JPH03232196A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH03232196A
JPH03232196A JP2028017A JP2801790A JPH03232196A JP H03232196 A JPH03232196 A JP H03232196A JP 2028017 A JP2028017 A JP 2028017A JP 2801790 A JP2801790 A JP 2801790A JP H03232196 A JPH03232196 A JP H03232196A
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JP
Japan
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data
memory cell
circuit
output
rewrite
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JP2028017A
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Nobuo Shishikura
宍倉 伸夫
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0408Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors
    • G11C16/0433Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors comprising cells containing a single floating gate transistor and one or more separate select transistors

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は一般に半導体記憶装置に関し、特に電気的に書
き換え可能な不揮発性半導体記憶装置に関する。
(従来の技術) 第2図は、一般的な電気的に書換え可能な半導体記憶装
置のメモリセルの構造を示したものである。このメモリ
セルにはフローティングゲート103を備えたMOSト
ランジスタが用いられ、これに対するデータの書き換え
作業は、コントロールゲート101又はドレイン102
の一方に書き換え電圧と呼ばれる高電圧を印加し、他方
にOvの電圧を印加することにより行われる。即ち、例
えばコントロールゲート101に書き換え電圧が、ドレ
イン102にOvが印加されることにより既に蓄積・保
存されているデータの消去が実行され、次にドレイン1
02に書き換え電圧が、コントロールゲート101にo
Vが印加されることにより新たなデータの書き込みが実
行される。
このようなメモリセルを有する従来の電気的に書き換え
可能な半導体記憶装置の一般的構成を第3図に示す。同
図においてアドレス入力回路3゜4は、アドレス入力端
子1.2から夫々入力されるアドレス信号AO,Alを
受けてアドレス信号AOO,AIOを夫々アドレスデコ
ーダ5に出力する。アドレスデコーダ5は、アドレス入
力回路3.4から出力されたアドレス信号AOO。
AIOを受けてこれをデコードし、メモリセル領域16
内に配設されているアドレスラインXo。
Xi、X2.X3の1つを選択する。制御回路10は、
制御端子11,12.13に夫々加えられる書き込み信
号W1消去信号E或いは読み出し信号Rに従ってメモリ
セルMOO〜M33の書!込み、消去又は読み出しを実
行する。書き込み時には、データDo、DI、D2.D
Bがデータ入出力端子6. 7.8. 9からデータ入
出力回路15を介してメモリセルMOO−M33へ与え
られ、読み出し時には、これと逆方向にデータが読み出
される。データの消去及び書き込み(書き換え)時には
、制御回路1oには端子14がら書き換え電圧v1.が
供給される。
この従来の装置における書き換え動作は次のようにして
行われる。まず、消去信号Eのレベル“1”により、消
去ライン2に書き換え電圧v、。
が、データラインDOI〜D31にovが出力される。
これにより、アドレスデコーダ5により選択されている
アドレスライン、例えばアドレスデコーダXOに属する
メモリセルMOO〜M30のコントロールゲート及びド
レインに、トランジスタ(セレクトゲー))TR2; 
TRIを介して夫々書き換え電圧V1.及びOvが印加
され、それらメモリセルのデータが消去される。次いで
、書き込み信号Wのレベル“1”により、消去ライン2
にOvが出力され、またデータラインDOI〜D31の
うち、入力データDO〜D3のレベルが′Omのライン
にOvが、11mのラインに書き換え電圧v1.が出力
される。アドレスデコーダ5により選択されているアド
レスライン、例えばアドレスラインXOに属するメモリ
セルMOO〜M30にデータDO〜D3が書き込まれる
(発明が解決しようとする課題) 上述したように、従来の電気的にデータの書き換えが可
能な不揮発性半導体記憶装置においては、データの書き
換え作業は、書き込みデータの論理値に関らず、まず書
き換えを行うアドレスに対応する全部のメモリセルに対
してデータ消去を実行し、次いで前記書き込みデータの
論理値に応じて特定の論理値(例えば“1″)を書き込
むべきメモリセルに対して書き込みを実行するという順
序でなされる。
このため、上述した半導体記憶装置における成るアドレ
ス中の任意のメモリセルに対してデータの読出し又はデ
ータの書き換えを実行しようとする場合にも、前記同一
アドレス中の前記データの読出シ又はデータの書き換え
を実行したいメモリセル以外のメモリセルに対しても、
同様なデータの読出し又は書き換え動作を実行しなけれ
ばならないこととなる。
