JPS62195797A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPS62195797A
JPS62195797A JP61037396A JP3739686A JPS62195797A JP S62195797 A JPS62195797 A JP S62195797A JP 61037396 A JP61037396 A JP 61037396A JP 3739686 A JP3739686 A JP 3739686A JP S62195797 A JPS62195797 A JP S62195797A
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JP
Japan
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voltage
memory cell
mosfet
read
load
Prior art date
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Application number
JP61037396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Furuno
毅 古野
Nobuaki Nakai
中井 信明
Yoichi Matsuno
松野 庸一
Minoru Fukuda
実 福田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve a read margin by providing the second load MOSFET selectively supplying a part of the read current for a selected memory cell in parallel connection with a load MOSFET to supply the said read current, so as to lift an operational ceiling voltage. CONSTITUTION:When a selected memory cell is in a high threshold voltage (logic '0') in comparison with the selection level of a word line, the output voltage Vs of an initial-stage amplifier circuit is determined solely according to the conductances ratios of a MOSFETQ12, an amplifying MOSFETQ11, a Y-gate MOSFET and the memory cell Q1 because the conductance of a MOSFETQ13 is small since it acts as a constant-current power source. As a power source voltage Vcc rises, the selection level of a word line comes higher than a comparatively high threshold voltage, by allowing the memory cell Q1 to be turned ON. Accordingly, the enhancing in conductance of the load MOSFETQ12 is limited. Therefore, the large drop of an output voltage V0 is compensated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体記憶装置に関するものであり、例え
ば、FAMO3(フローティングゲート・アバランシェ
インジェクション・MOS)を記憶素子(メモリセル)
とするfF、FROM (エレクトリカリ・プログラマ
ブル・リード・オンリー・メモリ)に利用して有効な技
術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor memory device, and for example, uses FAMO3 (floating gate avalanche injection MOS) as a memory element (memory cell).
The present invention relates to a technology effective for use in fF and FROM (Electrically Programmable Read Only Memory).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

FAMO3のような半導体素子を記憶素子とするEPR
OMについては、たとえば特開昭54−152933号
公報等により公知である。
EPR that uses a semiconductor element like FAMO3 as a memory element
OM is known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 152933/1983.

FAMOSトランジスタは、その書き込みが行われない
通常の状態を論理“1”とし、そのゲートが結合される
ワード線の選択レベルより低いしきい値電圧を持つよう
にされる。また、書込みが行われた状態を論理“O″と
し、そのゲートが結合されるワード線の選択レベルより
高いしきい値電圧を持つようにされる。しかしながら、
動作電源電圧Vccの上昇とともにワード線の選択レベ
ルも上昇し、そのレベルが上記高いしきい値電圧を越え
るとFAMoSトランジスタがオフ状態からオン状態に
切り替わる。
The FAMOS transistor has a logic "1" in its normal state where writing is not performed, and has a threshold voltage lower than the selection level of the word line to which its gate is coupled. Further, the written state is set to logic "O", and the gate has a threshold voltage higher than the selection level of the word line to which it is coupled. however,
As the operating power supply voltage Vcc rises, the selection level of the word line also rises, and when the level exceeds the high threshold voltage, the FAMoS transistor switches from the off state to the on state.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

第3図には、先に本発明者等によって開発されたEPR
OMのセンスアンプを含む読み出し回路が示されている
。このEFROMにおいて、読み出しが行われるメモリ
アレイM−ARYのメモリセルQ1は、ワード線W1お
よびYゲー)YGのMOSFETQ7により選択される
。メモリセルQ1の読み出し動作は、そのゲートに上記
メモリセルQ1のオン/オフ状態に従った読み出し電圧
を受けるインバータ回路N1の出力信号によってゲート
バイアス電圧が供16されるゲート接地型の増幅MOS
FETQI 1およびそのドレインに設けられた負荷M
OSFETQ12からなる初段増幅回路により行われる
。すなわち、初段増幅回路の出力電圧は、上記メモリセ
ルQlと、増幅MOSFETQI lおよび負荷MOS
FETQI 2のコンダクタンス比に従ったレベルにさ
れる。この読み出し電圧Vsは、第3図のような動作電
源電圧依存性を持つ。すなわち、動作電源電圧Vccの
電位が上記メモリセルの比較的高いしきい値電圧より低
い電圧範囲では、メモリセルQ1がオフ状態となるため
、動作電源電圧Vccの上昇とともに読み出しハイレベ
ルvOが上昇する。一方、比較的低いしきい値電圧を持
つメモリセルの読み出しレベルV1は、上記負荷MOS
FETQI 1に対してそのコンダクタンスが十分に大
きくされているため、はぼ一定にされる。このようなハ
イレベル読み出し電圧vOとロウレベル読み出し電圧V
1は、センスアンプSAとして作用するCMOSインバ
ータ回路のロジックスレッショルド電圧V1tによって
判定される。
Figure 3 shows the EPR developed earlier by the present inventors.
A readout circuit including an OM sense amplifier is shown. In this EFROM, memory cell Q1 of memory array M-ARY to be read is selected by word line W1 and YG MOSFET Q7. The read operation of the memory cell Q1 is performed using a gate-grounded amplifying MOS whose gate is supplied with a gate bias voltage by an output signal of an inverter circuit N1 which receives a read voltage according to the on/off state of the memory cell Q1.
FETQI 1 and the load M provided on its drain
This is performed by the first stage amplifier circuit consisting of OSFETQ12. That is, the output voltage of the first stage amplifier circuit is
The level is set according to the conductance ratio of FETQI2. This read voltage Vs has dependence on the operating power supply voltage as shown in FIG. That is, in a voltage range where the potential of the operating power supply voltage Vcc is lower than the relatively high threshold voltage of the memory cell, the memory cell Q1 is in an off state, so that the read high level vO increases as the operating power supply voltage Vcc rises. . On the other hand, the read level V1 of a memory cell with a relatively low threshold voltage is
Since its conductance is made sufficiently large for FET QI 1, it is kept approximately constant. Such high level read voltage vO and low level read voltage V
1 is determined by the logic threshold voltage V1t of the CMOS inverter circuit acting as the sense amplifier SA.

