プログラマブルROM

プログラム可能な読み取り専用メモリ( PROM ) は、デバイスの製造後に内容を 1 回変更できるデジタル メモリの一種です。データは永続的になり、変更できません。これは読み取り専用メモリ(ROM) の一種です。PROM は、デジタル電子機器で永続的なデータ (通常はファームウェアやマイクロコードなどの低レベル プログラム) を格納するために使用されます。標準ROMとの主な違い は、データが製造中に ROM に書き込まれるのに対し、PROM ではデータが製造後にプログラムされることです。したがって、ROM は、十分に検証されたデータを使用する大量生産にのみ使用される傾向があります。PROM は、必要な量によって工場でプログラムされた ROM が経済的でないときや、最終的に量産バージョンで ROM に変換される可能性のあるシステムの開発中に使用されることがあります。

PROM はブランクの状態で製造され、テクノロジに応じて、ウェハ、最終テスト、またはシステム内でプログラムできます。ブランクの PROM チップは、PROM プログラマと呼ばれるデバイスに差し込むことでプログラムされます。企業はブランクの PROM を在庫として保管し、大量発注を避けるために土壇場でプログラムすることができます。これらのタイプのメモリは、マイクロコントローラ、 ビデオゲームコンソール、携帯電話、無線周波数識別 ( RFID ) タグ、埋め込み型医療機器、高解像度マルチメディアインターフェイス ( HDMI )、およびその他の多くの民生用および自動車用エレクトロニクス製品で頻繁に使用されます。一般的な PROM デバイスは、メモリセルのアレイで構成されており、各メモリセルはトランジスタ (バイポーラトランジスタ) で構成され、トランジスタのエミッタにあるポリヒューズと呼ばれるヒューズに接続されています。PROM プログラマは、ポリヒューズを飛ばして PROM をプログラムするために使用されます。^[1]

PROMは1956年にニューヨーク州ガーデンシティにあるアメリカのボッシュ・アルマ社のアルマ部門に勤務していたウェン・チン・チョウによって発明された。^{[2] [3]この発明は、アトラスE/F} ICBMの空中デジタルコンピュータに照準定数を格納するより柔軟で安全な方法を考え出すようアメリカ空軍の要請で考案された。アトラスE/FがアメリカICBM部隊の主力運用ミサイルであった数年間、特許と関連技術は秘密命令の下に保持されていた。PROMをプログラミングするプロセスを指す「バーン」という用語は元の特許にも含まれており、元の実装の1つは、回路の不連続性を生み出すために過電流でダイオードの内部ウィスカーを文字通り焼き切ることだった。最初のPROMプログラミングマシンもチョウの指示の下でアルマのエンジニアによって開発され、アルマのガーデンシティ研究所と空軍戦略航空軍（SAC）本部に設置された。

OTP (ワンタイム プログラマブル) メモリは、データをメモリに 1 回だけ書き込むことができる特殊なタイプの不揮発性メモリ(NVM) です。メモリがプログラムされると、電源が失われてもその値は保持されます (つまり、不揮発性です)。OTP メモリは、信頼性が高く繰り返し可能なデータ読み取りが必要なアプリケーションで使用されます。例としては、ブート コード、暗号化キー、アナログ、センサー、またはディスプレイ回路の構成パラメータなどがあります。OTP NVM は、eFuseや EEPROM などの他のタイプの NVM に比べて、低電力で面積の小さいメモリ構造を提供するという特徴があります。そのため、OTP メモリは、マイクロプロセッサやディスプレイ ドライバから電源管理 IC (PMIC) まで、さまざまな製品に使用されています。

市販の半導体アンチヒューズベースのOTPメモリアレイは、少なくとも1969年以来存在しており、初期のアンチヒューズビットセルは、交差する導電線間のコンデンサを溶断することに依存していました。 テキサスインスツルメンツは、 1979年にMOSゲート酸化膜破壊アンチヒューズを開発しました。 ^[4] デュアルゲート酸化膜2トランジスタ（2T）MOSアンチヒューズは、1982年に導入されました。^[5] 初期の酸化膜破壊技術は、スケーリング、プログラミング、サイズ、製造に関するさまざまな問題を抱えており、これらの技術に基づくメモリデバイスの量産を妨げていました。