このような場合、従来においては、上記アドレスに属す
る全てのメモリセルに記憶、保持されているメモリデー
タを一旦読出して上記半導体記憶装置以外の記憶装置に
二時的に記憶させておくという方法を採用することによ
って、前記メモリセル以外のメモリセルに記憶、保持さ
れていたメモリデータを保持するようにしていた。この
ように、成るアドレス中の任意のメモリセルだけを対照
としてデータの書き換えを行ないたい場合には、複雑な
処理作業を必要とした。
又、電気的に書き換え可能な半導体記憶装置にあっては
、一般に、データの書き換え作業を実行する毎にメモリ
セルがダメージを受けるようになっているので、従来の
ように、成るアドレス中の一部のメモリセルについての
みデータの書き換えを行ないたいときにも、上記アドレ
スに属する全てのメモリセルのデータの書き換えが行な
われるものとすると、データの書き換えを必要としない
メモリセルに対してまでも余分なダメージを与えること
となり、メモリセルの寿命を縮めてしまうという問題が
ある。
そのうえ、上述したような電気的に書き換え可能な半導
体記憶装置の不揮発性メモリにあっては、これらメモリ
セルがマトリクス状に配設されている場合には、成るア
ドレスに属するメモリセルに関してデータの書き換えを
実行しようとするときに、このデータの書き換えを実行
しようとするアドレスと同一の縦方向のライン及び横方
向のラインにも夫々データ書き換えのための高電圧が印
加されることになる。そのため、これらのラインに接続
されているメモリセルにメモリデータとして蓄積されて
いる電荷量が減少するという不具合がある。
更に前記不揮発性メモリセルには、一般に、保持されて
いるデータの読出しを実行すると、この読出しが実行さ
れたメモリセルにメモリデータとして蓄積されている電
荷量が減少するという性質があるので、成るアドレス中
の任意のメモリセルに対してデータの読出しを実行しよ
うとすると、上記アドレスに属する他のすべてのメモリ
セルに対してもデータの読出し動作を実行することとな
るために、データの読出しを必要としないメモリセルに
メモリデータとして蓄積されている電荷量までをも減少
させてしまうという問題点があった。
従って本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目
的は、データの書き換え又は読出しを実行したいメモリ
セルに対してのみ、データの書き換え又は読出しが実行
できるようにすることによって、データの書き換えに要
する処理作業を減らすことができ、又、データ書き換え
に際しての高電圧の印加回数を減少させることによって
、メモリセルに対するデータの書き換え時のダメージを
大幅に減少せしめてメモリセルの寿命を大幅に伸ばしこ
れによってデータの書き換え回数を大幅に増やすことが
でき、更には、データの読出し時及びデータの書き換え
時におけるメモリデータとして各々のメモリセルに蓄積
されている電荷量の減少を抑制することができることに
よって、各々のメモリセルのデータ保持時間を大幅に伸
ばすことができる半導体記憶装置を提供することにある
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明に系る半導体記憶装
置は、電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセ
ルと、前記複数の不揮発性メモリセルの中からデータの
書き換え又は読出しを実行したいメモリセルを選択する
ための信号を出力する回路と、前記選択信号出力回路か
らの出力信号に基づいてデータの書き換え又は読出しを
実行したいメモリセルを選択してこの選択したメモリセ
ルに対してのみデータの書き換え又は読出しを実行する
制御回路とを有し、前記制御回路は、前記選択したメモ
リセルに対してデータの書き換えを行なうときには、書
き換えを行なうべき入力データの論理値に応じて前記選
択したメモリセルに対するデータの消去又は書き込みの
いずれか一方の動作を選択して実行するように構成した
(作 用) 本発明に従う半導体記憶装置によれば、制御回路が電気
的に書き換え可能な不揮発性メモリセルに対してデータ
の書き換え又は読出しを実行するに当っては、まず選択
信号出力回路からの出力信号に基づいてデータの書き換
え又は読出しを実行したいメモリセルを選択して、この
選択したメモリセルに対してのみ、データの書き換え又
は読出しを実行する。又、制御回路は、前記選択したメ
モリセルに対してデータの書き換えを行なうときには、
書き換えを行なうべき入力データの論理値に応じて前記
選択したメモリセルに対するデータの消去又は書き込み
のいずれか一方の動作を選択して実行する。つまり、入
力データの論理値が“0”であるときには、前記選択さ
れたメモリセルに対して消去動作が実行され、入力デー
タの論理値が“11であるときには、前記選択されたメ
モリセルに対して書き込み動作が実行されることになる
(実施例) 以下、図面により本発明の一実施例について説明する。
第1図は、本発明に従う半導体記憶装置の一実施例の構
成を示したものである。本実施例においては、説明の都
合上、記憶容量が16ビツトでメモリ構成が4語×4ビ
ットの構成の半導体記憶装置を用いるものとする。
本実施例に従う半導体記憶装置は、第1図を参照して明
らかなように、アドレス入力回路3,4、アドレスデコ
ーダ5、メモリセル領域17、制御回路18、データ入
出力回路15及びビット選択入力回路16等を具備する
。アドレス入力回路3゜4は、夫々アドレス入力端子1
,2を介して与えられる信号AO,AIを受けてアドレ
ス信号AOO,AIOをアドレスデコーダ5に出力する
アドレスデコーダ5は、アドレス入力回路3,4から出
力されたアドレス信号AOO,AIOをデコードし、メ
モリセル領域17内に配設されているアドレスラインX
O,Xi、X2.X3の一つを選択する。
メモリセル領域17には、メモリセルM00゜Mo1.
