JPS60151898A - 不揮発性ランダムアクセスメモリセル - Google Patents

不揮発性ランダムアクセスメモリセル

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JPS60151898A
JPS60151898A JP59006606A JP660684A JPS60151898A JP S60151898 A JPS60151898 A JP S60151898A JP 59006606 A JP59006606 A JP 59006606A JP 660684 A JP660684 A JP 660684A JP S60151898 A JPS60151898 A JP S60151898A
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JP
Japan
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drain
source
random access
access memory
memory element
Prior art date
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Application number
JP59006606A
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English (en)
Inventor
Koichiro Okumura
奥村 孝一郎
Takeshi Watanabe
毅 渡辺
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C14/00Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down

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】 (技術分野) 本発明は不揮発性ランダムアクセスメモリセルに関する
(従来技術) 不揮発性ランダムアクセスメモリとは、通常の動作状態
においては、ランダムアクセスメモリとして動作し、電
源が降下あるいは遮断された場合に、ランダムアクセス
メモリに蓄えられた情報全不揮発性メモリ素子に格納し
、再び電源が回復し定時に不揮発性メモリ素子からラン
ダムアクセスメモリに情報を送ることにより、電源が遮
断される前の情報全再生するものでちる。
従来、この種のメモリセルとして、種々の構成のものが
発表されているが、いずれもメモリセルを構成するに要
する集子数が多いとか、あるいはランダムアクセスメモ
リから不揮発性メモリ素子への情報の格納の過程が複雑
で使いにくいなどの欠点があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、上記欠点を除去することにより、構成
に要する素子数が少なく%また。ランダムアクセスメモ
リから不揮発性メモリ素子への情報の格納に複雑な過程
を必要とせず、短時間に行なうことのできる不揮発性ラ
ンダムアクセスメモリセルを提供することにある。
(発明の構成) 本発明の不揮発性ランダムアクセスメモリセルは、第1
の電源に接続された双安定回路と、該双安定回路の一対
の出力点にそれぞれのソースが接続されゲートがワード
線に接続された一対のアドレス選択用絶縁ゲート電界効
果トランジスタと、前記アドレス選択用絶縁ゲート電界
効果トランジスタのドレインに接続された一対のデジッ
ト線と、前1己双安定回路の一対の出力点の一方にドレ
インが接続され他方にコントロールゲートが接続された
電気的書換え可能な不揮発性メモリ素子と、該不運発性
メモリ素子のソースにソースが接続されゲートにデータ
再生用信号線が接続されドレインが第2の1源に接続さ
れた絶縁ゲート電界効果トランジスタより成ることから
構成される。
(実施例) まず、本発明に関係する不揮発性メモリ素子について説
明する。第1図は本発明に用いられる不揮発性メモリ素
子の一例の断面図である。不揮発性メモリ素子は、p型
のシリコン基板lに形成されたN型のドレイン領域2と
、同じくN型のソース領域3と、シリコン酸化膜4中に
設けたコントロールゲート7と電荷蓄積領域である70
−ティングゲート8により構成され、シリコン酸化膜4
ハトレイン領域2とフローティングゲート8が重なる部
分において、薄いシリコン酸化膜部分9となっている。
なお、同図で5はドレイン電極、6はソース電極である
第2図は第1図に示した不揮発性メモリ素子の特性図で
、横軸はコントロールゲートの電位VCG全示し、縦軸
は不揮発性メモリ素子のソースを接地し、ドレインに定
