JPH07105150B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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- JPH07105150B2 JPH07105150B2 JP24602588A JP24602588A JPH07105150B2 JP H07105150 B2 JPH07105150 B2 JP H07105150B2 JP 24602588 A JP24602588 A JP 24602588A JP 24602588 A JP24602588 A JP 24602588A JP H07105150 B2 JPH07105150 B2 JP H07105150B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に電気的に
情報の書込みが可能な不揮発性半導体記憶素子とその書
込み回路とを有する不揮発性半導体記憶装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly to a non-volatile semiconductor memory device having an electrically writable non-volatile semiconductor memory element and a write circuit thereof. Regarding the device.
従来、電気的に情報の書込みが可能な不揮発性半導体記
憶素子としては、浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲート
構造を有するMOS型電界効果トランジスタ(以下メモリ
トランジスタという)がある。第7図(a)はこのメモ
リトランジスタの断面図、第7図(b)はそのシンボル
図、第7図(c)はその特性図である。このメモリトラ
ンジスタはP型基板71上にN型の拡散層により構成され
たソース72とドレイン73とが設けられ、さらにP型基板
71の上に絶縁層により外部から電気的に絶縁された浮遊
ゲート74とこのメモリトランジスタをスイッチングする
ための制御ゲート75とが設けられている。このメモリト
ランジスタは浮遊ゲート74が電気的に中性状態のときは
非書込み状態と云われ、第7図(c)の実線76のように
低い制御ゲート電圧VG、例えば2Vで導通状態になるが、
制御ゲート75とドレイン73とに高電圧、例えば12.5Vを
印加すると、浮遊ゲート74に電子が注入され、制御ゲー
ト75から見たメモリトランジスタのしきい値電圧は高く
なり、書込み状態と云われて、実線77のように高い制御
ゲート電圧VG、例えば7Vを印加しなければ導通状態にな
らない。このしきい値電圧の変化を利用して情報を記憶
することができる。Conventionally, as a nonvolatile semiconductor memory element capable of electrically writing information, there is a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a memory transistor) having a two-layer gate structure of a floating gate and a control gate. FIG. 7 (a) is a sectional view of this memory transistor, FIG. 7 (b) is its symbolic view, and FIG. 7 (c) is its characteristic view. This memory transistor is provided with a source 72 and a drain 73 formed of an N type diffusion layer on a P type substrate 71, and further has a P type substrate.
A floating gate 74, which is electrically insulated from the outside by an insulating layer, and a control gate 75 for switching this memory transistor are provided on 71. This memory transistor is said to be in a non-writing state when the floating gate 74 is in an electrically neutral state, and becomes conductive at a low control gate voltage V G , for example 2 V, as shown by the solid line 76 in FIG. 7 (c). But,
When a high voltage, for example, 12.5V is applied to the control gate 75 and the drain 73, electrons are injected into the floating gate 74, the threshold voltage of the memory transistor seen from the control gate 75 becomes high, and it is called a write state. As shown by the solid line 77, unless a high control gate voltage V G , for example, 7 V is applied, the conductive state is not established. Information can be stored by utilizing this change in threshold voltage.
第5図は第7図のメモリトランジスタの従来の書込み回
路を示す回路図である。メモリトランジスタMC51のソー
スは接地電位VSSに、ドレインはN型電界効果トランジ
スタ(以下MOSFETという)M53を介して書込み電圧VPPに
接続される。N型ディプレッションMOSFETM51とN型MOS
FETM52とによりインバータ回路INV51を構成し、入力端
子には書込みデータD51が接続され、出力 はN型MOSFETM53のゲートに接続される。情報の書込み
を行なうときは、書込みデータD51をロウレベルにする
とインバータ回路INV51の出力 すなわちN型MOSFETM53のゲートには書込み電圧VPPが印
加され、N型MOSFETM53は導通状態になる。このときメ
モリトランジスタMC51のゲートX51にも高電圧が印加さ
れているので、メモリトランジスタMC51のゲートとドレ
インとに高電圧が印加されて、浮遊ゲートに電子が注入
されることで情報の書込みが行なわれる。FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional write circuit for the memory transistor of FIG. The memory transistor MC 51 has a source connected to the ground potential V SS and a drain connected to the write voltage V PP via an N-type field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) M 53 . N-type depletion MOSFET M 51 and N-type MOS
Inverter circuit INV 51 is configured with FETM 52, and write data D 51 is connected to the input terminal and output Is connected to the gate of N-type MOSFET M 53 . When writing information, set write data D 51 to low level to output inverter circuit INV 51 . That write voltage V PP is applied to the gate of the N-type MOSFET M 53, N-type MOSFET M 53 is turned on. At this time, since the high voltage is also applied to the gate X 51 of the memory transistor MC 51, the high voltage is applied to the gate and the drain of the memory transistor MC 51 , and electrons are injected into the floating gate, so that information Writing is performed.
次に、このメモリトランジスタの書込み特性について説
明する。Next, the writing characteristics of this memory transistor will be described.
