JPH0729385A - Eeprom device - Google Patents

Eeprom device

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Publication number
JPH0729385A
JPH0729385A JP19509493A JP19509493A JPH0729385A JP H0729385 A JPH0729385 A JP H0729385A JP 19509493 A JP19509493 A JP 19509493A JP 19509493 A JP19509493 A JP 19509493A JP H0729385 A JPH0729385 A JP H0729385A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
voltage
level
preamplifier
gate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19509493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazusato Yashiro
香寿里 矢城
Taisuke Ikeda
泰典 池田
Yoshikazu Nagai
義和 永井
Shigeru Nakajima
繁 中島
Kazunori Furusawa
和則 古沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority to JP19509493A priority Critical patent/JPH0729385A/en
Publication of JPH0729385A publication Critical patent/JPH0729385A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an EEPROM whose reliability against the number of rewriting times and reduction of a power voltage is heightened by providing a variable resistance element functioning as a level shifting means on a reference voltage forming preamplifier. CONSTITUTION:A P channel type MOSFETQ 8 as the variable resistance element is provided on the drain side of the amplification MOSFETQ 7 of a preamplifier B for forming a reference voltage Vref, a grounding potential is given to a gate side and a power voltage VCC is supplied to a source side via a load MOSFETQ 9. Thus, when the voltage VCC is relatively high, as relatively large conductance is provided, the amount of level shifting by a drop in the voltage is made small and when the voltage VCC is reduced, the conductance is slightly changed and the amount of level shifting is increased. In this way, a level change is increased corresponding to the drop in the voltage VCC and the EEPROM whose reliability is heightened against the number of rewriting times and the power voltage reduction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、EEPROM(エレ
クトリカリ・イレーザブル&プログラマブル・リード・
オンリー・メモリ)装置に関するもので、例えばMNO
Sトランジスタを用いたものに利用して有効な技術に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an EEPROM (Electrical Erasable & Programmable Read
Only memory) devices, such as MNO
The present invention relates to a technique effectively applied to a device using an S transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】データの電気的な書き込み及び消去が可
能な半導体不揮発性記憶素子、例えばMNOS(メタル
・ナイトライド・オキサイド・セミコンダクタ)は、比
較的薄いシリコン酸化膜とその上に形成され比較的厚い
シリコン窒化膜(ナイトライド)との2層構造のゲート
絶縁膜を持つ絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、
単にMNOSトランジスタという)であり、記憶情報の
書込みだけでなく消去も電気的に行うことができる。M
NOS技術は、例えば特開昭56−156370公報に
記載されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor nonvolatile memory element capable of electrically writing and erasing data, such as MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor), is a relatively thin silicon oxide film and a relatively thin silicon oxide film formed thereon. Insulated gate field effect transistor (hereinafter, referred to as a gate insulating film having a double-layered gate insulating film with a thick silicon nitride film (nitride)
This is simply referred to as an MNOS transistor), and not only writing of stored information but also erasing can be performed electrically. M
The NOS technique is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-156370.

【0003】消去状態もしくは記憶情報が書込まれてい
ない状態では、Nチャンネル型MNOSトランジスタの
しきい値電圧は負の電圧になっている。記憶情報の書込
み又は消去のために、ゲート絶縁膜には、トンネル現象
によりキャリアの注入が生じるような高電界が作用させ
られる。上記公報に従うと、MNOSトランジスタは、
N型半導体基板に形成されたP型ウェル領域に形成され
る。また、周辺回路を構成するMOSFETが、MNO
Sトランジスタのためのウェル領域に対して独立にされ
たウェル領域に形成される。
In the erased state or the state in which stored information is not written, the threshold voltage of the N-channel type MNOS transistor is a negative voltage. For writing or erasing stored information, a high electric field is applied to the gate insulating film so that carriers are injected by a tunnel phenomenon. According to the above publication, the MNOS transistor is
It is formed in a P-type well region formed in an N-type semiconductor substrate. In addition, the MOSFET forming the peripheral circuit is
It is formed in a well region independent of the well region for the S transistor.

【0004】書込み動作において、MNOSトランジス
タの基体ゲートとしてのウェル領域には、例えばほゞ回
路の接地電位の0Vが印加され、ゲートには、書き込み
のための高電圧が印加される。ソース領域及びドレイン
領域には、書込むべき情報に応じてほゞ0Vの低電圧又
は書き込みレベルの高電圧が印加される。このときMN
OSトランジスタのチャンネル形成領域、すなわちソー
ス領域及びドレイン領域との間のシリコン領域表面に
は、上記ゲートの正の高電圧に応じてチャンネルが誘導
される。このチャンネルの電位はソース領域及びドレイ
ン領域の電位と等しくなる。ソース領域及びドレイン領
域に上記のように0Vの電圧が印加されるとゲート絶縁
膜には上記ゲートの高電圧に応じた高電界が作用する。
その結果、ゲート絶縁膜にはトンネル現象によりチャン
ネルからキャリアとしての電子が注入される。これによ
って、MNOSのしきい値値電圧は、例えば負の電圧か
ら正の電圧に変化する。
In the write operation, for example, a ground potential of 0 V of the circuit is applied to the well region as the body gate of the MNOS transistor, and a high voltage for writing is applied to the gate. A low voltage of about 0 V or a high voltage of the write level is applied to the source region and the drain region depending on the information to be written. At this time MN
In the channel forming region of the OS transistor, that is, in the surface of the silicon region between the source region and the drain region, a channel is induced according to the positive high voltage of the gate. The potential of this channel becomes equal to the potential of the source region and the drain region. When the voltage of 0 V is applied to the source region and the drain region as described above, a high electric field corresponding to the high voltage of the gate acts on the gate insulating film.
As a result, electrons as carriers are injected from the channel into the gate insulating film by the tunnel phenomenon. As a result, the threshold voltage of the MNOS changes from a negative voltage to a positive voltage, for example.

【0005】ソース領域及びドレイン領域に書き込みレ
ベルの高電圧が印加された場合、ゲートとチャンネルと
の間の電位差が小さい値にされる。このような小電圧差
では、トンネル現象による電子の注入を起こさせるには
不十分となる。そのため、MNOSのしきい値電圧は変
化しない。消去の場合には、MNOSトランジスタのゲ
ートに0Vを与えながらその基体ゲートとしてのウェル
領域に正の高電圧を印加して、逆方向のトンネル現象を
生じしめて、キャリアとしての電子を基体ゲートに戻す
ことにより行われる。
When a write level high voltage is applied to the source region and the drain region, the potential difference between the gate and the channel is set to a small value. Such a small voltage difference is insufficient to cause injection of electrons due to the tunnel phenomenon. Therefore, the threshold voltage of MNOS does not change. In the case of erasing, a positive high voltage is applied to the well region serving as the body gate of the MNOS transistor while applying 0 V to the gate of the MNOS transistor to cause a tunneling phenomenon in the reverse direction and return electrons serving as carriers to the body gate. It is done by

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなMNOS
トランジスタにあっては、繰り返しデータの書き換えが
行われる。このようなデータの書き換えが繰り返される
ことにより、しきい値電圧Vthは、約105 回あたりか
らハイレベル側にシフトする。また、MNOSトランジ
スタにあっては、そのデータ保持特性は、時間の経過と
ともに、初期のしきい値電圧(ヴァージンレベル)に近
づく。このため、上記書き換え特性により、特に消去側
では長時間放置にすると電流低下を起こしやすく、基準
電圧とのマージンがなく、判別を困難にしてしまう。ま
た、電源電圧が低いと、等価的に基準電圧を形成するプ
リアンプの増幅特性が低下して、ロウレベル側の読み出
し信号Lに近づいて動作マージンがなくなってしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] MNOS as described above
Data is repeatedly rewritten in the transistor. By repeating such data rewriting, the threshold voltage Vth shifts to the high level side from about 10 5 times. Further, in the MNOS transistor, its data retention characteristic approaches the initial threshold voltage (virgin level) with the passage of time. Therefore, due to the above-mentioned rewriting characteristics, particularly on the erasing side, if left for a long time, the current tends to decrease, and there is no margin with respect to the reference voltage, making discrimination difficult. Further, when the power supply voltage is low, the amplification characteristic of the preamplifier equivalently forming the reference voltage is deteriorated, and the read signal L on the low level side is approached to lose the operation margin.

