JPH11330432A - Semiconductor memory device, its writing method, and storage medium with the writing method stored therein - Google Patents

Semiconductor memory device, its writing method, and storage medium with the writing method stored therein

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JPH11330432A
JPH11330432A JP15203098A JP15203098A JPH11330432A JP H11330432 A JPH11330432 A JP H11330432A JP 15203098 A JP15203098 A JP 15203098A JP 15203098 A JP15203098 A JP 15203098A JP H11330432 A JPH11330432 A JP H11330432A
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JP
Japan
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current
drain
value
control means
memory cell
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JP15203098A
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Japanese (ja)
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Katsuki Hazama
克樹 挾間
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain the gradation of memory cells due to overcurrent and enhance the reliability through method, wherein a current value flowing in at least one of a drain and a control gate electrode is controlled by a current control means. SOLUTION: A current value selected from four finds of current values I1 to I4 is applied on memory cells, whereby data are written to the memory cells. That is, a current value selected from the current value of the four kinds, of the current values I1 to I4 in response to a data signal from an external unit flows in the drain of the memory cells, and electric charges accumulated in a floating gate pass through a tunnel oxide film to be extracted. The current values I1 to I4 which are controlled by a constant current asymptotically reach specified currents I1 ' to I4 ', respectively, when a specified period of time elapses. A time t0 designates a specified write time. At the time point when the time t0 has elapsed after one of the currents I1 to I4 flowed into the memory cells, a current is stopped and with this write operations is ended.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、デ−タを記憶可能
な半導体記憶装置に関し、特に3値以上の記憶状態を格
納可能な多値型の半導体記憶装置及びその書き込み方法
ならびに書き込み方法が記憶された記憶媒体に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device capable of storing data, and more particularly to a multivalued semiconductor memory device capable of storing three or more storage states, and a method for writing the same and a method for writing the same. It relates to a storage medium that has been set.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、実用化されている半導体記憶装置
では、1つのメモリセルに”0”と”1の2種類の記憶
状態しか与えておらず、従って、1つのメモリセルの記
憶容量は1ビット(=2値)である。これに対し、1つ
のメモリセルに(”00”,”01”,”10”,”1
1”)の4種類の記憶情報を与え、各々の記憶情報に対
応した4つのしきい値電圧、例えば(1V,2V,3
V,4V)によって記憶を保持する、即ち1つのメモリ
セルに2ビット(=4値)の記憶容量を持たせた半導体
記憶装置が提案されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor memory device which has been put into practical use at present, only two kinds of storage states, "0" and "1", are given to one memory cell. Therefore, the storage capacity of one memory cell is limited. 1 bit (= binary), whereas one memory cell (“00”, “01”, “10”, “1”)
1 "), and four threshold voltages corresponding to each of the stored information, for example, (1V, 2V, 3
V, 4V), that is, a semiconductor memory device in which one memory cell has a storage capacity of 2 bits (= 4 values) has been proposed.

【0003】上述した多値型の半導体記憶装置の一例
が、例えば特開平6−195987号公報に記載されて
いる。
An example of the above-described multi-valued semiconductor memory device is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-195987.

【0004】そして、特開平6−195987号公報に
は、上述した4種類の記憶情報を与える際に、これらの
記憶情報を4種類の電圧値に対応させて、4種類の電圧
値のいずれかをデ−タの書き込みを行うメモリセルに印
加する方法が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-195987 discloses that when providing the above-mentioned four types of storage information, the stored information is made to correspond to four types of voltage values and any one of the four types of voltage values is provided. Is applied to a memory cell for writing data.

【0005】また、これらの記憶情報を4種類の異なる
時間幅の信号に対応させ、これらの信号のいずれかをデ
−タの書き込みを行うメモリセルに印加する方法も記載
されている。
There is also described a method in which the stored information is made to correspond to four kinds of signals having different time widths, and any one of these signals is applied to a memory cell for writing data.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−195987号公報に記載された方法では、1つの
メモリセルに書き込む記憶状態を異なる電圧値によって
可変させた場合、特に電圧が印加される初期状態におい
ては、直接的にメモリセルにこの電圧が印加されること
になる。
However, according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-195987, when the storage state to be written in one memory cell is varied by different voltage values, particularly when the voltage is initially applied, In the state, this voltage is directly applied to the memory cell.

【0007】そして、定電圧をメモリセルに印加すると
電圧値に応じた電流がダイレクトにメモリセルに流れる
ことになる。ここで、メモリセルのドレインと制御ゲ−
トとの間の電位差によりドレインからトンネル酸化膜を
通過して浮遊ゲ−トに電子が注入されるが、ドレインに
過電流が流れると高エネルギ−の電子によってトンネル
酸化膜が損傷されることとなる。
[0007] When a constant voltage is applied to the memory cell, a current corresponding to the voltage value flows directly to the memory cell. Here, the drain of the memory cell and the control gate
Electrons are injected into the floating gate from the drain through the tunnel oxide film due to the potential difference between the drain and the gate. However, when an overcurrent flows through the drain, the tunnel oxide film is damaged by high-energy electrons. Become.

【0008】これにより、メモリセルのしきい値に変動
が生じ、所定の記憶状態を保持することが困難となった
り、トンネル酸化膜のダメ−ジが大きい場合にはメモリ
セル自体が破壊される虞があった。
As a result, the threshold value of the memory cell fluctuates, making it difficult to maintain a predetermined storage state, or when the damage of the tunnel oxide film is large, the memory cell itself is destroyed. There was a fear.

【0009】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、3値以上の記憶状態を格納可能
な多値型の半導体記憶装置において、過電流によるメモ
リセルの劣化を抑止して、信頼性を向上させた半導体記
憶装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem. In a multi-level semiconductor memory device capable of storing three or more storage states, deterioration of a memory cell due to overcurrent is prevented. It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device which is suppressed and has improved reliability.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に絶縁膜を介して
形成された制御ゲート電極と、ソース/ドレインとを少
なくとも備えたメモリセルと、少なくとも3種類の異な
るしきい値から選択された1つのしきい値に対応する多
値のデ−タを前記メモリセルに書き込む書き込み制御手
段とを備え、前記書き込み制御手段は、少なくとも3種
類の異なる電流値を制御する電流制御手段を有し、前記
電流制御手段によって少なくとも前記ドレイン又は前記
制御ゲート電極の一方に流れる電流値を制御する。
A semiconductor memory device according to the present invention is a memory having at least a charge storage layer, a control gate electrode formed on the charge storage layer via an insulating film, and a source / drain. A cell; and write control means for writing multi-valued data corresponding to one threshold value selected from at least three different threshold values to the memory cell, wherein the write control means comprises at least three threshold values. There is a current control means for controlling different kinds of current values, and the current control means controls a current value flowing at least to one of the drain or the control gate electrode.

【0011】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
て、前記電流制御手段は、前記電流値を所定の一定値に
保つ制御手段とされている。
In one embodiment of the semiconductor memory device of the present invention, the current control means is a control means for keeping the current value at a predetermined constant value.

【0012】本発明の半導体記憶装置の一態様例におい
ては、前記電流制御手段により制御された前記電流値の
大きさに応じて前記しきい値が大きく設定される。
In one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention, the threshold value is set large according to the magnitude of the current value controlled by the current control means.

