JPS6177199A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS6177199A
JPS6177199A JP59197925A JP19792584A JPS6177199A JP S6177199 A JPS6177199 A JP S6177199A JP 59197925 A JP59197925 A JP 59197925A JP 19792584 A JP19792584 A JP 19792584A JP S6177199 A JPS6177199 A JP S6177199A
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順一 宮本
Junichi Tsujimoto
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/26Sensing or reading circuits; Data output circuits
    • G11C16/28Sensing or reading circuits; Data output circuits using differential sensing or reference cells, e.g. dummy cells

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】 [発明の技術分野] この発明は、特にEEPROM(電気的にデータの消去
が可能なり一ド オンリ メモリ)に係り、EEPRO
M特有のページモードライトの仕様を満足するような半
導体記1fi装置に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] EEPROM(以下、単にメモリと称する)におけるデ
ータの読み出しは、通常100nSないし200nSと
非常に高速で行なえることが知られている。他方、デー
タの古き込みについては、そのデバイスの構造により1
msないし50m3程度の時間がかかる。しかし、この
データ書き込み時間はメモリのある特定のカラムについ
て並列書き込みをしても所要時間は代わりないので、等
価的にバイト当りのデータ書き込み時間を制限すること
が可能である。例えば、実質的なデータ書き込み時間が
1mSの場合に16バイト単位でページモードライトを
採用すると、1バイトのデータを一時的にメモリストレ
ージに書き込むのに必要な時間はアクセス時間とほぼ同
等の200nS程度なので、メモリストレージに要する
時間を加味した1バイト当りのデータ書き込み時間は(
200nSx16+1mS> ÷16となり、はぼ63
μsとなる。このように短時間でデータの書き込みが行
なえるということは、コンピュータのパワーダウン時の
データ待避等、EEPROMの応用分野が広がる意味で
極めて有効である。
ところで、上記のようなメモリストレージ機能を備え、
データの消去および再書込みが可能な従来のメモリでは
、データを書込む際の経路と読み出しの経路とが全く独
立して設けられているのが一般的である。このため、従
来のメモリでは回路構成がallになるという欠点があ
る。
また、上記のようなメモリではデータの消去ならびにデ
ータプログラムを行なう際に、この動作が終了したかど
うかを外部に対して示す典能が備えられている。このよ
うな機能はデータポーリング機能と称されている。従来
のメモリではこのようなデータポーリング機能を実現す
る場合に特別の制御回路を設けるようにしているので、
この点でも回路構成が複雑になるという欠点がある。
[発明の目的] 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EEPROII有のページモードライ
トを効率よく行なえる回路構成を有する半導体記憶装置
を提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成するためこの発明にあっては、不揮発性
トランジスタからなるメモリセルおよびダミーセルがそ
れぞれ接続された第1および第2のビットラインを設け
、上記第1および第2のビットラインそれぞれにはデー
タプログラム時に使用される高電圧を発生する高電圧発
生手段を接続し、フリップフロップ回路からなるデータ
検出記憶手段により、データ読み出しの際に上記第1お
よび第2のビットライン間に生じる電位差を増幅してデ
ータの検出を行ない、データ書き込みの際4には外部か
ら入力される囚き込み用データに応じたデータを一時的
に記憶し、さらに一対のスイッチ用トランジスタを上記
データ検出記憶手段の第1、第2のデータ入出力ノード
と上記第1、第2のビットラインとの間に設け、この一
対のスイッチ用トランジスタを各動作状態に応じてスイ
ッチ制−するようにしている。
[発明の実施例] 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第1図はこの発明に係る半導体記憶装置(メモリ)の一