第6図(a)は第5図に示したメモリトランジスタMC51
の書込み時における電圧−電流特性図で、第5図のメモ
リトランジスタMC51のドレインa5の電圧Va5を横軸に、
メモリトランジスタMC51に流れる電流I5を縦軸にしてい
る。ここでN型MOSFETM53の負荷特性を実線60aのように
設定すると、N型MOSFETM53のゲートにはVPPが印加され
ているので、メモリトランジスタMC51に電流が流れてい
ないとき(I5=0)には、メモリトランジスタMC51のド
レインa5の電圧Va5(I5=0)はN型MOSFETM53のバック
バイアス特性を考慮したしきい値電圧をVTN53とすると
次式(1)で示される。FIG. 6 (a) shows the memory transistor MC 51 shown in FIG.
FIG. 5 is a voltage-current characteristic diagram at the time of writing, in which the horizontal axis represents the voltage Va 5 of the drain a 5 of the memory transistor MC 51 in FIG.
The vertical axis is the current I 5 flowing in the memory transistor MC 51 . If the load characteristic of the N-type MOSFET M 53 is set as shown by the solid line 60a, V PP is applied to the gate of the N-type MOSFET M 53 , so that no current flows in the memory transistor MC 51 (I 5 = 0), the voltage Va 5 (I 5 = 0) of the drain a 5 of the memory transistor MC 51 is V TN53 which is a threshold voltage considering the back bias characteristic of the N-type MOSFET M 53 , and is given by the following equation (1). Shown.
Va5(I5=0)=VPP−VTN53 ……(1) メモリトランジスタMC51の非書込み状態での電圧−電流
特性を実線61aとすると、メモリトランジスタMC51に書
込みを行なう場合の初期状態でのメモリトランジスタMC
51のドレインの電圧Va5は、実線60aと実線61aとの交点
で示される電圧VW61aで、このときメモリトランジスタM
C51には電流IW61aが流れ、浮遊ゲートに電子が注入され
る。メモリトランジスタMC51が書込み状態になると、そ
の電圧−電流特性は点線63aに変化し、メモリトランジ
スタMC51のドレインの電圧もVW63aに変化する。しかし
実際の不揮発性半導体記憶装置では、メモリトランジス
タをマトリックス状に配置し、行方向に配置されたメモ
リトランジスタの共通のゲート電極として働く複数の行
線と、列方向に配置されたメモリトランジスタのドレイ
ンを接続した複数の列線の中からそれぞれ一つの行線と
列線とを選択することで、その交点に配置されたメモリ
トランジスタを選択して書込みを行なうので、第5図で
示したメモリトランジスタMC51のドレインa5には同図に
は図示されていない非選択の複数のメモリトランジスタ
のドレインが接続され、これら非選択の複数のメモリト
ランジスタのゲートはVSSと同レベルである。ここでメ
モリトランジスタMC51のドレインa5に接続されている非
選択の複数のメモリトランジスタの中に書込み状態のメ
モリトランジスタがあるときは、その書込み状態のメモ
リトランジスタの浮遊ゲートは負電位に帯電しており、
ドレインに高電圧が印加されるとドレイン端の空乏層に
高電界が生起してアバランシェブレイクダウンが発生す
る。このときのドレイン電圧VBDが第6図(a)の電圧V
PP−VTN53よりも低く、且つVW63aよりも低いときには、
このアバランシェブレイクダウンによって生じた正孔が
書込み状態のメモリトランジスタの浮遊ゲートに注入さ
れ、浮遊ゲートに既に注入された電子を中和し、書込み
状態のメモリトランジスタのしきい値電圧を低下すると
いった不都合があるため、一般には第6図(b)に示す
ようにN型MOSFETM53の負荷特性を実線60bのように設定
し、書込み状態のメモリトランジスタの電圧−電流特性
63bと負荷特性60bとの交点がVBDよりも高電圧にならな
いようにしている。Va 5 (I 5 = 0) = V PP −V TN53 (1) Assuming that the voltage-current characteristic of the memory transistor MC 51 in the non-written state is the solid line 61a, the initial stage when writing to the memory transistor MC 51 is performed. Memory transistor MC in state
The voltage Va 5 at the drain of 51 is the voltage V W61a indicated by the intersection of the solid line 60a and the solid line 61a.
A current I W61a flows through C 51 , and electrons are injected into the floating gate. When the memory transistor MC 51 enters the write state, its voltage-current characteristic changes to the dotted line 63a, and the drain voltage of the memory transistor MC 51 also changes to V W63a . However, in an actual nonvolatile semiconductor memory device, memory transistors are arranged in a matrix, and a plurality of row lines that serve as common gate electrodes of memory transistors arranged in rows and drains of memory transistors arranged in columns are arranged. By selecting one row line and one column line from the plurality of column lines connected to each other, the memory transistor arranged at the intersection is selected and writing is performed. Therefore, the memory transistor shown in FIG. The drain a 5 of the MC 51 is connected to the drains of a plurality of unselected memory transistors not shown in the figure, and the gates of these unselected memory transistors are at the same level as V SS . If there is a write-in memory transistor among the unselected memory transistors connected to the drain a 5 of the memory transistor MC 51 , the floating gate of the write-in memory transistor is charged to a negative potential. And
When a high voltage is applied to the drain, a high electric field is generated in the depletion layer at the end of the drain and avalanche breakdown occurs. The drain voltage V BD at this time is the voltage V shown in FIG. 6 (a).