【0013】本発明の半導体記憶装置の書き込み方法
は、電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に絶縁膜を介して
形成された制御ゲート電極と、ソース/ドレインとを少
なくとも備えたメモリセルに、少なくとも3種の異なる
データの1つを選択的に書き込む方法であって、少なく
とも3つの所定値に制御された電流値から1つの電流値
を選択する第1のステップと、少なくとも前記メモリセ
ルの前記ドレイン又は前記制御ゲート電極の一方に前記
選択された電流値を流す第2のステップとを有する。
A writing method of a semiconductor memory device according to the present invention is directed to a memory cell having at least a charge storage layer, a control gate electrode formed on the charge storage layer via an insulating film, and a source / drain. A method of selectively writing one of at least three different types of data, comprising: a first step of selecting one current value from among at least three predetermined current values; Flowing the selected current value to one of a drain and the control gate electrode.

【0014】本発明の半導体記憶装置の書き込み方法の
一態様例において、前記少なくとも3つの所定値に制御
された電流値は前記メモリセルのしきい値電圧の異なる
レベルに基づいて定められる。
In one embodiment of the writing method of the semiconductor memory device according to the present invention, the current values controlled to the at least three predetermined values are determined based on different levels of threshold voltages of the memory cells.

【0015】本発明の記憶媒体は、上記半導体記憶装置
の書き込み方法を構成する前記第1及び第2のステップ
がコンピュータから読み出し可能に格納されている。
In the storage medium of the present invention, the first and second steps constituting the writing method of the semiconductor storage device are stored so as to be readable by a computer.

【0016】本発明の半導体装置は、半導体基板上に形
成された第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に形成さ
れたゲート電極と、前記ゲート電極の片側の一方の前記
半導体基板上に形成された第1の導電領域と、前記ゲー
ト電極の片側の他方の前記半導体基板上に形成された第
2の導電領域と、電流値を多段階に可変することができ
る電流発生回路と、前記電流発生回路によって、前記第
1、第2の導電領域の一方の導電領域に流れる電流値を
制御する電流制御手段とを備える。
A semiconductor device according to the present invention includes a first insulating layer formed on a semiconductor substrate, a gate electrode formed on the first insulating layer, and one of the semiconductor substrates on one side of the gate electrode. A first conductive region formed thereon, a second conductive region formed on the other semiconductor substrate on one side of the gate electrode, and a current generating circuit capable of changing a current value in multiple stages; and And current control means for controlling a value of a current flowing through one of the first and second conductive regions by the current generating circuit.

【0017】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1、第2の導電領域の内、一方の導電領域に
接続された下部電極と、前記下部電極上に形成された誘
電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備
え、前記下部電極、前記誘電体層、前記上部電極がキャ
パシタとして機能する。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, a lower electrode connected to one of the first and second conductive regions and a dielectric layer formed on the lower electrode are provided. And an upper electrode formed on the dielectric layer, wherein the lower electrode, the dielectric layer, and the upper electrode function as a capacitor.

【0018】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第1の導電領域は、ソースとして機能し、前記
第2の導電領域は、ドレインとして機能し、前記電流制
御手段が、前記ドレインに流れる電流値を制御する電流
制御手段であって、前記ゲート電極が、電荷蓄積層とし
て機能し、前記電荷蓄積層上に第2の絶縁層を介して形
成された制御ゲート電極と、前記電荷蓄積層に電荷を導
入する電荷蓄積手段とを備える。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the first conductive region functions as a source, and the second conductive region functions as a drain. Current control means for controlling a value of a flowing current, wherein the gate electrode functions as a charge storage layer, and a control gate electrode formed on the charge storage layer via a second insulating layer; Charge accumulation means for introducing charges into the layer.

【0019】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記半導体装置は、3値以上の記憶状態を格納可能
な多値半導体記憶装置である。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device is a multi-level semiconductor memory device capable of storing three or more storage states.

【0020】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記電荷蓄積手段が、多段階に電荷量を可変させる
電荷量調整手段と、前記電荷量調整手段によって、少な
くとも3種類の異なるしきい値から選択された1つのし
きい値に対応するデータを前記電荷蓄積層に電荷量とし
て導入する電荷導入手段とを備える。
In one embodiment of the semiconductor device according to the present invention, the charge accumulating means includes a charge amount adjusting means for changing the charge amount in multiple stages, and at least three different thresholds by the charge amount adjusting means. Charge introducing means for introducing data corresponding to one threshold value selected from the above into the charge storage layer as a charge amount.

【0021】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記電流制御手段が、抵抗値を可変可能な機能を備
えた可変抵抗手段を有する。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention, the current control means has a variable resistance means having a function of changing a resistance value.

【0022】本発明の半導体装置の一態様例において、
前記電流発生回路は、ある所定のデータ値に基づき電流
値を可変させる手段とを備えている。
In one embodiment of the semiconductor device of the present invention,
The current generating circuit includes means for varying a current value based on a predetermined data value.

【0023】[0023]

【作用】本発明においては、電流制御手段により所定値
に制御された少なくとも3種類の電流値を発生し、これ
らの電流値から選択された1つの電流値をメモリセルに
印加する。メモリセルに印加されるそれぞれの電流値の
上限値が、メモリセルが耐え得る電流値に確実に制御さ
れているため、メモリセルに過電流を印加することなく
書き込み動作を行うことが可能となる。しかも、本発明
においては、これらの制御された電流値を少なくとも3
種類用意することにより、電流値を多値メモリセルのし
きい値のそれぞれに対応させて、多値情報を1つのメモ
リセルに記憶させることが可能となる。
According to the present invention, at least three kinds of current values controlled to predetermined values by the current control means are generated, and one current value selected from these current values is applied to the memory cell. Since the upper limit of each current value applied to the memory cell is reliably controlled to a current value that the memory cell can withstand, it is possible to perform a write operation without applying an overcurrent to the memory cell. . In addition, in the present invention, these controlled current values are set to at least 3
By preparing the types, it is possible to store the multi-valued information in one memory cell so that the current value corresponds to each of the threshold values of the multi-valued memory cell.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態に係る
不揮発性半導体記憶装置であるEEPROMのメモリセ
ルアレイの一部を示す平面図である。また、図2は本実
施形態のEEPROMの主要構成を示すブロック図であ
る。また、図3はシリコン半導体基板上に形成されたE
EPROMの1つのメモリセルを示す概略断面図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a part of a memory cell array of an EEPROM which is a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the EEPROM of this embodiment. FIG. 3 shows the E formed on a silicon semiconductor substrate.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing one memory cell of an EPROM.

【0025】図1おいて、メモリセル10〜13は浮遊
ゲ−ト106を有している。そして、ワ−ド線20がメ
モリセル10と11の制御ゲ−トにそれぞれ接続され、
ワ−ド線21がメモリセル12と13の制御ゲ−トにそ
れぞれ接続されている。
In FIG. 1, each of the memory cells 10 to 13 has a floating gate 106. A word line 20 is connected to the control gates of the memory cells 10 and 11, respectively.
A word line 21 is connected to the control gates of the memory cells 12 and 13, respectively.

【0026】但し、実際には、各ワ−ド線と各コントロ
−ルゲ−トは例えばポリシリコンにより一体に構成さ
れ、ワ−ド線自体が各メモリセルの領域において、その
コントロ−ルゲ−トを構成する。
However, in practice, each word line and each control gate are integrally formed of, for example, polysilicon, and the word line itself is provided in the region of each memory cell. Is configured.

