JPH08167296A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH08167296A
JPH08167296A JP6331509A JP33150994A JPH08167296A JP H08167296 A JPH08167296 A JP H08167296A JP 6331509 A JP6331509 A JP 6331509A JP 33150994 A JP33150994 A JP 33150994A JP H08167296 A JPH08167296 A JP H08167296A
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Japan
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voltage
potential
cell transistor
operating
control gate
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JP6331509A
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Masa Usami
雅 宇佐美
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Nippon Motorola Ltd
Motorola Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セルトランジスタの閾電圧Vthを容易に、か
つ、安価に測定することのできる半導体記憶装置を提供
すること。 【構成】 所定のデータを記憶保持する複数のセルトラ
ンジスタCを有し、予め設定された動作電圧Vddにより
動作する半導体記憶装置1において、通常動作時には、
前記各セルトランジスタCのコントロールゲート−ソー
ス間に対して前記動作電圧Vddを印加し、試験動作時に
は、前記各セルトランジスタCのコントロールゲート−
ソース間に対して該動作電圧Vddよりも低電位の試験電
圧Vccを動作電圧Vddと独立して印加するように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に係
り、詳しくは、例えば、EPROM(ErasableProgramm
able Read Only Memory),EEPROM(Electricall
y Erasable Programmable Read Only Memory ),Fl
ash型EEPROM(以下、単にフラッシュメモリと
いう)等の半導体メモリに用いて好適な、セルトランジ
スタの閾電圧Vthの測定試験を行うことが可能な半導体
記憶装置に関する。
【0002】[発明の背景]近年、コンピュータやワー
ドプロセッサ等の情報処理装置の普及に伴い、例えば、
EPROM、EEPROM、フラッシュメモリ等のよう
に、ユーザ自身によるプログラミングが可能で、かつ、
書き込んだデータを消去することにより再度データの書
き込みが可能な不揮発性半導体メモリが数多く開発され
ており、特に、情報処理装置内部で使用される不揮発性
半導体メモリとしては、ユーザへの納期短縮の要求から
紫外線消去型のEPROMが多用されている。
【0003】これは、初期出荷のコンピュータやワード
プロセッサ等にはハードウェア自体のバグやEPROM
に組み込まれたソフトウェアの部分のバグ等による不具
合の発生確率が高いことから、パッケージに設けられた
窓に対して外部から紫外線を照射することによりフロー
ティングゲート内の電子をシリコン基板に逃して書き込
み前の状態とすることで、容易に再利用、すなわち、ソ
フトウェア部の変更がができるからである。
【0004】しかし、パッケージに紫外線消去用の窓が
設けられたEPROMは生産コストが高いため比較的高
価であり、また、通常のマスクROMと比較してサイズ
も多少大きくなる。そこで、安価で小型のPROMが要
求される状況においては、紫外線消去用の窓を取り除く
ことで、1回だけ書き込みが可能なOTP(One Time P
rogrammable read only memory)−EPROMが用いら
れる。
【0005】
【従来の技術】従来、予め書き込まれた所定のデータを
消去することで再書き込みが可能となる不揮発性メモリ