Mo2.Mo3.MIO,Mll。
M12.M13.M2O,M21.M22゜M23.M
2O,MB2.MB2.MB2がマトリクス状に配置さ
れている。図上横方向に配列された4個のメモリセル(
例えば、メモリセルMOO,M10.M20.M2O)
のコントロールゲートは、同じアドレスライン(例えば
、アドレスラインXO)にゲートが接続されたトランジ
スタ(セレクトゲート)TR2を介して、データ消去ラ
インDOO,DIO,D20.D30に接続されている
。また、それら4個のメモリセル(MOO,MIO,M
2O,、M2O)のドレインは、同じアドレスライン(
XO)にゲートが接続されたセレクトゲートTRIを介
して、データ書き込みラインDOI、Dll、D21.
D31に接続されている。
また、図上縦方向に配列された4個のメモリセル(例え
ば、メモリセルMOO,MOL、MO2゜Mo3)のコ
ントロールゲートは、セレクトゲートTR2を介して同
じデータ消去ライン(例えば、データ消去ラインD00
)に接続され、ドレインはセレクトゲートTR1を介し
て同じデータ書き込みライン(例えば、データ書き込み
ラインD01)に接続されている。
4本のデータ消去ラインDOO,D10゜D20.D3
0及び4本のデータ書き込みラインDOI、Di、21
.D31は、制御回路18に接続されている。全メモリ
セルMOO〜M33のソースは接地されている。
データ入出力回路15は、データ入出力端子6゜7.8
.9から与えられる4ビツトのデータDO。
DI、D2.D3を制御回路18に出力し、また制御回
路18によってメモリセル領域17から読み出された4
ビツトデータをデータ入出力端子6゜7.8.9に出力
する。このデータ入出力回路15には、例えばバッファ
回路やラッチ回路が使用される。
ビット選択入力回路16は、書き換えを行ないたいビッ
トを指定するために与えられるビット選択情報として、
ビット選択信号入力端子SO〜S3から4ビツトのビッ
ト選択信号sl、s2゜s3.s4を入力して保持する
とともに、この入力した4ビツトのビット選択信号Sl
、82゜s3.s4を制御回路18に出力する。このビ
ット選択入力回路16にも、前記データ入出力回路15
と同様に、バッファ回路やラッチ回路が使用される。
制御回路18は、メモリセル領域17に対するデータ読
み出し動作、データ消去動作およびデータ書き込み動作
を実行するためのもので、書き換え制御端子19、読み
出し制御端子20及び書き換え電圧入力端子21を有し
、制御端子19゜20に加えられる電圧E/W、Hによ
り動作が選択される。この制御回路18は、前述したよ
うにデータ消去ラインDOO〜D30及びデータ書き込
みラインD01〜D31を介して各メモリセルMOO〜
M33のコントロールゲート及びドレインに接続されて
いる。
制御回路18は、制御端子19に加えられる書き換え信
号E/Wのレベル“1”により書き換え動作を行ない、
制御端子20に加えられる読み出し信号Rのレベル“1
″により読み出し動作を行なう。ここで、同じアドレス
に属するメモリセル、例えばメモリセルMOO,MIO
,M20゜M2Oに着目すると、それらは夫々異なるデ
ータ消去ラインDOO〜D30及び異なるデータ書き込
みラインDOI−D31に接続されている。制御回路1
8は、書き換え動作において、各メモリセル毎に、それ
に接続されているデータ消去ラインとデータ書き込みラ
インのいずれに書き換え電圧Vpp或いはOvを加える
かを選択する。これによって、各メモリセル毎にデータ
消去又は書き込みの一方の動作が選択される。この時、
書き換え電圧V は書き換え電圧入力端子21から制御
口p 路18に供給される。
第4図は、制御回路18の一回路例を示す。
ここでは入出力データの1ビツト目DOに対応する部分
のみ図示されており、同様の回路が残りの3ビツトD1
〜D3についても設けられているものとする。同図にお
いて、第1出力切換回路31゜第2出力切換回路32は
共に、書き換え信号E/W、読み出し信号R及び書き換
え電圧V の供給p を受け、書き換え信号E/W及び読み出し信号Rによっ
てその状態が制御される。また、第1出力切換回路31
の出力はデータ消去ラインDOOに、第2出力切換回路
32の出力はデータ書き込みラインD01に接続されて
いる。書き込み時は書き換え信号E/Wは“1”であり
、これにより第1出力切換回路31.第2出力切換回路
32は出力状態にされる。
このとき、ビット選択信号入力端子SOから入力された
