JPH059879B2 - - Google Patents

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JPH059879B2
JPH059879B2 JP23180386A JP23180386A JPH059879B2 JP H059879 B2 JPH059879 B2 JP H059879B2 JP 23180386 A JP23180386 A JP 23180386A JP 23180386 A JP23180386 A JP 23180386A JP H059879 B2 JPH059879 B2 JP H059879B2
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JP
Japan
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column
mos transistor
column selection
memory cell
selection circuit
Prior art date
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JP23180386A
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JPS6386196A (ja
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Yukihiro Saeki
Toshimasa Nakamura
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/094,706 priority patent/US5050124A/en
Priority to DE8787113251T priority patent/DE3784298T2/de
Priority to EP87113251A priority patent/EP0263318B1/en
Priority to KR1019870010907A priority patent/KR900008189B1/ko
Publication of JPS6386196A publication Critical patent/JPS6386196A/ja
Priority to US07/447,391 priority patent/US4954991A/en
Publication of JPH059879B2 publication Critical patent/JPH059879B2/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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、半導体記憶装置に関するもので、
特にプログラム可能なリード・オンリー・メモリ
(ROM)の書き込み動作に係わる。
(従来の技術) 一般に、プログラマブル・リード・オンリー・
メモリ(PROM)は、例えば第6図に示すよう
に構成されている。第6図において、11はメモ
リセルアレイで、このメモリセルアレイ11はメ
モリセルとしてのフローテイングゲート型MOS
トランジスタ1211〜12mnがマトリツクス状
に配置されて構成される。上記フローテイングゲ
ート型MOSトランジスタ1211〜12mnの各コ
ントロールゲートにはそれぞれ、各行毎にロー信
号線131〜13mが接続されるとともに、各ド
レインにはそれぞれ各列毎にカラム信号線141
〜14nが接続され、各ソースには接地点が接続
される。上記ロー信号線131〜13mにはロー
デコーダ15の出力端が接続され、上記カラム信
号線141〜14nにはカラム選択回路16が接
続される。このカラム選択回路16は、図示しな
いカラムデコーダのデコード出力A1〜Anで導通
制御されるカラム選択MOSトランジスタ171
17nから成り、これらMOSトランジスタ171
〜17nの一端にはそれぞれ上記カラム信号線1
1〜14nが接続され、他端は共通接続される。
この共通接続点には、読み出し(リード)用の
MOSトランジスタ18と書き込み(プログラム)
用のMOSトランジスタ19の一端がそれぞれ接
続される。上記リード用MOSトランジスタ18
の他端には、センス回路20の入力端が接続され
るとともに抵抗21を介して電源Vccが接続され、
リードモード信号RMで導通制御される。一方、
上記プログラム用MOSトランジスタ19の他端
