JP2002151602A - Semiconductor device, writing and reading method and integrated circuit using the semiconductor device and the method - Google Patents

Semiconductor device, writing and reading method and integrated circuit using the semiconductor device and the method

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JP2002151602A
JP2002151602A JP2000341789A JP2000341789A JP2002151602A JP 2002151602 A JP2002151602 A JP 2002151602A JP 2000341789 A JP2000341789 A JP 2000341789A JP 2000341789 A JP2000341789 A JP 2000341789A JP 2002151602 A JP2002151602 A JP 2002151602A
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writing
charge storage
gate voltage
semiconductor device
gate
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Nobutoshi Arai
暢俊 洗
Koichiro Adachi
浩一郎 足立
Hiroshi Iwata
浩 岩田
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Original Assignee
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate irregularity of a realized threshold value in each cell which is generated by irregularity of manufacturing even if writing is performed by using the same gate voltage. SOLUTION: In a semiconductor device of an MIS type structure wherein a gate part has a charge accumulating part sandwiched between insulators, the charge accumulating part is connected with a drain region via a switching element. In a writing method of data which uses the semiconductor device, charges are supplied to the charge accumulating part through an inversion layer formed by applying a gate voltage and further through a diode or the switching element.

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】本発明は記憶装置に係り、特
に電気的にデータを書き込む記憶装置に関する。より詳
細には、フローティングゲート型の記憶装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a storage device, and more particularly to a storage device for electrically writing data. More specifically, the present invention relates to a floating gate type storage device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷蓄積部を有する通常のフローティン
グゲート型のEEPROMやフラッシュメモリでは、フ
ローティングゲートと呼ばれる電荷蓄積層に電荷を蓄積
させ、記憶すべき情報の内容にあわせてメモリセルの閾
値を制御するようにしている。例えば、特開平6−13
1881号公報には、図11に示すごとく、基板10
1、ソース領域103、ドレイン領域104、ゲート電
極105、絶縁膜106、電荷蓄積部107、およびゲ
ート絶縁膜2002よりなる通常のフローティングゲー
ト型を用いた方法が示されている。それに対し多値化に
関して、特開平11−8325号公報では絶縁膜を多層
化している。
2. Description of the Related Art In a normal floating gate type EEPROM or flash memory having a charge storage portion, charges are stored in a charge storage layer called a floating gate, and the threshold value of a memory cell is controlled in accordance with the content of information to be stored. I am trying to do it. For example, JP-A-6-13
As shown in FIG. 11, the substrate 10
1, a normal floating gate type method including a source region 103, a drain region 104, a gate electrode 105, an insulating film 106, a charge storage portion 107, and a gate insulating film 2002 is shown. On the other hand, with respect to multi-value, in JP-A-11-8325, the insulating film is multilayered.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
11−8325号公報に開示されている技術において
も、通常のフローティングゲート型のメモリと同様に、
ホットエレクトロンなどの高エネルギー状態の電荷を絶
縁膜を通して電荷蓄積部に蓄積するので、コントロール
ゲートに同じ電圧を印加しても、絶縁膜の製造ばらつき
によって電荷蓄積部に蓄積される電荷量がばらつく。そ
のため、書き込み後の閾値もばらつく。さらに多値化の
場合には、絶縁膜の複層化や薄膜化が必要となり、この
ばらつきが一層拡大することになり、多値化の実用化が
困難である。本発明の目的は、複雑な構造や、制御系に
複雑な回路を持つ必要なくして、閾値ばらつきを抑える
方法を提供することにあり、さらには低消費電力性に優
れた信頼性の高い2値以上の多値記憶装置を提供するこ
とにある。
However, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-8325, like the ordinary floating gate type memory,
Since charges in a high energy state such as hot electrons are stored in the charge storage portion through the insulating film, even if the same voltage is applied to the control gate, the amount of charge stored in the charge storage portion varies due to manufacturing variations of the insulating film. Therefore, the threshold value after writing also varies. Further, in the case of multi-value, it is necessary to make the insulating film multilayer and thin, and this variation is further increased, and it is difficult to put the multi-value into practical use. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for suppressing threshold variation without requiring a complicated structure or a complicated circuit in a control system. An object of the present invention is to provide the above multi-value storage device.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、[1]ゲ
ート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄積部を有する、MI
S型構造の半導体装置において、電荷蓄積部とドレイン
領域がダイオードを介して接続されていることを特徴と
する。
According to the device of the present invention, there is provided [1] a gate portion having a charge storage portion sandwiched between insulators;
In the semiconductor device having the S-type structure, the charge accumulation portion and the drain region are connected via a diode.

【0005】[2]ゲート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄
積部を有する、MIS型構造の半導体装置において、電
荷蓄積部とドレイン領域がスイッチング素子を介して接
続されていることを特徴とする。
[2] A semiconductor device having a MIS structure in which a gate portion has a charge storage portion sandwiched between insulators, wherein the charge storage portion and the drain region are connected via a switching element. .

【0006】以下に、本発明の機構を説明する。例え
ば、図1のようなMIS型構造を有する半導体装置の一
種であるMOS型トランジスタのゲート部分に電荷蓄積
部107を挿入した構造の記憶装置において、ドレイン
領域104と電荷蓄積部107をドレイン領域104に
接続させたスイッチ素子2001を介して接続する。そ
の記憶装置において、2002はゲート絶縁膜、103
はソース領域、104はドレイン領域、105はゲート
電極、106は絶縁膜、101は基板である。108は
反転層を示しており、ゲートに閾値以上の電圧が印加さ
れていない時は存在しない。
Hereinafter, the mechanism of the present invention will be described. For example, in a memory device having a structure in which a charge storage portion 107 is inserted into a gate portion of a MOS transistor which is a kind of a semiconductor device having a MIS structure as shown in FIG. Are connected via the switch element 2001 connected to the switch. In the memory device, reference numeral 2002 denotes a gate insulating film;
Is a source region, 104 is a drain region, 105 is a gate electrode, 106 is an insulating film, and 101 is a substrate. Reference numeral 108 denotes an inversion layer, which does not exist when a voltage higher than the threshold is not applied to the gate.

【0007】書き込みを行う場合、スイッチ素子をオン
状態にしてドレイン領域104と電荷蓄積部107を電
気的に接続する。次に、ゲート電極に閾値以上の電圧を
加えると反転層108が形成される。ソース領域103
はアースに接続されており、アースよりソース領域10
3、反転層108、ドレイン領域104、スイッチ20
01を順次介して電荷蓄積部107へ電子が注入され
る。
When writing is performed, the switch element is turned on, and the drain region 104 and the charge storage section 107 are electrically connected. Next, when a voltage higher than the threshold is applied to the gate electrode, the inversion layer 108 is formed. Source area 103
Is connected to ground, and the source region 10 is connected to ground.
3, inversion layer 108, drain region 104, switch 20
The electrons are sequentially injected into the charge storage unit 107 through the line 01.

【0008】電子が注入されると、ゲート下に加わる実
効電場が減少する。言い換えれば、閾値が上昇する。あ
る程度以上に電荷注入が進むと遂には反転層が形成でき
なくなる。反転層108が消滅すれば、アースからの電
子の流入経路が遮断されるので、電荷蓄積部107への
電子注入も停止される。書き込み後は前記スイッチ素子
2001をオフ状態にすることで、電荷蓄積部107か
らの電荷のリークを防ぐ。
[0008] When electrons are injected, the effective electric field applied under the gate decreases. In other words, the threshold increases. When the charge injection proceeds more than a certain degree, the inversion layer cannot be finally formed. When the inversion layer 108 disappears, the inflow path of electrons from the ground is cut off, so that the injection of electrons into the charge storage unit 107 is also stopped. After the writing, the switch element 2001 is turned off to prevent the charge from leaking from the charge storage unit 107.

【0009】なお、上記例では電荷として電子を用いて
説明を行ったが、電荷としてホールを用いることも可能
であることは言うまでもない。この機構を用いると、書
き込み後の閾値は書き込み時のゲート電圧で決まるの
で、閾値ばらつきがないという大きな利点を有する。
In the above example, the description has been made using electrons as charges. However, it is needless to say that holes can be used as charges. When this mechanism is used, since the threshold value after writing is determined by the gate voltage at the time of writing, there is a great advantage that there is no variation in threshold value.

【0010】[3]ゲート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄
積部を有する、MIS型構造の半導体装置の書き込み方
法において、ゲート電圧印加により形成した反転層を通
り、さらに、ドレインより電荷蓄積部に電荷を供給する
ことを特徴とする。従って、前記と同様の理由により、
製膜等の製造ばらつきによる、書き込み後の閾値ばらつ
きは発生せず、たとえ製膜の製造ばらつきがあっても書
き込み後の閾値は精度よく揃えることができる。
[3] In a writing method of a semiconductor device having a MIS structure in which a gate portion has a charge storage portion sandwiched between insulators, the gate portion passes through an inversion layer formed by applying a gate voltage, and further flows from the drain to the charge storage portion. Is supplied with electric charges. Therefore, for the same reasons as above,
The threshold variation after writing does not occur due to the manufacturing variation of the film formation or the like, and the threshold value after writing can be precisely aligned even if the manufacturing variation of the film formation occurs.

【0011】[4]請求項3記載の半導体装置を用いたデ
ータの書き込み方法であって、ドレインと電荷蓄積部間
を導通状態にするステップ、ゲート電圧を印加して反転
層を形成するステップ、ドレインと電荷蓄積部間を不通
状態にするステップ、ゲート電圧の印加を停止するステ
ップ、を含むことを特徴とする。従って、前記と同様の
理由により、製膜等の製造ばらつきによる、書き込み後
の閾値ばらつきは発生せず、たとえ製膜の製造ばらつき
があっても書き込み後の閾値は精度よく揃えることがで
きる。
[4] A method for writing data using the semiconductor device according to claim 3, wherein the step of making the drain and the charge storage section conductive is a step of applying a gate voltage to form an inversion layer. The method is characterized in that the method includes a step of disconnecting the drain from the charge storage unit and a step of stopping the application of the gate voltage. Therefore, for the same reason as described above, there is no threshold variation after writing due to manufacturing variations in film formation and the like, and even after manufacturing variations in film formation, the thresholds after writing can be aligned with high accuracy.