電圧を印加した場合のドレイン−ソース間に流れるドレ
イン電mIn5e示している。第1図において、コント
ロールゲート7を接地し、ドレイン電極5に高電圧を印
加したときには、薄いシリコン酸化膜部分9にはドレイ
ン領域2からフローティングゲート8に向かって強い電
界が生じ、正孔がフローティングゲート8に注入される
。その結果、シリコン基板lの表面に反転層が出来やす
くなり、第2図の曲線21に示す如く、コントロールゲ
ート電位VCGが負においても電流が流れる状態、すな
わちしきい値電圧が負の値となる。これを例えば消去と
称することとする。
それに対して、消去と逆の状態、すなわち書込みは、コ
ントロールゲート7に高電圧を印加し。
ドレイン電極5t−接地することにより実現できる。
すなわち、上記の電位関係をとることにより、薄いシリ
コン酸化膜4中9において、フローティングゲート8か
らドレイン領域2に向かう強い電界が生じ、フローティ
ングゲート8中に電子が注入され、その結果シリコン基
板lの表面は反転しにくい状態となり、第2図の曲線2
2に示す如く。
しきい値電圧が正の高い値となる。このようにし5− て、書込みあるいは消去した不揮発性メモリ素子の記憶
された情報t−読出すときには、第2図に示すように、
コントロールゲート7に書込み後のしきい値電圧より低
い正の電圧Vxf印加することにより、不揮発性メモリ
素子が消去された状態にあるなら導通レエ1 の電流金
得ることができ、書込まれた状態にあるなら非導通の状
態となる。
以上に述べた不揮発性メモリ素子は、例えば工vyトo
 ニクX (Electronics )誌1980年
2月28日号113頁〜117頁に、EEFROM(電
気的消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ)に
応用した例などがあり、公知となっている。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第3図は本発明の第1の実施例の回路図で、Nチャンネ
ルの絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、IGFE
T という。)t−用いて実現した場合金示す。また第
5図岐その動作タイミングチャートである。
ディブレジョン型のIGFBT Ta2とエンハロ − ンスメント型のIGFETT32はインバータ回路を構
成し、また、ディブレジョン型IGFETT33とエン
ハンスメント型IGFE’r ’r34もインバータ回
路全構成し、これら2個のインバータ回路はそれぞれの
入力と出力を交叉接続され、第1の電源である電源VD
Dに1妾続された双安定回路を構成している。また、双
安定回路の2個の出力点すなわちIGF’ET Ta2
のソースおよびIGFET Ta2のソースには、アド
レス選択用のエンハンスメント型IGFET T35お
よヒT36がそれぞれ接続され、それぞれのゲートはい
ずれもワード線Wに接続される。またIGF’E’r’
I”35!?よびT36のそれぞれのドレインは真補の
関係をなす信号t−転送する2個のデジッ) +1li
l DおよびDに接続され、Nチャネル不揮発性メモリ
素子M31のドレインはIGFET T33のソースに
、コントロールゲートはIGI;”ET Ta2のソー
スに接続され、ソースはエンハンスメント型IGFET
T37のソースに接続され、IGFET’I’37のゲ
ートは情報再生用信号Rに接続され、ドレインは第2の
電源である定電圧の電源vcc(例えば5V)に接続さ
れている。
まず、通常のランダムアクセスメモリとして動作させる
ときには、双安定回路の゛電源VDD?電源VCCと同
一電圧にし、情報再生用信号tはローレベルにする。ラ
ンダムアクセスメモリとしての書込みを行なうとき1ハ
、ワード+’iij W 金’\イレベルにし、例えば
ディジット線D (z−・イレベル、ディジット線りを
ローレベルにすることにより、双安定回路にはlli″
が書込まれ、デイクタ)!Dk口電圧電圧揮発性メモリ
素子M31のドレイン−コントロールゲート間に印加さ
れても、電界が弱いので不揮発性メモリ素子M31の書
込みあるいは消去は行なわれな込。ランダムアクセスメ
モリとしての情報の読出しは、ディジット線り、D金共
にハイレベルにチャージアップした後、ワード線w10
−レベルからハイレベルに変化させTGFETT35お
よびT36’i導通状態にすることによって行なうこと
ができる。すなわち、ランダムアクセスメモリがすでに
I+ 1″が書込まれている場合には、IGFET T
a2が非導通であるので、ディジット線りはハイレベル
すなわち1111のままとなり ll01が書込まれて
いる場合には、IGFET Ta2が導通であるのでデ
