JPH0740438B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH0740438B2
JPH0740438B2 JP24497492A JP24497492A JPH0740438B2 JP H0740438 B2 JPH0740438 B2 JP H0740438B2 JP 24497492 A JP24497492 A JP 24497492A JP 24497492 A JP24497492 A JP 24497492A JP H0740438 B2 JPH0740438 B2 JP H0740438B2
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正通 浅野
正樹 百冨
英信 皆川
和人 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は内部に高電圧を発生す
る回路が設けられ、ここで発生した高電圧を内部に供給
制御するようにした半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、浮遊ゲート構造を持ち、電気的に
データの消去や再書込みが行える不揮発性半導体メモリ
が、従来の紫外線消去型の不揮発性半導体メモリに代っ
て普及し始めている。このような半導体メモリにおける
データの書込みや消去は、ファウラーノルトハイムのト
ンネル効果を利用して、薄い酸化膜(たとえば100〜
200オングストローム)を介して浮遊ゲートに電子を
注入したり、また浮遊ゲートから放出したりすることに
より行なわれている。また、このデータの書込みや消去
のときには通常の電圧よりも十分に高い電圧が用いられ
ているが、この高電圧の電流容量は極めて小さくてもよ
いので、この高電圧はメモリと同一の集積回路内に設け
られ通常の電圧たとえば5Vを昇圧する電圧昇圧回路か
ら供給されている。したがって、集積回路に外部から供
給する電圧は1種類でよいので、使用者にとっては有利
である。
【0003】図1の(a)ないし(d)は上記のような
電気的にデータの書込みや消去が行なわれるメモリにお
ける1つのメモリセルの構成の1例を示すものであり、
(a)はパターン平面図、(b)は(a)のA−A′線
に沿った断面図、(c)は同じくB−B′線に沿った断
面図であり、(d)はは同じくC−C′線に沿った断面
図である。図1において10はP型の基板であり、11,12
はN型のドレイン、ソースであり、さらに13はフローテ
ィングゲート(浮遊ゲート)、14はコントロールゲート
(制御ゲート)である。
【0004】上記図1のような構成のメモリセルにデー
タを書込む場合には、コントロールゲート14に高電圧が
印加される。これにより、フローティングゲート13との
間に寄生的に生じている容量を介してこのフローティン
グゲート13の電位が上昇され、図1の(d)で示されて
いるドレイン11とフローティングゲート13との間の薄い
酸化膜の部分を介してドレイン11からフローティングゲ
ート13に電子が注入される。フローティングゲート13に
電子が注入されと、等価的にそのメモリセルのしきい値
が高くなるために、コントロールゲート14に通常の電圧
たとえば5Vを印加してもドレイン11とソース12との間
には導電チャネルが形成されない。これとは逆にフロー
ティングゲート13に電子が注入されておらず、そのしき
い値が元の低い状態のままであれば、コントロールゲー
ト14に通常の電圧を印加したときには導電チャネルが形
成される。そしてこの導電チャネルの形成状態がデータ
の“1”,“0”の記憶状態に対応したものとなる。
【0005】一方、フローティングゲート13に注入され
た電子を放出するときには、コントロールゲート14が低
電位たとえば0Vに設定されかつドレイン11に高電圧が
印加される。このときは、その間に存在する薄い酸化膜
を介してフローティングゲート13に注入された電子がド
レイン11に放出される。
【0006】ところで、半導体メモリにおいて、メモリ
セルは行、列方向にマトリクス状に配列されているの
で、アドレス信号によって選択された特定のメモリセル
のみデータを書込む必要上、前記コントロールゲートに
高電圧を選択的に印加しなければならない。しかるに、
同一集積回路内に、上記高電圧を発生する電圧昇圧回路
が設けられたメモリでは、前記したように通常の電圧を
昇圧してこの高電圧を形成している。