このようなEFROMの読み出し回路には次に示す問題
点があることが本発明者等によって明らかになった。す
なわち、電源電圧Vccが上昇してワード線の選択レベ
ルがメモリセルの比較的高いしきい値電圧より高くなる
と、メモリセルQ1がオン状態となり、電源電圧Vcc
の上昇とともにそのコンダクタンスも大きくされる。こ
の結果、上記ハイレベルの読み出し電圧vOは、電源電
圧■ccの上昇とともに低下する。この場合、負荷MO
SFETQ12は、そのゲートが回路の接地電位に接続
されることから非飽和領域で動作状態とされ、上記読み
出し電圧vOの低下に伴いソース・ドレイン間の電圧も
大きくなって、益々上記読み出し電圧vOの低下を助長
するように作用する。
The inventors have discovered that such an EFROM readout circuit has the following problems. That is, when the power supply voltage Vcc rises and the selection level of the word line becomes higher than the relatively high threshold voltage of the memory cell, the memory cell Q1 is turned on, and the power supply voltage Vcc
As the value increases, its conductance also increases. As a result, the high-level read voltage vO decreases as the power supply voltage cc rises. In this case, the load MO
SFETQ12 is operated in a non-saturation region because its gate is connected to the ground potential of the circuit, and as the readout voltage vO decreases, the voltage between the source and drain also increases, and the readout voltage vO increases. It acts to promote the decline.

このため、この読み出し電圧■0がセンスアンプSAの
CMOSインバータ回路の論理スレッシホルト電圧vl
tに達することにより規定される動作上限電圧が低下し
てしまう。そこで、上記動作上限電圧を高くするため、
本発明者等は負荷MOSFETQ12のサイズを大きく
し、そのコンダクタンスを大きくすることで、第3図の
点線で示されるように、読み出し電圧vOの落ち込みを
抑えることを検討した。しかしながら、このように負1
M05FET12のコンダクタンスを大きくした場合、
逆に比較的低いしきい値電圧とされたメモリセルの読み
出しにおいて、そのコンダクタンス比により決定される
ロウレベルの出力11圧V1が第3図の点線で示される
ように上昇してしまうため、ロウレベル側の読み出しマ
ージンが小さくなってしまう。
Therefore, this read voltage 0 is the logic threshold voltage vl of the CMOS inverter circuit of the sense amplifier SA.
When the voltage reaches t, the specified operating upper limit voltage decreases. Therefore, in order to increase the above operating upper limit voltage,
The present inventors have considered suppressing the drop in the read voltage vO, as shown by the dotted line in FIG. 3, by increasing the size of the load MOSFET Q12 and increasing its conductance. However, in this way negative 1
When the conductance of M05FET12 is increased,
Conversely, when reading a memory cell with a relatively low threshold voltage, the low level output 11 voltage V1 determined by its conductance ratio increases as shown by the dotted line in Figure 3, so the low level side The read margin becomes small.

なお、上記EFROM装置にあっては、書き込み効率を
高くする等のために、動作電圧Vccを高くして使用さ
れることが多く、上記動作上限電圧が低いとベリファイ
モード(書き込み情報の読み出しチェック)が不能にな
る。言い換えるならば、比較的高い電圧による効率的な
書き込みができなくなってしまう。
Note that the above-mentioned EFROM device is often used with a high operating voltage Vcc in order to increase write efficiency, etc., and when the above-mentioned upper limit voltage for operation is low, it enters verify mode (read check of written information). becomes impossible. In other words, efficient writing using a relatively high voltage becomes impossible.

この発明の目的は、動作上限電圧を大きくし、読み出し
マージンの改善を図った半導体記憶装置を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device in which the upper limit voltage for operation is increased and the read margin is improved.