ィジット線りはローレベルに変化し n □ l¥i−
読出すことができる。
以上に述べた如く、情報再生用信号比を接地電位とする
ことにより、第3図の回路は通常のランダムアクセスメ
モリセルとして動作させることができる。
次に、不揮発性ランダムアクセスメモリセルとして動作
させる場合の不揮発性メモリ素子M31への情報格納と
、情報の再生について述べる。すでに双安定回路内に書
込まれた情報全不揮発性メモリ素子M31に格納する場
合には、電源VDDの電圧を電源VCCレベルから不揮
発性メモリ素子M31の書込みおよび消去が可能な電圧
(例えば20V)まで上昇させる。このとき情報再生用
信 9− 号Rは接地電位である。これにより、双安定回路が1″
の状態すなわち、IGFET Ta2のソースがハイレ
ベルにあり、IGFET ’I’33のソースが接地電
位にあるときには、電源VDDの電圧上昇により、不揮
発性メモリ素子M31のドレインは接地電位のままでコ
ントロールゲートには高い電圧が印り口される状態が実
現され、その結果、不揮発性メモリ素子M31のしきい
値電圧は正の値となる。それに対して、双安定回路が0
″の状態すなわち、IGFET Ta2のソースが接地
電位にあり、IGFET Ta2のソースがハイレベル
にあるときには、電源VDDの電圧全上昇させることに
より、不揮発性メモリ素子M31のコントロールゲート
が接地レベルでドレインに高い電圧が印加される状態が
実現でき、そのしきい値電圧は負の値へ変化する。以上
に述べ友ように、電源VDDの電圧を上昇させることに
より、双安定回路に記憶された情報を不揮発性メモリ素
子M31のしきい値電圧が正か負かという情報に変換す
ることにより電源遮断時においても情報の保持が可−1
〇− 能となる。
次に、再び、電源が回復した後の情報の再生につbて述
べる。第3図の不揮発性ランダムアクセスメモリセルに
情報を再生する場合、ワード線Wをローレベルに保ち、
IGFET Ta2およびT2Cを非導通にしたまま、
電源VCCおよびVnn’に加え、再生用信号1(’i
−・インペルにする。IGFETT31とT32で構成
されるインバータの回路しきい値を、IGFBT Ta
2と’I”34で構成されるインバータの回路しきい値
より高い直にあらかじめ設定しておくことにより、不揮
発性メモリ素子M31のしきい値電圧が正の値にあると
きには、不揮発性メモリ素子M31が導通しないので双
安定回路はIGFET Ta2のソースが/〜イレペル
 IGFET Ta2のソースがローレベルとなり、′
電源j度新前の情報すなわち1″が双安定回路内に再生
される。逆に、不揮発性メモリ素子M31のしきb値電
圧が負となってhるときには、IGFET Ta2が導
通し、IGFETT32のゲートにハイレベルが印加さ
れるため、IGFETT32は導通し、I G F I
シT Ta2のソースは強制的にローレベルに落とされ
る。その結果。
電源遮断前の情報すなわち°l□nが双安定回路内に再
生される。第5図の動作タイミングチャートは、不揮発
性メモリ素子M31への情報の格納電源の遮断、情報の
再生の各時期における電源VCC*VDD、7−)’線
W、清報再生用信号J IGFETT31のソースの電
位変化を示したものである。
情報を再生した後は、情報再生用信号、aを接地電位と
してやることにより、通常のランダムアクセスメモリと
して動作することができる。
以上に述べた如く、本実施例は1通常のランダムアクセ
スメモリセルとして必要な61固のIGFETに1個の
不揮発性メモリ素子と1個のIGFETを付加するだけ
で構成されるため、従来の同種のセルに対して占有面積
が小さくて済むという効果がある上に、不揮発性メモリ
素子への情報の格納のために電源VDDの電圧を上昇さ
せること以外にいかなる過程も必要とせず、また情報の
再生においても、情報再生用信号几を一時的に加えるだ
けで済み、操作が非常に簡単でおるという効果含有して
いる。
第4図は本発明の第2の実施例金示す回路図で、相補型
絶縁ゲート電界効果トランジスタ音用いて実現した場合
を示す。また、第5図はその動作タイミングチャートで
ある。PチャンネルのIGFETT41とNチャンネル
のIGFE’I”I’42からなるインバータと、Pチ
ャンネルのIGFET’I’43とNチャンネルのIG
FET T44からなるインバータからなる21固のイ
ンバータのそれぞれの入力端と出力端は交叉接続されて
双安定回路を構成している。IGFET T41のドレ
インはNチャンネルのIGFET T45のソースと接
続され、IGFET ’I’45のドレインはディジッ
ト線りに接続され、ゲートはワード線Wに接続されてい
る。まfcIGFET T 43のドレインはNチャン