When lower than PP- V TN53 and lower than V W63a ,
The holes generated by this avalanche breakdown are injected into the floating gate of the written memory transistor, neutralize the electrons already injected into the floating gate, and lower the threshold voltage of the written memory transistor. Therefore, generally, the load characteristic of the N-type MOSFET M 53 is set as shown by the solid line 60b as shown in FIG. 6 (b), and the voltage-current characteristic of the memory transistor in the written state is set.
The intersection of 63b and load characteristic 60b is prevented from becoming a voltage higher than V BD .
上述した従来の書込み回路はアバランシェブレイクダウ
ンの発生を防ぐため、第5図に示したN型MOSFETM53の
負荷抵抗を大きく設定するので、第6図(b)に示すよ
うに非書込み状態のメモリトランジスタの電流−電圧特
性が製造段階のばらつきによって実線62bのように変化
した場合は、このメモリトランジスタに情報の書込みを
行なおうとしたときに、ドレインには電圧VW62bといっ
た低い電圧しか印加されないので、書込みスピードが悪
化したり、最悪の場合は書込みが不可能となる。また、
N型MOSFETM53の負荷抵抗を大きく設定したとしても(V
PP−VTN53)>VBDであるため、必ず選択したメモリトラ
ンジスタのゲートを高電圧にした後に、ドレインに電圧
を印加するといったタイミング調整を必要とし、回路が
複雑になるといった欠点がある。In order to prevent the occurrence of avalanche breakdown in the conventional write circuit described above, the load resistance of the N-type MOSFET M 53 shown in FIG. 5 is set to a large value, so that the memory in the non-write state as shown in FIG. If the current-voltage characteristics of the transistor change as shown by the solid line 62b due to variations in the manufacturing stage, when writing information to this memory transistor, only a low voltage V W62b is applied to the drain. Therefore, the writing speed deteriorates, and in the worst case, writing becomes impossible. Also,
Even if the load resistance of the N-type MOSFET M 53 is set to a large value (V
Since PP −V TN53 )> V BD , there is a drawback that the circuit becomes complicated because it requires timing adjustment such as applying a voltage to the drain after the gate of the selected memory transistor is always set to a high voltage.
本発明の目的は書込み電圧よりも低い定電圧を発生する
定電圧発生回路を設け、この定電圧発生回路の出力電圧
により書込み時におけるメモリトランジスタのドレイン
電圧を設定することにより、書込み動作時に非選択の書
込み状態のメモリトランジスタのアバランシェブレーク
ダウンを防いで、なお書込みスピードの悪化がなく、書
込み時のタイミング調整も不要な不揮発性半導体記憶装
置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a constant voltage generating circuit for generating a constant voltage lower than the write voltage, and by setting the drain voltage of the memory transistor at the time of writing by the output voltage of this constant voltage generating circuit, non-selection at the time of writing operation is performed. It is an object of the present invention to provide a non-volatile semiconductor memory device that prevents avalanche breakdown of a memory transistor in the written state, does not deteriorate the writing speed, and does not require timing adjustment during writing.
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、電気的に情報の書
込みが可能な不揮発生の半導体記憶素子を記憶媒体と
し、第1の書込み電圧がMOSトランジスタで形成される
負荷抵抗を介して前記第1の書込み電圧よりも低い第2
の書込み電圧として前記記憶媒体のドレインへ供給さ
れ、この第2の書込み電圧供給動作が所定の書込み情報
に応答して選択的に行われるように前記負荷抵抗用MOS
トランジスタの導通非導通を制御する書込み電圧制御手
段を備えた不揮発性半導体記憶装置において、前記書込
み電圧制御手段は、前記第1の書込み電圧よりも低く電
源電圧よりも高い定電圧を発生する定電圧発生回路と前
記書込み情報に応答して前記定電圧を選択的に前記負荷
抵抗用MOSトランジスタのゲートに供給する書込み制御
回路とからなり、前記定電圧発生回路は前記第1の書込
み電圧の電位と電源電位との間に直列接続状態で挿入さ
れかつ各々の基板電位がソースと同一電位に接続されゲ
ートがドレインに接続された複数の同一導電型MOSトラ
ンジスタの直列接続点の電圧を前記定電圧として出力す
るように構成され、前記書込み制御回路は前記書込み情
報を入力とするインバータとして前記定電圧または接地
電圧のいずれかのレベルを出力するように構成されると
ともに、前記記憶媒体がアレイ状に配置されかつこのア
レイが複数のブロックに分割されて複数ビットのデータ
を同時に書込みおよび読み出し可能にした記憶装置であ
って、1つの前記定電圧発生回路と前記複数ビット分の
前記負荷抵抗用MOSトランジスタと前記複数ビット分の
前記書込み制御回路とを備えたことを特徴とする。A nonvolatile semiconductor memory device of the present invention uses a nonvolatile semiconductor memory element capable of electrically writing information as a storage medium, and a first write voltage is applied to the first resistor via a load resistor formed by a MOS transistor. Second lower than the write voltage of
Is supplied to the drain of the storage medium as a write voltage for the load resistance MOS so that the second write voltage supply operation is selectively performed in response to predetermined write information.