には高電圧電源Vppが接続され、プログラム用ゲ
ート回路22の出力で導通制御される。このプロ
グラム用ゲート回路22は、動作電源がVppで出
力端が上記MOSトランジスタ19のゲートに接
続されるバツフア回路23と、出力端が上記バツ
フア回路23の入力端に接続されプログラムモー
ド信号PMとプログラム用データの論理積を
取るアンドゲート24とから構成される。
上記のような構成において、リードモード信号
RMが“1”レベル、プログラムモード信号PM
が“0”レベルの時には、MOSトランジスタ1
8がオン状態、MOSトランジスタ19がオフ状
態となり、ローデコーダ15とカラムデコーダと
によつて選択されたメモリセル12ij(i=1〜
m,j=1〜n)から読み出されたデータがセン
ス回路20に供給される。そして、このセンス回
路20で増幅が行なわれ、その出力端から読み出
しデータDoutを得る。
これに対し、プログラムモード信号PMが
“1”レベル、リードモード信号RMが“0”レ
ベルの時には、MOSトランジスタ18がオフ状
態となり、データが“1”の時にはアンドゲ
ート24の出力が“1”レベルとなつてMOSト
ランジスタ19がオン状態となる。これによつ
て、高電圧電源VppからMOSトランジスタ19、
およびカラムデコーダによつて選択されてオン状
態にあるカラム選択MOSトランジスタ17j(j
=1〜n)を介して高電圧がカラム信号線14j
に印加される。そして、上記ローデコーダ15に
よつて選択された行とカラムデコーダによつて選
択された列の交点に位置するメモリセル12ijに
レベル“0”が書き込まれる。一方、プログラム
モード信号PMが“1”レベル、リードモード信
号RMが“0”レベルで、データが“0”の
時には、アンドゲート24の出力は“0”レベル
となり、MOSトランジスタ19はオフ状態とな
る。この時、MOSトランジスタ18もオフ状態
となつている。従つて、ローデコーダ15とカラ
ムデコーダとによつて選択されたメモリセル12
ijには高電圧は印加されずデータ“1”が書き込
まれる。
第7図は、上記第6図の回路において1個のメ
モリセルにプログラムを行なう場合に着目し、必
要なMOSトランジスタを抽出して示している。
PROMのメモリセル12ijにデータ“0”をプロ
グラムする場合には次のようにして行なう。すな
わち、プログラム用MOSトランジスタ19、カ
ラム選択MOSトランジスタ17j、およびメモ
リセル12ijのゲート電位をVppレベル(21Vま
たは12.5V)に設定して各MOSトランジスタ1
9,17j,12ijをオン状態に設定する。これ
によつて、プログラム用MOSトランジスタ19
のドレインに接続されている高電圧電源Vppから
メモリセルとしてのフローテイングゲート型
MOSトランジスタ12ijのソース(接地点GND)
へ向かつて電流Iが流れ、この電流Iによつて誘
起されたホツトキヤリア(電子)がメモリセル1
2ijのフローテイングゲートに注入される。この
状態がメモリセル12ijにデータ“0”を書き込
んだ状態である。一方、プログラム用MOSトラ
ンジスタ19のゲート電位をGNDレベルに設定
すると、カラム選択MOSトランジスタ17jの
ゲート電位およびメモリセル12ijのコントロー
ルゲート電位がVppレベルであつても、MOSトラ
ンジスタ19がオフ状態となるため、高電圧電源
Vppからメモリセル12ijへ電流は流れない。こ
の結果、メモリセル12ijのフローテイングゲー
トには電子は注入されず、書き込みデータは
“1”となる。なお、以上の説明では、MOSトラ
ンジスタ19,17j,12ijは、いずれもNチ
ヤネル型のMOS FETとして説明している。
第8図は、上記第7図の回路をデータ“0”の
プログラム時の状態に書き直したものである。プ
ログラム用MOSトランジスタ19のゲートおよ
びソースには高電圧Vppが印加されているものと
すると、このMOSトランジスタ19はオン状態
にある。この時、MOSトランジスタ19のドレ
イン電位VaはVppレベルまでは達せず、MOSト
ランジスタ19がエンハンスメント型でそのスレ
ツシヨルド電圧をVTHNとすれば「Va≦Vpp
VTHN」である。実際には、ドレイン電位Vaとサ
ブストレート電圧(GND)との間に電位差があ
るため、バツク・ゲート・バイアス効果により
MOSトランジスタ19の見掛け上のスレツシヨ
ルド電圧が上昇し、ドレイン電位Vaは「Vpp
VTHN」より低下する。また、カラム選択用MOS
トランジスタ17jのドレイン電位Vbは、ほぼ
上記Vaに等しく、この結果メモリセル12ijの
ソースにはVaなる電位が掛かることになる。こ
