JPS6057158B2 - non-volatile random access memory cell - Google Patents

non-volatile random access memory cell

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JPS6057158B2
JPS6057158B2 JP52097556A JP9755677A JPS6057158B2 JP S6057158 B2 JPS6057158 B2 JP S6057158B2 JP 52097556 A JP52097556 A JP 52097556A JP 9755677 A JP9755677 A JP 9755677A JP S6057158 B2 JPS6057158 B2 JP S6057158B2
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transistor
memory
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volatile
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Publication of JPS6057158B2 publication Critical patent/JPS6057158B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)産業上の利用分野 この発明はランダム・アクセス・メモリー装置に関し、
特に不揮発性記憶能力を有する通常揮発性ランダム、ア
クセス・メモリー・セルに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Industrial Application Field This invention relates to a random access memory device,
In particular, it relates to normally volatile random, access memory cells with non-volatile storage capabilities.

(2)従来の技術 現在、MNOS(金属−窒化物−酸化物−半導体)方式
は静的または動的メモリーをもつモノリシック集積回路
に対して有意義に使用されている。
(2) Prior Art Currently, MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) technology is being used successfully for monolithic integrated circuits with static or dynamic memories.

静的メモリー・セルは不揮発性構造に作ることができ、
不揮発性静的ランダム・アクセス・メモリー(RAM)
セルの例は、この発明の譲受人と同一人に譲渡され、1
97時11月2日にジヨージ・シー ・ロックウッド(
GeorgeC。LDckwood)に発行された米国
特許第3651492号に開示されている。しかし、先
行技術の動的RAMセルは揮発性であり、通常、アドレ
ス・トランジスタを揮発性記憶コンデンサとで構成され
る。
Static memory cells can be made into non-volatile structures,
Non-volatile static random access memory (RAM)
Examples of cells are assigned to the same person as the assignee of this invention, and 1
97:00 on November 2nd, George C. Lockwood (
GeorgeC. No. 3,651,492 issued to LDckwood. However, prior art dynamic RAM cells are volatile and typically consist of address transistors and volatile storage capacitors.

この種のセルにもとつくメモリーは、通常、非常用電源
を持ち、主電源が失なわれたような場合に、それによつ
てデータの記憶が維持される。揮発性動的RAMは早い
周期(毎2ミリ秒程度の単位で)でリフレッシュしなけ
ればならず、そのため、電源事故が長時間に及ぶと比較
的大きなエネルギを必要とする。そのような情況下にお
いて、揮発性動作の代りに不揮発性動作が望ましい。従
つて、不揮発性モードで動作することができる動的RA
Mメモリー●セルの出現が大へん望まれるということは
明らかである。
Memories based on this type of cell usually have an emergency power supply, which maintains the storage of data in the event of a loss of mains power. Volatile dynamic RAM must be refreshed at a rapid rate (on the order of every 2 milliseconds) and therefore requires relatively large amounts of energy during an extended power outage. Under such circumstances, non-volatile operation is desirable instead of volatile operation. Therefore, a dynamic RA that can operate in non-volatile mode
It is clear that the emergence of M memory cells is highly desired.

その後、特開昭51−80731号1記憶システムョ及
び特開昭51−6553訝0単トランジスタ記憶素子ョ
に開示されているような1つの記憶素子で揮発性及び不
揮発性記憶の両機能を持つ記憶素子が開発されてきた。
After that, a memory device having both volatile and non-volatile memory functions as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-80731 1 Memory System and Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-6553 1 Transistor Memory Element devices have been developed.

前者は1記憶素子として可変閾値記憶キャパシタとMO
Sゲート素子とを混合して構成し、後者は同じくMNO
SコンデンサとMOSトランジスタとを混合して構成し
ている。そのどちらも可変閾値キャパシタ又はコンデン
サに情報を揮発性に記憶し、電源故障時には同一キャパ
シタ又はコンデンサに不揮発性に記憶するようにしてい
る。(3)発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の揮発性・不揮発性素子には次のよ
うな問題があつた。
The former uses a variable threshold storage capacitor and an MO as one storage element.
The latter is also an MNO element.
It is composed of a mixture of an S capacitor and a MOS transistor. In either case, information is stored in a volatile manner in a variable threshold capacitor or capacitor, and in the event of a power failure, information is stored in a non-volatile manner in the same capacitor or capacitor. (3) Problems to be Solved by the Invention However, the above volatile/nonvolatile elements had the following problems.

すなわち、不揮発性に転送記憶される電荷の量は前に揮
発性に保持されている電荷の量に左右されるが、最近チ
ップの密度を高めるため、次第にキャパシタが小さくな
り、その蓄積容量が少くなつてきている。その上、不揮
発性保持期間の長時間にわたるリフレッシュのない状態
による蓄積電荷の損失により、次第に電荷の量が少くな
つてしまう。揮発性記憶への電荷の復帰は復帰する電荷
の量に依存するが、上記の従来技術は1直接ョその電荷
の量に依存するため、復帰動作の結果に対する信頼性に
問題があつた。従つて、この発明の目的はメモリー・シ
ステムの電源故障時に非常用電源を使用せす、揮発性情
報を不揮発性に記憶することができる不揮発性動的RA
Mメモリー・セルを提供することである。
In other words, the amount of charge that is transferred and stored in a non-volatile manner depends on the amount of charge that was previously stored in a volatile manner, but recently, as chip density has increased, capacitors have gradually become smaller and their storage capacity has decreased. I'm getting used to it. Moreover, the amount of charge gradually decreases due to loss of accumulated charge due to the long non-volatile retention period without refresh. The return of charge to a volatile memory depends on the amount of charge to be returned, but the above-mentioned prior art directly depends on the amount of charge, which poses a problem in the reliability of the result of the return operation. Therefore, it is an object of the present invention to provide a non-volatile dynamic RA capable of storing volatile information in a non-volatile manner, which allows emergency power to be used in the event of a power failure in a memory system.
M memory cells.

更に、この発明の目的は揮発性記憶装置と不揮発性記憶
装置とを分離した簡単な手段によつて、記憶電荷の量又
は損失電荷量の大きさにあまり左右されない信頼性のあ
る不揮発性メモリー・セルを提供することである。(4
)問題点を解決するための手段 この発明は、揮発性記憶のためのコンデンサと、それと
は別に分離した不揮発性記憶用の閾値書換可能な(例え
ば、MNOS)トランジスタとを設け、更にNMOSト
ランジスタからコンデンサへ・の電荷又はチャージの復
帰に使用する転送トランジスタを使用することによつて
、上記の問題を解決した。
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a reliable non-volatile memory that is not significantly influenced by the amount of stored charge or the amount of lost charge by a simple means of separating a volatile memory device and a non-volatile memory device. It is to provide cells. (4
) Means for Solving the Problem The present invention provides a capacitor for volatile storage and a separate threshold-rewritable (e.g., MNOS) transistor for non-volatile storage, and further provides a The above problem has been solved by using a transfer transistor that is used to transfer charge or return charge to a capacitor.

すなわち、不揮発性トランジスタに蓄積されている電荷
は復帰動作の際、直接コンデンサに復帰させず、単に不
揮発性トランジスタのオン・オフを制御するその閾値の
決定のためにのみ使用するようにし、実際にコンデンサ
に復帰する電荷は不揮発性トランジスタのオン又はオフ
状態に従い、転送トランジスタを介して別の電源から供
給するようにした。それによつて、不揮発性ト″ランジ
スタの保持電荷が相当変化してもコンデンサに正常な値
の電荷を復帰することができるようになつた。(5)発
明の要約 この発明は、揮発性と不揮発性記憶装置の合成からなる
MNOS又はSNOS構造のような電荷蓄積構造を使用
したRAMセルの改良である。
In other words, the charge accumulated in the nonvolatile transistor is not directly returned to the capacitor during the recovery operation, but is used only to determine the threshold value that controls the on/off of the nonvolatile transistor. The charge returned to the capacitor is supplied from another power source via a transfer transistor according to the on or off state of the nonvolatile transistor. As a result, it has become possible to restore the normal value of charge to the capacitor even if the charge held in the nonvolatile transistor changes considerably. (5) Summary of the invention The present invention is an improvement to RAM cells using charge storage structures such as MNOS or SNOS structures consisting of synthetic memory devices.

この改良に係るRAMセルは、信号情報を揮発性に記憶
する記憶装置と、揮発性記憶装置への情報の入力を制御
するアドレス装置と、揮発性記憶装置に記憶されている
揮発性情報にもとづいて所定の閾値状態に選択的に作動
することができる閾値書換可能な不揮発性記憶装置と、
不揮発性記憶装置の閾値状態にもとづいて前述の揮発性
記憶装置に信号情報を復帰するための転送装置とから構
成される。(6)実施例 第1図をみると、この発明の原理を使用したR,AMセ
ル10の略図が表わされており、それは拡散領域14,
16を有する。
The RAM cell according to this improvement includes a memory device that stores signal information in a volatile manner, an address device that controls the input of information to the volatile memory device, and a RAM cell based on the volatile information stored in the volatile memory device. a threshold rewritable nonvolatile storage device that can be selectively activated to a predetermined threshold state;
and a transfer device for restoring signal information to the volatile storage device described above based on the threshold state of the nonvolatile storage device. (6) Embodiment Referring to FIG. 1, there is shown a schematic diagram of an R,AM cell 10 using the principles of the present invention, which includes a diffusion region 14,
It has 16.

