JPH01235097A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JPH01235097A
JPH01235097A JP63059910A JP5991088A JPH01235097A JP H01235097 A JPH01235097 A JP H01235097A JP 63059910 A JP63059910 A JP 63059910A JP 5991088 A JP5991088 A JP 5991088A JP H01235097 A JPH01235097 A JP H01235097A
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伸朗 大塚
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は不揮発性半導体メモリ、特に紫外線消去型再書
き込み可能な読み出し専用メモリ(以下、EPROMと
略記する。)における読み出し/′書き込み回路に関す
る。
(従来の技術) 第5図は従来のEFROMの一部を示しており、BL・
・・はビット線、MC・・・は上記各ビット線にそれぞ
れ複数個接続された浮遊ゲート型トランジスタからなる
メモリセル、WL・・・は上記メモリセルMC・・・の
アレイにおける同一行の複数個のメモリセルを選択する
ためのワード線、C8・・・は上記ピッ)IIBL・・
・に直列に接続された絶縁ゲート型(MOS型)のNチ
ャネル型のカラム選択トランジスタ、 SLは上記トラ
ンジスタC8・・・を介して前記複数のピット線BL・
・・に共通接続されたセンス線、CLは上記センス線S
Lに挿入接続されたNチャネル型の電位フラング用トラ
ンジスタ、 LDは上記センス線SLと”DD電源端と
の間に接続されたビット線負荷、SAは上記センス線S
Lの電位をセンス増幅して出力するセンスアンプ、VB
は前記電位クランプ用トラン・ゾスタCLのy−トにデ
ータ読み出し時に所定のバイアス電圧を供給するバイア
ス回路、■は前記複数のカラム選択トランジスタC8・
・・の共通接続点とvPP/■Do!圧端子との間に接
端子れたNチャネル型のデータ書き込み用トランジスタ
であってそのゲートには書き込みデータDwが与えられ
る。
上記回路における書き込み動作に際しては、v、、/v
DD’1!圧端子にある圧電子(たとえば12.5Vの
書き込み電圧V1.)が印加され、書き込みデータDw
が入力データの1#または”0”に対応してvpp電圧
または接地電圧になる。次に、アドレス信号に基いて、
カラム系デコーダのカラム選択信号do。
dl・・・のどれかがvpp電圧になって1本のピット
線BLが選択されると同時に、ローデコーダのワード線
選択信号w6 、 Wl 、・・・のどれかがvPPt
圧になって1本のワード線孔が選択される。たとえばカ
ラム選択信号d H+ワード線選択信号W6がvPP電
圧になった場合には、図中点線で囲まれたメモリセルM
Cが選択されることKなる。このとき、書き込みデータ
Dwがvpp電圧であれば、書き込みトランジスタ胃は
オンになり、上記選択セルMCのドレインが接続されて
いる選択ピッ)腺BLの電位はvpp −”th (v
thはカラム選択トランジスタC8であるNチャネルト
ランジスタの閾値電圧)となり、上記選択セルMCの制
御ゲートが接続されている選択ワード線肌の電位はvP
P電圧にバイアスされる。
このとき、選択セル乳はチャネルホットエレクトロンが
浮遊r−トに注入され、その閾値が上昇することになる
。これに対して、上記メモリセルMCが選択されたとき
に書き込みデータDwが接地電圧であれば、選択セルM
Cのドレイン電位は低いのでその閾値が上昇することは
なく、元の状態(浮遊ダーNK電荷が蓄積されていない
状態)のまま維持される。
一方、上記回路における読み出し動作に際しては、■P
P/vDD電圧端子に通常ノvDD電源電圧(5v)が
与えられ、書き込みデータ可は接地電位になり、書き込
みトランジスタyはオフになる。また、アドレス信号に
基いて、カラム選択信号d6+dビ・・のどれかがvD
D電圧、ワード線選択信号W Q + wl・・・のど
れかがvDD電圧になり、特定のメモリセルMCが選択
される。また、電位クランプ用トランジスタCLがバイ
アスされ、選択セルMCK接続されている選択ビット線
BLが低い電位にクランプされる。
このとき、選択セルMeの閾値電圧が低ければ、前記セ
ンス線SLの電位は低レベルとなり、選択セルMCの閾
値電圧が高ければ、上記センス線SLの電位は高レベル