の際、高電圧電源Vppのレベルが充分に高い場合
にはプログラムに関しては特に問題はない。しか
し、近年は上記高電圧電源Vppのレベルを低下さ
せる方向に向かつている。これは、LSI内を高い
電位の信号線が走るとLSI内部の劣化を早めた
り、CMOS−LSIではラツチアツプの原因となつ
たりするためである。また、外部で高電圧を生成
する必要があるが、この高電圧の生成は難しいこ
とも一つの要因となつている。このように、高電
圧電源Vppのレベルを低下させると、低い電圧で
もメモリセル12ijのソース,ドレイン間にホツ
トキヤリアを生じさせるに充分な電流を流す必要
が生ずる。このためには、上記カラム選択MOS
トランジスタ17jのドレイン電位Vbをなるべ
くVppレベルに近付ける必要がある。しかし、上
述したようにプログラム用MOSトランジスタ1
9のスレツシヨルド電圧VTHN分の電位の低下は
避けられない。このため、メモリセル12ijのソ
ース、ドレイン間の電流も減少し、メモリセルに
“0”を書き込む時の効率が悪い欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来の半導体記憶装置
(PROM)では、プログラム用MOSトランジス
タのスレツシヨルド電圧分書き込み電圧が低下す
るため、メモリセルへのソース,ドレイン間電流
が減少してフローテイングゲートに電子を注入す
る時の効率が悪い欠点がある。
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、書き込み電
圧が比較的低くてもメモリセルに充分な電流を供
給でき、フローテイングゲートに電子を注入する
時の効率を向上できる半導体記憶装置を提供する
ことである。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用) すなわち、この発明においては、上記の目的を
達成するために、プログラムモードを選択するた
めのMOSトランジスタとしてPチヤネル型のも
のを設けるとともに、カラム選択回路としてリー
ドモード用とプログラム用の2種類の回路を設
け、リードモード用はNチヤネル型MOSトラン
ジスタ、プログラムモード用はPチヤネル型
MOSトランジスタで構成することにより、Nチ
ヤネル型MOSトランジスタのスレツシヨルド電
圧による書き込み電圧の低下を防止するようにし
ている。
(実施例) 以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第1図において、前記第6図と同
一構成部分には同じ符号を付しており、メモリセ
ルアレイ11はメモリセルとしてのフローテイン
グゲート型MOSトランジスタ1211〜12mnが
マトリツクス状に配置されて形成される。上記フ
ローテイングゲート型MOSトランジスタ1211
〜12mnの各コントロールゲートにはそれぞれ、
各行毎にロー信号線131〜13mが接続される
とともに、各ドレインにはそれぞれ各列毎にカラ
ム信号線141〜14nが接続され、各ソースに
は接地点が接続される。そして、上記ロー信号線
131〜13mにはローデコーダ15の出力端が
接続される。また、上記カラム信号線141〜1
4nには、読み出し用のカラム選択回路25およ
び書き込み用のカラム選択回路26がそれぞれ接
続される。上記読み出し用カラム選択回路25
は、図示しない読み出し用カラムデコーダから出
力されるデコード信号A1〜Anで導通制御される
Nチヤネル型MOSトランジスタ(読み出しカラ
ム選択MOSトランジスタ)271〜27nから成
り、これらMOSトランジスタ271〜27nの一
端にはそれぞれ上記カラム信号線141〜14n
が接続され、他端は共通接続される。一方、上記
書き込み用カラム選択回路26は、図示しない書
き込み用カラムデコーダのデコード信号1
で導通制御されるPチヤネル型MOSトランジス
タ(書き込みカラム選択MOSトランジスタ)2
1〜28nから成り、これらMOSトランジスタ
281〜28nの一端にはそれぞれ上記カラム信
号線141〜14nが接続され、他端は共通接続
される。上記読み出しカラム選択MOSトランジ
スタ261〜26nの他端側共通接続点には、読
み出し(リード)用のNチヤネル型MOSトラン
ジスタ18の一端が接続され、上記書き込み用カ
ラム選択MOSトランジスタ281〜28nの他端
側共通接続点には、書き込み(プログラム)用の
Pチヤネル型MOSトランジスタ29の一端がそ
れぞれ接続される。上記リード用MOSトランジ
スタ18の他端には、センス回路20の入力端が
