JPS5833638B2 - メモリ装置 - Google Patents

メモリ装置

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JPS5833638B2
JPS5833638B2 JP54120639A JP12063979A JPS5833638B2 JP S5833638 B2 JPS5833638 B2 JP S5833638B2 JP 54120639 A JP54120639 A JP 54120639A JP 12063979 A JP12063979 A JP 12063979A JP S5833638 B2 JPS5833638 B2 JP S5833638B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の利用分野 本発明は、読出し専用メモリ(以下 ROM:Read
OnlyMemory )、特にその読み出し回路
に関するものである。
さらに詳しくは、本発明はROMのメモリセルに流れる
電流の有無を検出することにより、メモリセルの記憶情
報を読み出す型の読み出し回路を有するメモリ装置に関
するものである。
(2)従来技術 ROMとしては、■紫外線で消去可能なROM(以下
EPROM : Electrically Prog
rammable ROM )、■電気的に書き換え可
能なROM(以下 EAROM : Electric
ally AlterableROM)、■ヒユーズR
OM等のPROM(P rogramm ab le
ROM )やマスクROM(Mask Pragram
mable ROM )等がある。
例えば、EAROMとしては、MNO8型絶縁ゲート電
界効果トランジスタ(以下MNO8Tr、)をマドリス
ク状に配列したものが知られている。
このMN O8T r 、は二種の絶縁膜(Si3N4
膜と5i02膜)異同のトラップに、Si側より薄い5
i02膜を通してトンネル効果により電子、正孔を注入
するものである。
第1図の従来のMNO8Tr−断面図を示す。
図において、11はN型Si基板、12,13はソース
、ドレイン領域となるP生型拡散層、14は5i02膜
、15はSi3N4膜、16はゲート電極である。
この様な構造のMNO8Tr−のゲート電極に正の書き
込み電圧(−4−25V程度)を加えることにより、ト
ンネル効果により、電子をトラップに注入し、MN O
S T r−のしきい電圧を低め(例えば+1V程度)
、書き込み状態(M−NO8Tr−の導通状態、以下″
1′′状態)とすることができる。
この電子の捕獲を取り除くには、ゲート電極に負の消去
電圧(−25V程度)を印加することにより逆の動作を
行なわせ、MNOS T r−のしきい電圧を高め(例
えば−8V程度)、消去状態(MNO8Tr、の非導通
状態、以下n On状態)とすることができる。
′O”、′1”の2つの状態の差を検出するためには、
MNO3Tr−のゲート電極に一6V程度の読み出し電
圧vRを印加し、ソース、ドレイン間に電流が流れるか
否かをセンスすることができる。
又、EPROMとしては、フローティングゲート型絶縁
ゲート電界効果トランジスタ(以下FAMO8Tr−)
をマトリクス状に配列したものが知られている。
このFAMO8Tr、の代表的なものを第2図に示す。
図において、21はN型Si基板、22,23はソース
、ドレイン領域となるP生型拡散層、24はSiO2膜
、25は多結晶Siからなるフローティングゲートであ
る。
この様な構造のFAMO3Tr−では、ソース、ドレイ
ン間に高電圧を印加した時、ドレインと基板との間にだ
け現象を起こさせることにより、電子をフローティング
ゲートに注入し tll”状態の書き込みを行なうこと
ができる。
読み出しを行なう場合は、ソース、ドレイン間に電圧を
印加すると、フローティングゲートが負に帯電している
とソース、ドレイン間に反転層が生じているため導通状
態となる。
つまり、フローティングゲートに帯電しているか否で”
0″、”1″状態を判定することができる。
情報を消去するには、紫外線を照射することにより、フ
ローティングゲートから電荷を放電させることにより行
なう。
以上、EAROM、EPROMについて→りをあげて説
明しfこが、その他種々のROMが知られている。
上記説明のMNO8Tr、FAMO8Tr、はPチャン
ネル素子を例にあげたが、当然、Nチャンネル素子とす
ることもできろ(ただし、印加電圧極性は逆になる)。
第3図に従来用いられていたROMの読み出し回路を示
す。
今、Nチャンネル素子からなるROMであって、読出し
電源電圧VCCが5V、VSSが接地の場合に限定して
説明する。
図において、31はデコー・ダ、32は出力バッファ、
T 、T2はエンハンスメント型Nチャンネル絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタ(しきい電圧として例えば2.