In a non-volatile semiconductor memory device including write voltage control means for controlling conduction / non-conduction of a transistor, the write voltage control means generates a constant voltage lower than the first write voltage and higher than a power supply voltage. And a write control circuit for selectively supplying the constant voltage to the gate of the load resistance MOS transistor in response to the write information, the constant voltage generating circuit having a potential of the first write voltage. The constant voltage is the voltage at the series connection point of a plurality of MOS transistors of the same conductivity type that are inserted in series connection with the power supply potential, each substrate potential is connected to the same potential as the source, and the gate is connected to the drain. The write control circuit is configured to output the write information, and the write control circuit serves as an inverter that receives the write information as an input. Is a storage device in which the storage medium is arranged in an array and the array is divided into a plurality of blocks to enable simultaneous writing and reading of a plurality of bits of data. It is characterized by comprising the constant voltage generating circuit, the load resistance MOS transistors for the plurality of bits, and the write control circuit for the plurality of bits.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例のブロック図である。メモリ
トランジスタMC11のソースは接地電位VSSに、ドレイン
はN型MOSFETM11を介して書込み電圧VPPに接続される。
定電圧発生回路VCON11は書込み電圧VPPよりも低い定電
圧VR11を発生し、書込み制御回路WR11は書込み情報D11
により、N型MOSFETM11のゲートに定電圧VR11を選択的
に印加する。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention. The source of the memory transistor MC 11 is connected to the ground potential V SS and the drain is connected to the write voltage V PP via the N-type MOSFET M 11 .
The constant voltage generator V CON11 generates a constant voltage V R11 lower than the write voltage V PP , and the write control circuit WR 11 outputs the write information D 11
Thus, the constant voltage V R11 is selectively applied to the gate of the N-type MOSFET M 11 .
次に本発明の書込み回路の書込み特性を説明する。第2
図は第1図に示したメモリトランジスタMC11の書込み時
における電圧−電流特性図で、第1図のメモリトランジ
スタMC11のドレインa1の電圧Va1を横軸に、メモリトラ
ンジスタMC11に流れる電流I1を縦軸にしている。ここで
N型MOSFETM11の負荷特性を実線20のように設定する
と、N型MOSFETM11のゲートには定電圧VR11が印加され
るので、メモリトランジスタMC11に電流が流れていない
とき(I1=0)に、メモリトランジスタMC11のドレイン
a1の電圧Va1(I1=0)はN型MOSFETM11のバックバイア
ス特性を考慮したしきい値電圧をVTN11とすると次式
(2)で示される。Next, the write characteristics of the write circuit of the present invention will be described. Second
Figure voltage during the writing of the memory transistors MC 11 shown in FIG. 1 - a current characteristic diagram, the voltage Va 1 of the drain a 1 of the memory transistor MC 11 of FIG. 1 on the horizontal axis, flows through the memory transistor MC 11 The current I 1 is plotted on the vertical axis. If the load characteristic of the N-type MOSFET M 11 is set as shown by the solid line 20, a constant voltage V R11 is applied to the gate of the N-type MOSFET M 11 , so that no current flows in the memory transistor MC 11 (I 1 = 0), the drain of the memory transistor MC 11
Voltage Va 1 of a 1 (I 1 = 0) is shown when a threshold voltage in consideration of the back-bias characteristics of the N-type MOSFET M 11 and V TN11 by the following formula (2).
