JPH0323999B2 - - Google Patents

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JPH0323999B2
JPH0323999B2 JP21361681A JP21361681A JPH0323999B2 JP H0323999 B2 JPH0323999 B2 JP H0323999B2 JP 21361681 A JP21361681 A JP 21361681A JP 21361681 A JP21361681 A JP 21361681A JP H0323999 B2 JPH0323999 B2 JP H0323999B2
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Sumio Tanaka
Shigeyoshi Watanabe
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/12Programming voltage switching circuits

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、外部電源として書き込み用/消去用
高電位と読み出し用電位が印加されるCMOS回
路をメモリーセル・アレイの周辺部に有する不揮
発性メモリーに関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 第1図はチツプ上にあるメモリーセル・アレイ
以外の周辺回路が、NチヤネルE/D(エンハン
スメント/デプレツシヨン)型MOS回路である
不揮発性メモリーの従来の書き込み用高電位、読
み出し用電位切り換えスイツチ部を示している。
ここでデプレツシヨン型トランジスタ11,12
の閾値電圧は約“−3V”である。また書き込み
用高電位Vppの節点1には20V、読み出し用電位
Vccの節点2には5Vが印加されている。いま節点
4をVcc、節点3を0(零)Vにすれば、電位切り
換え節点5は略Vccになる。逆に節点4を0V、節
点3をVppの電位にすれば、切り換え節点5は略
Vppになる。このようにしてD型トランジスタ1
1,12を用いれば、電位切り換えスイツチ回路
は容易に実現できる。
しかしながら、パワー節約のために周辺回路を
CMOS(相補型MOS)構成にしたときには、D型
トランジスタは閾値を1個増すことでPEP(写真
蝕刻工程)数が2回増加し、PEP数の大きな
CMOSの工程を更に増加させる大きな欠点を有
していた。即ち第1図では、周辺CMOSの不揮
発性回路でデプレツシヨン負荷の切り換え回路に
用いている。
CMOS回路でデプレツシヨン負荷がないと、
しきい値調整用のボロンインプラ(イオンインプ
ランテーシヨン)をNチヤネル、Pチヤネルトラ
ンジスタに同時に打つことにより、所望のしきい
値電圧を得ることができるが、しかしデプレツシ
ヨン負荷があると、Nチヤネル、Pチヤネル用の
インプラとデプレツシヨン用のインプラとを行な
わなければならないため、PEP数が2回増加す
るものである。
[発明の目的] 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、CMOS構成をメモリー
セル・アレイの周辺回路にもつ不揮発性メモリー
において、書き込み用高電位と読み出し用電位
を、従来の問題なしにオン・チツプで切り換える
ことができるスイツチ回路を有した不揮発性メモ
リーを提供することにある。
[発明の概要] 上記発明の目的を達成するために、本発明では
電位切り換えスイツチに、エンハンスメント構造
を用いる。しかしD型トランジスタをE型トラン
ジスタに単純に置き換えただけでは、上記切り換
えスイツチの一方の電極とサブストレート電極間
にPN正バイアスがかかつて電流の迷流路が生
じ、電位切り換えの正常動作が期待できない。そ
こで本発明では、上記PN正バイアスがかかるト
ランジスタのサブストレート電極を電位切り換え
節点側に接続し、上記電流の迷流路を遮断して正
常な電位導出を行なうものである。
[発明の実施例] 以下第2図を参照して本発明の一実施例を説明
する。同図はNチヤネルSAMOS構造をメモリー
セルに用いたN−well構成のCMOS回路をメモ
リー周辺部に用いた場合の例であるが、第1図と
対応する個所には同一符号を用いる。
