JPS6224879B2 - - Google Patents

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JPS6224879B2
JPS6224879B2 JP3751284A JP3751284A JPS6224879B2 JP S6224879 B2 JPS6224879 B2 JP S6224879B2 JP 3751284 A JP3751284 A JP 3751284A JP 3751284 A JP3751284 A JP 3751284A JP S6224879 B2 JPS6224879 B2 JP S6224879B2
Authority
JP
Japan
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column
voltage
mos transistor
node
circuit
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Application number
JP3751284A
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JPS59185091A (ja
Inventor
Masamichi Asano
Hiroshi Iwahashi
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP59037512A priority Critical patent/JPS59185091A/ja
Publication of JPS59185091A publication Critical patent/JPS59185091A/ja
Publication of JPS6224879B2 publication Critical patent/JPS6224879B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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

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  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、情報の書込み特性を改善した不揮
発性半導体記憶装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
浮遊ゲート構造を有する二重ゲート形のMOS
トランジスタをメモリセルとし、浮遊ゲート上に
設けられた制御ゲートとドレインに高電圧を印加
し、ソースをほぼアース電位にしてインパクト・
アイオナイゼーシヨンを発生させ、このとき発生
した電子、正孔対のうち電子を浮遊ゲート内に捕
獲してこれによりしきい値電圧を変化させること
によつて情報を記憶させる、情報の電気的な書込
みが可能な不揮発性半導体記憶装置は、EPROM
(Erasable Programable ROM)として良く知ら
れている。
第1図は従来のEPROMの一例を示す回路構成
図である。図においてR1〜Rnは行線、D1〜Do
は列線であり、これら行線R1〜Rnと列線D1〜D
oとの各交点には前記二重ゲート形のMOSトラン
ジスタからなるメモリセルTM11〜TMnoが設けら
れ、これらメモリセルTM11〜TMnoの制御ゲート
は各行線R1〜Rnに、ドレインは各列線D1〜Do
にそれぞれに接続され、さらにすべてのメモリセ
ルTM11〜TMnoのソースはアース電位に接続され
ている。そして上記行線R1〜Rn、列線D1〜Do
およびメモリセルTM11〜TMnoはメモリセル部1
0を構成している。
上記行線R1〜Rnは、情報読出し、書込み制御
信号R/をゲート入力とするデイプレツシヨン
形(以下D形と略称する)の各MOSトランジス
タTR1〜TRnを介して行デコーダ20に接続され
ている。この行デコーダ20は、供給される行ア
ドレス信号に応じて一つの行線を選択し、この選
択した行線に対応する出力端から高レベル信号を
出力する。
上記列線D1〜Doは、列線選択回路30内のエ
ンハンスメント形(以下E形と称する)の各列線
