions formed in regions located on both sides of the second gate electrode in FIG.
A first electrode (52) commonly connected to the first and second gate electrodes, a second electrode (50) facing the first electrode (52), and the first electrode ( 52) a ferroelectric capacitor (51) having a ferroelectric film interposed between the second electrodes (50);
A first voltage supply unit (53) for supplying a first voltage to the first N-type diffusion region of the second MISFET (54);
A second voltage supply unit (57) for supplying a ground voltage lower than the first voltage to the first P-type diffusion region of the first MISFET (56);
An output voltage corresponding to the voltage input to the second electrode (52) of the ferroelectric capacitor (51) is connected in common to the second P-type diffusion region and the N-type diffusion region of each MISFET. A voltage output unit (55) for outputting,
The substrate potential of the first MISFET (56) is the first voltage,
The substrate potential of the second MISFET (54) is the second voltage,
The second electrode (50) is connected to the control terminal (67);
The voltage output unit (55) is connected to the floating gate (64);
Before applying a pulse signal to the control terminal (67), the threshold voltage of the n-channel MIS transistor (61) is applied with a logical value “1” to any one of the plurality of signal input sections (65). The logic conversion circuit operates as a NOR circuit by making it smaller than the potential of the floating gate (64) when
By applying a pulse signal to the control terminal (67), the NOR circuit is switched to the NAND circuit,
After a pulse signal is applied to the control terminal (67), the threshold voltage of the n-channel MIS transistor (61) is applied with a logical value “0” to any one of the plurality of signal input sections (65). The logic conversion circuit operates as a NAND circuit by making it larger than the potential of the floating gate (64) when
The NAND circuit is switched to the NOR circuit by resetting the polarization of the ferroelectric film.

本発明により、安定した論理変換回路の提供をることができる。 The present invention, to provide a stable logic converting circuits may FIG Rukoto.

本実施形態に係る論理変換回路に用いられる電位発生装置
図1(a),(b)は、それぞれ順に、本実施形態に係る論理変換回路に用いられる電位発生装置の平面図およびXIb-XIb 線における断面図である。
( Potential generator used in logic conversion circuit according to this embodiment )
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view taken along the line XIb-XIb, respectively, of a potential generator used in the logic conversion circuit according to this embodiment .

図1(a),(b)において、200は入力電極、201は強誘電体キャパシタの上部電極、202は強誘電体キャパシタの強誘電体膜、203は強誘電体キャパシタの下部電極、204はコンタクト、205はP型MISトランジスタ(以下、PMISという)の基板電極つまりPMIS基板電極、206はN型MISトランジスタ(以下、NMISという)のNMIS基板電極、207はPMISドレイン電極、208は出力電極、209はNMISドレイン電極、210aは第1の層間絶縁膜、210bは第2の層間絶縁膜、211は多結晶ポリシリコンからなるPMISゲート電極、212はNMISゲート電極、213はPMISドレイン領域、214はPMISソース領域、215はNMISソース領域、216aはNMISドレイン領域、217はN型ウェル領域、218はP型ウェル領域、219はLOCOS酸化膜、220はN型トリプルウェル領域、221はP型Si基板、222はN型高濃度コンタクト領域、223はP型高濃度コンタクト領域である。なお、図1(a),(b)には図示されていないが、PMISゲート電極211とN型ウェル領域216との間、NMISゲート電極212とP型ウェル領域217との間には、シリコン酸化膜,シリコン酸窒化膜などのゲート絶縁膜がそれぞれ介在している。   In FIGS. 1A and 1B, 200 is an input electrode, 201 is an upper electrode of a ferroelectric capacitor, 202 is a ferroelectric film of the ferroelectric capacitor, 203 is a lower electrode of the ferroelectric capacitor, and 204 is Contacts 205 are substrate electrodes of P-type MIS transistors (hereinafter referred to as PMIS), that is, PMIS substrate electrodes, 206 are NMIS substrate electrodes of N-type MIS transistors (hereinafter referred to as NMIS), 207 are PMIS drain electrodes, 208 are output electrodes, 209 is an NMIS drain electrode, 210a is a first interlayer insulating film, 210b is a second interlayer insulating film, 211 is a PMIS gate electrode made of polycrystalline polysilicon, 212 is an NMIS gate electrode, 213 is a PMIS drain region, and 214 is PMIS source region, 215 is an NMIS source region, 216a is an NMIS region In region, 217 is an N-type well region, 218 is a P-type well region, 219 is a LOCOS oxide film, 220 is an N-type triple well region, 221 is a P-type Si substrate, 222 is an N-type high-concentration contact region, and 223 is P-type This is a type high concentration contact region. Although not shown in FIGS. 1A and 1B, silicon is not present between the PMIS gate electrode 211 and the N-type well region 216 and between the NMIS gate electrode 212 and the P-type well region 217. Gate insulating films such as an oxide film and a silicon oxynitride film are interposed.

図1(a),(b)に示すように、P型Si基板221内には、N型ウェル領域216と、P型ウェル領域217とが設けられており、P型ウェル領域217の下面及び側面はN型トリプルウェル領域220によって囲まれている。また、P型Si基板221の表面部には、トランジスタ等が設けられる活性領域を囲むLOCOS酸化膜219が形成されている。また、P型Si基板221の上には、厚いシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜210aと第2の層間絶縁膜210bとが順次形成されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, an N-type well region 216 and a P-type well region 217 are provided in a P-type Si substrate 221, and the bottom surface of the P-type well region 217 and The side surface is surrounded by the N-type triple well region 220. Further, a LOCOS oxide film 219 is formed on the surface portion of the P-type Si substrate 221 so as to surround an active region where a transistor or the like is provided. On the P-type Si substrate 221, a first interlayer insulating film 210a and a second interlayer insulating film 210b made of a thick silicon oxide film are sequentially formed.

そして、この電位発生装置は、N型ウェル領域217上に形成されたP型MISトランジスタ(PMIS)と、P型ウェル領域218上に形成されたN型MISトランジスタ(NMIS)とを備えている。PMISソース領域214とNMISソース領域215とが共通の出力電極208にコンタクト204を介して電気的に接続されている。また、NMISドレイン領域216は、電源電圧を受けるNMISドレイン電極209にコンタクト204を介して電気的に接続され、PMISドレイン領域213は、接地電圧を受けるPMISドレイン電極207にコンタクト204を介して電気的に接続されている。出力電極208,PMISドレイン電極207及びNMISドレイン電極209は、いずれも第2の層間絶縁膜210bの上に形成されている。また、第2の層間絶縁膜210bの上に、PMIS基板電極205と、P型ウェル領域217とが設けられている。N型ウェル領域216内にはN型高濃度コンタクト領域222が形成されており、PMIS基板電極205は、N型高濃度コンタクト領域222にコンタクト204を介して電気的に接続されている。P型ウェル領域217内にはP型高濃度コンタクト領域223が形成されており、NMIS基板電極206は、P型高濃度コンタクト領域223にコンタクト204を介して電気的に接続されている。 The potential generator includes a P-type MIS transistor (PMIS) formed on the N-type well region 217 and an N-type MIS transistor (NMIS) formed on the P-type well region 218. The PMIS source region 214 and the NMIS source region 215 are electrically connected to the common output electrode 208 via the contact 204. The NMIS drain region 216 is electrically connected to the NMIS drain electrode 209 receiving the power supply voltage via the contact 204, and the PMIS drain region 213 is electrically connected to the PMIS drain electrode 207 receiving the ground voltage via the contact 204. It is connected to the. The output electrode 208, the PMIS drain electrode 207, and the NMIS drain electrode 209 are all formed on the second interlayer insulating film 210b. A PMIS substrate electrode 205 and a P-type well region 217 are provided on the second interlayer insulating film 210b. An N-type high concentration contact region 222 is formed in the N-type well region 216, and the PMIS substrate electrode 205 is electrically connected to the N-type high concentration contact region 222 through the contact 204. A P-type high concentration contact region 223 is formed in the P-type well region 217, and the NMIS substrate electrode 206 is electrically connected to the P-type high concentration contact region 223 through the contact 204.

強誘電体キャパシタは、第1の層間絶縁膜210aの上に形成された下部電極203と、下部電極203の上に形成された強誘電体膜202と、強誘電体膜202の上に形成された上部電極201とによって構成されている。強誘電体キャパシタの下部電極203は、PMISゲート電極211及びNMISゲート電極212に電気的に接続され、強誘電体キャパシタの上部電極201は、第2の層間絶縁膜210bの上に設けられた入力電極200に接続されている。   The ferroelectric capacitor is formed on the lower electrode 203 formed on the first interlayer insulating film 210a, the ferroelectric film 202 formed on the lower electrode 203, and the ferroelectric film 202. And the upper electrode 201. The lower electrode 203 of the ferroelectric capacitor is electrically connected to the PMIS gate electrode 211 and the NMIS gate electrode 212, and the upper electrode 201 of the ferroelectric capacitor is an input provided on the second interlayer insulating film 210b. It is connected to the electrode 200.

