JPH0143400B2 - - Google Patents

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JPH0143400B2
JPH0143400B2 JP14792180A JP14792180A JPH0143400B2 JP H0143400 B2 JPH0143400 B2 JP H0143400B2 JP 14792180 A JP14792180 A JP 14792180A JP 14792180 A JP14792180 A JP 14792180A JP H0143400 B2 JPH0143400 B2 JP H0143400B2
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JP
Japan
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floating gate
gate
series circuit
point
potential
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Application number
JP14792180A
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JPS5771587A (en
Inventor
Hiroshi Iwahashi
Masamichi Asano
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP14792180A priority Critical patent/JPS5771587A/ja
Publication of JPS5771587A publication Critical patent/JPS5771587A/ja
Publication of JPH0143400B2 publication Critical patent/JPH0143400B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store

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  • Read Only Memory (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデータを電気的に書き替えが可能な
読出し専用の半導体記憶装置に関する。
ゲート電極としてフローテイングゲートとコン
トロールゲートの二つを有する二重ゲート型の
MOSトランジスタをメモリセルとして使用した
読出し専用半導体記憶装置すなわちリードオンリ
メモリは、現在多くの電子装置で利用されてい
る。
第1図および第2図は上記二重ゲート型の
MOSトランジスタをメモリセルとして使用した、
従来の半導体記憶装置の構成を示すもので、第1
図は回路図、第2図はそのパターン平面図であ
る。図において1は各メモリセル、2は各メモリ
セルのコントロールゲートを兼ねた行線、3は各
フローテイングゲート、4は列線、5はドレイ
ン、6は接地電位が与えられるソース、7はドレ
イン5と列線4とを接続するコンタクトホールで
ある。このような構成の記憶装置において予めデ
ータを設定するには、フローテイングゲート3に
電子を注入するか否によつて行なつている。すな
わちフローテイングゲート3に電子が注入された
メモリセル1ではそのしきい電圧が上昇し、電子
の注入が行なわれないメモリセル1ではしきい電
圧は変化しないので、このとき行線2に所定電位
を与えればしきい電圧の高いメモリセル1はオフ
し、低いメモリセル1はオンする。したがつてこ
れにより“1”あるいは“0”のデータが読み出
されることになる。
ところで上記従来の記憶装置において、データ
書込みのためにはフローテイングゲート3に電子
を注入する際は、そのメモリセル1のドレイン5
とコントロールゲートすなわち行線2の両方に高
電圧を印加し、そのドレイン5の近傍で生じるイ
オン衝撃電流によつて行なつている。そのため一
つのメモリセル1毎に電子を注入するか否かを決
めねばならないので、一つのメモリセルに対して
高電位および接地電位をそれぞれ与える必要があ
る。この結果、第1図に示すようなメモリセルの
配列および第2図に示すようなパターンとする必
要があり、このためにメモリセル1の占有面積が
大きくなつてしまい記憶装置全体のチツプサイズ
が大型となる欠点がある。
