JPS6151360B2 - - Google Patents

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JPS6151360B2
JPS6151360B2 JP18301583A JP18301583A JPS6151360B2 JP S6151360 B2 JPS6151360 B2 JP S6151360B2 JP 18301583 A JP18301583 A JP 18301583A JP 18301583 A JP18301583 A JP 18301583A JP S6151360 B2 JPS6151360 B2 JP S6151360B2
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JP
Japan
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potential
memory cell
gate
voltage
substrate
Prior art date
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Expired
Application number
JP18301583A
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English (en)
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JPS59132496A (ja
Inventor
Atsushi Takai
Juzo Kida
Yoshimune Hagiwara
Terumi Sawase
Takaaki Hagiwara
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS59132496A publication Critical patent/JPS59132496A/ja
Publication of JPS6151360B2 publication Critical patent/JPS6151360B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C17/00Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明はメタル―シリコンナイトライド―シ
リコンオキサイド―セミコンダクタ
(MetalsiliconNitridesiliconOxideSemiconductor
:以下、MNOSと略称する。)トランジスタ等で
構成される電気的に書き換え可能なリードオンリ
イメモリ
(ElectricallyAlternableReadOnlyMemory:以
下、EAROMと略称する。)に開するものであ
る。
〔発明の背景〕
EAROMのメモリセルに使用されるMNOSトラ
ンジスタの断面構造を第1図に示す。第1図にお
いて、1Aはゲート電極、1Bは窒化珪素Si3N4
からなる層、1Cは酸化珪素SiO2からなる層、
1Dはソース、1Eはドレイン、1Fはサブスト
レート、1Gは基板をあらわす。
このMNOSトランジスタのゲート1Aに電位V
pを与え、サブストレート1F、ソース1D、ド
レイン1Eにそれぞれ0ボルトを与えると、酸化
珪素SiO2の層1と窒化珪素Si3N4の層1Bの境界
に電荷がトラツプ(trap)される。例えば、ある
NチヤネルMNOSトランジスタではVpとして+
25ボルトを与えると電子が1CのSiO2と1Bの
Si3N4の境界にトラツプされる。以下この状態を
メモリに書き込んだ状態と呼び、論理“1”の記
憶状態とする。
またゲート1Aに0ボルト、サブストレート1
Fに電圧Vp、ソース1Dおよびドレイン1Eは
それぞれ開放の状態にすると1Cの酸化珪素
SiO2の層1Cと窒化珪素Si3N4の層1Bの境界に
トラツプされていた電荷はなくなる。以下この状
態をメモリを消去した状態と呼び、論理“0”の
記憶状態とする。
このMNOSトランジスタのゲート1Aとサブス
トレート1Fの間に電位差がない場合は、当然メ
モリの内容に変化は起らず、また、ゲート1Aに
電圧Vpが与えられ、サブストレート1Fに0ボ
ルトが与えられても、ソース1D、およびドレイ
ン1Eにある電圧Vwdが与えられている場合には
メモリの記憶状態の変化(論理“0”の状態から
論理“1”への変化、あるいはその逆)は生じな
い。例えばあるNチヤネルMNOSトランジスタで