【0012】[5]ゲート電圧と基板バイアスの組み合わ
せにより、多値記録することを特徴とする。従って、基
板バイアス効果によって閾値を変えることが可能であり
閾値を低下させることができるので、十分低いゲート電
圧でも反転層が形成され、反転層を介して書き込みを行
う装置において低ゲート電圧での書き込みが可能となり
消費電力性に優れる。
[5] Multi-level recording is performed by a combination of a gate voltage and a substrate bias. Therefore, the threshold value can be changed by the substrate bias effect and the threshold value can be lowered, so that an inversion layer is formed even at a sufficiently low gate voltage, and writing with a low gate voltage is performed in a device that performs writing through the inversion layer. Is possible, and the power consumption is excellent.

【0013】[6]ゲート電圧と基板バイアスの組み合わ
せを変えることにより、多値記録されたデータを読み出
すことを特徴とする。前記データの書き込み方法と読み
出し方法を用いれば、例えば読み出し時に閾値が低下す
るように基板バイアスを変更することにより、読み出し
時に加えるべきゲート電圧を低く設定することが可能と
なり、誤書き込みの発生する危険性を減少させることが
でき、非破壊読み出しが可能となり、信頼性と低消費電
力性が向上する。
[6] Multi-value recorded data is read by changing the combination of the gate voltage and the substrate bias. If the data writing method and the reading method are used, for example, by changing the substrate bias so that the threshold value is lowered at the time of reading, it is possible to set the gate voltage to be applied at the time of reading low, and the risk of erroneous writing occurring Performance can be reduced, non-destructive reading is possible, and reliability and low power consumption are improved.

【0014】[7]半導体装置を用いた書き込み方法であ
って、書き込みデータに応じて印加するゲート電圧また
は、基板バイアスまたは、ゲート電圧および基板バイア
スの組み合わせ、を印加するステップと、チャネル電流
を検出して閾値を判定するステップとを含むデータの書
き込み確認方法を用い、さらに書き込み不十分と判定さ
れた場合には書き込みゲート電圧を印加し続けるステッ
プと、書き込みが十分であると判定された場合には、一
連の動作を完了するステップとを有することを特徴とす
る。前記書き込み方法を用いれば、書き込みされたかど
うかの確認と書き込み不十分な時の再書き込みが同時に
行うことができ、確認動作と修正のための書き込み動作
を繰り返す必要がなく、動作回数を削減することができ
消費電力を低減できる。
[7] A writing method using a semiconductor device, wherein a step of applying a gate voltage or a substrate bias or a combination of a gate voltage and a substrate bias to be applied in accordance with write data, and detecting a channel current Using a data write confirmation method including the step of determining a threshold value, and further applying a write gate voltage when it is determined that writing is insufficient, and Comprises the step of completing a series of operations. By using the writing method, it is possible to simultaneously check whether or not writing has been performed and rewrite when writing is insufficient, eliminating the need to repeat the checking operation and the writing operation for correction, and reducing the number of operations. Power consumption can be reduced.

【0015】[8]本発明は請求項1または2記載の半導
体装置をメモリ素子として用いた集積回路である。
[8] The present invention is an integrated circuit using the semiconductor device according to claim 1 or 2 as a memory element.

【0016】[9]本発明は請求項1または2記載の半導
体装置をロジック部のトランジスタとして用いたことを
特徴とする集積回路である。
[9] The present invention is an integrated circuit using the semiconductor device according to claim 1 or 2 as a transistor of a logic section.

【0017】[10]本発明は請求項1または2記載の装
置を用いて回路間のつなぎかえを行うことを特徴とする
集積回路である。
[10] The present invention is an integrated circuit characterized in that connection between circuits is performed by using the device according to claim 1 or 2.

【0018】本発明によれば再構築可能な論理回路を用
いることにより、使用目的に適した回路を構成すること
で、処理速度、消費電力の性能向上が行える。従って、
従来のロジック部として機能することができる上に、必
要に応じて閾値を設定することにより、常時オフ状態あ
るいは常時オン状態にすることができる。本発明によっ
て、任意の箇所で回路を分離あるいは結合することが可
能となり、極めて柔軟な回路を構成できると共に、従来
のような、単なる回路ブロック間のつなぎかえのための
素子としてだけでなく、例えば演算を行うトランジスタ
としても動作するので、効率がよい。また、閾値を正確
に設定できるので、トランジスタによって異なる閾値を
設定することで、多種多様な回路を構成することができ
る。
According to the present invention, by using a reconfigurable logic circuit, it is possible to improve the processing speed and the power consumption by configuring a circuit suitable for the intended use. Therefore,
In addition to being able to function as a conventional logic unit, by setting a threshold value as needed, it can be set to an always-off state or an always-on state. According to the present invention, it is possible to separate or combine circuits at arbitrary positions, and it is possible to configure an extremely flexible circuit, and not only as a conventional element for simply connecting between circuit blocks, but also for example, Since the transistor operates as a transistor for performing calculations, the efficiency is high. In addition, since the threshold can be set accurately, various circuits can be formed by setting different thresholds depending on the transistors.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。 [実施の形態1]図2は本発明のうちダイオードを利用し
た場合の第1の実施の形態の一つの構成を概略的に示し
たものである。図2(a)は平面図であり、図2(b)は図
2(a)におけるA−A矢視断面図であり、図2(c)は図
2(a)におけるB−B矢視断面図である。図2(b)と図
2(c)の2110は層間絶縁体であり、図2(a)には図
示していない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 2 schematically shows one configuration of a first embodiment of the present invention in which a diode is used. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (c) is a sectional view taken along the line BB in FIG. 2 (a). It is sectional drawing. Reference numeral 2110 in FIGS. 2B and 2C denotes an interlayer insulator, which is not shown in FIG.

【0020】本実施の形態の特徴は、図2中のドレイン
領域104に通常のドレインコンタクト2104の他に
ドレイン領域104と反対導電型のダイオードプラグ2
119を介してダイオードコンタクト2109を有して
いることである。例えば、N型半導体とP型半導体を接
合したダイオードを形成している。さらにダイオードコ
ンタクト2109は図示しない配線と電荷蓄積部コンタ
クト2107を介して電荷蓄積部107と接続してい
る。本実施の形態の装置では、ダイオードを介している
ので容易に電荷蓄積部107に電荷が流入する一方で、
電荷蓄積部107に一旦蓄積された電荷は放出されがた
く、記憶保持特性に優れる。
The feature of the present embodiment is that a drain plug 104 is connected to the drain plug 104 of FIG.
That is, a diode contact 2109 is provided via the contact 119. For example, a diode in which an N-type semiconductor and a P-type semiconductor are joined is formed. Further, the diode contact 2109 is connected to the charge storage unit 107 via a wiring (not shown) and the charge storage unit contact 2107. In the device of the present embodiment, the charge easily flows into the charge storage unit 107 through the diode,
The electric charge once accumulated in the electric charge accumulating unit 107 is hard to be released, and is excellent in memory retention characteristics.

【0021】このようにダイオードを用いた場合、ダイ
オードを動作させるための電源等が不要でありそのため
の配線も不要である。そのため、作り込みが容易であ
り、小型化に有利である。なお図2は説明のための図で
あり本発明を限定するものではない。例えば、図3のよ
うに電荷蓄積部コンタクト2107、ダイオードコンタ
クト2109および電荷蓄積部コンタクト2107とダ
イオードコンタクト2109をつなぐ配線を用いず、電
荷蓄積部107にダイオードプラグ2119を直接接続
することにより、配線部が不要になり小型化できる。
When a diode is used as described above, a power supply for operating the diode is not required, and no wiring is required. Therefore, fabrication is easy, which is advantageous for miniaturization. FIG. 2 is a diagram for explanation, and does not limit the present invention. For example, as shown in FIG. 3, the diode plug 2119 is directly connected to the charge storage unit 107 without using the wiring connecting the charge storage unit contact 2107, the diode contact 2109, and the wiring connecting the charge storage unit contact 2107 and the diode contact 2109. Can be eliminated and the size can be reduced.

【0022】次に、図1および図2を参照し、書き込み
動作を説明する。例えば、電荷蓄積部107に電荷が蓄
えられていない場合の閾値、則ち反転層が形成されるゲ
ート電圧を2Vとする。書き込み時、ソース103に0
Vを印加しかつゲート電極105に5Vを印加すれば反
転層108が形成される。電荷はソース領域103から
供給され、反転層108、ドレイン領域104、ダイオ
ードプラグ2119、ダイオードコンタクト2109、
図示しない配線、電荷蓄積部コンタクト2107を通っ
て、電荷蓄積部107に注入される。注入が進むと閾値
が上昇し、遂には5Vに達する。ゲート電圧は5Vであ
るからこの時点で反転層が消滅する。従ってソース領域
103からドレイン領域104までの電荷供給経路が失
われ、電荷蓄積部107への注入が停止する。則ち、書
き込み後の閾値は5Vであり、ゲート電圧5Vで書き込
んだどのセルも5Vに揃っている。
Next, the write operation will be described with reference to FIGS. For example, assume that the threshold value when no charge is stored in the charge storage unit 107, that is, the gate voltage at which the inversion layer is formed is 2V. At the time of writing, 0
When V is applied and 5 V is applied to the gate electrode 105, the inversion layer 108 is formed. Charge is supplied from the source region 103, and the inversion layer 108, the drain region 104, the diode plug 2119, the diode contact 2109,
The charge is injected into the charge storage unit 107 through a wiring (not shown) and a charge storage unit contact 2107. As the injection proceeds, the threshold rises and finally reaches 5V. Since the gate voltage is 5 V, the inversion layer disappears at this point. Therefore, the charge supply path from the source region 103 to the drain region 104 is lost, and the injection into the charge storage unit 107 stops. That is, the threshold value after writing is 5 V, and all cells written with a gate voltage of 5 V are aligned with 5 V.