実施例の構成を示す回路図である。図において11およ
び12はビットラインである。上記一方のビットライン
11には、それぞれフローティングゲートを有するデー
タ記憶用の不揮発性1−ランジスタ13および選択用ト
ランジスタ14からなるEE P ROM型のメモリセ
ル15が?!数個接続されていると共に、上記メモリセ
ル15内のトランジスタ13がII I ITレベルデ
ータおよび“O″レベルデータ記憶しているときのそれ
ぞれのコンダクタンスの中間のコンダクタンスに設定さ
れ、フローティングゲートを有するデータ記憶用の不揮
発性トランジスタ16および選択用トランジスタ11か
らなる1個のダミーセル18が接続されている。同様に
、上記他方のビットライン12にも上記一方のビットラ
イン11に接続されているものと同様の構成のメモリセ
ル15が同数接続されていると共に、上記と同様の構成
のダミーセル18が1個接続されている。
また上記ビットライン11.12にはそれぞれ、各メモ
リセル15でデータプログラムを行なう際に使用される
高電圧を発生する高電圧発生回路19が接続されている
上記メモリセル15およびダミーセル18は図示しない
デコーダにより選択されるようになっており、一方のビ
ットライン11に接続されたメモリセル15が選択され
る場合には他方のビットライン12に接続されたダミー
セル18が選択され、これとは逆に他方のビットライン
12に接続されたメモリセル15が選択される場合には
一方のビットライン11に接続されたダミーセル18が
選択されるようになっている。また、データの消去およ
びプログラムのとき、メモリセル15内のトランジスタ
13の制御ゲートおよび選択用トランジスタ14の各ゲ
ートには、所定の値の電圧が図示しない手段から供給さ
れるようになっている。
20は上記ピッ1〜ライン11.12間に生じる電位差
を増幅してデータを検出すると共に、外部から入力され
る書き込み用データを一時的に記憶するデータ検出記憶
回路である。このデータ検出記憶回路20は、Pチャネ
ルMOSトランジスタ21.22それぞれおよびNチャ
ネルMOSトランジスタ23゜24それぞれからなるC
 M OSインバータ25.26の入出力端子間を交差
接続してなるフリップフロップ27と、このフリップフ
ロップ27のアクティブ状態を制御するための、電源V
ooとこのフリップフロップ27との間に挿入されたP
チャネルMOSトランジスタ28および電源Vssとこ
の7リツプフロツプ27との間に挿入されたNチャネル
MOSトランジスタ2つとて構成されている。上記一方
のCMOSインバータ25の出力端子は上記データ検出
記憶回路20の一方のデータ入出力ノード31にされ、
このデータ入出力ノード31はトランジスタ32を介し
て前記一方のビットライン11に接続されている。同様
に、上記他方のCMOSインバータ26の出力端子が上
記データ検出記憶回路20の他方のデータ入出力ノード
33にされ、このデータ入出力ノード33がトランジス
タ34を介して前記他方のビットライン12に接続され
ている。また、上記データ入出力ノード31.33それ
ぞれと電源■DDとの間にはプリチャージ用のトランジ
スタ35.36が接続され、データ入出力ノード31.
33相互間にはエコライズ用のトランジスタ31が接続
されている。
これらトランジスタ35.36.37のゲートにはプリ
チャージ制御信号が並列に供給されるようになっている
さらに、上記データ入出力ノード31.33それぞれと
電源Vssとの間にはデータ書き込み用のトランジスタ
41.42が接続されている。また上記一方のデータ入
出力ノード33にはインバータ43の入力端子が接続さ
れている。このインバータ43は前記データ検出記憶回
路20が前記ビットライン11゜12間の電位差を増幅
してデータ検出を行なうデータ読み出し動作の際に、上
記データ入出力ノード33に得られるデータを反転増幅
するものであり、その出力データは出力データレベル設
定回路44に供給されている。この出力データレベル設
定回路44は、データ読み出し動作の際、データ読み出
しが行われたメモリセル15が上記ビットライン11゜
12のうらどららに接続されているかに応じて、上記イ
ンバータ43の出力データをそのままのレベルで出力す
るか、もしくはレベル反転した状態で出力制御するもの
である。すなわち、上記ビットライン11.12には共
にメモリセル15が接続されているので、データ検出記
憶回路20で検出されるデータをそのままのレベルで出
力することはできない。
これは、同じデータが記憶されているメモリセル15が
異なるビットラインで選択された場合に、データ検出記
憶回路20の検出データが互いにレベルが異なってしま
うからである。そこで、選択されたメモリセル15がど
ららのビットラインに接続されているかに応じてデータ
検出2厖回路20の検出データのレベルを反転する必要
か生じる。そしてこの出力データレベル設定回路は44
は前記メモリセル15の選択状態に応じて、例えばデコ
ーダの出力に応じてデータのレベル設定を行なう。ここ