である半導体記憶装置としては、例えば、EPROMや
EEPROM等が知られている。
【0006】図3は、EPROMのセルトランジスタC
に対するデータの書き込み及び消去を説明するための図
である。図3(a)中、CGはコントロールゲート電
極、FGはフローティングゲート電極、DはN+ 型のド
レイン電極、SはN+ 型のソース電極であり、Idはド
レイン−ソース間に流れる電流、VGSはコントロールゲ
ート−ソース間に印加される電圧を示す。
【0007】まず、セルトランジスタCに書き込みを行
う場合は、コントロールゲートCG、及びドレインDに
高電位電圧VPPが印加され、ドレインD近傍でのアバラ
ンシェ注入によりフローティングゲートFGに電子が注
入されてセルトランジスタCがカットオフされる。これ
によって、図3(b)に示すように、書き込み時のセル
トランジスタCの閾電圧Vthは徐々に上昇し、最終的に
は6.5V〜8V程度(この例の場合、約7V)とな
る。
【0008】また、セルトランジスタCの書き込みを消
去する場合は、紫外線の照射により、フローティングゲ
ートFGから電子が抜き去られることで、書き込まれた
データの消去が行われる。これによって、図3(b)に
示すように、消去時のメモリセルの閾電圧Vthは徐々に
下降し、最終的には1V〜2V程度(この例の場合、約
1.6V)となる。
【0009】以上のように、書き込み・消去の行われた
セルトランジスタCの閾電圧Vthは、理想的な状態では
6.5V〜8V程度の高電位状態または1〜2V程度の
低電位状態のいずれかとなっており、セルトランジスタ
C内のデータは、コントロールゲート−ソース間に印加
される所定の読出電圧VGS(この場合、VGSはデバイス
動作電圧である5V)よりもメモリセルの閾電圧Vthが
高い場合に書込状態(“H”)、閾電圧Vthが低い場合
に消去状態(“L”)として記憶されることになる。
【0010】この場合、個々のセルトランジスタCに対
して正しくプログラミングされているか否かの試験は、
各セルトランジスタCの閾電圧Vthを測定することによ
り行われる。具体的には、図4に示すように、セルトラ
ンジスタCのドレイン電極に抵抗Rを介してセルトラン
ジスタCの動作電圧Vdd(この場合、Vdd=5V)を印
加するとともに、ドレイン電極にセンスアンプを設け、
セルトランジスタCのコントロールゲート−ソース間に
任意の読出電圧VGSを印加することにより、当該読出電
圧VGSによってドレイン−ソース間に流れる電流Idが
センスアンプを介して検出されるか否かによって現在の
セルトランジスタCの閾電圧Vthが測定される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体記憶装置
としてのEPROMの製造工程は、図5に示すように、
ウェハ工程、プローブテスト(リード・ライト)、
消去、組み立て、完成品テスト(リード・ライ
ト)、消去、出荷、からなり、また、前述のOTP
版の場合、〜までは同一工程であり、OTPの性質
上、組み立て後の消去()の工程が省略され、組み立
て後は、’完成品テスト(リードのみ)、’出荷、
となっている。
【0012】ここで、プローブテスト()後の紫外線
消去()が不十分であった場合、また、紫外線消去
()後の組み立て()工程時に何らかの原因により
フローティングゲートに電荷が蓄積されてしまった場
合、あるいは、完成品テスト(,’)の工程で誤っ
て弱く書き込まれたり、間違えて書き込まれたりした場
合等には、消去セルの閾電圧Vthが1V〜2Vよりも上
昇することが考えられるが、従来の読出電圧VGSはデバ
イス動作電圧である5Vとなっており、高電位側の閾電
圧Vthのマージン((6.5V〜8V)−5V=(1.
5V〜3V))と比較して低電位側の閾電圧Vthのマー
ジン(5V−(1V〜2V)=(3V〜4V))が十分
に大きいことから、低電位側の閾電圧Vth、すなわち、
消去セルに対する閾電圧Vthの試験は行われていなかっ
た。
【0013】しかしながら、近時における半導体デバイ
スの動作電圧は低下傾向にあり、従来、一般的であった
5V動作のものから3V〜3.3V動作のものに移行し
つつあり、このように半導体デバイスの動作電圧が低下
してくると、例えば、3V動作のものを例に採ると、読
出電圧VGSはデバイス動作電圧である3Vとなって高電
位側の閾電圧Vthのマージン((6.5V〜8V)−3
V=(3.5V〜5V))と比較して低電位側の閾電圧