この実施例においては、拡散処理された領域又はライン
14,16は、それぞれ、RBJとラベルされたビット
・ライン36へ接続され、1方、RwJとラベルされた
ワード・ライン28は動的RAMに必要な代表的揮発性
アドレス・トランジスタ18の金属化されたゲート18
.1に直接接続される。アドレス●トランジスタ18に
隣接してRcJとラベルされたライン30に接続されて
いる電極20.1を有する揮発性データ記憶コンデンサ
20がある。コンデンサ20の他方の電極はその上にセ
ル10が構成されている半導体基板のチャンネル領域1
2によつて表わされている。アドレス●トランジスタ1
8とコンデンサ20の組合せは代表的な先行技術の動的
RAMセルを構成する。コンデンサ20に隣接して書換
可能な不揮発性電界効果トランジスタ24が設けられて
いる。
In this embodiment, the spread regions or lines 14, 16 are each connected to a bit line 36 labeled RBJ, while a word line 28 labeled RwJ is connected to a dynamic RAM. Metallized gate 18 of the required representative volatile address transistor 18
.. 1 directly connected. Adjacent to the address transistor 18 is a volatile data storage capacitor 20 having an electrode 20.1 connected to a line 30 labeled RcJ. The other electrode of the capacitor 20 is connected to the channel region 1 of the semiconductor substrate on which the cell 10 is constructed.
It is represented by 2. Address ●Transistor 1
8 and capacitor 20 constitute a typical prior art dynamic RAM cell. A rewritable nonvolatile field effect transistor 24 is provided adjacent to the capacitor 20 .

トランジスタ24は均一厚さのメモリー酸化物を有する
MNOSFETl又は米国特許第3719866号に記
載されているトリゲート構造又は2重ゲート構造を持つ
MNOSFETを使用することができる。前述の米国特
許第3719866号は197詳3月6日にチヤールス
ティー ネーバ(CharlesT.Naller)
及びジヨージ●シー●ロックウッド(GeOrgeC.
lOckwOOd)に付与され、この発明の譲受人と同
一人に譲渡された特許である。RMョとラベルされたラ
イン32はトランジスタ24を制御するためにゲート金
属24.1に接続される。ゲート24.1を表わす略図
は不揮発性特性を表示するためにその1端が矢印で表わ
されている。この不揮発性特性、すなわち、いかなるバ
イアス・ゲート電圧をもかけない状態にある場合に、そ
のメモリー状態を保持する能力は前述の米国特許第37
19866号に詳述されているから、それを引用するこ
とによりここの説明とする。不揮発性トランジスタ24
に隣接してRTJと−ラベルされたライン34に接続さ
れているゲート26.1を有する転送トランジスタ26
が設けられる。
Transistor 24 can be an MNOSFET with a uniform thickness memory oxide or an MNOSFET with a tri-gate or double-gate structure as described in US Pat. No. 3,719,866. The aforementioned U.S. Pat. No. 3,719,866 was filed on March 6, 197 by Charles T. Naller.
and GeOrgeC.Lockwood (GeOrgeC.
1OckwOOd) and assigned to the same person as the assignee of this invention. Line 32 labeled RMO is connected to gate metal 24.1 to control transistor 24. The schematic representation of gate 24.1 is shown with an arrow at one end to indicate its non-volatile nature. This nonvolatile property, i.e., the ability to retain its memory state in the absence of any bias gate voltage, is reflected in the aforementioned U.S. Pat.
Since it is described in detail in No. 19866, the explanation here will be made by quoting it. Nonvolatile transistor 24
A transfer transistor 26 having a gate 26.1 connected to a line 34 labeled RTJ adjacent to
is provided.

第2図はこの発明による動的RAMセルの他の実施例を
表わす。
FIG. 2 represents another embodiment of a dynamic RAM cell according to the invention.

その実施例によるRAMセル足一uはビット●ライン3
6の他にJRJで指定された復帰ライン38を有する。
この実施例においては、第1図のセル10のビット●ラ
イン36の機能は第2図におけるビット・ライン36と
復帰ライン38とに分けられている。セルu旦の1実−
施例であるPチャネルMNOSセル60(第4図)にお
いては、セル60の構造はP+拡散ラインの端部が隣り
合うセル60の異なるP+拡散ラインに接続されている
ということを除き、セル10と全く同じ構造である。セ
ル60のメモリー・アレイ60−60において、隣り合
うセルは拡散ラインを共通にし、そのため、拡散ライン
14は第4図のセル60のビット・ラインとセル60に
隣り合うセルの復帰ラインとの両者の機能を有し、ライ
ン16はセル60の復帰ラインとセル60に隣り合うセ
ルのビット・ラインとの両者を兼ね備えるものである。
The RAM cell according to the embodiment is bit line 3.
In addition to 6, it has a return line 38 designated by JRJ.
In this embodiment, the function of bit line 36 of cell 10 of FIG. 1 is divided into bit line 36 and return line 38 in FIG. The first fruit of cell u-dan
In the exemplary P-channel MNOS cell 60 (FIG. 4), the structure of the cell 60 is similar to that of the cell 10 except that the ends of the P+ diffusion lines are connected to different P+ diffusion lines of adjacent cells 60. It has exactly the same structure. In the memory array 60-60 of cell 60, adjacent cells share a diffusion line, such that diffusion line 14 connects both the bit line of cell 60 in FIG. 4 and the return line of the cell adjacent to cell 60. Line 16 serves both as a return line for cell 60 and as a bit line for a cell adjacent to cell 60.

従つて、分離されているライン14と16は特性の・セ
ルに対してビット・ライン作用および復帰作用を提供す
るが、第8図、第9図の波形図とここにおけるライン1
4,16の説明もビット・ライン作用と復帰作用との理
解を容易にするために分離されたものとして説明する。
すなわち、各所定の時間にライン14,16のそれぞれ
は異なるセル60のそれぞれに対して同一のビット・ラ
イン作用と復帰作用を提供する。ライン14と16の両
者はセル60についてビット・ライン作用と復帰作用と
を共通にするため、記憶動作および復帰動作中、同じ電
位におかれる。勿論、当業者はビット・ラインと復帰ラ
インとが実際に物理的に分離されるような実施例を開発
することは容量である。セルu旦とその実施例60は密
度を高めるための設計および構造に適用されるものとし
てセル10より有能であり、従つて、より好ましい実施
例である。セル50の動作の理解を助けるために、以下
の説明では、ライン14,36,16,38は単に数字
による指定のみでなく、それらの機能または(および)
機能と数字とによつて表わす。
Thus, separate lines 14 and 16 provide bit line and return functions for the characteristic cell, but the waveform diagrams of FIGS.
4 and 16 will also be explained separately to facilitate understanding of the bit line function and the return function.
That is, at each given time, each of lines 14, 16 provides the same bit line and return effects for each of the different cells 60. Both lines 14 and 16 are placed at the same potential during store and restore operations to share bit line and restore functions for cell 60. Of course, it is within the skill of those skilled in the art to develop embodiments in which the bit lines and return lines are actually physically separated. Cell U and its embodiment 60 are more capable than Cell 10 as applied to design and construction for increasing density and are therefore the more preferred embodiment. To aid in understanding the operation of cell 50, in the following description lines 14, 36, 16, 38 are referred to not only by numerical designation, but also by their function or (and)
Represented by function and numbers.

例えば、ライン14,16というように指定せずに1ビ
ット●ラインョ又は1ビット●ライン14ぁ及び0復帰
ラインョ又は1復帰ライン16ョと指定する。又、アド
レス・トランジスタ18、揮発性記憶コンデンサ20、
不揮発性又はメモリー・トランジスタ24、及び転送ト
ランジスタ26の各ゲートに電圧を供給するためのライ
ン28,30,32,及び34は、それぞれ、それらの
機能、又は機能を連想する語で指定される。例えば、1
ワード・ライン28J又はRwライン28J..rコン
デンサ・ライン30J又はRcライン30ョ、1メモリ
ー・ライン32J又はRMライン32JNr転送ライン
Cし又はRTラインCLなどである。第4図、第5図、
特に第4図を参照すると、それは第2図のセルQのPチ
ャンネル実施例を表わす。
For example, instead of specifying lines 14 and 16, specify 1 bit line or 1 bit line 14 and 0 return line or 1 return line 16. Also, an address transistor 18, a volatile storage capacitor 20,
Lines 28, 30, 32, and 34 for supplying voltage to the respective gates of non-volatile or memory transistor 24 and transfer transistor 26 are each designated with their function or terms suggestive of their function. For example, 1
Word line 28J or Rw line 28J. .. r capacitor line 30J or Rc line 30, memory line 32J or RM line 32J, transfer line C or RT line CL, etc. Figure 4, Figure 5,
Referring specifically to FIG. 4, it represents the P-channel embodiment of cell Q of FIG.