p=25ボルト、Vwd=20ボルトが与えられた場
合がこれに相当する。
なお、ソース1Dおよびドレイン1Eに電圧V
wdが与えられてもゲート1Aに0ボルト、サブス
トレート1Fに電圧Vpが与えられた場合には構
造より明らかなように、メモリの内容は消去され
てしまう。
このメモリセルがアレイ状に配置されて1C化
された場合で、このメモリアレイ中の全部のメモ
リセルではなく、メモリの中から選択した選択メ
モリセルの内容を消去する場合、それ以外の非選
択メモリセルにはその内容が消去されないような
モード(非消去モード)の電圧が印加されなけれ
ばならない。
第2図は従来のメモリ駆動方法による信号のタ
イムチヤートで、あるメモリセルが消去状態にあ
る時、他の非消去状態のメモリセルに印加される
信号の関係を示している。図において、V1はメ
モリに与えられる消去命令信号で、この電圧が
“1”のレベルにあるときは消去命令が出ていて
メモリ中の選択されたメモリセルが消去される。
VAはゲート1Aに与えられる電圧、VBはサブス
トレート1Fに与えられる電圧を示している。す
なわち、消去指令信号V1が論理“1”になる
と、非選択メモリセルのゲート1Aおよびサブス
トレート1Fの電圧VAおよびVBは同じ電圧Vp
になる(時刻T1)。そして、消去指令信号V1が
論理“0”になると、非選択メモリセルのゲート
1Aおよびサブストレート1Fの電圧VAおよび
VBは0ボルトになる(時刻T2)。なお、この
時、非選択メモリセルのソース1Dおよびドレイ
ン1Eは開放状態にある。
第2図でわかるように非消去モードでは、ゲー
ト1Aとサブストレート1Fの電圧は全く同じよ
うに変化するので、ゲート1Aとサブストレート
1F間には電位差を生ぜず、したがつてメモリセ
ルの記憶状態には何の影響も及ばさない。
しかし、実際には、メモリセルのゲート1Aと
サブストレート1Fに同時に電圧Vpを与えて
も、サブストレート1Fと基板1E間のウエル容
量等の影響で、第3図に示すように、ゲート電圧
VAとサブストレート電圧VBの変化には、わずか
な時間差tdを生じることが多い。このtd間の過渡
状態ではゲート1Aには電圧Vpが与えられ、サ
ブストレート1Fは0ボルトの状態であるので、
メモリセルは瞬間的に書き込みの状態に陥る。こ
の時間差tdは一般的には書き込みに要する時間
Twに比べてかなり短いが、何回かこれが続くと
この電圧が与えられた非選択メモリセルの記憶状
態が変化する可能性があり、EAROMの記憶保持
時間などの性能を下げていた。
例えば、あるメモリセルで、第3図のようにゲ
ート1Aの電圧の立上りがサブストレート1Fの
電圧の立上りよりも時間差td=100μsecだけ早い
とし、メモリの書き込み時間Tw=250msecとす
ると単純に計算した場合は、Tw/td=2500、すなわ ち、非選択メモリセルのメモリセルの状態が論理
“0”であつたにもかかわらず他のメモリセルを
2500回以上消去動作すると消去されてはならない
非選択メモリセルの状態が論理“1”に変化して
しまう。
〔発明の目的〕
この発明の目的は従来上述したようにEAROM
の部分消去時に生じていた、消去メモリセル以外
の消去されてはならない非選択メモリセルが瞬間
的に書き込み状態に陥ることを防ぐメモリの駆動
方法を提供するものである。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するためにこの発明では、従
来と異なるシーケンスでメモリセルの各端子に電
圧を与えることにより、非選択メモリセルの記憶
内容を変化させるモードに陥ることを防いでい
る。より具体的には前にも述べたように、ゲート
電圧Vp、サブストレート電圧0ボルト、ソース
及びドレイン電圧Vwdのときには、メモリセルに
蓄えられている記憶内容には何の変化も起らない
ということを利用して、消去命令が与えられると
選択され消去される選択メモリセル以外の消去さ
れない非選択メモリセルでは、まずソース1Dに
電位Vwdを与え、しかる後にゲート1Aに電圧V
pを与え、次にサブストレート1Fの電圧をVp
し、消去命令がなくなつたときも、まず、ソース
1Dの電位をVwdとし、しかる後にサブストレー
ト1Fの電位をVpから0ボルトに変化させ、次
にゲート1Aの電位を0ボルトに変化させるとい
うように、過渡的にゲート1Aに電圧Vp、サブ
ストレート1Fに0ボルトが与えられるときで
も、ソース1D及びドレイン1Eの電圧はVwd
してメモリの記憶内容の変化を防止するものであ
る。
第4図はこの発明による駆動方法の原理を説明
するタイウチヤートである。図において、V1は