となる。このセンスIJsLのレベルはセンスアンプS
Aによりセンス増幅されて出力バッファ側へ出力される
第6図は上記回路におけるメモリセルの負荷特性を示し
ている。メモリセルの特性Aは、印加電圧の増加と共に
電流工が増加する領域aと、ホットエレクトロンの注入
が始まって閾値電圧が低下する領域すと、ブレークダウ
ンを起こしてスナップパックを起こす領域Cとを有する
。一方、書き込みトランジスタ1−カラム選択トランジ
スタC8の特性Bは、印加電圧がV、、−Vthの点で
電流が流れ始める。この閾値電圧Vthは、前記トラン
ジスタff、C8にパックゲートバイアスがかかってい
るので、パックデートバイアスがOvのときの値(約I
V)K比べて高く2〜3vと高くなっておシ、書き込み
の動作点は前記セル特性Aの領域すと特性Bとの交点X
となる。この場合、セル特性Aは、通常、デザインルー
ルの最小値で作られるメモリセルの形状の影響を受は易
いので、この影響で変化して左右にずれるおそれがあり
、書き込みKよるセルの閾値変化ΔVthが書き込み後
に大きくばらつくことになるので安定な書き込みができ
なくなる。一方、実験の結果によれば、前記セル特性A
の領域Cでの書き込みを行えば上記ΔVthが大きく、
且つ、安定であることが分っている。書き込み動作点を
移すためKは、負荷特性であるトランジスタTW、C8
の特性Bを上記領域Cに交叉するように図中B′の如く
シフトさせる必要があシ、このためには上記トランジス
タff、C8のr−ト電圧を”PP+ Vthに設定し
なければならない。
上記したような理由から、従来、書き込みに際して書き
込みデータ而の゛1″レベルおよびカラム選41i号d
O+ d、・・・の1”レベルを”pp 十■thとす
るように昇圧回路を用いていた。しかし、メモリの大容
量化、素子の微細化に伴い、素子の耐圧低下、ゲート酸
化膜の薄膜化を伴うので、デートに高電圧を印加できな
い状況になりつつある。たとえば1Mピッ) EPRO
Mでは、酸化膜厚300久に対して12.5Vのゲート
電圧が印加される場合の電界強度は4.2 PIV/c
mであったが、4MビットEFROMでは酸化膜厚がた
とえば200Xの場合に上記1Mピッ) EPROMに
おけると同じ電界強度が許容されると考えれば、f−)
電圧として8.4v以下しか印加できなくなり、結局、
セル特性Aの領域Cでの書き込み動作は殆んど不可能に
なる。
また、メモリセルMCのチャネル長のばらつキによるス
ナップ電圧のばらつきによって、第6図に示すようにメ
モリセル特性AがA’ + A″のように変化すると、
動作点X′がY’ 、 Y’のようにばらついて書き込
み電流の変化が激しくなる。これによって、EPROM
内部配線の寄生抵抗による電圧降下とかチップの発熱な
どのような動作上不安定となる原因が発生する。
また、カラム選択トランジスタC8・・・はメモリセル
MCのピッチで並べられ、そのパターンの縮小化が余儀
なくされ、しかも、この素子上に配線・ンターンが形成
されることが多く、そのドレイン・ソースの寄生抵抗が
生じ易い配置となる。そして、この寄生抵抗の影響によ
ってメモリセルMCの負荷の等価抵抗が大きくなり、第
7図に示すように負荷特性がB′→BNのように変化し
、動作点がX′→X″のように変化し、書き込み特性が
大きく変化する。
そこで、上記特性の変化を最小限にするために・カラム
選択トランジスタC8のサイズを大きくしたり、そのソ
ース・ドレイン領域を広くとると、その接合容量が非常
に大きくなってしまい、ビット線容量の捧はどにもなり
、書き込み動作の高速化の妨げとなる。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記したように大容量化、素子の微細化に伴う
耐圧低下、e−)酸化膜の薄膜化に起因してメモリセル
に対して高速に安定に書き込むことが困難になるという
問題点を解決すべくなされたもので、大容量化、素子の
微細化に際してもメモリセルに対して高速に安定な書き
込みが可能な不揮発性メモリを提供することを目的とす
る。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は紫外線消去型再書き込み可能なメモリセルのア
レイを有する不揮発性半導体メモリにおいて、上記メモ
リセルへの書き込み電流を制御する素子としてPチャネ
ルMOSトランジスタが用いられていることを特徴とす
る。
(作用) PチャネルMOSトランジスタによシメモリセルへの書
き込み電流を制御することによって、そのゲート電圧を
昇圧しなくとも書き込み動作点がメモリセル特性のスナ