まず、電位切り換えのスイツチ部21では、書
き込み/消去用高電位Vppの節点1と電位切り換
え節点5との間にPチヤネルのE型トランジスタ
22を接続し、読み出し用電位Vccの節点2と節
点5との間にPチヤネルのE型トランジスタ23
を接続する。トランジスタ22のサブストレート
電極はVpp節点1に接続し、トランジスタ23の
サブストレート電極は節点5に接続する。また電
圧VppとVccの切り換え導出を行なうための信号
Hの供給用節点24、Vcc電位をゲート入力とす
るNチヤネル型トランジスタ25を介して節点2
6に接続する。この節点26はPチヤネル型トラ
ンジスタ27を介してVpp節点1に接続する。節
点26はPチヤネル型トランジスタ28、Nチヤ
ネル型トランジスタ29よりなるインバータの入
力となり、該インバータ30の一端はVpp節点1
に接続され、他端は接地される。インバータ30
の出力端つまり節点31はトランジスタ22,2
7のゲート入力となり、またPチヤネル型トラン
ジスタ32、Nチヤネル型トランジスタ33より
なるインバータ34の入力となる。インバータ3
4の一端はVpp節点1に接続され、他端は接地さ
れ。またインバータ34の出力端つまり節点35
はトランジスタ23のゲート入力となる。
第2図の回路動作を説明する。まず節点5に
Vpp電位を発生させる場合、節点24の信号を
高レベルにする。このとき信号の振幅は、接地
レベル(低レベル)からVccの高レベルまで振幅
するのは、はじめ節点26の電位は“Vcc−VthE
(VthEは閾値電圧)になる。ここでインバータ3
0の回路閾値を“Vcc−VthE”よりも低く設計し
ておけば、節点31は低レベルになり、トランジ
スタ27がオンして節点26をVpp電位レベルま
で上昇させる。このとき節点35のレベルは、イ
ンバータ34によつてVpp電位まで上昇する。即
ち節点31は低レベル、節点35はVpp電位とな
り、トランジスタ22はオンして節点5はVpp
位になる。このときトランジスタ23はオフし、
節点1から節点2には直流電流は流れない。
逆に節点5にVcc電位を発生させる場合、信号
Hを低レベルにする。このときトランジスタ27
は、前記節点31が低レベルであることによりオ
ンしているので、トランジスタフアゲート25の
コンダクタンスを、トランジスタ27のコンダク
タンスより充分大きくなるように設計する必要が
ある。この工夫により、節点26のレベルがイン
バータ30の閾値より低くなれば、節点31は高
レベルとなり、トランジスタ27はオフとなる。
このとき節点35は低レベルになる。従つてトラ
ンジスタ23はオンし、トランジスタ22はオフ
する。節点5はこのとき、トランジスタ23によ
つてVpp電位からVcc電位に放電される。
以上のように、信号がVcc(高レベル)のとき
節点5はVppレベルとなり、信号が0V(低レベ
ル)のとき節点5はVccレベルとなるものである。
第3図は第2図の回路を、不揮発性メモリーの
本体回路に適用した場合の例を示すもので、41
は行選択用アドレス信号A1〜Aoを入力とするナ
ンド回路42、トランジスタ43〜46を有する
行デコーダ、47は列選択用アドレス信号a1〜an
を入力とする列デコーダ、48はメモリーセル・
アレイで、メモリーセル49はSAMOS構造を有
している。501〜50lは列選択用トランジス
タ、51はトランジスタ52〜55よりなるトラ
ンジスタ56の制御回路、“Dio+H”は書き込み
時に書き込み用データ入力を“0”の時のみVpp
電位になり、その他読み出し時とかベリフアイ
(書き込みデータ検出)時にトランジスタ56を
オフとする信号、57はセンスアンプである。
第3図におけるデータ書き込みは、節点5の電
位をVppにし、メモリーセルのコントロールゲー
トにVpp、トランジスタ56,501〜50lを通
してドレインにVpp電位が加わつたメモリーセル
のみに書き込みが行なわれる。
次に書き込み量を検出(ベリフアイ)する際
は、Vppを書き込み電位のままにして節点5を
Vcc電位にすれば、書き込み直後にセルの書き込
み状態が、センスアンプ57を通してデータ出力
部にとり出されるものである。
第2図の回路では、Vpp用済み後はVpp電位を
Vcc電位より下げることがある。一例としてVpp
電位を0Vとすると、節点5から節点1へ向つて
つまりトランジスタ22のソースからサブストレ
ート電極へ向つて順方向電流が流れ、節点5の電