接続されるとともに抵抗21を介して電源Vcc
接続され、リードモード信号RMで導通制御され
る。一方、上記プログラム用MOSトランジスタ
29の他端には高電圧電源Vppが接続され、この
MOSトランジスタ29は動作電源がVppのバツフ
ア回路23の出力で導通制御される。このバツフ
ア回路23の入力端にはプログラムモード信号
PMとプログラム用データの論理積を取るナ
ンドゲート30の出力端が接続される。
次に、上記のような構成において動作を説明す
る。まず、読み出し動作時には、リードモード信
号RMが“1”レベル、プログラムモード信号
PMが“0”レベルとなり、MOSトランジスタ
18がオン状態、MOSトランジスタ29がオフ
状態となる。この時、図示しない読み出し用カラ
ムデコーダの出力A1〜Anの中の一つが“1”レ
ベルとなり、読み出しカラム選択MOSトランジ
スタ271〜27nの中の選択されたMOSトラン
ジスタ27j(j=1〜n)がオン状態となる。
この際、書き込み用カラムデコーダのデコード出
1〜は全てVccレベルとなり、書き込みカラ
ム選択MOSトランジスタ281〜28nはオフ状
態となる。従つて、ローデコーダ15と読み出し
用カラムデコーダとによつて選択されたメモリセ
ル12ij(i=1〜m,j=1〜n)から読み出
されたデータがセンス回路20に供給される。そ
して、このセンス回路20で上記読み出しデータ
が増幅され、その出力端から読み出しデータ
Doutを得る。
これに対し、書き込みモードでは、プログラム
モード信号PMが“1”レベル、リードモード信
号RMが“0”レベルとなるとともに、読み出し
用カラムデコーダの出力が全てGNDレベルとな
り、MOSトランジスタ18、および読み出し選
択MOSトランジスタ271〜27nは全てオフ状
態となる。ここで、プログラム用データが
“1”の時には、ナンドゲート30の出力が“0”
レベルとなつてMOSトランジスタ19がオン状
態となる。これによつて、高電圧電源Vppから
MOSトランジスタ29、および書き込み用カラ
ムデコーダによつて選択されてオン状態にある書
き込みカラム選択MOSトランジスタ28j(j=
1〜n)を介してカラム信号線14jに高電圧が
印加される。そして、上記ローデコーダ15によ
つて選択された行のロー信号線13iと書き込み
用のカラムデコーダによつて選択された列のカラ
ム信号線14jとの交点に位置するメモリセル1
2ijにデータ“0”が書き込まれる。一方、プロ
グラムモード信号PMが“1”レベル、リードモ
ード信号RMが“0”レベルで、データが
“0”の時には、ナンドゲート30の出力が“1”
レベルとなり、MOSトランジスタ29はオフ状
態となる。この時、MOSトランジスタ18もオ
フ状態となつている。従つて、書き込み用カラム
デコーダとローデコーダ15とによつて選択され
たメモリセル12ijには高電圧Vppは印加されず
書き込みは行われない(データ“1”が書き込ま
れる)。
第2図は、上記第1図の回路における一つのメ
モリセルへの“0”の書き込みに着目し、必要な
MOSトランジスタを抽出して示している。プロ
グラム用MOSトランジスタ29および書き込み
カラム選択MOSトランジスタ28jのゲートに
はGNDレベルが印加され、これらMOSトランジ
スタ29,28jのバツク・ゲートには高電圧
Vppが印加される。上記MOSトランジスタ29,
28jはPチヤネル型であるので、スレツシヨル
ド電圧によるレベルの低下がなく、MOSトラン
ジスタ29,28jのドレイン電位Vc,Vdはそ
れぞれ、MOSトランジスタ29のソース電位で
あるVppと同電位になる。従つて、メモリセル1
2ijのソース,ドレイン間には高電圧Vppが印加
され、データ“0”の書き込みのための充分な電
流が得られる。
なお、読み出し用と書き込み用にそれぞれNチ
ヤネル型MOSトランジスタとPチヤネル型MOS
トランジスタとから成る二つのカラム選択回路2
5,26を設けるのは次のような理由によるもの
である。すなわち、書き込み用にPチヤネル型の
MOSトランジスタから成るカラム選択回路26
を用いるのは、述たようにメモリセルのドレイン
にVppレベルを印加するためであり、読み出し用
にNチヤネル型のMOSトランジスタを用いるの
はメモリセル12ijのソースがGNDレベルで
(メモリセル1211〜12mnがNチヤネル型であ
るため)、このGNDレベルを読み出すためであ
る。GNDレベルの読み出しのためには、読み出
しカラム選択MOSトランジスタがNチヤネル型
である必要がある。これは、Pチヤネル型MOS
トランジスタで構成したとすると、そのドレイン
