JPS5916423B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
- Publication number
- JPS5916423B2 JPS5916423B2 JP50019203A JP1920375A JPS5916423B2 JP S5916423 B2 JPS5916423 B2 JP S5916423B2 JP 50019203 A JP50019203 A JP 50019203A JP 1920375 A JP1920375 A JP 1920375A JP S5916423 B2 JPS5916423 B2 JP S5916423B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- memory
- conductivity type
- gate electrode
- floating gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Read Only Memory (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は電気的に記憶情報を書込・消去することので
きる不揮発性記憶機能を有する半導体集積回路に関する
。
きる不揮発性記憶機能を有する半導体集積回路に関する
。
半導体集積回路構造で高密度記憶容量を実現するために
は選択蝕刻技術の向上、導電型領域の高精度形成技術と
共にマスク設計時のパターン配置と集積回路の特性に適
した物理現象の利用がある。
は選択蝕刻技術の向上、導電型領域の高精度形成技術と
共にマスク設計時のパターン配置と集積回路の特性に適
した物理現象の利用がある。
記憶装置として適用範囲の広い不揮発性記憶装置は、主
としてMIS型電界効果トランジスタ(MISトランジ
スタ)の絶縁ゲート膜中の浮遊ゲートや捕獲中心で正お
よび負の注入電荷を蓄積するが、この蓄積さわる電荷の
注入の制御のために、従来、メモリトランジスタと2コ
のデコード′ トランジスタをそなえ、且つ正負の電荷
注入を制御する情報線を設ける必要があわ、且つディジ
ット線間が絶縁分離されるため記憶セルの構造が複雑で
高集積密度が得られない欠点があつた。又、不揮発性記
憶装置の理想的な機能ばl ″および: ゛o″情報が
選択書込できるランダム・アクセス・メモリ(RAM)
の記憶機能を有することであり、且つ記憶情報を不揮発
に保持することにある。したがつてこの発明の目的は高
集積密度を有する不揮発性記憶装置を提供することにあ
る。フ 又、この発明の他の目的は高集積密度を有し且
つ被選択アドレスに対して情報゛1 ″のみならず情報
゛0″をも選択書込でき、RAM機能を備えた不揮発性
記憶装置を提供することにある。この発明によれば、行
列方向に配置されたメモヲ りセルが一導電型半導体基
体の一主表面に第一、第二第Ξの逆導電型領域を有し、
前記第一および第二の逆導電型領域間の表面に絶縁ゲー
ト膜を介して行毎に共通の行線に結合する制御ゲート電
極を有する駆動トランジスタ(デコードトランジ0 ス
メ)が形成され、且つ前記第二および第Ξの道連型領域
間の表面に絶縁ゲート膜と浮遊ゲート電極と該電極の被
覆絶縁膜とを順次被着して上面に他の制御ゲート電極を
設けた記憶トランジスタ(メモリトランジスタ)が形成
されている半導体i5装置において、前記第一および第
Ξの逆導電型領域が他のメモリセルとそれぞれ共通に接
続し、前記第二の逆導電型領域が前記半導体基体との間
に有するPN接合の前記浮遊ゲート電極下の一部に前記
基体に比して礒度の一導電型領域とのPN接合を有し、
且つ前記他の制御ゲート電極が同一列毎に列線に結合す
ることを特徴とする半導体装置が得られる。この半導伸
装置はメモリトランジスノの浮遊ゲートと制御ゲート電
極との間の被覆絶縁膜をチツ化シリコン、アルミナのよ
うな気相成長膜とすることにより被選択アドレスに情報
X1〃又はXO〃を書込み、且っ情報X1〃8′10″