圧をVcc電位より下げてしまう。そこで第4図に
示される変形例の如く、トランジスタ22と節点
5との間にPチヤネル型トランジスタ61を介挿
する。この場合トランジスタ61がオンしている
と、節点5の電位をVccより下げてしまう。そこ
でトランジスタ61のチヤネルが形成されないよ
うに、トランジスタ63,64よりなりかつVcc
を電源とするインバータ65を設け、その出力を
トランジスタ61の入力としてトランジスタ61
をオフとする。インバータ65の前段のインバー
タ66はトランジスタ67,68よりなり、信号
Hの反転信号を得る。
第9図は第2図の要部の集積回路横断面による
説明図、第10図は第4図の要部の集積回路横断
面による説明図で、対応個所には同一符号を用い
ている。これら図中101はP型基板、1021
1022,1023はNウエル層、1031,10
2〜1035,1036はソース、ドレイン領域
を形成するP+層、1041〜1043はNウエルの
コンタクト用N+層、105はフイールド絶縁膜
である。
上記の如く第2図において節点1のVpp電位を
0Vにすると、節点5から節点1へ向つて順方向
電流が流れ、節点5の閾値をVcc電位より下げて
しまう理由は、第9図においてイ節点2→P+
1034→Nウエル層1022→N+層1042→節
点P+層1032→Nウエル層1021→N+層10
1→節点1の順方向パスが生じるためである。
しかし第10図のようにするとよい理由は、トラ
ンジスタ61がオフのとき、Nウエル層1023
P+層1035間が逆バイアスでロ節点5→N+層1
043→Nウエル層1023→P+層1035→節点
62→P+層1032→Nウエル層1021→N+
1041→節点1のパスが形成されないためであ
る。
しかして第9図の回路において、N+層1042
が節点5に接続されるのでなく、N+層1042
節点2に接続されたような場合、つまり第11図
のような回路になつた場合、書き込み時に節点3
1は0電位となり、トランジスタ22がオンして
ハ節点1→トランジスタ22→節点5→P+層1
032→Nウエル層1022→N+層1042→節点
2と電流が流れ、節点5に書き込み用高電位が印
加されない。しかし第9図の実線の如くN+層1
042と節点5とをつなぐ経路としておけば、上
記ハの電流パスが生ずることなく、所期の動作の
みが行なえる回路が実現できるものである。
一方、第4図においてVpp電位が0Vの場合、節
点31は0Vになつてしまう。このためトランジ
スタ32,33が共にオフとなり、節点35がフ
ローテイングとなる。しかし本来は、節点35は
0Vでトランジスタ23はオンしていなければい
けない。そのためにトランジスタ69を設け該ト
ランジスタ69をオン状態とし、節点35を0V
としている。
ここで本発明においてPEP数が増加しない理
由を説明する。即ち第12図の如くデプレツシヨ
ン負荷(D型)がないと、ポロンインプラ201
をNチヤネル、Pチヤネルトランジスタに同時に
打つことができるが、第13図のようにデプレツ
シヨン負荷(D型)があると、ポロンインプラ2
01とAsまたはPインプラ202をそれぞれ別
に行なわなければならないため、PEP数が2回
増すものである。従つて本発明ではPEP数の低
減化が可能となるものである。
第5図ないし第8図は本発明に属さないが、単
なる応用例としてあげておく。即ち、例えば第5
図に示される如く、第2図のトランジスタ23を
バイポーラトランジスタ71で置き換えたり、第
6図に示される如く第2図のトランジスタ22,
23をバイポーラトランジスタ72,71で置き
換える。これらバイポーラトランジスタは
CMOS工程中に同時につくられるので、PEPの
工程増加とはならない。ただしこの場合Vcc或い
はVppとバイポーラトランジスタのベース間に電
流が流れるので、スタンドバイ時に直流パスをき
らう場合には、前実施例で示したような完全
CMOS構成が好ましい。73〜75は過大なベ
ース電流を流さぬための抵抗である。また第7図
では、第4図のトランジスタ23をバイポーラト
ランジスタ71で置き換えた。また第8図では、
第4図のトランジスタ22,23,61をバイポ
ーラトランジスタ72,71,81で置き換え
た。82は過大なベース電流を流さぬための抵抗
である。即ち第5図においては、トランジスタ2
2がオン(トランジスタ71がオフ)してVpp
節点5に伝わり、トランジスタ71がオン(トラ