入力電極200に入力電圧が印加されると、強誘電体膜202に比べてゲート絶縁膜の容量値が非常に小さい場合には、強誘電体膜202に加わる電圧が小さくなるため、強誘電体膜202の残留分極が小さくなり、下部電極203の電圧,つまりPMISゲート電極211及びNMISゲート電極212に印加されるゲートバイアスは小さくなる。また、強誘電体膜202に比べてゲート絶縁膜の容量値が非常に大きい場合には、強誘電体膜202への分配電圧は増すが、やがて分極は飽和してくるため、V=Q/Cからわかるように、下部電極203の電圧,つまりPMISゲート電極211及びNMISゲート電極212に印加されるゲートバイアスはやはり小さくなる。このように、ゲートバイアスを最大にするためには、強誘電体膜202とゲート絶縁膜との容量比を最適な値にしなければならない。従って、強誘電体膜202とゲート絶縁膜との材料,膜厚を変えないとすると、強誘電体膜202とゲート絶縁膜との面積比が重要になる。ここでは、第1の層間絶縁膜210a上に強誘電体膜202を形成しているため、強誘電体膜202とゲート絶縁膜との比を容易に調整することができる。 When an input voltage is applied to the input electrode 200, when the capacitance value of the gate insulating film is very small compared to the ferroelectric film 202, the voltage applied to the ferroelectric film 202 becomes small. The residual polarization of the film 202 is reduced, and the voltage of the lower electrode 203, that is, the gate bias applied to the PMIS gate electrode 211 and the NMIS gate electrode 212 is reduced. In addition, when the capacitance value of the gate insulating film is much larger than that of the ferroelectric film 202, the distribution voltage to the ferroelectric film 202 increases, but the polarization eventually becomes saturated, so that V = Q / As can be seen from C, the voltage of the lower electrode 203, that is, the gate bias applied to the PMIS gate electrode 211 and the NMIS gate electrode 212 is also reduced. Thus, in order to maximize the gate bias, the capacitance ratio between the ferroelectric film 202 and the gate insulating film must be set to an optimum value. Therefore, if the material and film thickness of the ferroelectric film 202 and the gate insulating film are not changed, the area ratio between the ferroelectric film 202 and the gate insulating film becomes important. Here, since the ferroelectric film 202 is formed on the first interlayer insulating film 210a, the ratio between the ferroelectric film 202 and the gate insulating film can be easily adjusted.

次に、この電位発生装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing this potential generator will be described.

まず、P型Si基板221上に、素子分離としてLOCOS酸化膜219を形成する。次に、各MISトランジスタの基板電位を独立に制御するために、NMISトランジスタが形成される領域に、高エネルギーのAsイオン注入によってN型トリプルウェル領域220を形成する。N型トリプルウェル領域220は、図示されていないがコンタクトを介して電位制御用電極に接続されており、P型ウェル領域217とN型トリプルウェル領域220が順方向バイアスにならないようにN型トリプルウェル領域220の電位が制御される。 First, a LOCOS oxide film 219 is formed on the P-type Si substrate 221 as element isolation. Next , in order to independently control the substrate potential of each MIS transistor, an N-type triple well region 220 is formed in the region where the NMIS transistor is formed by high-energy As ion implantation. Although not shown, the N-type triple well region 220 is connected to the potential control electrode through a contact, and the N-type triple well region 217 and the N-type triple well region 220 are prevented from being forward biased. The potential of the well region 220 is controlled.

なお、各基板領域の電位を互いに独立に制御するために、ここでは、N型トリプルウェルを用いたが、SOI技術を用いてもよい。 Here , in order to control the potential of each substrate region independently of each other, an N-type triple well is used here , but an SOI technology may be used.

次に、Asイオン注入によってN型ウェル領域216を、Bイオン注入によってP型ウェル領域217をそれぞれ形成する。   Next, an N-type well region 216 is formed by As ion implantation, and a P-type well region 217 is formed by B ion implantation.

その後、基板上に、厚み10nmのゲート絶縁膜と、厚み400nmの多結晶シリコン膜とを形成した後、多結晶シリコン膜をパターニングすることによって、ゲート長5μm,ゲート幅50μmのPMISゲート電極211と、ゲート長5μm,ゲート幅25μmのNMISゲート電極212とを形成する。   Thereafter, a gate insulating film having a thickness of 10 nm and a polycrystalline silicon film having a thickness of 400 nm are formed on the substrate, and then the polycrystalline silicon film is patterned to form a PMIS gate electrode 211 having a gate length of 5 μm and a gate width of 50 μm. Then, an NMIS gate electrode 212 having a gate length of 5 μm and a gate width of 25 μm is formed.

そして、PMISゲート電極211をマスクの一部として用いたBイオン注入により、N型ウェル領域216内にPMISドレイン領域213とPMISソース領域214とを形成する。同様に、NMISゲート電極212をマスクの一部として用いたAsイオン注入により、P型ウェル領域217内にNMISドレイン領域216aとNMISソース領域215とを形成する。   Then, the PMIS drain region 213 and the PMIS source region 214 are formed in the N-type well region 216 by B ion implantation using the PMIS gate electrode 211 as a part of the mask. Similarly, an NMIS drain region 216a and an NMIS source region 215 are formed in the P-type well region 217 by As ion implantation using the NMIS gate electrode 212 as a part of the mask.

次に、コンタクト抵抗を低減するために、各ゲート電極211,212と、各ソース領域214,215と、各ドレイン領域213,216aと、各高濃度コンタクト領域222,223との表面部をシリサイド化する。その後、基板上に、プラズマCVDによるTEOS膜を堆積して第1の層間絶縁膜210aを堆積する。   Next, in order to reduce the contact resistance, the surface portions of the gate electrodes 211 and 212, the source regions 214 and 215, the drain regions 213 and 216a, and the high-concentration contact regions 222 and 223 are silicided. To do. Thereafter, a TEOS film by plasma CVD is deposited on the substrate to deposit a first interlayer insulating film 210a.

次に、第1の層間絶縁膜210aを貫通して各ゲート電極211,212に到達するホールを形成した後、ホールを埋めるタングステン等のコンタクト204を形成する。その後、CVD法により、第1の層間絶縁膜210a及びコンタクト204の上に、密着層としてTiNを堆積した後、スパッタリング法を用いてPt膜(白金膜)を堆積する。そして、Pt膜及びTiN膜をパターニングして下部電極203を形成する。そして、ここでは、下部電極203及び第1の層間絶縁膜210aの上に、基板温度600℃程度で面積50μm2 ,膜厚400μmのチタン酸鉛ランタン((Pb0.85(La0.1 Ti0.90.153 )膜であるPLT膜をスパッタリング法によって堆積した後、PLT膜をパターニングして、下部電極203の上に強誘電体膜202を形成する。その後、強誘電体膜202,下部電極203及び第1の層間絶縁膜210aの上に、スパッタリング法により、Pt膜を堆積した後、Pt膜をパターニングして、強誘電体膜202の上に、上部電極201を形成する。 Next, holes that penetrate through the first interlayer insulating film 210a and reach the gate electrodes 211 and 212 are formed, and then contacts 204 such as tungsten filling the holes are formed. Thereafter, TiN is deposited as an adhesion layer on the first interlayer insulating film 210a and the contact 204 by CVD, and then a Pt film (platinum film) is deposited by sputtering. Then, the lower electrode 203 is formed by patterning the Pt film and the TiN film. In this case , lead lanthanum titanate ((Pb 0.85 (La 0.1 Ti 0.9 ) 0.15 O) having a substrate temperature of about 600 ° C. and an area of 50 μm 2 and a film thickness of 400 μm is formed on the lower electrode 203 and the first interlayer insulating film 210a. 3 ) After depositing a PLT film, which is a film, by sputtering, the PLT film is patterned to form a ferroelectric film 202 on the lower electrode 203. Thereafter, the ferroelectric film 202, the lower electrode 203, and the first electrode A Pt film is deposited on the first interlayer insulating film 210 a by sputtering, and then the Pt film is patterned to form an upper electrode 201 on the ferroelectric film 202.

次に、基板上に、TEOSからなる第2の層間絶縁膜210bを堆積し、第2の層間絶縁膜210bを貫通して、各ソース領域214,215と、各ドレイン領域213,216と、各高濃度コンタクト領域222,223とに到達するホールを形成した後、ホールをタングステン等によって埋めてコンタクト204を形成する。そして、第2の層間絶縁膜210bの上に、PMISドレイン電極207,出力電極208,NMISドレイン電極209,PMIS基板電極205,NMIS基板電極206,入力電極200などを含むAl配線を形成する。   Next, a second interlayer insulating film 210b made of TEOS is deposited on the substrate, penetrating through the second interlayer insulating film 210b, the source regions 214 and 215, the drain regions 213 and 216, After forming holes reaching the high-concentration contact regions 222 and 223, the holes 204 are filled with tungsten or the like to form the contacts 204. Then, an Al wiring including the PMIS drain electrode 207, the output electrode 208, the NMIS drain electrode 209, the PMIS substrate electrode 205, the NMIS substrate electrode 206, the input electrode 200 and the like is formed on the second interlayer insulating film 210b.

このAl配線において、強誘電体キャパシタの上部電極201に電気的に接続される入力電極200は入力信号を受ける電極であり、PMISソース領域214とNMISソース領域215とに電気的に接続される出力電極208は出力信号を出力する電極である。NMISドレイン電極209とPMIS基板電極205とは、電源電圧VDDを供給する電源電圧供給部(図示せず)に接続されている。PMISドレイン電極207とNMIS基板電極206とは、接地電圧VSSを供給する接地(図示せず)に接続されている。   In this Al wiring, an input electrode 200 that is electrically connected to the upper electrode 201 of the ferroelectric capacitor is an electrode that receives an input signal, and an output that is electrically connected to the PMIS source region 214 and the NMIS source region 215. The electrode 208 is an electrode that outputs an output signal. The NMIS drain electrode 209 and the PMIS substrate electrode 205 are connected to a power supply voltage supply unit (not shown) that supplies the power supply voltage VDD. The PMIS drain electrode 207 and the NMIS substrate electrode 206 are connected to a ground (not shown) that supplies a ground voltage VSS.

なお、ここでは、P型Si基板を用いたが、N型Si基板を用いても構わない。 Although a P-type Si substrate is used here , an N-type Si substrate may be used.

図2は、この電位発生装置の等価回路図である。図2に示すように、第2のMISFETであるN型MISトランジスタ(NMISFET)54と第1のMISFETであるP型MISトランジスタ(PMISFET)56との共通のゲート電極であるゲート部52に、第1のキャパシタである強誘電体キャパシタ51が接続されている回路と等価である。 Figure 2 is an equivalent circuit diagram of the potential generator. As shown in FIG. 2, the gate portion 52, which is a common gate electrode of the N-type MIS transistor (NMISFET) 54, which is the second MISFET, and the P-type MIS transistor (PMISFET) 56, which is the first MISFET, This is equivalent to a circuit to which a ferroelectric capacitor 51 that is one capacitor is connected.