Vthのマージン(3V−(1V〜2V)=(1V〜2
V))が極端に小さくなり、消去セルの閾電圧Vthの上
昇により、消去セルの閾電圧Vthが読出電圧VGSを越え
てしまった場合、当該セルトランジスタCは書込状態と
なってプログラムミスの発生を招くという問題が生じる
ことなる。特に、OTP版の場合は、窓付きパッケージ
のものと異なって最終的な消去()が行われないた
め、消去セルの閾電圧Vthの上昇はより一層問題とな
る。
【0014】そこで、読出電圧VGSを下げることによ
り、消去セルに対する閾電圧Vthの試験を試みることが
考えられるが、読出電圧VGSを下げることによりある程
度チェックすることができるが、電圧が低くなると周辺
回路の動作が停止してしまうため、周辺回路の動作電圧
以下の試験を行う場合、専用回路が必要となってコスト
の上昇を招くという新たな問題点が生じることなる。
【0015】[目的]本発明は、このような事情のもと
になされたものであり、その目的は、セルトランジスタ
の閾電圧Vthを容易に、かつ、安価に測定することので
きる半導体記憶装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、図1
に示すように、所定のデータを記憶保持する複数のセル
トランジスタCを有し、予め設定された動作電圧Vddに
より動作する半導体記憶装置1において、通常動作時に
は、前記各セルトランジスタCのコントロールゲート−
ソース間に対して前記動作電圧Vdd(=VH −VL1)を
印加し、試験動作時には、前記各セルトランジスタのコ
ントロールゲート−ソース間に対して該動作電圧Vddよ
りも低電位の試験電圧Vcc(=VH −VL2)を動作電圧
Vddと独立して印加することを特徴とする。
【0017】請求項2の発明は、図1(a)に示すよう
に、複数のビット線BL及び複数のワード線WLの交点
に対応して所定のデータを記憶保持する複数のセルトラ
ンジスタCを有し、予め設定された動作電圧Vddにより
動作する半導体記憶装置1であって、前記各セルトラン
ジスタCのコントロールゲート電極CGに前記動作電圧
Vddと同電位の高電位電圧VH を印加するとともに、当
該各セルトランジスタCのソース電極Sにグランド電位
GNDとなる第一低電位電圧VL1、または、第一低電位
電圧VL1よりも高電位の第二低電位電圧VL2を、動作状
態に応じて選択的に印加することを特徴とする。
【0018】請求項3の発明は、図1(b)に示すよう
に、複数のビット線BL及び複数のワード線WLの交点
に対応して所定のデータを記憶保持する複数のセルトラ
ンジスタCを有し、予め設定された動作電圧Vddにより
動作する半導体記憶装置1であって、前記各セルトラン
ジスタCのソース電極Sにグランド電位GNDとなる低
電位電圧VL を印加するとともに、当該各セルトランジ
スタCのコントロールゲート電極CGに前記動作電圧V
ddと同電位の第一高電位電圧VH1、または、動作電圧V
ddと独立して第一高電位電圧VH1よりも低電位の第二高
電位電圧VH2を、動作状態に応じて選択的に印加するこ
とを特徴とする。
【0019】請求項4の発明は、請求項1、2または請
求項3記載の発明において、前記複数のセルトランジス
タCは、OTPパッケージに封止されたEPROMを構
成することを特徴とする。
【0020】
【作用】請求項1記載の発明によれば、通常動作時に
は、各セルトランジスタのコントロールゲート−ソース
間に対して動作電圧Vddが印加され、試験動作時には、
各セルトランジスタのコントロールゲート−ソース間に
対して該動作電圧Vddよりも低電位の試験電圧Vccが動
作電圧Vddと独立して印加されることにより、試験動作
時においても周辺回路の動作に影響を及ぼすことなく、
セルトランジスタの閾電圧Vthが容易に、かつ、安価に
測定可能となる。
【0021】請求項2記載の発明によれば、各セルトラ
ンジスタのコントロールゲート電極に動作電圧Vddと同
電位の高電位電圧VH が印加されるとともに、動作状態
に応じて、当該各セルトランジスタのソース電極にグラ
ンド電位となる第一低電位電圧VL1、または、第一低電
位電圧VL1よりも高電位の第二低電位電圧VL2が選択的
に印加されることにより、試験動作時においても周辺回
路の動作に一切影響を及ぼすことなく、当該各セルトラ
ンジスタのコントロールゲート−ソース間に印加する読
出電圧を落とすことが可能となり、セルトランジスタの
閾電圧Vthが容易に、かつ、安価に測定される。