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、メモリ
セルの占有面積を小さくしもつてチツプサイズの
縮小化が可能な半導体記憶装置を提供することに
ある。
ところで第3図は前記メモリセルとして使用さ
れる二重ゲート型のMOSトランジスタの構成を
示す断面図である。図において8は基板、6,5
はソース、ドレイン、2はコントロールゲートを
兼ねた行線、3はフローテイングゲートであり、
上記行線2およびフローテイングゲート3は通
常、ポリシリコンによつて形成されている。また
行線2とフローテイングゲート3との間およびフ
ローテイングゲート3と基板8との間にはそれぞ
れ酸化シリコン等の絶縁物が介在している。この
ため行線2とフローテイングゲート3との間およ
びフローテイングゲート3と、前記ソース6とド
レイン5との間の導電チヤネルあるいは基板8と
の間には、容量C1,C2が存在する。このような
構造において、いまコントロールゲートを兼ねた
行線2とフローテイングゲート3との間の電界が
ある値以上になると、この両ゲート間にはトンネ
ル電流が流れる。第4図は横軸に電界の強さを、
縦軸に電流密度をそれぞれとつたものである。第
4図に示すように行線2とフローテイングゲート
3との間の電界強度がEc以上になると、この間
には電流が流れる。またコントロールゲートを兼
ねた行線2の電位をVCGとすれば、このときのフ
ローテイングゲート3の電位VFGは次式で与えら
れる。
VFG=C1/C1+C2VCG …(1) ここでいまC2がC1の2倍であれば上記(1)式は
次式のようになる。
VFG=1/3VCG ……(2) すなわち上記(2)式のような電位関係があれば、
行線2とフローテイングゲート3との間の電界の
方がフローテイングゲート3と前記導電チヤネル
あるいは基板8との間の電界よりも大きい。した
がつて第4図中に示す電界強度Ecを上記両電界
の中間値に設定すれば、フローテイングゲート3
から行線2に向けて電子の流れが生じる。従つ
て、フローテイングゲートからは電子が放出され
てそこに正孔が残り、フローテイングゲートは正
に帯電する。この電子の流れが生じている時間を
長くすれば、第5図に示すように、そのMOSト
ランジスタのしきい電圧は正から負へと変化し、
しきい電圧がいつたん負になればそのコントロー
ルゲートの電位が零であつてもオンすることにな
る。この発明は上記のような二重ゲート型の
MOSトランジスタの性質を利用したものである。
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第6図はこの発明に係る半導体記憶装置の
回路構成図である。図において11は列アドレス
信号a00,a11,…をデコードする列デコ
ーダ、12はこの列デコーダ11のデコード出力
により駆動される列選択用のMOSトランジスタ、
13は列線、14は行アドレス信号A00
A11,…をデコードする行デコーダ、15は
行線16はコントロールゲートおよびフローテイ
ングゲートを有する二重ゲート型のMOSトラン
ジスタからなるメモリセルである。このうちメモ
リセル16はそれぞれ同数個直列接続され、複数
の直列回路17を構成している。そして上記各直
列回路17の一端は上記各列線13に接続される
とともに、他端はこの記憶装置をデータ読出しモ
ードあるいはデータ書込みモードのいずれかに設
定するための信号R/をゲート入力とする各
MOSトランジスタ18を介して接地電位点すな
わち基準電位点に接続される。また上記各直列回
路17において対応する位置にあるメモリセル1
6の各コントロールゲートは同一の行線15に接
続される。さらに上記列選択用のMOSトランジ
スタ12のそれぞれの他端は共通接続され、この
共通接続点Sと正極性の電源電圧VD印加点との
間には、クロツク信号φをゲート入力とする負荷
用のMOSトランジスタ19が接続される。また
上記接続点Sと接地電位点との間には、前記各メ
モリセル16にデータを書き込む際、その書込み
データに応じて“1”あるいは“0”に設定され
る信号Aをゲート入力とするMOSトランジスタ
20が接続される。またさらに前記各列線13と
VD印加点との間には、上記クロツク信号φをゲ
ート入力とする複数の負荷用のMOSトランジス
タ21が接続される。
なお、上記各メモリセル16は予めその書込み
データに基づいて、フローテイングゲートから電
子を放出させるか、もしくは放出を行なわず初期
の中性状態のままにすることによりそのしきい値
電圧が負または正に設定されているものとする。