この装置はN型基板11の上に形成され、各種装置の動
作を通して形成されたチャンネル部分12を接続するた
めの永久P+チャンネル拡散領域46−46を有する。
又、ビット及び復帰ライン14,16はP型である。基
板11の上に形成されたフィールド酸化物の厚い保護被
膜47は基板と装置とに対して電気絶縁を与える。装置
18,20,26はすべて揮発性固定閾値のトランジス
タ動作に適したゲート絶縁構造で構成することができ、
すなわち、代表的に約450人厚の酸化物層48,49
,51と代表的に約400A厚のシリコン窒化物層52
とで構成される。次に、ライン28,30,34,及び
基板電極50を使用して酸化物一窒化物ゲート絶縁物の
下のチャネル領域が導通され、それぞれ電極又はゲート
1&1,20.1及び26.1と基板との間に電位差が
設けられる。電極またはゲート18.1,20.1,2
6.1は代表的なものとしてアルミニュームのような良
導電材料で作られる。前述したように、P+チャンネル
拡散領域46一46は各装置の動作を通して形成される
導電チャンネル12の部分を接続する。
The device is formed on an N-type substrate 11 and has permanent P+ channel diffusion regions 46-46 for connecting channel portions 12 formed through various device operations.
Also, the bit and return lines 14 and 16 are of P type. A thick protective coating 47 of field oxide formed over the substrate 11 provides electrical isolation between the substrate and the device. Devices 18, 20, 26 can all be constructed with gate isolation structures suitable for volatile fixed threshold transistor operation;
That is, the oxide layer 48,49 is typically about 450 mm thick.
, 51 and a silicon nitride layer 52 typically about 400 Å thick.
It consists of The channel region under the oxide mononitride gate insulator is then electrically connected using lines 28, 30, 34 and substrate electrode 50 to electrodes or gates 1 & 1, 20.1 and 26.1 and the substrate, respectively. A potential difference is provided between them. Electrode or gate 18.1, 20.1, 2
6.1 is typically made of a highly conductive material such as aluminum. As previously discussed, P+ channel diffusion regions 46-46 connect the portions of conductive channel 12 that are formed throughout the operation of each device.

例えば、コンデンサ20およびメモリー●トランジスタ
24にそれぞれ関連するチャンネル部61および62が
ある。拡散領域46−46はそれぞれの装置のためにソ
ースとドレインとして使用するために設けられるもので
はない。むしろ、拡散領域46−46は、ゲート26.
1と24.1との間、またはゲート24.1と電極20
.1との間のような隣り合うゲート、またはゲートと電
極間に空間があるために、その間のチャンネル12の形
成に要求されるものである。故に、拡散領域46−46
は絶縁物で分離されて重ね合わされたゲートまたは電極
を使用すれば省略することができる。SNOS(シリコ
ンー窒化物一酸化物一半導体)方式は特にこの方法に対
して有利である。第4図から明らかなように、コンデン
サ20はトランジスタ18,24,26と類似する構造
を有し、トランジスタ、またはデータ記憶トランジスタ
ということもできる。
For example, there are channel portions 61 and 62 associated with capacitor 20 and memory transistor 24, respectively. Diffusion regions 46-46 are not provided for use as sources and drains for respective devices. Rather, diffusion regions 46-46 are connected to gates 26.
1 and 24.1 or between gate 24.1 and electrode 20
.. 1, or between a gate and an electrode, which is required to form a channel 12 therebetween. Therefore, the diffusion region 46-46
can be omitted by using overlapping gates or electrodes separated by an insulator. The SNOS (silicon-nitride-monoxide-semiconductor) system is particularly advantageous for this method. As is apparent from FIG. 4, capacitor 20 has a structure similar to transistors 18, 24, and 26 and may also be referred to as a transistor or a data storage transistor.

しかしながら、コンデンサ20とトランジスタ18,2
4,26は従来の3端子(ソース、ドレイン、ゲート)
FET(電界効果トランジスタ入またはMNOSFET
ではなく、ここではソース、またはドレインを使用しな
い。以下に述べる動作モードから明らかなように、装置
18,20,24,26の動作はCCD(電荷結合装置
)とトランジスタの原理の両者を利用するものである。
しかし、用語を簡素化するために、それぞれ、コンデン
サおよびトランジスタと呼ぶことにする。メモリー●ト
ランジスタ24は薄いメモリー酸化物部53において約
15〜60A厚であり、中間厚の酸化物部54−54に
おいては代表的に約450八厚の■東Bトリゲート(T
rigate)構造である。
However, capacitor 20 and transistors 18,2
4 and 26 are conventional 3 terminals (source, drain, gate)
FET (with field effect transistor or MNOSFET)
Rather than using source or drain here. As will be apparent from the modes of operation described below, the operation of devices 18, 20, 24, 26 utilizes both CCD (charge coupled device) and transistor principles.
However, to simplify terminology, we will refer to them as capacitors and transistors, respectively. The memory transistor 24 is approximately 15-60A thick in the thin memory oxide portion 53, and is typically approximately 450A thick in the medium-thickness oxide portion 54-54.
rigate) structure.

非常に薄く、低いチャージ●トラツピング●センタの集
中度を有するメモリー酸化物層53は基板に対するチャ
ージのトンネル効果を可能はする。1方、シリコン窒化
物層は高いチャージ・トラツピング●センタの集中度を
有する。
The memory oxide layer 53, which is very thin and has a low concentration of charge trapping centers, allows charge tunneling into the substrate. On the other hand, the silicon nitride layer has a high concentration of charge trapping centers.

Mライン32を介してメモリー・トランジスタ24のゲ
ート24.1(例えばアルミニューム)へ適当なバイア
ス電圧を供給すると、メモリー酸化物層53とシリコン
窒化物層52とは基板からトンネルされた電荷を記憶し
、及び(又は)基板へトンネルして電荷を解放してメモ
リー・トランジスタの閾値電圧RvTJの値を設定する
ように、ともに動作する。また、厚い酸化物部54−5
4はトランジスタのツェナー破壊を防止して消耗動作を
予防する。閾値電圧はバイアス電圧を除去した後も無期
限に設定値のままに維持される。
By applying a suitable bias voltage to the gate 24.1 (e.g. aluminum) of the memory transistor 24 via the M-line 32, the memory oxide layer 53 and the silicon nitride layer 52 store charge tunneled from the substrate. and/or to tunnel to the substrate and release charge to set the value of the threshold voltage RvTJ of the memory transistor. In addition, the thick oxide portion 54-5
4 prevents the Zener breakdown of the transistor and prevents the consumption operation. The threshold voltage remains at the set value indefinitely after the bias voltage is removed.

この特性が0不揮発性ョの語の基本となる。バイアス電
圧を適切に”選ぶことにより、トランジスタは異なるバ
イナリ状態を与える異なる閾値電圧にセットすることが
でき、それによつてメモリー記憶を提供する。RAMセ
ル60は以下に述べるような特性を使用し、セルの揮発
性RAM部にあるデータを不揮発性的に記憶する。〔動
作モード〕 模範的な不揮発性動的RAMセル60の動作の説明を正
確にするために、次のような定義を行なう。
This characteristic is the basis of the term 0 non-volatility. By appropriately choosing the bias voltage, the transistors can be set to different threshold voltages giving different binary states, thereby providing memory storage.RAM cell 60 uses the characteristics described below: Data in the volatile RAM portion of the cell is stored in a non-volatile manner.OPERATIONAL MODES To provide an accurate description of the operation of the exemplary non-volatile dynamic RAM cell 60, the following definitions are made.

ライン、又は要素が0ローョに駆動されると・きは、そ
のライン、又は要素は地位電位、すなわち0Vになるも
のとする。ライン、又は要素が「ハイョに駆動されると
きは、そのライン、又は要素は、特に指定された場合を
除き、負に高い電位、すなわち−12Vに維持されるも
のとする。揮発性動作第6図において、セル60の通常
の揮発性動作を通してコンデンサ20に0v(:りr書
込みョを希望する場合は、アクセス●トランジスタ18
のゲート18.1はワード・ライン28によりし)イョ
に駆動され、ビット●ライン14はライン36により1
ローョに駆動され、コンデンサ20の電極20.1はラ
イン30によりし〜イョに駆動される。
When a line or element is driven to zero, the line or element shall be at a potential, i.e., 0V. When a line or element is driven high, the line or element shall be maintained at a negative high potential, i.e. -12V, unless otherwise specified. Volatile Operation No. 6 In the figure, through normal volatile operation of cell 60, capacitor 20 is accessed to 0V (if desired, transistor 18 is programmed).
The gate 18.1 of the bit line 14 is driven to 1 by the word line 28, and the bit line 14 is driven to 1 by the word line 28.
The electrode 20.1 of the capacitor 20 is driven forward by the line 30.