【0027】一方、メモリセル10と12のドレインに
はそれぞれビット線22が接続され、メモリセル11と
13のドレインにはそれぞれビット線23が接続されて
いる。更に、各メモリセル10〜13のソ−スは共通の
ソ−ス線109に接続されている。
On the other hand, a bit line 22 is connected to the drains of the memory cells 10 and 12, and a bit line 23 is connected to the drains of the memory cells 11 and 13, respectively. Further, the sources of the memory cells 10 to 13 are connected to a common source line 109.

【0028】図2に本実施形態のEEPROMの主要構
成を示す。
FIG. 2 shows a main configuration of the EEPROM of the present embodiment.

【0029】各メモリセル10〜13の制御ゲ−トに接
続されたワ−ド線20,21が列デコ−ダ2に接続さ
れ、一方、各メモリセル10〜13のドレインに接続さ
れたビット線22,23が行セレクタ4を介して行デコ
−ダ3に接続されている。
Word lines 20 and 21 connected to the control gates of the memory cells 10 to 13 are connected to the column decoder 2, while bits connected to the drains of the memory cells 10 to 13 are provided. Lines 22 and 23 are connected to a row decoder 3 via a row selector 4.

【0030】そして、アドレスバッファ5を介して入力
されたアドレス信号がこれらのデコ−ダ2,3に送ら
れ、これらのデコ−ダ2,3でそれぞれワ−ド線及びビ
ット線の選択が行われる。
An address signal input via the address buffer 5 is sent to the decoders 2 and 3, and the decoders 2 and 3 select word lines and bit lines, respectively. Will be

【0031】各メモリセル10〜13は、図3に示すよ
うに、p型のシリコン半導体基板101上において、フ
ィールド酸化膜等の素子分離構造により画定された素子
活性領域102の表面領域にリン(P)や砒素(As)
等のn型不純物がイオン注入されて形成された一対の不
純物拡散層であるソース103及びドレイン104と、
ソース103とドレイン104との間のチャネル領域C
上にトンネル酸化膜105を介してパターン形成された
各々孤立した島状の浮遊ゲート106と、浮遊ゲート1
06上にONO膜等からなる誘電体膜107を介してパ
ターン形成されて浮遊ゲート106と容量結合する制御
ゲート108とを有して構成されている。
As shown in FIG. 3, each of the memory cells 10 to 13 has phosphorus (P) on a surface region of an element active region 102 defined by an element isolation structure such as a field oxide film on a p-type silicon semiconductor substrate 101. P) and arsenic (As)
A source 103 and a drain 104, which are a pair of impurity diffusion layers formed by ion implantation of n-type impurities such as
Channel region C between source 103 and drain 104
Each of the island-shaped floating gates 106, each of which has a pattern formed thereon via a tunnel oxide film 105, and a floating gate 1
And a control gate 108 which is patterned and formed with a floating gate 106 through a dielectric film 107 made of an ONO film or the like and which is capacitively coupled to the floating gate 106.

【0032】図2において、行デコ−ダ3によって選択
されたメモリセルには、書き込み電圧発生回路6からの
電圧が、電流制御回路8を介して各メモリセル10〜1
3のドレイン104又は制御ゲート108に印加され
る。ここで、ドレイン104又は制御ゲート108に流
れ込む電流は、電流制御回路8によって制御されて上限
値が確定される。
In FIG. 2, the voltage from the write voltage generating circuit 6 is applied to the memory cells selected by the row decoder 3 via the current control circuit 8 to each of the memory cells 10-1.
3 is applied to the drain 104 or the control gate 108. Here, the current flowing into the drain 104 or the control gate 108 is controlled by the current control circuit 8, and the upper limit value is determined.

【0033】図4は、電流制御回路8により制御された
各電流値を模式的に示した特性図である。図4において
縦軸は電流値を、横軸は時間を示している。電流制御回
路8は、書き込み電圧発生回路6からの電圧を制御して
4種類の電流値に設定することが可能である。図4にお
いてI1 ,I2 ,I3 ,I4 はこれらの設定された電流
値を示している。また、点線で示す曲線は、電流制御回
路8を介さないで直接書き込み電圧制御回路6からの電
圧をメモリセルのドレイン104に印加した場合の電流
の変化を示している。
FIG. 4 is a characteristic diagram schematically showing each current value controlled by the current control circuit 8. As shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis indicates the current value, and the horizontal axis indicates time. The current control circuit 8 can control the voltage from the write voltage generation circuit 6 to set four types of current values. In FIG. 4, I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 indicate the set current values. Further, a curve shown by a dotted line shows a change in current when a voltage from the write voltage control circuit 6 is directly applied to the drain 104 of the memory cell without passing through the current control circuit 8.

【0034】これらの4種類の電流値から選択された1
つの電流値を選択されたメモリセルに印加することによ
って、メモリセルにデ−タが書き込まれる。すなわち、
外部からのデ−タ信号に応じてこの4種類の電流値から
選択された電流値がメモリセルのドレイン104に流
れ、浮遊ゲ−ト106に蓄積されていた電荷がトンネル
酸化膜105を通過して引き抜かれる。
The one selected from these four types of current values
By applying one current value to the selected memory cell, data is written to the memory cell. That is,
A current value selected from the four types of current values flows to the drain 104 of the memory cell in response to an external data signal, and the charges stored in the floating gate 106 pass through the tunnel oxide film 105. Pulled out.

【0035】定電流に制御されたそれぞれの電流値I1
〜I4 は、図4に示すように所定時間を経過すると漸近
的に所定電流I1 ’〜I4 ’に達する。図4に示すt0
は所定の書き込み時間を示している。メモリセルにI1
〜I4 のいずれかの電流を流してから時間t0 が経過し
た時点で、電流を停止させる。これにより、書き込み動
作が終了する。
Each current value I 1 controlled to a constant current
~I 4 is asymptotically to a predetermined time elapses as shown in FIG. 4 reaches a predetermined current I 1 '~I 4'. T 0 shown in FIG.
Indicates a predetermined writing time. I 1 in the memory cell
When the time t 0 from flowing any current of ~I 4 has elapsed, to stop the current. Thus, the write operation ends.

【0036】なお、図4において電流値I1 〜I4 から
1 ’〜I4 ’に達するまでの曲線が異なるのは、図3
に示すようにメモリセルのドレイン104と基板電位
(V0)の間にそれぞれの電流値に対応した、バンド−
バンド間トンネル電流I0 が流れるためである。
In FIG. 4, the curves from the current values I 1 to I 4 to the current values I 1 ′ to I 4 ′ are different from each other in FIG.
As shown in FIG. 3, a band corresponding to each current value is provided between the drain 104 of the memory cell and the substrate potential (V 0 ).
Band tunneling current I 0 is because the flow.

【0037】バンド−バンド間トンネル電流I0 は、メ
モリセルの書き込みが進み、浮遊ゲート106の電位が
シリコン半導体基板101に対して上昇すると減少す
る。従って、供給電流が異なり書き込みの速度が異なる
とバンド−バンド間トンネル電流I0 の減少傾向が異な
るのである。
The band-to-band tunnel current I 0 decreases as the writing of the memory cell proceeds and the potential of the floating gate 106 rises with respect to the silicon semiconductor substrate 101. Therefore, the speed is different when the band of the write different supply current - decrease in interband tunneling current I 0 is different from.