又は情報ゞO″→Sll′へ書替えする不揮発性RAM
が得られる。この発明の半導体装置は第一及び第三の逆
導電型領域が隣接するメモリセル毎に共用されるため記
憶回路を集積化したときの集積度が高い利点を有し、情
報書込後に全ビツト消去して再書込可能なプログラマブ
ル・リード・オンリ・メモリ(PROM)もしくは被選
択アドレスに情報ゞ11′10″を書込可能な不揮発性
RAMとしての優れた記憶機能を有する。
としてMIS型電界効果トランジスタ(MISトランジ
スタ)の絶縁ゲート膜中の浮遊ゲートや捕獲中心で正お
よび負の注入電荷を蓄積するが、この蓄積さわる電荷の
注入の制御のために、従来、メモリトランジスタと2コ
のデコード′ トランジスタをそなえ、且つ正負の電荷
注入を制御する情報線を設ける必要があわ、且つディジ
ット線間が絶縁分離されるため記憶セルの構造が複雑で
高集積密度が得られない欠点があつた。又、不揮発性記
憶装置の理想的な機能ばl ″および: ゛o″情報が
選択書込できるランダム・アクセス・メモリ(RAM)
の記憶機能を有することであり、且つ記憶情報を不揮発
に保持することにある。したがつてこの発明の目的は高
集積密度を有する不揮発性記憶装置を提供することにあ
る。フ 又、この発明の他の目的は高集積密度を有し且
つ被選択アドレスに対して情報゛1 ″のみならず情報
゛0″をも選択書込でき、RAM機能を備えた不揮発性
記憶装置を提供することにある。この発明によれば、行
列方向に配置されたメモヲ りセルが一導電型半導体基
体の一主表面に第一、第二第Ξの逆導電型領域を有し、
前記第一および第二の逆導電型領域間の表面に絶縁ゲー
ト膜を介して行毎に共通の行線に結合する制御ゲート電
極を有する駆動トランジスタ(デコードトランジ0 ス
メ)が形成され、且つ前記第二および第Ξの道連型領域
間の表面に絶縁ゲート膜と浮遊ゲート電極と該電極の被
覆絶縁膜とを順次被着して上面に他の制御ゲート電極を
設けた記憶トランジスタ(メモリトランジスタ)が形成
されている半導体i5装置において、前記第一および第
Ξの逆導電型領域が他のメモリセルとそれぞれ共通に接
続し、前記第二の逆導電型領域が前記半導体基体との間
に有するPN接合の前記浮遊ゲート電極下の一部に前記
基体に比して礒度の一導電型領域とのPN接合を有し、
且つ前記他の制御ゲート電極が同一列毎に列線に結合す
ることを特徴とする半導体装置が得られる。この半導伸
装置はメモリトランジスノの浮遊ゲートと制御ゲート電
極との間の被覆絶縁膜をチツ化シリコン、アルミナのよ
うな気相成長膜とすることにより被選択アドレスに情報
X1〃又はXO〃を書込み、且っ情報X1〃8′10″
又は情報ゞO″→Sll′へ書替えする不揮発性RAM
が得られる。この発明の半導体装置は第一及び第三の逆
導電型領域が隣接するメモリセル毎に共用されるため記
憶回路を集積化したときの集積度が高い利点を有し、情
報書込後に全ビツト消去して再書込可能なプログラマブ
ル・リード・オンリ・メモリ(PROM)もしくは被選
択アドレスに情報ゞ11′10″を書込可能な不揮発性
RAMとしての優れた記憶機能を有する。
次にこの発明の特徴をより良く理解するため、この発明
の実施例につき図を用いて証明する。
の実施例につき図を用いて証明する。
第1図はこの発明の一実施例の回路図の一部を示し、行
方向に伸びる行線Xi,Xi+1,Xi+2と列方向に
伸びる列線Yj,Yj+1との交点となるアドレスにそ
れぞれNチヤンネル型メモリトランジスタQrrl,N
チヤンネル型デコードトランジスノQ,訃よびダイオー
ドDiから成るメモリセルを備えている。メモリトラン
ジス1Qmのゲート電極は列方向に伸びる列線Yj,Y
j+1VC各列毎に共通結合し、デコードトランジス3
tQdのゲート電極は行方向に伸びる行線Xi,Xi+
1,Xi+2に行毎に共通接続する。ダイオードD1は
メモリトランジスノの浮遊ゲート下のP型シリコン基体
表面で各トランジスタQm,Q,を結合するN電領域と