消去命令であり第2図と同じである。VCはソー
ス1D及びドレイン1Eの電圧、VAおよびVBは
それぞれゲート1Aおよびサブストレート1Fの
電圧である。第4図でわかるように、この発明で
は、消去命令信号V1が与えられ、このV1が論
理“0”の状態から“1”の状態に変化すると、
消去されない非選択メモリでは続いてソース1D
及びドレインに電圧VCとして電圧Vwdが与えら
れ、しかる後にゲート1Aの電圧VAとして電圧
pが与えられ、続いてサブストレート1Fの電
圧VBとして電圧Vpが与えられ、その後ソース1
D及びドレイン1Eは消去状態におけるソース、
ドレインと同じ状態にする。消去命令信号V1が
“1”から“0”になるときも、“0”から
“1”に変化した場合と同様にソース及びドレイ
ン電位VCがVwdとなつた後にサブストレート電
圧VBが0ボルトとなり、その後にゲート電圧VA
が0ボルトとなり、その後、ソース電圧が0ボル
トとなる。
このシーケンスにより、ゲート電圧とサブスト
レート電圧に電位差Vpがある場合でも、ソース
及びドレインの電圧VCはVwdとなつているので
メモリセルの論理状態に対する影響はない。
〔発明の実施例〕
以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。第5図はこの発明による駆動方法を実現する
駆動回路の一実施例を示す回路図であり、図にお
いて、1は消去命令入力端子、2はエクスクルー
シブオアゲート(以下EORと略称する。)12は
オアゲート、17はアンドゲート、25はインバ
ータ、5,14,21,24,27はスイツチ、
8はDラツチを示す。第6図は第5図の回路各部
の電圧のタイムチヤートでVの次の数字がそれぞ
れの端子に対応しているスイツチ5,14,2
1,24,27はすべて論理“1”のときオン
(ON)となり、“0”でオフ(OFF)となる。
Dラツチ8はクロツク端子9に“1”が与えられ
ているときは入力端子10に与えられた値をその
まま出力端子11から出力し、クロツク端子9に
“0”が与えられている時は、その“0”が与え
られる直前の入力の値を保持し、出力端子11か
ら出力するものである。53〜55はセンサを示
し、センサ53は入力端子56に電圧Vwdが与え
られた場合に出力端子57に“1”を出力し、
“0”ボルトが与えられた場合は“0”を出力す
る。センサ54,55は入力端子58,59に電
圧Vpが与えられた場合に出力端子80,81に
“1”を出力し、入力端子58,59が0ボルト
の場合は出力端子80,81に“0”を出力す
る。
端子1には消去命令が与えられ、その状態を第
6図V1に示す。EOR2の一方の入力端子は端
子1に接続される。今、EOR2の他方の入力端
子3が“0”であつたとすると、EOR2の出力
端子4に“1”が出力されてスイツチ5がオン
(ON)となる。端子6には電圧Vwdが与えられて
いるのでメモリセル50のソース7に電圧Vwd
与えられ、Dラツチ8のクロツク端子9に“1”
が与えられる。Dラツチ8の入力端子10は端子
1に接続されているので出力端子11にも“1”
が出力される。出力端子11はオアゲート12の
一方の入力端子に接続されているので、オアゲー
ト12の出力端子13に“1”が出力される。よ
つてスイツチ14がONとなる。端子15にはメ
モリセル50が消去状態のときには0ボルト、選
択されていないときには電圧Vpが与えられる。
今、端子15に非消去状態の電圧Vpが与えられ
ると、メモリセル50のゲート16には電圧Vp
が与えられ、センサ55の出力81も“1”とな
る。アンドゲート17の一方の入力端子18はセ
ンサ55の出力81と結合され、他方の入力端子
19はDラツチ8の出力端子11と接続されてい
るので、その出力端子20に“1”が出され、ス
イツチ21がONとなる。
端子22には電圧Vpが与えられていて、スイ
ツチ21がONとなることにより、メモリセル5
0のサブストレート23に電圧Vpが与えられ
る。スイツチ24には端子1からの消去命令が与
えられているのでこれがONとなり、EOR2の入
力端子3に“1”が与えられる。これにより、
EORの2つの入力端子1,3の電圧が共に
“1”となり、その出力端子4の出力は“0”と
なる。スイツチ5はこれによりOFFとなり、メ
モリセル50のソース電圧は0ボルトになる。
次に消去命令がなくなつたとき、すなわち、V
1が“1”のレベルから“0”のレベルになつた
ときの第5図の回路の説明を行う。端子1の電圧
は“0”レベルに落ちるので、EOR2の一方の
入力端子は“0”となり、他方の入力端子3は