そして、N型MISトランジスタ54の一方の拡散領域であるソースとP型MISトランジスタ56のソースとが互いに接続され、かつ、出力端子55に接続されている。N型MISトランジスタ54の他方の拡散領域であるドレインが電源電圧VDDを供給する電源電圧供給部53に接続され、P型MISトランジスタ56のドレインが接地電圧VSSを供給する接地57に接続されている。また、N型MISトランジスタ54の基板電位は接地電圧VSSであり、P型MISトランジスタ56の基板電位は電源電圧VDDである。このように、ソースから出力を取り出す回路は、ソースフォロア回路と呼ばれている。   The source which is one diffusion region of the N-type MIS transistor 54 and the source of the P-type MIS transistor 56 are connected to each other and to the output terminal 55. The drain which is the other diffusion region of the N-type MIS transistor 54 is connected to the power supply voltage supply unit 53 which supplies the power supply voltage VDD, and the drain of the P-type MIS transistor 56 is connected to the ground 57 which supplies the ground voltage VSS. . The substrate potential of the N-type MIS transistor 54 is the ground voltage VSS, and the substrate potential of the P-type MIS transistor 56 is the power supply voltage VDD. Thus, a circuit that extracts an output from a source is called a source follower circuit.

ここで、の電位発生装置であるソースフォロア回路の動作について説明する。ゲート部52の電位(ゲートバイアス)がVgであり、出力端子55の電位がVsであるとする。N型MISトランジスタ54が飽和領域で動作しており、P型MISトランジスタ56がオフ状態にあるものとする。N型MISトランジスタ54の閾値電圧をVtn、P型MISトランジスタ56の閾値電圧をVtpとすると、N型MISトランジスタ54に流れる電流Isは、下記式(2)
Is=μn・Cox・Wn(Vg−Vs−Vtn)2 /2Ln (2)
で表される。ただし、μnは電子の移動度、Coxはゲート絶縁膜の容量、Wnはゲート幅、Lnはゲート長である。
Here, the operation of the source follower circuit is a potential generator of this. It is assumed that the potential (gate bias) of the gate unit 52 is Vg and the potential of the output terminal 55 is Vs. It is assumed that the N-type MIS transistor 54 operates in the saturation region and the P-type MIS transistor 56 is in an off state. When the threshold voltage of the N-type MIS transistor 54 is Vtn and the threshold voltage of the P-type MIS transistor 56 is Vtp, the current Is flowing through the N-type MIS transistor 54 is expressed by the following equation (2).
Is = μn · Cox · Wn (Vg−Vs−Vtn) 2 / 2Ln (2)
It is represented by Here, μn is the mobility of electrons, Cox is the capacitance of the gate insulating film, Wn is the gate width, and Ln is the gate length.

P型MISトランジスタ56はオフ状態であるので、非常に大きい抵抗とみなせる。このため、Isはほぼ0である。したがって、式(2)より、出力端子55の電位Vsは、下記式(3)
Vs=Vg−Vtn (3)
により表される。
Since the P-type MIS transistor 56 is in the off state, it can be regarded as a very large resistance. For this reason, Is is almost zero. Therefore, from the equation (2), the potential Vs of the output terminal 55 is expressed by the following equation (3).
Vs = Vg−Vtn (3)
It is represented by

つまり、出力端子55の電位Vsは、ゲート部の電位VgからN型MISトランジスタ54の閾値電圧Vtnだけ小さくなった値となる。そして、出力端子55の電位Vsの範囲は、VSSからVDDまでの間である。このように、ソースフォロア回路により、入力がほぼそのまま次段の回路に伝達される。さらに、ソースフォロア回路と前段又は次段の回路との間の相互の影響が小さいため、ソースフォロア回路は、回路と回路との間に挿入される緩衝増幅器(バッファ)として使用される。   That is, the potential Vs of the output terminal 55 is a value that is smaller than the potential Vg of the gate portion by the threshold voltage Vtn of the N-type MIS transistor 54. The range of the potential Vs of the output terminal 55 is between VSS and VDD. In this way, the input is transmitted almost directly to the next stage circuit by the source follower circuit. Furthermore, since the mutual influence between the source follower circuit and the preceding stage or the next stage circuit is small, the source follower circuit is used as a buffer amplifier (buffer) inserted between the circuits.

の電位発生装置は、ソースフォロア回路を構成する2つのMISトランジスタ54,56と、各MISトランジスタ54,56の共通のゲート電極であるゲート部52と入力端子50との間に強誘電体キャパシタ51を設けて構成されている。そして、強誘電体キャパシタ51の分極によってゲート部52に電荷が誘起されると、これにより生じた電位によりソースフォロア回路の出力端子55から出力するための電圧信号を不揮発で生成することができる。 This potential generator, the ferroelectric capacitor between two MIS transistors 54 and 56 constituting a source follower circuit, the common gate 52 and the input terminal 50 is the gate electrode of the MIS transistor 54 and 56 51 is provided. When charges are induced in the gate portion 52 by the polarization of the ferroelectric capacitor 51, a voltage signal to be output from the output terminal 55 of the source follower circuit can be generated in a nonvolatile manner by the potential generated thereby.

次に、の電位発生装置の動作特性について、図3,図4を参照しながら説明する。以下の動作説明においては、電源電圧VDDを0Vとし、接地電圧VSSを−5Vとする。また、N型MISトランジスタ54の閾値電圧を1.0Vとし、P型MISトランジスタ56の閾値電圧を−1.0Vとする。 Then, operation characteristics of this potential generator, FIG 3 will be described with reference to FIG. In the following description of the operation, the power supply voltage VDD is set to 0V, and the ground voltage VSS is set to -5V. Further, the threshold voltage of the N-type MIS transistor 54 is set to 1.0V, and the threshold voltage of the P-type MIS transistor 56 is set to −1.0V.

図3(a),(b)は、それぞれ順に、入力端子50の電圧の時間変化を示すタイムチャート、及びゲート部52及び出力端子55の電圧の時間変化を示すタイムチャートである。   3A and 3B are a time chart showing the time change of the voltage at the input terminal 50 and a time chart showing the time change of the voltage at the gate section 52 and the output terminal 55, respectively.

図3(a)に示すように、入力端子50に−10Vのパルス信号が入力されると、強誘電体キャパシタ51に残留分極が生じる。図3(b)に示すように、パルス信号が通過した後も、強誘電体キャパシタ51の残留分極により、ゲート部52の電位が−0.85Vに保持される。次に、このゲート部52の電位が上述のソースフォロア回路を通って出力端子55に伝達されるので、図3(b)に示すように、パルス信号が通過した後も、出力端子55の電位が−2.2Vに保持される。このように、入力端子50にパルス信号を入力することで、入力端子50の電位が0Vに戻った後も、強誘電体キャパシタ51の分極により出力端子55に、負の電位が保持されている。この不揮発性のバイアスにより、入力端子50に常時電圧を印加しなくても、出力端子55の電位を所望の電位に保持することが可能になり、消費電力を抑制することができる。   As shown in FIG. 3A, when a pulse signal of −10 V is input to the input terminal 50, remanent polarization occurs in the ferroelectric capacitor 51. As shown in FIG. 3B, even after the pulse signal passes, the potential of the gate portion 52 is held at −0.85 V due to the residual polarization of the ferroelectric capacitor 51. Next, since the potential of the gate portion 52 is transmitted to the output terminal 55 through the above-described source follower circuit, as shown in FIG. 3B, the potential of the output terminal 55 is also passed after the pulse signal has passed. Is held at -2.2V. As described above, by inputting the pulse signal to the input terminal 50, the negative potential is held at the output terminal 55 due to the polarization of the ferroelectric capacitor 51 even after the potential of the input terminal 50 returns to 0V. . With this nonvolatile bias, the potential of the output terminal 55 can be held at a desired potential without constantly applying a voltage to the input terminal 50, and power consumption can be suppressed.

次に、この電位発生装置の回路動作におけるゲート部52の電位の安定性について、図4を参照しながら説明する。 Next, the stability of the potential of the gate portion 52 in the circuit operation of this potential generator will be described with reference to FIG.

図4(a),(b),(c)は、それぞれ順に、ゲート部52の電位安定性を調べるためのテスト用回路の構成を示す回路図、入力端子50の電位の時間変化を示すタイムチャート、及びゲート部52の電位の時間変化を示すタイムチャートである。   4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are sequentially a circuit diagram showing a configuration of a test circuit for examining the potential stability of the gate unit 52, and a time showing a time change of the potential of the input terminal 50. It is a time chart which shows a time change of a chart and potential of gate part 52.

図4(a)に示すように、このテスト用回路は、図2に示す電位発生装置に加えて、第2の入力端子59と、この第2の入力端子59と電位発生装置の出力端子55との間に介在する容量値0.1pFの常誘電体キャパシタ58とを備えている。入力端子50に−10Vのパルス信号を入力すると、ゲート部52に−1.08Vの電位が発生する。その後、第2の入力端子59に5Vのパルス信号を入力することにより、パルス信号の立ち上がり時,立ち下がり時に、それぞれ各MISトランジスタ54,56と常誘電体キャパシタ58とに過渡電流が流れ、ゲート部52の電位がやや変動するが、ゲート部52の電位の安定な領域では、ゲート部52の電位はほぼ安定して−1.00Vになり、元の設定電圧に復帰することがわかる。   As shown in FIG. 4A, in addition to the potential generator shown in FIG. 2, the test circuit includes a second input terminal 59, the second input terminal 59, and an output terminal 55 of the potential generator. And a paraelectric capacitor 58 having a capacitance value of 0.1 pF. When a -10V pulse signal is input to the input terminal 50, a potential of -1.08V is generated in the gate portion 52. Thereafter, by inputting a 5V pulse signal to the second input terminal 59, a transient current flows through each of the MIS transistors 54 and 56 and the paraelectric capacitor 58 when the pulse signal rises and falls, respectively. Although the potential of the portion 52 varies slightly, it can be seen that in the region where the potential of the gate portion 52 is stable, the potential of the gate portion 52 becomes almost stable to −1.00 V and returns to the original set voltage.