選択用MOSトランジスタTD1〜TDoを介して信号
検出ノードN1に接続される。そしてこのノード
N1の信号は、センスアンプ40によつて検出さ
れ、さらにこの検出信号は出力回路50を介して
外部に出力される。また上記列線選択用MOSト
ランジスタTD1〜TDoのゲートには列選択線C1
oが接続され、これら列選択線C1〜Coは上記信
号R/をゲート入力とするD形の各MOSトラ
ンジスタTC1〜TCoを介して列デコーダ60に接
続されている。この列デコーダ60は、供給され
る列アドレス信号に応じて一つの列選択線を選択
し、この選択した列選択線に対応する出力端から
高レベル信号を出力する。
また上記行線R1〜Rnおよび列選択線C1〜Co
の他端には、書込み用トランジスタ回路70内の
それぞれドレインが書込み電圧Vp印加端に接続
されたD形のMOSトランジスタWR1〜WRn
WC1〜WCoのソースおよびゲートが接続され
る。なお上記書込み用トランジスタ回路70内の
すべての書込み電圧印加端は図示しない書込み用
電源端子に共通接続されている。
上記信号検出ノードN1と他の書込み電圧印加
端との間にはE形の情報書込み用MOSトランジ
スタT1が接続され、このMOSトランジスタT
1のゲートには書込み情報入力制御回路80の出
力ノードN2の信号が供給される。この書込み情
報入力制御回路80は、外部入力情報Dinを受
け、この情報に応じた内部情報dinを発生する内
部情報発生回路85と、書込み電圧Vp印加端と
アース電位との間にD形のMOSトランジスタT
2とE形のMOSトランジスタT3とを直列挿入
して構成され、上記内部情報dinを反転して前記
出力ノードN2に与えるインバータI1と、出力
ノードN2とアース電位との間に挿入され前記信
号R/をゲート入力とするE形のMOSトラン
ジスタT4とから構成されている。
上記のように構成されている従来のEPROMに
おいて、情報読出し時には信号R/が高レベル
(“1”レベル)、書込み電圧Vpが5ボルトとな
り、MOSトランジスタTC1〜TCo,TR1〜TRn
オンし、またMOSトランジスタT4がオンして
ノードN2が低レベル(“0”レベル)となるこ
とによりMOSトランジスタT1はオフする。書
込み用トランジスタ回路70内の各MOSトラン
ジスタWC1〜WCo,WR1〜WRnのコンダクタン
スgmは極めて小さく設定されているために、行
線R1〜Rnおよび列選択線C1〜Coのうち、行デ
コーダ20あるいは列デコーダ60によつて選択
されたものが高レベルに、それ以外のものは低レ
ベルにそれぞれ設定され、選択された行線および
列線の交点に位置するメモリセルが選択駆動され
る。そしてこのメモリセルのしきい値電圧が低い
状態であれば、オンしてドレイン、ソース間に電
流が流れるために信号検出ノードN1は低レベル
となり、一方、このメモリセルに予め情報の書込
みが行なわれていてしきい値電圧が高い状態にあ
れば、このメモリセルはオフとなりノードN1は
高レベルとなる。したがつて、このときのノード
N1の信号がセンスアンプ40および出力回路5
0を介して外部に出力される。
一方、情報の書込み時には信号R/が低レベ
ルになり、Vpが25ボルトとなる。このとき、た
とえば行線R1と列選択線C1とが行デコーダ20
および列デコーダ60により選択されたとする
と、MOSトランジスタTR1,TC1がカツトオフし
て行線R1と列選択線C1とが書込み用トランジス
タ回路70内のMOSトランジスタWR1,WC1
れぞれを介して25ボルトまで充電されるが、その
他の行線および列選択線は行デコーダ20、列デ
コーダ60の出力が低レベルとなり、MOSトラ
ンジスタTR2〜TRn,TC2〜TCoがオンするため
低レベルすなわちアース電位となる。またこのと
き、外部入力情報Dinが低レベルならば内部情報
dinも低レベルとなり、ノードN2には25ボルトが
出力されるため、MOSトランジスタT1がオン
してノードN1はVp−VTH(T1)(VTH(T1)
MOSトランジスタT1のしきい値電圧)で与え
られる約22ボルトまで充電される。したがつて、
行線R1と列線D1とにより選択されたメモリセル
TM11の制制ゲートには25ボルトの電圧が、ドレ
インには25−VTH(T1)あるいは25−VTH(TD1)
(VTH(T1),VTH(TD1)はMOSトランジスタT1あ