この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of this invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、
選択されたメモリセルに対して読み出し電流を供給する
負荷MOSFETと並列に、そのゲートに適当なバイア
ス電圧を受け、その特性の飽和領域で動作することで、
選択されたメモリセルに対する読み出し電流の一部を選
択的に供給するための第2の負荷M OS F E ’
l”を設けるものである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows. That is,
By receiving an appropriate bias voltage on its gate in parallel with a load MOSFET that supplies read current to the selected memory cell, and operating in the saturation region of its characteristics,
a second load MOSFE' for selectively supplying a portion of the read current to the selected memory cell;
1".

〔作  用〕[For production]

上記した手段によれば、比較的高いしきい値電圧(論理
“O″)とされたメモリセルの読み出し動作時には、第
1および第2の負荷MOSFETが並列状態で読み出し
電流を供給するため、負荷MOSFET全体としてのコ
ンダクタンスを大きくすることなく、高い電源電圧Vc
cまで必要な読み出し電流を供給することができる。
According to the above means, during a read operation of a memory cell with a relatively high threshold voltage (logic "O"), the first and second load MOSFETs supply a read current in parallel, so that the load High power supply voltage Vc without increasing the conductance of the entire MOSFET
It is possible to supply the necessary read current up to c.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、この発明をEFROMに適用した場合のメ
モリアレイおよびその周辺部の一実施例の回路図が示さ
れている。特に制限されないが、同図の各回路素子は、
公知のCMO3(相補型MO3)集積回路の製造技術に
よって、1個の単結晶シリコンのような半導体基板上に
おいて形成される。同図において、チャネル(バックゲ
ート)部に矢印が付加されたMOS F ETはPチャ
ンネル型であり、矢印の付加されないNチャンネルMO
SFETと区別される。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of a memory array and its peripheral portion when the present invention is applied to an EFROM. Although not particularly limited, each circuit element in the figure is
The well-known CMO3 (complementary MO3) integrated circuit fabrication technique is formed on a single semiconductor substrate, such as single crystal silicon. In the same figure, the MOS FET with an arrow added to the channel (back gate) part is a P-channel type, and the N-channel MOSFET with no arrow added.
Distinguished from SFET.

特に制限されないが、集積回路は単結晶P型シリコンか
らなる半導体基板上に形成される。NチャンネルMOS
FETは、このような半導体基板表面に形成されたソー
ス領域、ドレイン領域およびソース領域とドレイン領域
との間の半導体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を介
して形成されたポリシリコンからなるようなゲート電極
から構成される。PチャンネルMOS F ETは、上
記半導体基板表面に形成されたN型ウェル領域に形成さ
れる。これによって、半導体基板は、その上に形成され
た複数のNチャンネルMOSFETの共通の基板ゲート
を構成する。N型ウェル領域は、その上に形成されたP
チャンネルMOSFETの基板ゲートを構成する。Pチ
ャンネルMOSFETの基板ゲートすなわちN型ウェル
領域は、第1図の電源端子Vccに結合される。
Although not particularly limited, the integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single-crystal P-type silicon. N channel MOS
FETs are made of polysilicon formed on the surface of such a semiconductor substrate, including a source region, a drain region, and a thin gate insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate between the source and drain regions. It consists of a gate electrode. The P-channel MOS FET is formed in an N-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate. Thereby, the semiconductor substrate constitutes a common substrate gate for a plurality of N-channel MOSFETs formed thereon. The N-type well region has a P well formed thereon.
Configures the substrate gate of the channel MOSFET. The substrate gate of the P-channel MOSFET, ie, the N-type well region, is coupled to the power supply terminal Vcc of FIG.

この実施例のEFROMにおいては、外部端子から供給
されるXアドレス信号AXO−AXiおよびYアドレス
信号AYO〜AYjを受けるアドレスバッファXADB
およびYADBにより相補アドレス信号が形成され、ア
ドレスデコーダXDCRおよびYDCRに供給される。
In the EFROM of this embodiment, an address buffer XADB receives X address signals AXO-AXi and Y address signals AYO-AYj supplied from external terminals.
A complementary address signal is formed by YADB and YADB, and is supplied to address decoders XDCR and YDCR.