基体に比して高濃度のP型領域との接触によるPN接合
であね、このP型領域はトランジスタQnl,Qdの基
体領域と共通の基体端子SBに導出される。各トランジ
スタQm,Qdの他のN型領域は他のアドレスのメモリ
セルと共に共通の出力線D,ll)にそれぞれ導出され
る。第2図は第1図の実施例の一ダlの動作電圧波形を
示す。この図に選択された行線Xへの印加電圧Vx卦よ
び選択された列線Yへの印加電圧Vyに時刻Tl,t2
,・・・,T3に同期信号を与え、各時刻に卦ける端子
Dから端子Dへ流れる出力電流IDT5を示す。試料へ
の電圧印加は後述する基体電極に−10Vの基体電圧を
与え、出力端子Dの電圧V。をそれぞれ30Vの直流電
位を与えて行なわれる。他の出力端子Dは書込動作で開
放、読出動作0vとする。時刻t1〜T2に選択110
″書込を行い、被選アドレスに伸びる行列線にそれぞれ
尖頭値35V,10Vのパルス電圧が与えられると、デ
コードトランジス1Qdが導通してダイオートD1に約
20Vアアバランシエ降服電圧を超える電圧が与えらへ
アバランシ…降服点附近から正のゲート電界に誘引さ
れた高エネルギーの電子が浮遊ゲートを負電荷蓄積状態
とする。時刻T3〜T4にこの情報は電圧Vェ,Vyを
+5Vに駆することにより読み出され出力にSO″読出
電流1D′T5を与える。更に、時刻T5〜T6で電圧
Vx,VyVCそれぞれ35V,−10Vの電圧信号を
与えると、ダイオードが再びアバランシエ降服し、この
条件では負のゲート電界の効果でメモリトランジスタの
浮遊ゲートは正電荷蓄積状態となる。時刻T7〜T8の
読出動作で再び+5Vの電圧Vx,Vyが被選択行列線
に与えられると、端子D,Dに111″読出電流が得ら
れる。第3図に第1図の実施例の部分的平面図を示す。
方向に伸びる行線Xi,Xi+1,Xi+2と列方向に
伸びる列線Yj,Yj+1との交点となるアドレスにそ
れぞれNチヤンネル型メモリトランジスタQrrl,N
チヤンネル型デコードトランジスノQ,訃よびダイオー
ドDiから成るメモリセルを備えている。メモリトラン
ジス1Qmのゲート電極は列方向に伸びる列線Yj,Y
j+1VC各列毎に共通結合し、デコードトランジス3
tQdのゲート電極は行方向に伸びる行線Xi,Xi+
1,Xi+2に行毎に共通接続する。ダイオードD1は
メモリトランジスノの浮遊ゲート下のP型シリコン基体
表面で各トランジスタQm,Q,を結合するN電領域と
基体に比して高濃度のP型領域との接触によるPN接合
であね、このP型領域はトランジスタQnl,Qdの基
体領域と共通の基体端子SBに導出される。各トランジ
スタQm,Qdの他のN型領域は他のアドレスのメモリ
セルと共に共通の出力線D,ll)にそれぞれ導出され
る。第2図は第1図の実施例の一ダlの動作電圧波形を
示す。この図に選択された行線Xへの印加電圧Vx卦よ
び選択された列線Yへの印加電圧Vyに時刻Tl,t2
,・・・,T3に同期信号を与え、各時刻に卦ける端子
Dから端子Dへ流れる出力電流IDT5を示す。試料へ
の電圧印加は後述する基体電極に−10Vの基体電圧を
与え、出力端子Dの電圧V。をそれぞれ30Vの直流電
位を与えて行なわれる。他の出力端子Dは書込動作で開
放、読出動作0vとする。時刻t1〜T2に選択110
″書込を行い、被選アドレスに伸びる行列線にそれぞれ
尖頭値35V,10Vのパルス電圧が与えられると、デ
コードトランジス1Qdが導通してダイオートD1に約
20Vアアバランシエ降服電圧を超える電圧が与えらへ
アバランシ…降服点附近から正のゲート電界に誘引さ
れた高エネルギーの電子が浮遊ゲートを負電荷蓄積状態
とする。時刻T3〜T4にこの情報は電圧Vェ,Vyを
+5Vに駆することにより読み出され出力にSO″読出
電流1D′T5を与える。更に、時刻T5〜T6で電圧
Vx,VyVCそれぞれ35V,−10Vの電圧信号を
与えると、ダイオードが再びアバランシエ降服し、この
条件では負のゲート電界の効果でメモリトランジスタの
浮遊ゲートは正電荷蓄積状態となる。時刻T7〜T8の