【0038】このように、本実施形態に係るEEPRO
Mは、定電流I1 〜I4 から選択された1つの電流値を
メモリセルに流すことにより、図5に示すように4値
(1V,2V,3V,4V)の各しきい値に対応した記
憶情報が記憶可能とされている。各しきい値の大きさは
電流値I1 〜I4 のそれぞれに対応し、電流値が大きく
なるにつれ浮遊ゲ−ト106から引き抜かれる電荷量が
大きくなるため、メモリセルのしきい値が小さく設定さ
れることになる。
As described above, the EEPRO according to the present embodiment
M corresponds to each of four threshold values (1 V, 2 V, 3 V, 4 V) as shown in FIG. 5 by flowing one current value selected from the constant currents I 1 to I 4 to the memory cell. The stored information can be stored. The magnitude of each threshold value corresponds to each of the current values I 1 to I 4 , and as the current value increases, the amount of charge extracted from the floating gate 106 increases, so that the threshold value of the memory cell decreases. Will be set.

【0039】図6は、図2に示す電流制御回路8の具体
的構成を示す。電流制御回路8は、図6(a)に示すよ
うな、4種の異なるしきい値の負荷ランジスタ(Tr1
〜Tr4)、図6(b)に示すような4種の異なる抵抗
値の電気抵抗(R1〜R4)、あるいは図6(c)示す
ようなコンデンサ(C1〜C4)、電気抵抗(r1〜r
4)及びダイオ−ドからなる負荷手段8bを備えてい
る。
FIG. 6 shows a specific configuration of the current control circuit 8 shown in FIG. The current control circuit 8 includes four types of load transistors (Tr1) having different thresholds as shown in FIG.
To Tr4), electric resistances (R1 to R4) having four different resistance values as shown in FIG. 6B, or capacitors (C1 to C4) as shown in FIG. 6C, and electric resistances (r1 to r).
4) and a load means 8b composed of a diode.

【0040】本発明は、図6(a)に示すように、第1
のしきい値を備えたトランジスタTr1(I1 に対応)
と、第1のしきい値とは異なる第2のしきい値を備えた
トランジスタTr2(I2 に対応) 、第1、第2のしき
い値とは異なる第3のしきい値を備えたトランジスタT
r3(I3 に対応)、第1、第2、第3のしきい値とは
異なる第4のしきい値を備えたトランジスタTr4(I
4 に対応)を用いて説明したが、その代わりに、少なく
とも3種類の異なるしきい値を設定可能な多値不揮発メ
モリを用いてもよい。
According to the present invention, as shown in FIG.
Transistor Tr1 having a threshold (corresponding to I 1)
When the first transistor Tr2 having a different second threshold value the threshold (corresponding to the I 2), first, with different third threshold and the second threshold Transistor T
r3 (corresponding to I 3 ), a transistor Tr 4 (I 3 ) having a fourth threshold value different from the first, second, and third threshold values.
(Corresponding to 4 ), but a multi-valued non-volatile memory in which at least three different thresholds can be set may be used instead.

【0041】この多値不揮発メモリセルは、図3に示す
構成を持ち、浮遊ゲート電極に導入された電荷の量によ
ってある所定のしきい値を持つものである。なお、この
メモリは、電気的に消去しない限り、しきい値はそのま
ま設定される。また、新たなしきい値に設定(変更)し
たい場合は、浮遊ゲートに導入された電荷を電気的に消
去した後、この浮遊ゲートの電荷の量を変更し、新たな
しきい値に設定しなおすことが可能である。すなわち、
このメモリは、浮遊ゲート電極の電荷の量を多段階に変
更することにより、複数のしきい値に設定することが可
能なメモリである。
This multi-level nonvolatile memory cell has the configuration shown in FIG. 3 and has a certain threshold value depending on the amount of charge introduced into the floating gate electrode. In this memory, the threshold is set as it is, unless it is electrically erased. If it is desired to set (change) a new threshold value, the charge introduced into the floating gate is electrically erased, then the amount of charge in the floating gate is changed, and the threshold value is set again. Is possible. That is,
This memory can be set to a plurality of threshold values by changing the amount of charge of the floating gate electrode in multiple stages.

【0042】このように、負荷手段8bは4種類の電流
値I1 ,I2 ,I3 ,I4 を設定するために4段階の負
荷が設定されており、選択手段8aによってこれらの負
荷のうちの1つを選択することが可能である。
As described above, the load means 8b has four stages of loads for setting the four types of current values I 1 , I 2 , I 3 , and I 4, and these loads are set by the selection means 8a. It is possible to select one of them.

【0043】次に、本実施形態のEEPROMの使用方
法について説明する。先ず、このEEPROMを用いた
書き込み方法について述べる。書き込み時には、アドレ
スバッファ5からのアドレス信号に従って、列デコーダ
2及び行デコーダ3によりメモリセル10〜13のいず
れか1つを選択した後、入出力回路9からのバイナリデ
ータ列を記憶情報とし、以下に示すように選択されたメ
モリセルの書き込み動作を行う。
Next, a method of using the EEPROM of this embodiment will be described. First, a writing method using the EEPROM will be described. At the time of writing, after one of the memory cells 10 to 13 is selected by the column decoder 2 and the row decoder 3 according to the address signal from the address buffer 5, the binary data string from the input / output circuit 9 is used as storage information. The write operation of the selected memory cell is performed as shown in FIG.

【0044】先ず、記憶情報”11”を書き込む場合、
メモリセルの制御ゲート108に所定電圧を印加して、
ソース103を開放し、ドレイン104を接地電位とす
る。この際、ドレイン104に流れる電流を図6(a)
〜(c)における4段階の負荷手段8bのうちの1つを
通過させて、図4に示すように、ドレイン104に流れ
る電流値を定常電流I4 に制御する。このとき、電子が
ドレイン104から浮遊ゲート106へ充分に注入さ
れ、メモリセルのしきい値電圧が4V程度となる。この
記憶状態を”11”とする。
First, when writing the storage information "11",
By applying a predetermined voltage to the control gate 108 of the memory cell,
The source 103 is opened, and the drain 104 is set to the ground potential. At this time, the current flowing through the drain 104 is changed as shown in FIG.
~ Passed through one of the four levels of load means 8b in (c), as shown in FIG. 4, for controlling a current flowing through the drain 104 to the constant current I 4. At this time, electrons are sufficiently injected from the drain 104 to the floating gate 106, and the threshold voltage of the memory cell becomes about 4V. This storage state is set to “11”.

【0045】次に、記憶情報”10”を書き込む場合、
メモリセルの制御ゲート108を接地電位とし、ソース
103を開放し、書き込み電圧制御回路からドレイン1
04に所定電圧を印加する。この際、ドレイン104に
流れる電流を図6(a)〜(c)における4段階の負荷
手段8bのうちの1つを通過させて、図4に示すよう
に、ドレイン104に流れる電流値を定常電流I1 に制
御する。
Next, when writing the storage information "10",
The control gate 108 of the memory cell is set to the ground potential, the source 103 is opened, and the drain 1
04 is applied with a predetermined voltage. At this time, the current flowing through the drain 104 is passed through one of the four-stage load means 8b shown in FIGS. 6A to 6C, and the current flowing through the drain 104 is made constant as shown in FIG. controlling the current I 1.