るいはTD1のしきい値電圧)で与えられる約22ボ
ルトの電圧がそれぞれ印加され、このとき前記イ
ンパクト・アイオナイゼーシヨンによつてこのメ
モリセルTM11に情報が書込まれる。外部入力情
報Dinが高レベルならばMOSトランジスタT1が
カツトオフするため、メモリセルTM11のドレイ
ンには電圧が印加されず、書込みは行なわれな
い。また一度書込みの行なわれたメモリセルで
は、消去が行なわれない限り情報が記憶されるた
め、情報は不揮発性となる。
上記従来のEPROMでは書込み電圧Vpが25ボ
ルトに固定されているため、一つのメモリセルに
情報を書込むのに通常50mS.を要し、大規模化さ
れたメモリでは情報の書込み時間に要する時間が
長くなるという欠点がある。たとえば記憶容量が
4Kワード×8ビツトのメモリのすべてのメモリ
セルに情報を書込む場合には3分近くもの時間が
かかることになる。
ところで第2図a〜cは浮遊ゲート構造を有す
るMOSトランジスタおよびその特性を示すもの
であり、第2図aはそのMOSトランジスタのシ
ンボル図、第2図bはドレイン電圧VDおよび書
込み時間tpを一定として情報の書込みを行なつ
た場合の、制御ゲート電圧VGに対するしきい値
電圧の変化量ΔVTHを表わす特性図、第2図cは
制御ゲート電圧VGを一定としドレイン電圧VD
パラメータとして情報の書込みを行なつた場合
の、書込み時間tpの対数をとつたものに対するし
きい値電圧の変化量ΔVTHを表わす特性図であ
る。なお第2図c中曲線イはVDが大きい場合の
ものであり、曲線ロは小さい場合のものである。
第2図b,cから明らかなように、制御ゲート電
圧VGが高い程、書込み時間tpは短かくて済み、
またtpが比較的長い場合にはΔVTHはVDに依存
しないが、tpが短かい場合にはVDが大きい方が
所定のΔVTHを得るのに短かい時間で済む。した
がつて、第1図のEPROMにおいて書込み時間の
短縮化を図るには、各メモリセルのドレイン電圧
をより高くすればよい。
〔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、その目的とするところは、情報書
込み時間の短縮化が実現できる不揮発性半導体記
憶装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
この発明では、情報書込みの際に外部から供給
される書込み電圧を電圧昇圧回路を用いて昇圧
し、この昇圧電圧を列線と書込み電圧端との間に
設けられた、書込み制御用の絶縁ゲート形電界効
果トランジスタのゲートに印加することにより、
選択されているメモリセルのドレイン電圧を従来
よりも高くし、これにより書込み時間の短縮化を
図るようにしている。
〔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3図はこの発明を説明するための回路の
構成を示す。第3図において20は従来と同様に
行デコーダ、TRiは一端がこの行デコーダ20の
出力端に、他端が行線Riに接続されかつ情報読
出し、書込み制御信号R/をゲート入力とする
D形のMOSトランジスタ(ただし1≦i≦m)
である。そして上記行線Riの他端には前記書込
み用トランジスタ回路70の代りに書込み制御回
路100が設けられていて、行線Riの他端はこ
の書込み制御回路100内の一つの書込み回路1
05iの出力ノード3に接続されている。
上記書込回路105iは、前記書込み電圧Vp
(25ボルトに固定されている)が後述する電圧昇
圧回路によつてVp以上に昇圧された電圧VH印加
端と上記ノードN3との間に挿入されたE形の
MOSトランジスタT5、上記ノードN3の信号
を入力とするD形のMOSトランジスタT6およ
びE形のMOSトランジスタT7からなるE/D
形のインバータI2、上記MOSトランジスタT
5のゲートノードN4とアース電位との間に挿入
され、上記インバータI2の出力をゲート入力と
するE形のMOSトランジスタT8、このMOSト
ランジスタT8と並列接続され前記信号R/を
ゲート入力とするE形のMOSトランジスタT
9、上記ノードN4とノードN5との間に挿入さ
れた、しきい値電圧が0ボルト付近にある中立形
(以下N形と略称する)のMOSトランジスタT1
0、上記ノードN5と書込み電圧Vp印加端との