読出動作で再び+5Vの電圧Vx,Vyが被選択行列線
に与えられると、端子D,Dに111″読出電流が得ら
れる。第3図に第1図の実施例の部分的平面図を示す。
又、この平面のa−a″線、b−b′線での断面図を第
4図卦よび第5図に示す。これらの図に示す如くこの実
施例は比抵抗4Ω−Mf)P型シリコン単結晶基体1の
一表面の活性領域に表面湊度10結〜1021(−m−
3のN型領域2,3,4を有し、N型領域2,3の間の
基体表面に約1000Af)S,O2膜5を介して多結
晶シリコンの行線X,+1が伸びている。この行線Xi
+1はこの部分の活性領域でデコードトランジスノのゲ
ート電極である。N型領域3,4の間の基体表面には約
300AのS,O2膜6を介して多結晶シリコンの浮遊
ゲートFGが設けられ、これらの多結晶シリコンの上面
に約2000Aのシリコン窒化膜7を介してアルミニウ
ムの列Yjが伸びてメモリトランジスタを形成している
。このメモリトランジスタとデコードトランジスタを結
合するN型領域3の浮遊ゲートFG直下の一部には、表
面濃度6×1016〜1018cm−3のP型領域8と
の接合が設けられている。第6図に示す如く、第3図卜
第5図の実施例に示したメモリセルは、出力線となる二
本のN型領域D,T5の間にそれぞれ制御ゲート電極が
行列線X1+1,Y,で駆動されるデコ一.ド卦よびメ
モリトランジスタQd,Qmを含んでいる。
4図卦よび第5図に示す。これらの図に示す如くこの実
施例は比抵抗4Ω−Mf)P型シリコン単結晶基体1の
一表面の活性領域に表面湊度10結〜1021(−m−
3のN型領域2,3,4を有し、N型領域2,3の間の
基体表面に約1000Af)S,O2膜5を介して多結
晶シリコンの行線X,+1が伸びている。この行線Xi
+1はこの部分の活性領域でデコードトランジスノのゲ
ート電極である。N型領域3,4の間の基体表面には約
300AのS,O2膜6を介して多結晶シリコンの浮遊
ゲートFGが設けられ、これらの多結晶シリコンの上面
に約2000Aのシリコン窒化膜7を介してアルミニウ
ムの列Yjが伸びてメモリトランジスタを形成している
。このメモリトランジスタとデコードトランジスタを結
合するN型領域3の浮遊ゲートFG直下の一部には、表
面濃度6×1016〜1018cm−3のP型領域8と
の接合が設けられている。第6図に示す如く、第3図卜
第5図の実施例に示したメモリセルは、出力線となる二
本のN型領域D,T5の間にそれぞれ制御ゲート電極が
行列線X1+1,Y,で駆動されるデコ一.ド卦よびメ
モリトランジスタQd,Qmを含んでいる。
又、メモリトランジスタは、メモリセル内のN型領域と
基体SBとの間に10〜22Vの逆耐圧を有するダイオ
ードDiを有する。第7図は第6図のメモリセルを基体
電位−10V一方の出力線bの電位を0vに固定し、他
方の出力線D卦よび行線X1+1に共通に駆動信号V,
を1秒間与え、同時に列線Y,に駆動信号Vgを与えた
ときのメモリトランジスタのゲート閾値Vtの変化を示
す。
基体SBとの間に10〜22Vの逆耐圧を有するダイオ
ードDiを有する。第7図は第6図のメモリセルを基体
電位−10V一方の出力線bの電位を0vに固定し、他
方の出力線D卦よび行線X1+1に共通に駆動信号V,
を1秒間与え、同時に列線Y,に駆動信号Vgを与えた
ときのメモリトランジスタのゲート閾値Vtの変化を示
す。
メモリトランジスタは、列線Y,の信号Vgが0vであ
るときは情報ゞOよびゞ1″のいずれのゲート閾値V,
も変化せず、信号Vgが正電圧で駆動されるとダイオー
ドのアバランシエ降服後にゲート閾値が増大する。又、
信号Vgが負電圧で駆動されると情報ゞ0″Vc相当す
るゲート閾値を有するときにはゲート閾値は急峻に下降
して情報ゞ1″に近ずく。上述の実施例によれば、行方
向に隣接する各メモリセルのN型領域D又はDは常に共
有され、互いにメモリセル間の絶縁分離を要しないため
、この半導体記憶集積回路は2トランジスノ/ビツト構
成であるにも拘らずきわめて高密度の記憶回路を成し、