【0007】この発明の目的は、書き換え回数や電源電
圧低下に対する信頼性を高くしたEEPROM装置を提
供することにある。この発明の前記ならびにその他の目
的と新規な特徴は、この明細書の記述および添付図面か
ら明らかになるであろう。
An object of the present invention is to provide an EEPROM device which has high reliability against the number of times of rewriting and a decrease in power supply voltage. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、電気的に書き込み及び消去
が可能な不揮発性記憶素子を含むメモリセルがマトリッ
クス配置されて構成されるメモリアレイからの読み出し
信号の基準電圧として、初期状態の不揮発性記憶素子を
含むダミーセルからの読み出し信号をソースに受ける増
幅MOSFETのドレインと負荷手段との間に電源電圧
に逆比例的に抵抗値が変化させられる可変抵抗素子を設
ける。
The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, as a reference voltage of a read signal from a memory array configured by arranging memory cells including nonvolatile memory elements that are electrically writable and erasable in a matrix, a dummy cell including a nonvolatile memory element in an initial state is used. A variable resistance element whose resistance value is inversely proportional to the power supply voltage is provided between the drain of the amplification MOSFET receiving the read signal at the source and the load means.

【0009】[0009]

【作用】上記した手段によれば、可変抵抗素子の挿入に
より基準電圧がハイレベルが偏倚されられ、しかも電源
電圧の低下に対応してレベル偏倚量を大きくするので、
書き換え回数による記憶素子のしきい値電圧の変化や電
源電圧の低下時にロウレベル側の読み出し電圧に対する
レベルマージンを確保することができる。
According to the above means, the high level of the reference voltage is biased by inserting the variable resistance element, and the level bias amount is increased in response to the decrease of the power supply voltage.
A level margin for the read voltage on the low level side can be secured when the threshold voltage of the storage element changes depending on the number of times of rewriting and the power supply voltage drops.

【0010】[0010]

【実施例】図2には、この発明に係るEEPROM装置
の一実施例の要部回路図が示されている。この実施例の
EEPROM装置は、図示しないアドレスバッファやX
デコーダX−DCR及びYデコーダY−DCRからなる
アドレス選択回路と、このアドレス選択回路の出力信号
や制御信号に応答して書き込み/消去動作のための電圧
を形成する回路、及び上記制御信号を形成する制御回路
CONTを含んでいる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows a circuit diagram of essential parts of an embodiment of an EEPROM device according to the present invention. The EEPROM device of this embodiment has an address buffer (not shown) and an X
An address selection circuit including a decoder X-DCR and a Y decoder Y-DCR, a circuit that forms a voltage for a write / erase operation in response to an output signal and a control signal of the address selection circuit, and the control signal. It includes a control circuit CONT for controlling.

【0011】EEPROM装置は、特に制限されない
が、外部から供給される+5Vのような比較的低い電源
電圧VCCと、−12Vのような負の高電圧−Vppとに
よって動作される。上記選択回路を構成するXアドレス
デコーダX−DCR等は、CMOS回路により構成され
る。CMOS回路は、+5Vのような比較的低い電源電
圧VCCが供給されることによって、その動作を行う。
したがって、アドレスデコーダX−DCR及びY−DC
Rにより形成される選択/非選択信号のレベルは、ほゞ
+5Vとされ、ロウレベルは、ほゞ回路の接地電位の0
Vにされる。
The EEPROM device is operated by a relatively low power supply voltage VCC such as + 5V supplied externally and a negative high voltage -Vpp such as -12V, although not particularly limited thereto. The X address decoder X-DCR and the like forming the selection circuit are formed by CMOS circuits. The CMOS circuit operates by being supplied with a relatively low power supply voltage VCC such as + 5V.
Therefore, the address decoders X-DCR and Y-DC
The level of the selection / non-selection signal formed by R is about + 5V, and the low level is about 0 of the ground potential of the circuit.
Set to V.

【0012】図示のEEPROM装置を構成する素子構
造それ自体は、本発明に直接関係が無いので図示しない
けれども、その概要は次のようにされる。すなわち、図
示の装置の全体は、N型単結晶シリコンから成るような
半導体基板上に形成される。MNOSトランジスタは、
Nチャンネル型とされ、それは、上記半導体基板の表面
に形成されたP型ウェル領域もしくはP型半導体領域上
に形成される。Nチャンネル型MOSFETは、同様に
P型半導体領域上に形成される。Pチャンネル型MOS
FETは、上記半導体基板上に形成される。
Although the element structure itself which constitutes the illustrated EEPROM device is not shown because it is not directly related to the present invention, its outline is as follows. That is, the entire illustrated device is formed on a semiconductor substrate made of N-type single crystal silicon. The MNOS transistor is
It is of N-channel type and is formed on a P-type well region or a P-type semiconductor region formed on the surface of the semiconductor substrate. The N-channel MOSFET is similarly formed on the P-type semiconductor region. P-channel type MOS
The FET is formed on the semiconductor substrate.

【0013】1つのメモリセルは、特に制限されない
が、1つのMNOSトランジスタと、それに直列接続さ
れた2つのMOSFETとから構成される。1つのメモ
リセルにおいて、1つのMNOSトランジスタと2つの
MOSFETは、例えばMNOSトランジスタのゲート
電極に対してそれぞれ2つのMOSFETのゲート電極
の一部がオーバーラップされるようないわゆるスタック
ドゲート構造とされる。これによって、メモリセルのサ
イズは、それを構成する1つのMNOSトランジスタと
2つのMOSFETとが実質的に一体構造にされること
になり、小型化される。
Although not particularly limited, one memory cell is composed of one MNOS transistor and two MOSFETs connected in series to it. In one memory cell, one MNOS transistor and two MOSFETs have a so-called stacked gate structure in which, for example, the gate electrodes of the MNOS transistor partially overlap with the gate electrodes of the two MOSFETs. . As a result, the size of the memory cell is reduced because the one MNOS transistor and the two MOSFETs forming the memory cell are substantially integrated.

【0014】各メモリセルは、特に制限されないが、共
通のウェル領域に形成される。Xデコーダ、Yデコーダ
のようなCMOS回路を構成するためのNチャンネルM
OSFETは、各メモリセルのための共通のP型ウェル
領域に対して独立にされたP型ウェル領域に形成され
る。この構造において、N型半導体基板は、その上に形
成される複数のPチャンネルMOSFETに対する共通
の基体ゲートを構成し、回路の電源電圧VCCレベルに
される。CMOS回路を構成するためのNチャンネルM
OSFETの基体ゲートとしてのウェル領域は、回路の
接地電位0ボルトに維持される。
Although not particularly limited, each memory cell is formed in a common well region. N channel M for constructing a CMOS circuit such as an X decoder and a Y decoder
The OSFET is formed in a P-type well region that is independent of the common P-type well region for each memory cell. In this structure, the N-type semiconductor substrate constitutes a common substrate gate for a plurality of P-channel MOSFETs formed thereon, and is set to the power supply voltage VCC level of the circuit. N channel M for forming a CMOS circuit
The well region as the substrate gate of the OSFET is maintained at the circuit ground potential of 0 volt.

【0015】図2において、メモリアレイM−ARY
は、マトリックス配置された複数のメモリセルを含んで
いる。1つのメモリセルは、MNOSトランジスタQ2
と、そのドレインとデータ線(ビット線もしくはディジ
ット線)D1との間に設けられたアドレス選択用MOS
FETQ1と、特に制限されないが、上記MNOSトラ
ンジスタQ2のソースと共通ソース線との間に設けられ
た分離用MOSFETQ3とから構成される。なお、前
述のようなスタックドゲート構造が採用される場合、M
NOSトランジスタQ2のチャンネル形成領域にMOS
FETQ1、Q3のチャンネル形成領域が直接的に隣接
されることになる。それ故に、MNOSトランジスタQ
2のドレイン、ソースは、便宜上の用語であると理解さ
れたい。
In FIG. 2, the memory array M-ARY is shown.
Includes a plurality of memory cells arranged in a matrix. One memory cell is the MNOS transistor Q2
And an address selection MOS provided between the drain and the data line (bit line or digit line) D1
It is composed of an FET Q1 and, although not particularly limited, a separation MOSFET Q3 provided between the source of the MNOS transistor Q2 and a common source line. If the stacked gate structure as described above is adopted, M
A MOS is formed in the channel formation region of the NOS transistor Q2.
The channel forming regions of the FETs Q1 and Q3 are directly adjacent to each other. Therefore, MNOS transistor Q
It should be understood that the two drains and sources are terms for convenience.