5V)、T3はデプレッション型Nチャンネル絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタ(しきい電圧として例えば−3
V)である。
センスアンプは、基本的には、メモリセルの素子(例え
ばMNO8Tr、)M、をドライバ、絶縁ゲー))ラン
ジスタ(以下、MO3Tr−)T3を負荷とするインパ
ークである。
しかし、単なるインバータではデータ線(図ではノード
N2に対応する)の大きな浮遊容量のため高速動作がで
きないので、以下のように変形を加えである。
マスエンハンスメント型MO8Tr−T、を導入し、ノ
ードN2とノードN1を切離す。
すなわち、MO8Tr、T3がノードN1 、N2を充
電して、ノードN2がある電圧まで充電されればT1が
カットオフとなり、それから先はノードN1のみ充電す
るだけでよいから、充電速度が高速化される。
したがって、メモリセルが非導通状態のとき、ノードN
1は比較的速い速度で5■に達する。
メモリセルが導通状態の時は、ノードN1.N2の電位
はエンハンスメント型MO8Tr、T3 、およびメモ
リセルを構成するトランジスタM1の大きさとゲート電
圧によって定まる値になる。
この時、ノードN1.N2に蓄えられた電荷を、メモリ
セルのトランジスタM1を通して引き抜くわけだが、浮
遊容量の大きいノードN2についてその電位をわずかに
(0,3■程度)変化させれば十分であり、これもまた
T1のない単純インバータに比して格段の高速化になる
MO8Tr−T2は、ノードN2の電位が必要以上に下
がるのを防ぐためのプルアップ素子である。
以上説明した如く本回路はROM系LSI向げに適した
特性を有しているが、最大の欠点は電源電圧の変動に弱
いという事である。
即ち電源電圧Vccが5vを超えて上昇すると、センス
アンプ部のスヘてのノードの電位が上昇し、したがって
センスアンプ出力、ノードN1 の電位も(”1″レベ
ル、″′0″レベルとも)上昇する。
このためVccがある値以上になると次段の出力バッフ
ァ32のインバータが働らかなくなり、誤動作を引き起
こす。
この様子を第4図に示す。第4図において、N1oはノ
ードN1の”0″レベル電圧の変化、N1.はノードN
1の1′”レベル電圧の変化、N2oはノードN2の”
O”レベル電圧の変化、N2□はノードN2の″1″レ
ベル電圧の変化を示す。
Vcc=5Vにおいて次段インバータが確実に動作する
ように設計した場合、7■を超えるVccに対しても確
実に動作するようにする事は非常にむずかしい。
(3)発明の目的・総括 本発明のROMの読み出し回路は、上記従来技術の欠点
をなくす目的を達成するために、次の点を要点とする。
■ 従来型センスアンプの次段に、負荷抵抗可変型ソー
スフォロアーを設け、電源電圧変動に対して安定化する
■ 従来型センスアンプそのものに対して、スイッチ用
MO8Tr、およびプルアップMO8Tr。
のゲート電圧の安定化を行う。
(5)実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
第5図に、本発明のROMの読み出し回路の実施例を示
す。
本発明のROM読み出し回路は、基本的に、センスアン
プ51、センスアンプから出される信号電圧のレベルを
シフトするレベルシフタ52、波形整形部53、そして
ドライバ54の4つの部分からなる。
レベルシフタ52、波形整形回路53、ドライバ54の
3者を出力バッファ回路とみなすことができる。
第5図において、Tl y T2 y T4 s T5
tT7 、TB s Tg * T11 z T12
はNチャンネル・エンハンスメント型MO8Tr、であ
り、T3゜T6 + TlgはNチャンネル・デプレッ
ション型MO8Tr、であり、Vccは読み出し用電源
電圧(例えば5V)端子、Vssは接地端子、OUTは
出力端子、M、はメモリセルの素子(例えば、Nチャン
ネルのMNOS T r 、 FAMO8T r −等
)、55はデコーダである。
マス、レベルシフタ(ノベルシフト回路)52について
説明スる。
このレベルシフタは、センスアンプ51の出力が5■と
2.4■の間を往復する信号であるため、それを増幅(
または波形整形)することがむずかしいので、レベルを
下げる変換機能をもつ。
ノベルシフト後の信号は、単にインバータを通すことに
よって増幅および波形整形ができる。
このレベルシフタは、図に一例を示した様に、通常のソ
ースフォロア(MO8Tr−T4tT、)からなる。
MO8Tr−T6 、T7からなる回路により、このソ