このため、の電位発生装置においては、従来例のように強誘電体キャパシタの出力電位が変動したときでも、強誘電体キャパシタに誘起された電荷は変動せず、残留分極が安定に保持される。また、過渡電流は、MISトランジスタの閾値電圧を大きくすることにより抑制することが可能であるが、閾値電圧を大きくすると、式(3)からわかるように、出力に影響を与え、さらに、電位伝達時においてMISトランジスタが飽和領域で動作しなくなるため、あまり閾値電圧を大きくすることはできない。 Therefore, the potential generator of this, even when the output potential of the ferroelectric capacitor as in the conventional example is changed, the charge induced in the ferroelectric capacitor does not vary, the residual polarization is held stably The Further, the transient current can be suppressed by increasing the threshold voltage of the MIS transistor. However, increasing the threshold voltage affects the output as seen from the equation (3), and further transmits the potential. Since the MIS transistor sometimes does not operate in the saturation region, the threshold voltage cannot be increased too much.

それに対し、の電位発生装置では、上述したように、N型MISトランジスタの閾値電圧は1.0Vで、P型MISトランジスタの閾値電圧は−1.0Vであり、各MISトランジスタの閾値電圧をそれほど大きくしなくても、最適動作を得ることができる。このように、強誘電体キャパシタ51にソースフォロア回路を接続して電位発生装置を構成することにより、第2の入力端子59にパルス信号を加えて出力端子55の電位を変動させても、ゲート部52の電位はほとんど変動しなかった。 In contrast, the potential generator of this, as described above, the threshold voltage of the N-type MIS transistor is 1.0 V, the threshold voltage of the P-type MIS transistor is -1.0 V, the threshold voltage of each MIS transistor Even if it is not so large, the optimum operation can be obtained. As described above, the potential generator is configured by connecting the source follower circuit to the ferroelectric capacitor 51, so that even if the pulse signal is applied to the second input terminal 59 to change the potential of the output terminal 55, the gate is changed. The potential of the portion 52 hardly changed.

以上のように、の電位発生装置によると、強誘電体キャパシタ51を利用することにより、入力端子50に常時電圧を加えなくても、残留分極により、出力端子55の電位,つまり出力信号の電圧をほぼ一定に保持することが可能である。これにより、この電位発生装置を利用した回路の消費電力の低減を実現することができる。 As described above, according to the potential generator of this, by using the ferroelectric capacitor 51, without the addition of constantly voltage to the input terminal 50, the residual polarization of the output terminal 55 potential, of that is the output signal It is possible to keep the voltage almost constant. Thereby, reduction of the power consumption of the circuit using this electric potential generator is realizable.

特に、強誘電体キャパシタ51の出力側電極にソースフォロア回路を接続することにより、ソースフォロア回路の出力部(出力端子55)に電圧変動が加わっても、強誘電体キャパシタ51に発生する残留分極にはほとんど影響を与えることがない。すなわち、残留分極によって誘起された電位が、ソースフォロア回路を通ることにより、安定して次段の回路に伝達される。   In particular, by connecting a source follower circuit to the output side electrode of the ferroelectric capacitor 51, the residual polarization generated in the ferroelectric capacitor 51 even when a voltage fluctuation is applied to the output section (output terminal 55) of the source follower circuit. Has little effect. That is, the potential induced by the remanent polarization is stably transmitted to the next stage circuit through the source follower circuit.

なお、ここでは、強誘電体キャパシタの強誘電体膜を構成する材料としてPLTを用いたが、本発明の強誘電体膜はヒステリシス性のある分極特性を示す材料であればよい。例えば、チタン酸ビスマス(Bi4Ti312)(BIT)、タンタル酸ストロンチウムビスマス(SrBi2Ta29)(Y1)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr0.45Ti0.55)O3 )(PZT)などの強誘電体材料や、電荷の偏りを利用してデータを保存する高分子化合物などを、本発明の電位発生装置の強誘電体キャパシタ中の強誘電体膜として用いることにより、本実施形態と同様の作用効果が得られる。 Here, PLT is used as the material constituting the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor. However, the ferroelectric film of the present invention may be any material as long as it exhibits a polarization characteristic with hysteresis. For example, bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 ) (BIT), strontium bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) (Y1), lead zirconate titanate (Pb (Zr 0.45 Ti 0.55 ) O 3 ) ( By using a ferroelectric material such as PZT) or a polymer compound that stores data by utilizing charge bias as a ferroelectric film in the ferroelectric capacitor of the potential generator of the present invention, The same effect as the embodiment can be obtained.

参考例1としての電位発生装置
図5は、参考例1としての電位発生装置の等価回路である。
( Potential generator as reference example 1 )
FIG. 5 is an equivalent circuit of the potential generator as Reference Example 1 .

同図に示すように、この電位発生装置は、図2に示す電位発生装置とほぼ同じ要素を備えているが、本実施形態においては、N型MISトランジスタ54のゲートが接地57に接続されて、接地電位VSSに維持される点が、図2とは異なっている。 As shown in the figure, the potential generator includes almost the same elements as potential generator shown in FIG. 2, in the present embodiment, the gate of the N-type MIS transistor 54 is connected to the ground 57 2 is different from FIG. 2 in that it is maintained at the ground potential VSS.

の電位発生装置の動作特性は、図2とほぼ同じであるが、ここでは、N型MISトランジスタ54が高抵抗体として機能するので、P型MISトランジスタ56の閾値電圧Vptを大きくすることなく、過渡電流を非常に少なくできるという利点がある。 Operating characteristics of this potential generator is similar to FIG. 2, where, the N-type MIS transistor 54 functions as a high resistance, to increase the threshold voltage Vpt of the P-type MIS transistor 56 And there is an advantage that the transient current can be extremely reduced.

なお、N型MISトランジスタ54に代えて、高い抵抗値をもつ抵抗素子を配置してもよい。 Instead of the N- type MIS transistor 54, a resistance element having a high resistance value may be arranged.

参考例2としての電位発生装置
図6は、参考例2としての電位発生装置の等価回路図である。
( Potential generator as reference example 2 )
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the potential generator as Reference Example 2 .

同図に示すように、の電位発生装置は、図2に示す電位発生装置とほぼ同じ要素を備えているが、本実施形態においては、P型MISトランジスタ56のゲートが電源電圧供給部53に接続されて、電源電圧VDDに維持される点が、図2とは異なっている。 As shown in the figure, the potential generator of this includes almost the same elements as potential generator shown in FIG. 2, in the present embodiment, P-type MIS transistor source voltage supply unit 53 gates the 56 2 is different from that shown in FIG. 2 in that the power supply voltage VDD is maintained.

の電位発生装置の動作特性は、図2とほぼ同じであるが、ここでは、P型MISトランジスタ56が高抵抗体として機能するので、N型MISトランジスタ54の閾値電圧Vpnを大きくすることなく、過渡電流を非常に少なくできるという利点がある。 Operating characteristics of this potential generator is similar to FIG. 2, where, since the P-type MIS transistor 56 functions as a high resistance, without increasing the threshold voltage Vpn of the N-type MIS transistor 54 There is an advantage that the transient current can be extremely reduced.

なお、P型MISトランジスタ56に代えて、高い抵抗値をもつ抵抗素子を配置してもよい。 Instead of the P- type MIS transistor 56, a resistance element having a high resistance value may be arranged.

(第の実施形態)
図7は、第の実施形態に係る論理変換回路の等価回路図である
(First Embodiment)
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the logic conversion circuit according to the first embodiment .

実施形態の論理変換回路、ソース端子62と、ドレイン端子63と、ゲート絶縁膜66と、ゲート電極とを有するnチャネル型MISトランジスタ(NMISFET61)を備えている。ここで、NMISFET61のゲート電極は、他の端子に接続されていないフローティング状態であるフローティングゲート64である。ソース端子62は、NMISFET61の基板領域と共に接地され、ドレイン端子63は出力端子70に接続されている。出力端子70は、電源電圧VDDを供給するための電源電圧供給端子71に負荷抵抗素子69を介して接続されている。 Logic conversion circuit of this embodiment, the source over the scan terminals 62, and the drain terminal 63, a gate insulating film 66, and a n-channel type MIS transistor (NMISFET61) and a gate electrode. Here, the gate electrode of the NMISFET 61 is a floating gate 64 in a floating state that is not connected to other terminals. The source terminal 62 is grounded together with the substrate region of the NMISFET 61, and the drain terminal 63 is connected to the output terminal 70. The output terminal 70 is connected to a power supply voltage supply terminal 71 for supplying a power supply voltage VDD via a load resistance element 69.

また、フローティングゲート64に容量結合する2個の信号入力部65が設けられている。信号入力部65は、入力端子65aと、入力端子65aに接続される入力ゲート電極65bと、入力ゲート電極65bとフローティングゲート64との間に介在する常誘電体膜65cとによって構成されている。つまり、入力ゲート電極65bとフローティングゲート64とは、常誘電体膜65cによって容量結合している。ただし、信号入力部65は、3つ以上設けられていてもよい。   In addition, two signal input portions 65 that are capacitively coupled to the floating gate 64 are provided. The signal input unit 65 includes an input terminal 65a, an input gate electrode 65b connected to the input terminal 65a, and a paraelectric film 65c interposed between the input gate electrode 65b and the floating gate 64. That is, the input gate electrode 65b and the floating gate 64 are capacitively coupled by the paraelectric film 65c. However, three or more signal input units 65 may be provided.

そして、本実施形態においては、制御信号を受ける制御端子67と、フローティングゲート64との間に図2に示す電位発生装置が介在している。すなわち、制御端子67と電位発生装置の入力端子50とが接続され、電位発生装置の出力端子55とフローティングゲート64とが接続されている。 Then, in the present embodiment, a control terminal 67 for receiving a control signal, potential generation equipment shown in FIG. 2 is interposed between the floating gate 64. That is, the control terminal 67 and the input terminal 50 of the potential generator are connected, and the output terminal 55 of the potential generator and the floating gate 64 are connected.