【0016】同一の行に配置されたメモリセルのそれぞ
れのアドレス選択用MOSFETQ1等のゲートは、第
1ワード線W11に共通接続され、それに対応されたM
NOSトランジスタQ2等のゲートは、第2ワード線W
12に共通接続されている。同様に他の同一の行に配置
されたメモリセルアドレス選択用MOSFET及びMN
OSトランジスタのゲートは、それぞれ第1ワード線W
21,W22に共通接続されている。
The gates of the address selecting MOSFETs Q1 and the like of the memory cells arranged in the same row are commonly connected to the first word line W11, and M corresponding thereto is connected.
The gates of the NOS transistor Q2 and the like are connected to the second word line W
12 are commonly connected. Similarly, memory cell address selecting MOSFETs and MNs arranged in the same row
The gates of the OS transistors have the first word line W, respectively.
21 and W22 are commonly connected.

【0017】同一の列に配置されたメモリセルのアドレ
ス選択用MOSFETQ1等のドレインは、データ線線
D1に共通接続されている。同様に他の同一の列に配置
されたメモリセルのアドレス選択用MOSFETのドレ
インは、それぞれデータ線D2に共通接続されている。
各メモリセルにおける分離用MOSFETQ3のソース
は共通にされる。
The drains of the address selecting MOSFETs Q1 and the like of the memory cells arranged in the same column are commonly connected to the data line D1. Similarly, the drains of the address selecting MOSFETs of the memory cells arranged in the other same column are commonly connected to the data line D2.
The separation MOSFET Q3 has a common source in each memory cell.

【0018】この実施例のメモリアレイM−ARYは、
ほゞ次のような電位によって動作される。まず、読み出
し動作において、メモリアレイM−ARYが形成される
ウェル領域WELL1の電位Vwは、ほゞ回路の接地電
位0ボルトに等しいロウレベルにされる。分離用MOS
FETQ3のゲートに結合された制御線(Vig) は、こ
れらのMOSFETQ3をオン状態にさせるように、ほ
ゞ電源電圧VCCに等しいようなハイレベルにされる。
それぞれMNOSトランジスタのゲート電極に結合され
た第2ワード線W12ないしW22は、ほゞ接地電位に
等しいような電位、すなわちMNOSトランジスタの高
しきい値電圧(正)と低しきい値電圧(負)との間の電
圧とされる。
The memory array M-ARY of this embodiment is
It is operated by the following potentials. First, in the read operation, the potential Vw of the well region WELL1 in which the memory array M-ARY is formed is set to the low level which is equal to the ground potential 0 V of the circuit. Separation MOS
The control line (Vig) coupled to the gate of FET Q3 is driven high to approximately turn on these MOSFETs Q3, which is approximately equal to the supply voltage VCC.
The second word lines W12 to W22, which are respectively coupled to the gate electrodes of the MNOS transistors, have a potential substantially equal to the ground potential, that is, a high threshold voltage (positive) and a low threshold voltage (negative) of the MNOS transistor. The voltage between and.

【0019】第1ワード線W11ないしW21のうちの
選択されるべきワード線は、ほゞ電源電圧VCCに等し
いような選択レベルもしくはハイレベルされ、残りのワ
ード線すなわち非選択ワード線は、ほゞ接地電位に等し
いような非選択レベルもしくはロウレベルにされる。デ
ータ線D1ないしD2のうちの選択されるべきデータ線
には、後述するようなセンスアンプSAからセンス電流
が供給される。第1ワード線によって選択されたメモリ
セルにおけるMNOSトランジスタが低しきい値電圧を
持っているなら、そのメモリセルは、それが結合された
データ線に対して電流通路を形成する。選択されたメモ
リセルにおけるMNOSトランジスタが高しきい値電圧
を持っているなら、そのメモリセルは、実質的に電流通
路を形成しない。従ってメモリセルのデータの読み出し
は、センス電流の検出によって行われる。
A word line to be selected among the first word lines W11 to W21 is set to a selection level or a high level which is approximately equal to the power supply voltage VCC, and the remaining word lines, that is, non-selected word lines are almost set. It is set to a non-selection level or a low level that is equal to the ground potential. A sense current is supplied from a sense amplifier SA, which will be described later, to the data line to be selected among the data lines D1 and D2. If the MNOS transistor in the memory cell selected by the first word line has a low threshold voltage, that memory cell forms a current path for the data line to which it is coupled. If the MNOS transistor in the selected memory cell has a high threshold voltage, that memory cell will form substantially no current path. Therefore, the data read from the memory cell is performed by detecting the sense current.

【0020】センスアンプSAは、上記メモリアレイM
−ARYのアドレッシングによって共通データ線CDに
出力された読み出し信号を、ダミーセルを利用した基準
電圧回路により形成される基準電圧Vref を参照してハ
イレベル/ロウレベルの判定を行う。
The sense amplifier SA is the memory array M.
The read signal output to the common data line CD by -ARY addressing is referred to a reference voltage Vref formed by a reference voltage circuit using a dummy cell to determine high level / low level.

【0021】書き込み動作において、ウェル領域WEL
L1は、ほゞ−Vppに等しいような負の高電圧にされ、
分離用MOSFETQ3のゲート電極に結合された制御
線(Vig)は、それらのMOSFETQ3をオフ状態に
させるように負の高電位にされる。第1ワード線W11
ないしW21は、ほゞ接地電位に等しいような非選択レ
ベルもしくはロウレベルにされる。第2ワード線W12
ないしW22のうちの1つのワード線は、ほゞ電源電圧
VCCに等しいような選択レベルにされ、残りの第2ワ
ード線は、電圧−Vppに近い負の高電圧にされる。デー
タ線は、メモリセルに書き込まれるべきデータに応じ
て、ほゞ電源電圧VCCに等しいようなハイレベルもし
くは負電圧−Vppに近い負の高電圧を持つロウレベルに
される。
In the write operation, the well region WEL
L1 is brought to a negative high voltage equal to about -Vpp,
The control line (Vig) coupled to the gate electrode of the isolation MOSFET Q3 is set to a negative high potential so as to turn off the MOSFET Q3. First word line W11
Through W21 are set to a non-selection level or a low level which is almost equal to the ground potential. Second word line W12
One of the word lines W22 to W22 is set to a selection level approximately equal to the power supply voltage VCC, and the remaining second word line is set to a negative high voltage close to the voltage -Vpp. The data line is set to a high level almost equal to the power supply voltage VCC or a low level having a negative high voltage close to the negative voltage −Vpp, depending on the data to be written in the memory cell.

【0022】消去動作において、ウェル領域WELL1
は、ほゞ電源電圧VCCに等しいような消去レベルもし
くはハイレベルにされる。第1ワード線W11ないしW
21は及び第2ワード線W12ないしW22は、消去の
ために、基本的にはそれぞれ回路の電源電圧VCCにほ
ゞ等しいレベル及び電圧−Vppに実質的に等しいレベル
される。しかしながら、この実施例に従うと、特に制限
されないが、各メモリ行毎のメモリセルの消去が可能と
なるように、第1、第2ワード線のレベルが決定され
る。第1ワード線W11ないしW21のうちの消去が必
要とされるメモリ行に対応された第1ワード線は、ほゞ
電源電圧VCCに等しいような消去レベルにされ、消去
が必要とされないメモリ行に対応された第1ワード線
は、ほゞ回路の接地電位のような非消去レベルにされ
る。第2ワード線W12ないしW22のうちの上記消去
レベルにされる第1ワード線と対応する第2ワード線
は、ほゞ負電圧−Vppに等しいような消去レベルにさ
れ、上記非消去レベルにされる第1ワード線と対応する
第2ワード線は、ほゞ電源電圧VCCに等しいような非
消去レベルにされる。
In the erase operation, the well region WELL1
Is set to an erase level or a high level approximately equal to the power supply voltage VCC. First word lines W11 to W
21 and the second word lines W12 to W22 are basically set at a level substantially equal to the power supply voltage VCC of the circuit and a voltage substantially equal to the voltage -Vpp, respectively, for erasing. However, according to this embodiment, although not particularly limited, the levels of the first and second word lines are determined so that the memory cells in each memory row can be erased. Of the first word lines W11 to W21, the first word line corresponding to the memory row that needs to be erased is set to an erase level that is approximately equal to the power supply voltage VCC so that the memory row that does not need to be erased. The corresponding first word line is brought to a non-erased level such as the ground potential of the circuit. Of the second word lines W12 to W22, the second word line corresponding to the first word line set to the erase level is set to the erase level substantially equal to the negative voltage -Vpp and set to the non-erase level. The second word line corresponding to the first word line corresponding to the first word line is set to a non-erasing level which is almost equal to the power supply voltage VCC.