メモリー・トランジスタ24のゲート24.1と転送ト
ランジスタ26のゲート26.1は1ローョに駆動され
、または維持される。アクセス・トランジスタ18のゲ
ート18.1がし〜イョに駆動されるから、トランジス
タ18は導通され、コンデンサ20のチャンネル領域6
1の電位φ。はビット●ライン14と同電位の0Vにな
る。そして、コンデンサ20は充電され、又は成極され
る。充電又は成極状態は任意にROJバイナリ状態とし
て選ばれる。ここで、アドレス●トランジスタ18とコ
ンデンサ20とはともに揮発性動的RAMセルとして使
用されるということは明らかなことである。コンデンサ
20に対しJlJバイナリ状態(ここでは−12Vに選
ばれるョに書込むことを希望する場合は、ワード・ライ
ン28とコンデンサ●ライン30とは再びし)イョに駆
動され、ビット・ラ.イン36もし〜イョに駆動される
The gate 24.1 of the memory transistor 24 and the gate 26.1 of the transfer transistor 26 are driven or maintained at one lock. Since the gate 18.1 of the access transistor 18 is driven forward, the transistor 18 is conductive and the channel region 6 of the capacitor 20 is
1 potential φ. becomes 0V, which is the same potential as the bit line 14. The capacitor 20 is then charged or polarized. The charging or polarizing state is arbitrarily chosen as the ROJ binary state. It is clear that address transistor 18 and capacitor 20 are both used as a volatile dynamic RAM cell. If it is desired to write to the JlJ binary state (here chosen to be -12V) to the capacitor 20, the word line 28 and the capacitor line 30 are again connected, and the bit line 20 is driven to the JlJ binary state (here chosen to be -12V). In 36, it will be driven.

メモリー●トランジスタ24と転送トランジスタ26の
ゲートは、前回同様、ともに1ローョに駆動、又は維持
される。ROJ書込の場合と同様に、ワード・ライン2
8を介して供給される電圧により導通するよう駆動され
て、コンデンサ20のチャンネル領域61の電位φcは
ビット・ライン14と同電位に設定される。この場合は
、ビット・ライン14は−12Vであり、コンデンサ2
0は成極されず、−12V、すなわち、RlJ状態に書
込まれる。ビット●ラインの−12V電位は実際にはコ
ンデンサ20へー12Vより少い電位を書込む。
As in the previous case, the gates of the memory transistor 24 and the transfer transistor 26 are both driven or maintained at 1 rotation. As with the ROJ write, word line 2
8, the potential φc of the channel region 61 of the capacitor 20 is set to the same potential as the bit line 14. In this case, bit line 14 is at -12V and capacitor 2
0 is unpolarized and written to -12V, ie, RlJ state. The -12V potential on the bit line actually writes a potential less than -12V to capacitor 20.

これは(他の影響を無視して)φ。がビット・ライン電
位とトランジスタ24の閾値電圧■,との間の差異に接
近するためである。すなわち、ビット・ラインが−12
V..VTが−3Vであるとφ。は−9Vである。そこ
の表面電位はVTの影響を考慮すべきであるが、理解を
簡単にし、容易にするために、例えば、ビット・ライン
によつて供給される電位の値とほぼ同様であるとみなさ
れる。第6図はコンデンサ20へRO.j.又はRlJ
状態を書込む場合の波形を表わす。
This (ignoring other effects) φ. is close to the difference between the bit line potential and the threshold voltage of transistor 24, . That is, the bit line is -12
V. .. When VT is -3V, φ. is -9V. The surface potential thereon should take into account the effects of VT, but for simplicity and ease of understanding it is assumed to be approximately similar in value to the potential supplied by, for example, a bit line. FIG. 6 shows RO to capacitor 20. j. or RlJ
Indicates the waveform when writing the status.

セル60の揮発性動作を反覆するためには、コンデンサ
の電極20.1とアクセス・トランジスタ18のゲート
1&1とを−12■で駆動し、ライン36を使用してビ
ット・ライン14をO■に駆動、又は維持することによ
りROョ状態が書込まれる。更に、コンデン・サ20は
電極20.1とゲート1&1とを−12Vに駆動し、ラ
イン36を使用してビット●ライン14を一12Vに駆
動することによりRlJ状態が書込まれる。実際は、0
V1または−12V信号の形のバイナリ情報はビット・
ライン14からコンデンサ20へ転送され、定められた
バイナリ状態として記憶される。不揮発性記憶 主電源が停止、または他の中断状態となるような場合が
ある。
To reverse the volatile operation of cell 60, capacitor electrode 20.1 and gates 1 & 1 of access transistor 18 are driven at -12■ and line 36 is used to drive bit line 14 to O. The RO state is written by driving or maintaining it. Additionally, capacitor 20 drives electrode 20.1 and gates 1&1 to -12V, and the RlJ state is written by driving bit line 14 to -12V using line 36. Actually, 0
Binary information in the form of a V1 or -12V signal is a bit
It is transferred from line 14 to capacitor 20 and stored as a defined binary state. There may be instances where the non-volatile storage main power supply is shut down or otherwise interrupted.

かかる情況下において、コンデンサ20に記憶されてい
る揮発性情報は、記憶データをリフレッシュするための
非常用電源の使用の必要性を排除するために、シフトさ
れて記憶されるべきであるということが、非常に大きな
要望である。このセル60はそのデータを不揮発性メモ
リー・トランジスタ24に記憶することにより前述の希
望を達成することができる。その記憶動用はメモリー・
トランジスタ24のゲート24.1を例えば−25■の
ような大きな負の電圧で駆動し、その後、短時間経過後
に、コンデンサ20の電極20.1を1ローョに駆動し
、アドレス●トランジスタ18のゲート1&1を1ロー
ョに維持することにより達成される。当業者間では明白
なことであるが、通常の揮発性RAMセルは電源停止後
、数ミリ秒間のみ、データを保持することができるから
、読取回路は、不測の又は希望しない電源事故が発生し
たときに敏速に記憶動作を起動するよう要求され、直ち
に実行される。第7図はコンデンサ20から書換可能な
不揮発性メモリー●トランジスタ24にデータを転送、
又は記憶することに使用される波形を表わす。
Under such circumstances, it is understood that the volatile information stored on capacitor 20 should be shifted and stored to eliminate the need for the use of emergency power to refresh the stored data. , is a very big request. This cell 60 can accomplish the foregoing desire by storing its data in non-volatile memory transistor 24. Its memory operation is memory
The gate 24.1 of the transistor 24 is driven with a large negative voltage, for example -25 cm, and then, after a short period of time, the electrode 20.1 of the capacitor 20 is driven to 1, and the address gate of the transistor 18 is This is achieved by keeping 1 & 1 at 1 ro. As those skilled in the art will appreciate, typical volatile RAM cells can retain data for only a few milliseconds after a power outage, so the readout circuitry will not survive an unexpected or unwanted power failure. Sometimes a prompt memory operation is requested and executed immediately. Figure 7 shows a rewritable non-volatile memory that transfers data from the capacitor 20 to the transistor 24.
or represents a waveform used for storage.

この図は時間の経過TSO−TS3に分割される。第7
図の時間の増加、及び他の波形図の時間の増加は等しい
間隔をもつて表わされる必要はない。最初に、コンデン
サ20からメモリー・トランジスタ24へROJの転送
を行なうものとする。また、電源停止時において、すな
わちラインt!JOの時点で、(1)メモリー・トラン
ジスタ24は、例えばVT=ー3Vの閾値電圧に前もつ
て消去されており、(2)コンデンサのチャンネル領域
の電位φ。は、−12■のC1−12■のW..OVf
)Bを使用して(第6図)、0Vに書込まれたか、リフ
レッシュされており、(3)書込み、またはリフレッシ
ュ動作後は、Wライン28は1ローョに駆動されており
、Cライン30は継続してし)イョであるものと仮定す
る。また、アクセス・トランジスタ18は非動作状態で
あり、コンデンサ・チャンネルとビット・ラインとの間
の接続を終了しているから、ビット・ライン14が1ロ
ーョであるか、1ハイョであるかには無関係である。電
源停止後、直ちに、データの転送を有効に行なうために
コンデンサ20を最高に充電する。
The diagram is divided into time progressions TSO-TS3. 7th
The time increments of the diagram and the time increments of other waveform diagrams need not be equally spaced. First, assume that ROJ is transferred from capacitor 20 to memory transistor 24. Also, when the power is stopped, that is, line t! At the time of JO, (1) the memory transistor 24 has been pre-erased to a threshold voltage of, for example, VT=-3V, and (2) the potential φ of the channel region of the capacitor. is -12■ C1-12■ W. .. OVf
) B (FIG. 6), and (3) after a write or refresh operation, the W line 28 is driven to 1, and the C line 30 is (continuously)). Also, since access transistor 18 is inactive and has terminated the connection between the capacitor channel and the bit line, it does not matter whether bit line 14 is at 1 low or 1 high. It's irrelevant. Immediately after the power is turned off, the capacitor 20 is charged to the maximum level in order to effectively transfer data.