電位はGNDレベルにはならず、これよりもVTHP
(VTHPはPチヤネル型MOSトランジスタのスレツ
シヨルド電圧)だけ高い電位となつてしまうため
である。
このような構成によれば、“0”のプログラム
時の高電圧電源Vppの電位の低下がないので、高
電圧電源Vppのレベルを低く設定しても効率良く
書き込みを行なうことができる。また、上記Vpp
のレベルを低く設定することにより、LSI内部の
劣化防止、ラツチアツプの防止、およびLSI内部
では高電圧Vppを生成する回路の簡単化等が図れ
る。
第3図は、この発明の他の実施例を示してい
る。第3図において前記第1図と同一構成部分に
は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
すなわち、前記第1図における読み出し用のカラ
ム選択回路25と書き込み用のカラム選択回路2
6を、Nチヤネル型のMOSトランジスタ311
31nとPチヤネル型のMOSトランジスタ321
〜32nから成る相補型のトランスミツシヨンゲ
ート331〜33nで構成したものである。この
トランスミツシヨンゲート331〜33nから成
るカラム選択回路34は、読み出し時と書き込み
時の両方の動作モードにおいて動作し、図示しな
いカラムデコーダのデコード信号A1〜Anとその
反転信号1〜によつて制御される。
上記のような構成において、基本的には前記第
1図の回路と同じ動作を行なうが、読み出し動作
時のGNDレベルは主にNチヤネル型MOSトラン
ジスタを介して出力され、書き込み時のVppレベ
ルは主にPチヤネル型MOSトランジスタを介し
て入力される。従つて、データ“0”の書き込み
時にVppレベルがNチヤネル型のMOSトランジス
タのスレツシヨルド電圧VTHN分低下することは
なく、且つ読み出し時にGNDレベルがPチヤネ
ル型のMOSトランジスタのスレツシヨルド電圧
VTHP分上昇することもない。
このような構成によれば、前記第1図の回路の
ように読み出し用と書き込み用の二つのカラムデ
コーダを必要とせず、一つのカラムデコーダのデ
コード出力を用い、その反転信号を生成すれば良
いので、この発明を適用することによるパターン
面積の増大を少なくできる。
第4図はこの発明の他の実施例を示すもので、
前記第1図の回路における読み出し用のカラム選
択回路25と書き込み用のカラム選択回路26を
メモリセルアレイ11の両側に振分けたものであ
る。第4図において、前記第1図と同一部分には
同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。こ
のように構成するのは、メモリセルアレイ11
集積密度を上げるためフローテイングゲート型
MOSトランジスタ1211〜12mnの各ドレイン
を接続したカラム信号線141〜14nが非常に
狭いピツチで並ぶため、読み出し用および書き込
み用のカラム選択回路25,26がメモリセルア
レイ11の同じ側に存在すると、カラムデコーダ
への信号線がNチヤネル型MOSトランジスタ2
1〜27n、およびPチヤネル型MOSトランジ
スタ281〜28nの2箇所に接続されるため、
この部分に大きなパターン面積が必要となつて配
線のための無駄な面積が増えるためである。ま
た、Pチヤネル型のMOSトランジスタとNチヤ
ネル型のMOSトランジスタが近くに存在すると
ラツチアツプに弱くなるため、Pチヤネル型
MOSトランジスタとNチヤネル型MOSトランジ
スタ間の素子分離を確実にする必要があり(プロ
グラムモードでは書き込み用カラム選択MOSト
ランジスタに数十mAもの大電流が流れるためラ
ツチアツプに強いパターンが必要となる)、これ
らの諸問題を解決するために読み出し用と書き込
み用のカラム選択回路25,26を離隔してい
る。
第5図は、前記第4図における書き込み用カラ
ム選択回路26のパターン構成の一例を示してい
る。第5図において、前記第4図に対応する部分
には同じ符号を付しており、341〜3415はア
ルミニウム配線層、351〜3518はコンタクト
部、361〜367はポリシリコン層、371〜3
2は拡散層、381〜384はフローテイングゲ
ートで、破線で囲んだ領域に書き込みカラム選択
MOSトランジスタ281〜284が形成される。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、書き込
み電圧が比較的低くてもメモリセルに充分な電流
を供給でき、フローテイングゲートに電子を注入
する時の効率を向上できる半導体記憶装置が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係わる半導体記