間に挿入されたE形のMOSトランジスタT1
1、上記ノードN5と後述するパルス信号OSC
印加端との間に挿入される容量CP1から構成さ
れている。なお上記MOSトランジスタT10の
ゲートはノードN5に、MOSトランジスタT1
1のゲートは書込み電圧Vp印加端にそれぞれ接
続されている。
次に上記のように構成された回路の動作を説明
する。まず、情報の書込み時にVpが25ボルトに
なると、VHは約30ボルトに昇圧される。このと
き行デコーダ20によつて行線Riが選択されて
この行線RiおよびノードN3が高レベルになる
と、インバータI2の出力は低レベルになるた
め、MOSトランジスタT8はカツトオフする。
また、信号R/が低レベルとなつているため、
MOSトランジスタT9もカツトオフする。した
がつて、ノードN4はMOSトランジスタT1
1,T10を介しVpによつて充電される。一
方、容量CP1の一端に与えられているパルス信
号OSCはほぼアース電位とVpとの間の振幅をも
つているため、ノードN5の電圧V5は原理的に
は次式で示すような電圧となる。
V5={Vp−VTH(T11)}+Vp′ VTH(T11):MOSトランジスタT11のしきい
値電圧 Vp′:信号OSCの振幅 またノードN4の電圧V4はV5よりもMOSトラ
ンジスタT10のしきい値電圧VTH(T10)分低く
なるため、 V4={Vp−VTH(T11)} +Vp′−VTH(T10) となる。また実際にはノードN5には寄生容量が
存在していて、ノードN4の電圧V4は前記容量
CP1とこの寄生容量との容量分割によつてわず
かながら低下するため、V4として約35ボルトが
得られる。この結果、MOSトランジスタT5は三
極管動作し、ノードN3すなわち行線Riには約
30ボルトである電圧VHがそのまま与えられる。
したがつてこの行線Riにその制御ゲートが接続
されているメモリセルでは、従来に比較して制御
ゲート電圧が約5ボルト高くなるため、前記第2
図bに示す特性図から明らかに従来よりも短時間
に情報の書込みが行なえる。すなわち書込み時間
の短縮化が実現できる。
第4図は上記第3図と同様にこの発明を説明す
るための回路の構成を示す。この回路における書
込み回路106iは、前記電圧VH印加端とノー
ドN6との間に挿入されノードN3の信号をゲー
ト入力とするD形のMOSトランジスタT12、
ノードN3の信号を入力とするD形のMOSトラ
ンジスタT13とE形のMOSトランジスタT1
4とからなるE/D形のインバータI3、5ボル
トの電源電圧Vc印加端と上記ノードN6との間
に挿入され、上記インバータI3の出力をゲート
入力とするD形のMOSトランジスタT15、上
記ノードN6とノードN3との間に挿入され、ゲ
ートがノードN3に接続されたD形のMOSトラ
ンジスタT16から構成されている。
上記のような構成において電圧VHは、情報読
出し時はVc(5ボルト)、書込み時は30ボルトと
する。いま行線Riが非選択状態のとき、情報読
出し時あるいは情報書込み時にかかわらず、最初
ノードN3は低レベルとなる。したがつてインバ
ータI3の出力は高レベルとなり、MOSトラン
ジスタT15がオンする。そしていま、MOSト
ランジスタT15とT16とのgm比を十分大き
く設定しておけば、ノードN6はほぼVcレベル
となるためにMOSトランジスタT12はカツト
オフし、電圧VH印加端はノードN3すなわち行
線Riから切り離される。一方、行線Riが選択さ
れて高レベルになると、インバータI3の出力は
低レベルとなり、MOSトランジスタT15がカ
ツトオフする。このときVHが30ボルトになつて
いれば、MOSトランジスタT12,T16を介
してノードN3がVHにより充電され、行線Riに
は30ボルトである電圧VHが与えられる。
第5図は、前記電圧VHおよびパルス信号OSC
を得るための電圧昇圧回路の一例を示す回路構成
図である。図において110は5ボルトの電圧V
cを電源とする三段のインバータ111〜113
からなるリング発振器ROSと、このリング発振
器ROSの出力ノードN7とアース電位との間に
挿入され前記信号R/をゲート入力とする発振
制御用のE形のMOSトランジスタT17からな
る発振回路である。この発振回路110の出力ノ
ードN7の信号は、D形のMOSトランジスタT
18とE形のMOSトランジスタT19とからな