【0007】このような電圧昇圧回路の1例を図2の
(a)に、またこの回路に入力されるクロック信号φ
1,φ2を(b)にそれぞれ示す。この電圧昇圧回路
は、コンデンサを用いた周知のものであり、たとえば5
Vの電圧VCをクロック信号φ1,φ2に同期して順次
昇圧し、高電圧VHを得る。
【0008】ところで、このような電圧昇圧回路で得ら
れる昇圧された高電圧の電流容量は非常に小さい。した
がって、上記したようにこの高電圧を特定のメモリセル
に供給する場合、この高電圧の供給制御を行なう制御回
路では、非選択なメモリセルすなわちそのコントロール
ゲートに高電圧を印加する必要のないものに関しては高
電圧からの電流流出をなくすことはもちろんのこと、選
択され高電圧を供給するものに関しても高電圧からの電
流流出をできるだけ少なくすることが重要である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、電圧昇圧回路で得られた高電圧を各メモリセルに供
給制御する制御回路において、高電圧からの定常的な電
流流出を防止できるようにしたものは存在しておらず、
高電圧の低下をもたらすものさえあるのが実情である。
【0010】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、高電圧を内部で供給制
御する際に高電圧からの定常的な電流流出が防止できる
半導体集積回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体集積回
路は、ドレインが出力端に接続され、ゲートが第1の信
号によって制御されるPチャネルの第1のMOSFET
と、上記第1のMOSFETのソースにソースが接続さ
れ、ドレインが電源電圧供給端に接続され、ゲートが上
記第1の信号とは反対の論理レベルを持つ第2の信号に
よって制御され、上記第1の信号が第1の論理レベルの
ときに上記第1のMOSFETのソースの電圧が所定の
値以上にならないように制御するNチャネルでディプレ
ッション型の第2のMOSFETとを具備したことを特
徴とする。
【0012】
【作用】出力端の信号が“0”レベルとなるようなとき
には、第2の信号によって第2のMOSFETがオフ
し、電源電圧供給端からの定常的な電流の流出が防止さ
れる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。
【0014】図3はこの発明に係る半導体集積回路の一
実施例に従った回路図である。この回路は、たとえば前
記図2の(a)に示される電圧昇圧回路からの高電圧V
Hを、前記図1に示されるメモリセルのコントロールゲ
ートに等に、入力信号INに応じて供給制御するための
ものである。この場合に、この回路は半導体メモリ内の
アドレスデコーダに結合して使用され、したがってこの
ときに上記入力信号INはデコーダからのデコード出力
となっている。
【0015】すなわち、図3において、PチャネルMO
SFET21とNチャネルMOSFET22とは、回路点23
と、アース電圧VS(0V)が印加される回路点24との
間に直列接続されている。上記両MOSFET21,22の
ゲートは共通接続され、この共通ゲートは入力信号IN
が印加される回路点25に接続されており、この両MOS
FET21,22はこの入力信号INを反転するCMOS型
のインバータ26を構成している。上記インバータ26への
一方の電源電圧が印加されるべき上記回路点23と、前記
図2の(a)に示される電圧昇圧回路の出力として得ら
れる前記高電圧VHもしくは通常の電圧たとえば5Vに
設定されており、集積回路の外部から供給される電圧V
Cが印加される回路点27との間には、2つのディプレッ
ション型のNチャネルMOSFET28,29が直列接続さ
れている。上記両MOSFET28,29のゲートは、前記
インバータ26の出力端である回路点30に接続されてい
る。上記2つのMOSFET28,29の直列接続点である
回路点31と、前記5Vに設定される電圧VCが印加され
る回路点32との間には、ディプレッション型のNチャネ
ルMOSFET33が接続されており、このMOSFET
33のゲートは前記回路点25に接続されている。さらに前
記電圧VCが印加される回路点32と、前記インバータ26
の出力端である前記回路点30との間には、ディプレッシ
ョン型のNチャネルMOSFET34とPチャネルMOS