ップパック領域に規定されて安定な書き込みが可能にな
り、メモリの大容量化、素子の微細化に伴う耐圧低下、
ゲートa化膜の薄膜化に対処することが可能になる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
第1図はEPROMの一部を示しており、前述した従来
のEFROMと同様に、ビット線BL・・・、メモリセ
ルMC・・・、ワード線WL・、 Nチャネル型のカラ
ム選択トランジスタC8・・・、センス線SL、Nチャ
ネル型の電位クランプ用トランジスタCL、ビット線負
荷LD、センスアンプSAおよびバイアス回路VBが接
続されている。そして、本実施例では、上記ビット線B
L・・・にそれぞれ対応してPチャネルエンハンスメン
ト型のカラム選択トランジスタC8′・・・の各一端が
接続され、このPチャネルトランジスタC8′・・・の
各他端が共通接続され、この共通接続点とvPP/vD
T)!圧端子との間KPチャネルエンハンスメ/ト型の
データ書き込み用トラン・ゾスタN1が接続されている
。そして、上記Nチャネルのカラム選択トランジスタC
8・・・およびPチャネルのカラム選択トランジスタC
8′・・・は、同じビット線に接続されているもののグ
ー)K相補的なカラム選択信号(dO、ao)、(dB
 r丁り・・・が与えられている。この場合、上記Nチ
ャネルのカラム選択トランジスタCS・・・はデータ読
み出し回路系に接続され、ピット線の読み出し電流の制
御に使用されておシ、前記Pチャネルのカラム選択トラ
ンジスタC3’・・・はデータ書き込み回路系に接続さ
れ、ピット線の書き込み電流の制御に使用されている。
上記構成のEPROM Kおける書き込み動作に際して
は、vP、/vDD電圧端子に高電圧の書き込み電圧v
PPが印加され、書き込みデータDWとして低レベルが
与えられ、データ書き込み用トランジスタy′がオンに
なる。そして、カラム選択信号6゜丁l・・・のうち1
つの信号(たとえばdx)が低レベル、残りの信号がv
pp電圧になシ、カラム選択信号do+ dl ・・・
は全て低レベルになる。したがって、上記石信号がケ゛
−ト入力となるカラム選択トランジスタC8′はオンに
なるが、その他のカラム選択トランジスタは全てオフに
なり、前記■PP/vDD電圧端子のvpp電圧がデー
タ書き込み用トランジスタTW’および上記選択された
カラム選択トランジスタC8′を経てビット線BLに印
加される。また、ワード線選択信号wQ + if l
・・・のうち1つの信号(たとえばW6)が”PP電圧
になり、残シの信号が低レベルになる。したがって、特
定のメモリセルMCが選択されてその浮遊デートにホッ
トエレクトロンが注入され、書き込みが行われる。
これに対して、上記EFROMにおける読み出し動作に
際しては、vPP/vDD電圧端子に通常のvDD電源
電圧が与えられ、書き込みデータDWが接地電位にされ
、データ書き込み用トランジスタTW’はオフになる。
また、カラム選択信号d6 + dl ”’は全てvD
D電圧になり、カラム選択トランジスタC8′・・・は
オフになり、カラム選択信号d、 、 dビ・・のうち
1つの信号(たとえばdl)が”DD電圧、残りの信号
が接地電位になり、上記d1がゲートに与えられている
カラム選択トランジスタC8がオンになって特定のビッ
ト線BLが選択される。また、ワード線選択信号” O
+ wl・・・のうち1つの信号(たとえばW。)がV
DD電圧、残りが接地電位になり、特定の2ノそりセル
MCが選択され、この選択セルMCの閾値に応じてVD
D電源端子からビット線負荷LD、電位クランプ用トラ
ンジスタCL、カラム選択トランノスタC8を経てビッ
ト線電流が流れ、このときのセンス線SLの電位がセン
スアンプSAKセンス増幅された選択セルデータの読み
出しが行われる。
第2図は、上記回路におけるメモリセルの負荷特性を示
している。メモリセルの特性Aは、印加電圧の増加と共
に1!流工が増加する領域aと、ホットエレクトロンの
注入が始まって閾値電圧が低下する領域すと、ブレーク
ダウンを起してスナップパックを起こす領域Cとを有す
る。また、Bは、上記回路の書き込み時の負荷特性であ
る。
上記第2図の特性から分るように、本実施例によれば、
)f′−)電圧を昇圧しなくても、書き込み動作点Xが
メモリセル特性Aのスナップパック領域Cに規定されて
いる。したがって、EPROMの大容量化、素子の微細
化に際して耐圧低下、ゲート酸化膜の薄膜化を伴うとし
ても、上記したようにゲート電圧を昇圧しないので支障
をきたすことはない。
また、上記第2図の特性から分るように、書き込み時の