それはメモリー内のすべてのコンデンサをリフレッシュ
する。リフレッシュ後、約2ミリ秒内のTSl時におい
て、Wライン32はメモリー・トランジスタ24のゲー
ト24.1を−25Vに駆動する。まず、メモリー●ト
ランジスタ24のチャンネル領域62の表面電位φ9が
供給された電圧によソー25■の方へ駆動される。コン
デンサ●チャンネル61の電位φ。は前述したように0
Vである。従つてコンデンサ・チャンネルは大きく集中
されたホール(少数チャージ・キャリヤ)を含む。この
メモリー・トランジスタ・チャンネル62の約一25■
電位はこれらホールを引き付けて共有する。次のTS2
の時点において、Cライン30は1ローョに駆動されて
コンデンサの電極20.1を0Vに駆動する。コンデン
サはもはやホールをそのコンデンサ●チャンネルの方へ
引き付けることはなく、実際には、0Vのコンデンサ・
ゲートの電圧はコンデンサからそのホールを反発し、そ
の上、負のメモリー●トランジスタ電圧はホールをその
メモリー●トランジスタの方へ吸引する。この処理は十
分なホールをメモリー●トランジスタ24のチャンネル
の方へ素早く転送し、電位φ.を十分に0V近くに上昇
させる。それは基板とゲート絶縁物との界面である酸化
物53一窒化物52間にトンネル効果を生じさせてメモ
リー・トランジスタに書込みを行なう。約−25Vのゲ
ート電圧と約0Vとチャンネル表面電位の結果から生じ
た25Vの電位差は約−10Vの閾値電圧にメモリー●
トランジスタを書込むことになる。電源故障時に、コン
デンサ20はRlJ状態であつた場合は、ホールはコン
デンサ●チャンネルの方へ引き付けられることなく、メ
モリー電圧が書込電圧を受け、コンデンサが1ローョに
駆動されたときでも、メモリー・トランジスタの方へ転
送されるべきホールはない。
It refreshes all capacitors in memory. At time TSL, approximately 2 milliseconds after refresh, W line 32 drives gate 24.1 of memory transistor 24 to -25V. First, the surface potential φ9 of the channel region 62 of the memory transistor 24 is driven toward the source 25 by the supplied voltage. Capacitor●Channel 61 potential φ. is 0 as mentioned above
It is V. The capacitor channel therefore contains a large concentration of holes (minority charge carriers). Approximately 125 of this memory transistor channel 62
The electrical potential attracts and shares these holes. Next TS2
At the moment , the C line 30 is driven to 1, driving the capacitor electrode 20.1 to 0V. The capacitor no longer attracts holes towards its capacitor channel, and in fact, the 0V capacitor channel
The gate voltage repels the holes from the capacitor, and moreover, the negative memory transistor voltage attracts the holes towards the memory transistor. This process quickly transfers enough holes toward the channel of the memory transistor 24 so that the potential φ. sufficiently raise it to near 0V. It creates a tunnel effect between the oxide 53 and nitride 52 interface between the substrate and the gate insulator to write to the memory transistor. The 25V potential difference resulting from the gate voltage of approximately -25V and the channel surface potential of approximately 0V results in a threshold voltage of approximately -10V.
This will write the transistor. If the capacitor 20 was in the RlJ state during a power failure, the holes would not be attracted toward the capacitor channel, and the memory voltage would remain intact even when the memory voltage received the write voltage and the capacitor was driven to one position. There are no holes to be transferred towards the transistor.

メモリー・トランジスタ面電位φ.はそのゲート24.
1の電圧とほぼ同電圧の約−25Vに維持される。それ
は酸化物一窒化物界面間にトンネル効果を発生させるに
は不十分な電位である。それ故、メモリー・トランジス
タ24はVT=ー3■の消去状態に維持される。要約す
ると、記憶動作を通して、ROJ(0V)またはRlJ
(−12v)の揮発性コンデンサ・データは不揮発性に
変換されてメモリー●トランジスタの状態を、それぞれ
、■7=ー10Vに書込むか、またはVτ=ー3Vに消
去する。コンデンサ20からメモリー●トランジスタ2
4へのROJ及びRlJデータの転送によつて生じる書
込状態及び消去状態は後述する復帰動作を通してコンデ
ンサに戻されるデータを制御する。メモリー・トランジ
スタ24へRlJ状態のデータを記憶させる場合、トン
ネルを妨げる面電位φ9はほぼ数ミリ秒のみ継続すると
いうことに注目すべきである。
Memory transistor surface potential φ. is the gate 24.
The voltage is maintained at approximately -25V, which is approximately the same voltage as that of voltage 1. It is an insufficient potential to create a tunneling effect between the oxide-monitride interface. Therefore, memory transistor 24 is maintained in the erased state with VT=-3. In summary, throughout the memory operation, ROJ (0V) or RlJ
Volatile capacitor data (-12V) is converted to non-volatile to write the state of the memory transistor to ■7=-10V or erase Vτ=-3V, respectively. From capacitor 20 to memory ●transistor 2
The write and erase states caused by the transfer of ROJ and RlJ data to 4 control the data returned to the capacitor through the return operation described below. It should be noted that when storing RlJ state data in memory transistor 24, the surface potential φ9 that prevents tunneling lasts only approximately a few milliseconds.

代表的な環境条件下において、ホール(N型基板11に
おいては少数キャリヤである)は熱による発生又は(及
び)イオン化放射の吸収によつて継続的に放出される。
少数チャージ・キャリヤはメモリー・トランジスタ24
の方へ流れ、吸引されて、約10〜20ミリ秒の短時間
に表面電位φMを0Vの方へ上昇させる。その結果生じ
たゲート絶縁物間の電位差はメモリー・トランジスタ2
4に書込みを生じさせる。この希望しない書込みは、数
ミリ秒内に記憶転送動作を完了し、時間T,3の時点に
おいて表わされているように、メモリー・トランジスタ
・ゲート24.1から電圧を除去することにより排除す
ることができる。前述の代りに、周囲の温度及び光を制
御してこの書込みを排除することができることも、勿論
可能である。情報を不揮発性メモリー●トランジスタ2
4に記憶したということは、トランジスタ24は周期的
にリフレッシュする必要がないということであるから、
記憶情報は、それを利用するために、セル60の動的R
AMセル部へ復帰転送することを希望する時まで数ケ月
又は数年そのままの状態を維持することができる。
Under typical environmental conditions, holes (which are minority carriers in N-type substrate 11) are continuously emitted by thermal generation and/or absorption of ionizing radiation.
Minority charge carriers are memory transistors 24
, and is attracted, raising the surface potential φM toward 0 V in a short period of about 10 to 20 milliseconds. The resulting potential difference across the gate insulator is the memory transistor 2
4 causes writing to occur. This unwanted write completes the storage transfer operation within a few milliseconds and is eliminated by removing the voltage from the memory transistor gate 24.1, as represented at time T,3. be able to. As an alternative to the above, it is of course also possible that the ambient temperature and light can be controlled to eliminate this writing. Non-volatile memory for information Transistor 2
4 means that the transistor 24 does not need to be refreshed periodically.
The stored information is stored in the dynamic R of cell 60 in order to utilize it.
It can remain in that state for months or years until it is desired to be transferred back to the AM cell section.

復帰動作 メモリー●トランジスタ24からコンデンサ20へのデ
ータの復帰は反転又は不反転方式のいずれかで行なうこ
とができる。
Restoration Operation Memory - Data can be restored from the transistor 24 to the capacitor 20 in either an inverting or non-inverting manner.

コンデンサ20へ反転方式で情報を復帰させるためには
、前゛もつて、ワード・ライン28とビット・ライン3
6とコンデンサ●ライン30とはし)イョ状態に荷電さ
れている必要がある。次に、ワード・ライン28とビッ
ト・ライン36とは1ローョに駆動され、コンデンサ●
ライン30はし〜イョのままに維持される。次いで、メ
モリー・ライン32は−6■に駆動され、転送ライン3
4はし〜イョに駆動されて、それが反転された電荷をメ
モリー・トランジスタ24からコンデンサ20へ転送さ
せることになる。反転復帰を詳述するために、第8図の
電圧波形を参照する。
To return information to capacitor 20 in an inverted manner, word line 28 and bit line 3 must first be connected to each other.
6 and the capacitor ● line 30) must be charged to the y state. Next, word line 28 and bit line 36 are driven to 1, and capacitor ●
Line 30 is maintained at the end. Memory line 32 is then driven to -6■ and transfer line 3
4 will be driven to cause the inverted charge to be transferred from memory transistor 24 to capacitor 20. To explain the inversion return in detail, refer to the voltage waveform of FIG. 8.