【0023】このようにして書き込み後の閾値は、書き
込み時のゲート電圧で決まり、製膜ばらつきによらず、
簡単な構造で閾値ばらつき押さえることができる。ま
た、消去すなわちデータ“0”を書き込む場合はダイオ
ードに逆方向電流が流れる高電圧例えば、ゲート電極に
0V、ドレイン領域104に10Vを印加し電荷蓄積部
107より電荷を引き抜く。前記記憶装置のチャネル部
を流れる電流値が規定値以下になった時に、前記ゲート
電圧の印加を停止してもよい。
As described above, the threshold value after writing is determined by the gate voltage at the time of writing, and is independent of film formation variation.
Threshold variation can be suppressed with a simple structure. When erasing, that is, writing data “0”, a high voltage at which a reverse current flows through the diode, for example, 0 V is applied to the gate electrode and 10 V is applied to the drain region 104, and the charge is extracted from the charge storage unit 107. The application of the gate voltage may be stopped when the value of the current flowing through the channel of the storage device becomes equal to or less than a specified value.

【0024】なお、前記規定値とは、原則的にオフ電流
の値に等しい。しかしながら、許容できる範囲内で前記
規定値を大きく設定することで、早く書き込み動作を終
了することができる。従って、動作速度を優先するなら
ば、前記所定の電流値を大きくし、書き込み後の閾値を
より精度よく揃えるならば、前記規定値をオフ電流の値
により近付ければよい。
The specified value is basically equal to the off-current value. However, by setting the specified value large within an allowable range, the write operation can be ended quickly. Therefore, if the operation speed is prioritized, the predetermined current value is increased, and if the threshold value after writing is more accurately aligned, the specified value may be closer to the off-current value.

【0025】また、例えば頻繁に書き換えを行うなど速
度が優先する場合と、より記憶できる情報量を増やした
など多値化や低電圧化による低消費電力化を優先する場
合など、場合や使い道により、前記規定値の設定を変更
する方法も有効である。
In addition, for example, when speed is prioritized, for example, frequent rewriting, and when priority is given to low power consumption by multi-value or low voltage, such as by increasing the amount of information that can be stored, depending on the case or usage. The method of changing the setting of the specified value is also effective.

【0026】例えば、より高速化を進める場合には、電
荷蓄積層への電荷注入が、反転層形成直後に急激に起こ
り、反転層消滅直前には電荷蓄積層への電荷注入がほと
んど起こっていないことを利用し、反転層が完全に消滅
する前に書き込みを終える方法をとる。本方法を用いて
も従来方法に比べて、電荷注入の上限は書き込みゲート
電圧で規定されるため閾値ばらつきは小さい。電荷注入
不足の可能性については、書き込み状態とする閾値の下
限を十分低く設定するか、後述するより望ましい書き込
み方法を用いることで解決される。
For example, when the speed is further increased, the charge injection into the charge storage layer occurs rapidly immediately after the formation of the inversion layer, and almost no charge injection into the charge storage layer occurs immediately before the disappearance of the inversion layer. By taking advantage of this fact, a method of finishing writing before the inversion layer completely disappears is adopted. Even when this method is used, the upper limit of the charge injection is defined by the write gate voltage as compared with the conventional method, so that the threshold variation is small. The possibility of insufficient charge injection can be solved by setting the lower limit of the threshold for the write state sufficiently low or by using a more desirable write method described later.

【0027】さらに書き込みを終えるチャネル電流値の
上限値と下限値を決めておけば、その電流値から閾値が
判定されるので、確実に閾値の範囲を決定することがで
きる。従って、書き込みを終えるチャネル電流値を決め
ておけば、書き込み時に高い電圧を加えて高速書き込み
を行い、書き込み後の閾値は前記チャネル電流値に対応
するから書き込み後の閾値は揃う。さらに望ましくは、
書き込みデータの確認を行いながら書き込む方法を用い
る。
If the upper and lower limits of the channel current value at which writing is completed are determined, the threshold value is determined from the current value, so that the range of the threshold value can be determined without fail. Therefore, if a channel current value at which writing is completed is determined, a high voltage is applied at the time of writing to perform high-speed writing. Since the threshold value after writing corresponds to the channel current value, the threshold values after writing are the same. More preferably,
A writing method is used while checking write data.

【0028】すなわち、書き込みを行ったセルに対し読
み出し動作を行い、チャネル電流が規定値未満か以上か
を判定する。チャネル電流が規定値以上であれば、再度
書き込み動作を行う。以上の確認ステップをチャネル電
流が規定値未満になるまで繰り返す。ここで規定値とは
チャネルがオン状態かオフ状態であるかを判断する値
で、ゼロに近い値であるが、特に詳しくは閾値電圧を加
えた時のチャネル電流値に近い値とすることが望まし
い。
That is, a read operation is performed on the written cell to determine whether the channel current is less than or equal to a specified value. If the channel current is equal to or more than the specified value, the writing operation is performed again. The above confirmation steps are repeated until the channel current becomes less than the specified value. Here, the specified value is a value for judging whether the channel is in the on state or the off state, and is a value close to zero, but more specifically, a value close to the channel current value when a threshold voltage is added. desirable.

【0029】本発明の記憶装置では次の方法も有効であ
る。すなわち、上記書き込み確認ステップにおいて、読
み出し動作を行えば、書き込み不足のセルではチャネル
電流が規定値以上になると共に該セルの電荷蓄積層にキ
ャリアの注入が起こる。すなわち、書き込み動作と同じ
現象が起こる。従って、読み出し動作をチャネル電流が
規定値未満になるまで続けることによって書き込み確認
ステップとすれば、繰り返し動作が不要となり望まし
い。
The following method is also effective in the storage device of the present invention. That is, if a read operation is performed in the write confirmation step, the channel current of the insufficiently written cell becomes equal to or more than the specified value, and carriers are injected into the charge storage layer of the cell. That is, the same phenomenon as the write operation occurs. Therefore, if the read operation is continued until the channel current becomes less than the specified value to perform the write confirmation step, the repetitive operation becomes unnecessary, which is desirable.

【0030】このように確認動作と再書き込み動作を同
時に行うので、処理速度を速めることができる。確認動
作と修正のための書き込み動作を繰り返す必要がなく、
動作回数を削減することができ消費電力を低減できる。
Since the checking operation and the rewriting operation are performed at the same time, the processing speed can be increased. There is no need to repeat the confirmation operation and the write operation for correction,
The number of operations can be reduced, and power consumption can be reduced.

【0031】以下で一例をもって説明する。例えば、読
み出し動作時のソース、ドレイン電圧と書き込み動作時
のゲート電圧を加える。すでに十分に書き込みが行われ
ていれば、閾値は印加したゲート電圧以上であり反転層
は形成されないので、チャネルはオフ状態である。一
方、書き込みが不十分であれば閾値は印加したゲート電
圧以下であり反転層が形成されチャネルはオン状態とな
り、規定値以上のチャネル電流が流れると共に、電荷蓄
積層にキャリアの注入が起こる。前記ゲート電圧を印加
し続ければ、電荷蓄積層にキャリアの注入が進んで次第
に閾値が上昇する。前記閾値が印加したゲート電圧に達
した時点で反転層が消滅してチャネルはオフ状態となる
ので、チャネル電流値は規定値以下となる。従って、チ
ャネル電流値を検出し、規定値以下になるまで読み出し
動作時のソース、ドレイン電圧と書き込み動作時のゲー
ト電圧を加え続けることで、書き込みされたかどうかの
確認と書き込み不十分な時の再書き込みが同時に行うこ
とができる。
An example will be described below. For example, source and drain voltages during a read operation and a gate voltage during a write operation are added. If the writing has already been sufficiently performed, the threshold value is higher than the applied gate voltage and the inversion layer is not formed, so that the channel is off. On the other hand, if writing is insufficient, the threshold value is equal to or lower than the applied gate voltage, an inversion layer is formed, the channel is turned on, a channel current of a specified value or more flows, and carriers are injected into the charge storage layer. If the gate voltage is continuously applied, the injection of carriers into the charge storage layer proceeds, and the threshold gradually increases. When the threshold reaches the applied gate voltage, the inversion layer disappears and the channel is turned off, so that the channel current value becomes equal to or less than the specified value. Therefore, by detecting the channel current value and continuing to apply the source and drain voltages during the read operation and the gate voltage during the write operation until the channel current value becomes equal to or less than the specified value, it is possible to confirm whether or not the write operation has been completed and to re-execute when the write operation is insufficient. Writing can be performed simultaneously.

【0032】次に、読み出し動作を説明する。まず、メ
モリセルからデータを読み出す時のゲート電圧Vrを設
定する。本実施の形態では書き込みが行われていないセ
ルの閾値電圧を2V程度、書き込みが行われているセル
の閾値を5V程度とした。次に、ゲート電圧Vrとして
3Vを印加する。次に、適当なドレイン電圧下でソース
領域103とドレイン領域104との間を流れるドレイ
ン電流をセンスアンプ等で検出し、閾値が3V以上であ
るか否かを判定する。チャネル領域に規定値以上の電流
が流れない場合には、閾値は3V以上で該メモリセルに
は書き込みが行われていると判定される。反対に規定値
以上の電流が流れる場合には、閾値は3V未満で該メモ
リセルには書き込みがされていないと判定される。
Next, the read operation will be described. First, to set the gate voltage V r for reading the data from the memory cell. In this embodiment mode, the threshold voltage of a cell to which writing is not performed is about 2 V, and the threshold of a cell to which writing is performed is about 5 V. Next, apply a 3V as the gate voltage V r. Next, a drain current flowing between the source region 103 and the drain region 104 under an appropriate drain voltage is detected by a sense amplifier or the like, and it is determined whether or not the threshold value is 3 V or more. When a current equal to or greater than the specified value does not flow through the channel region, the threshold value is 3 V or more, and it is determined that the memory cell is being written. Conversely, when a current equal to or more than the specified value flows, the threshold value is less than 3 V, and it is determined that the memory cell has not been written.

【0033】なおダイオードを用いる場合は、ドレイン
領域104に加える電圧は、ダイオードの接合降伏が起
こらない限り、電荷蓄積部107に蓄積される電荷は保
持される。
When a diode is used, the voltage applied to the drain region 104 retains the charge stored in the charge storage unit 107 unless junction breakdown of the diode occurs.

【0034】[実施の形態2]図4は本発明のうちスイッ
チング素子を利用した場合の実施の形態の一つの構成を
概略的に示したものである。本実施の形態ではスイッチ
ング素子としてトランジスタを用いている。図4(a)は
平面図であり、図4(b)は図4(a)におけるA−A矢視
断面図であり、図4(c)は図4(a)におけるB−B矢視
断面図である。図4(b)と図4(c)の2110は層間絶
縁体であり、図4(a)には図示していない。
[Embodiment 2] FIG. 4 schematically shows one configuration of an embodiment of the present invention in which a switching element is used. In this embodiment mode, a transistor is used as a switching element. 4 (a) is a plan view, FIG. 4 (b) is a sectional view taken along the line AA in FIG. 4 (a), and FIG. 4 (c) is a sectional view taken along the line BB in FIG. 4 (a). It is sectional drawing. Reference numeral 2110 in FIGS. 4B and 4C denotes an interlayer insulator, which is not shown in FIG. 4A.