“1”であるので、EOR2の出力端子4には
“1”が出力され、スイツチ5はONとなる。こ
れにより、メモリセル50のソース7には電圧V
wdが与えられ、Dラツチ8のクロツク端子9には
“1”が与えられる。Dラツチ8の入力端子10
には“0”が与えられるのでその出力端子11に
は“0”が出力される。それにより、アンドゲー
ト17の出力端子20が“0”となり、スイツチ
21はOFFとなり、メモリセル50のサブスト
レート23の電圧が0ボルトとなり、ORゲート
12の2つの入力端子のレベルが“0”となるの
で、その出力端子13も“0”となり、スイツチ
14はOFFとなるので、メモリセル50のゲー
ト16も0ボルトとなる。インバータ25の入力
端子は入力端子1に接続されているので、その出
力端子には“1”が出力されスイツチ27がON
となる、よつてEOR2の入力端子3も“0”と
なり、その出力端子4も“0”となり、スイツチ
5がOFFとなつてメモリセル50のリース電圧
が0ボルトとなる。
このシーケンスを見てもわかるように、非選択
状態ではどの瞬間をとつてもメモリセルの記憶内
容を書き換えるモードの電圧が与えられることは
ない。すなわち前にも述べたようにこの発明はソ
ース、ドレインに電圧Vwdが与えられていれば、
ゲートに電圧Vp、サブストレートに0ボルトが
与えられても、メモリセルの記憶内容には何ら影
響を及ぼさないということを利用したものであ
る。
なお、これら一連のシーケンスはメモリアレイ
中のメモリセル全部について満足されなければな
らないものであるから、伝送線線中の信号の遅延
時間を考慮に入れないと、一部のメモリセルでは
この順序が守られないことも考えられる。このた
め一例として第7図の実施例に示すごとくメモリ
アレイ部の電圧源とは反対側にセンス回路を設け
伝送されて来た信号がメモリアレイ全部に伝わつ
たということを検知してから次の動作に移るとい
う方法が考えられる。第7図において、90はメ
モリICの基板全体、94はメモリセルの単体を
示している。端子91はサブストレートに接続さ
れ、基板全体のトランジスタのサブストレートに
電気的に結合されている。端子22には電圧Vp
が与えられスイツチ21がONになることにより
サブストレートに電圧Vpが与えられる。第7図
に示すように基板の端子91とは反対側のサブス
トレートには端子92があり、センサ54に結合
されている。
信号線93は縦一列のトランジスタのソースに
接続され、一方の端子95はスイツチ45に接続
され、端子6には電圧Vwdが与えられている。信
号線93の他方の端子96にはセンサ53が接続
されている。信号線31は横方向の一列のトラン
ジスタのそれぞれのゲートに接続され、その一方
の端子98はスイツチ14に接続されている。端
子15には消去モードのときに0ボルト、非消去
モードのとき電圧Vpが与えられる。したがつて
センサを単に信号線31に接続しただけでは、消
去状態の場合、信号線31は0ボルトのままで変
化せず、信号が伝達したということを感知できな
い。そこで消去電圧が与えられるゲートの信号線
は1本であることを利用して、もう1本のアレイ
の信号線32と信号線31の出力の論理和をとる
ことにより、たとえ2本の信号線のうち1本の信
号線が消去モードであつても信号の伝達を感知す
ることを可能とした。これらセンサ53〜55を
電源と反対側に設けることによりメモリアレイ全
部のメモリセルに信号が伝わつたということを検
知することが可能となつた。
以上述べたのは信号が各メモリセルに伝わつた
ということを検知してから次のシーケンスに移る
という方式であるが、あらかじめ伝達に必要な時
間を計算して、その時間間隔をおいて次のシーケ
ンスに移行することも可能である。その例を次に
示す。
第8図は本発明による駆動方法を実現する回路
の他の実施例、第9図は第8図の回路のタイムチ
ヤートで、Vの次の番号は第8図の回路の各部の
番号に対応している。第8図の41〜43はシフ
トレジスタで入力端子40に与えられた情報はク
ロツクパルスが与えられる毎にシフトレジスタ4
1〜43の方に送られて行く。入力端子40には
メモリの消去命令が入力される。入力端子40に
与えられる消去命令とシフトレジスタ41〜43
の出力V44〜V46の時間関係を第9図にそれ
ぞれ示す。シフトレジスタ41の出力V44とシ
フトレジスタ43の出力V46をオアゲート47
の入力に加えることにより出力V48を得る。出
力V48はスイツチ49をON,OFFする。スイ
ツチはすべて論理“1”のときONになる。端子
60には電圧Vwdが与えられている。スイツチ4