憶装置を示す回路図、第2図は上記第1図の回路
における書き込み動作について説明するための
図、第3図および第4図はそれぞれこの発明の他
の実施例について説明するための回路図、第5図
は上記第4図の回路における書き込み用カラム選
択回路のパターン構成例を示すパターン平面図、
第6図は従来の半導体記憶装置を示す回路図、第
7図および第8図はそれぞれ上記第6図の回路に
おける書き込み動作について説明するための図で
ある。 1211〜12mn……フローテイングゲート型
MOSトランジスタ(メモリセル)、11……メモ
リセルアレイ、131〜13m……ロー信号線、
15……ローデコーダ、141〜14n……カラ
ム信号線、1〜……書き込み用のカラムデコ
ード信号、26……書き込み用カラム選択回路、
A1〜An……読み出し用のカラムデコード信号、
25……読み出し用カラム選択回路、Vpp……高
電圧電源、29……書き込み用のMOSトランジ
スタ、18……読み出し用のMOSトランジスタ、
331〜33n……トランスフアゲート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フローテイングゲート型MOSトランジスタ
    がマトリクス状に配置されて構成されるメモリセ
    ルアレイと、これらフローテイング型MOSトラ
    ンジスタのコントロールゲートが各行毎に接続さ
    れるロー信号線と、このロー信号線にローデコー
    ド信号を供給して上記メモリセルアレイの行方向
    を選択するローデコーダと、上記フローテイング
    ゲート型MOSトランジスタのドレインが各列毎
    に接続されるカラム信号線と、このカラム信号線
    に一端が接続され書き込み用のカラムデコード信
    号で導通制御されるPチヤネル型のMOSトラン
    ジスタから成る書き込み用カラム選択回路と、上
    記カラム信号線に一端が接続され読み出し用のカ
    ラムデコード信号で導通制御されるNチヤネル型
    のMOSトランジスタから成る読み出し用カラム
    選択回路と、上記書き込み用のカラムデコード信
    号および読み出し用のカラムデコード信号を上記
    書き込み用および読み出し用のカラム選択回路に
    供給するカラムデコーダと、上記書き込み用のカ
    ラム選択回路を構成するPチヤネル型MOSトラ
    ンジスタの各他端に接続されメモリセルに書き込
    みをする際にオン状態となつて選択されたメモリ
    セルに高電圧電源を供給するPチヤネル型の書き
    込み用MOSトランジスタとを具備することを特
    徴とする半導体記憶装置。 2 前記書き込み用カラム選択回路のPチヤネル
    型MOSトランジスタと前記読み出し用カラム選
    択回路のNチヤネル型のMOSトランジスタはそ
    れぞれ、各列毎に対応するMOSトランジスタが
    並列接続されてトランスフアゲートを構成し、こ
    のトランスフアゲートは前記カラムデコーダから
    出力されるカラムデコード信号とその反転信号で
    スイツチング制御されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。 3 前記書き込み用および読み出し用のカラム選
    択回路はそれぞれ、前記カラム信号線の両端に配
    置されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体記憶装置。
JP61231803A 1986-09-30 1986-09-30 半導体記憶装置 Granted JPS6386196A (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61231803A JPS6386196A (ja) 1986-09-30 1986-09-30 半導体記憶装置
US07/094,706 US5050124A (en) 1986-09-30 1987-09-09 Semiconductor memory having load transistor circuit
DE8787113251T DE3784298T2 (de) 1986-09-30 1987-09-10 Halbleiterspeicher.
EP87113251A EP0263318B1 (en) 1986-09-30 1987-09-10 Semiconductor memory
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