電流はメモリセル特性人に依存しないで略一定である。
したがりて、メモリセルMCのチャネル長のばらつきな
どによシスナツプパック電圧がばらつき、メモリセル特
性Aが第2図中のA′。
A“に示すように変化し、動作点Xがx’ 、 x”と
変化しても、書き込み電流は一定であシ、チップ全体と
して特性が安定である。
また、上記回路の書き込み時においては、Pチャネル型
のカラム選択トランジスタC8′・・・のドレイン・ソ
ースの寄生抵抗の影響たよって、第2図に示すように負
荷特性がB−+B′のように変化するが、動作点Xは変
らないので書き込み動作が安定である。したがって、上
記カラム選択トランジスタC8′・・・は、寄生抵抗金
小さくするために、サイズを特に大きくしたり、ソース
・ドレインfill特に広くする必要はなく、その接合
容量が非常に大きくなることはないので、ビット線寄生
容量が小さくて済み、高速の書き込みが可能である。な
お、Nチャネル型のカラム選択トランジスタC8・・・
は、数社もの書き込み電流を流せる能力は必要なく、1
00μ人前後のセルを流を流せるサイズで十分であυ、
その寄生容量は小さい。また、前記Pチャネル型のカラ
ム選択トランジスタC8′・・・は、読み出し時には全
てオフになるので、そのドレイン領域の接合容量しかピ
ット線負荷容量として作用しないので、読み出し動作へ
の悪影響は殆んど生じない。
ところで、 EPROMの書き込み系のカラム選択トラ
ンジスタのy−トを制御する駆動回路は、EPROMの
各種のテスト、スクリーニング等に対応し得るように複
雑な構成の論理回路が必要である・たとえば、メモリセ
ルアレイの全てのビット線(てストレス電圧を印加する
ドレインストレステスト、カラム選択トランジスタおよ
びデータ書き込み用トランジスタのゲートのみにストレ
ス電圧を印加するゲートストレステストなどを行うだめ
の論理回路を実現するために、使用ゲートの段数が多く
なり、動作速度の低下をまねいてしまうことがある。こ
れに対して、読み出し系のカラム選択トランジスタはv
DD電源電圧で動作するので、そのゲートを制御する駆
動回路の構成は比較的単純で済む。そこで、第3図に示
すように、メモリセルアレイ3)をはさんで対向するよ
う位置に書き込み系のPMOSカラム選択回路32およ
び読み出し系のNMOSカラム選択回路33を分けて配
置すれば、全体のレイアウトが簡単になる。この場合、
上記2種類のカラム選択回路32.33’c、同一のア
ドレス入力を有するデコーダszt、35によす別々に
制御すれば、それぞれの制御の最適化が可能になる。即
ち、書き込み時間はμ8オーダであって読み出し速度の
nsオーダーより十分に遅いので、書き込み系のデコー
ダ34は複雑な論理構成であっても高速性は要求されな
いで済む。これに対して。
読み出し系のデコーダ35は、比較的単純な論理構成で
済み、高速性全持たせることが可能である。
なお、前記実施例のようにPチャネル型のカラム選択ト
ランジスタC8′・・・を付加したことによって・(タ
ーン面積が増大するが、前述したようにこのトランジス
タC8′・・・のサイズは小さく済み、また、Nチャネ
ル型のカラム選択トランジスタC8・・・のサイズも従
来よp小さくすることが可能であるので、全体としてパ
ターン面積の増加分は少なくて済む。
また、前記実施例のvPP/■DD電圧端子は、EPR
OM集積回路の外部端子(VPP端子)に接続されてお
シ、vpp電圧またはvDD電圧になるが接地電位にな
ることはない。しかし、第4図に示すように、Pチャネ
ル型トランジスタを形成している半導体基板のN型ウェ
ルが上記■PP/VDD電圧端子の電位にバイアスされ
ており、万一、上記V、、/VDD’il!圧端子が接
地電位のときに読み出し動作をさせた場合(つまり、N
型ウェル電位がビット線電位より低くなる場合)でもP
チャネル型トランジスタが破壊しないように設計するこ
とが望ましい。即ち、この場合には、カラム選択信号d
6 + dB・・・を接地電位にしてカラム選択トラン
ジスタC8・・・をオフにするように制御する方が安全
である。また、第1図中では、Nチャネル型のカラム選
択トランジスタC8・・・のドレインと各対応するPチ
ャネル型のカラム選択トランジスタC8′・・・のソー
スとを発着しているが、相互に接続するようにしてもよ
い。
また、第4図に示すようK、データ書き込み用トランジ
スタTV’の基板(N型ウェル)およびソースをデータ
書き込み駆動回路4ノのPチャネル型出力トランジスタ
420基板およびソースと共通接続しておけば、電源電
圧の変動により駆動回路41の出力データ(書き込みデ