【0046】このとき、電子がトンネル酸化膜105を
通して浮遊ゲート106から引き抜かれ、しきい値電圧
(VT )がシフトする。そして、メモリセルのしきい値
電圧が3V程度となる。この記憶状態を”10”とす
る。
At this time, electrons are extracted from the floating gate 106 through the tunnel oxide film 105, and the threshold voltage (V T ) shifts. Then, the threshold voltage of the memory cell becomes about 3V. This storage state is set to “10”.

【0047】次に、記憶情報”01”を書き込む場合、
メモリセルの制御ゲート108を接地電位とし、ソース
103を開放し、ドレイン108に所定電圧を印加す
る。この際、ドレイン104に流れる電流を図6(a)
〜(c)における4段階の負荷手段8bのうちの1つを
通過させて、図4に示すように、ドレイン104に流れ
る電流値を定常電流I2 に制御する。このとき、電子が
トンネル酸化膜105を通して浮遊ゲート106から引
き抜かれ、メモリセルのしきい値電圧が2V程度とな
る。この記憶状態を”01”とする。
Next, when writing the storage information "01",
The control gate 108 of the memory cell is set to the ground potential, the source 103 is opened, and a predetermined voltage is applied to the drain 108. At this time, the current flowing through the drain 104 is changed as shown in FIG.
~ Passed through one of the four levels of load means 8b in (c), as shown in FIG. 4, for controlling a current flowing through the drain 104 to the constant current I 2. At this time, electrons are extracted from the floating gate 106 through the tunnel oxide film 105, and the threshold voltage of the memory cell becomes about 2V. This storage state is set to “01”.

【0048】次に、記憶情報”00”を書き込む場合、
メモリセルの制御ゲート108を接地電位とし、ソース
103を開放し、ドレイン104に所定電圧を印加す
る。この際、ドレイン104に流れる電流を図6(a)
〜(c)における4段階の負荷手段8bのうちの1つを
通過させて、図4に示すように、ドレイン104に流れ
る電流値を定常電流I3 に制御する。このとき、電子が
トンネル酸化膜105を通して浮遊ゲート106から引
き抜かれ、メモリセルのしきい値電圧が1V程度とな
る。この記憶状態を”00”とする。
Next, when writing the storage information "00",
The control gate 108 of the memory cell is set to the ground potential, the source 103 is opened, and a predetermined voltage is applied to the drain 104. At this time, the current flowing through the drain 104 is changed as shown in FIG.
~ Passed through one of the four levels of load means 8b in (c), as shown in FIG. 4, for controlling a current flowing through the drain 104 to the constant current I 3. At this time, electrons are extracted from the floating gate 106 through the tunnel oxide film 105, and the threshold voltage of the memory cell becomes about 1V. This storage state is set to “00”.

【0049】従って、このEEPROMの書き込み方法
では、しきい値を認識して定電流I1 〜I4 の1つを選
択することにより、”00”,”01”,”10”,”
11”のうちの任意のデータを書き込むことが可能であ
る。また、ドレイン104を接地電位として、それぞれ
の定電流I1 〜I4 を制御ゲート108に印加すること
によって書き込みを行ってもよい。この場合、電流値I
1 〜I4 の大きさに応じて浮遊ゲート106に蓄積され
る電荷量が大きくなるため、しきい値は電流値I1 〜I
4 に伴って大きくなる。
Therefore, in this EEPROM writing method, by recognizing the threshold value and selecting one of the constant currents I 1 to I 4 , "00", "01", "10", "
It is possible to write arbitrary data of 11 ″. Alternatively, writing may be performed by applying the respective constant currents I 1 to I 4 to the control gate 108 with the drain 104 as the ground potential. In this case, the current value I
Since the amount of charge stored in the floating gate 106 in accordance with the size of 1 ~I 4 increases, the threshold current value I 1 ~I
Increases with 4 .

【0050】次いで、このEEPROMを用いた読み出
し方法について説明する。読み出し時には、アドレスバ
ッファ5からのアドレス信号に従って列デコーダ2、行
デコーダ3によりメモリセル10〜13のうちの1つ、
例えばメモリセル11を選択した後、以下に示すように
当該メモリセル11の読み出し動作を行う。図7は、読
み出し動作の各ステップを示すフローチャートである。
Next, a reading method using the EEPROM will be described. At the time of reading, one of the memory cells 10 to 13 by the column decoder 2 and the row decoder 3 according to the address signal from the address buffer 5,
For example, after selecting the memory cell 11, the read operation of the memory cell 11 is performed as described below. FIG. 7 is a flowchart showing each step of the read operation.

【0051】選択されたメモリセル11から読み出され
る記憶情報は、図5に示すように、しきい値電圧
(VT )が1V程度、2V程度、3V程度及び4V程度
の4つのピーク(4値)をもった分布を示す。図5中
で、R1と表示された範囲にしきい値電圧VT が検出さ
れた場合には記憶状態が”00”であり、R2と表示さ
れた範囲にしきい値電圧VT が検出された場合には記憶
状態が”01”である。また、R3と表示された範囲に
しきい値電圧VT が検出された場合には記憶状態が”1
0”であり、R4と表示された範囲にしきい値電圧VT
が検出された場合には記憶状態が”11”である。
As shown in FIG. 5, the storage information read from the selected memory cell 11 has four peaks (quaternary values) having a threshold voltage (V T ) of about 1 V, about 2 V, about 3 V, and about 4 V. ) Is shown. In FIG. 5, when the threshold voltage VT is detected in the range indicated by R1, the storage state is "00", and when the threshold voltage VT is detected in the range indicated by R2. Has a storage state of “01”. When the threshold voltage VT is detected in the range indicated by R3, the storage state is changed to "1".
0 ", and the threshold voltage V T falls within the range indicated by R4.
Is detected, the storage state is "11".

【0052】従って、先ず、記憶状態が「R1或いはR
2」と「R3或いはR4」との何れにあるか、即ちメモ
リセル11に記憶された記憶情報の上位ビットが”0”
と”1”との何れであるかをトランジスタTr1を用い
て判定する。この場合、図7に示すように、ソース3及
びドレイン4とゲート電極6に5V程度を印加し(ステ
ップS1)、ドレイン電流をセンスアンプ21で検出
し、しきい値電圧VT とトランジスタTr1のしきい値
電圧との大小関係を判定する(ステップS2)。このと
き、しきい値電圧VT がトランジスタTr1のしきい値
電圧より大きい場合、即ち、メモリセルのチャネル領域
Cに流れる電流よりトランジスタTr1の電流が大きい
場合には上位ビットが”1”であると判定され、しきい
値電圧VTがトランジスタTr1のしきい値電圧より小
さい場合、即ち、トランジスタTr1に流れる電流より
メモリセル11に流れる電流が大きい場合には上位ビッ
トが”0”であると判定されて、記憶情報の上位ビット
として下位ビットに先立って出力端子D1から出力され
る(ステップS3,ステップS4)。
Therefore, first, the storage state is "R1 or R1".
2 ”or“ R3 or R4 ”, that is, the upper bit of the storage information stored in the memory cell 11 is“ 0 ”.
The determination is made using the transistor Tr1. In this case, as shown in FIG. 7, the order of 5V is applied to the source 3 and drain 4 and a gate electrode 6 (step S1), the detecting the drain current in the sense amplifier 21, the threshold voltage V T and the transistor Tr1 The magnitude relationship with the threshold voltage is determined (step S2). At this time, if the threshold voltage V T is larger than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, if more current flowing through the channel region C of the memory cell current of the transistor Tr1 is large upper bit is "1" and it is determined, if the threshold voltage V T is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, if when the current flowing through the memory cell 11 than the current flowing through the transistor Tr1 is larger upper bit is "0" It is determined and output from the output terminal D1 as the upper bit of the storage information prior to the lower bit (step S3, step S4).