次に上記のように構成された記憶装置からデー
タを読み出す場合の動作を、第7図に示すタイミ
ングチヤートを用いて説明する。まずデータを読
み出す場合に、信号R/をデータ読出しモード
すなわち“1”に、信号Aを“0”にそれぞれ設
定しておく。信号Aを“0”に設定するとMOS
トランジスタ20はオフ状態になり、データ読出
し時にはこのトランジスタ20は動作とは無関係
になる。また信号R/を“1”に設定すると各
MOSトランジスタ18はオン状態になり、各直
列回路17の一端はそれぞれ接地電位点に接続さ
れた状態になる。次にφが“1”となつている期
間に、列デコーダ11および行デコーダ14によ
り一つの直列回路17内の一つのメモリセル16
が選択されたとする。φが“1”になると負荷用
のMOSトランジスタ19,21がオンして、接
続点Sおよび各列線13は充電され“1”とな
る。またこのとき行デコーダ14は選択行線には
“0”信号を、非選択行線には“1”信号をそれ
ぞれ出力する。したがつて上記直列回路17内の
非選択の各メモリセル16のコントロールゲート
に“1”信号が与えられ、これらすべてのメモリ
セル16はオン状態になる。一方、上記直列回路
17において、選択されたメモリセル16のコン
トロールゲートには“0”信号が与えられる。そ
してこの選択されたメモリセル16のしきい電圧
が予め正に設定されていれば、このメモリセルは
オフ状態になる。φが“1”となつている期間
に、上記選択されたメモリセル16がオフ状態で
あれば、列デコーダ11によつて選択されMOS
トランジスタ19および21によつて“1”に充
電された列線13は放電されず、したがつてこの
とき接続点Sは“1”のままになる。また上記選
択されたメモリセル16のしきい電圧が予め負に
設定されていれば、このメモリセルはオン状態に
なる。したがつてこのとき“1”に充電される列
線13および接続点Sは直列回路17によつて放
電され、接続点Sは“0”になる。すなわちφが
“1”の期間に接続点Sの信号を検出すれば上記
選択されたメモリセルに予め書き込まれたデータ
を得ることができる。また、もちろんφを“1”
にして列線13を予め充電し、その後非選択行線
を“1”にして、その時の接続点Sの信号を検出
する様にしてもよい。
次に各メモリセル16にデータを書き込む場合
の動作を、第8図に示すタイミングチヤートを用
いて説明する。まずデータを書き込む場合に、前
記信号R/をデータ書込みモードすなわち
“0”に設定しておく。信号R/を“0”に設
定すると各MOSトランジスタ18はオフ状態に
なり、各直列回路17の一端はそれぞれ接地電位
点から分離された状態になる。次にφが“1”と
なつている期間に、列デコーダ11および行デコ
ーダ14により一つの直列回路17内の一つのメ
モリセル16が選択されたとする。φが“1”に
なると前記と同様に負荷用のMOSトランジスタ
19,21がオンして、接続点Sおよび各列線1
3は充電され“1”となる。またこのとき行デコ
ーダ14は選択行線には正極性の高電位電圧V1
を、非選択行線にはこのV1よりも低電位の電圧
V2をそれぞれ出力する(ただしV1,V2はいずれ
も“1”信号の電位よりも高電位であるとする)。
さらにこのときMOSトランジスタ20のゲート
に与える信号Aを書込みデータに応じて“0”に
設定すれば、このMOSトランジスタ20はオフ
状態となる。またいま、列デコーダ11によつて
選択されている直列回路17内のすべてのメモリ
セル16のコントロールゲートには“1”信号よ
りも高電位の電圧V1またはV2が与えられている
ため、これらのメモリセルはすべてオン状態にあ
る。さらにMOSトランジスタ20がオフ状態に
あるため、接続点Sおよび選択されている列線1
3も“1”に相当する電位となつており、上記直
列回路17内のすべてのメモリセル16がオン状
態にあるため各ソース、ドレインの電位も“1”
に相当する電位に上昇している。この状態のと
き、上記直列回路17において選択されたメモリ
セル16のコントロールゲートには高電位電圧
V1が与えられるが、このメモリセルのソース、
ドレイン電圧も上昇しているため、このメモリセ
ル16のコントロールゲートとフローテイングゲ
ートとの間の電界は前記第4図中のEc以上には
ならず、したがつて両ゲート間には電流は流れ
ず、フローテイングゲートから電子の放出が行わ
れないので、フローテイングゲートは中性状態の
ままにされてそのしきい値電圧は正のまま変化し
ない。
一方、上記記号Aを書込みデータに応じて
“1”に設定すれば、MOSトランジスタ20はオ