【0023】この実施例に従うと、上述のようにウェル
領域WELL1、すなわちMNOSトランジスタの基体
ゲートに電源電圧VCCを印加することによって各MN
OSトランジスタの記憶情報を消去する構成がとられ
る。他方、CMOS回路を構成するNチャンネルMOS
FETの基体ゲートは、MNOSトランジスタの基体ゲ
ートとは独立に、例えば0ボルトのような電位にされる
ことが必要とされる。それ故に、前述のように各メモリ
セルの基体ゲート、すなわち、メモリアレイM−ARY
が形成された半導体領域WELL1は、Xデコーダ,Y
デコーダ等の周辺回路を構成するNチャンネルMOSF
ETが形成される半導体領域(ウェル領域)と電気的に
分離される。
According to this embodiment, each MN is applied by applying the power supply voltage VCC to the well region WELL1, that is, the body gate of the MNOS transistor as described above.
A configuration is adopted in which the information stored in the OS transistor is erased. On the other hand, N-channel MOS forming a CMOS circuit
The body gate of the FET needs to be at a potential such as 0 volts, independent of the body gate of the MNOS transistor. Therefore, as described above, the substrate gate of each memory cell, that is, the memory array M-ARY.
Is formed in the semiconductor region WELL1.
N-channel MOSF constituting peripheral circuits such as decoder
It is electrically isolated from the semiconductor region (well region) where ET is formed.

【0024】メモリアレイM−ARYの部分的な消去を
可能としたいなら、個々のメモリセルをそれぞれ独立の
ウェル領域に形成したり、同じ行もしくは列に配置され
るメモリセルを共通のウェル領域に形成したりすること
ができる。この実施例では、前述のようにメモリセルの
全体すなわちメモリアレイM−ARYは1つの共通なウ
ェル領域WELL1に形成される。
To enable partial erasing of the memory array M-ARY, individual memory cells are formed in independent well regions, or memory cells arranged in the same row or column are formed in a common well region. Can be formed. In this embodiment, as described above, the entire memory cell, that is, the memory array M-ARY is formed in one common well region WELL1.

【0025】上記第1、第2ワード線W11ないしW2
1及びW12ないしW22は、それぞれXデコーダX−
DCRによって駆動される。XデコーダX−DCRは、
特に制限されないが、メモリアレイM−ARYのメモリ
行に一対一対応された複数の単位デコーダ回路から成
る。1つの単位デコーダ回路は、例えば図示のような、
アドレス信号を受けるノア(NOR)ゲート回路NOR
1、ゲート回路G及びレベル変換回路LVCから構成さ
れる。
The first and second word lines W11 and W2
1 and W12 to W22 are X decoder X-
Driven by DCR. The X decoder X-DCR is
Although not particularly limited, the memory array M-ARY is composed of a plurality of unit decoder circuits that are in one-to-one correspondence with the memory rows. One unit decoder circuit is, for example,
NOR gate circuit NOR that receives an address signal
1, a gate circuit G and a level conversion circuit LVC.

【0026】ゲート回路Gは、少なくとも読み出し動作
時において、それに対応されたノアゲート回路の出力
を、対応の第1ワード線に伝達させ、また書き込み動作
において対応のノアゲート回路の出力にかかわらずに第
1ワード線を回路の接地電位に実質的に等しいレベルに
させる構成とされる。この実施例に従うと、ゲート回路
Gは、前述の選択消去動作を可能とするために、読み出
し動作時とともに、消去動作時においても、それに対応
されたノアゲート回路の出力を対応の第1ワード線に伝
達させるように構成される。
The gate circuit G transmits the output of the corresponding NOR gate circuit to the corresponding first word line at least during the read operation, and in the write operation regardless of the output of the corresponding NOR gate circuit. The word line is set to a level substantially equal to the ground potential of the circuit. According to this embodiment, in order to enable the selective erase operation described above, the gate circuit G outputs the output of the corresponding NOR gate circuit to the corresponding first word line not only during the read operation but also during the erase operation. Configured to communicate.

【0027】レベル変換回路LVCは、書き込み動作時
において、それに対応されたノアゲート回路の出力がハ
イレベルの選択レベルならそれに応じて第2ワード線を
ほゞ電源電圧VCCに等しい選択レベルにさせ、ノアゲ
ート回路の出力がロウレベルの非選択レベルならそれに
応じて第2ワード線をほゞ負電圧−Vppに等しい非選択
レベルにさせる。レベル変換回路LVCは、また消去動
作時において、それに対応されたノアゲート回路の出力
がハイレベルの選択レベルならそれに応じて第2ワード
線をほゞ負電圧−Vppに等しい消去選択レベルにさせ、
ノアゲート回路の出力がロウレベルの非選択レベルなら
それに応じて第2ワード線をほゞ電源電圧VCCに等し
い消去非選択レベルにさせる。
When the output of the NOR gate circuit corresponding to the level conversion circuit LVC is at the high level selection level during the write operation, the level conversion circuit LVC accordingly sets the second word line to the selection level approximately equal to the power supply voltage VCC, and the NOR gate. If the output of the circuit is a low level non-selection level, the second word line is correspondingly brought to a non-selection level substantially equal to the negative voltage -Vpp. In the erase operation, the level conversion circuit LVC also causes the second word line to have an erase selection level equal to approximately negative voltage −Vpp if the output of the NOR gate circuit corresponding thereto is at the high level selection level.
If the output of the NOR gate circuit is the low level non-selection level, the second word line is set to the erase non-selection level substantially equal to the power supply voltage VCC accordingly.

【0028】分離用MOSFETQ3等のゲートは、制
御電圧発生回路Vig−Gにより形成される制御電圧Vig
が供給される制御線に共通結合されている。これら分離
用MOSFETQ3等のソースは、特に制限されない
が、回路の接地電位に結合される。上記分離用MOSF
ETQ3のゲートに供給される制御電圧Vigは、MNO
Sトランジスタへ後述するような書き込み動作におい
て、第2ワード線W21ないしW22のうちの選択され
るべきメモリセルが結合されたワード線がハイレベル
(5V)とされ、基体ゲートとしてのウェル領域WEL
Lが約−12Vとされるとともに、データ線例えばD1
が約−10Vにされたとき、上記MOSFETQ3をオ
フ状態にさせるように約−10Vのような低い電位にさ
れる。これにより、例えデータ線D2が+5Vのような
ハイレベルにされていても、データ線D2から上記書き
込みを行うべきメモリセル側に対して電流が流れ込むこ
とが防止される。
The gates of the separation MOSFET Q3 and the like have the control voltage Vig formed by the control voltage generation circuit Vig-G.
Are commonly coupled to the control lines supplied to the. The sources of the isolation MOSFET Q3 and the like are coupled to the ground potential of the circuit, although not particularly limited. MOSF for separation
The control voltage Vig supplied to the gate of ETQ3 is MNO
In a write operation to be described later to the S-transistor, the word line of the second word lines W21 to W22 to which the memory cell to be selected is coupled is set to the high level (5V), and the well region WEL as the body gate is formed.
L is set to about -12V and a data line such as D1
Is set to about -10V, it is set to a low potential such as about -10V so as to turn off the MOSFET Q3. As a result, even if the data line D2 is set to a high level such as + 5V, it is possible to prevent a current from flowing from the data line D2 to the memory cell side to which the writing is to be performed.

【0029】上記メモリアレイM−ARYが形成される
ウェル領域WELL1には、制御電圧発生回路Vw−G
により形成された制御電圧Vw−Gが供給される。この
電圧Vwは、書き込み動作のときに約−12Vのような
負の高電圧にされ、消去動作のときに約+5Vの電位に
され、それ以外において約0Vにされる。
In the well region WELL1 in which the memory array M-ARY is formed, the control voltage generating circuit Vw-G is provided.
The control voltage Vw-G formed by is supplied. This voltage Vw is set to a negative high voltage such as about -12V during the write operation, set to a potential of about + 5V during the erase operation, and set to about 0V in other cases.