第8図の経過時間はt!RO〜t!R6に分割されてい
る。最初に、TIRO時において、すべてのラインとゲ
ート(W,B,C,M,T及びR)は電源停止状態の0
Vにある。TIRl時点において、まずコンデンサ20
はRlJ状態に復帰するための準備としてイニシアライ
ズされる。これは、ライン36へー12Vを供給してビ
ット●ライン14を−12Vにし、同じく−12S!を
ワード・ライン28に供給してビット●ラインをコンデ
ンサ●チャンネル61に接続するために、アドレース・
トランジスタ18をターン・オンすることにより達成で
きる。それによつて、コンデンサ20の表面電位φ。は
−12S1にされ、コンデンサは不成極RlJ状態に書
込まれる。コンデンサをイニシアライズした後のt!R
2時において、アドレス●トランジスタ18への動作信
号はビット●ライン14からコンデンサ20を切るため
に供給停止される。t!R3時において、ビット・ライ
ンは0Vに駆動される。TlR4時において、転送トラ
ンジスタ26はTライン34を介して供給されるーー1
2Vゲート信号により駆動され、メモリー・トランジス
タ24のチャンネル領域62を0Vである復帰ライン3
8に接続する。従つて、この時点においては、ビット・
ライン及び復帰ラインは0V1転送トランジスタ26の
ゲート26.1は一12■、メモリー・トランジスタ2
4のゲート24.1は0V1コンデンサ20のゲート2
0.1は−12Vである。TIR5時において、メモリ
ー・トランジスタ24の各閾値電圧−3Vと−10Vと
のほぼ中間の値である−6Vの読出電圧がMライン32
を通してメモリー・ゲート24.1へ供給される。
The elapsed time in Figure 8 is t! RO~t! It is divided into R6. Initially, during TIRO, all lines and gates (W, B, C, M, T and R) are powered down to 0.
It's in V. At the time of TIRl, first the capacitor 20
is initialized in preparation for returning to the RlJ state. This supplies -12V to line 36 and makes bit line 14 -12V, also -12S! to word line 28 and connect the bit line to capacitor channel 61.
This can be accomplished by turning on transistor 18. Thereby, the surface potential φ of the capacitor 20. is set to -12S1 and the capacitor is written to the unpolarized RlJ state. t! after initializing the capacitor! R
At 2 o'clock, the operating signal to address transistor 18 is cut off to disconnect capacitor 20 from bit line 14. T! At R3, the bit line is driven to 0V. At TlR4, transfer transistor 26 is supplied via T line 34 - 1
Return line 3 is driven by a 2V gate signal and is at 0V across channel region 62 of memory transistor 24.
Connect to 8. Therefore, at this point, the bit
line and return line are 0V1, gate 26.1 of transfer transistor 26 is -12■, memory transistor 2
4 gate 24.1 is 0V1 capacitor 20 gate 2
0.1 is -12V. At TIR 5, a read voltage of -6V, which is approximately an intermediate value between the respective threshold voltages of the memory transistors 24 -3V and -10V, is applied to the M line 32.
to the memory gate 24.1.

もし、メモリー・トランジスタの閾値電圧VTが−3V
である場l合は、この−6V信号はメモリー●トランジ
スタを導通させる。従つて、メモリー・トランジスタ2
4と転送トランジスタ26とは復帰ライン16の0Vを
−12■のコンデンサ・チャンネル61に供給し、その
結果、コンデンサ・チャンネルが0Vに放電される。そ
のため、原RlJ状態は消去されたメモリー・トランジ
スタに転送され、コンデンサがROョ状態に反転して復
帰されたことになる。もし、Vτが−10Vの場合は、
−6V読出電圧が供給されたときに、メモリー・トラン
ジスタは″導通せず、コンデンサCのチャンネル領域は
−12Vに維持される。原ROJコンデンサ状態がメモ
リー・トランジスタに転送されていた場合は、RlJコ
ンデンサ状態に反転して復帰する。反転復帰動作の利点
の1つは、読出電圧が適当に選ばれるならば、閾値電圧
の低下に比較的敏惑ではないということである。例えば
、もし最初の閾値電圧が−3V1または−10■のいず
れかの場合、閾値電圧が−3Vから−5Vへ、又−10
Vから一7Vへ減衰した場合でも典型的な−6V質問電
圧の使用により正しく復帰を行なうことができる。その
上、メモリー●トランジスタ24は比較的まれにしか使
用されず、すなわち、不揮発性記憶動作及び復帰動作の
場合にのみ使用されるから、消耗による機能劣化は反転
及び不反転動作モードのどちらの場合でも非常に少い。
前述したように、コンデンサ20は反転方式で復帰する
から、電源停止時におけるコンデンサのチャンネル領域
61の原偵又は−12−1表面電位はそれぞれ−12■
又は0Vに復帰する。
If the threshold voltage VT of the memory transistor is -3V
If , this -6V signal causes the memory transistor to conduct. Therefore, memory transistor 2
4 and transfer transistor 26 supply 0V on return line 16 to -12■ capacitor channel 61, so that the capacitor channel is discharged to 0V. Therefore, the original RlJ state is transferred to the erased memory transistor, and the capacitor is inverted back to the RRO state. If Vτ is -10V,
When a -6V read voltage is applied, the memory transistor does not conduct and the channel region of capacitor C remains at -12V. If the original ROJ capacitor state had been transferred to the memory transistor, RlJ inverts back to the capacitor state. One advantage of the inverting return operation is that it is relatively insensitive to threshold voltage drops if the read voltage is chosen appropriately. For example, if the initial If the threshold voltage is either -3V1 or -10■, the threshold voltage changes from -3V to -5V and -10
Even in the event of a decay from V to -7V, a typical -6V interrogation voltage can be used to ensure proper recovery. Moreover, since the memory transistor 24 is used relatively infrequently, i.e., only for non-volatile storage operations and recovery operations, functional deterioration due to wearout occurs in both inverting and non-inverting modes of operation. But very few.
As mentioned above, since the capacitor 20 returns in an inversion manner, the original or -12-1 surface potential of the channel region 61 of the capacitor when the power is turned off is -12■, respectively.
Or return to 0V.

これはRAM回路がその反転を認めるか、または反転デ
ータを再び反転する2重復帰動作を行なつて、不反転原
データを作成することが必要である。どちらの場合でも
簡単に実行可能である。反転せずにコンデンサ20へ情
報を復帰させることを希望する場合は、ワード・ライン
28とコンデンサ・ライン30とをし)イョに駆動し、
1方ビット・ライン36を1ローョに駆動又は維持する
ようにしてコンデンサを予めチャージする。
This requires the RAM circuit to recognize the inversion, or to perform a double restoration operation to invert the inverted data again to create non-inverted original data. Either case is easy to implement. If it is desired to return information to capacitor 20 without inversion, drive word line 28 and capacitor line 30 to
One bit line 36 is driven or maintained at 1 to precharge the capacitor.

メモリー・ライン32及び転送ライン34もまた、1ロ
ーョに駆動または維持される。コンデンサ・ライン30
をし)イョに維持する1方、ワード●ライン28を1ロ
ーョに駆動する。メモリー・ライン32を−10Vに、
転送ライン34を「ハイョに駆動し、続く電源動作によ
りφcが一10Vに駆動される(トランジスタ24の■
,により減衰される)。ここで、セル60は、再び、周
期的リフレッシュを必要とし、希望により情報を記憶す
る能力を有する通常の動的RAMモードで機能し、動作
する。不反転動作モードについて詳述するために第9図
を参照する。
Memory line 32 and transfer line 34 are also driven or maintained in one rotation. capacitor line 30
On the other hand, drive the word line 28 to 1. Memory line 32 to -10V,
The transfer line 34 is driven to a high voltage, and φc is driven to -10V by the subsequent power supply operation (the voltage of the transistor 24 is
, attenuated by ). Here, cell 60 again functions and operates in a normal dynamic RAM mode requiring periodic refresh and having the ability to store information as desired. Reference is made to FIG. 9 for a detailed discussion of the non-inverting mode of operation.