ン状態になり、上記列デコーダ11によつて選択
されている直列回路17内のすべてのメモリセル
16のソース、ドレイン電圧は零になる。この状
態のとき、そのコントロールゲートに高電位電圧
V1が与えられる選択されたメモリセル16では、
コントロールゲートとフローテイングゲートとの
間の電界がEc以上になり、そのフローテイング
ゲートから電子が放出され、そのしきい電圧は正
から負に変化する。
すなわち、このようにして各メモリセル16の
しきい電圧を正または負に設定することによつて
データが書き込まれる。
第9図および第10図はそれぞれ上記第6図に
示す半導体記憶装置のメモリセルアレイ部分のパ
ターン平面図であり、第6図と対応する箇所には
同じ符号を付してある。また第9図、第10図に
おいて31は各フローテイングゲート、32はソ
ースあるいはドレインである。各メモリセルは複
数個直列接続されているため、従来のように各メ
モリセルのソースに接地電位を与える必要はな
く、また各ドレインと列線とを接続するためのコ
ンタクトホールも必要ない。したがつてメモリセ
ルの占有面積を小さくすることができ、この結
果、記憶装置全体のチツプサイズの縮小化が可能
である。
第11図および第12図はそれぞれ上記行デコ
ーダ14を具体的に示す回路構成図である。第1
1図においてデータ読出しモード時には、前記信
号R/と逆位相関係にある信号/Wは“0”
である。このためMOSトランジスタ41はオフ、
MOSトランジスタ42はオンになり、a点、b
点はそれぞれ“1”、“0”となる。したがつて行
線15に接続された一方のMOSトランジスタ4
3はオフ、他方のMOSトランジスタ44はオン
になり、c点が行線15に接続される。いまこの
行線15が選択される条件にあるとき、d点は
“1”となり、これによりc点は“0”、したがつ
て行線15には“0”信号が出力される。
一方、データ書込みモード時には信号/Wは
“1”である。このためMOSトランジスタ41が
オン、MOSトランジスタ42がオフしてb点は
“1”になり、さらにMOSトランジスタ43がオ
ン、MOSトランジスタ44がオフしてe点が行
線15に接続される。いまこの行線15が選択さ
れる条件にあるとき、d点は“1”f点は“0”
となり、g点の電位は正極性の高電位電源電圧
VpよりもMOSトランジスタ45のしきい電圧
Vth分低い電位(Vp―Vth)となる。したがつて
これに続くデイプレツシヨン型のMOSトランジ
スタ46がオンし、e点の電位はVpとなる。よ
つて行線15にはe点の電位VpからMOSトラン
ジスタ43のしきい電圧Vthを差し引いた電位
(Vp―Vth)が出力される。なおこの電位(Vp
―Vth)は前記V1に相当するものである。またこ
の行線15が非選択の条件にあるときには、d点
は“0”、f点は“1”、g点は“0”となり、
MOSトランジスタ46がオフし、e点の電位は
Vpから、直列接続された2個のMOSトランジス
タ47,48のしきい電圧の和2Vthを差し引い
た電位(Vp―2Vth)となる。このときb点の
“1”信号の電位はVpであるため、e点の電位
(Vp―2Vth)がそのまま行線15に出力される
ことになる。なおこの電位(Vp―2Vth)は前記
V2に相当するものである。また上記e点に接続
され信号/Wをゲート入力とするMOSトラン
ジスタ49は、この行線15が選択状態から非選
択状態に切りかわる際に、e点を(Vp―Vth)
から(Vp―2Vth)に放電させるためのものであ
る。
また第12図においてデータ読出しモード時に
は、信号/Wは“0”、信号R/は“1”で
あるため、MOSトランジスタ51はオフ、MOS
トランジスタ52はオンになり、i点が行線15
に接続される。そしていま行線15が選択される
条件にあるとき、j点は“0”、k点は“1”に
なり、これによりi点は“0”、したがつて行線
15には“0”信号が出力される。
一方、データ書込みモード時には、信号/W
は“0”であるため、今度はMOSトランジスタ
51がオン、MOSトランジスタ52がオフにな
り、1点が行線15に接続される。この時この
R/Wの“1”レベルは、Vp′の電位である。そ
していまこの行線15が選択される条件にあると
き、j点は“0”になり、m点の電位はVp′より
もMOSトランジスタ53のしきい電圧Vth分低
い電位(Vp′―Vth)となる。したがつてこれに
続くデイプレツシヨン型のMOSトランジスタ5
4がオンし、1点の電位はVp′となる。よつて行
線15には1点の電位Vp′からMOSトランジス
タ51のしきい電圧Vthを差し引いた電位