【0030】この実施例では、特に制限されないが、読
み出し動作の高速化を図るために、特に制限されない
が、メモリアレイM−ARYの各データ線D1,D2を
選択するカラムスイッチMOSFETQ12,Q12等
は、Nチャンネル型とされる。この場合、上記各データ
線D1,D2とこれらのNチャンネルMOSFETQ1
2、Q13等と電気的に分離させるNチャンネルMOS
FETQ10,Q11が設けられる。すなわち、上記各
データ線D1,D2等と共通データ線CDとの間には、
上記MOSFETQ10,Q11等とYゲート(カラム
スイッチ)回路C−SWとしてのNチャンネルMOSF
ETQ12,Q13等がそれぞれ直列形態に設けられ
る。上記データ線分離用のMOSFETQ10,Q11
は、上記MNOSトランジスタと同じP型のウェル領域
WELL1に形成される。
In this embodiment, the column switch MOSFETs Q12, Q12, etc. for selecting the data lines D1, D2 of the memory array M-ARY are not particularly limited in order to speed up the read operation, but are not particularly limited. , N-channel type. In this case, the data lines D1 and D2 and their N-channel MOSFET Q1
N-channel MOS that is electrically separated from 2, Q13, etc.
FETs Q10 and Q11 are provided. That is, between the data lines D1, D2, etc. and the common data line CD,
N-channel MOSF as the Y gate (column switch) circuit C-SW and the MOSFETs Q10, Q11, etc.
ETQ12, Q13 and the like are provided in series. MOSFET Q10, Q11 for separating the data line
Are formed in the same P-type well region WELL1 as the MNOS transistor.

【0031】これらのMOSFETQ10,Q11のゲ
ートには、制御電圧発生回路Vc−Gにより形成される
制御電圧Vcが供給される。この制御電圧Vcは、書き
込み動作状態のときのみ、−12Vのような負の高電圧
にされ、それ以外の読み出し及び消去動作状態のときに
は、電源電圧VCCのようなハイレベルにされる。これ
によって、上記MOSFETQ10,Q11は、書き込
み動作状態のときにオフ状態にされる。また、上記MO
SFETQ10,Q11は、消去動作状態のとき上記ウ
ェル領域WELL1が電源電圧VCCのようなハイレベ
ルにされることによってオフ状態にされる。それ故、上
記MOSFETQ10,Q11は、読み出し動作状態の
ときにのみオン状態にされる。これによって、書き込み
動作の時に、上記MOSFETQ10,Q11等がオフ
状態にされるから、データ線の電位が負の高電圧にされ
ても後述するカラムスイッチMOSFETQ12,Q1
3との接続点がフローティング状態にされる。したがっ
て、上記相互接続点に結合されるスイッチMOSFET
Q12,Q13のソース,ドレインとそれが形成される
ウェル領域とが順バイアスされてしまうことを防止でき
る。
The control voltage Vc formed by the control voltage generation circuit Vc-G is supplied to the gates of these MOSFETs Q10 and Q11. The control voltage Vc is set to a negative high voltage such as -12 V only in the write operation state, and is set to a high level like the power supply voltage VCC in the other read and erase operation states. As a result, the MOSFETs Q10 and Q11 are turned off in the write operation state. In addition, the MO
The SFETs Q10 and Q11 are turned off by setting the well region WELL1 to a high level like the power supply voltage VCC in the erase operation state. Therefore, the MOSFETs Q10 and Q11 are turned on only in the read operation state. As a result, during the write operation, the MOSFETs Q10, Q11, etc. are turned off, so that the column switch MOSFETs Q12, Q1 to be described later even if the potential of the data line is set to a negative high voltage.
The connection point with 3 is set in a floating state. Therefore, a switch MOSFET coupled to the interconnection point
It is possible to prevent the sources and drains of Q12 and Q13 and the well region in which they are formed from being forward biased.

【0032】上記カラムスイッチ回路C−SWを構成す
るMOSFETQ12,Q13のゲートには、Yデコー
ダY−DCRの出力信号が供給される。YデコーダY−
DCRの各出力は、読み出し動作時においてほゞ電源電
圧VCCに等しいような選択レベル又はほゞ0ボルトに
等しいような非選択レベルにされる。
The output signals of the Y decoder Y-DCR are supplied to the gates of the MOSFETs Q12 and Q13 which form the column switch circuit C-SW. Y decoder Y-
Each output of the DCR is brought to a selection level which is approximately equal to the power supply voltage VCC or a non-selection level which is approximately equal to 0 volt during a read operation.

【0033】上記共通データ線CDは、入出力回路IO
Bを構成するデータ入力回路DIBの出力端子と、セン
スアンプSAと出力バッファ回路OBCとからなるデー
タ出力回路DOBの入力端子に結合されている。この入
力出力回路IOBを構成するデータ入力回路の入力端子
とデータ出力回路の出力端子は、外部端子I/Oに結合
される。
The common data line CD is connected to the input / output circuit IO.
It is coupled to the output terminal of the data input circuit DIB forming B and the input terminal of the data output circuit DOB including the sense amplifier SA and the output buffer circuit OBC. The input terminal of the data input circuit and the output terminal of the data output circuit forming the input / output circuit IOB are coupled to the external terminal I / O.

【0034】この実施例に従うと、各データ線D1,D
2には、消去/書き込みに先立って前の記憶情報を保持
するためのラッチ回路FFが設けられるとともに、書き
込み動作時においてラッチ回路FFの記憶情報に従って
選択的にデータ線の電位を負の高電圧−Vppにさせるレ
ベル変換回路LVCが設けられる。これらによって、後
述するような自動書き換え動作や1つの選択ワード線に
結合された複数のメモリセルへのデータの同時書き込み
が可能とされる。
According to this embodiment, each data line D1, D
2 is provided with a latch circuit FF for holding the previous storage information prior to erasing / writing, and selectively sets the potential of the data line to a negative high voltage in accordance with the storage information of the latch circuit FF during the write operation. A level conversion circuit LVC for setting -Vpp is provided. With these, it becomes possible to perform an automatic rewriting operation as will be described later and simultaneous writing of data to a plurality of memory cells coupled to one selected word line.

【0035】制御回路CONTは、外部端子CEB、W
EB、OEBに供給されるチップイネーブル信号、ライ
トイネーブル信号、アウトプットイネーブル信号及び外
部端子−Vppに供給される書き込み電圧を受けることに
よって、種々の動作モードを判別し、ゲート回路G、レ
ベル変換回路LVC、制御電圧発生回路Vig−G、デー
タ入力回路DIB、データ出力回路DOB等の回路の動
作を制御するための種々の制御信号を出力する。
The control circuit CONT has external terminals CEB, W.
By receiving a chip enable signal, a write enable signal, an output enable signal supplied to EB and OEB, and a write voltage supplied to the external terminal -Vpp, various operation modes are discriminated, and a gate circuit G and a level conversion circuit are determined. It outputs various control signals for controlling the operation of circuits such as the LVC, the control voltage generation circuit Vig-G, the data input circuit DIB, and the data output circuit DOB.

【0036】特に制限されないが、読み出し動作モード
は、外部端子CEB、WEB及びOEBの信号(以下、
信号CEB、WEB、OEBのように記す)のロウレベ
ル、ロウレベル及びハイレベルによって指示され、スタ
ンバイ動作モードは、信号CEのハイレベルによって指
示される。図2のラッチ回路FFにデータを書き込ませ
るための第1書き込み動作モードは、信号CEB、WE
B、OEB及びVppのロウレベル、ロウレベル、ハイレ
ベル及びロウレベルによって指示され、メモリセルにデ
ータを書き込ませるための第2書き込み動作モードは、
信号CEB、WEB、OEB及びVppのロウレベル、ロ
ウレベル、ハイレベル及びハイレベルによって指示され
る。消去動作モードは、第2書き込み動作モードが指示
されたとき所定期間だけ指示される。
The read operation mode is not particularly limited, but signals in the external terminals CEB, WEB and OEB (hereinafter,
Signal CEB, WEB, OEB), and the standby operation mode is instructed by the high level of the signal CE. The first write operation mode for writing data in the latch circuit FF of FIG. 2 is the signals CEB and WE.
The second write operation mode for writing the data in the memory cell is instructed by the low level, low level, high level and low level of B, OEB and Vpp.
It is instructed by the low level, low level, high level and high level of the signals CEB, WEB, OEB and Vpp. The erase operation mode is instructed only for a predetermined period when the second write operation mode is instructed.