本実施形態では、入力部65の各常誘電体膜65cの容量値を0.5pFとし、負荷抵抗素子69の電気抵抗を100kΩとする。また、N型MISトランジスタ61のゲート長を10μm、ゲート幅を50μmとし、閾値電圧を−0.8Vとする。電源電圧供給端子71の電圧VDDを5Vとする。   In the present embodiment, the capacitance value of each paraelectric film 65c of the input unit 65 is 0.5 pF, and the electrical resistance of the load resistance element 69 is 100 kΩ. The gate length of the N-type MIS transistor 61 is 10 μm, the gate width is 50 μm, and the threshold voltage is −0.8V. The voltage VDD of the power supply voltage supply terminal 71 is set to 5V.

次に、本実施形態の回路の動作特性について図8(a),(b)及び図9を参照しながら説明する。   Next, the operation characteristics of the circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 (a), (b) and FIG.

図8(a),(b)は、それぞれ順に、2つの入力部65の各入力端子65aに入力される入力信号の論理値を変化させたときのフローティングゲート64の電位の時間変化を示すタイムチャート、及び強誘電体キャパシタ51に印加される電圧の時間変化を示すタイムチャートである。ここでは、2つの入力部65の各入力端子65aに、(0,0),(1,1),(0,1),(1,0)の論理値信号を入力した後、制御端子67に−10Vのパルス信号を印加し、強誘電体キャパシタ51の強誘電体膜に残留電荷を発生させる。その後、2つの入力部65の各入力端子65aに、論理値信号(0,0),(1,1),(0,1),(1,0)を繰り返して入力する。   FIGS. 8A and 8B are time charts showing temporal changes in the potential of the floating gate 64 when the logical values of the input signals input to the input terminals 65a of the two input sections 65 are changed in sequence. 6 is a time chart showing a time change of a voltage applied to the chart and the ferroelectric capacitor 51; Here, after the logic value signals (0, 0), (1, 1), (0, 1), (1, 0) are input to the input terminals 65a of the two input sections 65, the control terminal 67 A pulse signal of −10 V is applied to the ferroelectric film 51 to generate a residual charge in the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor 51. Thereafter, the logical value signals (0, 0), (1, 1), (0, 1), (1, 0) are repeatedly input to the input terminals 65a of the two input sections 65.

このとき、図8(a),(b)からわかるように、強誘電体キャパシタ51に印加される電圧は、パルス信号を印加していない領域では、ほぼ一定である。これは、本実施形態の論理変換回路のフローティングゲート64は、図4(a)に示す常誘電体キャパシタ58の出力端子55につながる電極に相当することから、図4(c)に示すように、出力端子55に印加される電圧の変動によっては強誘電体キャパシタにつながるゲート部52の電圧が変動を受けていないからもわかる。つまり、本実施形態の論理変換回路においては、フローティングゲート64と制御端子67との間に、図2に示す電位発生装置Egnが介在していることにより、フローティングゲート64の電位VF が強誘電体キャパシタ51の強誘電体膜に印加される電圧に影響をほとんど与えることがなく、強誘電体膜の電圧をほぼ一定に保持することができる。 At this time, as can be seen from FIGS. 8A and 8B, the voltage applied to the ferroelectric capacitor 51 is substantially constant in a region where no pulse signal is applied. This is because the floating gate 64 of the logic conversion circuit of this embodiment corresponds to an electrode connected to the output terminal 55 of the paraelectric capacitor 58 shown in FIG. 4A, and as shown in FIG. It can also be seen from the fact that the voltage of the gate portion 52 connected to the ferroelectric capacitor is not subject to fluctuations due to fluctuations in the voltage applied to the output terminal 55. That is, in the logic conversion circuit of the present embodiment, the potential generator Egn shown in FIG. 2 is interposed between the floating gate 64 and the control terminal 67, so that the potential VF of the floating gate 64 is ferroelectric. The voltage applied to the ferroelectric film of the capacitor 51 is hardly affected, and the voltage of the ferroelectric film can be kept almost constant.

具体的には、図8(a)の領域Rxに示すように、制御端子67にパルス信号が印加される前においては、論理値(0,1)の入力を受けたときのフローティングゲート64の電位と、論理値(1,0)の入力を受けたときのフローティングゲート64の電位とがほぼ同じである。また、図8(a)の領域Ryに示すように、制御端子67にパルス信号が印加された後において、1回目と2回目の同じ論理値の入力を受けたときのフローティングゲート64の電位がほぼ同じである。これは、強誘電体に加わる電圧がほとんど変動せず、強誘電体に誘起される残留電荷が変動しないからである。   Specifically, as shown in the region Rx of FIG. 8A, before the pulse signal is applied to the control terminal 67, the floating gate 64 when the logical value (0, 1) is input is received. The potential and the potential of the floating gate 64 when receiving the input of the logical value (1, 0) are substantially the same. 8A, after the pulse signal is applied to the control terminal 67, the potential of the floating gate 64 when the same logic value is input for the first time and the second time is received. It is almost the same. This is because the voltage applied to the ferroelectric material hardly fluctuates, and the residual charge induced in the ferroelectric material does not fluctuate.

図9は、図8(a)と同じ論理値入力に対する出力端子70の電位Vout の時間変化を示すタイムチャートである。この例では、N型MISトランジスタ61の閾値電圧を、制御端子67にパルス信号を加える前において、2つの入力部65のどちらかに論理値”1”が印加されるときのフローティングゲート64の電位より小さくし、制御端子67にパルス信号が印加された後において、2つの入力部65のどちらかに論理値”0”が印加されるときのフローティングゲート64の電位より大きくしている。図9に示されるように、本実施形態の論理変換回路は、制御端子67にパルス信号が印加される前はNOR回路として動作しており、制御端子67にパルス信号が印加された後はNAND回路として動作している。 FIG. 9 is a time chart showing the time change of the potential Vout of the output terminal 70 with respect to the same logical value input as in FIG. In this example, the threshold voltage of the N-type MIS transistor 61 is set to the potential of the floating gate 64 when the logical value “1” is applied to one of the two input sections 65 before the pulse signal is applied to the control terminal 67. After the pulse signal is applied to the control terminal 67, the potential is made higher than the potential of the floating gate 64 when the logical value “0” is applied to one of the two input portions 65. As shown in FIG. 9, the logic conversion circuit of this embodiment operates as a NOR circuit before a pulse signal is applied to the control terminal 67, and NANDs after the pulse signal is applied to the control terminal 67. Operates as a circuit.

本実施形態では、前述したようにN型MISトランジスタの閾値電圧を−0.8Vとした。さらに、強誘電体キャパシタに誘起された残留電荷によって論理の変換が可能であることがわかる。このように、本実施形態により、強誘電体膜に誘起される残留電荷が変動しないため、論理変換回路の回路動作が従来例に比べて極めて安定になることが実現された。また、本実施形態の回路動作がNAND回路として動作しているとき、強誘電体の分極をリセットすることにより、NAND回路動作からNOR回路動作に切り換えることが可能であることは言うまでもない。 In the present embodiment, as described above, the threshold voltage of the N-type MIS transistor is set to −0.8V. Further, it can be seen that the logic can be converted by the residual charge induced in the ferroelectric capacitor. Thus, the present implementation mode, since the residual charge induced in the ferroelectric film does not change, the circuit operation of the logic conversion circuit is realized to be a very stable as compared with the conventional example. Needless to say, when the circuit operation of this embodiment is operating as a NAND circuit, it is possible to switch from NAND circuit operation to NOR circuit operation by resetting the polarization of the ferroelectric.

なお、本実施形態では、インバータ回路として、N型MISトランジスタと負荷抵抗の回路を用いたが、P型MISトランジスタと負荷抵抗を用いても構わない。 In the present embodiment, an N-type MIS transistor and a load resistor circuit are used as the inverter circuit, but a P-type MIS transistor and a load resistor may be used.

(第参考形態)
図10は、第参考形態に係る論理変換回路の等価回路図である。本参考形態に係る論理変換回路は、図7に示す構造における負荷抵抗素子69に代えて、NMISFET61に直列に接続されるpチャネル型MISトランジスタ(PMISFET73)を備えている。つまり、CMISデバイスからなるインバータ回路を設けている。そして、PMISFET73のソースは電源電圧VDDを供給する電源電圧供給部に接続され、PMISFET73のドレインは、NMISFET61のドレインに接続されている。出力端子70は、NMISFET61のドレイン及びPMISFET73のドレインに接続されている。また、フローティングゲート64は、NMISFET61及びPMISFET73に跨って設けられており、フローティングゲート64とPMISFET73の基板領域との間には、常誘電体膜74が介在している。
(First reference form)
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the logic conversion circuit according to the first reference embodiment . The logic conversion circuit according to this embodiment includes a p-channel MIS transistor (PMISFET 73) connected in series to the NMISFET 61 in place of the load resistance element 69 in the structure shown in FIG. That is, an inverter circuit composed of a CMIS device is provided. The source of the PMISFET 73 is connected to the power supply voltage supply unit that supplies the power supply voltage VDD, and the drain of the PMISFET 73 is connected to the drain of the NMISFET 61. The output terminal 70 is connected to the drain of the NMISFET 61 and the drain of the PMISFET 73. The floating gate 64 is provided across the NMISFET 61 and the PMISFET 73, and a paraelectric film 74 is interposed between the floating gate 64 and the substrate region of the PMISFET 73.

参考形態の回路構成は、第の実施形態とほぼ同じであるが、インバータ回路がCMIS回路によって構成されている点が異なる。本参考形態における回路の動作特性は、第の実施形態と同じである。特に、本参考形態では、第の実施形態に比べ、インバータ回路にCMIS回路を用いているため、消費電力をさらに抑制することが可能となる。 The circuit configuration of this preferred embodiment is substantially the same as the first embodiment in that the inverter circuit is constituted by a CMIS circuit is different. The operational characteristics of the circuit in this reference embodiment are the same as those in the first embodiment. In particular, in this preferred embodiment, compared with the first embodiment uses the CMIS circuit to the inverter circuit, it is possible to further suppress the power consumption.