同図では、アドレスバッファとアドレスデコーダとが一
つの回路ブロックXADB−DcR9YADB−DcR
としてそれぞれ示されている。特に制限されないが、上
記アドレスバッファXADB、YADBは、内部タイミ
ング信号coにより活性化され、外部端子に供給される
アドレス信号を取り込み、そのアドレス信号と同相の内
部アドレス信号と逆相の内部アドレス信号とからなる相
補アドレス信号を形成する。
In the figure, the address buffer and address decoder are included in one circuit block XADB-DcR9YADB-DcR.
are shown respectively. Although not particularly limited, the address buffers XADB and YADB are activated by an internal timing signal co, take in an address signal supplied to an external terminal, and output an internal address signal having the same phase as the address signal and an internal address signal having the opposite phase. A complementary address signal consisting of:

アドレスデコーダXDCRは、XアドレスバッファXA
DHから供給される相補アドレス信号をデコードし、メ
モリアレイM−ARYのワード線の選択信号を形成する
。また、アドレスデコーダYDCRは、Yアドレスバッ
ファYADBから供給される相補アドレス信号をデコー
ドし、メモリアレイM−ARYのデータ線の選択信号を
形成し、YゲートYGに供給する。
The address decoder XDCR is the X address buffer XA.
The complementary address signal supplied from the DH is decoded to form a selection signal for the word line of the memory array M-ARY. Further, the address decoder YDCR decodes the complementary address signal supplied from the Y address buffer YADB, forms a selection signal for the data line of the memory array M-ARY, and supplies it to the Y gate YG.

この実施例のEPROMでは、8ピント単位でデータの
書込みあるいは読み出しが行われるが、第1図には、そ
の1ビット分のメモリアレイM−ARY、データ人カバ
ソファDIBおよびデータ出力バッファDOB等が示さ
れている。メモリアレイM−ARYは、代表として示さ
れている複数のFAMO3I−ランジスタ(不揮発性メ
モリ素子・Q1〜Q6)と、ワード線w1〜Wnおよび
データ線D1〜Dnとにより構成される。メモリアレイ
M−ARYにおいて、同じ行に配置されたFAMOSト
ランジスタQ1〜Q3およびQ4〜Q6のコントロール
ゲートは、それぞれ対応するワード線WlおよびW2に
接続され、同じ列に配置されたFAMOSトランジスタ
Q1・Q4〜Q3・Q6のドレインは、それぞれ対応す
るデータ線D1〜Dnに接続される。上記FAMOSト
ランジスタの共通ソース線C8は、特に制限されないが
、書込み用内部タイミング信号weを受けるディプレッ
ション型MOSFETQI Oを介して接地される。こ
のMOSFETQIOは、書き込み時において、上記内
部タイミング信号Wτのロウレベルによってそのコンダ
クタンスが比較的小さくされる。これにより、共通ソー
ス線C3の電位は比較的高い電位となり、相対的にFA
MO3トランジスタのしきい値電圧が比較的高くされる
In the EPROM of this embodiment, data is written or read in units of 8 pins, and FIG. 1 shows the memory array M-ARY, data buffer sofa DIB, data output buffer DOB, etc. for 1 bit. has been done. The memory array M-ARY is composed of a plurality of representative FAMO3I-transistors (non-volatile memory elements Q1 to Q6), word lines w1 to Wn, and data lines D1 to Dn. In the memory array M-ARY, the control gates of the FAMOS transistors Q1 to Q3 and Q4 to Q6 arranged in the same row are connected to the corresponding word lines Wl and W2, respectively, and the control gates of the FAMOS transistors Q1 and Q4 arranged in the same column are connected to the corresponding word lines Wl and W2, respectively. The drains of Q3 and Q6 are connected to the corresponding data lines D1 to Dn, respectively. The common source line C8 of the FAMOS transistors is grounded via a depletion type MOSFET QIO which receives the write internal timing signal we, although this is not particularly limited. During writing, the conductance of MOSFET QIO is made relatively small by the low level of the internal timing signal Wτ. As a result, the potential of the common source line C3 becomes a relatively high potential, and the potential of the common source line C3 becomes relatively high.
The threshold voltage of the MO3 transistor is made relatively high.

したがって、書込み動作時においてデータ線に書込み用
の高電圧が供給された場合でも、非選択状態のワード線
に接続されるFAMOSトランジスタに流れるリーク電
流を小さくすることができる。
Therefore, even if a high write voltage is supplied to the data line during a write operation, the leakage current flowing through the FAMOS transistor connected to the non-selected word line can be reduced.

これによって、外部端子から供給される書き込み電流は
選択され九FAMO3l−ランジスタにのみ供給される
ので、効率的な書き込み動作を行うことができる。なお
、読み出し動作時においては、上記内部タイミング信号
W1のハイレベルによってMOSFETQI Oのコン
ダクタンスは比較的大きくされるため、読み出し動作が
高速に行われる。
As a result, the write current supplied from the external terminal is selected and supplied only to the nine FAMO3l- transistors, so that an efficient write operation can be performed. Note that during the read operation, the conductance of the MOSFET QIO is made relatively large due to the high level of the internal timing signal W1, so that the read operation is performed at high speed.

上記各データ線D1〜Dnは、上記アドレスデコーダY
DCRによって形成された選択信号を受けるYゲー)Y
GのスイッチMOSFETQ7〜Q9を介して、共通デ
ータ線CDに接続される。
Each of the data lines D1 to Dn is connected to the address decoder Y.
(Y game) receiving the selection signal formed by the DCR
It is connected to the common data line CD via G switch MOSFETs Q7 to Q9.