【0037】制御回路CONTから出力される種々の制
御信号は、この実施例に従うと、時系列的に出力され
る。図2の発振回路OSCは、EEPROM装置の外部
端子VCCとGNDとの間に加えられる+5ボルトのよ
うな電源電圧VCCによって動作される。なお、発振回
路OSCは、回路の低消費電力のために必要なら、例え
ば端子−Vppに書き込み電圧が印加されたときのみ動作
されるように制御されてもよい。
According to this embodiment, various control signals output from the control circuit CONT are output in time series. The oscillator circuit OSC of FIG. 2 is operated by a power supply voltage VCC, such as +5 volts, applied between the external terminals VCC and GND of the EEPROM device. The oscillator circuit OSC may be controlled to operate only when a write voltage is applied to the terminal -Vpp, if necessary for low power consumption of the circuit.

【0038】データの書き換えを行う場合、第2書き込
みモードに先立って、第1書き込みモードが実施され
る。すなわち、第1書き込みモードでは、アドレス指示
されたワード線に結合された全てのメモリセルの記憶情
報が一旦読み出されて図2に示した各ラッチ回路FFに
保持される。そして、外部端子から供給されたデータ信
号が書き込むべきメモリセルのデータ線に対応されたラ
ッチ回路に取り込まれる。例えば、ワード線に結合され
たメモリセルに対して全ビットの書き替えを行う場合、
Yアドレスが順次に切り換えられることによって、外部
端子から供給された複数ビットからなる書き込み信号が
それぞれ対応されたラッチ回路に順次に取り込まれる。
When rewriting data, the first write mode is executed prior to the second write mode. That is, in the first write mode, the stored information of all the memory cells coupled to the addressed word line is once read and held in each latch circuit FF shown in FIG. Then, the data signal supplied from the external terminal is taken in by the latch circuit corresponding to the data line of the memory cell to be written. For example, if you want to rewrite all bits to the memory cells connected to the word line,
By sequentially switching the Y addresses, the write signals of a plurality of bits supplied from the external terminals are sequentially fetched by the corresponding latch circuits.

【0039】この後、上記第2書き込みモードが実施さ
れる。上記ワード線に結合されたMNOSトランジスタ
の消去動作が実施され、その後に上記ラッチ回路FFの
情報に従って1ワード線分のメモリセルに対して一斉に
書き込み動作が実施される。以上の動作により、外部か
らはスタティック型RAMと同様な書き込み動作を行う
ことができる。
After that, the second write mode is carried out. The erasing operation of the MNOS transistors coupled to the word line is performed, and then the writing operation is simultaneously performed on the memory cells of one word line according to the information of the latch circuit FF. By the above operation, the write operation similar to that of the static RAM can be performed from the outside.

【0040】上記基準電圧を形成するダミーセルは、メ
モリアレイM−ARYが形成されるウェル領域WELL
1とは別のウェル領域に形成され、メモリセルと類似の
アドレス選択用MOSFET、MNOSトランジスタ及
び分離用MOSFET並びにスイッチMOSFETや、
カラムスイッチに対応したスイッチMOSFETからな
る直列MOSFET回路から構成される。上記MNOS
トランジスタは、メモリセルのMNOSトランジスタと
同じサイズに設定され、上記初期のしきい値電圧(ヴァ
ージンレベル)を持つようにされる。このMNOSトラ
ンジスタのゲートは、回路の接地電位に結合される。ま
た、他のMOSFETのゲートには、それぞれ上記メモ
リセルが読み出し状態にされたときと同様に電源電圧V
CCが供給される。
The dummy cell forming the reference voltage is a well region WELL in which the memory array M-ARY is formed.
1. An address selection MOSFET, a MNOS transistor and an isolation MOSFET and a switch MOSFET, which are formed in a well region different from that of 1 and are similar to the memory cell
It is composed of a series MOSFET circuit composed of switch MOSFETs corresponding to column switches. Above MNOS
The transistor is set to have the same size as the MNOS transistor of the memory cell and has the initial threshold voltage (virgin level). The gate of this MNOS transistor is coupled to the ground potential of the circuit. In addition, the gates of the other MOSFETs are supplied with the power supply voltage V as in the case where the memory cell is in the read state.
CC is supplied.

【0041】図1には、上記センスアンプとその入力に
設けられるプリアンプの一実施例の回路図が示されてい
る。メモリアレイM−ARYは、1つのメモリセルが選
択されたときの等価回路が例示的に示されている。すな
わち、前記のようなメモリセルを構成する分離用MOS
FET、MNOSトランジスタ及びアドレス選択用MO
SFET、スイッチMOSFET及びカラムスイッチを
構成するMOSFET等が直列形態に示されている。こ
れらのMOSFETのゲートは、アドレス選択動作に対
応して電源電圧VCCのようなハイレベルが供給され
る。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the sense amplifier and a preamplifier provided at its input. The memory array M-ARY exemplarily shows an equivalent circuit when one memory cell is selected. That is, the isolation MOS that constitutes the memory cell as described above.
FET, MNOS transistor and MO for address selection
SFETs, switch MOSFETs, MOSFETs forming column switches, and the like are shown in series. The gates of these MOSFETs are supplied with a high level such as the power supply voltage VCC corresponding to the address selection operation.

【0042】これに対して、ダミーセルも上記メモリセ
ルと類似の回路から構成される。ただし、メモリセルに
対応したMNOSは初期のしきい値電圧を持つようにさ
れ、そのゲートには回路の接地電位が定常的に供給され
るものである。
On the other hand, the dummy cell is also composed of a circuit similar to the above memory cell. However, the MNOS corresponding to the memory cell is made to have an initial threshold voltage, and the ground potential of the circuit is constantly supplied to its gate.

【0043】上記メモリアレイM−ARYの共通データ
線CDの読み出し信号は、プリアンプAに入力されて増
幅動作が行われる。このプリアンプAは、読み出し電流
の供給とその読み出し信号の増幅の他に選択されたデー
タ線の信号振幅を制限するリミッタ機能とが設けられ
る。
The read signal of the common data line CD of the memory array M-ARY is input to the preamplifier A and the amplification operation is performed. The preamplifier A is provided with a limiter function for limiting the signal amplitude of the selected data line in addition to supplying the read current and amplifying the read signal.

【0044】メモリアレイM−ARY内の選択されたメ
モリセルのMNOSトランジスタが正のしきい値電圧を
もっている場合、共通データ線CDと回路の接地点との
間に直流電流通路が形成されない。この場合、共通デー
タ線CDは、MOSFETQ6と増幅MOSFETQ1
及び負荷MOSFETQ2からの電流供給によって比較
的ハイレベルにされる。このバイアス回路からのバイア
ス電流の供給は、共通データ線CDが所定電位に達する
と、MOSFETQ3がオン状態になってそのドレイン
出力によりMOSFETQ6をオフ状態にし、MOSF
ETQ4によってレベルシフトされた出力電圧により増
幅MOSFETQ1も実質的にオフ状態にするので実質
的に停止される。それ故に、共通データ線CDのハイレ
ベルは比較的低い電位に制限される。
If the MNOS transistor of the selected memory cell in the memory array M-ARY has a positive threshold voltage, no DC current path is formed between the common data line CD and the circuit ground. In this case, the common data line CD includes the MOSFET Q6 and the amplification MOSFET Q1.
And a relatively high level by the current supply from the load MOSFET Q2. The bias current is supplied from the bias circuit by turning on the MOSFET Q3 when the common data line CD reaches a predetermined potential and turning off the MOSFET Q6 by the drain output thereof.
The output voltage level-shifted by the ETQ4 also substantially turns off the amplification MOSFET Q1, so that it is substantially stopped. Therefore, the high level of the common data line CD is limited to a relatively low potential.

