JPS62175997A - 半導体不揮発性記憶装置 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置

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JPS62175997A
JPS62175997A JP61015614A JP1561486A JPS62175997A JP S62175997 A JPS62175997 A JP S62175997A JP 61015614 A JP61015614 A JP 61015614A JP 1561486 A JP1561486 A JP 1561486A JP S62175997 A JPS62175997 A JP S62175997A
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JP
Japan
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nonvolatile memory
bipolar transistor
circuit
memory device
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP61015614A
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English (en)
Inventor
Koichi Seki
浩一 関
Goro Kitsukawa
橘川 五郎
Ryoichi Hori
堀 陵一
Hitoshi Matsuo
仁司 松尾
Makoto Suzuki
誠 鈴木
Seiji Kubo
征治 久保
Toshihisa Tsukada
俊久 塚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体不揮発性記憶装置に係り、特に記憶デー
タを高速に読取ることに好適な半導体不揮発性記憶装置
に関する。
〔発明の背景〕
半導体不揮発性記憶装置は電源遮断時にも記憶保持を行
うものでプログラムメモリ及びデータメモリとして広く
使用されている。記憶内容を紫外線を用いて消去するか
、電気的に消去するかによりイーピーロム(Erasa
ble and ProgrammableRead 
0nly Memory以下EPROMと記す)とイー
イーピーロム(Electrically Eraga
ble and ProgrammableRead 
0nly Memory以下E”PROMと記す)とに
大別される。
EFROMの基本構成を第6図に示す。
メモリセルアレイ1にはi本のワード線Wとj本のビッ
ト線Bが交差配列され、各ワード線とビット線の交点付
近にメモリセル2が配置されている。アドレスバッファ
回路3X、3Yにはそれぞれアドレス人力Xo”Xn、
Yo”Ymが入力され、その出力がデコーダ・ドライバ
回路4X、4Yに伝達される。該デコーダ・ドライバ回
路のうち4Xによりワード線Wが、4Yにより書込み回
路5、または読出し回路6が駆動され、メモリセルアレ
イ1内の選択されたメモリセル2への情報の書込みまた
は読出しが行われる。書込み読出し制御回路7は制御信
号C1” CQの入力によってメモリセルアレイの周辺
回路を制御する。入出力回路8はデータの入出力を行う
回路である。第6図においてはY系のアドレス入力とY
系のアドレス人力とを別々の入力端子より入力している
が、これらの入力端子を共用する。いわゆるアドレスマ
ルチプレクス方式を採用する事もある。また第6図では
入出力情報の端子をIOo〜■Okと共用しているが、
入力情報と出力情報の端子を分離する方式もある。
第6図はダイナミックRA M (Randam Ac
cessMe+mory)あるいはスタティックRAM
の構成と基本的に良く似ているが、EFROMにおいて
はメモリセル2の構造と書込み回路5に違いがある6第
2図は一搬的な半導体不揮発性記憶装置内のメモリセル
の断面構成である。浮遊ゲート9とコントロールゲート
10の2つのゲートを持つ絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ(MISFETと略す)である、11は絶縁物12
.13はソース・ドレイン、14は半導体基板である。
書込時にはコントロールゲート10とドレイン13に高
電圧を印加し、飽和チャネル電流を流し、ドレイン13
近傍で加速された電子がイオン化し、ホットエレクトロ