また、図10に示す構成により、強誘電体キャパシタ51(図2参照)の強誘電体膜に印加される電圧が図7に示すフローティングゲート64の電位の変動による影響をほとんど受けないので、パルス信号を図8(a)(b)に示すようなタイミングで印加する必要はない。つまり、入力信号の値に拘わらずパルス信号を印加して、論理変換回路の機能をNOR回路動作とNAND回路動作との間で切り換えることができる利点がある。 Further, with the configuration shown in FIG. 10, the voltage applied to the ferroelectric film of the ferroelectric capacitor 51 (see FIG. 2) is hardly influenced by the fluctuation of the potential of the floating gate 64 shown in FIG. It is not necessary to apply the signal at the timing as shown in FIGS. That is, there is an advantage that the function of the logic conversion circuit can be switched between the NOR circuit operation and the NAND circuit operation by applying a pulse signal regardless of the value of the input signal.

参考形態2
図11は、参考形態2に係る半導体集積回路装置の構成を示すブロック回路図である。同図に示すように、本参考形態2の半導体集積回路装置は、アレイ状に配置された論理変換回路80を備え、各論理変換回路80同士がスイッチ素子81を介して配線82により接続された構造となっている。本実施形態における各論理変換回路80としては、第1の実施形態に係る論理変換回路(図7参照)が用いられる。そして、アレイの列に沿って延びる第1の制御信号線83と、アレイの行に沿って延びる第2の制御信号線84とを備え、第1制御信号線83及び第2制御信号線84から供給される制御信号により、各論理変換回路80がNOR動作又はNAND動作を制御信号に応じて切り換えられる。
( Reference form 2 )
FIG. 11 is a block circuit diagram showing a configuration of the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment . As shown in the figure, the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment includes logic conversion circuits 80 arranged in an array, and each logic conversion circuit 80 is connected to each other by a wiring 82 via a switch element 81. It has a structure. As each logical conversion circuit 80 in the present embodiment, the logic conversion circuit of the first embodiment (see FIG. 7) is used. A first control signal line 83 extending along the array column and a second control signal line 84 extending along the array row are provided, and the first control signal line 83 and the second control signal line 84 are provided. Each logic conversion circuit 80 is switched between a NOR operation and a NAND operation according to the control signal by the supplied control signal.

参考形態2によると、選択された第1制御信号線83に−5Vのパルス状の電圧信号を、選択された第2制御信号線84に−5Vのパルス状の電圧信号を同時に加えることによって、選択された第1制御信号線83と選択された第2制御信号線84との交点に位置する論理変換回路80のみの回路動作の切り換え(NOR動作又はNAND動作の切り換え)を行なうことができる。このように、第1,第2制御信号線83,84による論理変換回路80の回路動作の制御を行なうことが可能となる。 According to the second embodiment , by applying a pulse voltage signal of −5V to the selected first control signal line 83 and applying a pulse voltage signal of −5V to the selected second control signal line 84 at the same time. Switching of the circuit operation of only the logic conversion circuit 80 located at the intersection of the selected first control signal line 83 and the selected second control signal line 84 (switching of NOR operation or NAND operation) can be performed. . As described above, the circuit operation of the logic conversion circuit 80 can be controlled by the first and second control signal lines 83 and 84.

また、本参考形態2では、スイッチ素子81としてヒューズトランジスタを用いており、半導体集積回路装置の基本的な構造を形成した後に、製品の種類や用途に応じて、ヒューズトランジスタの断接を行なって、半導体集積回路の仕様や論理を最終的に再構成するという設計の柔軟性を実現することができる。 In the second embodiment , a fuse transistor is used as the switch element 81. After the basic structure of the semiconductor integrated circuit device is formed, the fuse transistor is connected and disconnected according to the type and application of the product. The design flexibility of finally reconfiguring the specifications and logic of the semiconductor integrated circuit can be realized.

また、スイッチ素子81として、MISトランジスタ,フラッシュ型EEPROM,MFMISなどを用いることができる。その場合には、スイッチ素子81を利用して、半導体集積回路の仕様や論理を使用中に再構成することが可能になる。   As the switch element 81, a MIS transistor, flash EEPROM, MFMIS, or the like can be used. In that case, the switch element 81 can be used to reconfigure the specifications and logic of the semiconductor integrated circuit during use.

参考形態3
図12(a),(b)は、参考形態3に係るMISFETの構成を示す平面図及び縦断面図である。本実施形態のMISFET90は、例えば、図2に示す電位発生装置中のNMISFET54又はPMISFET56である。
( Reference form 3 )
12A and 12B are a plan view and a longitudinal sectional view showing the configuration of the MISFET according to Reference Embodiment 3. FIG. MISFET90 of this embodiment, For example, a NMISFET54 or PMISFET56 in potential generator shown in FIG.

参考形態3のMISFET90は、ゲート電極91と、ゲート電極91の下方に設けられたゲート絶縁膜92と、Si基板内に形成されたソース領域93及びドレイン領域94に加えて、ゲート電極91の側面上に設けられたサイドウォール95を備えている。すなわち、ゲート電極91の側面上にサイドウォール95を形成した後、ゲート電極91及びサイドウォール95をマスクの一部として用いて、Asイオン又はBイオンを注入することにより、ソース領域93及びドレイン領域94を形成する。このような製造方法によって形成されたMISFETにおいては、ゲート長をLg,ゲート幅をWg,ゲート・ソースオーバーラップ量をLgsとすると、ゲート−チャネル領域間の容量Coxと、ゲート・ソースオーバーラップ容量Cgsとは、それぞれ下記式(4),(5)
Cox=(ε・ε0 ・Lg・Wg)/tox (4)
Cds=(ε・ε0 ・Lgs・Wg)/tox (5)
によって表される。
The MISFET 90 of the third embodiment includes a gate electrode 91, a gate insulating film 92 provided below the gate electrode 91, a source region 93 and a drain region 94 formed in the Si substrate, and a gate electrode 91. A side wall 95 provided on the side surface is provided. That is, after the sidewall 95 is formed on the side surface of the gate electrode 91, As ions or B ions are implanted using the gate electrode 91 and the sidewall 95 as part of the mask, thereby forming the source region 93 and the drain region. 94 is formed. In the MISFET formed by such a manufacturing method, assuming that the gate length is Lg, the gate width is Wg, and the gate-source overlap amount is Lgs, the gate-channel region capacitance Cox and the gate-source overlap capacitance Cgs is the following formula (4), (5)
Cox = (ε · ε0 · Lg · Wg) / tox (4)
Cds = (ε · ε 0 · Lgs · Wg) / tox (5)
Represented by

したがって、Lg>>Lgsであれば、Cox>>Cgsとなり、以下の作用により、強誘電体膜の分極の変動をより効果的に抑制することができる。   Therefore, if Lg >> Lgs, then Cox >> Cgs, and the fluctuation of polarization of the ferroelectric film can be more effectively suppressed by the following action.

図13(a),(b),(c)は、それぞれ順に、本参考形態3のMISFETが配置される電位発生装置の等価回路図,入力端子から入力するときのソースフォロア回路の等価キャパシタC1を示す回路図,及び出力端子の電位が変動するときのソースフォロア回路の等価キャパシタを示す回路図である。図13(b),(c)には、等価キャパシタC1,C2として、NMISFET54又はPMISFET56のいずれか一方のキャパシタしか示されていないが、図13(a)委に示す構造の場合には、双方のMISFET54,56に等価キャパシタC1,C2がそれぞれ存在する。 FIGS. 13A, 13B, and 13C are respectively an equivalent circuit diagram of the potential generating device in which the MISFET of the third embodiment is arranged, and an equivalent capacitor C1 of the source follower circuit when input from the input terminal, respectively. And a circuit diagram showing an equivalent capacitor of a source follower circuit when the potential of the output terminal varies. FIGS. 13B and 13C show only one of the NMISFET 54 and the PMISFET 56 as the equivalent capacitors C1 and C2. In the case of the structure shown in FIG. MISFETs 54 and 56 have equivalent capacitors C1 and C2, respectively.

図13(a)に示す電位発生装置の入力端子50から書き込み用電圧が印加された場合には、図13(b)に示すように、等価キャパシタC1は、ゲート・チャネル間容量Coxと、ゲート・ソースオーバーラップ容量Cgsとが並列に接続された状態になる。そして、強誘電体キャパシタ51に印加される電圧Vfと、MISFETに印加される電圧Vcとの分配比がほぼ同じになるように最適化することにより、強誘電体膜に十分大きい電圧が印加され、大きい残留分極が得られる。   When a write voltage is applied from the input terminal 50 of the potential generator shown in FIG. 13A, as shown in FIG. 13B, the equivalent capacitor C1 includes a gate-channel capacitance Cox and a gate. -The source overlap capacitor Cgs is connected in parallel. A sufficiently large voltage is applied to the ferroelectric film by optimizing the distribution ratio between the voltage Vf applied to the ferroelectric capacitor 51 and the voltage Vc applied to the MISFET to be substantially the same. A large remanent polarization is obtained.

また、図13(c)に示すように、電位発生装置の出力端子55の電位が変動した場合には、ソースフォロア回路の等価キャパシタC2は、ゲート・ソースオーバーラップ容量Cgsだけになる。したがって、容量Cgsを、例えばCgs≒Cox/100のように、十分小さく設定しておくことにより、強誘電体キャパシタ51に分配される電圧Vfを等価キャパシタC2に印加される電圧に比べて十分小さくすることができる。よって、出力端子55の電圧変動によっても強誘電体膜の分極状態がほとんど影響を受けないことになる。   As shown in FIG. 13C, when the potential of the output terminal 55 of the potential generator changes, the equivalent capacitor C2 of the source follower circuit is only the gate-source overlap capacitance Cgs. Therefore, by setting the capacitance Cgs to be sufficiently small, for example, Cgs≈Cox / 100, the voltage Vf distributed to the ferroelectric capacitor 51 is sufficiently smaller than the voltage applied to the equivalent capacitor C2. can do. Therefore, the polarization state of the ferroelectric film is hardly affected even by the voltage fluctuation of the output terminal 55.