【0045】これに対して、メモリアレイM−ARY内
の選択されたメモリセルのMNOSトランジスタが負の
しきい値電圧をもっている場合、共通データ線CDと回
路の接地点との間にカラムスイッチMOSFET、デー
タ線、選択されたメモリセルからなる直流電流経路が形
成される。それ故に、共通データ線CDは、上記のよう
な直流電流経路によって回路の接地電位のようなロウレ
ベルになろうとする。しかし、共通データ線CDの電位
がMOSFETQ3のしきい値電圧以下に低下すると、
MOSFETQ3がオフ状態になってドレイン側の電圧
を高くしてMOSFETQ6と増幅MOSFETQ1の
ゲート電圧を高する。この結果、共通データ線CDのロ
ウレベルは比較的高い電位に制限される。
On the other hand, when the MNOS transistor of the selected memory cell in the memory array M-ARY has a negative threshold voltage, the column switch MOSFET is connected between the common data line CD and the circuit ground point. , A data line and a selected memory cell form a direct current path. Therefore, the common data line CD tends to become a low level such as the ground potential of the circuit due to the above DC current path. However, if the potential of the common data line CD drops below the threshold voltage of the MOSFET Q3,
The MOSFET Q3 is turned off and the drain side voltage is increased to increase the gate voltage of the MOSFET Q6 and the amplification MOSFET Q1. As a result, the low level of the common data line CD is limited to a relatively high potential.

【0046】このようなMOSFETQ3、Q4及びQ
5からなる反転増幅回路と、その出力信号によって制御
されるバイアス電流供給用MOSFETQ6及び増幅M
OSFETQ1により共通データ線CDのハイレベルと
ロウレベルとの振幅制限は、次の利点をもたらす。すな
わち、共通データ線CD等に信号変化速度を制限する浮
遊容量等の容量が存在するにかかわらずに、読み出しの
高速化を図ることができる。言い換えると、複数のメモ
リセルからのデータを次々に読み出すような場合におい
て共通データ線CDの一方のレベルが他方のレベルへ変
化させられるまでの時間を短くすることができる。
Such MOSFETs Q3, Q4 and Q
5, an inverting amplifier circuit, a bias current supply MOSFET Q6 controlled by an output signal thereof, and an amplifier M
The amplitude limitation between the high level and the low level of the common data line CD by the OSFET Q1 brings the following advantages. That is, it is possible to increase the reading speed regardless of whether the common data line CD or the like has a capacitance such as a stray capacitance that limits the signal change speed. In other words, in the case where data from a plurality of memory cells are sequentially read, it is possible to shorten the time until one level of the common data line CD is changed to the other level.

【0047】基準電圧Vref を形成するプリアンプBも
上記同様な回路から構成される。ただし、前記のような
MNOSトランジスタのしきい値電圧が時間の経過とと
もに、消去側での長時間放置による電流低下による基準
電圧とのマージンの確保、及び電源電圧VCCが低くな
ることによる基準電圧側のプリアンプの増幅特性の低下
によるロウレベル側のマージン確保を行うために、増幅
MOSFETQ7のドレイン側にレベルシフト手段とし
て作用し、可変抵抗素子としてのPチャンネル型MOS
FETQ8が設けられる。
The preamplifier B that forms the reference voltage Vref is also composed of the same circuit as described above. However, the threshold voltage of the MNOS transistor as described above secures a margin with the reference voltage due to a current decrease due to a long time left on the erasing side with the passage of time, and the reference voltage side due to the decrease of the power supply voltage VCC. In order to secure a margin on the low level side due to the deterioration of the amplification characteristic of the preamplifier, the drain side of the amplification MOSFET Q7 acts as a level shift means and a P-channel type MOS as a variable resistance element.
An FET Q8 is provided.

【0048】上記可変抵抗素子として作用するMOSF
ETQ8は、そのゲートに定常的に回路の接地電位が与
えられ、ソース側に負荷MOSFETQ9を介して電源
電圧VCCが供給される。したがって、電源電圧VCC
が比較的高いときには、比較的大きなコンダクタンスを
持つため、その電圧降下によるレベルシフト量が少な
い。これに対して、電源電圧VCCの低下に伴い、ゲー
トとソース間の電圧が小さくなるからコンダクタンスが
小さく変化させられる。この結果、その電圧降下による
レベルシフト量が多くなる。
MOSF acting as the variable resistance element
The ground potential of the circuit is constantly applied to the gate of the ETQ8, and the power supply voltage VCC is supplied to the source side via the load MOSFET Q9. Therefore, the power supply voltage VCC
When is relatively high, it has a relatively large conductance, so the level shift amount due to the voltage drop is small. On the other hand, as the power supply voltage VCC decreases, the voltage between the gate and the source decreases, so that the conductance changes. As a result, the level shift amount due to the voltage drop increases.

【0049】図3には、上記プリアンプBの電源電圧と
出力レベルとの関係を示す特性図が示されている。上記
のような可変抵抗素子としてのMOSFETQ8を挿入
した場合には、電源電圧の低下に伴い基準電圧Vref の
偏倚量が大きくなってプリアンプAからのハイレベルH
とロウレベルLの読み出し信号に対して十分なマージン
を確保することができる。すなわち、上記のようなMO
SFETQ8を挿入しない場合には、同図に実線で示し
た基準電圧Vref'のように電源電圧VCCの低下に伴う
増幅率の低下によってロウレベルLと電位が同じくなっ
てしまうようなことが防止できる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the power supply voltage of the preamplifier B and the output level. When the MOSFET Q8 as the variable resistance element as described above is inserted, the deviation amount of the reference voltage Vref increases as the power supply voltage decreases, and the high level H from the preamplifier A is increased.
With this, it is possible to secure a sufficient margin for the read signal of the low level L. That is, the MO as described above
When the SFET Q8 is not inserted, it is possible to prevent the potential from becoming the same as the low level L due to the decrease in the amplification factor accompanying the decrease in the power supply voltage VCC like the reference voltage Vref 'shown by the solid line in the figure.

【0050】なお、上記プリアンプA及びBにおいて、
信号PACはプリアンプを活性化させるタイミング信号
であり、信号PACがロウレベルにされたときにPチャ
ンネル型MOSFETQ5、Q12がオン状態に、Nチ
ャンネル型MOSFETQ7及びQ14がオフ状態にさ
れてプリアンプの活性化が行われる。また、信号PAC
がハイレベルのときには、上記Pチャンネル型MOSF
ETQ5,Q12がオフ状態にされて、反転増幅回路の
動作電流を遮断させるととに、Nチャンネル型MOSF
ETQ7とQ14のオン状態によって、増幅MOSFE
TQ1、Q7をそれぞれオフ状態にさせる。
In the above preamplifiers A and B,
The signal PAC is a timing signal for activating the preamplifier. When the signal PAC is set to the low level, the P-channel MOSFETs Q5 and Q12 are turned on and the N-channel MOSFETs Q7 and Q14 are turned off to activate the preamplifier. Done. Also, the signal PAC
Is high level, the P-channel type MOSF
When the ETQ5 and Q12 are turned off to cut off the operating current of the inverting amplifier circuit, the N-channel MOSF
Depending on the ON state of ETQ7 and Q14, amplification MOSFE
Each of TQ1 and Q7 is turned off.

【0051】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1) 電気的に書き込み及び消去が可能な不揮発性記
憶素子を含むメモリセルがマトリックス配置されて構成
されるメモリアレイからの読み出し信号の基準電圧とし
て、初期状態の不揮発性記憶素子を含むダミーセルから
の読み出し信号をソースに受ける増幅MOSFETのド
レインと負荷手段との間に電源電圧に逆比例的に抵抗値
が変化させられる可変抵抗素子を設けることにより、基
準電圧がハイレベルが偏倚されられ、しかも電源電圧の
低下に対応してレベル偏倚量を大きくするので、書き換
え回数による記憶素子のしきい値電圧の変化や電源電圧
の低下時にロウレベル側の読み出し電圧に対するレベル
マージンを確保することができるという効果が得られ
る。
The functions and effects obtained from the above embodiment are as follows. That is, (1) the nonvolatile memory element in the initial state is included as a reference voltage of a read signal from a memory array configured by arranging memory cells including a nonvolatile memory element capable of electrically writing and erasing. By providing a variable resistance element whose resistance value is changed in inverse proportion to the power supply voltage between the drain of the amplification MOSFET receiving the read signal from the dummy cell at its source and the load means, the high level of the reference voltage is biased. Moreover, since the level deviation amount is increased corresponding to the decrease in the power supply voltage, it is possible to secure a level margin for the read voltage on the low level side when the threshold voltage of the storage element changes due to the number of rewrites and the power supply voltage decreases. The effect is obtained.