ンとなって浮遊ゲート9に注入される。この電子の捕獲
によりMISFETのしきい電圧が変化し、これを情報
に対応させる。
浮遊ゲート9とドレイン13に高電圧を印加するので書
込み回路5は必然的に高電圧スイツチン゛グ回路で構成
される。またデコーダ回路4X。
4Yもその一部に高電圧を扱う部分を含んでいる。
次に情報の読出しについて説明する。先に述べたように
メモリセル2のMISFETのしきい電圧の値を情報に
対応づけている。第3図は19112年国際固体回路会
議において発表(ISSCCDigest ofTec
hnical Papers、pp 182〜l 83
 )されたメモリセル2を含む読出し回路5の例である
。ただし、ここでは列選択回路は省略して描いた基本構
成である。メモリセル2を含む駆動回路15とpチャネ
ルMISFET 16からなる負荷17から構成されて
いる。nチャネルMISFET l 9とpチャンネル
にl5FET 20とは帰還回路を形成し電源端子21
に接続される。トランスファーゲート18はnチャネル
にl5FETで構成されている。駆動回路15によって
節点Aの情報Oと1に対応した振幅を小さくし、単なる
メモリセル2とMISFET 16のインバータとを組
み合わせた場合よりは高速な読取りを実現しててる。し
かしながら節点Aの振幅を小さくするといっても18〜
20はMISFETであるため節点A′で次段以降の信
号処理をするためには数百mVの値になる。メモリセル
2の相互コンダクタンスg、は一般に通常のMISFE
Tに比べて1/10程度と小さいため、この数百mVの
振幅では高速化には限界がある。集積度IMb (メガ
ビット)の素子では標準値がおよそ100〜150ns
のアドレスアクセス時間(t^^)となっており、高速
化の要求には十分応えられていない。特にこのアドレス
アクセス時間の約1/2をワード線からセンスアンプの
出力までに要しているのが、問題である。
E !FROMの場合にも同じような状況にある。
E 2FROMの基本構成は第6図と似ているが、これ
に消去回路系が加わる点が異なる。またメモリセルも2
つのトランジスタ、即ちメモリトランジスタと選択トラ
ンジスタの直列セルからなるものが多い、しかしながら
、読出しに関しては先に述べたものとほぼ同様である。
ところで高速性と大容量性と両立するためにメモリーセ
ルをMISFETにより構成し、メモリーセルと信号の
授受を行う周辺回路はバイポーラトランジスタを含んで
構成したものとしては特開昭55−129994号、特
開昭59−12401$6号公報に示されたスタティッ
ク型RAMなどの例がある。しかし、共に電源が切れる
と記憶された情報は失われてしまう。
スタティック型RAMの場合には待機時の消費電流が小
さいので電池をバックアップ用電源に用いる方法で擬似
的に不揮発化できるが、電池の信頼性・大きさなどに問
題がある。またスタティック型RAMはメモリーセルを
フリップフロップで構成するため、集積化の点で不利で
ある。
また高速読出しが可能な半導体不揮発性記憶装置として
はメモリーセルにバイポーラトランジスタ、あるいはダ
イオードとヒユーズを用いたものが知られているが、ヒ
ユーズの溶断や接合の破壊を行って情報を記憶するので
非可逆的、即ち消去不能である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記問題を解決し、高速に読取り可能な
半導体不揮発性記憶装置を提供する事にある。
〔発明の概要〕
本発明は半導体不揮発性記憶装置においてメモリセルは
従来のままで周辺回路、特に読出し回路系(センスアン
プ)系をバイポーラトランジスタを含む回路で構成する
事により、バイポーラトランジスタの高電流駆動能力を
いかして高速読出しを可能とするものである。メモリセ
ル、書込・消去回路系は読出しに関与する極一部分を除
いて従来と同じであるので不揮発性記憶装置としての書
込・消去特性は従来と同様の特性が得られる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。以下の実施例
では外部インタフェイスはトランジスタトランジスタロ
ジック(TTL)レベルとするが。
エミッタ結合ロジック(ECL)レベルでもよい事はい
うまでもない。
本実施例ではメモリセルとして第2図に示した浮遊ゲー
ト型の1トランジスタセルを用いるが、これだけに限定
されるものではなく、EZPMOM用の2トランジスタ
セル、E ”PROM用の1トランジスタセルなどをも