【0053】次いで、しきい値電圧VT がトランジスタ
Tr1のしきい値電圧より大きい場合には、同様の読み
出し動作をトランジスタTr2を用い、メモリセル11
に流れる電流とトランジスタTr2に流れる電流とを比
較し(ステップS5)、しきい値電圧VT がトランジス
タTr1のしきい値電圧より小さい場合には、同様の読
み出し動作をトランジスタTr3を用いて判定する(ス
テップS6)。
[0053] Then, if the threshold voltage V T is larger than the threshold voltage of the transistor Tr1, the transistor Tr2 with the same read operation, the memory cell 11
Comparing the current flowing through the current and the transistor Tr2 flows to (step S5), and if the threshold voltage V T is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1 determines similar read operation using the transistor Tr3 (Step S6).

【0054】ステップS5において、しきい値電圧VT
がトランジスタTr1のしきい値電圧より大きく、上述
の読み出し動作でしきい値電圧VT がトランジスタTr
2のしきい値電圧より大きい場合には、メモリセル11
に記憶された記憶情報の下位ビットは”1”であると判
定され、出力端子D0から出力される(ステップS
7)。従ってこの場合、メモリセル11から読み出され
た記憶情報は”11”となる。
In step S5, the threshold voltage V T
There greater than the threshold voltage of the transistors Tr1, the threshold voltage V T is the transistor Tr in the aforementioned read operation
2, the memory cell 11
Is determined to be "1", and is output from the output terminal D0 (step S5).
7). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “11”.

【0055】一方、ステップS5において、しきい値電
圧VT がトランジスタTr2のしきい値電圧より小さい
場合には、メモリセル11に記憶された記憶情報は”1
0”であると判定され、出力端子D0から出力される
(ステップS8)。従ってこの場合、メモリセル11か
ら読み出された記憶情報は”10”となる。
On the other hand, in step S5, if the threshold voltage V T is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr2 is stored information stored in the memory cell 11 is "1
It is determined to be "0" and output from the output terminal D0 (step S8) .Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is "10".

【0056】また、ステップS6において、しきい値電
圧VT がトランジスタTr1のしきい値電圧より小さい
場合、即ちトランジスタTr1の電流よりもメモリセル
11の電流が大きい場合には、次にトランジスタTr3
のしきい値電圧と比較し、メモリセル11のしきい値電
圧が大きい場合、下位ビットが”1”と判定され、記憶
情報の下位ビットとして出力端子D0から出力される
(ステップS9)。従ってこの場合、メモリセル11か
ら読み出された記憶情報は”01”となる。
[0056] Further, in step S6, if the threshold voltage V T is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, when the current of the memory cell 11 is greater than the current of the transistor Tr1, then transistor Tr3
If the threshold voltage of the memory cell 11 is higher than the threshold voltage of the memory cell 11, the lower bit is determined to be "1" and is output from the output terminal D0 as the lower bit of the storage information (step S9). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “01”.

【0057】一方、上述の読み出し動作でしきい値電圧
T がトランジスタTr1のしきい値電圧より小さい場
合、即ちトランジスタTr1の電流よりもメモリセル1
1の電流が大きい場合には、次にトランジスタTr3の
しきい値電圧と比較し、メモリセルのしきい値電圧が小
さい場合、下位ビットが”0”と判定され、記憶情報の
下位ビットとして出力端子D0から出力される(ステッ
プS10)。従ってこの場合、メモリセル11から読み
出された記憶情報は”00”となる。
Meanwhile, when the threshold voltage V T in the above reading operation is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1, i.e. the memory cell 1 than the current of the transistor Tr1
If the current of 1 is large, it is compared with the threshold voltage of the transistor Tr3. If the threshold voltage of the memory cell is small, the lower bit is determined to be "0" and output as the lower bit of the storage information. The signal is output from the terminal D0 (step S10). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “00”.

【0058】なお、本実施形態では、記憶情報が4値
(2ビット)の場合について説明したが、本発明は勿論
これに限定されるものではない。例えば、記憶状態を3
ビット(8値)とする場合、8種のしきい値電圧を記憶
状態”000”,”001”,”010”,”01
1”,”100”,”101”,”110”,”11
1”に対応させ、読み出し時に所定の判定動作により前
記8種のうちから1つの記憶状態を特定すればよい。更
に、記憶情報がバイナリデータでなく、例えば0,1,
2で構成される情報とする場合、記憶状態を”0”,”
1”,”2”としたり、”00”,”01”,”0
2”,”10”,”11”,”12”,”20”,”2
1”,”22”とすることも可能である。このような場
合では、前者では記憶状態を3値、後者では9値と表現
することになろう。
In the present embodiment, the case where the storage information is quaternary (two bits) has been described, but the present invention is not limited to this. For example, if the storage state is 3
In the case of bits (8 values), eight threshold voltages are stored in the storage states “000”, “001”, “010”, “01”.
1 "," 100 "," 101 "," 110 "," 11
1 ", and one of the eight storage states may be specified by a predetermined determination operation at the time of reading. Further, the storage information is not binary data, but may be 0, 1, or the like.
2, the storage state is “0”,
1 ”,“ 2 ”,“ 00 ”,“ 01 ”,“ 0 ”
2 "," 10 "," 11 "," 12 "," 20 "," 2
It is also possible to use 1 "and" 22 ". In such a case, the former will express the storage state as ternary, and the latter as ninth.

【0059】以上説明したように本実施形態において
は、電流制御回路8により所定値に制御された4種類の
電流値I1 〜I4 を発生し、これらの電流値から選択さ
れた1つの電流値をメモリセル10〜13の1つに印加
する。メモリセル10〜13に印加されるそれぞれの電
流値の上限値が、メモリセル10〜13が耐え得る電流
値に確実に制御されているため、メモリセル10〜13
に過電流を印加することなく書き込み動作を行うことが
可能となる。
As described above, in the present embodiment, four types of current values I 1 to I 4 controlled to a predetermined value by the current control circuit 8 are generated, and one current value selected from these current values is generated. The value is applied to one of the memory cells 10-13. Since the upper limit of each current value applied to the memory cells 10 to 13 is reliably controlled to a current value that the memory cells 10 to 13 can withstand,
It is possible to perform a write operation without applying an overcurrent to the memory cell.

【0060】更に、本実施形態においては、これらの制
御された電流値を少なくとも3種類用意することによ
り、2値(=1ビット)以上のデータを記憶可能な多値
メモリセルのしきい値のそれぞれにこの電流値を対応さ
せて、多値情報を1つのメモリセルに記憶させることが
可能となる。
Further, in the present embodiment, by preparing at least three types of these controlled current values, the threshold value of a multi-level memory cell capable of storing binary (= 1 bit) or more data is set. It is possible to store multi-value information in one memory cell by associating the current values with each other.