ンジスタ22がオフ)してVccが節点5に伝わる。
このときPチヤネル型トランジスタ22とバイポ
ーラトランジスタ71には電圧ドロツプがないか
ら、Vpp,Vccがそのまま節点5に伝えられる。
またしきい値調整用のボロンインプラでは、
CMOSインプラ時にトランジスタ22,71を
レジストでカバーしなくてよいので、PEP数の
増加がない。第6図ないし第8図においても作用
効果は同様に考えられる。
[発明の効果] 以上説明した如く本発明によれば、電位切り換
えスイツチにより、完全CMOSプロセスによつ
てメモリー回路本体内に書き込み用高電位Vpp
読み出し用電位Vccを発生させることが可能にな
つた。また従来のような“CMOS+デプレツシ
ヨン”のような複合プロセスを排除し、PEPの
工程数を低減できる。また回路設計も、CMOS
構成であることにより回路マージンを大きくする
ことができる。また電位切り換え用にPチヤネル
エンハンスメント型トランジスタを用いたため、
電圧ドロツプのない電位切り換え回路が実現でき
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来回路の説明図、第2図は本発明の
一実施例を示す回路図、第3図は同回路が適用さ
れるメモリー回路図、第4図は本発明の他の実施
例を示す回路図、第5図ないし第8図は本発明に
は属さない単なる応用例の回路図、第9図、第1
0図は第2図、第4図の要部の集積回路横断面
図、第11図は第9図の2点鎖線の如く回路を変
形した場合の回路図、第12図、第13図は本発
明の効果を説明するための集積回路断面図であ
る。 1……書き込み電位供給用節点、2……読み出
し電位供給用節点、5……電位切り換え節点、2
2,23,61……E型トランジスタ、48……
メモリーセル・アレイ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 外部電源として少なくとも書き込み用高電位
    と読み出し用電位が印加されるCMOS回路をメ
    モリーセル・アレイの周辺部に有する不揮発性メ
    モリーにおいて、前記書き込み用高電位源と電位
    切り換え節点との間にPチヤネル型の第1のエン
    ハンスメント型トランジスタを接続し、前記読み
    出し用電位源と前記電位切り換え節点との間にP
    チヤネル型の第2のエンハンスメント型トランジ
    スタを接続し、前記第1のエンハンスメント型ト
    ランジスタのサブストレート電極は前記書き込み
    用高電位源側に接続し、前記第2のエンハンスメ
    ント型トランジスタのサブストレート電極は前記
    電位切り換え節点側に接続し、前記第1のエンハ
    ンスメント型トランジスタはそのゲートにデータ
    書き込み時に導通する信号が印加され、前記第2
    のエンハンスメント型トランジスタはそのゲート
    にデータ読み出し時に導通する信号が印加される
    ことを特徴とする不揮発性メモリー。 2 外部電源として少くとも書き込み用高電位と
    読み出し用電位が印加されるCMOS回路をメモ
    リーセル・アレイの周辺部に有する不揮発性メモ
    リーにおいて、前記書き込み用高電位源と電位切
    り換え節点との間にPチヤネル型の第1、第2の
    エンハンスメント型トランジスタを直列接続し、
    前記読み出し用電位源と前記電位切り換え節点と
    の間にPチヤネル型の第3のエンハンスメント型
    トランジスタを接続し、前記第1のエンハンスメ
    ント型トランジスタのサブストレート電極は前記
    書き込み用高電位源側に接続し、前記第2のエン
    ハンスメント型トランジスタのサブストレート電
    極は前記電位切り換え節点側に接続し、前記第3
    のエンハンスメント型トランジスタのサブストレ
    ート電極は前記電位切り換え節点側に接続し、前
    記第1、第2のエンハンスメント型トランジスタ
    はそのゲートにデータ書き込み時に導通する信号
    が印加され、前記第3のエンハンスメント型トラ
    ンジスタはそのゲートにデータ読み出し時に導通
    する信号が印加されることを特徴とする不揮発性
    メモリー。
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