で設定されたデータは出力バッフ145を介して外部に
出力される。
また46は外部からの書き込み用データが入力される入
力バッファである。この人力バッフ146の出力データ
は入力データ設定回路48に供給される。
この入力データ設定回路48は上記円き込み用データか
ら互いに相補の関係にある一対のデータを発生するもの
であり、この相補のデータは前記トランジスタ41.4
2それぞれのゲートに供給される。
第2図は、前記高電圧発生回路19の具体的構成を示す
回路図である。この回路1つはトランジスタ51、52
.53およびコンデンサ54かうなる周知のチャージポ
ンプ型の電圧昇圧回路であり、トランジスタ51の一端
には例えば20Vの高電圧Vppが供給され、トランジ
スタ53の一端にはパルス信号Pが供給される。またこ
の高電圧発生回路19では、ビットライン11(もしく
は12)とi#tVssとの間にトランジスタ55が挿
入されている。
この高電圧発生回路19において、ビットライン11(
もしくは12)の初期電位がOvの場合、トランジスタ
51はオフ状態のままにされてビットライン電位はOV
のままにされる。他方、ビットラインの初期電位がOV
でない場合に、この電位はチャージポンプの原理でVp
pに近い電位まで昇圧される。
また、この実施例のメモリでは、上記第1図のような構
成の回路が複数回路設けられている。
次に上記のような構成のメモリの動作を説明する。
まず、データ読み出しの場合、予めトランジスタ32.
3.1は共にオン状態にされる。これにより、ピッ1−
ラインN、 12はデータ検出記憶回路20に直接に接
続される。次に図示しない手段によりアドレスの変化が
検出されると、トランジスタ35,36゜37が所定閉
門だけオン状態にされる。この結果、ピッ1〜ライン1
1.12は共に電源Vooまでプリチャージされて同電
位に設定される。プリチャージの終了後、上記変化した
アドレスに対応して、ビットライン14.12に接続さ
れている1個のメモリセル15およびダミーセル18が
選択される。このとき、前記のように一方のビットライ
ン11に接続されているメモリセル15が選択された場
合には他方のどットライン12に接続されているダミー
セル18が選択され、反対に他方のビットライン12に
接続されているメモリセル15が選択された場合には一
方のビットライン11に接続されているダミーセル18
が選択される。この後、上記ビットライン11゜12の
電位は共゛に低下していくが、選択されたメモリセル1
5とダミーセル18内のトランジスタ13と16のコン
ダクタンスが予め異なっているので、第3 。
図の特性図に示すようにその記憶データに応じて、両電
位の下がり方が異なる。そしてビットライン11、12
相互間の電位差が十分大きくなった時点でデータ検出記
憶回路20内のトランジスタ28.29が共にオン状態
にされる。上記両トランジスタ28゜29がオン状態に
されるとフリップフロップ31が動作可能状態にされ、
これによりビットライン11゜12の電位差が急速に広
げられて上記読み出しデータがフリップ70ツブ27に
記憶される。例えばいま、ビットライン11に接続され
ているメモリセル15が選択され、このメモリセル15
内のトランジスタ13のコンダクタンスがダミーセル1
8内のトランジスタ16よりも高い状態にあれば、ビッ
トライン11が” o ”レベル、ビットライン12が
゛1′ルベルの状態でフリップフロップ27にデータが
記憶される。もらろんこの反対に、上記選択されたメモ
リセル15内のトランジスタ13のコンタクタンスがダ
ミーセル18内のトランジスタ16よりも低い状態にあ
れば、ビットライン11が゛1°°レベル、ピッ1〜ラ
イン12が゛O′°レベルの状態でフリップフロップ2
7にデータが記憶される。上記のようにしてフリップフ
ロップ27に記憶されたデータはインバータ43で増幅
され、さらに出力データレベル設定回路44で前記のよ
うなレベル設定が行われた後、出力バッファ45を介し
て外部に出力される。
次にデータ古き込みの動作を説明する。データ古き込み
の場合には第4図のタイミングチt−l〜に示すように
、ライトイネーブル信号W Eに同期して外部から書き
込み用データか順次供給される。
そしてまず、1回めに入力したライトイネーブル信号W
 Eに同期して、トランジスタ32.34がオフ状態に
される。これによりデータ検出記憶回路2゜がビットラ
インli、 12から切り前される。さらにデータ検出
記憶回路20内のトランジスタ28.29が共にオン状
態にされてフリップ70ツブ31が動作可能状態にされ
る。この状態で入力バッフ74Gを介して1ビツトのデ
ータが図示しないデータマルチプレクを介して入力デー
タ設定回路48に供給される。さらに、第1図と同様の
他の回路でも同様にデータマルチプレクを介して各1ビ
ツトのデータが各入力データ設定回路48に供給される
。入力データ設定回路48は入力されたデータから互い
に相補の関係にある一対のデータを発生する。従ってこ
の後、この相補データに応じて前記トランジスタ41.