(Vp′―Vth)が出力される。またこの電位は前記
V1に相当するものである。またこの行線15が
非選択の条件にあるときには、j点は“1”、m
点は“0”となり、MOSトランジスタ54がオ
フし、1点の電位はVp′から、直列接続された2
個のMOSトランジスタ55,56のしきい電圧
の和2Vthを差し引いた電位(Vp′―2Vth)とな
る。したがつて行線15にはMOSトランジスタ
51のゲート電圧がVp′であるため上記1点の電
位と同じ(Vp′―2Vth)が出力されることにな
る。またこの電位は前記V2に相当するものであ
り、さらに1点に接続され信号/Wをゲート入
力とするMOSトランジスタ57は、前記第11
図中のMOSトランジスタ49と同様に、この行
線15が選択状態から非選択状態に切りかわる際
に、1点を(Vp′―Vth)から(Vp′―2Vth)に
放電させるためのものである。
第13図は第6図におけるメモリセル16に使
用するのに好適な二重ゲート型のMOSトランジ
スタの構造を示す断面図であり、61はP型の基
板、62はN+型のソース、63はN+型のドレイ
ン、64はコントロールゲート、65はフローテ
イングゲート、66は絶縁層である。このMOS
トランジスタでは、コントロールゲート64とフ
ローテイングゲート65との間の距離を一部小く
し、他の部分では大きくするようにしたものであ
り、このように構成することによつて前記第3図
中の容量におけるC1<C2なる関係を簡単に実現
することができる。すなわち、前記(1)式で与えら
れるフローテイングゲートの電位VFGを低下させ
て、コントロールゲートとフローテイングゲート
との間の電界を大きくするには、前記容量C1
値を小さくすればよい。さらに、この容量C1
値を小さくするには、コントロールゲートとフロ
ーテイングゲートとの間の距離を大きくすればよ
い。しかしながら、コントロールゲートとフロー
テイングゲートとの間の距離を全体的に大きくす
ると、両者間の電界は小さくなつてしまう。しか
しながら、第13図に示すようにコントロールゲ
ートとフローテイングゲートとの間の距離の一部
を小さくすることにより、容量C1の値を小さく
したままでコントロールゲートとフローテイング
ゲートとの間の電界を大きくすることができる。
また、コントロールゲート64とフローテイング
ゲート65との間の距離の一部を第13図に示す
ように800Åにすると、両ゲート間の電界も強く
なり、フローテイングゲート65に注入された電
子を短時間で除去することができる。
第14図ないし第16図はそれぞれこの発明の
他の実施例を説明するためのものである。前記第
6図における各直列回路17において、直列接続
されたメモリセル16の数が多い場合、すべての
メモリセルのソース、ドレインを短時間のうちに
“1”に上昇させることは困難である。このため
第14図に示すように、φ=“1”の期間に先行
して“1”となる期間を有するクロツク信号φ′、
あるいはφ=“1”の期間に先行して“0”とな
る期間を有するクロツク信号を用いて、φ′ある
いはの期間に選択行線にV2の電位を出力させ
るとともに、この期間に非選択行線にV2の電位
を出力させるようにしたものである。そして第1
5図に示すものは、前記第11図に示す行デコー
ダにこのような機能を付加したものであり、この
機能を実現するために前記d点にクロツク信号φ
をゲート入力とするMOSトランジスタ50を接
続している。また第16図に示すものは、前記第
12図に示す行デコーダにこのような機能を付加
したものであり、この機能を実現するために前記
アドレス信号A0,A1…をゲート入力とするMOS
トランジスタに直列に、クロツク信号φ′をゲート
入力とするMOSトランジスタ58を挿入してい
る。
以上説明したようにこの発明による半導体記憶
装置では、メモリセルの占有面積を小さくしもつ
てチツプサイズの縮小化を可能とするものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図それぞれ従来の半導体記憶
装置の構成を示し、第1図はその回路図、第2図
はパターン平面図、第3図ないし第5図はそれぞ
れこの発明の原理を説明するためのもので、第3
図は断面図、第4図は特性図、第5図は特性図、
第6図はこの発明の一実施例の回路構成図、第7
図および第8図はそれぞれ上記実施例回路の動作
を説明するためのタイミングチヤート、第9図お
よび第10図はそれぞれ上記実施例回路中のメモ
リセルアレイ部分のパターン平面図、第11図お
よび第12図はそれぞれ上記実施例回路中の行デ