【0022】請求項3記載の発明によれば、各セルトラ
ンジスタのソース電極にグランド電位となる低電位電圧
VL が印加されるとともに、動作状態に応じて、当該各
セルトランジスタのコントロールゲート電極に動作電圧
Vddと同電位の第一高電位電圧VH1、または、動作電圧
Vddと独立して第一高電位電圧VH1よりも低電位の第二
高電位電圧VH2が選択的に印加されることにより、試験
動作時においても周辺回路の動作に影響を及ぼすことな
く、当該各セルトランジスタのコントロールゲート−ソ
ース間に印加する読出電圧を落とすことが可能となり、
セルトランジスタの閾電圧Vthが容易に、かつ、安価に
測定される。
【0023】この場合、請求項4記載の発明によれば、
OTPパッケージに封止されたEPROMに適用するこ
とにより、前述の請求項1、2または請求項3に記載す
る発明に加えて、消去セルの閾電圧Vthの測定による信
頼性の高い製品の提供が可能となる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を、図2を参照
して説明する。なお、図2において、図1と同一部分に
は同一の符号を付す。まず、本実施例の構成を説明す
る。
【0025】図2は、本実施例の半導体記憶装置1の要
部構成を示す回路図である。図2において、本実施例の
半導体記憶装置1は、大別して、複数のセルトランジス
タCの集合体であるメモリセルアレイ2と、所定のアド
レス情報に基づいてメモリセルアレイ2中の特定のセル
トランジスタCを選択するためのコラムアドレスデコー
ダ3及びロウアドレスデコーダ4とから構成されてい
る。なお、5はコラムアドレスデコーダ3内のインバー
タ、6はロウアドレスデコーダ4であり、7はバッファ
アンプである。
【0026】メモリセルアレイ2内の各セルトランジス
タCは、ドレイン電極Dをコラムアドレスデコーダ3か
らの信号線に接続するとともに、コントロールゲート電
極CGをロウアドレスデコーダ4からの信号線に接続
し、ソース電極Sを共通接続して所定の電位の電圧が印
加されるようになっている。
【0027】次に上述実施例の作用について、図1
(a)及び図2を参照して説明する。本実施例における
半導体記憶装置1の動作電圧Vddを5Vとすると、コラ
ムアドレスデコーダ3及びロウアドレスデコーダ4から
出力される選択電圧VH も動作電圧Vddと同じく5Vと
なる。
【0028】通常動作時においてソース電極Sに印加さ
れる第一低電位電圧VL1は、グランド電位GND(=0
V)であるため、この場合の読出電圧VGSは、5V(=
5V−0V)となる。一方、試験動作時においてソース
電極Sに印加される第二低電位電圧VL2は、グランド電
位GNDよりも高電位であるため、この場合の読出電圧
VGSは、5Vよりも低くなり、第二低電位電圧VL2の電
圧値を調整することにより消去セルの閾電圧Vthを容易
に測定することができる。この場合、周辺回路には、動
作電圧Vddが供給されるため、試験動作時においても周
辺回路の動作に一切影響を及ぼすことない。
【0029】以上説明したように、本実施例では、各セ
ルトランジスタCのコントロールゲート電極CGに動作
電圧Vddと同電位の高電位電圧VH を印加するととも
に、動作状態に応じて、当該各セルトランジスタCのソ
ース電極Sにグランド電位GNDとなる第一低電位電圧
VL1、または、第一低電位電圧VL1よりも高電位の第二
低電位電圧VL2を選択的に印加することにより、試験動
作時においても周辺回路の動作に一切影響を及ぼすこと
なく、当該各セルトランジスタCのコントロールゲート
−ソース間に印加する読出電圧を落としてセルトランジ
スタの閾電圧Vthを容易に、かつ、安価に測定すること
ができる。
【0030】次に他の実施例について、図1(b)及び
図2を参照して説明する。前述の実施例では、試験動作
時にセルトランジスタCのソース電極Sに印加される電
圧、すなわち、低電位側の電圧を通常動作時よりも上げ
ることによりセルトランジスタCのコントロールゲート
−ソース間に印加する読出電圧を落とすものであった
が、本実施例は、試験動作時にセルトランジスタCのコ
ントロールゲート電極CGに印加される電圧、すなわ
ち、高電位側の電圧を通常動作時よりも下げることによ
りセルトランジスタCのコントロールゲート−ソース間
に印加する読出電圧を落とすものである。