Va1(I1=0)=VR11−VTN11 …(2) メモリトランジスタMC11の非書込み状態での電圧−電流
特性を実線21とすると、メモリトランジスタMC11に書込
みを行なう場合の初期状態でのメモリトランジスタMC11
のドレインの電圧Va1は実線20と実線21の交点で示され
る電圧VW21で、このときメモリトランジスタMC11には電
流IW21が流れて浮遊ゲートに電子が注入される。メモリ
トランジスタMC11が書込み状態になると、その電圧−電
流特性は点線23に変化し、メモリトランジスタMC11のド
レインの電圧もVW23に変化する。さらに実際の不揮発性
半導体記憶装置では、メモリトランジスタをマトリック
ス状に配置し、行方向に配置されたメモリトランジスタ
の共通のゲート電極として働く複数の行線と、列方向に
配置されたメモリトランジスタのドレインを接続した複
数の列線との中からそれぞれ一つの行線と列線とを選択
することで、その交点に配置されたメモリトランジスタ
を選択して書込みを行なうので、第1図で示したメモリ
トランジスタMC11のドレインa1には同図には図示されて
いない非選択の複数のメモリトランジスタのドレインが
接続され、これら非選択の複数のメモリトランジスタの
ゲートのレベルはVSSとなっている。ここでメモリトラ
ンジスタMC11のドレインa1に接続されている非選択の複
数のメモリトランジスタの中に書込み状態のメモリトラ
ンジスタが存在し、この書込み状態のメモリトランジス
タのドレインに高電圧が印加されることによりアバラン
シェブレイクダウンが発生する電圧をVBDとすると(V
R11−VTN11)<VBDを満足するよう定電圧発生回路V
CON11の出力電圧VR11を設定すればアバランシェブレイ
クダウンは発生しない。Va 1 (I 1 = 0) = V R11 −V TN11 (2) Assuming that the voltage-current characteristics of the memory transistor MC 11 in the non-written state is a solid line 21, the initial state when writing to the memory transistor MC 11 is performed. Memory transistor MC 11 in
The drain voltage Va 1 is a voltage V W21 indicated by the intersection of the solid line 20 and the solid line 21. At this time, the current I W21 flows through the memory transistor MC 11 and electrons are injected into the floating gate. When the memory transistor MC 11 enters the write state, its voltage-current characteristic changes to the dotted line 23, and the drain voltage of the memory transistor MC 11 also changes to V W23 . Furthermore, in an actual nonvolatile semiconductor memory device, memory transistors are arranged in a matrix, and a plurality of row lines that serve as common gate electrodes of the memory transistors arranged in the row direction and drains of the memory transistors arranged in the column direction are arranged. By selecting one row line and one column line from the plurality of column lines connected to each other, the memory transistor arranged at the intersection is selected and writing is performed. Therefore, the memory shown in FIG. The drain a 1 of the transistor MC 11 is connected to the drains of a plurality of unselected memory transistors, which are not shown in the figure, and the levels of the gates of these unselected memory transistors are V SS . Here, there is a write-in memory transistor among a plurality of unselected memory transistors connected to the drain a 1 of the memory transistor MC 11 , and a high voltage is applied to the drain of this write-in memory transistor. Let V BD be the voltage at which avalanche breakdown occurs due to (V
R11 −V TN11 ) <V BD constant voltage generator V
Avalanche breakdown does not occur if the output voltage V R11 of CON11 is set.
第3図は第1図の実施例を詳細に示した回路図である。
複数のメモリトランジスタMC311,MC312〜MC3mnがマトリ
ックス状に配置され、行方向に配置されたメモリトラン
ジスタの共通のゲート電極として働く複数の行線X31,X
32〜X3mと、列方向に配置されたメモリトランジスタの
ドレインを接続した複数の列線D31,D32〜D3nとを有し、
行線は行デコーダXD3からの行選択信号によってメモリ
トランジスタをスイッチング制御し、列線は列デコーダ
YD3からの列選択信号SY32〜SY3nによってスイッチング
制御される列選択N型MOSFET MY31,MY32〜MY3nによって
選択され、列選択N型MOSFETMY31,MY32〜MY3nのドレイ
ンは共通接続されてセンスアンプ回路SA3に接続され、
またN型MOSFETM35を介して書込み電圧VPPに接続され
る。さらにP型MOSFETM31,M32が直列に接続され、P型M
OSFETM31のソースを書込み電圧VPPに、P型MOSFETM32の
ドレインおよびゲートを電源電圧VCCに接続して定電圧
発生回路VCON31を構成し、P型MOSFETM33とN型MOSFETM
34とでインバータ回路とした書込み制御回路WR31を構成
し、P型MOSFETM33のソースには定電圧発生回路VCON31
の出力電圧VR31を接続し、書込み制御回路WR31の入力に
は書込み情報D31が、出力にはN型MOSFETM35のゲートが
接続される。FIG. 3 is a circuit diagram showing the embodiment of FIG. 1 in detail.
A plurality of memory transistors MC 311 and MC 312 to MC 3mn are arranged in a matrix, and a plurality of row lines X 31 and X that serve as common gate electrodes of the memory transistors arranged in the row direction.
32 to X 3m, and a plurality of column lines D 31 and D 32 to D 3n connecting the drains of the memory transistors arranged in the column direction,
The row lines control switching of the memory transistors by the row selection signal from the row decoder XD 3 , and the column lines the column decoder.