【0052】(2) 上記(1)により、高信頼性のデ
ータ保持特性を持つEEPROM装置を得ることができ
るという効果が得られる。
(2) By the above (1), it is possible to obtain an effect that an EEPROM device having a highly reliable data holding characteristic can be obtained.

【0053】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、この発明は上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、
プリアンプBにおいて、負荷MOSFETQ9のサイズ
を比較的大きく設定し、増幅MOSFETQ7との関係
において基準電圧Vref としての出力レベルをハイレベ
ル側に偏倚させるものであってもよい。また、メモリセ
ルにおいて、分離用MOSFETQ3を省略して、MN
OSトランジスタのソースを基準電位線に接続させるも
のであってもよい。この場合、基準電位線は、書き込み
動作の時にフローティング状態にされ、読み出し及び消
去動作の時に回路の接地電位が与えられるようにされる
等、前述のような書き込み/消去が可能なように制御線
とされる。また、上記MNOSトランジスタに対する書
き込み/消去方式は、ウェル電位とデータ線及びワード
線の電位関係が上記のように相対的に変化されるもので
あればよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example,
In the preamplifier B, the size of the load MOSFET Q9 may be set to be relatively large, and the output level as the reference voltage Vref may be biased to the high level side in relation to the amplification MOSFET Q7. Further, in the memory cell, the isolation MOSFET Q3 is omitted, and
The source of the OS transistor may be connected to the reference potential line. In this case, the reference potential line is set to a floating state at the time of write operation, and the ground potential of the circuit is given at the time of read and erase operations. For example, the control line can be written / erased as described above. It is said that The write / erase method for the MNOS transistor may be any method as long as the well potential and the potential relationship between the data line and the word line are relatively changed as described above.

【0054】電気的に書き込み/消去が可能とされる記
憶素子は、FLOTOX(フローティングゲート・トン
ネルオキサイド)型であってもよい。このような記憶素
子を用いる場合には、その書き込み/消去動作に応じた
制御電圧が供給されるものである。上記EEPROM装
置は、1チップのマイクロコンピュータ等のような半導
体集積回路装置に内蔵されるものであってもよい。
The electrically writable / erasable memory element may be of the FLOTOX (floating gate tunnel oxide) type. When such a memory element is used, a control voltage according to the write / erase operation is supplied. The EEPROM device may be incorporated in a semiconductor integrated circuit device such as a one-chip microcomputer.

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、電気的に書き込み及び消去
が可能な不揮発性記憶素子を含むメモリセルがマトリッ
クス配置されてなるメモリアレイからの読み出し信号の
基準電圧として、初期状態の不揮発性記憶素子を含むダ
ミーセルからの読み出し信号をソースに受ける増幅MO
SFETのドレインと負荷手段との間に電源電圧に逆比
例的に抵抗値が変化させられる可変抵抗素子を設けるこ
とにより、基準電圧がハイレベルが偏倚されられ、しか
も電源電圧の低下に対応してレベル偏倚量が大きくなる
ので、書き換え回数による記憶素子のしきい値電圧の変
化や電源電圧の低下時にロウレベル側の読み出し電圧に
対するレベルマージンを確保することができる。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the read signal from the dummy cell including the nonvolatile memory element in the initial state is used as the reference voltage of the read signal from the memory array in which the memory cells including the electrically writable and erasable nonvolatile memory elements are arranged in a matrix. Amplified MO that receives at the source
By providing a variable resistance element whose resistance value is changed in inverse proportion to the power supply voltage between the drain of the SFET and the load means, the high level of the reference voltage is biased, and moreover the power supply voltage is reduced. Since the amount of level deviation becomes large, it is possible to secure a level margin for the read voltage on the low level side when the threshold voltage of the memory element changes due to the number of rewrites and the power supply voltage drops.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係るプリアンプの一実施例を示す回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a preamplifier according to the present invention.

【図2】この発明に係るEEPROM装置の一実施例を
示す要部回路図である。
FIG. 2 is a main part circuit diagram showing an embodiment of an EEPROM device according to the present invention.

【図3】この発明に係るプリアンプの動作を説明するた
めの特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the operation of the preamplifier according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M−ARY…メモリアレイ、X−DCR…Xデコーダ、
Y−DCR…Yデコーダ、C−SW…カラムスイッチ、
LVC…レベル変換回路、FF…ラッチ回路、G…ゲー
ト回路、Vig−G,Vw−G,Vc−G…制御電圧発生
回路、SA…センスアンプ、OBC…出力回路、DOB
…データ出力回路、DIB…データ入力回路、WELL
1,WELL2,WELL3…ウェル領域、OSC…発
振回路、TG…タイミング発生回路、COUNT…計数
部、MNOS…記憶回路、FF0〜FF1…フリップフ
ロップ回路、RWC…制御回路、VG1,VG2…電圧
発生回路
M-ARY ... Memory array, X-DCR ... X decoder,
Y-DCR ... Y decoder, C-SW ... column switch,
LVC ... Level conversion circuit, FF ... Latch circuit, G ... Gate circuit, Vig-G, Vw-G, Vc-G ... Control voltage generation circuit, SA ... Sense amplifier, OBC ... Output circuit, DOB
... Data output circuit, DIB ... Data input circuit, WELL
1, WELL2, WELL3 ... Well region, OSC ... Oscillation circuit, TG ... Timing generation circuit, COUNT ... Count unit, MNOS ... Storage circuit, FF0-FF1 ... Flip-flop circuit, RWC ... Control circuit, VG1, VG2 ... Voltage generation circuit

フロントページの続き (72)発明者 池田 泰典 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 永井 義和 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 中島 繁 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 古沢 和則 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業部内Front Page Continuation (72) Inventor Yasunori Ikeda 5-201-1, Josui Honcho, Kodaira-shi, Tokyo Within Hitate Cho-LS Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Yoshikazu Nagai, Josui, Kodaira-shi, Tokyo 5-20-1 Honcho Super RLS Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Nakajima 5-20-1 Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo Super CLS Engineering Co., Ltd. Incorporated (72) Inventor Kazunori Furusawa 5-201-1 Kamimizuhonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Incorporated company Hitachi Ltd. Semiconductor Division

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気的に書き込み及び消去が可能な不揮
発性記憶素子を含むメモリセルがマトリックス配置され
て構成されるメモリアレイと、初期状態の不揮発性記憶
素子を含むダミーセルと、このダミーセルからの読み出
し信号をソースに受ける増幅MOSFETのドレイン側
に設けられる負荷手段又は負荷手段との間に電源電圧に
逆比例的に抵抗値が変化させられる可変抵抗素子を含む
基準電圧用プリアンプと、メモリアレイからの読み出し
信号をソースに受ける増幅MOSFETとそのドレイン
に設けられる負荷手段を含む読み出し用プリアンプと、
上記基準用と読み出し用のプリアンプの出力信号を受け
る差動型のセンスアンプとを備えてなることを特徴とす
るEEPROM装置。
1. A memory array configured by arranging memory cells including nonvolatile memory elements that can be electrically written and erased in a matrix, a dummy cell including nonvolatile memory elements in an initial state, and a dummy cell from the dummy cells. From a memory array, a reference voltage preamplifier including a variable resistance element whose resistance value is inversely proportional to the power supply voltage between load means or load means provided on the drain side of an amplification MOSFET receiving a read signal at its source, An amplifier MOSFET that receives the read signal of the above at its source and a read preamplifier including load means provided at its drain,
An EEPROM device comprising a differential type sense amplifier that receives the output signals of the reference and read preamplifiers.
【請求項2】 上記基準電圧用プリアンプと読み出し用
プリアンプには、それぞれの入力信号を受ける反転増幅
回路の出力信号がそれぞれ対応する増幅MOSFETの
ゲートに供給されるものであることを特徴とする請求項
1のEEPROM装置。
2. The reference voltage preamplifier and the read preamplifier are such that the output signals of the inverting amplifier circuits that receive the respective input signals are supplied to the gates of the corresponding amplification MOSFETs. Item 1. An EEPROM device.
【請求項3】 上記可変抵抗素子は、ゲートに定常的に
回路の接地電位が与えられたPチャンネル型MOSFE
Tからなるものであることを特徴とする請求項1又は請
求項2のEEPROM装置。
3. The variable resistance element is a P-channel type MOSFE whose gate is constantly supplied with the ground potential of the circuit.
An EEPROM device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a T.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011108357A (en) * 2004-05-27 2011-06-02 Renesas Electronics Corp Semiconductor memory device

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