9がONとなるとメモリセル50のソース7にVw
が与えられる。シフトレジスタ42の出力45
はスイツチ61に加えられる。入力端子62には
メモリセル50が消去モードのときは0ボルトが
与えられ、非消去モードのときには電圧Vpが与
えられる。シフトレジスタ41と43の出力44
と46はアンドゲート63にも加えられ、その出
力V64はスイツチ65をON,OFFする。
入力端子66には電圧Vpが与えられていて、
スイツチ65がONになるとメモリセル50のサ
ブストレート23に電圧Vpが与えられる。この
ようにして、第9図V48、V45、V64に示
すようにメモリセル50のソース7、ゲート1
6、サブストレート23に与えられる電圧のシー
ケンスが作られる。
〔発明の効果〕
以上説明したごとくこの発明によれば、メモリ
セル各端子に与える電圧のシーケンスをコントロ
ールすることにより、メモリの部分消去時に非消
去メモリセルの記憶内容を変更するような電圧モ
ードがメモリセルに与えられることを防止でき、
したがつてメモリの記憶保持時間の向上が計れる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はMNOSトランジスタの断面構造、第2
図、第3図は従来の部分消去時に非消去メモリに
与えられる電圧のタイムチヤート、第4図は本発
明の原理を示すMNOSトランジスタの電圧のタイ
ムチヤート、第5図は本発明による駆動方法を実
現する駆動回路の一実施例の構成図、第6図は第
5図の回路の各部の電圧のタイムチヤート、第7
図は第5図の実施例におけるセンサの配列例を示
す構成図、第8図は本発明による駆動方法を実現
する駆動回路の他の実施例の構成図、第9図は第
8図の回路の各部の電圧のタイムチヤートを示
す。 1A…ゲート、1F…サブストレート、2…エ
クスクルーシブオアゲート、8…Dラツチ、50
…メモリセル、90…メモリICの基板全体、5
3〜55…センサ、41〜43…シフトレジス
タ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 共通のサブストレート内に形成された複数の
    それぞれトランジスタからなるメモリセルを有
    し、各メモリセルのゲートと該サブストレート間
    に印加される電圧が第1の極性のときには各メモ
    リセルが書込み状態となり、該第1の極性と反対
    の第2の極性のときには各メモリセルが消去状態
    となり、さらに、該書込み状態では該メモリセル
    のソース又はドレインの電位が該ゲートの電位に
    近い程、各メモリセルに対する書込み動作が低速
    度で行なわれるようにメモリセルが構成されてい
    るメモリにおいて、消去すべきメモリセルのゲー
    トを第1の電位に保持したまま該サブストレート
    の電位を、第1の電位から、該第1の電位に比べ
    て該第1の極性の電位差を有する第2の電位に変
    化させ、該消去メモリセルの消去に必要な期間該
    第2の電位に維持し、その後該第1の電位に戻
    し、該非消去メモリセルのゲートの電位を、該サ
    ブストレートの電位が該第1の電位から該第2の
    電位に変化し始める前に該第1の電位から該第2
    の電位に向けて変化開始させ、少くとも上記の期
    間該第2の電位に維持し、その後該サブストレー
    トの電位が該第2の電位から該第1の電位に戻り
    始めた後に該非消去メモリセルのゲートの電位を
    該第2の電位から該第1の電位に戻し始め、該非
    消去メモリセルのゲートの電位が該第1から第2
    の電位に向けて変化開始するタイミングの前から
    該非消去メモリセルのゲートの電位および該サブ
    ストレートの電位がともに該第2の電位になるタ
    イミングの後までの期間と、該非消去メモリセル
    のゲートの電位が該第2の電位から第1の電位へ
    戻り始めるタイミングの前から該非消去メモリセ
    ルのゲートの電位および該サブストレートの電位
    がともに該第1の電位になるタイミングの後まで
    の期間に、該非消去メモリセルのソース又はドレ
    インに、該第1の電位に対して該第1の極性の電
    位差を有する電位を印加することを特徴とするメ
    モリの駆動方法。
JP58183015A 1983-10-03 1983-10-03 メモリの駆動方法 Granted JPS59132496A (ja)

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