FET35とが直列接続されている。上記MOSFET34
のゲートは、図示しないメモリセルにおいて、データの
書込みおよび読み出しの際に互いに異なるレベルに設定
される制御信号R/Wが印加される回路点36に接続され
ている。上記MOSFET35のゲートは前記回路点25に
接続されている。また上記MOSFET21,35のバック
ゲート(基板)は前記回路点31に接続され、MOSFE
T22のバックゲート(基板)は前記回路点24に接続され
ている。さらに前記回路点30で得られる信号OUTは、
たとえば前記図1に示すような構成のメモリセルの、前
記コントロールゲート14に供給される。なお、図3にお
いて特に型を指定していないMOSFETはすべてエン
ハンスメント型のものである。
【0016】次に上記のように構成された回路の動作を
説明する。まず、回路点36に印加される制御信号R/W
が“0”レベルのとき、すなわちこの回路からの出力O
UTが供給される図示しないメモリセルにおいてデータ
書込みが行なわれるときに、回路点27には高電圧VHが
印加される。この状態で回路点25に印加される入力信号
INが“0”レベル(アース電圧VS=0V)にされる
と、インバータ26内のMOSFET21がオンし、MOS
FET22はオフする。一方、回路点27に高電圧VHが印
加された後は、回路点31がMOSFET28を介し、VH
に向かって充電される。このとき、MOSFET33のゲ
ートは“0”レベル(0V)になっており、かつソース
には5Vの電圧VCが印加されており、このMOSFE
T33のゲート電位はそのソースからみて−5Vに設定さ
れている。ここでMOSFET33のしきい値電圧の絶対
値が5V以下に設定されているとすれば(他のディプレ
ッション型MOSFETも同様である)、このMOSF
ET33はオフする。このため、MOSFET28を介して
VHに向かって充電される回路点31は、上記MOSFE
T33によっては充電されず、これによりMOSFET29
およびMOSFET21を介して回路点30がVHに向かっ
て充電される。これにより、そのゲートが上記回路点30
に接続されているMOSFET28,29は、それぞれのソ
ース・ドレイン間のインピーダンスが下げられ、回路点
30は急速にVHに向かって充電される。また。このとき
MOSFET34は前記信号R/Wによってオフしている
ので、回路点30が2つのMOSFET35,34を介して回
路点32に放電されることもない。
【0017】このように入力信号INが“0”レベルに
された場合には、出力信号OUTとして高電圧VHに近
い電圧が得られる。そしてこの信号OUTがそのコント
ロールゲートに印加される図示しないメモリセルでは、
前記したようにしてデータ書込みが行なわれる。そして
出力信号OUTとして高電圧VHを得る場合、VHが印
加されている回路点27からの電流流出は回路点30を充電
するためのもののみでよく、定常的な電流流出は生じな
い。
【0018】一方、制御信号R/Wが“0”レベルのと
きに、今度は入力信号INが“1”レベル(VC=5
V)にされる。これによりMOSFET22がオンする。
MOSFET22がオンすることによって、回路点30はア
ース電圧VSに向かって放電され、信号OUTは“0”
レベルにされる。一方、入力信号INが“1”レベルに
されることによってMOSFET33がオンし、回路点31
は5Vに充電される。このとき、MOSFET28のゲー
トはアース電圧VSすなわち0Vにされているので、回
路点31側をソースとするMOSFET28のそのソース側
からみたゲート電位は−5Vに設定される。このため、
上記MOSFET28はカットオフする。また2つのPチ
ャネルMOSFET21,35のバックゲートは5Vに充電
された回路点31に接続されているので、この両MOSF
ET21,35もカットオフする。
【0019】このように入力信号INが“1”レベルに
された場合には、出力信号OUTとしてアース電圧VS
すなわち0Vが電圧が得られる。そしてこの電圧がその
コントロールゲートに印加されるメモリセルではしきい
値電圧の変化が生じない。出力信号OUTとして0Vを
得る場合には、回路点27からの電流流出はリーク電流の
みとなる。
【0020】すなわち、回路点27に高電圧VHが印加さ
れ、この高電圧VHを入力信号INに応じて出力する場
合に、この高電圧VHからの電流流出は回路点30に存在
する容量のみを一時的に充電するためのもののみであ