Column select N-type MOSFET MY 31 that are switching-controlled by a column selection signal SY 32 to SY 3n from YD 3, MY 32 selected by ~MY 3n, the drain of the column select N-type MOSFETMY 31, MY 32 ~MY 3n common Connected to the sense amplifier circuit SA 3
It is also connected to the write voltage V PP via the N-type MOSFET M 35 . Furthermore, P-type MOSFETs M 31 and M 32 are connected in series, and P-type M
The source of the OSFETM 31 is connected to the write voltage V PP , and the drain and gate of the P-type MOSFET M 32 are connected to the power supply voltage V CC to form a constant voltage generation circuit V CON31 . The P-type MOSFET M 33 and the N-type MOSFET M
A write control circuit WR 31 which is an inverter circuit is configured with 34, and a constant voltage generation circuit V CON31 is used as the source of the P-type MOSFET M 33.
Of the output voltage V R31 , the write information D 31 is connected to the input of the write control circuit WR 31 , and the gate of the N-type MOSFET M 35 is connected to the output.
ここで例えばメモリトランジスタMC311に書込みを行な
う場合は、行デコーダXD3により行線X31を選択し、列デ
コーダYD3によって列選択N型MOSFETMY31を選択するこ
とで行線X31と列線D31との交点に配置されたメモリトラ
ンジスタMC311が選択される。次に書込み情報D31をロウ
レベルとすることで、N型MOSFETM35のゲートにはP型M
OSFETM33を介して定電圧発生回路VCON31の出力電圧VR31
が印加され、N型MOSFETM35が導通状態となることで、
メモリトランジスタMC311のゲートとドレインとに高電
圧が印加されて書込みが行なわれる。ここで定電圧発生
回路VCON31の出力電圧VR31はP型MOSFETM31,M32のしき
い値電圧をそれぞれVTP31,VTP32とすると、公知のよう
にゲート長およびゲート幅を変えることにより次式
(3)の電圧範囲に設定が可能である。Here, for example, when writing to the memory transistor MC 311 , the row decoder XD 3 selects the row line X 31 , and the column decoder YD 3 selects the column selection N-type MOSFET MY 31 to select the row line X 31 and the column line. The memory transistor MC 311 arranged at the intersection with D 31 is selected. Next, by setting the write information D 31 to the low level, the P-type M is applied to the gate of the N-type MOSFET M 35.
Output voltage of constant voltage generator V CON31 via OSFETM 33 V R31
Is applied and the N-type MOSFET M 35 becomes conductive,
Writing is performed by applying a high voltage to the gate and drain of the memory transistor MC 311 . Here, assuming that the threshold voltages of the P-type MOSFETs M 31 and M 32 are V TP31 and V TP32 , respectively, the output voltage V R31 of the constant voltage generating circuit V CON31 can be changed by changing the gate length and the gate width as is known. It can be set within the voltage range of Expression (3).
(VPP−|VTP31|)>VR31>(VCC+|VTP32|) …
(3) そこで、列選択N型MOSFETMY31のゲートに書込み電圧V
PPが印加され、列線D31が選択されて列線D31に電流が流
れないときの列線D31の電圧VD31(ID31=0)は、N型M
OSFETM35のバックバイアス特性を考慮したしきい値電圧
をVTN35とすると、次式(4)の電圧範囲となる。(V PP − | V TP31 |)> V R31 > (V CC + | V TP32 |)…
(3) Therefore, write voltage V is applied to the gate of the column selection N-type MOSFET MY 31.
PP is applied, the voltage V D31 (I D31 = 0) of the column lines D 31 when no current flows column lines D 31 is selected and the column lines D 31 is, N-type M
When the threshold voltage considering the back bias characteristic of OSFETM 35 is V TN35 , the voltage range of the following formula (4) is obtained.
(VPP−|VTP31|−VTN35)>VD31(ID31=0)>(VCC
+|VTP|−VTN35) …(4) ここでVPP=12V,VCC=5V,VTP31=VTP32=−1V,VTN35=1
Vとすると、VD31(ID31=0)の電圧範囲は次式(5)
となる。(V PP − | V TP31 | −V TN35 )> V D31 (I D31 = 0)> (V CC
+ | V TP | -V TN35 ) (4) where V PP = 12V, V CC = 5V, V TP31 = V TP32 −1V, V TN35 = 1
Assuming V, the voltage range of V D31 (I D31 = 0) is
Becomes
10V>VD31(ID31=0)>5V …(5) すなわち、第2図で示したVR11−VTN11は10Vから5Vの範
囲の任意の電圧に設定できるので、書込み状態のメモリ
トランジスタのドレインに高電圧が印加され、アバラン
シェブレイクダウンが発生する電圧VBDよりもVD31(I
D31=0)を低く設定することができる。そのため、ア
バランシェブレイクダウンが発生しないように、N型MO
SFETM35および列選択N型MOSFETMY31,MY32〜MY3nの負荷
抵抗を大きく設定する必要がないので、例えば第2図で
非書込み状態のメモリトランジスタの電圧−電流特性が
実線21から実線22に変化した場合でも、書込み動作時の
初期状態のメモリトランジスタのドレイン電圧はVW22へ
と、少ない変化ですむので書込みスピードの悪化は少な
い。10V> V D31 (I D31 = 0)> 5V (5) That is, V R11 -V TN11 shown in FIG. 2 can be set to any voltage within the range of 10V to 5V, so a high voltage is applied to the drain, V D31 than the voltage V BD avalanche breakdown occurs (I
D31 = 0) can be set low. Therefore, to prevent avalanche breakdown, N-type MO
Since it is not necessary to set the load resistances of the SFETM 35 and the column selection N-type MOSFETs MY 31 , MY 32 to MY 3n to be large, for example, the voltage-current characteristic of the memory transistor in the non-written state is changed from the solid line 21 to the solid line 22 in FIG. Even if there is a change, the drain voltage of the memory transistor in the initial state at the time of the write operation is V W22 , which is a small change, and therefore the write speed is not significantly deteriorated.