【0061】また、本発明はEEPROMに限定される
ものでもなく、例えば、信号電荷を蓄積するメモリキャ
パシタと、メモリキャパシタを選択するためのアクセス
トランジスタとを有して構成されており、メモリキャパ
シタに所定の基準電圧を印加することにより電荷蓄積状
態を設定し、基準電圧に対応した記憶情報を記憶する揮
発性メモリである多値型のDRAMにも適用可能であ
る。
Further, the present invention is not limited to an EEPROM, but includes, for example, a memory capacitor for storing signal charges and an access transistor for selecting the memory capacitor. The present invention is also applicable to a multi-valued DRAM which is a volatile memory that sets a charge accumulation state by applying a predetermined reference voltage and stores storage information corresponding to the reference voltage.

【0062】例えば、多値DRAMの場合は図8に示す
ような構成をしている。p型シリコン基板201の表面
部に選択的にフィールド酸化膜202(素子分離絶縁構
造体)を形成することによってメモリセルアレーを形成
する所定領域にアレー状に複数のトランジスタ形成領域
が区画されている。
For example, in the case of a multi-level DRAM, the configuration is as shown in FIG. By selectively forming a field oxide film 202 (element isolation insulating structure) on the surface of the p-type silicon substrate 201, a plurality of transistor formation regions are partitioned in a predetermined region where a memory cell array is formed. .

【0063】トランジスタ形成領域のp型シリコン基板
201表面に形成されたゲート酸化膜203と、トラン
ジスタ形成領域を横断するワード電極204と、ワード
電極204の両側に一対のn+ 型拡散層(ソース・ドレ
イン)205とを備える。また、p型シリコン基板20
1に形成された第1層間絶縁膜206と、第1層間絶縁
膜206に形成された、この第1のワード電極204の
両側のn+ 型拡散層205の一方の上部に第1のコンタ
クト孔C1とを有し、第1のコンタクト孔部内とその近
傍に形成されたスタックポリシリコン膜207(第1導
電膜)と、スタックポリシリコン膜207上に形成され
たそれぞれ容量絶縁膜208、さらに容量ポリシリコン
膜209(対向電極)が形成されている。更に、p型シ
リコン基板201上に形成された第2層間絶縁膜21
0、第3層間絶縁膜211(BPSG膜)と、この第
1、第2、第3層間絶縁膜206,210,211に形
成された第2のコンタクト孔(ビット線コンタクト孔)
C2と、このコンタクト孔C2内に形成されたタングス
テンシリサイドなどのビット線212を備えている。更
に、この多値化は、EEPROMやDRAMのみなら
ず、その他諸々の半導体メモリにも適用可能である。
A gate oxide film 203 formed on the surface of the p-type silicon substrate 201 in the transistor formation region, a word electrode 204 traversing the transistor formation region, and a pair of n + type diffusion layers (source / source) on both sides of the word electrode 204 (Drain) 205. Also, the p-type silicon substrate 20
1 and a first contact hole above one of the n + -type diffusion layers 205 on both sides of the first word electrode 204 formed on the first interlayer insulating film 206. C1, the stacked polysilicon film 207 (first conductive film) formed in and near the first contact hole, the capacitor insulating film 208 formed on the stacked polysilicon film 207, and the capacitor. A polysilicon film 209 (a counter electrode) is formed. Further, the second interlayer insulating film 21 formed on the p-type silicon substrate 201
0, a third interlayer insulating film 211 (BPSG film), and second contact holes (bit line contact holes) formed in the first, second, and third interlayer insulating films 206, 210, 211.
C2 and a bit line 212 such as tungsten silicide formed in the contact hole C2. Further, this multi-level conversion is applicable not only to EEPROMs and DRAMs but also to various other semiconductor memories.

【0064】更に、本実施形態おいて説明した書き込み
方法や読み出し方法、そして特に記憶消去方法の機能を
実現するように、各種のデバイスを動作させるためのプ
ログラムコード自体及びそのプログラムコードをコンピ
ュータに供給するための手段、例えばかかるプログラム
コードを格納した、図2に示す記憶媒体31は本発明の
範疇に属する。
Further, the program code itself for operating various devices and the program code are supplied to a computer so as to realize the functions of the writing method, the reading method, and especially the storage / erasing method described in the present embodiment. For example, a storage medium 31 storing such program code shown in FIG. 2 belongs to the category of the present invention.

【0065】記憶媒体31は、記憶再生装置32によ
り、そこに格納されているプログラムコードが読みださ
れてコンピュータを動作させる。なお、かかるプログラ
ムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピ
ーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディ
スク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカ
ード、ROM等を用いることができる。
The program code stored in the storage medium 31 is read out by the storage / reproduction device 32 to operate the computer. As a storage medium for storing such a program code, for example, a floppy disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like can be used.

【0066】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能
が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコン
ピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティング
システム)或いは他のアプリケーションソフト等の共同
して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかる
プログラムコードは本発明に含まれる。
When the computer executes the supplied program code, not only the functions of the above-described embodiment are realized, but also the OS (operating system) or other operating system running on the computer. Such a program code is also included in the present invention when the functions of the above-described embodiments are realized in cooperation with application software or the like.

【0067】更に、供給されたプログラムコードがコン
ピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された
機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、その
プログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボード
や機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一
部または全部を行い、その処理によって前述した実施形
態の機能が実現されるシステムも本発明に含まれる。
Further, after the supplied program code is stored in the memory provided on the function expansion board of the computer or the function expansion unit connected to the computer, the function expansion board or the function expansion unit is specified based on the instruction of the program code. The present invention also includes a system in which a CPU or the like provided in the system performs part or all of the actual processing, and the processing realizes the functions of the above-described embodiments.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明によれば、3値以上の記憶状態を
格納可能な多値型の半導体記憶装置において、過電流に
よるメモリセルの劣化を抑止することができる。従っ
て、信頼性を向上させた多値型の半導体記憶装置を提供
することが可能となる。
According to the present invention, in a multi-valued semiconductor memory device capable of storing three or more storage states, deterioration of a memory cell due to an overcurrent can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a multi-level semiconductor memory device with improved reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るEEPROMのメモ
リセルアレイの一部を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a memory cell array of an EEPROM according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係るEEPROMの主要
構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of an EEPROM according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態に係るEEPROMのメモ
リセルを示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a memory cell of an EEPROM according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態に係るEEPROMのメモ
リセルに流れる電流値を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a current value flowing through a memory cell of the EEPROM according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態に係るEEPROMにおい
て、しきい値電圧の分布を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a distribution of threshold voltages in an EEPROM according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態に係るEEPROMの電流
制御回路を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a current control circuit of the EEPROM according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態に係るEEPROMから4
値の記憶情報を読み出す場合の各ステップを示すフロ−
チャ−トである。
FIG. 7 shows an example of an EEPROM 4 according to an embodiment of the present invention.
Flow chart showing each step when reading stored information of value
It is a chart.