【0035】本実施の形態の特徴は、図4(c)中のドレ
イン領域104にトランジスタ2302を接続している
ことである。例えば、ドレイン領域104をトランジス
タ2302のソース領域として共用し、トランジスタ2
302のドレイン領域2304を有する(すなわち、2
304はトランジスタ2302のドレイン領域であ
る)。さらにドレイン領域2304はドレインコンタク
ト2314、図示しない配線と電荷蓄積部コンタクト2
107を介して電荷蓄積部107と接続している。本実
施の形態の装置では、トランジスタを介しているのでト
ランジスタ2302を導通状態とすることで容易に電荷
蓄積部107に電荷が流入する一方で、トランジスタ2
302を不通状態とすることで電荷蓄積部107に一旦
蓄積された電荷は放出されがたく、記憶保持特性に優れ
る。なお本実施の形態ではスイッチング素子としてMO
S型トランジスタの例を示したが、それに限定されない
のは明らかである。
A feature of this embodiment is that a transistor 2302 is connected to the drain region 104 in FIG. For example, the drain region 104 is shared as the source region of the transistor 2302,
302 having a drain region 2304 (ie, 2
304 is a drain region of the transistor 2302). Further, the drain region 2304 includes a drain contact 2314, a wiring (not shown) and a charge storage portion contact 2
It is connected to the charge storage unit 107 via 107. In the device of this embodiment mode, since the transistor 2302 is turned on, the charge easily flows into the charge storage portion 107 because the transistor 2302 is connected.
By making the state 302 non-conductive, the electric charge once accumulated in the electric charge accumulating unit 107 is hard to be released, and is excellent in memory retention characteristics. In the present embodiment, MO is used as the switching element.
Although an example of an S-type transistor has been described, it is apparent that the present invention is not limited to this.

【0036】スイッチング素子を用いた場合、スイッチ
ング素子をオン・オフすることにより、容易に書き込み
セルと非書き込みセルの選択が容易であるうえに、誤っ
てゲート電極や、ドレイン領域に高電圧がかかっても保
持状態が保持され、利便性と信頼性に優れる。
When a switching element is used, it is easy to select a writing cell and a non-writing cell by turning the switching element on and off, and a high voltage is applied to the gate electrode and the drain region by mistake. Even if the holding state is maintained, the convenience and reliability are excellent.

【0037】次に、書き込み動作を説明する。例えば電
荷蓄積部107に電荷が蓄えられていない場合の閾値、
則ち反転層が形成されるゲート電圧を2Vとする。書き
込み時、ソース領域103に0Vを印加しかつゲート電
極105に5Vを印加すれば反転層108が形成され
る。さらにトランジスタ2302を導通状態することで
電荷はソース領域103から供給され、反転層108、
ドレイン領域104、トランジスタ2302のチャネル
領域、ドレイン領域2304、ドレインコンタクト23
14、図示しない配線、電荷蓄積部コンタクト2107
を通って、電荷蓄積部107に注入される。注入が進む
と閾値が上昇し、遂には5Vに達する。ゲート電圧は5
Vであるからこの時点で反転層が消滅する。従って、ソ
ース領域103からドレイン領域104までの電荷供給
経路が失われ、電荷蓄積部107への注入が停止する。
則ち、書き込み後の閾値は5Vであり、ゲート電圧5V
で書き込んだどのセルも5Vに揃っている。次に、トラ
ンジスタ2302を不通状態にする。
Next, the write operation will be described. For example, a threshold value when no charge is stored in the charge storage unit 107,
That is, the gate voltage at which the inversion layer is formed is 2V. At the time of writing, if 0 V is applied to the source region 103 and 5 V is applied to the gate electrode 105, the inversion layer 108 is formed. Further, when the transistor 2302 is turned on, charge is supplied from the source region 103 and the inversion layer 108,
Drain region 104, channel region of transistor 2302, drain region 2304, drain contact 23
14. Wiring not shown, contact 2107 for charge storage portion
And is injected into the charge storage unit 107. As the injection proceeds, the threshold rises and finally reaches 5V. Gate voltage is 5
Since it is V, the inversion layer disappears at this point. Therefore, the charge supply path from the source region 103 to the drain region 104 is lost, and the injection into the charge storage unit 107 stops.
That is, the threshold value after writing is 5 V, and the gate voltage is 5 V
All the cells written in are aligned at 5V. Next, the transistor 2302 is turned off.

【0038】これにより、ゲート電圧の印加を停止して
も、電荷蓄積部107内に蓄積された電子は保持され
る。
Thus, even if the application of the gate voltage is stopped, the electrons stored in the charge storage unit 107 are retained.

【0039】次に、ゲート電圧の印加を停止する。この
ようにして書き込み後の閾値は、書き込み時のゲート電
圧で決まり、製膜ばらつきによらず、簡単な構造で閾値
ばらつきを押さえることができる。また、消去すなわち
データ“0”を書き込む場合は電荷蓄積部107より電
荷を引き抜く方向に電場が生じるような電圧、例えばゲ
ート電圧0V、ドレイン領域104に5V印加し、トラ
ンジスタを導通状態にして、電荷蓄積部107より電荷
を引き抜く。トランジスタを用いた場合、消去時に必要
な電圧が低くてよいという利点を有する。さらに望まし
くは、実施の形態1と同様に書き込みデータの確認を行
いながら書き込む方法を用いる。ただし本実施の形態の
場合には、ゲート電圧を印加する時に、スイッチング素
子を導通状態にする動作、書き込みが正しく判断された
後にスイッチング素子を不通状態にする動作が加わる。
読み出し方法についてはダイオードを用いる方法と同様
である。スイッチング素子を用いているので、スイッチ
ング素子を不通状態にしておけば電荷蓄積部107に蓄
積される電荷は保持され好ましい。またスイッチング素
子を用いているので、書き込みセルと非書き込みセルの
選択および読み出しセルと非読み出しセルの選択が容易
である。なお、図4は説明のための図であり本発明を限
定するものではない。
Next, the application of the gate voltage is stopped. In this way, the threshold value after writing is determined by the gate voltage at the time of writing, and the variation in threshold value can be suppressed with a simple structure regardless of the film formation variation. In the case of erasing, that is, writing data “0”, a voltage that generates an electric field in a direction of extracting charges from the charge storage unit 107, for example, a gate voltage of 0 V and a voltage of 5 V to the drain region 104 is applied to turn on the transistor, The charge is extracted from the storage unit 107. When a transistor is used, there is an advantage that a voltage required for erasing may be low. More preferably, a method of writing while confirming write data is used as in the first embodiment. However, in the case of this embodiment, an operation of turning on the switching element when a gate voltage is applied and an operation of turning off the switching element after writing is correctly determined are added.
The reading method is the same as the method using a diode. Since the switching element is used, it is preferable to keep the switching element in a non-conductive state, since the electric charge accumulated in the electric charge accumulating unit 107 is retained. Further, since a switching element is used, selection of a write cell and a non-write cell and selection of a read cell and a non-read cell are easy. FIG. 4 is a diagram for explanation, and does not limit the present invention.

【0040】本発明に基づいて製造されたメモリセル
は、以下に詳述するように、書き込み後の閾値のばらつ
きを小さくすることができ、低電圧化と多値化を容易に
行うことができる。即ち、電荷が電荷蓄積部に注入され
るに従い反転層が消滅することを利用して、注入を停止
させるので、注入時のゲート電圧をVgとすれば、注入
後即ち書き込み後の閾値は正確にVgとすることができ
る。従って、閾値ばらつきのための動作マージンを小さ
くすることができる。データ記憶時の閾値をデータ書き
込み時の書き込み電圧に正確に揃えることができ、製造
ばらつきによらず非常に信頼性が高い。また、書き込み
電圧を細かく変化させることができるので、低電圧で多
値レベルの記憶装置を実現できる。
As will be described in detail below, the memory cell manufactured according to the present invention can reduce the variation in the threshold value after writing, and can easily reduce the voltage and increase the number of levels. . In other words, the injection is stopped by utilizing the fact that the inversion layer disappears as the charges are injected into the charge storage portion. Therefore, if the gate voltage at the time of the injection is set to V g , the threshold value after the injection, that is, after the writing, is accurate. Vg . Therefore, an operation margin for threshold variation can be reduced. The threshold value at the time of data storage can be accurately aligned with the write voltage at the time of data writing, and the reliability is extremely high regardless of manufacturing variations. Further, since the write voltage can be finely changed, a multi-level memory device with a low voltage can be realized.

【0041】[実施の形態3]半導体装置として、実施の
形態1と同じものを用いて多値記録することも可能であ
る。多値記録の方法の実施の形態の一つについて説明す
る。書き込みデータ(の値)に応じて印加するゲート電圧
を変えることにより、多値記録する。
[Third Embodiment] As a semiconductor device, the same device as that of the first embodiment can be used for multi-value recording. One embodiment of the multi-value recording method will be described. Multi-value recording is performed by changing the gate voltage applied according to (the value of) the write data.

【0042】従って、たとえ多値化が進んでも、ゲート
電圧を高くすることで対応できる。多値化を行う場合、
書き込みデータ(の値)に応じて印加するゲート電圧を適
当な値に設定することで実現可能になる。特に本発明に
よれば、書き込み時の閾値のばらつきを極めて小さくす
ることができるので、多値化のステップを小さくでき
(書き込み電圧を細かく変化させることができ)、言い
換えれば低電圧で多値メモリを実現することが可能とな
る。
Therefore, even if the number of values increases, the problem can be solved by increasing the gate voltage. When performing multi-value conversion,
This can be realized by setting the gate voltage applied according to (the value of) the write data to an appropriate value. In particular, according to the present invention, the variation of the threshold value at the time of writing can be made extremely small, so that the step of multi-leveling can be reduced (the writing voltage can be finely changed). Can be realized.