ータDW )の電位が変動した場合でも、データ書き込
み用トラン、ゾスタTW′の電源電圧も追随して変動す
るので、その入力データの変動の影響を受けないで済む
「発明の効果] 上述したように本発明の不揮発性半導体メモIJ Kよ
れば、メモリの大容量化、素子の微細化に際しても、メ
モリセルに対して高速に安定な書き込みを行うことがで
きる。また、メモリセル特性のスナップパック領域が変
化した場合でも書き込み電流を一定に保つことができ、
チップ全体の特性を安定に保つことができる。
また、同一ビット線にPチャネル型のカラム選択トラン
ジスタとNチャネル型のカラム選択トランジスタとを接
続して書き込み動作と読み出し動作とで使い分けること
によって、読み出し動作は従来と同様に行うことができ
る。
また、読み出し動作時に上記Pチャネル型のカラム選択
トランジスタおよびNチャネル型のカラム選択トラン・
ゾスタのf−)電位の制御を行うことによって、Pチャ
ネル負荷によるビット線負荷容量を軽減でき、Nチャネ
ルトランジスタの破壊を防ぐことが可能になる。
また、前記したようなPチャネルトランジスタを用いた
カラム選択回路とNチャネルトランジスタを用いたカラ
ム選択回路とをメモリセルアレイをはさんで対向する位
置に設け、それぞれを同一アドレス入力を有するデコー
ダで駆動することによって、全体のレイアウトが簡単に
なると共に各デコーダの最適設計が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るEPROMの一部を示
す回路図、第2図は第1図の回路におけるメモリセル特
性および負荷特性を示す図、第3図は本発明の他の実施
例に係るEPROMの一部を示す゛構成説明図、第4図
は第1図中のデータ書き込み用トランジスタとデータ書
き込み用駆動回路との接続例を示す回路図、第5図は従
来のEFROMの一部を示す回路図、第6図は第5図の
回路におけるメモリセルの特性および負荷特性を示す図
、第7図は第5図の回路におけるNチャネル型カラム選
択トランジスタの寄生抵抗の変化による負荷特性の変化
の様子を示す図である。 MC・・・メモリセル、 BL・・・ビット線、SL・
・・センス線、C8・・・Nチャネル型カラム選択トラ
ンジスタ、C8′・・・Pチャネル型カラム選択トラン
ジスタ、TW’・・・Pチャネル型データ書き込み用ト
ランジスタ、SA・・・センスアン7’、37・・・メ
モリセルアレイ、32・・・PMOSカラム選択回路、
33・・−NMOSカラム選択回路、34.35・・・
デコーダ。 出願人代理人  弁理士  鈴 江 武 音節1図 第2図 第3図 ビ・ント市会仔U玉 第6図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)紫外線消去型再書き込み可能なメモリセルのアレ
    イを有する不揮発性半導体メモリにおいて、メモリセル
    への書き込み電流を制御する素子としてPチャネルMO
    Sトランジスタが用いられていることを特徴とする不揮
    発性半導体メモリ。
  2. (2)前記メモリセルに接続されているビット線と書き
    込み回路との間にカラム選択用のPチャネルMOSトラ
    ンジスタが接続されており、上記ビット線と読み出し回
    路との間にカラム選択用のNチャネルMOSトランジス
    タが接続されていることを特徴とする第1項記載の不揮
    発性半導体メモリ。
  3. (3)読み出し時に前記カラム選択用のPチャネルMO
    Sトランジスタをオフにするようにゲート制御を行い、
    且つ、このPチャネルトランジスタの基板電位が前記ビ
    ット線の電位より低くなる場合には前記カラム選択用の
    NチャネルMOSトランジスタをオフにするようにゲー
    ト制御を行うようにしてなることを特徴とする第2項記
    載の不揮発性半導体メモリ。
  4. (4)前記カラム選択用のPチャネルMOSトランジス
    タとNチャネルMOSトランジスタとはメモリセルアレ
    イをはさんで対向する位置に配置されていることを特徴
    とする第2項記載の不揮発性半導体メモリ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015533008A (ja) * 2012-09-14 2015-11-16 マイクロン テクノロジー, インク. 不揮発性メモリのための相補型デコーディング

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