ースフォロアの負荷素子T4のゲートに、電源電圧と共
に変化する電圧を印加し、実効的な負荷抵抗に電源電圧
依存性を持たせる事によって、安定化したソースフォロ
アとなる。
本回路は、電源電圧が5vの通常動作状態では、センス
アンプ出力(5■〜2.4■の信号振幅)を約2■下げ
で、2.2V〜0,4■の振幅を持つ信号に変え、次の
波形整形回路53のインバータ501,502,503
で増幅できるようにする。
電源電圧が変動しても、このソースフォロアの出力電圧
はほとんど変化せず、安定な動作が実現される。
したがって、波形整形回路は単なるインバータを並べた
ものになっている。
ドライバ回路54は通常のメモリと同様に、MO8Tr
−T1.−T12からなるプッシュプルドライバである
次にセンスアンプ安定化について説明する。
第5図に示した如く、本実施例ではT1.T2のゲート
電圧をMO8Tr−TB t T9p T1(、からな
る定電圧発生回路でコントロールする。
定電圧発生回路の出力(N、、N、)電圧は、5■以上
のVcc電源電圧の変化に対してほとんど依存性がなく
、一定の値に保たれ、その結果センスアンプ出力電圧の
電源電圧依存性も最低限に抑えられ次段のソースフォロ
アの動作をより一層安定にする。
第6図に谷ノード電圧の電源電圧(Vcc)依存性を示
す。
図において、N1oはノードN1の“0″ノベル電圧、
N11はノードN1のl”レベ、/1/電圧、N4.N
5.N6はそれぞれノードN4 tN5. N6の電圧
、N3oはノードN3のO”レベ/L/電圧、N31は
ノードN3の61″レベル電圧を示す。
図より明らかなように、レベルシック出力(N3)電圧
は電源電圧Vccにほとんど依存せず、次段の波形整形
インバータを確実に動作させることができる。
以上の如く、本発明によればソースフォロアを含むセン
スアンプ全体として、電源電圧変動時の動作の安定化が
達成され、広い動作マージンを有するROM読み出し回
路を得ることができる。
なお、従来回路に比して、本発明の回路はソースフォロ
ア一段分だげ余分な回路が付加されているが、ソースフ
ォロア回路は出力インピーダンスが低く、はとんど遅れ
時間を生じない事はよく知られており、したがって、動
作速度としても、従来回路を用いた場合よりも遅くなる
事はない。
むしろセンスアンプにおいて、’r1j ’r2のゲー
ト電圧を最適に設定する事により、従来回路よりも速い
動作速度を得る事ができる。
第7図はトランジスタT1のゲート電圧を横軸に、トラ
ンジスタT2のゲート電圧を縦軸にとって、本センスア
ンプの動作速度の変化を等高線図的に表わした結果を示
す。
図より、T1 、T2のゲート電圧を2.5V程夏とし
かつ両者に約0.3■の差を設けるのが最適であり、従
来回路(T1とT2が同じゲート電圧)に比べると20
ns以上高速化されることが知られる。
次に、特開昭54−57875号にて開示されたメモリ
セhがメモリ素子(MNO8Tr−)とスイッチング素
子(MO8Tr−)とからなる第8図AのタイプのEA
ROMに、本発明の読み出し回路を適用した実施例を示
す。
ここで用いられるMNOS T r 、はNチャンネル
素子であって、第8図Bの伝達特性に示す様に、書き込
み電圧(+20V以上)のゲート電極への印加によりし
きい電圧は+2v程度(Vtho)s消去電圧(−20
V以上)のゲート電極への印加により、しきい値電圧は
一7V程度(Vthllに変化するものとする。
したがって、このMNO8Tr、のゲート電極を接地電
位に設定しておけば、スイッチング用MOS T r
、のオン・オフにより読み出しを行なうことができる。
すなわち、MNO8Tr−の読み出しゲー)を圧は0■
である。
図において、81はP型Si基板、82,83゜84は
N十型不純物導入層、85は極めて薄いSiO2膜、8
6はSi3N4膜、88はゲート絶縁膜、87.89は
多結晶シリコン(polysi)からなるゲート電極で
ある。
第9図に、第8図のメモリセル(801:MNO8Tr
、、802ニスイツチング MO8Tr−,803:書込み禁止回路につながるビッ
ト線、804:データ線、805:書込み用ワード線、
806:アドVス用ワード線)を用いたEAROMの回
路ブロック図を示す。
ピンは次の5種である。
■ 電源ピン(3個)VS3ニゲラウンド端子、Vcc
:すべでの回路に電源 電圧(たとえば+5 ■)を供給する電源 端子、 ■pニブログラム電源(た とえば+25V)端 子、 なお、回路方式によっては、すべての回路をプログラム
電源で動作させるl電源方式も可能である。