ネルのIGFET T46のソースに接続され。
IGF’ET ’r45のドレインはディジット線りに
接続され、ゲートはワード線Wに接続されている。
Nチャンネルの不揮発性メモリ素子M41のドレ13− インはIGFET T43のドレインに接続され。
コントロールゲートはIGFgT T41のドレインに
接続され、ソースはNチャンネルのIGFETT47の
ソースに接続され、IGF’ET ’I’47のゲート
は情報再生用信号ルに接続され、ドレインは電源■cc
K接続されている。IGFET T41とT42のイン
バータの回路しきい1直5IGFBTT43と’I’4
4のインバータの回路しきい値より高く設計しておくの
は第3図の場合と同様である。
すなわち、第4図の@2の実施例は第3図の第1の実施
例の回路の双安定回路を構成する2個のインバータ金相
補型構成にしたものであり、通常のランダムアクセスメ
モリとしての動作も、1ち不揮発性ランダムアクセスメ
モリとしての情報の不揮発性メモリ素子への格納方法お
よび情報の再生方法も、第3図の第1の実施例で述べた
ものとまったく同一である。
しかし、第4図の第2実施例の場合においては。
高電圧発生回路と結合することにより、情報を不揮発性
メモリ素子に格納するために必要とする高14 − 電圧VDD全外部端子から供給することなしに、同一集
積回路内で発生することが可能となるので、更に不揮発
性ランダムアクセスメモリとしての使用が簡便となると
いう効果が付加される。
第6図は高電圧発生回路の一例を示す回路図、第7図は
その動作タイミングチャートである。この高電圧発生回
路は、第4図の第2の実施例の回路の電源vDD端子に
、ランダムアクセスメモリとして動作させるときにはV
CC電圧を、情報全不揮発性メモリ素子に格納するとき
には高電圧全供給するためのものである。
第6図の高電圧発生回路は、ドVイン全電源VCCに、
ゲートを第4図の不揮発性ランダムアクセスメモリセル
の不揮発性メモリ素子への情報の格納のときにのみ・1
イレベルとなる制御信号Aに接続されたNチャンネルの
IGFBT T61.!−、ドレインがIGFBT T
61のソースに接続されゲートが制御信号Aの反転制御
111信号Aに接続されソースが接地されたNチャンネ
ルのIGFET Te3と、ゲートとドレインが接続さ
れたNチャンネルのエン/Sソスメント型IGF’ET
 が直列接続され、各接続点に容量全通してタロツク信
号φlおよびφ2が交互に廣続されている高電圧発生部
60と、ドレインが電源■CCK:vj、続され、ゲー
トに制御信号人が供給されソースが高畦圧発生部成って
いる。第4図の不揮発性ランダムアクセスメモリセル全
通常のランダムアクセスメモリとして動作させる場合お
よび情報の再生を行なう場合は、制fa1’R’Qk′
t−a vへvに、制御1111i 号A Th −イ
ンベルに保つことにより、高電圧発生部60は動作せず
、また、IGFET T63のゲートにl飄イレベルが
印加されているため、電源vDD端子には電源VCCの
′電圧が供給される。それに対して、第4図の不揮発性
ランダムアクセスメモリセルの情報の格納時には、1l
tII御信号At−ローレベル、制御fl141Atハ
イレベルに保つことにより、IGF’ETT615(導
通し、IGF’E’r ’I’62u非導通となり、I
GFET T61と’r62の!4続節点はハイレベル
となり高電圧発生部60が動作を開始する。クロック信
号φlが11イレペルになったとき、クロック信号φ1
から容量を介して節点Bl。
B3 ・・・B2n−1の電位が上昇し、ドレインとゲ
ートが接続されたIGF’ET によるダイオードが順
方向の電位となり節点B2.B嶋・・・131nへと正
電荷を転送することにより節点B2. B4.・・・B
211の電位が上昇する。クロック信号φ2が・・イン
ベルになったときにも同様に存置を介して節点Bz、B
a・・・、 82mの電位が上昇し、ダイオードが順方
向となり、節点Br、Ba、・・・、 82m−1゜と
VDDへと正電荷金転透すし、Bl、B3.・・・。
B211−1とVDDの電位が上昇する。従って、高電
圧発生部60にクロック信号φ1 φ2 の)(ルスを
交互に加えることによシ、電源VDD端子の電圧は電源
VCCの電圧から更に高い電圧へ第7図吠に示す如く、
階段的に上昇する。このとき、IGFETT63はゲー
トがローレベルになり、ドレインにはVCCが印加され
るため、ドレインからみて、−VCCのゲート電圧が印
加された状態にあるため翫17− 非導通とな抄、電源van端子から電源VCCへと直流
が流れて電源VDD端子の電圧が低下することはない。
第6図−の如き高電圧発生回路は、 trAVnn端子
から電流を流す回路に結合した1易&、高電圧発生部6