【0043】まず実施の形態1のダイオードを用いた本
発明による多値記録方法を説明する。まず、何も書き込
みがなされていない場合を考える。この時の閾値はVth
とする。
First, a multilevel recording method according to the present invention using the diode of the first embodiment will be described. First, consider the case where nothing has been written. The threshold at this time is V th
And

【0044】次に、データとして“1”を書き込む場
合、ソース領域103を接地電位とする。ゲート電極1
05に印加する電圧はVth以上の適当な値を設定し、例
えばV w1を印加する。この時、ゲート絶縁膜102下に
は反転層108が形成され、電荷が供給される。かつダ
イオードは、ドレイン領域104から電荷蓄積部107
に電荷を注入する方向が、順方向として作り込まれてお
り、電荷通過可能となっているので、反転層108およ
びドレイン領域104を介して電荷はダイオードを通過
し、電荷蓄積部107に注入され、蓄積される。
Next, when writing "1" as data,
In this case, the source region 103 is set to the ground potential. Gate electrode 1
05 is VthSet the appropriate values above and set an example
For example, V w1Is applied. At this time, under the gate insulating film 102,
Is formed with an inversion layer 108 and supplied with electric charge. Katsuda
Iodine is transferred from the drain region 104 to the charge storage portion 107.
The direction of injecting charge into the
Charge passing through, the inversion layer 108 and
Charge passes through the diode through the drain region 104
Then, the charge is injected into the charge storage unit 107 and stored.

【0045】電荷蓄積部107に電荷が蓄積されるに従
い、ゲート絶縁膜102に加わる実効電圧は低下する。
言い換えれば閾値が上昇する。閾値がVw1に達すれば反
転層108は消滅するので、ドレイン領域104に電荷
は供給されない。従って、ダイオードを介して電荷蓄積
部107へ注入され得る電荷がほとんど存在せず、電荷
蓄積部107への電荷の注入は停止する。これはメモリ
セルにデータ“1”が記憶されたことを意味する。この
後、電圧の印加を停止してもダイオードによって電荷蓄
積部107から電荷は流出しない。
As charges are stored in the charge storage section 107, the effective voltage applied to the gate insulating film 102 decreases.
In other words, the threshold increases. When the threshold reaches V w1 , the inversion layer 108 disappears, so that no charge is supplied to the drain region 104. Therefore, there is almost no charge that can be injected into the charge storage unit 107 via the diode, and the injection of the charge into the charge storage unit 107 stops. This means that data "1" is stored in the memory cell. Thereafter, even if the application of the voltage is stopped, the charge does not flow out of the charge storage unit 107 by the diode.

【0046】同様にデータ“2”を書き込む場合、ソー
ス領域103を接地電位とする。ゲート電極105には
例えばVw2を印加する。ここで同様にVw2>Vw1とす
る。この時、ゲート絶縁膜102下には反転層108が
形成され、同様に電荷が供給される。いずれ同様に電荷
蓄積部107への電荷の注入は停止する。これはメモリ
セルにデータ“2”が記憶されたことを意味する。
Similarly, when writing data "2", the source region 103 is set to the ground potential. For example, V w2 is applied to the gate electrode 105. Here, it is also assumed that V w2 > V w1 . At this time, an inversion layer 108 is formed below the gate insulating film 102, and a charge is similarly supplied. In any case, similarly, the injection of charges into the charge storage unit 107 stops. This means that data "2" has been stored in the memory cell.

【0047】次に、スイッチング素子、例えばトランジ
スタを用いた本発明による多値記録方法の実施の形態の
一つを説明する。ダイオードを用いる方法とほぼ同じで
あるが、ゲート電圧印加後、トランジスタをオンにする
動作を行う。トランジスタは導通状態になるので、反転
層108およびドレイン領域104を介して電荷はトラ
ンジスタを通過し、電荷蓄積部107に注入され、蓄積
される。
Next, one embodiment of the multilevel recording method according to the present invention using a switching element, for example, a transistor, will be described. This is almost the same as the method using a diode, except that the operation of turning on the transistor is performed after the gate voltage is applied. Since the transistor is turned on, electric charge passes through the transistor through the inversion layer 108 and the drain region 104, is injected into the electric charge accumulating portion 107, and is accumulated.

【0048】また、メモリセルにデータ“1”が記憶さ
れた後、トランジスタをオフにして不通状態にする。そ
の後、書き込み電圧の印加を停止する。データ“2”を
書き込む場合も同様である。
After the data "1" is stored in the memory cell, the transistor is turned off to turn off the transistor. Thereafter, the application of the write voltage is stopped. The same applies to the case of writing data “2”.

【0049】次に、多値記録されたデータの読み出し方
法について説明する。本実施の形態では図5に示すよう
な閾値分布特性になる。書き込みがなされていないセ
ル、即ちデータ“0”を記憶しているセルの閾値はVw0
であるとする。
Next, a method of reading multi-value recorded data will be described. In this embodiment, the threshold distribution characteristics are as shown in FIG. The threshold value of a cell to which data has not been written, that is, a cell storing data “0” is V w0.
And

【0050】同様にデータ“1”を記憶しているセルの
閾値はVw1であるとする。まず、読み出し電圧VrをV
w0<Vr≪Vw1を満たす値に設定する。次に、ゲートに
rを印加する。この時、ソース領域103とドレイン
領域104との間に適切な電圧を印加しておく。適切な
電圧とは、接合降伏など素子として好ましくない現象が
起こらない程度の通常に用いる電圧である。
Similarly, it is assumed that the threshold value of the cell storing the data “1” is V w1 . First, the read voltage Vr is set to V
w0 is set to a value that satisfies the <V r «V w1. Next, Vr is applied to the gate. At this time, an appropriate voltage is applied between the source region 103 and the drain region 104. The appropriate voltage is a normally used voltage that does not cause undesired phenomena as an element such as junction breakdown.

【0051】次に、ソース領域103とドレイン領域1
04との間のチャネル領域を流れる電流をセンスアンプ
等で検出する。チャネル領域に規定値以上の十分に電流
が流れた場合には、メモリセルの記憶状態は、データ
“0”を記憶していると判定される。逆にチャネル領域
に規定値以上の電流が流れない場合には、メモリセルに
はデータ“1”または“2”が記憶されていると判定さ
れ、次のステップに進む。データ“2”を記憶している
セルの閾値はVw2であるとする。読み出し電圧Vr2をV
w1<Vr2≪Vw2を満たす値に設定しておく。Vr2を印加
する。この時、ソース領域103とドレイン領域104
との間に適切な電圧、例えばここでは0.5Vを印加し
ておく。
Next, the source region 103 and the drain region 1
A current flowing through the channel region between the current detecting circuit and the current detecting circuit is detected by a sense amplifier or the like. When a sufficient current equal to or more than the specified value flows in the channel region, it is determined that the storage state of the memory cell is storing data “0”. Conversely, if a current equal to or greater than the specified value does not flow through the channel region, it is determined that data “1” or “2” is stored in the memory cell, and the process proceeds to the next step. It is assumed that the threshold value of the cell storing the data “2” is V w2 . Read voltage Vr2 to V
w1 <is set to a value that satisfies the V r2 «V w2. Apply Vr2 . At this time, the source region 103 and the drain region 104
, An appropriate voltage, for example, 0.5 V is applied here.

【0052】次は、ソース領域103とドレイン領域1
04との間に流れるドレイン電流をセンスアンプ等で検
出する。チャネル領域に規定値以上の電流が流れた場合
には、メモリセルの記憶状態は、デーダ“1”を記憶し
ていると判定される。逆にチャネル領域に規定値以上の
電流が流れない場合には、メモリセルにはデータ“2”
が記憶されていると判定される。本発明によれば、多値
レベルデータの書き込み、読み出しができる。本実施の
形態では3値の場合を説明したが、4値以上の場合も同
様の方法で実現できる。
Next, the source region 103 and the drain region 1
04 is detected by a sense amplifier or the like. If a current equal to or greater than the specified value flows through the channel region, it is determined that the storage state of the memory cell is storing data “1”. Conversely, if a current equal to or greater than the specified value does not flow through the channel region, data "2" is stored in the memory cell.
Is determined to be stored. According to the present invention, writing and reading of multilevel data can be performed. In the present embodiment, the case of three values has been described, but the case of four or more values can be realized by the same method.

【0053】[実施の形態4]次に、本発明のうち基板バ
イアスを用いるものについての実施の形態を、多値記録
されたデータを読み出す方法を一例として、図6を参照
しながら説明する。本実施の形態では図5に示すような
閾値分布特性になる。閾値電圧は基板にバイアスを加え
たとき、基板バイアス効果により低下する。ここでMO
S型トランジスタの反転閾値電圧Vth(以下、「閾値」
と略記する場合がある。)と基板バイアスVbとの関係を
簡略化した式で表すと、以下の式(1)で示される。 Vth=2Φb+VFB+(2qNSWεS(2Φb−Vb))1/2/COX …(1)
[Embodiment 4] Next, an embodiment of the present invention which uses a substrate bias will be described with reference to FIG. 6 as an example of a method of reading multi-value recorded data. In this embodiment, the threshold distribution characteristics are as shown in FIG. The threshold voltage decreases when a bias is applied to the substrate due to the substrate bias effect. Here MO
Inversion threshold voltage V th (hereinafter, “threshold”) of an S-type transistor
May be abbreviated. ) And the substrate bias Vb can be expressed by a simplified equation, which is expressed by the following equation (1). V th = 2Φ b + V FB + (2qN SW ε S (2Φ b −V b )) 1/2 / C OX (1)

【0054】ここで、Φbはフェルミポテンシャル、N
SWは浅いウェル領域の不純物濃度、εSは浅いウェル領
域の誘電率、qは電子の電荷量、COXは単位面積当たり
のゲート絶縁膜容量、VFBはフラットバンド電圧であ
る。浅いウェル領域が順方向にバイアスされた場合、上
記(1)式に示されるように、閾値電圧の絶対値が小さく
なる。
Where Φb is the Fermi potential, N
SW is the impurity concentration in the shallow well region, εS is the dielectric constant of the shallow well region, q is the amount of electron charge, C OX is the gate insulating film capacitance per unit area, and V FB is the flat band voltage. When the shallow well region is biased in the forward direction, the absolute value of the threshold voltage decreases as shown in the above equation (1).