第4図は本発明の別の実施例の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.
これはlビット構成の不揮発性半導体記憶装置を実現す
るために、マトリックス配置したメモリトランジスタを
l個のブロックMA41,MA42〜MA4lに分割し、それぞれの
ブロックに列選択N型MOSFETMY411,MY412〜MY4lnと、セ
ンスアンプ回路SA41,SA42〜SA4lと、書込み電圧VPPと列
選択N型MOSFETのドレインとの間に設けられるN型MOSF
ETM41,M42〜M4lと、書込み制御回路WR41〜WR4lとを設け
てある。さらに定電圧発生回路VCON41が一つ設けられ
て、その出力電圧VR41をそれぞれの書込み制御回路
WR41,WR42〜WR4lに接続することで、第1図および第3
図で示した実施例と同じ効果が得られる。また、定電圧
発生回路は1つ設ければ良いので、半導体基板上で回路
を実現する場合に、定電圧発生回路を設けることによる
スペースの増加を抑えることができる。In order to realize a non-volatile semiconductor memory device having an 1-bit configuration, the memory transistors arranged in a matrix are divided into 1 blocks MA 41 , MA 42 to MA 4l , and column selection N-type MOSFET MY 411 , MY 412 to MY 4ln , sense amplifier circuits SA 41 , SA 42 to SA 4l , N-type MOSF provided between the write voltage V PP and the drain of the column selection N-type MOSFET.
ETMs 41 , M 42 to M 4l and write control circuits W R41 to W R4l are provided. Further, one constant voltage generation circuit V CON41 is provided, and its output voltage V R41 is supplied to each write control circuit.
By connecting to W R41 , W R42 to W R4l ,
The same effect as the embodiment shown in the figure can be obtained. Further, since only one constant voltage generating circuit needs to be provided, it is possible to suppress an increase in space due to providing the constant voltage generating circuit when the circuit is realized on the semiconductor substrate.
以上説明したように本発明は、メモリトランジスタに情
報を書込むために書込み電圧が供給される電源端子と、
メモリトランジスタとこの電源端子との間に設けられた
MOSFETと、書込み電圧よりも低い定電圧を発生する定電
圧発生回路と、書込み情報に応じて前記定電圧発生回路
の出力電圧を選択的に前記MOSFETのゲートに印加する書
込み制御回路を設けることにより、書込み動作時に、非
選択の書込み状態のメモリトランジスタのドレインに高
電圧が印加されても、アバランシェブレイクダウンが発
生する電圧よりも、メモリトランジスタのドレイン電圧
を低く設定できるため、書込み電圧とメモリトランジス
タとの間に設けられるMOSFETが形成する負荷抵抗は、そ
れほど大きく設定する必要がなく、非書込み状態のメモ
リトランジスタの電圧−電流特性が製造段階のばらつき
によって変化しても、書込み時のドレイン電圧はあまり
変化しないので、書込みスピードの悪化は少なく、ま
た、書込み時にはメモリトランジスタのゲートを高電圧
にしてからドレインに高電圧を印加するといったタイミ
ング調整は不要であり、回路が簡素化されるという効果
がある。As described above, the present invention has a power supply terminal to which a write voltage is supplied to write information in a memory transistor,
Provided between the memory transistor and this power supply terminal
By providing a MOSFET, a constant voltage generation circuit that generates a constant voltage lower than the write voltage, and a write control circuit that selectively applies the output voltage of the constant voltage generation circuit according to write information to the gate of the MOSFET. Even if a high voltage is applied to the drain of a memory transistor in the non-selected write state during a write operation, the drain voltage of the memory transistor can be set lower than the voltage at which avalanche breakdown occurs, so the write voltage and the memory transistor The load resistance formed by the MOSFET provided between and does not need to be set so large, and even if the voltage-current characteristics of the memory transistor in the non-written state changes due to variations in the manufacturing stage, the drain voltage during writing remains Since it does not change much, the writing speed does not deteriorate much, and the memory Timing adjustment such a high voltage is applied to the gate to the drain from the high voltage of Njisuta is unnecessary, there is an effect that the circuit can be simplified.