共通データ線CDには、外部端子DOから入力される書
込み信号を受けるデータ人カバソファDIBの出力端子
が接続される。データ人カバソファDIBは、タイミン
グ制御回路CTLから供給される内部タイミング信号w
eによって書込み動作モードにおいて動作状態とされ、
外部端子DOから入力される書込みデータを所定の書込
みレベルとし、共通データ線CDに供給する。
The common data line CD is connected to an output terminal of a data driver sofa DIB that receives a write signal input from an external terminal DO. The data driver DIB receives an internal timing signal w supplied from the timing control circuit CTL.
activated in the write operation mode by e;
Write data input from the external terminal DO is set to a predetermined write level and is supplied to the common data line CD.

タイミング制御回路CTLは、外部端子CE。Timing control circuit CTL is connected to external terminal CE.

OE、PGMおよびvppに供給されるチップイネーブ
ル信号σ玉、アウトプットイネーブル信号で1、プログ
ラム信号PGMおよび書込み用高電圧VPflを受けて
、動作モードを識別し、内部タイミング信号ce、we
、oe等や、アドレスデコーダおよびデータ入カバソフ
ァDIRに選択的に供給される読み出し用低電圧Vcc
/書き込み用高電圧Vl)P等を形成する。たとえば、
チップイネーブル信号CBがロウレベルで、アウトプッ
トイネーブル信号σ1がハイレベル、またプログラム信
号71羽がロウレベルであれば、書込み動作(プログラ
ム)モードと識別し、上記内部タイミング信号ceおよ
びweをハイレベルとし、weの反転信号11およびO
eがローレベルとされる。また、アドレスデコーダ回路
XDCR,YDCRおよびデータ入カバソファDIHに
は書込み用高電圧Vppが供給される。
Upon receiving the chip enable signal σ ball supplied to OE, PGM and vpp, the output enable signal of 1, the program signal PGM and the high voltage VPfl for writing, the operation mode is identified and the internal timing signals ce, we
, oe, etc., and a read low voltage Vcc selectively supplied to the address decoder and data input cover sofa DIR.
/A high voltage for writing (Vl)P, etc. is formed. for example,
If the chip enable signal CB is at a low level, the output enable signal σ1 is at a high level, and the program signal 71 is at a low level, the write operation (program) mode is identified, and the internal timing signals ce and we are set at a high level, inverted signal 11 of we and O
e is set to low level. Further, a high voltage Vpp for writing is supplied to the address decoder circuits XDCR, YDCR and the data input buffer sofa DIH.

一方、チップイネーブル信号CBがロウレベルで、アウ
トプットイネーブル信号OEがロウレベル、プログラム
信号PGMがハイレベル、またvppが書込み用高電圧
なら、ベリファイモードと識別し、上記内部タイミング
信号C6、oeおよびweの反転信号W1がハイレベル
にされる。このベリファイモードでは、XDCR,YD
CRおよびDIRには、その動作電圧が上記高電圧vp
pから比較的高い電圧とされた電源電圧Vccに切り換
えられて供給される。
On the other hand, if the chip enable signal CB is at a low level, the output enable signal OE is at a low level, the program signal PGM is at a high level, and vpp is a high voltage for writing, the verify mode is identified, and the internal timing signals C6, oe, and we are The inverted signal W1 is set to high level. In this verify mode, XDCR, YD
The operating voltage of CR and DIR is the above-mentioned high voltage vp.
p is switched to a relatively high power supply voltage Vcc and supplied.

さらに、チップイネーブル信号σ1がロウレベルの時、
アウトプットイネーブル信号CIがロウレベル、プログ
ラム信号「σ習がハイレベル、またVPPが読み出し用
低電圧(Vccと同じレベル)なら、読み出しモードと
され、上記内部タイミング信号ce、oeおよびweの
反転信号71がハイレベルにされる。
Furthermore, when the chip enable signal σ1 is at low level,
When the output enable signal CI is at a low level, the program signal "σ" is at a high level, and VPP is a low voltage for reading (same level as Vcc), the read mode is entered, and the inverted signal 71 of the internal timing signals ce, oe, and we is set. is raised to a high level.

上記共通データ線CDには、さらに次に説明するセンス
アンプSAを含む読み出し回路と、データ出力バッファ
DOBが設けられる。すなわち、上記共通データ線CD
には、ゲート接地型のNチャンネル型増幅MOSFET
QI 1のソースに結合される。この増幅MOSFET
QI 1のゲートには、共通データ線CD及び選択され
たデータ線のレベルリミッタ動作を行うため、上記共通
データ線CDの電圧を受けるインバータ回路N1の出力
電圧がバイアス電圧として供給される。これにより、共
通データ線CD等に信号変化速度を制限する浮遊容量等
の容量が存在するにもかかわらず、読み出し動作の高速
化を図ることができる。上記増幅用のMO5FETQI
 1のドレイン出力信号Vsは、CMOSインバータ回
路によって構成されるセンスアンプSAの入力端子に伝
えられる。
The common data line CD is further provided with a read circuit including a sense amplifier SA, which will be described next, and a data output buffer DOB. That is, the common data line CD
is a gate-grounded N-channel amplification MOSFET.
Coupled to the source of QI 1. This amplification MOSFET
The output voltage of the inverter circuit N1 receiving the voltage of the common data line CD is supplied as a bias voltage to the gate of QI 1 in order to perform a level limiter operation for the common data line CD and the selected data line. Thereby, even though there is a capacitance such as a stray capacitance that limits the signal change speed in the common data line CD, etc., it is possible to speed up the read operation. MO5FETQI for the above amplification
The drain output signal Vs of 1 is transmitted to the input terminal of a sense amplifier SA formed by a CMOS inverter circuit.