つ半導体不揮発性記憶装置全般に適用可能である。
本発明による半導体不揮発性記憶装置の全体構成な第6
図と同じである。
第4図は読出し回路を説明するために第6図を詳細に示
した図であるにこで22は読出しと書込みの切換え回路
、24は読出し時の出力バッファ、25は書込時の入力
バッファである。V p pは書込み用の高電圧である
e Vcpは読出し時にはVcc、書込み時にはVpp
となる。なお本図では第6図の書込み読出し制御回路7
は省略しである。
また読出しと書込の切換え回路22は第5図のようにし
て実現できる。ここでyso、ysi・・・とypso
、ypsl・・・はデコーダ4Yの出力信号、ypso
、ypslは書込回路5の出力信号である。
yso、ySi・・・から1つの阿l5FETがオンに
なり、読出し回路にはy p S O、y p S 1
− (’) 1 つのMISFETがオンになり、読出
し回路につながり、pso。
Psi、はすべてオフで書込み回路は分離される6書込
時には逆にpso、pSi・・・のうちから1つが選ば
れてオンになり、VpSO,yr+si・・・はすべて
オフになる。ここでは切換え回路22はMISFIIE
Tで構成したが、バイポーラトランジスタを使ってもか
まわない。
読出し回路6の例を第1図に示す。この図では便宜上出
力バッファ24も含めて描いた。読出し回路6は第3図
のMISFET 19〜2oで構成していた帰還回路と
トランスファーゲート18の部分をバイポーラトランジ
スタQ2と定電圧VBBで置きかえたものである。メモ
リセルの記憶情報によりビット線の電流が変化し、この
電流変化(約数十μA)を負荷抵抗で検出する。通常節
点Cには大きな浮遊容量がつくが、バイポーラトランジ
スタでこの電位を一定に押さえれば、ビット線の電流変
化はそのままコレクタ電流の変化となる。コレクタ側り
点の浮遊容量は小さいので0.1〜1■の振幅をとり出
しても遅れ時間は短縮できる。節点Cの振幅が抑えられ
ればメモリセルトランジスタのgmが小さくても高速に
動作できる。この出力はQ3を通してQ4.Q5からな
る差動増幅器に接続される。LSはレベルシフト回路で
トランジスタQ4の動作点を適当な電位に設定するもの
である。Q5のベースには一定の参照電圧Vrezが加
わるが、これはQ4のベースに現われる信号の電位に応
じて調整する。■は単なる定電圧源であっても構わない
しダミーのメモリーセルを用いても良い、この時、ダミ
ーセルのしきい電圧を情報パ1′″と0”に相当する値
の中間の値に設定するか適当なレベルシフトを行う必要
がある。R1−R3は負荷抵抗、11〜工3はバイアス
用電流源である。待機時にはこれをオフ状態にするよう
MISFETで構成しても良い。負荷抵抗R1〜R3は
、M工Sトランジスタを使っても構成できる。Qlには
第3図と同様、pチャネルMISFETを用いたが、n
チャンネルMISFETでもまた抵抗でも良い。第7図
に出力バッファ24の側を示す。図中、DOCはデータ
の入出力端力が同じ時に、読出しと書込みを切りかえる
信号である。GEはチップイネーブル信号で待機時にパ
ワーダウンするために用いる。なお、第1図F−F’ 
より右側の回路は1図示したものに限られず種々の回路
を使用し得る。
以上、読出し回路及び出力バッファについて説明したが
、バイポーラトランジスタの使用はこれにとどめる必要
はない。次に、アドレスバッファ、デコーダの高速化を
達成する回路について説明する。
第8図はアドレスバッフ及びチップイネーブル(GE)
バッファ回路、アウトプットイネーブル(OE)バッフ
ァ回路等に用いられる基本的なバッファ回路である。バ
ッファ回路はTTLレベルから内部のMO8論理レベル
に変換する回路である。GE倍信号OE倍信号チップの
選択、読出し書込みの動作モードの制御を行う信号であ
る。
本回路は上に述べたCEバッファ回路、OEバッファ回
路に限らず、入力レベルの変換に用いる事ができる。ま
たアドレスバッファ、OEバッファ回路についてはGE
倍信号応じてパワーダウンするような回路に変形しても
よい。このようにバイポーラトランジスタを用いる事に
より大きな容量性負荷を高速に駆動できる。
第9図はデコーダの例である。不揮発性記憶装置におい
ては書込み時に高電圧を用いているため。
図中のV c pは読出し時はVcc、lj込時にはV
 p pとなる。
以上のようにバイポーラトランジスタを周辺回路に組み
込む事により読出し時間を150nsがら50n sに
短縮する事ができた。
さらに書込みに用いる周辺回路にバイポーラトランジス