選択信号sOが“0”であれば、データ入出力回路15
から入力されインバータ30を介して与えられるデータ
doが“11であるか0”であるかに拘らず、アンド回
路34の出力信号f00は“0”となり、第1出力切換
回路31に印加される。他方、アンド回路35の出力信
号fo1も上記と同様に“0°となり、第2出力切換回
路32に印加される。よって、この場合にはデータ消去
ラインDOO、データ書き込みラインD01に出力され
る信号は、ともに“0“となるので、ビット選択信号入
力端子SOに対応するメモリセルMOOに記憶、保持さ
れているデータの書き換えは行なわれないこととなる。
ビット選択信号入力端子SOから入力された選択信号S
Oが“1″であれば、データ入出力回路15から入力さ
れるデータdoが“1”であるか“0”であるかによっ
て、アンド回路34の出力信号f00、アンド回路35
の出力信号f01の値が夫々“1゜か或いは“0”にな
る。即ち、データdoが“11であれば、このデータd
Oの論理レベルがインバータ30によって反転されて“
0”となるから、アンド回路34の出力信号f00は0
”となり、第1出力切換回路31に印加される。他方、
アンド回路35の出力信号fo1は“1”となり、第2
出力切換回路32に印加される。従って、第1出力切換
回路31からデータ消去ラインDOOにはOvが、第2
出力切換回路32からデータ書き込みDolには書き換
え電圧V が夫々出力されp ることとなる。上記と逆に、データdOが“Omであれ
ば、このデータdOの論理レベルがインバータ30によ
って反転されて1′となるから、アンド回路34の出力
信号f00は“1”となり、第1出力切換回路31に印
加される。他方、アンド回路35の出力信号f01は“
0″となり、第2出力切換回路32に印加される。従っ
て、第1出力切換回路31からデータ消去ラインDOO
には書き換え電圧V が、第2出力切換回路32かp らデータ書き込みラインD01にはOvが夫々出力され
ることとなる。
ここで上述したデータ書き換えラインD01は、読出回
路33の入力端とも接続されている。この読出回路33
は書き換え信号E/W及び読み出し信号Rにより制御さ
れ、データ書き込み時には書き換え信号E/Wの“1”
によってハイインピーダンス状態にされる。よって、デ
ータ書き換えラインDOIの状態に影響を与えない。
データ読出し時には、読み出し信号Rが°1”となる。
これにより第1出力切換回路31は読み出し電圧vRを
出力する状態に、第2出力切換回路32はハイインピー
ダンス状態に、また読出回路33は、上記状態において
ビット選択信号入力端子SOから入力されたビット選択
信号SOが“1“であれば、読出し状態にされる。従っ
て、選択されたメモリセル例えばMOO内のデータDO
がデータ書き換えラインDO1に出力され、読出回路3
3を通じてデータ人出回路15へ読み出される。
上述した制御回路18における信号の入出力の関係を表
1に示す。
表  1 V :書き換え電圧 p vR:読出し時のコントロールゲートの電圧又比較のた
めに、第2図に示す従来の制御回路10の入出力関係を
表2に示す。
表  2 ■ :書き換え電圧 p vR:読出し時のコントロールゲートの電圧表1、表2
を比較対照して明らかなように、従来の半導体記憶装置
においては、データの書き換え動作を実行する場合には
、書き込みデータたる入力データDn(n−0〜3)の
論理値に関らず、まず書き換え動作を実行するアドレス
に対応する全部のメモリセルに対してこれらメモリセル
に記憶されているデータの消去を実行し、次いで入力デ
ータDn (n=0〜3)の論理値に応じて、“1” 
(負論理の場合は“0”)を書き込むべきメモリセルに
対して書き込みを実行するようになっている。
これに対して、本実施例においては、表1に示すように
、データの書き換え動作を実行する場合(E/w−1の
場合)には、ビット選択入力回路16から出力されたビ
ット選択情報5n(n−0〜3)が“1”のビットのメ
モリセルに対してのみ、データ入出力回路15を介して
与えられる入力データdn(n−0〜3)の論理値が4
1“か“0”かに応じて前記メモリセルに対するデータ
の書き込み又は消去を実行する。一方、ビット選択入力
回路16から出力されたビット選択情報5n(n−0〜
3)が“0”のビットのメモリセルに対しては、データ
入出力回路15を介して与えられる入力データdn (
nmO〜3)の論理値が“1″であるが“0″であるか
に拘らず、前記メモリセルに対してはデータの書き込み