り、定常的な流出電流の発生は防止されている。
【0021】次にこの回路からの出力信号OUTが供給
される図示しないメモリセルにおいてデータ読出しが行
なわれるときに、回路点36に印加される制御信号R/W
は“1”レベルにされる。また回路点27には高電圧VH
の代りに通常の電圧VCが印加される。この状態で入力
信号INが“0”レベルにされると、MOSFET28,
29,21を直列に介して回路点30が5Vに充電される。一
方、このとき制御信号R/Wは“1”レベルとなってい
るのでMOSFET34がオンする。また入力信号INに
よりMOSFET35もオンする。このために、回路点30
は、MOSFET34,35を介して充電される。回路点30
を2つの経路で5Vに充電する理由は次の通りである。
すなわち、回路点27に高電圧VHが印加されている際に
入力信号INが“1”レベルから“0”レベルに、又は
“0”レベルから“1”レベルに切り変わると、VHと
VSとの間に一時的に貫通電流が生じ、高電圧VHが極
端に低下してしまうことがある。このため、上記貫通電
流の値をできるだけ小さくするために前記MOSFET
29が設けられている。したがって、MOSFET28,2
9,21からなる経路による回路点30の充電能力は十分で
はない。そこで、回路点30を急速に5Vに充電するため
に、上記MOSFET34,35からなる経路でも充電する
ようにしている。一方、入力信号INが“1”レベルの
ときにはMOSFET22がオンし、MOSFET35はオ
フするので、回路点30は0Vに放電される。
【0022】すなわち、制御信号R/Wが“1”レベル
にされているとき、この回路からの出力信号OUTは入
力信号INのレベルに対応して5Vかもしくは0Vに設
定される。そして出力信号OUTが5Vに設定されてい
る場合、この信号がそのコントロールゲートに供給され
るメモリセルは選択状態となり、予め記憶しているデー
タを出力し、他方、信号OUTが0Vに設定される場合
には非選択状態となる。
【0023】このように上記実施例回路によれば、高電
圧VHからの定常的な電流流出を伴わずにVHをメモリ
セルのコントロールゲートに供給することができる。し
かも入力信号INの切り変わりに発生する一時的な貫通
電流の値も十分に小さなものとすることができる。
【0024】図4はこの発明の他の実施例に従った回路
図である。この実施例回路が図3の実施例のものと異な
るところは、インバータ26の出力端である回路点30とN
チャネルMOSFET22との間にディプレッション型の
MOSFET37が接続されている点にある。そしてこの
MOSFET37のゲートには0V以上の所定電位が印加
されている。この実施例回路では、上記MOSFET37
を設けることによってMOSFET22に高電圧VHが直
接に印加されることを防止している。なお、上記MOS
FET37のゲートに0V以上の定電位を印加する理由は
次の通りである。すなわち、MOSFETでのブレーク
ダウンは、ゲート電位が0Vのときに最も発生し易くな
る。このため、上記MOSFET37のブレークダウン電
圧を上げて、しかもMOSFET22のドレインに高電圧
が印加されないようにしている。
【0025】図5はこの発明のさらに他の実施例に従っ
た回路図である。この実施例回路では、図3中の前記2
つのMOSFET29,33が省略され、MOSFET28の
ソースが回路点23に直接に接続されている。しかも前記
MOSFET21のバックゲートは、前記回路点31に接続
される代りに回路点23に接続されている。しかも回路点
32と30との間には、前記2つのMOSFET34,35の代
りにエンハンスメント型のPチャネルMOSFET38と
ディプレッション型のMOSFET39とが直列接続され
ていて、一方のMOSFET38のゲートは入力信号IN
が印加される回路点25に、他方のMOSFET39のゲー
トは制御信号R/Wが印加される前記回路点36にそれぞ
れ接続されている。
【0026】このような構成において、いま制御信号R
/Wが“0”レベルでありかつ回路点27に高電圧VHが
印加されているときに、入力信号INが“0”レベルに
されると、MOSFET22がオフし、回路点30は2つの
MOSFET28,21を直列に介してVHに向かって充電
される。すなわち、このときに出力信号OUTとして高
電圧が出力される。一方、入力信号INが“0”レベル
にされると、MOSFET22がオし、回路点30はVSに