例えば、図7に示す論理変換回路の電位発生装置Egn中のNMISFET又はPMISFETを本実施形態のMISFET90により構成することにより、強誘電体膜への書き込み機能を高く維持しつつ、フローティングゲート(図7に示すフローティングゲート64)の電圧の変動による強誘電体膜の分極の変動を抑制することができる。 For example, by configuring the NMISFET or PMISFET in the potential generating device Egn of the logic conversion circuit shown in FIG. 7 with the MISFET 90 of the present embodiment, the floating gate (FIG. 7) is maintained while maintaining a high writing function to the ferroelectric film. The fluctuation of the polarization of the ferroelectric film due to the fluctuation of the voltage of the floating gate 64) shown in FIG.

参考形態3の電位発生装置は、図10に示す第2の実施形態の論理変換回路や、図11に示す参考形態2における論理変換回路にも適用することができる。 Potential generator of the present reference embodiment 3 can be applied to the logic conversion circuit and a logic conversion circuit of the second embodiment shown in FIG. 10, in the reference embodiment 2 shown in FIG. 11.

参考形態4
参考形態4においては、図2に示す電位発生装置の構造において、出力端子55の電位に応じて電源電圧VDDと接地電圧VSSとの電位を変化させるようにする。つまり、図7に示すように、電位発生装置Egnが論理変換回路中に組み込まれたときには、フローティングゲート64(図7参照)の電位に応じて電源電圧VDDと接地電圧VSSとを変化させることになる。
( Reference form 4 )
In this reference embodiment 4, in the structure of the potential generator shown in FIG. 2, so as to change the potential of the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS in response to the potential of the output terminal 55. That is, as shown in FIG. 7, when the potential generator Egn is incorporated in the logic conversion circuit , the power supply voltage VDD and the ground voltage VSS are changed according to the potential of the floating gate 64 (see FIG. 7). Become.

図2に示す電位発生装置において、出力端子55(フローティングゲート)の電位は、VSSからVDDまでの範囲にある。   In the potential generator shown in FIG. 2, the potential of the output terminal 55 (floating gate) is in the range from VSS to VDD.

そして、電源電圧VDDを5Vとし、接地電圧VSSを−5Vとすると、出力端子55(フローティングゲート)の電位が1Vのときには、PMISFET56のソース・ドレイン間電圧は6Vと非常に大きくなる。   When the power supply voltage VDD is 5V and the ground voltage VSS is -5V, when the potential of the output terminal 55 (floating gate) is 1V, the voltage between the source and the drain of the PMISFET 56 is as large as 6V.

一方、電源電圧VDDを5Vとし、接地電圧VSSを0Vとすると、出力端子55(フローティングゲート)の電位が1Vのときには、PMISFET56のソース・ドレイン間電圧は1Vと非常に小さくなる。   On the other hand, when the power supply voltage VDD is 5V and the ground voltage VSS is 0V, when the potential of the output terminal 55 (floating gate) is 1V, the voltage between the source and the drain of the PMISFET 56 is as very low as 1V.

そこで、出力端子55(フローティングゲート)の電位が正のときには、VDD=5(V),VSS=0(V)とし、出力端子55(フローティングゲート)の電位が負のときには、VDD=0(V),VSS=−5(V)とすることにより、ソース・ドレイン間電圧を適正な範囲に維持することができる。そして、このことにより、ゲート・ソース間の電圧を小さくすることができるので、強誘電体膜に印加される電圧を小さく維持することができ、強誘電体膜の分極の変動を抑制することができる。   Therefore, when the potential of the output terminal 55 (floating gate) is positive, VDD = 5 (V) and VSS = 0 (V). When the potential of the output terminal 55 (floating gate) is negative, VDD = 0 (V ), VSS = -5 (V), the source-drain voltage can be maintained in an appropriate range. As a result, the voltage between the gate and the source can be reduced, so that the voltage applied to the ferroelectric film can be kept small, and fluctuations in polarization of the ferroelectric film can be suppressed. it can.

本実施形態の電位発生装置は、図10に示す参考形態1論理変換回路や、図11に示す参考形態2における論理変換回路にも適用することができる。 The potential generator of this embodiment can also be applied to the logic conversion circuit of Reference Embodiment 1 shown in FIG. 10 and the logic conversion circuit of Reference Embodiment 2 shown in FIG.

参考形態5
図14は、参考形態5に係る電位発生装置の等価回路図である。同図に示すように、本参考形態5の電位発生装置は、図2に示す電位発生装置の入力端子50にパストランジスタ96を接続した構造を有している。パストランジスタ96のゲートには、制御信号端子98が接続され、基板領域にはバックゲート端子99が接続され、ソースには入力端子50が接続され、ドレインには前段入力端子97が接続されている。
( Reference form 5 )
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of the potential generator according to Reference Embodiment 5 . As shown in the figure, the potential generator of the present reference embodiment 5 has a structure of connecting the pass transistor 96 to the input terminal 50 of the shown to electrostatic position generator in FIG. A control signal terminal 98 is connected to the gate of the pass transistor 96, a back gate terminal 99 is connected to the substrate region, an input terminal 50 is connected to the source, and a previous input terminal 97 is connected to the drain. .

そして、制御信号端子98には、図8(a)に示すパルス信号が入力されたときのみパストランジスタ96をONとし、それ以外のときにはOFFとするゲートバイアスが印加される。また、バックゲート端子99には、パストランジスタ96がONのときには0Vの電圧が印加され、パストランジスタ96がOFFのときには−1Vの電圧が印加される。言い換えると、パストランジスタ96のOFF時には、ON時よりも−1Vだけ基板領域の電圧が低く設定される。   A gate bias is applied to the control signal terminal 98 so that the pass transistor 96 is turned on only when the pulse signal shown in FIG. Further, a voltage of 0V is applied to the back gate terminal 99 when the pass transistor 96 is ON, and a voltage of −1V is applied when the pass transistor 96 is OFF. In other words, when the pass transistor 96 is OFF, the substrate region voltage is set lower by −1V than when the pass transistor 96 is ON.

参考形態5によると、このようなパストランジスタ96のON,OFF制御及びバックゲート端子99の電圧制御により、パストランジスタ96がOFFになっていると、ドレイン・ソース容量Cdsが小さいので、強誘電体キャパシタ51には電圧がほとんど分配されずに、ドレイン・ソース容量Cdsに電圧が大きく分配される。その結果、強誘電体キャパシタ51の分極の変動を抑制することができる。 According to the fifth embodiment , when the pass transistor 96 is turned off by the ON / OFF control of the pass transistor 96 and the voltage control of the back gate terminal 99, the drain / source capacitance Cds is small. A voltage is largely distributed to the drain-source capacitance Cds, while almost no voltage is distributed to the body capacitor 51. As a result, fluctuations in the polarization of the ferroelectric capacitor 51 can be suppressed.

本発明によれば、安定した論理変換回路が提供される According to the present invention, a stable logical conversion circuits are provided.

(a),(b)は、それぞれ順に、電位発生装置の平面図およびXIb-XIb 線における断面図である。(A), (b) are respectively a cross-sectional views in plan view and XIb-XIb line of the electrostatic level generator. 図1の電位発生装置の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a photoelectric position generator of FIG. (a),(b)は、それぞれ順に、入力端子の電圧の時間変化を示すタイムチャート、及びゲート部及び出力端子の電圧の時間変化を示すタイムチャートである。(A), (b) are respectively a is a time chart showing a time variation of the voltage of a time chart, and the gate and an output terminal that indicates the time variation of the voltage of the input terminal. (a),(b),(c)は、それぞれ順に、ゲート部の電位安定性を調べるためのテスト用回路の構成を示す回路図、入力端子の電位の時間変化を示すタイムチャート、及びゲート部の電位の時間変化を示すタイムチャートである。(A), (b), (c) are respectively a circuit diagram showing a configuration of a test circuit for checking the potential stability of the Gate unit, a time chart showing the time variation of the potential of the input terminal, 5 is a time chart showing a temporal change in potential of the gate part. 本発明の参考例1としての電位発生装置の等価回路である。It is an equivalent circuit of the electric potential generator as the reference example 1 of this invention. 本発明の参考例2としての電位発生装置の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the electric potential generator as the reference example 2 of this invention. 本発明の第の実施形態に係る論理変換回路の等価回路図である。 1 is an equivalent circuit diagram of a logic conversion circuit according to a first embodiment of the present invention. (a),(b)は、それぞれ順に、第の実施形態における2つの入力部の各入力端子に入力される入力信号の論理値を変化させたときのフローティングゲートの電位の時間変化を示すタイムチャート、及び強誘電体キャパシタに印加される電圧の時間変化を示すタイムチャートである。(A), (b) shows the time change of the potential of a floating gate when the logical value of the input signal inputted into each input terminal of two input parts in a 1st embodiment is changed in order, respectively. It is a time chart which shows the time change of the voltage applied to a time chart and a ferroelectric capacitor with time. の実施形態における図8(a)と同じ論理値入力に対する出力端子の電位の時間変化を示すタイムチャートである。Is a time chart showing the time variation of the potential of the output terminal for FIG 8 (a) the same logic value input in the first embodiment. 本発明の参考形態に係る論理変換回路の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a logic conversion circuit according to Reference Embodiment 1 of the present invention. 本発明の参考形態2に係る論理変換回路の構成を示すブロック回路図である。It is a block circuit diagram which shows the structure of the logic conversion circuit which concerns on the reference form 2 of this invention. (a),(b)は、本発明の参考形態3に係るMISFETの構成を示す平面図及び縦断面図である。(A), (b) is the top view and longitudinal cross-sectional view which show the structure of MISFET which concerns on the reference form 3 of this invention. (a),(b),(c)は、それぞれ順に、参考形態3のMISFETが配置される電位発生装置の等価回路図,入力端子から入力するときのソースフォロア回路の等価キャパシタを示す回路図,及び出力端子の電位が変動するときのソースフォロア回路の等価キャパシタを示す回路図である。(A), (b), (c) is an equivalent circuit diagram of the potential generating device in which the MISFET of Reference Embodiment 3 is arranged, respectively, and a circuit diagram showing an equivalent capacitor of the source follower circuit when inputting from the input terminal, respectively. , And a circuit diagram showing an equivalent capacitor of a source follower circuit when the potential of the output terminal varies. 参考形態5に係る電位発生装置の等価回路図である。 10 is an equivalent circuit diagram of a potential generator according to Reference Embodiment 5. FIG. 従来の公報に記載されている第2の従来例に係るニューロン素子(論理変換回路)の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of a neuron element (logic conversion circuit) according to a second conventional example described in a conventional publication. 従来例における制御端子に負のパルス信号を加えたときの入力信号に対する各部の電荷量を出力信号の論理値とを表にして示す図である。It is a figure which shows the electric charge amount of each part with respect to an input signal when a negative pulse signal is added to the control terminal in a prior art example as a table with the logical value of an output signal. 従来例における制御端子にさらに振幅の大きい負のパルス信号を加えたときの入力信号に対する各部の電荷量を出力信号Yの論理値とを表にして示す図である。It is a figure which shows the electric charge amount of each part with respect to the input signal when the negative pulse signal with a still larger amplitude is added to the control terminal in the prior art as a table with the logical value of the output signal Y. (a),(b)は、それぞれ順に、従来例に係るニューロン素子のフローティングゲートの電位の時間変化を示すタイミングチャート、及び強誘電体膜に印加される電圧の時間変化を示すタイミングチャートである。(A), (b) is a timing chart which shows the time change of the potential of the floating gate of the neuron element which concerns on a prior art example, respectively, and the timing chart which shows the time change of the voltage applied to a ferroelectric film, respectively. .