コーダ部分の回路構成図、第13図は上記実施例
回路中のメモリセル部分の断面図、第14図ない
し第16図はこの発明の他の実施例を示し、第1
4図はタイミングチヤート、第15図は回路構成
図、第16図は回路構成図である。 11…列デコーダ、12,18,19,20,
21…MOSトランジスタ、13…列線、14…
行デコーダ、15…行線、16…メモリセル、1
7…直列回路、31…フローテイングゲート、3
2…ソースあるいはドレイン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フローテイングゲートおよびコントロールゲ
    ートを有し、コントロールゲートとフローテイン
    グゲートとの間の距離を一部小さくすることによ
    り、コントロールゲートとフローテイングゲート
    との間の電界強度がフローテイングゲートと導電
    チヤネルあるいは基板との間の電界強度よりも大
    きくなるように設定され、予め書込みデータに基
    づいてフローテイングゲートからの電子の放出を
    行なうかもしくは放出を行なわずに中性状態のま
    まにすることによりそのしきい値電圧が負または
    正に設定される絶縁ゲート電界効果トランジスタ
    を複数個直列接続して構成される直列回路と、こ
    の直列回路の一端を充電する負荷素子と、データ
    読出し時のアドレス信号に応じて上記直列回路の
    一つのトランジスタを選択し、この選択されたト
    ランジスタのコントロールゲートには低論理信号
    を、選択されないすべてのトランジスタのコント
    ロールゲートには高論理信号をそれぞれ供給する
    デコーダとを具備したことを特徴とする半導体記
    憶装置。 2 フローテイングゲートおよびコントロールゲ
    ートを有し、コントロールゲートとフローテイン
    グゲートとの間の距離を一部小さくすることによ
    り、コントロールゲートとフローテイングゲート
    との間の電界強度がフローテイングゲートと導電
    チヤネルあるいは基板との間の電界強度よりも大
    きくなるように設定され、予め書込みデータに基
    づいてフローテイングゲートからの電子の放出を
    行なうかもしくは放出を行なわずに中性状態のま
    まにすることによりそのしきい値電圧が負または
    正に設定される絶縁ゲート電界効果トランジスタ
    を複数個直列接続して構成される直列回路と、こ
    の直列回路の一端と電源電圧印加点との間に挿入
    され上記直列回路の一端を充電する負荷素子と、
    上記直列回路と上記負荷素子との接続点と基準電
    位点との間に挿入され、書込みデータに応じてス
    イツチ制御されるスイツチ素子と、データ読出し
    時のアドレス信号に応じて上記直列回路の一つの
    トランジスタを選択し、この選択されたトランジ
    スタのコントロールゲートには高電位を、選択さ
    れないすべてのトランジスタのコントロールゲー
    トには低電位をそれぞれ供給するデコーダとを具
    備したことを特徴とする半導体記憶装置。
JP14792180A 1980-10-22 1980-10-22 Semiconductor storing device Granted JPS5771587A (en)

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JP14792180A JPS5771587A (en) 1980-10-22 1980-10-22 Semiconductor storing device

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JP14792180A JPS5771587A (en) 1980-10-22 1980-10-22 Semiconductor storing device

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Publication Number Publication Date
JPS5771587A JPS5771587A (en) 1982-05-04
JPH0143400B2 true JPH0143400B2 (ja) 1989-09-20

Family

ID=15441098

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