それは不反転動作モードの説明に便利な波形を表わす。
時間の経過はTNRO−TNR6て表わされる。TNR
O時は電源停止状態を表わし、すべての要素は地位に置
かれる。TNRl時において、ワード●ライン28とコ
ンデンサ●ライン30とは−12Vにセットされてアド
レス・トランジスタ18とコンデンサ20とを活動させ
、ビット●ライン14は0Vにセット又は維持されてコ
ンデンサ●チャネル領域61の電位φ。をO■に駆動す
る。これは、コンデンサにチャージされたROJ状態を
書込むことにより、それをイニシアライズすることにな
る。次に、TNR2において、ワード●ライン28を0
Vに駆動することにより、アドレス・トランジスタ18
は不活動化される。
It represents a useful waveform for explaining the non-inverting mode of operation.
The passage of time is expressed as TNRO-TNR6. TNR
O time represents a power-off state, and all elements are placed in their positions. During TNRl, word line 28 and capacitor line 30 are set to -12V to activate address transistor 18 and capacitor 20, and bit line 14 is set or maintained to 0V to activate capacitor channel region 61. potential φ. is driven to O■. This will initialize the capacitor by writing the charged ROJ state to it. Next, in TNR2, set the word line 28 to 0.
Address transistor 18 by driving to V
is deactivated.

それと同時に、復帰ライン38と転送トランジスタ26
のゲート26.1とは−12Vにセットされて、メモリ
ー・トランジスタのチャンネルの両端の電位を反転する
。TNR3時において、メモリー・トランジスタのゲー
ト24.1が0Vと仮定すると、メモリー・トランジス
タ・チャンネル62の左側及び右側はそれぞれ0V及び
−12Vである。−10Vをメモリー・トランジスタの
ゲート24.1へ(希望によりTNR3時において)供
給することにより復帰動作が完了する。
At the same time, the return line 38 and the transfer transistor 26
The gate 26.1 of is set to -12V to invert the potential across the channel of the memory transistor. At TNR3, assuming 0V on the gate 24.1 of the memory transistor, the left and right sides of the memory transistor channel 62 are at 0V and -12V, respectively. The return operation is completed by supplying -10V to the gate 24.1 of the memory transistor (at TNR3, if desired).

Vτが−10Vの場合は、メモリー・トランジスタは全
く導通せず、コンデンサ20のチャンネル領域は0Vに
維持され、コンデンサの原ROl状態に復帰する。しか
し、メモリー・トランジスタ24の閾値が一3V消去状
態の場合は、ゲート24.1へー10Vを供給するメモ
リー・トランジスタがターン・オンされ、そのソースは
−7Vになる。次に、コンデンサ20のチャンネル領域
は−7Vにチャージされ、コンデンサは負電位にされる
。要約すると、コンデンサ20のチャンネル領域は、メ
モリー・トランジスタに−3Vか−10Vかのいずれが
書込まれたかにより、0Vか、または一7Vのいずれか
になる。
If Vτ is -10V, the memory transistor will not conduct at all and the channel region of capacitor 20 will remain at 0V, returning the capacitor to its original ROl state. However, if the threshold of memory transistor 24 is -13V in the erase state, the memory transistor providing -10V to gate 24.1 will be turned on and its source will be -7V. The channel region of capacitor 20 is then charged to -7V, bringing the capacitor to a negative potential. In summary, the channel area of capacitor 20 will be either 0V or -7V depending on whether -3V or -10V is written to the memory transistor.

復帰された電荷の大きさからいうと、不反転−7V復帰
は反転動作モードで与えられた−12Vのような完全な
復帰ではない。しかし、不反転復帰は、コンデンサ20
が電源停止時に存在した極性と同一極性に復帰されると
いう利点を有する。その上、−7V復帰電荷はその後の
リフレッシュ動作によソー12Vに完全に復帰されるの
で問題ない。復帰動作完後、第9図のTNR,時に示す
ように、すべての要素をターン・オフすることにより後
続動作の準備をすることができる。
In terms of the magnitude of the restored charge, the non-inverting -7V return is not as complete as the -12V provided in the inverting mode of operation. However, non-inverting return is caused by capacitor 20
has the advantage that the polarity is restored to the same polarity that existed when the power was turned off. Moreover, there is no problem since the -7V recovery charge is completely restored to 12V by the subsequent refresh operation. After the return operation is complete, preparation can be made for the subsequent operation by turning off all elements, as shown at TNR in FIG.

コンデンサの電極20.1はコンデンサにデータを維持
するようバイアスを継続する。セル60の標準揮発性メ
モリー部のために、復帰動作終了後約、2ミリ秒内にリ
フレッシュ動作を開始しなければならず、コンデンサ2
0の状態を維持するためにリフレッシュ動作を2ミリ秒
ごとに反覆しなければならない。
The capacitor electrode 20.1 continues to bias the capacitor to maintain data. Due to the standard volatile memory portion of cell 60, the refresh operation must begin within approximately 2 milliseconds after the return operation is completed, and capacitor 2
The refresh operation must be repeated every 2 milliseconds to maintain the zero state.

転送ゲート26.1とメモリー・ゲート24.1とが0
Vであるとき、ワード●ライン28によつてアクセス●
トランジスタ18がターン・オンされ、コンデンサ20
に蓄積されている電荷はビット・ライン36を介して読
取装置に読出される。不反転RlJ復帰の場合には、−
7V電荷を−12Vにリフレッシュするに必要な回路を
使用す.る。
Transfer gate 26.1 and memory gate 24.1 are 0
When V, accessed by word line 28
Transistor 18 is turned on and capacitor 20
The charge stored in is read out via bit line 36 to a reading device. In the case of non-inverted RlJ return, −
Use the circuitry necessary to refresh the 7V charge to -12V. Ru.

そのとき、セル60は通常の揮発性動作モードに復帰す
る。第3図はセル10を使用したメモリー・セル・アレ
イを表わす。
Cell 60 then returns to its normal volatile mode of operation. FIG. 3 depicts a memory cell array using cells 10.

セル50又はセル60は類似する方法で使用する。共通
列の各ビット・ラインはJ共通ライン36.1,36.
2,36.3,および36.4に接続され、共通行の各
ワード・ラインは、それぞれ、共通ライン28.1,2
&2,および28.3に接続される。かくして、特定の
メモリー・セルが指定され、アレイ内のその位置がアク
セスされる。例えば、アレイの下左手角のセルをアクセ
スすることを希望する場合は、ワード・ライン2&3と
ビット●ライン36.1とによりアクセスされる。セル
10のすべてのコンデンサ20−20のゲートはライン
300に接続され、メモリー・トランジスタ24のゲー
トはライン320に接続される。同様にして、すべての
転送トランジスタ26のゲートはライン340に接続さ
れる。このような配列によつて、この装置は群又はマト
リックスごとに記憶され、消去することができて、非常
に便利である。メモリー・アレイの組織を明確にするた
め、更に、出力データを読出すための読出増幅器42と
、メモリーにデータを書込むインプット●ドライバ40
とを略図で表わしてある。
Cell 50 or cell 60 are used in a similar manner. Each bit line of the common column is J common line 36.1, 36.
2, 36.3, and 36.4, and each word line of the common row is connected to common lines 28.1, 2, respectively.
&2, and 28.3. Thus, a particular memory cell is designated and its location within the array is accessed. For example, if it is desired to access the cell in the bottom left hand corner of the array, it will be accessed by word lines 2 & 3 and bit line 36.1. The gates of all capacitors 20-20 of cell 10 are connected to line 300 and the gate of memory transistor 24 is connected to line 320. Similarly, the gates of all transfer transistors 26 are connected to line 340. With such an arrangement, the device can be stored and erased in groups or matrices, which is very convenient. To clarify the organization of the memory array, there is also a read amplifier 42 for reading output data and an input driver 40 for writing data to the memory.
are shown schematically.

読出増幅器42はメモリー・アレイの各列に対して設け
られるが、図面を簡略化するために、1読出増幅器のみ
を表わしてある。その上、各種他の読出増幅器とドライ
バ装置とがセル10−10に対する読・書のために使用
できること、および、多くのメモリー組織にセル10を
利用することができるということは当業者にとつて明ら
かなことである。そのようなメモリー組織の例の1つと
しては、1977年4月28日発行のエレクトロニクス
(ElectrOnlcs)115頁〜119頁に記載
されている16kビット動的RAMメモリーがある。
A read amplifier 42 is provided for each column of the memory array, but only one read amplifier is shown to simplify the drawing. Additionally, those skilled in the art will appreciate that a variety of other read amplifiers and driver devices can be used to read and write to cells 10-10, and that cell 10 can be utilized in many memory organizations. That's obvious. One example of such a memory organization is the 16 kbit dynamic RAM memory described in ElectrOnlcs, April 28, 1977, pages 115-119.

以上述べたこの発明の実施例では、セルはPチャンネル
・モードで動作するように説明したが、適当な反対極性
を適用してNチャンネル・セルを使用てきることは当然
である。
Although in the embodiments of the invention described above the cells have been described as operating in P-channel mode, it will be appreciated that N-channel cells may be used with appropriate opposite polarity.