42のいずれか一方がオン状態に、他方がオフ状態にそ
れぞれされる。ここでいま、ビットライン11に接続さ
れているメモリセル15に“O′。
レベルのデータを書き込む場合、入力データ設定回路4
8はトランジスタ41のゲー1−に゛1ルベル信号を、
トランジスタ42のゲートに゛°O°ルベル信号を供給
する。これにより、1〜ランジスタ41がオン状態に、
トランジスタ42がオフ状態にされて、フリップフロッ
プ27には一方のデータ入出力ノード31が゛O゛レベ
ル、他方のデータ入出力ノード33が゛′1′°レベル
となるようなデータが記憶される。これとは逆にとット
ライン11に接続されているメモリセル15にパ1°°
レベルのデータを古き込む場合に、入力データ設定回路
48はトランジスタ41のゲートに“O′°レベル信号
を、トランジスタ42のゲートに“1パレベル信号を供
給する。そしてこれら一連の動作がすべてのフリップフ
ロップ27に対して行われることによって、各入力デー
タ設定回路48にはこれからメモリセル15に店き込む
ためのデータが記憶される。すなわち、各入力データ設
定回路48はページモードライ1〜におけるデータスト
レージを行なうことになる。
第5図は上記第1図に示されるメモリセル15に対して
データの消去、プログラムを行なう際に、トランジスタ
の各部に供給される電圧の関係をまとめて示したもので
ある。図においてDは選択用トランジスタ14のドレイ
ンすなわちビットラインに供給される電圧、SGはこの
選択用トランジスタ14のゲートに供給される電圧、C
Gはトランジスタ13の制御ゲートに供給される電圧、
Sはトランジスタ13のンースに供給される電圧である
。データ消去の際に上記のような電圧がメモリセル15
に供給されると、不揮発性トランジスタ13のしきい値
電圧vthが+5Vにされる。このときの記憶データの
論理をit 11!レベルとする。他方、データ消去後
のデータプログラムの際に上記のような電圧がメモリセ
ル15に供給されると、不揮発性トランジスタ13のし
きい(直電圧vthが一1vにされる。このときの記憶
データの論理を“′0゛ルベルとする。なお、この第5
図中の電圧の1直はデバイスの設計1直、プロセスパラ
メータなどによって大きく変動するのでこれらの値は一
応の目安である。
上記のように各データ検出記憶回路2oでデータストレ
ージがなされている状態のとき、例えばビットライン1
1に接続されているIflllilのメモリセル15に
対して゛0パレベルのデータを祷き込む場合は次のよう
にして行なわれる。まず、トランジスタ32がオフ状態
にされ、トランジスタ55が所定期間オン状態にされて
ビットライン11がVssに放電される。そしてデータ
を書き込むべきメモリセル15内の各1〜ランジスタ1
3.14のゲートに図示しない手段から、例えば20V
の電圧がそれぞれ供給される。これにより、上記メモリ
セル15内のトランジスタ13のしきい1直電圧vth
が+5Vに設定されてデータの消去がなされる。
次にトランジスタ32.34がオン状態にされ、ビット
ライン14.12がデータ検出記憶回路20に接続され
る。このときデータ検出記憶回路20では前記のように
、予め一方のデータ入出力ノード31が″1°゛レベル
、他方のデータ入出力ノード33がII OITレベル
となるようなデータ記憶がなされている。このため、ト
ランジスタ32.34がオン状態にされると、一方のビ
ットライン11は゛1′°レベルに、他方のビットライ
ン12は″゛O′°O′°レベルれ設定される。II 
I ITレベルに設定された方のビットライン11では
高電圧発生回路19で前記のような昇圧動作が行なわれ
るので、その電位が20V程度の高電位にされる。従っ
て、このメモリセル15内のトランジスタ14のゲート
電圧を20Vに、トランジスタ13の制御ゲート電圧を
Ovにそれぞれ設定すればi Onレベルデータが書き
込まれることになる。