【図8】本発明の一実施形態の変形例に係る多値DRA
Mを示す概略断面図である。
FIG. 8 shows a multi-valued DRA according to a modification of the embodiment of the present invention.
It is a schematic sectional drawing which shows M.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 列デコーダ 3 行デコーダ 4 行セレクタ 5 アドレスバッファ 6 書き込み電圧発生回路 8 電流制御回路 8a 選択手段 8b 負荷手段 9 入出力回路 10,11,12,13 メモリセル 20,21 ワード線 22,23 ビット線 31 記憶媒体 32 記憶再生装置 101 シリコン半導体基板 102 素子活性領域 103 ソース 104 ドレイン 105 トンネル酸化膜 106 浮遊ゲート 107 誘電体膜 108 制御ゲート 109 ソース線 2 column decoder 3 row decoder 4 row selector 5 address buffer 6 write voltage generation circuit 8 current control circuit 8a selection means 8b load means 9 input / output circuit 10, 11, 12, 13 memory cell 20, 21, word line 22, 23 bit line DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 Storage medium 32 Storage / reproducing apparatus 101 Silicon semiconductor substrate 102 Element active region 103 Source 104 Drain 105 Tunnel oxide film 106 Floating gate 107 Dielectric film 108 Control gate 109 Source line

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/788 29/792 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/788 29/792

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に絶縁
膜を介して形成された制御ゲート電極と、ソース/ドレ
インとを少なくとも備えたメモリセルと、 少なくとも3種類の異なるしきい値から選択された1つ
のしきい値に対応する多値のデ−タを前記メモリセルに
書き込む書き込み制御手段とを備え、 前記書き込み制御手段は、少なくとも3種類の異なる電
流値を制御する電流制御手段を有し、 前記電流制御手段によって少なくとも前記ドレイン又は
前記制御ゲート電極の一方に流れる電流値を制御するこ
とを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell including at least a charge storage layer, a control gate electrode formed on the charge storage layer via an insulating film, and a source / drain; Write control means for writing multi-valued data corresponding to one selected threshold value into the memory cell, wherein the write control means includes a current control means for controlling at least three different current values. And a current control means for controlling a value of a current flowing through at least one of the drain and the control gate electrode by the current control means.
【請求項2】 前記電流制御手段は、前記電流値を所定
の一定値に保つ制御手段とされていることを特徴とする
請求項1に記載の半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said current control means is a control means for keeping said current value at a predetermined constant value.
【請求項3】 前記電流制御手段により制御された前記
電流値の大きさに応じて前記しきい値が大きく設定され
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶
装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said threshold value is set large according to the magnitude of said current value controlled by said current control means.
【請求項4】 電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に絶縁
膜を介して形成された制御ゲート電極と、ソース/ドレ
インとを少なくとも備えたメモリセルに、少なくとも3
種の異なるデータの1つを選択的に書き込む方法であっ
て、 少なくとも3つの所定値に制御された電流値から1つの
電流値を選択する第1のステップと、 少なくとも前記メモリセルの前記ドレイン又は前記制御
ゲート電極の一方に前記選択された電流値を流す第2の
ステップとを有することを特徴とする半導体記憶装置の
書き込み方法。
4. A memory cell comprising at least a charge storage layer, a control gate electrode formed on the charge storage layer via an insulating film, and a source / drain, wherein at least three
A method for selectively writing one of different kinds of data, comprising: a first step of selecting one current value from a current value controlled to at least three predetermined values; and at least the drain or the drain of the memory cell. A second step of passing the selected current value to one of the control gate electrodes.
【請求項5】 前記少なくとも3つの所定値に制御され
た電流値は前記メモリセルのしきい値電圧の異なるレベ
ルに基づいて定められることを特徴とする請求項4に記
載の半導体記憶装置の書き込み方法。
5. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein said current values controlled to said at least three predetermined values are determined based on different levels of threshold voltages of said memory cells. Method.
【請求項6】 請求項4又は5に記載の半導体記憶装置
の書き込み方法を構成する前記第1及び第2のステップ
がコンピュータから読み出し可能に格納されていること
を特徴とする記録媒体。
6. A recording medium, wherein the first and second steps constituting the writing method for a semiconductor memory device according to claim 4 or 5 are stored so as to be readable from a computer.
【請求項7】 半導体基板上に形成された第1の絶縁層
と、 前記第1の絶縁層上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の片側の一方の前記半導体基板上に形成
された第1の導電領域と、 前記ゲート電極の片側の他方の前記半導体基板上に形成
された第2の導電領域と、 電流値を多段階に可変することができる電流発生回路
と、 前記電流発生回路によって、前記第1、第2の導電領域
の一方の導電領域に流れる電流値を制御する電流制御手
段とを備えることを特徴とする半導体装置。
7. A first insulating layer formed on a semiconductor substrate; a gate electrode formed on the first insulating layer; and a gate electrode formed on one of the semiconductor substrates on one side of the gate electrode. A first conductive region; a second conductive region formed on the other semiconductor substrate on one side of the gate electrode; a current generating circuit capable of changing a current value in multiple stages; and the current generating circuit. A current control means for controlling a value of a current flowing through one of the first and second conductive regions.
【請求項8】 前記第1、第2の導電領域の内、一方の
導電領域に接続された下部電極と、前記下部電極上に形
成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部
電極とを備え、 前記下部電極、前記誘電体層、前記上部電極がキャパシ
タとして機能することを特徴とする請求項7に記載の半
導体装置。
8. A lower electrode connected to one of the first and second conductive regions, a dielectric layer formed on the lower electrode, and a lower layer formed on the dielectric layer. The semiconductor device according to claim 7, further comprising an upper electrode, wherein the lower electrode, the dielectric layer, and the upper electrode function as a capacitor.
【請求項9】 前記第1の導電領域は、ソースとして機
能し、前記第2の導電領域は、ドレインとして機能し、
前記電流制御手段が、前記ドレインに流れる電流値を制
御する電流制御手段であって、 前記ゲート電極が、電荷蓄積層として機能し、 前記電荷蓄積層上に第2の絶縁層を介して形成された制
御ゲート電極と、 前記電荷蓄積層に電荷を導入する電荷蓄積手段とを備え
たことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
9. The first conductive region functions as a source, the second conductive region functions as a drain,
The current control means is a current control means for controlling a current value flowing through the drain, wherein the gate electrode functions as a charge storage layer, and is formed on the charge storage layer via a second insulating layer. 8. The semiconductor device according to claim 7, further comprising: a control gate electrode; and charge storage means for introducing a charge into the charge storage layer.
【請求項10】 前記半導体装置は、3値以上の記憶状
態を格納可能な多値半導体記憶装置であることを特徴と
する請求項8又は9に記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is a multi-level semiconductor memory device capable of storing three or more storage states.
【請求項11】 前記電荷蓄積手段が、 多段階に電荷量を可変させる電荷量調整手段と、 前記電荷量調整手段によって、少なくとも3種類の異な
るしきい値から選択された1つのしきい値に対応するデ
ータを前記電荷蓄積層に電荷量として導入する電荷導入
手段とを備えることを特徴とする請求項9に記載の半導
体装置。
11. The charge accumulating means includes: a charge amount adjusting means for varying a charge amount in multiple stages; and the charge amount adjusting means changing the charge amount to one threshold value selected from at least three different threshold values. 10. The semiconductor device according to claim 9, further comprising: charge introducing means for introducing corresponding data into the charge storage layer as a charge amount.
【請求項12】 前記電流制御手段が、抵抗値を可変可
能な機能を備えた可変抵抗手段を有することを特徴とす
る請求項7〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 7, wherein said current control means has a variable resistance means having a function of changing a resistance value.
【請求項13】 前記電流発生回路は、ある所定のデー
タ値に基づき電流値を可変させる手段とを備えたことを
特徴とする請求項7〜12のいずれか1項に記載の半導
体装置。
13. The semiconductor device according to claim 7, wherein said current generating circuit includes means for varying a current value based on a predetermined data value.
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