【0031】具体的には、図2に示すように、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
とから構成されるインバータ6の高電位電圧VH (=V
dd)を、動作モードに応じて、動作電圧Vddと同電位の
第一高電位電圧VH1、または、第一高電位電圧VH1より
も低電位の第二高電位電圧VH2とに切り替えることによ
り、通常動作時においてコントロールゲート電極CGに
印加される第一高電位電位電圧VH1は、動作電圧Vdd
(=5V)であるため、この場合の読出電圧VGSは、5
V(=5V−0V)となる。
【0032】一方、試験動作時においてコントロールゲ
ート電極CGに印加される第二高電位電圧VH2は、動作
電圧Vddよりも低電位であるため、この場合の読出電圧
VGSは、5Vよりも低くなり、第二高電位電圧VH2の電
圧値を調整することにより消去セルの閾電圧Vthを容易
に測定することができる。この場合、周辺回路には、動
作電圧Vddが供給されるため、試験動作時においても周
辺回路の動作に一切影響を及ぼすことない。
【0033】以上説明したように、本実施例では、各セ
ルトランジスタCのソース電極Sにグランド電位GND
となる低電位電圧VL を印加するとともに、動作状態に
応じて、当該各セルトランジスタCのコントロールゲー
ト電極CGに動作電圧Vddと同電位の第一高電位電圧V
H1、または、動作電圧Vddと独立して第一高電位電圧V
H1よりも低電位の第二高電位電圧VH2を選択的に印加す
ることで、試験動作時においても周辺回路の動作に一切
影響を及ぼすことなく、当該各セルトランジスタCのコ
ントロールゲート−ソース間に印加する読出電圧を落と
してセルトランジスタの閾電圧Vthを容易に、かつ、安
価に測定することができる。
【0034】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記
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。
【0035】例えば、上記各実施例では、セルトランジ
スタCのソース電極Sに印加する電圧、及び、セルトラ
ンジスタCのコントロールゲート電極CGに印加する電
圧として2種類の電圧値から選択するようになっている
が、この場合、一方の電圧値は任意であるため、複数の
固定電圧値から最適値を選択するように構成しても構わ
ない。
【0036】また、セルトランジスタCのソース電極S
及びインバータ6の高電位電源側端を、半導体記憶装置
1を形成するパッケージの外部ピンに直接割り当てても
よく、このように構成することにより、半導体記憶装置
1の内部には余計な部品を増加させることなく、当該外
部ピンに印加する電圧を変えるだけで容易に試験動作を
行うことができる。
【0037】さらに、以上の説明では主として発明者に
よってなされた発明を、その背景となった利用分野であ
る半導体記憶装置に適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではない。
【0038】例えば、メモリセルに限らず、トランジス
タを有する半導体装置における、当該トランジスタの閾
電圧Vthの測定にも適用でき、この場合、例えば、納品
後のトランジスタの閾電圧Vthを定期的に測定すること
により、閾電圧Vthがホットエレクトロン等の影響によ
りどのように変化しているかを測定することができ、経
時変化を伴う製品品質の維持にも役立てることができ
る。
【0039】
【発明の効果】請求項1記載の発明では、通常動作時に
は、各セルトランジスタのコントロールゲート−ソース
間に対して動作電圧Vddを印加し、試験動作時には、各
セルトランジスタのコントロールゲート−ソース間に対
して該動作電圧Vddよりも低電位の試験電圧Vccを動作
電圧Vddと独立して印加することで、試験動作時におい
ても周辺回路の動作に影響を及ぼすことなく、セルトラ
ンジスタの閾電圧Vthを容易に、かつ、安価に測定する
ことができる。
【0040】請求項2記載の発明では、各セルトランジ
スタのコントロールゲート電極に動作電圧Vddと同電位
の高電位電圧VH を印加するとともに、動作状態に応じ
て、当該各セルトランジスタのソース電極にグランド電
位となる第一低電位電圧VL1、または、第一低電位電圧
VL1よりも高電位の第二低電位電圧VL2を選択的に印加
することで、試験動作時においても周辺回路の動作に一
切影響を及ぼすことなく、当該各セルトランジスタのコ