も消去も実行しない。
又、読出し時においても、上述した書き換え時と同様に
、ビット選択入力回路16から出力されたビット選択情
報sn(nmo〜3)が“1”のビットのメモリセルに
対してのみ、データの読出しを実行し、“0”のビット
のメモリセルに対しては、データの読出しを実行しない
従って、本実施例に従う半導体記憶装置に係るデータの
書き換え及び読出し方法によれば、成るアドレス中にお
けるデータの書き換え又は゛読出しを実行したいメモリ
セルに対してのみ、データの書き換え、消去又は読出し
を実行することが可能となり、従来の半導体記憶装置の
ように、成るアドレス中の全てのメモリセルに対してデ
ータの書き込み、消去又は読出しを実行しなくてよくな
った。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電気的に書き換
え可能な不揮発性メモリセルに対してデータの書き換え
又は読出しを実行するに当っては、まず選択信号出力回
路からの出力信号に基づいてデータの書き換え又は読出
しを実行したいメモリセルを選択して、この選択したメ
モリセルに対してのみ、データの書き換え又は読出しを
実行し、前記選択したメモリセルに対してデータの書き
換えを行なうときには、書き換えを行なうべき入力デー
タの論理値に応じて前記選択したメモリセルに対するデ
ータの消去又は書き込みのいずれか一方の動作を選択し
て実行することとしたので、データの書き換え又は読出
しを実行したいメモリセルに対してのみデータの書き換
え又は読出しを実行することができるためにデータの書
き換えに要する処理作業を減らすことができ、又、デー
タ書き換えに際しての高電圧の印加回数が減少するので
メモリセルに対するデータの書き換え時のダメージを大
幅に減少させることができるために、メモリセルの寿命
を大幅に伸ばしこれによってデータの書き換え回数を大
幅に増やすことができ、更にはデータの読出し時及びデ
ータの書き換え時におけるメモリデータとして各々のメ
モリセルに蓄積されている電荷量の減少を抑制すること
ができるのでこれによって各々のメモリセルのデータ保
持時間を大幅に伸ばすこときができる半導体記憶装置を
提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従う半導体記憶装置の一実施例の回路
構成図、第2図は電気的に書き換え可能な半導体記憶装
置に一般的に使用されているメモリセルの構成を示す図
、第3図は従来技術に従う半導体記憶装置の回路構成図
、第4図は第1図の実施例の制御回路のブロック図であ
る。 15・・・データ入出力回路、16・・・ビット選択入
力回路、18・・・制御回路、30・・・インバータ、
31・・・第1出力切換回路、32・・・第2出力切換
回路、33・・・読出回路、MOO,MOI、MO2゜
MO3,MIO,Mll、M12.M13゜M2O0,
M21.M22.M23.M2O。 MB2.MB2.MB2・・・電気的に書き換え可能な
不揮発性半導体メモリセル、DO,DI、D2゜D3・
・・入力データ、DOO,DIO,D20゜D30・・
・データ消去ライン、DOl、Dll。 D21.D31・・・データ書き込みライン。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセルと、
    前記複数の不揮発性メモリセルの中からデータの書き換
    え又は読出しを実行したいメモリセルを選択するための
    信号を出力する回路と、前記選択信号出力回路からの出
    力信号に基づいてデータの書き換え又は読出しを実行し
    たいメモリセルを選択してこの選択したメモリセルに対
    してのみデータの書き換え又は読出しを実行する制御回
    路とを有し、前記制御回路は、前記選択したメモリセル
    に対してデータの書き換えを行なうときには、書き換え
    を行なうべき入力データの論理値に応じて前記選択した
    メモリセルに対するデータの消去又は書き込みのいずれ
    か一方の動作を選択して実行するように構成されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
JP2028017A 1990-02-07 1990-02-07 半導体記憶装置 Pending JPH03232196A (ja)

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