ワンタイムプログラマブルメモリデバイスの別の形態は、紫外線消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ(UV-EPROM) と同じ半導体チップを使用しますが、完成したデバイスは、消去に必要な透明な石英窓付きの高価なセラミックパッケージではなく、不透明パッケージに入れられます。これらのデバイスは、UV EPROM 部品と同じ方法でプログラムされますが、コストは低くなります。組み込みコントローラは、フィールド消去可能とワンタイムの両方のスタイルで利用できる場合があり、工場でプログラムされたマスク ROM チップの費用とリードタイムなしで、大量生産のコストを節約できます。^[6]

アンチヒューズベースの PROM は数十年前から利用可能でしたが、 Kilopass Technology Inc. が標準CMOSプロセスを使用して 1T、2T、および 3.5T アンチヒューズ ビット セル技術の特許を取得し、PROM をロジック CMOS チップに統合できるようになった 2001 年まで、標準 CMOS では利用できませんでした。アンチヒューズを標準 CMOS に実装できる最初のプロセス ノードは 0.18 um です。ゲート酸化物のブレークダウンは接合ブレークダウンよりも小さいため、アンチヒューズ プログラミング要素を作成するために特別な拡散手順は必要ありませんでした。2005 年に、Sidense によってスプリット チャネル アンチヒューズ デバイス^{[7]が導入されました。このスプリット チャネル ビット セルは、厚い (IO) 酸化物デバイスと薄い (ゲート) 酸化物デバイスを、共通の}ポリシリコンゲートを持つ 1 つのトランジスタ (1T) に組み合わせます。

一般的な PROM では、すべてのビットが「1」として読み込まれます。プログラミング中にヒューズ ビットを焼くと、ヒューズが「切れる」ことでビットが「0」として読み込まれますが、これは元に戻せないプロセスです。一部のデバイスは、新しいデータによって「1」が「0」に置き換えられると、「再プログラム」できます。一部の CPU 命令セット (例: 6502 ) では、操作コード '00' でブレーク (BRK) 命令を定義することで、これを利用しました。誤った命令があった場合、その命令を BRK に「再プログラム」して、CPU が制御をパッチに渡すようにすることができます。これにより、正しい命令が実行され、BRK の後の命令に戻ります。

ビットセルは、通常動作中には発生しない高電圧パルスを薄い酸化物トランジスタのゲートと基板に印加してプログラムされ（ 厚さ 2 nm の酸化物で約 6 V、または 30  MV/cm）、ゲートと基板間の酸化物を破壊します。トランジスタのゲートにかかる正電圧により、ゲート下の基板に反転チャネルが形成され、酸化物にトンネル電流が流れます。この電流により酸化物にトラップが追加され、酸化物を流れる電流が増加し、最終的に酸化物が溶けてゲートから基板への導電チャネルが形成されます。導電チャネルを形成するために必要な電流は約 100  μA/100  nm ²で、破壊は約 100  μs 以下で発生します。^[8]

• インテルHEX

• 1977 Intel メモリ設計ハンドブック - archive.org
• Intel PROM データシート - intel-vintage.info
• 米国特許庁の「スイッチマトリックス」特許番号 3028659 を​​ Wayback Machineまたは Googleで閲覧 (2015 年 10 月 16 日アーカイブ)
• Kilopass Technology の米国特許「単一トランジスタを使用し、可変ゲート酸化膜破壊を有する高密度半導体メモリセルおよびメモリアレイ」特許番号 6940751 を米国特許庁で閲覧 (2015 年 9 月 4 日アーカイブ)。Wayback Machineまたは Googleで閲覧可能
• Sidense US「スプリット チャネル アンチヒューズ アレイ アーキテクチャ」特許 #7402855 を米国特許庁で閲覧 (2015 年 9 月 4 日アーカイブ)。Wayback Machineまたは Googleで閲覧
• 米国特許庁の「半導体集積回路の製造方法」特許番号 3634929 をWayback Machineまたは Googleで閲覧 (2015 年 9 月 4 日アーカイブ)
• CHOI 他 (2008) 「FPGA アーキテクチャ向けの新しい不揮発性メモリ構造」
• 利点と欠点の表については、Ramamoorthy, G:「Dataquest Insight: 不揮発性メモリ IP 市場、世界、2008-2013」、10 ページを参照してください。Gartner、2009

• EPROM
• EEPROM

• 1970 年代の PROM チップの内部を覗いてみると、微小なヒューズにデータが保存されています。256x4 MMI 5300 PROM のダイが示されています。