ントロールゲート−ソース間に印加する読出電圧を落と
すことができ、セルトランジスタの閾電圧Vthを容易
に、かつ、安価に測定することができる。
【0041】請求項3記載の発明では、各セルトランジ
スタのソース電極にグランド電位となる低電位電圧VL
を印加するとともに、動作状態に応じて、当該各セルト
ランジスタのコントロールゲート電極に動作電圧Vddと
同電位の第一高電位電圧VH1、または、動作電圧Vddと
独立して第一高電位電圧VH1よりも低電位の第二高電位
電圧VH2を選択的に印加することで、試験動作時におい
ても周辺回路の動作に影響を及ぼすことなく、当該各セ
ルトランジスタのコントロールゲート−ソース間に印加
する読出電圧を落とすことができ、セルトランジスタの
閾電圧Vthを容易に、かつ、安価に測定することができ
る。
【0042】この場合、請求項4記載の発明では、OT
Pパッケージに封止されたEPROMに適用すること
で、前述の請求項1、2または請求項3に記載する発明
に加えて、消去セルの閾電圧Vthの測定による信頼性の
高い製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置の原理図である。
【図2】本実施例の半導体記憶装置の要部構成を示す回
路図である。
【図3】EPROMのセルトランジスタに対するデータ
の書き込み及び消去を説明するための図である。
【図4】セルトランジスタの閾電圧の測定方法を説明す
るための図である。
【図5】EPROMの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体記憶装置 2 メモリセルアレイ 3 コラムアドレスデコーダ 4 ロウアドレスデコーダ 5,6 インバータ 7 バッファアンプ C セルトランジスタ CG コントロールゲート電極 FG フローティングゲート電極 D ドレイン電極 S ソース電極 B バス R 抵抗

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定のデータを記憶保持する複数のセルト
    ランジスタを有し、予め設定された動作電圧Vddにより
    動作する半導体記憶装置において、 通常動作時には、前記各セルトランジスタのコントロー
    ルゲート−ソース間に対して前記動作電圧Vddを印加
    し、試験動作時には、前記各セルトランジスタのコント
    ロールゲート−ソース間に対して該動作電圧Vddよりも
    低電位の試験電圧Vccを動作電圧Vddと独立して印加す
    ることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】複数のビット線及び複数のワード線の交点
    に対応して所定のデータを記憶保持する複数のセルトラ
    ンジスタを有し、予め設定された動作電圧Vddにより動
    作する半導体記憶装置であって、 前記各セルトランジスタのコントロールゲート電極に前
    記動作電圧Vddと同電位の高電位電圧VH を印加すると
    ともに、当該各セルトランジスタのソース電極にグラン
    ド電位となる第一低電位電圧VL1、または、第一低電位
    電圧VL1よりも高電位の第二低電位電圧VL2を、動作状
    態に応じて選択的に印加することを特徴とする半導体記
    憶装置。
  3. 【請求項3】複数のビット線及び複数のワード線の交点
    に対応して所定のデータを記憶保持する複数のセルトラ
    ンジスタを有し、予め設定された動作電圧Vddにより動
    作する半導体記憶装置であって、 前記各セルトランジスタのソース電極にグランド電位と
    なる低電位電圧VL を印加するとともに、当該各セルト
    ランジスタのコントロールゲート電極に前記動作電圧V
    ddと同電位の第一高電位電圧VH1、または、動作電圧V
    ddと独立して第一高電位電圧VH1よりも低電位の第二高
    電位電圧VH2を、動作状態に応じて選択的に印加するこ
    とを特徴とする半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】前記複数のセルトランジスタは、OTPパ
    ッケージに封止されたEPROMを構成することを特徴
    とする請求項1、2または3記載の半導体記憶装置。
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