データ出力バッファDOBはタイミング制御回路CTL
から供給される内部タイミング信号Oeにより動作状態
とされ、センスアンプSAの出力信号を外部端子DOに
出力する。
Data output buffer DOB is timing control circuit CTL
It is put into an operating state by an internal timing signal Oe supplied from the sense amplifier SA, and outputs the output signal of the sense amplifier SA to an external terminal DO.

この実施例では、高い電源電圧Vccまで読み出し動作
を可能にするため、上記増幅MOSFETQllのドレ
イン、電源電圧Vccとの間には、Pチャンネル型の第
1の負荷MOSFETQI 2が設けられる。また、こ
のMOS F ETQ 12 ト並列に、Pチャンネル
型の第2の負荷MOSFETQ13が設けられる。MO
SFETQI 2のゲートは回路の接地電位に接続され
ることで、MOSFETQ12は非飽和領域で動作させ
られる。一方、MOSFETQI 3のゲートには、P
チャンネルMO5FETQ14およびNチャンネルM。
In this embodiment, in order to enable a read operation up to a high power supply voltage Vcc, a P-channel type first load MOSFET QI2 is provided between the drain of the amplification MOSFET Qll and the power supply voltage Vcc. Further, a P-channel type second load MOSFETQ13 is provided in parallel with this MOSFETQ12. M.O.
By connecting the gate of SFETQI2 to the ground potential of the circuit, MOSFETQ12 is operated in a non-saturation region. On the other hand, the gate of MOSFETQI3 has P
Channel MO5FETQ14 and N channel M.

5FETQ15〜Q17からなる直列回路で形成された
分圧電圧が供給される。この分圧電圧は、MOSFET
Q13を飽和領域で動作させるような適当なレベルに設
定される。これによって、MOSFETQ13は、定電
流源としての動作を行う。また、分圧回路のMO5FE
TQI 7のゲートには、上記タイミング制御回路CT
Lから供給される内部タイミング信号ceが供給される
。これによって、チップ非選択状態において、上記分圧
回路において無意味な直流電流が消費されてしまうのを
防止するものである。
A divided voltage formed by a series circuit consisting of 5FETs Q15 to Q17 is supplied. This divided voltage is applied to the MOSFET
It is set at an appropriate level so that Q13 operates in the saturation region. Thereby, MOSFETQ13 operates as a constant current source. In addition, the MO5FE of the voltage divider circuit
The above timing control circuit CT is connected to the gate of TQI 7.
An internal timing signal ce supplied from L is supplied. This prevents meaningless direct current from being consumed in the voltage divider circuit in the chip non-selected state.

次に、この実施例のEPROMにおける読み出し動作の
一例を説明する。
Next, an example of a read operation in the EPROM of this embodiment will be explained.

アドレスデコーダX−DCR,Y−DCRによって選択
されノこメモリセルは、書込みデータに従って、ワード
線選択レベルよりも高いしきい値電圧かあるいは低いし
きい値電圧を持つようにされる。メモリセルの読み出し
動作時において、選択されたメモリセルがワード線選択
レベルに比較して高いしきい値電圧(論理“0”)とさ
れているb 場合、初段増幅回路の出力電圧Vaは、MOSFETQ
13が定電流源として動作するため、そのコンダクタン
スは小さく、もっばらMOSFETQ12、増幅MOS
FETQI 1.YゲートMOSFETおよびメモリセ
ルQ1のコンダクタンス比に従って決定される。そして
、電源電圧Vccの上昇に伴い、ワード線の選択レベル
が上記比較的高いしきい値電圧より高くされると、上記
メモリセルQ1がオン状態になる。このとき、メモリセ
ルQ1に流れる電流は、上記定電流源としての負荷MO
SFETQI 3からも供給されている。これによって
、負荷MOSFETQI 2に流れる電流の増加、言い
換えるならば、負荷MOS F ETQ12のコンダク
タンスの増大が制限される結果、第3図に点線で示すよ
うに、ハイレベルの出力電圧vOの落ち込みが補償され
る。
The memory cells selected by address decoders X-DCR and Y-DCR are made to have a threshold voltage higher or lower than the word line selection level according to write data. During a read operation of a memory cell, if the selected memory cell has a higher threshold voltage (logic "0") than the word line selection level, the output voltage Va of the first stage amplifier circuit is
13 operates as a constant current source, its conductance is small, and it is mainly connected to MOSFETQ12 and amplification MOS.
FETQI 1. It is determined according to the conductance ratio of Y-gate MOSFET and memory cell Q1. When the selection level of the word line is raised higher than the relatively high threshold voltage as the power supply voltage Vcc increases, the memory cell Q1 is turned on. At this time, the current flowing through the memory cell Q1 is caused by the load MO serving as the constant current source.
Also supplied by SFETQI 3. This limits the increase in the current flowing through the load MOSFET QI2, or in other words, the increase in the conductance of the load MOSFETQ12, which compensates for the drop in the high-level output voltage vO, as shown by the dotted line in Figure 3. be done.