符号の説明Explanation of symbols

50 第2の電極50 second electrode
51 強誘電体キャパシタ51 Ferroelectric capacitor
52 第1の電極52 first electrode
53 第1の電圧供給部53 1st voltage supply part
54 第2のMISFET54 Second MISFET
55 電圧出力部55 Voltage output section
57 第2の電圧供給部57 Second voltage supply unit
56 第1のMISFET56 First MISFET
58 常誘電体キャパシタ58 Paraelectric capacitor
61 nチャネル型MISトランジスタ61 n-channel MIS transistor
62 ソース端子62 Source terminal
63 ドレイン端子63 Drain terminal
64 フローティングゲート64 floating gate
65 複数の信号入力部65 Multiple signal inputs
65a 入力端子65a input terminal
65c 常誘電体膜65c Paraelectric film
66 ゲート絶縁膜66 Gate insulation film
67 制御端子67 Control terminal
69 負荷抵抗素子69 Load resistance element
70 出力端子70 Output terminal
71 電源電圧供給端子71 Power supply voltage supply terminal
211 第1のゲート電極211 first gate electrode
212 第2のゲート電極212 Second gate electrode
Eng 電位発生装置Eng potential generator

Claims (1)

NAND回路動作とNOR回路動作との間で切り替え可能な論理変換回路であって、
前記論理変換回路は、複数の信号入力部(65)、出力端子(70)、制御端子(67)、電源電圧供給端子(71)、nチャネル型MISトランジスタ(61)、および電位発生装置(Egn)、
を備えており、
前記nチャネル型MISトランジスタ(61)は、ソース端子(62)、ドレイン端子(63)、ゲート絶縁膜(66)、およびフローティングゲート(64)を備えており、
前記出力端子(70)は、前記ドレイン端子(63)に接続されており、
前記電源電圧供給端子(71)は、負荷抵抗素子(69)を介して前記ドレイン端子(63)に接続されており、
前記ソース端子(62)は接地されており、
前記複数の信号入力部(65)は、それぞれ、入力端子(65a)および常誘電体膜(65c)を有すると共に、前記各常誘電体膜(65c)の一方の面は前記各入力端子(65a)に接続されており、前記各常誘電体膜(65c)の他方の面はいずれも前記フローティングゲート(64)に接続されており、
前記制御端子(67)と前記フローティングゲート(64)との間に前記電位発生装置(Egn)が介在しており、
前記電位発生装置(Egn)は、
第1の半導体層と、
上記第1の半導体層の上に形成された第1のゲート絶縁膜と、上記第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極(211)と、上記第1の半導体層内における上記第1のゲート電極の両側方に位置する領域に形成された第1,第2のP型拡散領域とを有する第1のMISFET(56)と、
第2の半導体層と、
上記第2の半導体層の上に形成された第2のゲート絶縁膜と、上記第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極(212)と、上記第2の半導体層内における上記第2のゲート電極の両側方に位置する領域に形成された第1,第2のN型拡散領域とを有する第2のMISFET(54)と、
上記第1,第2のゲート電極に共通に接続される第1の電極(52)と、該第1の電極(52)に対向する第2の電極(50)と、上記第1の電極(52)−第2の電極(50)間に介在する強誘電体膜とを有する強誘電体キャパシタ(51)と、
上記第2のMISFET(54)の第1のN型拡散領域に第1の電圧を供給するための第1の電圧供給部(53)と、
上記第1のMISFET(56)の第1のP型拡散領域に上記第1の電圧よりも低い接地電圧を供給するための第の電圧供給部(57)と、
上記各MISFETの第2のP型拡散領域及びN型拡散領域に共通に接続され、上記強誘電体キャパシタ(51)の上記第2の電極(52)に入力された電圧に応じた出力電圧を出力するための電圧出力部(55)とを備え、
前記第1のMISFET(56)の基板電位は前記第1の電圧であり、
前記第2のMISFET(54)の基板電位は前記第2の電圧であり、
前記第2の電極(50)が前記制御端子(67)と接続されており、
前記電圧出力部(55)が前記フローティングゲート(64)と接続されており、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加する前においては、前記nチャネル型MISトランジスタ(61)の閾値電圧は、複数の信号入力部(65)のいずれかに論理値「1」が印加されるときの前記フローティングゲート(64)の電位より小さくすることによって、前記論理変換回路はNOR回路として動作し、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加することによって、NOR回路からNAND回路に切り替えられ、
前記制御端子(67)にパルス信号を印加した後においては、前記nチャネル型MISトランジスタ(61)の閾値電圧は、複数の信号入力部(65)のいずれかに論理値「0」が印加されるときの前記フローティングゲート(64)の電位より大きくすることによって、前記論理変換回路はNAND回路として動作し、
前記強誘電体膜の分極をリセットすることによって、NAND回路からNOR回路に切り替えられる、
論理変換回路。
A logic conversion circuit that can be switched between NAND circuit operation and NOR circuit operation,
The logic conversion circuit includes a plurality of signal input units (65), an output terminal (70), a control terminal (67), a power supply voltage supply terminal (71), an n-channel MIS transistor (61), and a potential generator (Egn). ),
With
The n-channel MIS transistor (61) includes a source terminal (62), a drain terminal (63), a gate insulating film (66), and a floating gate (64).
The output terminal (70) is connected to the drain terminal (63),
The power supply voltage supply terminal (71) is connected to the drain terminal (63) via a load resistance element (69),
The source terminal (62) is grounded;
Each of the plurality of signal input sections (65) includes an input terminal (65a) and a paraelectric film (65c), and one surface of each paraelectric film (65c) is formed on each input terminal (65a). And the other surface of each paraelectric film (65c) is connected to the floating gate (64),
The potential generator (Egn) is interposed between the control terminal (67) and the floating gate (64),
The potential generator (Egn)
A first semiconductor layer;
A first gate insulating film formed on the first semiconductor layer; a first gate electrode (211) formed on the first gate insulating film; and in the first semiconductor layer A first MISFET (56) having first and second P-type diffusion regions formed in regions located on both sides of the first gate electrode in FIG.
A second semiconductor layer;
A second gate insulating film formed on the second semiconductor layer; a second gate electrode (212) formed on the second gate insulating film; and in the second semiconductor layer A second MISFET (54) having first and second N-type diffusion regions formed in regions located on both sides of the second gate electrode in FIG.
A first electrode (52) commonly connected to the first and second gate electrodes, a second electrode (50) facing the first electrode (52), and the first electrode ( 52) a ferroelectric capacitor (51) having a ferroelectric film interposed between the second electrodes (50);
A first voltage supply unit (53) for supplying a first voltage to the first N-type diffusion region of the second MISFET (54);
A second voltage supply unit (57) for supplying a ground voltage lower than the first voltage to the first P-type diffusion region of the first MISFET (56);
An output voltage corresponding to the voltage input to the second electrode (52) of the ferroelectric capacitor (51) is connected in common to the second P-type diffusion region and the N-type diffusion region of each MISFET. A voltage output unit (55) for outputting,
The substrate potential of the first MISFET (56) is the first voltage,
The substrate potential of the second MISFET (54) is the second voltage,
The second electrode (50) is connected to the control terminal (67);
The voltage output unit (55) is connected to the floating gate (64);
Before applying a pulse signal to the control terminal (67), the threshold voltage of the n-channel MIS transistor (61) is applied with a logical value “1” to any one of the plurality of signal input sections (65). The logic conversion circuit operates as a NOR circuit by making it smaller than the potential of the floating gate (64) when
By applying a pulse signal to the control terminal (67), the NOR circuit is switched to the NAND circuit,
After a pulse signal is applied to the control terminal (67), the threshold voltage of the n-channel MIS transistor (61) is applied with a logical value “0” to any one of the plurality of signal input sections (65). The logic conversion circuit operates as a NAND circuit by making it larger than the potential of the floating gate (64) when
By resetting the polarization of the ferroelectric film, the NAND circuit can be switched to the NOR circuit.
Logic conversion circuit.
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