この実施例によるメモリー・アレイは3×4マトリクス
で説明されたが、この発明はそれに限定されるものでは
なく、その上にセルのアレイを構成するチップの寸法に
のみ制限されるものである。(7)発明の効果 以上説明したところから明らかなように、本願発明によ
れば、揮発性メモリー・コンデンサと不揮発性メモリー
・トランジスタとを分離し、他に転送トランジスタを使
用することによつて、記憶する電荷の量に拘わらず、又
は不揮発性に記憶する電荷の量に相当変化があつた場合
でも、不揮発性記憶状態を正しく揮発性記憶装置に復帰
させることができる、すなわち、記憶容量の低下の許容
範囲を非常に広くして不揮発性記憶の信頼性を倍加した
不揮発性RAMメモリー●セルを提供することができた
Although the memory array according to this embodiment has been described as a 3×4 matrix, the invention is not limited thereto, but only to the dimensions of the chips on which the array of cells is constructed. (7) Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the present invention, by separating the volatile memory capacitor and the nonvolatile memory transistor and using a transfer transistor in addition, Regardless of the amount of charge to be stored, or even if there is a considerable change in the amount of charge to be stored in a non-volatile manner, the non-volatile storage state can be correctly restored to the volatile storage device, i.e., the storage capacity decreases. We were able to provide a nonvolatile RAM memory cell that has a very wide tolerance range and doubles the reliability of nonvolatile memory.

その上、この発明によるメモリー・セルは従来技術とは
異なり、特別な外部装置乃至その動作を必要とせず、単
に復帰動作シーケンスを変えることによつて、反転復帰
も不反転復帰も簡単に行うことができる。
Moreover, unlike the prior art, the memory cell according to the present invention does not require any special external equipment or its operation, and can easily perform inversion recovery and non-inversion recovery by simply changing the recovery operation sequence. I can do it.

又、この発明による不揮発性トランジスタは不揮発性動
作の際にたまにしか使用しないので機能劣化が少く、寿
命が長いので、更にj信頼性が増加した。更に、この発
明によるメモリー・セルは、次の不揮発性記憶の準備の
ために行う消去又はイニシャライズの際に、揮発性記憶
装置に復帰した情報を、従来技術のように、外部の一時
メモリーに記憶させる必要がなく、復帰後直ちに揮発性
動作を続行することができるという利点を有する。
In addition, since the non-volatile transistor according to the present invention is used only occasionally during non-volatile operation, there is little functional deterioration and the lifetime is long, resulting in further increased reliability. Furthermore, the memory cell according to the invention stores the information restored to the volatile memory during erasure or initialization in preparation for the next non-volatile memory in an external temporary memory, as in the prior art. This has the advantage that volatile operations can be continued immediately after recovery.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の原理を使した新規なRAMセルの1
実施例を表わす略図;第2図はこの発明の原理を使用し
た新規なRAMセルの他の実施例を表わす略図;第3図
は行と列のマトリクスに配列されたこの発明の代表的な
RAMセルのメモリー・アレイを表わす略図;第4図は
第2図に表わしたRAMセルのPチャンネルの実施例を
表わす1部省略断面図;第5図は第4図のPチャンネル
R,AMセルの1部省略平面図;第6図は第4図のPチ
ャンネル・セルの通常の揮発性書込動作中に使用される
電圧の波形図:第7図は第4図のPチャンネルRAMセ
ルの不揮発性の記憶動作中に使用される電圧の波形図;
第8図は第4図のPチャンネルRAMセルの反転復帰動
作中に使用される電圧の波形図;第9図は第4図のPチ
ャンネルRAMセルの不反転復帰動作中に使用される電
圧の波形図を表わす。 10・・・・・RAMセル、14,16・・・・・・拡
散領域、18・・・・アドレス・トランジスタ、20・
・コンデンサ、24・・・・・・不揮発性トランジスタ
、26・・・・・・転送トランジスタ、28・・・・・
・ワード●ライン、36・・・・・・ビット・ライン、
40・・・・・・書込ドライバ、42・・・・・・読出
増幅器、46・・・・・・Pチャンネル拡散領域、47
・・・・フィールド酸化物保護被膜、48,49,51
・・・・・・厚い酸化物層、50・・・・・・RAMセ
ル、52・・・・・・窒化物層、53・・・・・・薄い
メモリー酸化物層、54・・・・・中間層の酸化物層、
60・・・・・・セル、61・・・・・・コンデンサ・
チヤンネル、62・・・・・・メモリー・トランジスタ
・チヤンネル。
Figure 1 shows one of the new RAM cells using the principle of this invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of a novel RAM cell using the principles of the invention; FIG. 3 is a diagram illustrating a representative RAM of the invention arranged in a matrix of rows and columns. A schematic diagram showing the memory array of the cell; FIG. 4 is a partially omitted cross-sectional view showing an embodiment of the P channel of the RAM cell shown in FIG. 2; FIG. 6 is a diagram of voltage waveforms used during a normal volatile write operation of the P-channel RAM cell of FIG. 4; FIG. 7 is a non-volatile diagram of the P-channel RAM cell of FIG. 4. Waveform diagram of voltage used during sexual memory operation;
8 is a waveform diagram of the voltage used during the inversion return operation of the P-channel RAM cell of FIG. 4; FIG. 9 is a waveform diagram of the voltage used during the non-inversion return operation of the P-channel RAM cell of FIG. 4. Represents a waveform diagram. 10...RAM cell, 14, 16...diffusion region, 18...address transistor, 20...
・Capacitor, 24...Nonvolatile transistor, 26...Transfer transistor, 28...
・Word●line, 36...Bit line,
40...Write driver, 42...Read amplifier, 46...P channel diffusion region, 47
...Field oxide protective coating, 48, 49, 51
... Thick oxide layer, 50 ... RAM cell, 52 ... Nitride layer, 53 ... Thin memory oxide layer, 54 ...・Intermediate oxide layer,
60...Cell, 61...Capacitor
Channel, 62...Memory transistor channel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 所定の導電形の半導体基板に形成され、反対導電形
の基板領域の電位によつて定まるバイナリ情報を記憶す
るようにしたメモリー・セルであつて、前記基板に形成
された1電極を有し、前記反対導電形基板領域の電位に
よつて定まるバイナリ・ディジット情報を揮発性に記憶
するコンデンサ20と、前記セルの揮発性動作中前記コ
ンデンサ20に選択的にチャージして前記コンデンサに
バイナリ・ディジット情報を揮発性に記憶する際、及び
前記コンデンサにバイナリ・ディジット情報を復帰する
前に前記コンデンサを選択的にチャージしてイニシャラ
イズする際、前記コンデンサの基板電極に基板領域電位
を供給する第1のトランジスタ手段18と、前記コンデ
ンサの基板電極に隣り合う基板に形成されたチャンネル
を有し、前記コンデンサ20のチャージにより選択的に
閾値を変更して前記コンデンサのバイナリ・ディジット
情報を不揮発性に記憶する閾値書換可能な第2のトラン
ジスタ手段24と、前記閾値書換可能な第2のトランジ
スタ手段のチャンネルに隣り合う基板に形成されたチャ
ンネルを有し、前記閾値書換可能な第2のトランジスタ
手段の前記チャンネルと協働して前記イニシャライズし
た電位とは異なる前記反対導電形の基板領域の所定の電
位を前記第2のトランジスタ手段の閾値電圧の制御のも
とに前記コンデンサの前記基板電極に供給しうる第3の
トランジスタ手段26とから成るメモリー・セル。
1 A memory cell formed on a semiconductor substrate of a predetermined conductivity type and configured to store binary information determined by the potential of a substrate region of an opposite conductivity type, the memory cell having one electrode formed on the substrate. , a capacitor 20 for volatile storage of binary digit information determined by the potential of the opposite conductivity type substrate region; and a capacitor 20 for selectively charging the capacitor 20 during volatile operation of the cell to store binary digit information in the capacitor. a first supplying a substrate region potential to a substrate electrode of the capacitor during volatile storage of information and when selectively charging and initializing the capacitor prior to restoring binary digit information to the capacitor; transistor means 18 and a channel formed in the substrate adjacent to the substrate electrode of said capacitor for selectively changing the threshold by charging said capacitor 20 to non-volatilely store binary digit information on said capacitor; a second transistor means 24 whose threshold value can be rewritten; and a channel formed in a substrate adjacent to a channel of the second transistor means whose threshold value can be rewritten; a second transistor means capable of supplying a predetermined potential of the substrate region of the opposite conductivity type different from the initialized potential to the substrate electrode of the capacitor under control of the threshold voltage of the second transistor means; 3 transistor means 26;
JP52097556A 1976-08-16 1977-08-16 non-volatile random access memory cell Expired JPS6057158B2 (en)

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Publications (2)

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DE2736715C2 (en) 1985-03-14
NL7709046A (en) 1978-02-20
DE2736715A1 (en) 1978-02-23
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