るE/D形のインバータI4によつて、その振幅
がアース電位とVpとの間に拡大され、前記パル
ス信号OSCが得られる。また上記パルス信号
OSCは、容量CP2を介してノードN8に与えら
れる。このノードN8には、ドレインおよびゲー
トが電圧Vp印加端に接続されたE形のMOSトラ
ンジスタT20のソースと、ドレインが電圧Vc
印加端に接続されかつ前記信号R/をゲート入
力とするD形のMOSトランジスタT21のソー
スと、N形のMOSトランジスタT22のドレイ
ンおよびゲートとが接続される。また上記MOS
トランジスタT22のソースは前記電圧VHを得
るための出力ノードN9に接続されている。さら
に上記ノードN9には、ドレイン、ゲートが電圧
p印加端に接続されたE形MOSトランジスタT
23のソースと、ドレインが電圧Vc印加端に接
続され前記信号R/をゲート入力とするD形の
MOSトランジスタT24のソースとがそれぞれ
並列接続されている。
上記構成でなる電圧昇圧回路では、情報読出し
時には信号R/が高レベルになり発振回路11
0内のMOSトランジスタT17がオンするた
め、リング発振器ROSは発振しない。またMOS
トランジスタT21,T24もオンするため、ノ
ードN8およびノードN9はともにVc(5ボル
ト)となる。
一方、情報書込み時、信号R/が低レベル、
p=25ボルトになると、発振回路110が動作
し、インバータI4からパルス信号OSCが出力
される。このときMOSトランジスタT21,T
24はカツトオフし、上記発振回路110の発振
開始直後では、ノードN8はMOSトランジスタ
T20を介してVp−VTH(T20)(VTH(T20)
MOSトランジスタT20のしきい値電圧)ま
で、ノードN9はMOSトランジスタT23を介
してVp−VTH(T23)(VTH(T23)はMOSトランジ
スタT23のしきい値電圧)までそれぞれ充電さ
れる。そして上記発振開始後は、ノードN8の電
圧がパルス信号OSCに応じてVp−VTH(T20)とV
p−VTH(T20)+Vp′(Vp′は信号OSCの振幅)の
間で変動し、この電圧はMOSトランジスタT2
2によつて整流されるため、ノードN9の電圧す
なわちVHは最終的に次式のようになる。
H={Vp−VTH(T20)} +Vp′−VTH(T22)TH(T22):MOSトランジスタT22のしきい
値電圧 ただし実際はノードN8に存在している寄生容
量と容量CP2との容量比によつてVHは変化する
ので、この比を適当に設定することによつて前記
30ボルトにすることができる。第6図はこの発明
の実施例回路の構成を示す。この実施例回路は、
前記各列選択線C1〜Cnの他端にも前記第3図あ
るいは第4図に示すような構成の書込み回路10
5(または106)を設けるとともに、書込み情
報入力制御回路80内のインバータI1を構成す
るD形のMOSトランジスタT2の代りに第4図
に示す回路106と同様の回路を設けたものであ
る。
このような構成とすることによつて、列選択線
C1〜Coのうち列デコーダ60で選択されたもの
には電圧昇圧回路で昇圧された30Vの電圧VH
印加される。また、ノードN1は昇圧された電圧
Hがゲートに印加されるトランジスタT1を介
して書き込み用の25Vの高電圧Vpがそのまま印
加されている。ここで、選択された列選択線Cに
は電圧昇圧回路の昇圧電圧VHが印加されてお
り、この列選択線Cにゲートが接続されている列
線選択用のトランジスタTDは十分にオン状態と
なるため、列線D1〜Doには上記ノードN1で得
られた書き込み用の高電圧Vpが選択的にそのま
ま印加される。すなわちこの実施例の場合、選択
されたメモリセルの制制ゲートには30ボルトの電
圧が、ドレインには25ボルトの電圧がそれぞれ印
加され、従来に比較して制御ゲート電圧は5ボル
ト、ドレイン電圧は3ボルトそれぞれ高められて
いる。このために情報の書込み時間の短縮化が効
果的に実現できる。
なお、この発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、たとえば電圧昇圧回路は必ずしも
第5図に示すような構成のものでなくともよく、
また昇圧電圧VHも30ボルト以上であつてもよ
い。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、情報書