且つ被選択ビツトへの情報111″およびゞ0″の選択
書込を行うことの一できる機納的進歩を有する。
るときは情報ゞOよびゞ1″のいずれのゲート閾値V,
も変化せず、信号Vgが正電圧で駆動されるとダイオー
ドのアバランシエ降服後にゲート閾値が増大する。又、
信号Vgが負電圧で駆動されると情報ゞ0″Vc相当す
るゲート閾値を有するときにはゲート閾値は急峻に下降
して情報ゞ1″に近ずく。上述の実施例によれば、行方
向に隣接する各メモリセルのN型領域D又はDは常に共
有され、互いにメモリセル間の絶縁分離を要しないため
、この半導体記憶集積回路は2トランジスノ/ビツト構
成であるにも拘らずきわめて高密度の記憶回路を成し、
且つ被選択ビツトへの情報111″およびゞ0″の選択
書込を行うことの一できる機納的進歩を有する。
尚、この情報ゞ1″訃よび1ゞO″の書込時にはメモリ
トランジスタのゲート電圧を正とするため、好ましくは
イオンドリフト特性を防ぐことのできるシリコン窒化膜
又はアルミナ膜のような気相成長膜を浮遊ゲートと列線
Y,との間に設ける。これらの気相成長膜は誘電率が高
く且つ導電率が多結晶シリコンの熱酸化膜に比して低い
ため浮遊ゲートと基体間のS,O2膜に有効にゲート電
界を使給して動作特性を向上すると共に動作信頼性を高
める。又、浮遊ゲートおよび行線にはモリプデン、ノン
グステンのような他の金属材料を用いることができる。
第8図はこの発明の他の実施例のメモリセルの平面図で
ある。
トランジスタのゲート電圧を正とするため、好ましくは
イオンドリフト特性を防ぐことのできるシリコン窒化膜
又はアルミナ膜のような気相成長膜を浮遊ゲートと列線
Y,との間に設ける。これらの気相成長膜は誘電率が高
く且つ導電率が多結晶シリコンの熱酸化膜に比して低い
ため浮遊ゲートと基体間のS,O2膜に有効にゲート電
界を使給して動作特性を向上すると共に動作信頼性を高
める。又、浮遊ゲートおよび行線にはモリプデン、ノン
グステンのような他の金属材料を用いることができる。
第8図はこの発明の他の実施例のメモリセルの平面図で
ある。
この実施例はN型領域のD−b間に浮遊ゲートFGと行
線Xで挟まれたN型領域FJがメモリトランジスタ0m
から離れた部分でP型領域Pと低耐圧ダイオードを形成
する。このダイオードは浮遊ゲート直下に形成されるた
め効果Vc卦いて前実施側と同一であり、トランジスタ
としての動作領域から離れるためN型領域FGの電位で
確実にアバランシ…降服する。第9図はこの発明の更に
他の実施例のメモリセルの平面図で、メモリトランジス
タQmのチヤンネル長さ方向に横切つてP型領域Pを備
え、N型領域DG卦よびDに対してPN接合を形成する
。
線Xで挟まれたN型領域FJがメモリトランジスタ0m
から離れた部分でP型領域Pと低耐圧ダイオードを形成
する。このダイオードは浮遊ゲート直下に形成されるた
め効果Vc卦いて前実施側と同一であり、トランジスタ
としての動作領域から離れるためN型領域FGの電位で
確実にアバランシ…降服する。第9図はこの発明の更に
他の実施例のメモリセルの平面図で、メモリトランジス
タQmのチヤンネル長さ方向に横切つてP型領域Pを備
え、N型領域DG卦よびDに対してPN接合を形成する
。
PN接合は第2図に示した電圧操作では常に出力線側の
N型領域′DVC比して中間のN型領域FJの電位が高
くなるため、回路動作としての支障はない。この実施例
ではトランジスタのチヤンネル長を短縮するときにパタ
ーン精度・余裕度の高密度集積回路が得られる。
N型領域′DVC比して中間のN型領域FJの電位が高
くなるため、回路動作としての支障はない。この実施例
ではトランジスタのチヤンネル長を短縮するときにパタ
ーン精度・余裕度の高密度集積回路が得られる。
第1図はこの発明の一実施例の回答図、第2図は第1図
の実施例の電圧波形図、第3図は、第1図の実施例の平
面図、第4図は第3図のa−a″線の断面図、第5図は
第3図のb−b″線の断面図、第6図は第3図のメモリ