放電される。このとき、MOSFET28のゲート電位は
0Vであり、回路点23の電位がMOSFET28のしきい
値電圧に対応した電位V1に充電されると、このMOS
FET28はカットオフする。一方、このときMOSFE
T21のゲート電位は“1”レベルすなわち5Vであり、
かつこのバックゲートは回路点23に接続されているの
で、上記回路点23の電位V1にMOSFET21のしきい
値電圧を加えたもものが入力信号INの“1”レベルす
なわち5Vよりも小さく設定されていれば、MOSFE
T21はカットオフする。すなわち、この実施例の場合に
も高電圧VHからの定常的な電流流出を防ぐことができ
る。
【0027】この実施例回路において制御信号R/Wが
“1”レベルにされる場合には、入力信号INに応じて
オン、オフ制御される、主にPチャネルMOSFET38
とNチャネルMOSFET22とによって回路点30が充放
電され、出力信号OUTが5Vもしくは0Vに設定され
る。
【0028】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく種々の変形が可能であることはいうまでも
ない。たとえば前記図3の実施例回路において、回路点
32と30との間に直列接続された2つのMOSFET34,
35は一方のMOSFET34を回路点32側に、他方のMO
SFET35を回路点30側にそれぞれ配置する場合につい
て説明したが、これは逆に配置するようにしてもよい。
ただし配置を逆にした場合にはMOSFET35のバック
ゲートは回路点32に接続する必要がある。
【0029】また、上記各実施例ではこの発明をメモリ
セルのコントロールゲートに高電圧を選択的に供給する
デコーダに実施した場合について説明したが、高電圧を
入力信号に応じて供給制御するようなものであればどの
ような半導体集積回路にも実施が可能である。
【0030】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば高
電圧を内部で供給制御する際に高電圧からの定常的な電
流流出が防止できる半導体集積回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】浮遊ゲート構造をもつメモリセルの構成を示
し、(a)はパターン平面図、(b)は断面図、(c)
は断面図、(d)は断面図。
【図2】電圧昇圧回路の1例を示し、(a)は回路図、
(b)は波形図。
【図3】この発明の一実施例の構成を示す回路図。
【図4】この発明の他の実施例の構成を示す回路図。
【図5】この発明のさらに他の実施例の構成を示す回路
図。
【符号の説明】
21…PチャネルMOSFET、22…NチャネルMOSF
ET、23,24,25,27,30,31,32…回路点、26…イン
バータ、28,29,33,37…ディプレッション型のNチャ
ネルMOSFET。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 正通 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社多摩川工場内 (72)発明者 百冨 正樹 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東京芝 浦電気株式会社堀川町工場内 (72)発明者 皆川 英信 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 芝マイコンエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鈴木 和人 東京都渋谷区渋谷一丁目十三番九号渋谷た くぎんビル トスバックコンピューターシ ステム株式会社内 (72)発明者 成田 晃 東京都渋谷区渋谷一丁目十三番九号渋谷た くぎんビル トスバックコンピューターシ ステム株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常の電圧が印加される第1の回路点
    と、高電圧が印加される第2の回路点と、入力信号が印
    加される第3の回路点と、Pチャネルの第1のMOSF
    ETとNチャネルの第2のMOSFETとで構成され、
    上記第3の回路点に印加される信号に応答して駆動され
    る信号反転回路と、第4の回路点と、上記第1の回路点
    と上記第4の回路点との間に挿入され、ゲートが上記第