【0055】本実施の形態では基板バイアスの値をV
br1とする。Vbr1による閾値の低下△Vt1は(1)式より
おおよそ △Vt1=(2qNSWεSbr1)1/2/COX …(2) となる。書き込みがなされていないセル、即ちデータ
“0”を記憶しているセルの閾値は基板バイアスがない
とき、Vth0として、基板バイアスVbr1が印加されてい
るときの閾値Vtr1はおよそ Vtr1=Vth0+△Vt1= 2Φb+VFB+(2qNSWεS)1/2(2Φb)1/2−(Vbr1)1/2)/COX…(3) となる。同様にデータ“1”を記憶しているセルの閾値
は基板バイアスがないとき、V’w1として基板バイアス
br1が印加されているときの閾値Vwr1はおよそ Vwr1=V’w1+△Vt1…(4) となる。
In this embodiment, the value of the substrate bias is V
br1 . The decrease of the threshold value ΔV t1 due to V br1 is approximately ΔV t1 = (2qN SW ε S V br1 ) 1/2 / C OX (2) from the equation (1). The threshold value of a cell to which data has not been written, that is, a cell storing data “0” is V th0 when there is no substrate bias, and the threshold V tr1 when the substrate bias V br1 is applied is approximately V tr1 = V th0 + △ V t1 = 2Φ b + V FB + (2qN SW ε S ) 1/2 (2Φ b ) 1/2 − (V br1 ) 1/2 ) / C OX (3) Similarly when there is no threshold bias of cells storing data "1", "threshold V wr1 approximately V wr1 = V when the substrate bias V br1 is applied as w1 'V w1 + △ V t1 (4)

【0056】まず、S101では読み出し電圧VrをV
tr1<Vr<Vwr1を満たすように設定する。次に、S1
02で基板バイアスVbr1を印加し、S103でVrを印
加する。この時、ソース領域103とドレイン領域10
4との間に適切な電圧を印加しておく。また、S102
とS103は同時でもかまわない。
[0056] First of all, S101 a read voltage V r in V
tr1 <set so as to satisfy the V r <V wr1. Next, S1
Applying a substrate bias V br1 02, applying a V r at S103. At this time, the source region 103 and the drain region 10
4 and an appropriate voltage is applied in advance. Also, S102
And S103 may be performed simultaneously.

【0057】次のステップS104では、ソース領域1
03とドレイン領域104との間のチャネル領域を流れ
る電流をセンスアンプ等で検出する。チャネル領域に規
定値以上の電流が流れた場合には、メモリセルの記憶状
態は、データ“0”を記憶していると判定される(S1
05)。逆に、チャネル領域に規定値以上の電流が流れ
ない場合には、メモリセルにはデーダ“1”または
“2”が記憶されていると判定され(S106)、次の
ステップに進む。
In the next step S104, the source region 1
The current flowing through the channel region between the drain region 03 and the drain region 104 is detected by a sense amplifier or the like. If a current equal to or more than the specified value flows in the channel region, it is determined that the storage state of the memory cell is storing data "0" (S1).
05). Conversely, if no current equal to or greater than the specified value flows in the channel region, it is determined that data “1” or “2” is stored in the memory cell (S106), and the process proceeds to the next step.

【0058】次のステップS107では、基板バイアス
br2を印加する。Vbr2による閾値の低下△Vt2は(1)
式よりおおよそ Vt2=VFB+(2qNSWεSbr2)1/2/COX…(5) となる。データ“1”を記憶しているセルの閾値は基板
バイアスがないとき、V’w1であるから基板バイアスV
br2が印加されているときの閾値Vw1r2はおおよそ Vw1r2=V’w1+△Vt2…(6) となる。
In the next step S107, a substrate bias Vbr2 is applied. The decrease in threshold value due to V br2 △ V t2 is (1)
Roughly a V t2 = V FB + (2qN SW ε S V br2) 1/2 / C OX ... (5) from the equation. The threshold value of the cell storing the data “1” is V ′ w1 when there is no substrate bias.
The threshold value V w1r2 when br2 is applied is approximately V w1r2 = V ′ w1 + △ V t2 (6).

【0059】同様にデータ“2”を記憶しているセルの
閾値は基板バイアスがないとき、V’w2であるから基板
バイアスVbr2が印加されているときの閾値Vw2r2はお
およそ Vw2r2=V’w2+△Vt2…(7) となる。読み出し電圧Vr2をVw1r2<Vr2<Vw2r2を満
たす値に設定しておく。Vr2はVr2=Vrとなるように
設定するもできる。ステップS107で基板バイアスV
br2を印加し、ステップS108でVr2を印加する。こ
の時、ソース領域103とドレイン領域104との間に
適切な電圧を印加しておく。
[0059] Similarly data threshold store that cell "2" when there is no substrate bias, the threshold V W2r2 an approximate V w2r2 = V when the substrate bias V br2 because it is V 'w2 is applied ' w2 + △ V t2 (7) The read voltage V r2 is set to a value that satisfies V w1r2 <V r2 <V w2r2 . V r2 can be set so that V r2 = V r . In step S107, the substrate bias V
applying a br2, applying a V r2 at step S108. At this time, an appropriate voltage is applied between the source region 103 and the drain region 104.

【0060】次のステップS109では、ソース領域1
03とドレイン領域104との間に流れるドレイン電流
をセンスアンプ等で検出する。チャネル領域に規定値以
上の電流が流れた場合には、メモリセルの記憶状態は、
デーダ“1”を記憶していると判定される。逆にチャネ
ル領域に規定値以上の電流が流れない場合には、メモリ
セルにはデータ“2”が記憶されていると判定される。
In the next step S109, the source region 1
A drain current flowing between the drain region 03 and the drain region 104 is detected by a sense amplifier or the like. When a current equal to or greater than the specified value flows in the channel region, the storage state of the memory cell is
It is determined that data “1” is stored. Conversely, when a current equal to or greater than the specified value does not flow through the channel region, it is determined that data “2” is stored in the memory cell.

【0061】本方法を用いれば、基板バイアスを加えな
い場合に比べ、ゲート電圧に高電圧を必要とせず、低い
ゲート電圧で読み出しが可能となり、誤書き込みの発生
する危険性を減少させることができ、信頼性と低消費電
力性とが向上する。さらに、ワードラインが共通の、則
ちゲート電極が同一配線につながっていて、別々にゲー
ト電圧を印加できないセルでも、基板バイアスを別々に
印加できれば、一括して読み出すことができ、高速化で
きる。以上読み出しの方法を例に挙げたが、書き込みの
方法においても基板バイアスを加える方法を用いること
ができて、例えば低ゲート電圧で書き込むことが可能で
ある。
According to this method, as compared with the case where no substrate bias is applied, a high gate voltage is not required and reading can be performed with a low gate voltage, and the risk of erroneous writing can be reduced. , Reliability and low power consumption are improved. Furthermore, even in a cell having a common word line, that is, a gate electrode connected to the same wiring, and a gate voltage cannot be applied separately, if a substrate bias can be applied separately, reading can be performed collectively and the speed can be increased. Although the reading method has been described as an example, a method of applying a substrate bias can also be used in the writing method, and for example, writing can be performed with a low gate voltage.

【0062】さらに、実施の形態1での書き込み方法と
同様の手法で、図7のように基板バイアスを用いること
ができる。即ち、書き込みを行ったセルに対し確認用の
基板バイアス下で読み出し動作を行い、チャネル電流が
規定値未満か以上かを判定する。スイッチング素子を用
いる場合には、ステップS153とS154との間にス
イッチング素子を導通状態にするステップ、S155の
後にスイッチング素子を不通状態にするステップが加わ
る。読み出し動作をチャネル電流が規定値未満になるま
で続ける。さらに詳しくは、通常の読み出し動作時に
は、電荷蓄積層への書き込みを防止していたものを、例
えば基板バイアスを書き込み動作時と同じバイアスにす
ることで、反転層が形成された場合には、電荷蓄積層へ
の書き込みが実行されるように設定する。
Further, a substrate bias can be used as shown in FIG. 7 by the same method as the writing method in the first embodiment. That is, a read operation is performed on the written cell under a substrate bias for confirmation, and it is determined whether the channel current is less than or equal to a specified value. When a switching element is used, a step of bringing the switching element into a conductive state between steps S153 and S154 and a step of putting the switching element into a non-conductive state after S155 are added. The read operation is continued until the channel current becomes less than the specified value. More specifically, during the normal read operation, the one that prevented writing to the charge storage layer is replaced by, for example, setting the substrate bias to the same bias as that during the write operation. Set so that writing to the storage layer is executed.

【0063】例えば、読み出し動作時のソース、ドレイ
ン電圧と書き込み動作時のゲート電圧、基板電圧を加え
る。すでに十分に書き込みが行われていれば、閾値は印
加したゲート電圧以上であり反転層は形成されないの
で、チャネルはオフ状態である。一方、書き込みが不十
分であれば閾値は印加したゲート電圧以下であり反転層
が形成されチャネルはオン状態となり、規定値以上のチ
ャネル電流が流れると共に、電荷蓄積層にキャリアの注
入が起こる。前記ゲート電圧を印加し続ければ、電荷蓄
積層にキャリアの注入が進んで次第に閾値が上昇する。
前記閾値が印加したゲート電圧に達した時点で反転層が
消滅しチャネルはオフ状態となるので、チャネル電流値
は規定値以下となる。従って、チャネル電流値を観測
し、規定値以下になるまで読み出し動作時のソース、ド
レイン電圧と書き込み動作時のゲート電圧、基板電圧を
加え続けることで、書き込みされたかどうかの確認と書
き込み不十分な時の再書き込みとが同時に行うことがで
きる。
For example, a source / drain voltage during a read operation and a gate voltage and a substrate voltage during a write operation are applied. If the writing has already been sufficiently performed, the threshold value is higher than the applied gate voltage and the inversion layer is not formed, so that the channel is off. On the other hand, if writing is insufficient, the threshold value is equal to or lower than the applied gate voltage, an inversion layer is formed, the channel is turned on, a channel current of a specified value or more flows, and carriers are injected into the charge storage layer. If the gate voltage is continuously applied, the injection of carriers into the charge storage layer proceeds, and the threshold gradually increases.
When the threshold reaches the applied gate voltage, the inversion layer disappears and the channel is turned off, so that the channel current value becomes equal to or less than the specified value. Therefore, by observing the channel current value and continuing to add the source and drain voltages during the read operation and the gate voltage and the substrate voltage during the write operation until the value becomes equal to or less than the specified value, it is possible to confirm whether the write operation has been performed and to determine whether the write operation is insufficient. And rewriting can be performed simultaneously.