上記とは逆にデータ検出記憶回路20で予め一方のデー
タ入出力ノード31が” o ”レベル、他方のデータ
入出力ノード33が゛″1°゛1°゛レベルうなデータ
記憶が予めなされている場合、ビットライン11は゛0
°ルベルに設定されるので、このビットライン11に接
続されている?3電圧発生回路19では昇圧動作が行わ
れない。従って、トランジスタ14のゲート電圧を20
Vに、]・ランジスタ13の制御ゲート電圧をOVに設
定しても、トランジスタ13のしきいla電圧vthは
元の+5■のままにされ、゛1″レベルデータが記憶さ
れたままの状態となる。このとき、他方のビットライン
12は111 ITレベルに設定されるので、このビッ
トライン12に接続されている高電圧発生回路19では
昇圧動作が行われる。ところが、ビットライン12に接
続されているすべてのメモリセル15は非選択状態(選
択用トランジスタ14のゲート電圧がOV)であるので
、高電圧発生回路19で昇圧動作が行われても記憶デー
タは変化しない。
このように、この実施例におけるデータ検出記憶回路2
0は、データ読み出しの際にビットライン11、12間
の電位差を増幅してデータを検出するセンスアンプと、
データ書き込みの際のデータストレージの握鮨を兼備え
たものとなっている。このため、データを書き込む際の
経路とデータを読み出す際の経路を一部重復して使用す
ることができ、従来のように両経路が全く独立して設け
られる場合に比較して回路構成が簡単化できる。
しかもこの実施例回路では次のようにしてデータポーリ
ング橢能が簡単に実現されている。すなわら、メモリセ
ル15から“O″レベルデータを読み出す場合にピッ]
〜ラインは″゛OOパレベルれるが、” o ”レベル
のデータをメモリセル15に記憶させる場合には入力デ
ータ設定回路48およびトランジスタ41.42を介し
てビットラインをパ1”レベルに設定する必要がある。
すなわち、データの消去およびデータプログラムを行な
っている場合、入力バッフ146から入力したデータと
インバータ43.出力データレベル設定回路44および
出力バッファ45を介して出力されるデータとはレベル
が反転している。従って、データ書込み動作の終わりに
データ読み出し動作を追加し、そのときの出力データの
レベルを検出すればデータの消去お□よびデータプログ
ラムの途中か否かを判断することができる。これはとり
もなおさずEEPROMのデータポーリング機能であり
、この実施例回路によれば何の回路も追加せずにこのぼ
能が実現されている。
第6図はこの発明の変形例の構成を示す回路図である。
一般にEEPROMなどのメモリに使用されるメモリセ
ルの集積回路上の占有面積は前記データ検出記憶回路2
0に比べて小さく、各一対のビットライン11.12毎
にデータ検出記憶回路20を接続することはチップ面積
を最少にする上で好ましくない。そこでこの変形例のメ
モリでは、複数対のビットラインIIA、 12A、I
IB、 12B、11C,12G・・・iIN、 12
Nに対して1個のデータ検出記憶回路20を設け、この
データ検出記憶回路20とN対のビットライン11A、
 12A、1113.123.11G、 12C・・・
11N、 12Nそれぞれとの間に接続されているトラ
ンジスタ32A、 328.320・・・32N 、 
34A 、 34B 。
34C・・・34Nを図示しないカラムデコーダのデコ
ード信号CDA、CDB、CDC・・・CDNで制御す
るようにしたものである。この回路でも、デコード信号
に応じて選択された特定のカラムに対して航記と同様の
動作を行なわせることができる。しかも、チップ面積が
最少にできる。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、EEPROM特
有のページモードライトを効率よく1牙なえる回路構成
を有する半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る半導体記憶装置の一実施例の構