タを用いても良い事は言うまでもない。
また本発明は上記実施例のみに限定されるものではない
、上記実施例では比較的回路形式が簡単なものを示した
が、EFROM、 E”PRONが種々の付加機能(た
とえばバイト単位の書込み等)を有する場合にも適用で
きる。
〔発明の効果〕
本発明によれば半導体不揮発性メモリの潤度回路にバイ
ポーラトランジスタを含んで構成する事により、バイポ
ーラトランジスタの高駆動能力と微小信号検出能力を生
かせるので高速読取りが可能な半導体不揮発性記憶装置
を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の読出し回路を示す図、第2図はメモリ
セルの断面図、第3図は従来の読取り回路を示す図、第
4図はEFROMの構成を示す図、第カバッファの回路
図、第8図は入力バッファの回路図、第9図はデコーダ
の回路図。 1・・・メモリセルアレイ、2・・・メモリセル、3・
・・アドレスバッファ、4・・・デコーダ、5・・・書
込み回路、6・・・読出し回路、7・・・読出し書込み
制御回路、8冨  1  ロー ′fJ 4 図 (疏岨)  (害込初 冨 7 口 pθC も ′−,X   ふ−N アトUスへ°ヅ71と力

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、不揮発性記憶素子を含んで構成されたメモリセルを
    配列したセルアレーと該セルアレーとの間で信号の授受
    を行う周辺回路を有する半導体不揮発性記憶装置に於い
    て、前記不揮発性記憶素子内の電流路の一端がビット線
    に接続され、該ビット線が該ビット線を選択するスイッ
    チ素子を介して読出し回路を構成する第1のバイポーラ
    トランジスタのエミッタに接続されている事を特徴とす
    る半導体不揮発性記憶装置。 2、前記不揮発性記憶素子が浮遊ゲートを有する絶縁ゲ
    ートトランジスタである事を特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の半導体不揮発性記憶装置。 3、前記不揮発性記憶素子が2種以上の絶縁物をゲート
    絶縁膜とする絶縁ゲートトランジスタである事を特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体不揮発性記憶装
    置。 4、前記読出し回路が、前記第1のバイポーラトランジ
    スタ以外に少なくとも1つ以上のバイポーラトランジス
    タを有する事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体不揮発性記憶装置。 5、前記第1のバイポーラトランジスタと前記第1のバ
    イポーラトランジスタ以外の2個のバイポーラトランジ
    スタとによつて、差動増幅器を形成した事を特徴とする
    特許請求の範囲第1項乃至第4項記載の半導体不揮発性
    記憶装置。 6、前記読出し回路以外の周辺回路に少なくとも1個以
    上のバイポーラトランジスタを含む事を特徴とする特許
    請求の範囲第1項乃至第5項記載の半導体不揮発性記憶
    装置。
JP61015614A 1986-01-29 1986-01-29 半導体不揮発性記憶装置 Pending JPS62175997A (ja)

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JPS62175997A true JPS62175997A (ja) 1987-08-01

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02282995A (ja) * 1989-04-25 1990-11-20 Toshiba Corp 半導体記憶装置
US5801992A (en) * 1996-07-30 1998-09-01 Nec Corporation High speed low-power consumption semiconductor non-volatile memory device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02282995A (ja) * 1989-04-25 1990-11-20 Toshiba Corp 半導体記憶装置
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