【0064】[実施の形態5]本発明のいずれかの装置、
方法を用いて、回路構成を行った場合の実施の形態の一
つを分かりやすく数個の装置を用いて説明する。本発明
の装置を用いれば単なる記憶装置としてだけではなく、
例えば2種類の回路を組み込んでおき、回路間を必要に
応じて本発明の装置を用いて、電気的に切り離したり、
再接続したりできる。これにより複数の回路の中から必
要な時だけ必要な部分だけ利用できる。さらに閾値を調
整することで、回路構成を任意に変えることが可能とな
る。最も簡単な例を述べると、例えば図8のように通常
のトランジスタ801が1個と本発明の記憶装置80
2、803を2個接続する。ここで図示しない本発明の
装置への記憶装置としての入力手段によって、書き込み
を行う。書き込みは閾値を変化させることに他ならない
から、例えば802を読み出し状態での閾値を801と
等しくして、803を閾値を下げて常時開状態にすれ
ば、トランジスタ801の2個並列回路と同等となる。
今度は802の閾値を上げて常時閉状態にし、803を
読み出し状態での閾値を801と同じにすればトランジ
スタ801の2個直列回路と同等である。
[Embodiment 5] Any of the apparatuses according to the present invention,
One embodiment in which a circuit configuration is performed using a method will be described using several devices for easy understanding. With the device of the present invention, it is not only a mere storage device,
For example, two types of circuits may be incorporated, and the circuits may be separated electrically using the device of the present invention as necessary.
Or reconnect. As a result, only a necessary part can be used from a plurality of circuits only when necessary. Further, by adjusting the threshold value, the circuit configuration can be arbitrarily changed. To describe the simplest example, for example, as shown in FIG. 8, one ordinary transistor 801 and a storage device 80 of the present invention are used.
2, 803 are connected. Here, writing is performed by an input unit (not shown) as a storage device to the apparatus of the present invention. Since writing is nothing other than changing the threshold, for example, if 802 is equal to the threshold in the reading state and 801 is lowered and the threshold is lowered to be always open, it is equivalent to two parallel circuits of the transistor 801. Become.
This time, if the threshold value of 802 is raised to make it normally closed and the threshold value of 803 in the read state is made the same as 801, it is equivalent to a two-series circuit of the transistor 801.

【0065】このように本発明の記憶装置によれば、回
路間の接続切り替えのみならず、論理回路のトランジス
タとしても応用可能である。従って、従来の再プログラ
ム可能な回路、例えば、FPGAのような回路間のスイ
ッチとしてだけではなく、論理回路を構成するトランジ
スタとして機能したり、記憶回路を構成するメモリとし
て機能する。
As described above, according to the storage device of the present invention, it can be applied not only to connection switching between circuits but also to a transistor of a logic circuit. Therefore, it functions not only as a switch between circuits such as a conventional reprogrammable circuit, for example, an FPGA, but also as a transistor forming a logic circuit or as a memory forming a storage circuit.

【0066】本発明による装置の他の簡単な例を図9を
用いて説明する。図9のように本発明による装置2個8
11と812および抵抗体2個813と814より回路
を構成する。図9に図示しない書き込み手段によって8
11と812に書き込みを行いそれぞれ読み出し時の閾
値をVth1、Vth2にする。この回路によって信号Vin
信号Ioutに変換することができる。さらにVth1、V
th2の設定値を変えることにより図10(a)または図1
0(b)のような出力を得ることができる。このように簡
単に、様々な信号変換が可能である。本実施の形態では
説明するために数個の素子で構成した例を挙げたが、大
規模集積回路にも応用することができるのは明らかであ
る。
Another simple example of the device according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, two devices according to the present invention 8
11 and 812 and two resistors 813 and 814 constitute a circuit. The writing means (not shown in FIG. 9)
11 and 812 are written, and the threshold values at the time of reading are set to V th1 and V th2 , respectively. This circuit may convert the signal V in the signal I out. Furthermore, V th1 and V
By changing the set value of th2 , FIG.
An output like 0 (b) can be obtained. Thus, various signal conversions can be easily performed. In the present embodiment, an example in which several elements are used for explanation is described, but it is apparent that the present invention can be applied to a large-scale integrated circuit.

【0067】さらに、トランジスタとしての機能とメモ
リとしての機能を必要に応じて使い分けることができ
る。最も簡単な例の一つは論理回路と記憶回路の両方の
機能を持つ回路である。例えば、本発明による装置をト
ランジスタ機能で動作させる場合に全体として論理回路
として機能させるのに必要な配線と、本発明による装置
をメモリ機能で動作させる場合に全体として記憶回路と
して機能させるのに必要な配線の、両方の配線を設け
る。この回路は必要に応じて論理回路として機能した
り、記憶回路として機能したりする。例えば、本発明に
よる回路を内蔵するシステムで、システムとしてメモリ
容量が不足した場合には、本発明による回路を記憶回路
として機能させることでメモリ容量不足を解決すること
ができる。システムとしてメモリ容量が十分な場合は、
論理回路として機能させることで、処理能力の向上が可
能となる。特に、携帯端末などの小規模、低消費電力が
要求されるシステムに本発明の回路は有効である。また
論理回路として機能させるのに必要な配線と記憶回路と
して機能させるのに必要な配線をできるだけ共用したほ
うが小型化でき望ましいのはいうまでもない。
Further, the function as a transistor and the function as a memory can be selectively used as needed. One of the simplest examples is a circuit having functions of both a logic circuit and a storage circuit. For example, when the device according to the present invention is operated by the transistor function, the wiring necessary to function as a logic circuit as a whole, and when the device according to the present invention is operated by the memory function, it is necessary to function as a storage circuit as a whole. And two wirings are provided. This circuit functions as a logic circuit or a storage circuit as needed. For example, in a system incorporating a circuit according to the present invention, when the memory capacity of the system is insufficient, the memory capacity shortage can be solved by causing the circuit according to the present invention to function as a storage circuit. If your system has enough memory,
By functioning as a logic circuit, processing capability can be improved. In particular, the circuit of the present invention is effective for a system requiring a small scale and low power consumption such as a portable terminal. Needless to say, it is desirable to share wiring necessary for functioning as a logic circuit and wiring necessary for functioning as a storage circuit as much as possible, because it is possible to reduce the size.

【0068】本発明による装置を用いれば、一旦回路を
再構成すれば電力を必要とせず、従来のトランジスタを
用いるよりも経済的である。また、場合によっては、基
板バイアス印加可能であることを利用して、基板バイア
ス効果により閾値を変化させ、書き込み動作を省略する
ことで回路の再構成を高速に行うこともできる。これは
再構成動作を短時間に何度も行う場合に有利である。
The device according to the present invention does not require power once the circuit is reconfigured, and is more economical than using a conventional transistor. Further, in some cases, by utilizing the fact that a substrate bias can be applied, the threshold can be changed by the substrate bias effect, and the circuit can be reconfigured at high speed by omitting the write operation. This is advantageous when the reconfiguration operation is performed many times in a short time.

【0069】また、本発明の回路に用いる素子として
は、閾値の変化を用いる素子であればよいが、例えば基
板バイアス効果等で閾値を変化させる場合は、基板バイ
アスを加え続ける必要があり、閾値の変化する不揮発性
メモリを用いる方が低消費電力性に優れる。さらに、閾
値の変化する不揮発性メモリとして、例えば、MNOS
型メモリやフラッシュメモリーなども使用できるが、本
発明による閾値自己整合装置を用いる方が、閾値の制御
の容易性、低電圧性、低消費電力性、従来の論理回路中
に組み込む時の製造の容易性に優れる。
The element used in the circuit of the present invention may be any element that uses a change in threshold value. For example, when the threshold value is changed by the substrate bias effect or the like, it is necessary to continuously apply a substrate bias. The use of a non-volatile memory having a variable power consumption is more excellent in low power consumption. Further, as a nonvolatile memory whose threshold value changes, for example, MNOS
Although a type memory or a flash memory can be used, the use of the threshold self-alignment device according to the present invention makes it easier to control the threshold, lower the voltage, lower the power consumption, and the manufacturing process when incorporating it into a conventional logic circuit. Excellent easiness.

【0070】このように従来のロジック部として機能す
ることができる上に、必要に応じて閾値を設定すること
により、常時オフ状態または常時オン状態にすることが
できる。本発明によって、任意の筒所で回路を分離また
は結合することが可能となり、極めて柔軟な回路を構成
できると共に、従来のような、単なる回路ブロック間の
つなぎかえのための素子としてだけでなく、例えば演算
を行うトランジスタとしても動作するので、効率がよ
い。また、閾値を正確に設定できるので、トランジスタ
によって異なる閾値を設定することで、多種多様な回路
を構成することができる。
As described above, in addition to being able to function as a conventional logic unit, by setting a threshold value as needed, it is possible to always turn off or always on. According to the present invention, it is possible to separate or combine circuits at arbitrary locations, and it is possible to configure an extremely flexible circuit, and not only as a conventional element for simply connecting between circuit blocks, but also For example, the transistor operates as a transistor for performing calculations, so that efficiency is high. In addition, since the threshold can be set accurately, various circuits can be formed by setting different thresholds depending on the transistors.

【0071】従って、本発明のいずれかの装置、方法、
記録媒体を用いて、回路構成を行うこと、本発明による
再構築可能な論理回路を用いることにより、使用目的に
適した回路を構成することで、処理速度、消費電力の性
能向上が行える。また、本実施の形態においては半導体
装置として説明をしたが、半導体に限らずその他のゲー
ト電圧によって電流の制御を行う電界効果型素子に応用
できるのは言うまでもない。
Thus, any of the devices, methods,
By performing a circuit configuration using a recording medium and using a reconfigurable logic circuit according to the present invention, a circuit suitable for a purpose of use can be configured, thereby improving processing speed and power consumption. In this embodiment, the semiconductor device has been described. However, it is needless to say that the present invention is applicable not only to a semiconductor device but also to a field-effect element that controls a current with another gate voltage.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明による装置は、簡単な構造でデー
タ記憶時の閾値をデータ書き込み時の書き込み電圧に正
確に揃えることができ、製造ばらつきによらず非常に信
頼性が高くかつ、書き込み電圧を細かく変化させること
ができるので、低電圧で多値レベルの記憶装置を実現で
きる。
The device according to the present invention has a simple structure, and can accurately align the threshold value at the time of data storage with the write voltage at the time of data write. Can be finely changed, so that a low-voltage, multi-value level storage device can be realized.