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は本発
明の書込み特性を示す特性図、第3図は第1図に示した
ブロック図を詳細に示した回路図、第4図は本発明の別
の実施例の回路図、第5図は従来の書込み回路の回路
図、第6図(a)および(b)は共に第5図の書込み回
路の特性図、第7図(a),(b)および(c)はそれ
ぞれ不揮発性半導体記憶装置で用いられる2層ゲート構
造を有するMOS型電界効果トランジスタの断面図、シン
ボル図および特性図である。 VCON11,VCON31,VCON41……定電圧発生回路、WR11,WR31,
WR41〜WR4l……書込み制御回路、SA3,SA41〜SA4l……セ
ンスアンプ回路、MC11,MC311〜MC3mn,MC51……メモリト
ランジスタ。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing write characteristics of the present invention, FIG. 3 is a circuit diagram showing in detail the block diagram shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional write circuit, and FIGS. 6A and 6B are characteristic diagrams of the write circuit of FIG. 5 and FIG. (A), (b) and (c) are a cross-sectional view, a symbol view and a characteristic view of a MOS type field effect transistor having a two-layer gate structure used in a nonvolatile semiconductor memory device, respectively. V CON11 , V CON31 , V CON41 ...... Constant voltage generator, W R11 , W R31 ,
W R41 to W R4l ... write control circuit, SA 3 , SA 41 to SA 4l ... sense amplifier circuit, MC 11 , MC 311 to MC 3mn , MC 51 ... memory transistor.
Claims (1)
半導体記憶素子を記憶媒体とし、第1の書込み電圧がMO
Sトランジスタで形成される負荷抵抗を介して前記第1
の書込み電圧よりも低い第2の書込み電圧として前記記
憶媒体のドレインへ供給され、この第2の書込み電圧供
給動作が所定の書込み情報に応答して選択的に行われる
ように前記負荷抵抗用MOSトランジスタの導通非導通を
制御する書込み電圧制御手段を備えた不揮発性半導体記
憶装置において、前記書込み電圧制御手段は、前記第1
の書込み電圧よりも低く電源電圧よりも高い定電圧を発
生する定電圧発生回路と前記書込み情報に応答して前記
定電圧を選択的に前記負荷抵抗用MOSトランジスタのゲ
ートに供給する書込み制御回路とからなり、前記定電圧
発生回路は前記第1の書込み電圧の電位と電源電位との
間に直列接続状態で挿入されかつ各々の基板電位がソー
スと同一電位に接続されゲートがドレインに接続された
複数の同一導電型MOSトランジスタの直列接続点の電圧
を前記定電圧として出力するように構成され、前記書込
み制御回路は前記書込み情報を入力とするインバータと
して前記定電圧または接地電圧のいずれかのレベルを出
力するように構成されるとともに、前記記憶媒体がアレ
イ状に配置されかつこのアレイが複数のブロックに分割
されて複数ビットのデータを同時に書込みおよび読み出
し可能にした記憶装置であって、1つの前記定電圧発生
回路と前記複数ビット分の前記負荷抵抗用MOSトランジ
スタと前記複数ビット分の前記書込み制御回路とを備え
たことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。1. A nonvolatile semiconductor memory element capable of electrically writing information is used as a storage medium, and the first write voltage is MO.
The first through the load resistor formed by the S transistor
Is supplied to the drain of the storage medium as a second write voltage lower than the write voltage of the load resistance MOS, and the second write voltage supply operation is selectively performed in response to predetermined write information. In a non-volatile semiconductor memory device including a write voltage control unit for controlling conduction / non-conduction of a transistor, the write voltage control unit is the first
A constant voltage generation circuit for generating a constant voltage lower than the write voltage of and higher than the power supply voltage, and a write control circuit for selectively supplying the constant voltage to the gate of the load resistance MOS transistor in response to the write information. The constant voltage generating circuit is inserted in series between the potential of the first write voltage and the power source potential, each substrate potential is connected to the same potential as the source, and the gate is connected to the drain. The write control circuit is configured to output a voltage at a series connection point of a plurality of MOS transistors of the same conductivity type as the constant voltage, and the write control circuit serves as an inverter that receives the write information, and has a level of either the constant voltage or the ground voltage. Are arranged so that the storage mediums are arranged in an array and the array is divided into a plurality of blocks so that a plurality of bits of data are A memory device capable of simultaneously writing and reading data, comprising one constant voltage generating circuit, the load resistance MOS transistors for the plurality of bits, and the write control circuit for the plurality of bits. A characteristic non-volatile semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24602588A JPH07105150B2 (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | Nonvolatile semiconductor memory device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0294097A JPH0294097A (en) | 1990-04-04 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP24602588A Expired - Lifetime JPH07105150B2 (en) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | Nonvolatile semiconductor memory device |
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JP2822791B2 (en) * | 1992-06-30 | 1998-11-11 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device |
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JPS6322391A (en) * | 1986-07-14 | 1988-01-29 | 株式会社新潟鐵工所 | Correction device |
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1988
- 1988-09-29 JP JP24602588A patent/JPH07105150B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0294097A (en) | 1990-04-04 |
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