成を示す回路図、第2図は上記実施例回路の一部を具体
的に示す回路図、第3図は上記実施例回路の動作を説明
するための特性図、第4図は上記実施例回路の動作を説
明するためのタイミングチャート、第5図は上記実施例
回路を動作させる際の各部の電圧の関係をまとめて示し
た図、第6図はこの発明の変形例の構成を示す回路図で
ある。 11、12・・・ビットライン、15・・・メモリセル
、18・・・ダミーセル、19・・・高電圧発生回路、
20・・・データ検出記憶回路、27・・・フリップフ
ロップ、44・・・出力データレベル設定回路、47・
・・入力データ設定回路。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)不揮発性トランジスタからなるメモリセルおよび
    ダミーセルがそれぞれ接続された第1および第2のビッ
    トラインと、上記第1および第2のビットラインそれぞ
    れに接続される高電圧発生手段と、第1および第2のデ
    ータ入出力ノードを有するフリップフロップ回路からな
    り、データ読み出しの際には上記第1および第2のビッ
    トライン間に生じる電位差を増幅してデータの検出を行
    ない、データ書き込みの際には外部から入力される書き
    込み用データに応じたデータを一時的に記憶するデータ
    検出記憶手段と、上記データ検出記憶手段の第1、第2
    のデータ入出力ノードと上記第1、第2のビットライン
    との間に設けられる一対のスイッチ用トランジスタとを
    具備したことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. (2)前記データ書き込みの際に、前記データ検出記憶
    手段には外部から入力される前記書き込み用データの反
    転データが記憶される特許請求の範囲第1項に記載の半
    導体記憶装置。
  3. (3)前記一対のスイッチ用トランジスタは、前記デー
    タ読み出しおよびデータプログラムの際にオン状態に設
    定され、データ消去の際にはオフ状態に設定される特許
    請求の範囲第1項に記載の半導体記憶装置。
  4. (4)前記データ検出記憶手段が複数の第1および第2
    のビットラインに対して共通に設けられている特許請求
    の範囲第1項に記載の半導体記憶装置。
  5. (5)前記メモリセルが、データを記憶する不揮発性ト
    ランジスタおよびこのトランジスタを選択する選択用ト
    ランジスタで構成されている特許請求の範囲第1項に記
    載の半導体記憶装置。
  6. (6)不揮発性トランジスタからなるメモリセルおよび
    ダミーセルがそれぞれ接続された第1および第2のビッ
    トラインと、上記第1および第2のビットラインそれぞ
    れに接続される高電圧発生手段と、第1および第2のデ
    ータ入出力ノードを有するフリップフロップ回路からな
    るデータ検出記憶手段と、上記データ検出記憶手段の第
    1、第2のデータ入出力ノードと上記第1、第2のビッ
    トラインとの間に設けられる一対のスイッチ用トランジ
    スタと、上記データ検出記憶手段の第1、第2のデータ
    入出力ノードの少なくとも一方に得られるデータを外部
    に出力制御するデータ出力制御手段と、上記データ検出
    記憶手段の第1、第2のデータ入出力ノードそれぞれと
    所定の電位点との間に挿入される一対のデータ入力用ト
    ランジスタと、外部から入力される書き込み用データに
    応じて上記一対のデータ入力用トランジスタを制御する
    データ入力制御手段とを具備したことを特徴とする半導
    体記憶装置。
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