■ アドレス人力ピン AXI 〜AXn、Ay1〜
Ayn:メモリマトリックスの番地を指定するアドレス
信号を入れる端子、個数はマトリックスの大きさに依存
する。
■ データ出力ピン DOUT :読出し時にデータを出力する端子 ■ データ入力ピン DIN :書込み時に、データを入力する端子 なお、■、0は同じピンに両方を兼ねさせてモヨく、多
くの場合はそうなっている。
■ コントロール信号入力ピン c1〜Cn:チップを
、読出し・書込み・消去の3状態のいずれかにコントロ
ールするコントロール信号を、選択制御回路903に入
力する端子。
その他チップセレクトなどのコントロール機能が必要で
あれば付は加えてもよい。
ピンの数はコントロール機能の数に依存する。
まず読出し動作を説明する。
読出し時はアドレスバッファ91とX、Yデコーダ92
.93により、スイッチングトランジスタ802を1個
選択する。
この時書込み電圧発生回路94、書込み禁止電圧発生回
路95および消去電圧発生回路96は動作はさせず、従
って谷電圧発生回路94゜95.96の出力は接地され
る。
この状態で、選択されたメモリセルに電流が流れるか否
かをYスイッチ901を通しセンスアンプ97て検出し
てデータ出力する。
書込み時は、アドレスバッファ91、x、Yデコーダ9
2,93は読出し時と同様に働らかせる。
書込み電圧発生回路94はデコーダ93の信号を受け、
選択された1本のMNO8Tr−のゲート線805に高
電圧■2の書込みパルス(例えば、書込み電圧+25■
、パルス幅100μs)を発生する。
書込み禁止電圧発生回路95はすべてのメモリセルMN
O8T r−側N生型層に、プログラム電圧■2より
やや低い書込み禁止電圧■1(例えば+20V)を供給
する。
データ人力信号により書込みを行なうことが指定された
場合(例えば、入力信号”O”の時)、選択されたメモ
リセルのデータ線は、人力バッファにより電流を弓き抜
かれるので、接地電位になる。
このため選択されたメモリセルの書込みが行なわれる。
データ人力が1”の場合は、入カバソファが電流を弓き
抜かないので、選択されたメモリセルも書込み禁止電圧
が印加され、書込みは行なわれない。
消去時はデコーダ92,93、書込み電圧発生回路94
、書込み禁止電圧発生回路95とも働らかせず、電圧V
の消去パルス(例えば、消去電圧+25V、パルス幅1
0m sec )を消去電圧発生回路96が発生してメ
モリウェル又は半導体基体に印加する。
これにより全ビット−斉に消去される。
もし各ワード線毎の消去機能が必要ならば、デコーダ9
3、および書込み電圧発生回路94を書込み時とは逆に
働らかせて、選択したメモリゲー)1805のみ接地と
し、他のメモリゲート線にはすべてウェルと同じ電圧■
を印加すればよい。第10図は、第9図に示したEAR
OMに本発明の読み出し回路を適用した例である。
図において、E1〜E1.はNチャンネル・エンハンス
メント型MO8Tr、、D、 〜D8はNチャンネ/1
/−デプンツション型MO8Tr−E、は、書込み信号
rによって、書込み動作時にメモリマトリクスとセンス
アンプを切り離すスイッチである。
又、出力ドライバ部のプッシュプルドライバは、負荷M
O8Tr、E7を他の回路から分離されたP型つェル中
に設けろことにより(ただし、N型Si基板を用いて、
メモリマトリクス及び周辺回線をP型ウェルに設けたL
SI構造の場合)、基板効果が起きないよう、にした。
これにより、■信号立上り時間が速くなる、■出力信号
の・・イレベル値そのものも大きくなるといった効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図はMNO8Tr、を説明する断面図、第2図はF
AMO8Tr、を説明する断面図、第3図は従来のRO
M読出し回路を示す略回路図、第4図は第3図の回路に
おける各ノード電圧の電源電圧V cc K対する依存
性を示す図、第5図は本発明のROM読出し回路の実施
例を示す略回路図、第6図は第5図の回路における各ノ
ード電圧の電源電圧VCCに対する依存性を示す図、第
7図は第5図の回路における動作速度の変化を、MO8
Tr−T1.T2のゲー)!圧に対して現わした等高線
図、第8図はMNO8Tr−とMO8Tr−とからなる
メモリセルの断面図とMNO8Tr、の伝達特注を示す
図、第9図は第8図のメモリセルを用いたEAROMを
示すブロック図、第10図は第9図に本発明を適用した
場合の部分回路図である。 Tl y T2 p T4 y T5 + T7 t
TB s Tg +T11.T1□、E −E ・