セル部の等価回路図、第7図は第6図の動作特性図、第
8図はこの発明の他の実施例の平面図、第9図はこの発
明の更に他の実施例の平面図である。
の実施例の電圧波形図、第3図は、第1図の実施例の平
面図、第4図は第3図のa−a″線の断面図、第5図は
第3図のb−b″線の断面図、第6図は第3図のメモリ
セル部の等価回路図、第7図は第6図の動作特性図、第
8図はこの発明の他の実施例の平面図、第9図はこの発
明の更に他の実施例の平面図である。
Claims (1)
- 1 複数のメモリセルがマトリクス状に配置されてなる
半導体記憶装置において、該メモリセルは一導電型基板
に形成された二つの逆導電型領域を各々ソース、ドレイ
ンとし該ソース、ドレイン間の前記一導電型基板上に第
1の絶縁膜が設けられ、該第1の絶縁膜上に浮遊ゲート
電極が設けられ、該浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜が
設けられ、該第2の絶縁膜上に制御ゲート電極が設けら
れた構造の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを含み前
記ソースもしくは前記ドレインと前記一導電型基板との
間の前記浮遊ゲート電極下の一部に前記一導電型基板に
比して高濃度の一導電型領域が設けられ、前記第2の絶
縁膜はチッ化シリコンもしくはアルミナを含むことを特
徴とする半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50019203A JPS5916423B2 (ja) | 1975-02-14 | 1975-02-14 | 半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50019203A JPS5916423B2 (ja) | 1975-02-14 | 1975-02-14 | 半導体記憶装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5193686A JPS5193686A (ja) | 1976-08-17 |
JPS5916423B2 true JPS5916423B2 (ja) | 1984-04-16 |
Family
ID=11992786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50019203A Expired JPS5916423B2 (ja) | 1975-02-14 | 1975-02-14 | 半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5916423B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4342099A (en) * | 1979-06-18 | 1982-07-27 | Texas Instruments Incorporated | Electrically erasable programmable MNOS read only memory |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49123244A (ja) * | 1973-03-16 | 1974-11-26 |
-
1975
- 1975-02-14 JP JP50019203A patent/JPS5916423B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49123244A (ja) * | 1973-03-16 | 1974-11-26 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5193686A (ja) | 1976-08-17 |
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