込みの際に外部から供給される書込み電圧を電圧
昇圧回路を用いて昇圧し、この昇圧電圧を列線に
印加するようにしたことによつて、書込み時間の
短縮化が実現できる不揮発性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図は従来のEPROMの一例を示す回路構成
図、第2図a〜cは浮遊ゲート構造を有する
MOSトランジスタおよびその特性を示すもので
あり、第2図aはシンボル図、第2図bおよび同
図cはそれぞれ特性図、第3図および第4図はそ
れぞれこの発明を説明するための回路構成図、第
5図はこの発明の記憶装置で使用される電圧昇圧
回路の一例を示す回路構成図、第6図はこの発明
の一実施例の回路構成図である。 10……メモリセル部、20……行デコーダ、
30……列線選択回路、40……センスアンプ、
50……出力回路、60……列デコーダ、70…
…書込み用トランジスタ回路、80……書込み情
報入力制御回路、85……内部情報発生回路、1
00……書込み制御回路、105,106……書
込み回路、110……発振回路、111〜113
……インバータ、TM11〜TMno……メモリセル、
TR1〜TRn,TC1〜TCo,WR1〜WRn,WC1
WCo,T2,T6,T12,T13,T15,
T18,T21,T24……デイプレツシヨン形
のMOSトランジスタ、T1,T3,T4,T
5,T7,T8,T9,T11,T14,T1
7,T19,T20,T23……エンハンスメン
ト形のMOSトランジスタ、T10,T22……
イントリンジツク形のMOSトランジスタ、I1
〜I4……E/D形のインバータ、N1〜N9…
…ノード、CP1,CP2……容量。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 行線と、 この行線を選択する行デコーダと、 上記行デコーダで選択された行線により駆動さ
    れ、それぞれ浮遊ゲート構造を有する絶縁ゲート
    形電界効果トランジスタで構成された複数のメモ
    リセルと、 上記メモリセルに接続された複数の列線と、 データの書込み時に上記複数の各列線の一端に
    高電圧を印加するデータ書込み用の絶縁ゲート形
    電界効果トランジスタと、 複数の列選択線と、 上記複数の列選択線を選択する列デコーダと、 上記複数の各列線の途中にそれぞれ介在され、
    ゲートが上記複数の各列選択線それぞれに接続さ
    れた複数の列線選択用の絶縁ゲート形電界効果ト
    ランジスタと、 上記複数の列選択線に対して共通に設けられ、
    電源電圧を定常的に昇圧する電圧昇圧回路と、 上記メモリセルに情報を書込む際に、上記電圧
    昇圧回路の昇圧電圧を上記複数の列選択線に対し
    て選択的に供給してその列選択線に接続されてい
    る上記列線選択用の絶縁ゲート形電界効果トラン
    ジスタを選択的にオン状態にさせる複数の書込み
    回路と を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶
    装置。
JP59037512A 1984-02-29 1984-02-29 不揮発性半導体記憶装置 Granted JPS59185091A (ja)

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JPS6224879B2 true JPS6224879B2 (ja) 1987-05-30

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JPS6318592A (ja) * 1986-07-09 1988-01-26 Toshiba Corp 不揮発性半導体メモリ

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JPS5183443A (ja) * 1974-12-09 1976-07-22 Ncr Co

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5183443A (ja) * 1974-12-09 1976-07-22 Ncr Co

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