・・・・・エンハンスメント1 15 型MO8Tr、、T3.T6.T1o、D1〜D8・・
・・・・デプレッションuMO8Tr、、51・・・・
・・センスアンプ、52・・・・・・レベルシフタ、5
3・・・・・・波形整形回路、54・・・・・・ドライ
バ、55・・・・・・デコーダ、Ml・・・・・・メモ
リセル、81・・・・・・P型Si基板、82.83,
84・・・・・・N生型拡散層、85・・・・・・Si
3N4膜、86・・・・・・SiO2膜、87・・・・
・・MNO8Tr−のゲート電極、8 B =S io
2膜89・・・・・・MO8Tr、(スイッチングトラ
ンジスタ)のゲート電極、801−・”MN OS T
r−1806・・・・・・アドレス用ワード線(読出
し/書込み時の行選択線)、804・・・・・・データ
線(データ取出し線)、805・・・・・・書込み用ワ
ード線(書込み電圧印加線)、803・・・・・・電源
線(書込み禁止電圧発生回路に結合するビット線)、8
02・・・・・・MO8Tr−,91・・・・・・アド
レスバッファ、92、・・・・・Yデコーダ(列選択用
デコーダ)、93・・・・・・Xデコーダ(行選択用デ
コーダ)、94・・・・・・書き込み電圧回路、95・
・・・・・書き込み禁止電圧発生回路、96・・・・・
・消去電圧発生回路、97・・・・・・センス・アンプ
、98・・・・・・出力バッファ、99・・・・・・入
力バッファ、901・・・・・・Yスイッチ(列選択ス
イッチ)、902・・・・・・メモリマトリクス、90
3・・・・・・制御回路(書込み、消去、読出し選択回
路)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 不揮発性記憶素子を有するメモリセルを複数マトリ
    クス状に配夕1ルてなるメモリマトリクスと、該メモリ
    マトリクスの所定のメモリセルを選択する手段と、該選
    択されたメモリセルの記憶情報を読み出す読出し回路と
    を有し、前記読出し回路はセンスアンプ回路と出力バッ
    ファ回路とからなるメモリ装置において、前記出力バッ
    ファ回路は、センスアンプ回路からの出力信号電圧のレ
    ベルをシフトするレベルシフタと、該レベルシフタから
    の出力信号を入力する出力ドライバとからなることを特
    徴とするメモリ装置。 2 上記レベルシフタは、電源電圧変動に応じて負荷抵
    抗が変化するソースフォロア回路であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のメモリ装置。 3−ヒ記ンースフォロア回路の負荷はMO8Tr−から
    なり、該負荷MO8Tr、のゲートに電源電圧変動と共
    に変化するゲート電圧を印加する手段を有してなる特許
    請求の範囲第2項記載のメモリ装置。 4 上記センスアンプ回路は、負荷となるMO8Tr−
    とドライバとなるメモリセルとの間にスイッチ用MO8
    Tr−を有するインバータ回路からなりまスイッチ用M
    O8Tr−はメモリセルとの接続ノードが一定電位に上
    昇したときカットオフ状態になることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のメモリ装置。 5 上記接続ノードと電源端子間に、プルアップ用MO
    8Tr、を設げてなることを特徴とする特許請求の範囲
    第4項記載のメモリ装置。 6 上記スイッチ用MO8Tr−と上記プルアップ用M
    O8Tr−のゲート電圧は定電圧発生回路でコントロー
    ルされてなることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
    載のメモリ装置。 7 上記スイッチ用MO8Tr、のゲート電圧が、上記
    プルアップ用MO8Tr−のゲート電圧よりも高くなる
    様に、上記定電圧発生回路により設定することを特徴と
    する特許請求の範囲第6項記載のメモリ装置。 8 上記出力ドライバは、波形整形回路とプッシュプル
    ドライバ回路とからなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のメモリ装置。
JP54120639A 1979-09-21 1979-09-21 メモリ装置 Expired JPS5833638B2 (ja)

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