0の電荷供給能力が弱いため、電源VDDの電圧が低下
し、情報を不揮発性メモリ素子へ格納するに必要な高電
圧を得ることができなくなるが、第4図の不揮発性ラン
ダムアクセスメモIJ t−使用し、情報の格納のとき
に、クロック−周期の電源VDD 端子1) 上昇’f
LEΔVDD f I G F ET T 4 lある
いはT43のしきい値電圧の絶対値より小さい値に高電
圧発生回路を設計することにより、電源VDD端子から
流れる電流をなくすことが可能となり、特別の外部電源
を必要としないVCC単一電源の不揮発性ランダムアク
セスメモリセルが実現できる。
なお、第3図の第1の実施例においては絶縁ゲート電界
効果トランジスタとしてNチャネル型を用い*が、Pチ
ャネル型についても同様である。
18− また、上述の実施例において、不揮発性メモリ素子とし
ては、必ずしも、第1図に示した構造に限定されるもの
ではなく、ドレイン−コントロールゲート間の電界の方
向によりフローティングゲートなどの電荷蓄積領域の荷
電状態を制御し、しきい値電圧を正負の両状態に変化さ
せることができる型式のいわゆる電気的書換え可能な不
揮発性メモリ素子であればよいことは言うまでもない。
(発明の効果) 以上詳細に述べた如く1本発明の不揮発性ランダムアク
セスメモリセMは、上記の構成により、構成に要する素
子数が少ないため、1ビツト当たりの占有面積が小さく
、情報の格納および再生の操作が存易であるという効果
を有している。さらに相補型構成をとることにより、単
−電源化も図ることができるという効果が付加される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられる不揮発性メモリ素子の一例
の断面図、第2図はその特性図、第3図は本発明の第1
の実施例の回路図、第4図は本発明の第2の実施例の回
路図、第5図は第3図、第4図の回路の動作タイミング
チャート、第6図は高電圧発生回路の一例の回路図、第
7図はその動作タイミングチャートである。 l・・・・・・シリコン基板、2・・・・・・ドレイン
領域、3・・・・・・ソース領域、4・・・・・−シリ
コン酸化膜、5・・・・・・ドレイン電極、6・−・・
・・ソース電極、7・・・・・・コントロールゲート、
8・・・・・・フローティングゲート、9・・・・・・
薄いシリコン酸化膜部分、60・・・・・・高電圧発生
回路、A、A−・・−制御信号、B 1 、B 2 、
Bzn−x。 82m・・・・・・節点、 D、 l)・・・・・・デ
ィジット線、l1ll11・・・・・・ドレイン、電流
%M31.M41・・・・・・Nチャネル不揮発性メモ
リ素子、R・・・・・・情報再生用信号、Ta2、Ta
2.T63・旧・・ディプレノンコン型Nチャネル絶縁
ゲート電界効果トランジスタ、Ta2゜Ta2.Ta2
.Ta2.Ta2.T42.T44゜T45. T46
. T47. ’丁 61. ’r62 ・・・・・・
エンハンスメント型Nチャネル絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタ、T41.T43・・・・・・エンハンスメン
ト型Pチャネル絶縁ゲート電界効果トランジス’s v
CC+ vDD・・・・・・−電源、 vcG・・・・
・・コントロールゲ・−ト電位、W・・・・−・ワード
線、φ1.φ2 ・・・・・・クロック信号。 21− +青を皮オ各Q内 を原遮餉−・〕嚢亨に杵宅卒l循

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の電源に接続された双安定回路と、該双安定回路の
    一対の出力点にそれぞれのソースが接続されゲートがワ
    ード線に接続された一対のアドレス選択用絶縁ゲート電
    界効果トランジスタと、前記アドレス選択用絶縁ゲート
    電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに接続され
    た一対のデジット線と、前記双安定回路の一対の出力点
    の一方にドレインが接続され、他方にコントロールゲー
    トが接続された電気的書換え可能な不揮発性メモリ素子
    と、該不揮発性メモリ素子のソースにソースが接続され
    ゲートにデータ再生用信号線が接続されドレインが第2
    の′電源に接続された絶縁ゲート電界効果トランジスタ
    から成ることを特徴とする不揮発性ランダムアクセスメ
    モリセル。
JP59006606A 1984-01-18 1984-01-18 不揮発性ランダムアクセスメモリセル Pending JPS60151898A (ja)

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