上記のように、負荷MOSFETQI 2のコンダクタ
ンスを比較的小さくしても、電源電圧Vccの上昇に伴
うハイレベルの出力電圧voの落ち込みを補償できる。
As described above, even if the conductance of the load MOSFET QI 2 is made relatively small, it is possible to compensate for the drop in the high-level output voltage vo due to the rise in the power supply voltage Vcc.

このことは、比較的低いしきい値電圧を持つようにされ
たメモリセルからの読み出しレベルマージンを良好にす
るように作用する。
This acts to improve read level margin from memory cells designed to have relatively low threshold voltages.

すなわち、上記負荷MOSFETQI 2のコンダクタ
ンスを比較的小さくできるから、選択されたメモリセル
がワード線選択レベルに比較して低いしきい値電圧とさ
れている場合、そのコンダクタンスに比べて上記負荷M
O3FIETQ12のコンダクタンスが十分に小さくで
きるため、ロウレベルの出力電圧v1は、電源電圧Vc
cの上昇に対してほぼ一定のロウレベルになる。
That is, since the conductance of the load MOSFET QI 2 can be made relatively small, if the selected memory cell has a low threshold voltage compared to the word line selection level, the load MOSFET QI 2 can be made relatively small compared to the conductance of the selected memory cell.
Since the conductance of O3FIETQ12 can be made sufficiently small, the low level output voltage v1 is equal to the power supply voltage Vc.
The low level remains almost constant as c increases.

以上の本実施例に示されるように、この発明をFAMO
SトランジスタをメモリセルとするEPROMに適用し
た場合、次のような効果が得られる。すなわち、 (1)選択されたメモリセルに対して読み出し電流を供
給する第1の負荷M OS F E Tと、この第1の
負荷MOSFETと並列に、そのゲートに適当なバイア
ス電圧を受けることで飽和m域で動作し、メモリセルに
対する読み出し電流の一部を供給する第2の負荷MOS
FETを設けることで、電源電圧Vccの上昇に伴うハ
イレベルの出力電圧の落ち込みを補償しつつ、比較的低
いしきい値電圧(論理“l”)とされたメモリセルの読
み出し動作におけるロウレベルの出力電圧の上昇を防止
することができる。これによって、動作上限電圧を高く
しつつ、読み出しロウレベルのマージンを確保すること
ができるという効果が得られる。
As shown in the above embodiment, this invention can be applied to FAMO
When applied to an EPROM using S transistors as memory cells, the following effects can be obtained. That is, (1) A first load MOSFET that supplies a read current to a selected memory cell, and an appropriate bias voltage applied to its gate in parallel with this first load MOSFET. a second load MOS that operates in the saturation m region and supplies part of the read current to the memory cell;
By providing the FET, it is possible to compensate for the drop in high-level output voltage due to an increase in the power supply voltage Vcc, and to reduce the low-level output in the read operation of a memory cell with a relatively low threshold voltage (logic "L"). A rise in voltage can be prevented. This provides the effect of ensuring a read low level margin while increasing the operating upper limit voltage.