    3の回路点に接続された第3のMOSFETと、上記第
    2の回路点と上記第4の回路点との間に挿入され、ゲー
    トが上記信号反転回路の出力に接続されたディプレッシ
    ョン型の第4のMOSFETと、上記信号反転回路に対
    する一方の電源電圧の供給点である第5の回路点と、上
    記第4の回路点と上記第5の回路点との間に挿入され、
    ゲートが上記信号反転回路の出力に接続され、上記入力
    信号が第1の論理レベルの時に上記第5の回路点の電位
    を所定の電位以下となるように制限するNチャネルのデ
    ィプレッション型の第5のMOSFETとを具備したこ
    とを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 通常の電圧が印加される第1の回路点
    と、高電圧が印加される第2の回路点と、入力信号が印
    加される第3の回路点と、Pチャネルの第1のMOSF
    ET及びNチャネルの第2のMOSFETからなり、両
    MOSFETのゲートが上記第3の回路点に共通に接続
    された信号反転回路と、第4の回路点と、上記第1の回
    路点と上記第4の回路点との間に挿入され、ゲートが上
    記第3の回路点に接続された第3のMOSFETと、上
    記第2の回路点と上記第4の回路点との間に挿入され、
    ゲートが上記信号反転回路の出力に接続されたディプレ
    ッション型の第4のMOSFETと、上記信号反転回路
    に対する一方の電源電圧の供給点である第5の回路点
    と、上記第4の回路点と上記第5の回路点との間に挿入
    され、ゲートが上記信号反転回路の出力に接続され、上
    記入力信号が第1の論理レベルの時に上記第5の回路点
    の電位を所定の電位以下となるように制限するNチャネ
    ルのディプレッション型の第5のMOSFETと、上記
    信号反転回路内の第1及び第2のMOSFETの相互間
    に挿入され、ゲートに所定バイアス電圧が印加される第
    6のMOSFETとを具備したことを特徴とする半導体
    集積回路。
  3. 【請求項3】 ゲートに入力信号が供給され、ソースが
    基準電位に、ドレインが出力にそれぞれ接続されるNチ
    ャネルの第1のMOSFETと、ゲートに上記入力信号
    が供給され、ドレインが上記出力に接続されるPチャネ
    ルの第2のMOSFETと、ゲートが上記出力に接続さ
    れ、ソースが上記第2のMOSFETのソースに接続さ
    れ、ドレインが高電圧供給端に接続され、上記入力信号
    が所定の論理レベルの時に上記第2のMOSFETのソ
    ースを所定の電位以下になるように制限するディプレッ
    ション型でNチャネルの第3のMOSFETと、上記出
    力と通常の電圧供給端との間に直列に挿入され、ゲート
    に制御信号が供給されるディプレッション型でNチャネ
    ルの第4のMOSFET及びゲートに上記入力信号が供
    給されるPチャネルの第5のMOSFETとを具備した
    ことを特徴とする半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記第2のMOSFETのバックゲート
    がこの第2のMOSFETのソースに接続される請求項
    記載の半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 Pチャネルの第1のMOSFETとNチ
    ャネルの第2のMOSFETとからなり、基準電位と第
    1の回路点との間に挿入され、入力信号に応答して駆動
    される信号反転回路と、上記第1の回路点と電圧供給端
    との間に接続され、ゲートが上記入力信号とは反対の論
    理レベルの信号で制御され、上記入力信号が第1の論理
    レベルの時に上記第1の回路点の電位を所定の電位以下
    に制限するNチャネルでディプレッション型の第3のM
    OSFETとを具備したことを特徴とする半導体集積回
    路。
JP24497492A 1992-09-14 1992-09-14 半導体集積回路 Expired - Lifetime JPH0740438B2 (ja)

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