【0073】本発明による電荷蓄積部を有し、この電荷
蓄積部に蓄えられた電荷の量に応じてデータを記憶し、
さらに電荷を電荷蓄積部に供給するときに、電場によっ
て形成される反転層を通して電荷供給部から電荷蓄積部
に電荷が供給される機構を有する記憶装置において、電
荷蓄積部に電荷が蓄積されるに従い電場が緩和されるこ
とにより反転層が消滅するまで一定の電場を発生し続け
る。またはチャネル電流値がある値になるまで一定の電
場を発生し続けるような、データの書き込み方法を用い
れば、書き込み後の閾値は前記の初期的に発生させた一
定電場によって決まり、従来の手法を用いた場合の印加
電圧、印加時間、セルの製造ばらつきによる閾値ばらつ
きに比べ、非常に精度よく閾値を制御でき、信頼性が向
上する。
A charge storage unit according to the present invention, and stores data in accordance with the amount of charge stored in the charge storage unit;
Further, in the storage device having a mechanism in which the charge is supplied from the charge supply unit to the charge storage unit through the inversion layer formed by the electric field when the charge is supplied to the charge storage unit, as the charge is stored in the charge storage unit, A constant electric field continues to be generated until the inversion layer disappears due to the relaxation of the electric field. Alternatively, if a data writing method is used such that a constant electric field is continuously generated until the channel current value reaches a certain value, the threshold after writing is determined by the initially generated constant electric field and the conventional method is used. Compared with the applied voltage, applied time, and threshold variation due to manufacturing variation of the cell when used, the threshold can be controlled very accurately, and the reliability is improved.

【0074】また、本発明による書き込み読み出し方法
を用いれば多値レベルデータの書き込み、読み出しがで
きる。また基板バイアスの値を変更させる方法を用いれ
ば、読み出し時に書き込みを行わないようにでき、また
書き込みセルと読み出しセルの選択も可能にできる。
Further, by using the write / read method according to the present invention, multi-level data can be written / read. If a method of changing the value of the substrate bias is used, writing can be prevented from being performed at the time of reading, and a writing cell and a reading cell can be selected.

【0075】本発明によれば、複雑な回路系を必要とす
ることなく、自己整合的に閾値ばらつきを抑えることを
可能とし、小さいチップに極めて高い集積度を持つ記憶
装置を実現できる。また、本発明は記憶装置に限らず閾
値のばらつきを抑える手段として、MOS型やそれに類
似の構造を有する極めて多種多様の半導体装置等に応用
可能である。さらに閾値をいろいろに設定することが可
能であるので、多種多様なトランジスタとして利用で
き、組み換え可能な可変回路を構築することも可能であ
る。
According to the present invention, it is possible to suppress the threshold variation in a self-aligned manner without requiring a complicated circuit system, and it is possible to realize a storage device having a very high degree of integration on a small chip. Further, the present invention is applicable not only to a memory device but also to a very wide variety of semiconductor devices having a MOS type or a similar structure as means for suppressing variation in threshold value. Further, since the threshold value can be set variously, it can be used as various kinds of transistors, and a variable circuit that can be recombined can be constructed.

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

【図1】 本発明による書き込み機構を説明するための
概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a writing mechanism according to the present invention.

【図2】 本発明による第1の実施の形態を説明するた
めの概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a first embodiment according to the present invention.

【図3】 本発明による第1の実施の形態を説明するた
めの概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a first embodiment according to the present invention.

【図4】 本発明による第2の実施の形態を説明するた
めの概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a second embodiment according to the present invention.

【図5】 本発明による読み出し方法を説明するための
模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a reading method according to the present invention.

【図6】 本発明による読み出し方法の一例を表したフ
ローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a reading method according to the present invention.

【図7】 本発明による書き込み方法の一例を表したフ
ローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a writing method according to the present invention.

【図8】 本発明による回路の一例を説明するための回
路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit according to the present invention.

【図9】 本発明による回路の一例を説明するための回
路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining an example of a circuit according to the present invention.

【図10】 本発明による回路の一例を説明するための
グラフである。
FIG. 10 is a graph illustrating an example of a circuit according to the present invention.

【図11】 従来の半導体記憶装置の例を示す概略図で
ある。。
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a conventional semiconductor memory device. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…基板 2002…ゲート絶縁膜 103…ソース領域 104、2304…ドレイン領域 105…ゲート電極 106…絶縁膜 107…電荷蓄積部 108…反転層 801、2302…トランジスタ 802、803、811、812…本発明の装置 813、814…抵抗体 2001…スイッチ素子 2103…ソースコンタクト 2104、2314…ドレインコンタクト 2105、2312…ゲートコンタクト 2107…電荷蓄積部コンタクト 2109…ダイオードコンタクト 2110…層間絶縁体 2119…ダイオードプラグ DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate 2002 ... Gate insulating film 103 ... Source region 104, 2304 ... Drain region 105 ... Gate electrode 106 ... Insulating film 107 ... Charge accumulation part 108 ... Inversion layer 801, 2302 ... Transistors 802, 803, 811, 812 ... The present invention 813, 814 ... resistor 2001 ... switch element 2103 ... source contact 2104, 2314 ... drain contact 2105, 2312 ... gate contact 2107 ... charge storage contact 2109 ... diode contact 2110 ... interlayer insulator 2119 ... diode plug

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 H01L 29/78 371 29/792 (72)発明者 岩田 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC02 AD04 AD05 AD09 AD12 AE08 5F001 AA02 AB02 AF20 5F083 EP02 EP22 GA01 GA05 GA09 NA08 ZA21 5F101 BA02 BB02 BF05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/788 H01L 29/78 371 29/792 (72) Inventor Hiroshi Iwata 22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka No. 22 F-term in Sharp Corporation (reference) 5B025 AA03 AB01 AC02 AD04 AD05 AD09 AD12 AE08 5F001 AA02 AB02 AF20 5F083 EP02 EP22 GA01 GA05 GA09 NA08 ZA21 5F101 BA02 BB02 BF05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄積
部を有する、MIS型構造の半導体装置において、電荷
蓄積部とドレイン領域がダイオードを介して接続されて
いることを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having an MIS structure in which a gate portion has a charge storage portion sandwiched between insulators, wherein the charge storage portion and a drain region are connected via a diode. .
【請求項2】 ゲート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄積
部を有する、MIS型構造の半導体装置において、電荷
蓄積部とドレイン領域がスイッチング素子を介して接続
されていることを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device having an MIS structure in which a gate portion has a charge storage portion sandwiched between insulators, wherein the charge storage portion and the drain region are connected via a switching element. apparatus.
【請求項3】 ゲート部分は絶縁体で挟まれた電荷蓄積
部を有する、MIS型構造の半導体装置の書き込み方法
において、ゲート電圧印加により形成した反転層を通
り、さらに、ドレインより電荷蓄積部に電荷を供給する
ことを特徴とする書き込み方法。
3. A writing method for a semiconductor device having a MIS structure in which a gate portion has a charge storage portion sandwiched between insulators, wherein the gate portion passes through an inversion layer formed by applying a gate voltage, and further from the drain to the charge storage portion. A writing method characterized by supplying electric charge.
【請求項4】 請求項3記載の半導体装置を用いたデー
タの書き込み方法であって、ドレインと電荷蓄積部間を
導通状態にするステップ、ゲート電圧を印加して反転層
を形成するステップ、ドレインと電荷蓄積部間を不通状
態にするステップ、ゲート電圧の印加を停止するステッ
プ、を含むことを特徴とする書き込み方法。
4. A method of writing data using a semiconductor device according to claim 3, wherein the step of making the drain and the charge storage portion conductive is the step of applying a gate voltage to form an inversion layer. And a step of stopping the application of the gate voltage.
【請求項5】 ゲート電圧と基板バイアスの組み合わせ
により、多値記録することを特徴とする書き込み方法。
5. A writing method, wherein multi-level recording is performed by a combination of a gate voltage and a substrate bias.
【請求項6】 ゲート電圧と基板バイアスの組み合わせ
により、多値記録されたデータを読み出すことを特徴と
する読み出し方法。
6. A method for reading multi-value recorded data by a combination of a gate voltage and a substrate bias.
【請求項7】 半導体装置を用いた書き込み方法であっ
て、書き込みデータに応じて印加するゲート電圧または
基板バイアスまたはゲート電圧および基板バイアスの組
み合わせを印加するステップと、チャネル電流を検出し
て閾値を判定するステップとを含むデータの書き込み確
認方法を用い、さらに書き込み不十分と判定された場合
には書き込みゲート電圧を印加し続けるステップと、書
き込みが十分であると判定された場合には、一連の動作
を完了するステップとを有することを特徴とする書き込
み方法。
7. A writing method using a semiconductor device, the method comprising: applying a gate voltage or a substrate bias or a combination of a gate voltage and a substrate bias to be applied in accordance with write data; A step of continuously applying a write gate voltage if it is determined that writing is insufficient, and a series of steps if it is determined that writing is sufficient. Completing the operation.
【請求項8】 請求項1または2記載の半導体装置をメ
モリ素子として用いた集積回路。
8. An integrated circuit using the semiconductor device according to claim 1 as a memory element.
【請求項9】 請求項1または2記載の半導体装置をロ
ジック部のトランジスタとして用いたことを特徴とする
集積回路。
9. An integrated circuit, wherein the semiconductor device according to claim 1 is used as a transistor in a logic unit.
【請求項10】 請求項1または2記載の装置を用いて
回路間のつなぎかえを行うことを特徴とする集積回路。
10. An integrated circuit, wherein connection between circuits is performed by using the device according to claim 1. Description:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008097758A (en) * 2006-10-13 2008-04-24 Renesas Technology Corp Semiconductor memory device
JP2009076680A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Toshiba Corp Non-volatile semiconductor storage device and its operating method

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