(2)上記(1)項により、高い電源電圧での書き込み
およびその読み出しくベリファイ)が可能になるため、
効率的な書き込み動作を行うことができるという効果が
得られる。
(2) Paragraph (1) above enables writing and reading (verification) at a high power supply voltage;
The effect is that efficient write operations can be performed.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、第1図にお
いて、負荷MOSFETQ13を飽和領域で動作させる
ためのバイアス電圧を形成する回路は何であってもよい
。センスアンプSAは、CMOSインバータ回路のロジ
ックスレッシシルト電圧のように電源電圧の上昇ととも
に変化するようにされ基準電圧を受ける差動回路等を利
用するものであってもよい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that this invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor. For example, in FIG. 1, any circuit may be used to form the bias voltage for operating the load MOSFET Q13 in the saturation region. The sense amplifier SA may utilize a differential circuit or the like that receives a reference voltage that changes as the power supply voltage increases, such as the logic threshold voltage of a CMOS inverter circuit.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるFAMO3をメモリ
セルとするEPROMの読み出し回路に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではなく、た
とえば、マスクROMやMNOS (メタル・ナイトラ
イド・オキサイド・セミコンダクタ)のような記憶素子
を用いたEEFROM等の半導体記憶装置などにも適用
できる。本発明は、少なくとも記憶情報に従って比較的
高いしきい値電圧または低いしきい値電圧を持つように
された記憶素子を用いる半導体記憶装置には適用できる
In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to a reading circuit of an EPROM using FAMO3 as a memory cell, which is the field of application in which the invention was made, but the invention is not limited to this, and for example, The present invention can also be applied to semiconductor memory devices such as mask ROMs and EEFROMs using memory elements such as MNOS (metal nitride oxide semiconductor). The present invention is applicable to at least a semiconductor memory device using a memory element having a relatively high or low threshold voltage according to stored information.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。すなわち、選択されたメモリセルに対して読み出し
電流を供給する第1の負荷MOSFETと、コノ第1の
負荷MOSFETと並列に、そのゲートに適当なバイア
ス電圧を受けることでその特性の飽和領域で動作し、メ
モリセルに対する読み出し電流の一部を供給する第2の
負荷MOSFETを設けることで、動作上限電圧を大き
くしつつ、ロウレベルの読み出し信号のマージンを確保
することができる。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows. In other words, by applying an appropriate bias voltage to the gates of the first load MOSFET that supplies read current to the selected memory cell and the first load MOSFET, the first load MOSFET operates in the saturation region of its characteristics. However, by providing a second load MOSFET that supplies part of the read current to the memory cell, it is possible to increase the upper limit of operation voltage and secure a margin for the low-level read signal.

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

第1図は、この発明が適用されたEFROMのメモリア
レイおよびその周辺回路の一実施例を示す回路図、 第2図は、従来のEPROMにおけるセンスアンプを含
む読み出し回路を示す回路図、第3図は、第1図および
第2図のEFROMにおける、電源電圧Vccに対する
読み出し電圧Vsの電圧特性図である。 XADB−DCR・・・Xアドレスバッファ・デコーダ
、YADB−DCR・・・Yアドレスバッファ・デコー
ダ、YG・・・Yゲート、M−ARY・・メモリアレイ
、SA・・センスアンプ、DIB・・データ入カバソフ
ァ、DOB・・デーり出カバソファ、CTL・・・タイ
ミング制御回路。 Q1〜Q6・・・FAMOSメモリセル、Q7〜Q9・
Qll・Q15〜Q17・・・NチャンネルMOSFE
T、Ql 2〜Q14・・・PチャンネルMOSFET
、Ql O・・・ディプレッション型NチャンネルMO
SFET、Nl・・・インバータ回路。 第1図 「ρ 第2図 第3図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an EFROM memory array and its peripheral circuit to which the present invention is applied; FIG. 2 is a circuit diagram showing a readout circuit including a sense amplifier in a conventional EPROM; The figure is a voltage characteristic diagram of the read voltage Vs with respect to the power supply voltage Vcc in the EFROM of FIGS. 1 and 2. XADB-DCR...X address buffer/decoder, YADB-DCR...Y address buffer/decoder, YG...Y gate, M-ARY...memory array, SA...sense amplifier, DIB...data input Cover sofa, DOB...Dear cover sofa, CTL...timing control circuit. Q1~Q6...FAMOS memory cell, Q7~Q9...
Qll・Q15~Q17...N channel MOSFE
T, Ql 2~Q14...P channel MOSFET
, Ql O...Depression type N-channel MO
SFET, Nl...Inverter circuit. Figure 1 “ρ Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、記憶情報に従ってゲートに結合されるワード線の選
択レベルに対して高いしきい値電圧または低いしきい値
電圧を持つようにされる記憶素子がマトリックス状に配
置されて構成されるメモリアレイと、上記メモリアレイ
のデータ線にカラム選択回路を介して結合される共通デ
ータ線と、上記共通データ線にそのソースが結合され、
そのドレインに非飽和領域で動作させられる第1の負荷
MOSFETおよび飽和領域で動作させられる第2の負
荷MOSFETが設けられるゲート接地型増幅MOSF
ETとを含むことを特徴とする半導体記憶装置。 2、上記メモリアレイを構成する記憶素子は、FAMO
Sトランジスタであることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の半導体記憶装置。
[Claims] 1. Storage elements are arranged in a matrix to have a threshold voltage higher or lower than the selected level of the word line coupled to the gate according to storage information. a common data line coupled to the data line of the memory array via a column selection circuit; a source thereof coupled to the common data line;
A common gate amplifying MOSFET whose drain is provided with a first load MOSFET that operates in a non-saturation region and a second load MOSFET that operates in a saturation region.
A semiconductor memory device comprising: ET. 2. The memory elements constituting the memory array are FAMO
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is an S transistor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01159897A (en) * 1987-12-16 1989-06-22 Toshiba Corp Sense amplifier

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