JP2009016858A - Semiconductor storage device, writing method thereof, and storage medium with writing method stored therein - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a deterioration in a memory cell due to overcurrent in a multivalued semiconductor storage device capable of storing ternary or more storage states. <P>SOLUTION: A current control circuit 8 generates three types of different stationary currents I1 to I3 and applies at least one current value selected among the three types of different current values to one of selected memory cells 10 to 13 in accordance with a data signal from the outside. Consequently, overcurrent is inhibited from flowing into the memory cells, and a multivalued memory cell is achieved which can store ternary or more information in one memory cell by making the different current values correspond to three types of different thresholds. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor memory device capable of storing data, and more particularly to a multi-value type semiconductor memory device capable of storing a storage state of three or more values, a writing method thereof, and a storage medium storing a writing method. is there.

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”,”11”)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,3V,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。   Currently, semiconductor memory devices in practical use only give two memory states “0” and “1” to one memory cell. Therefore, the memory capacity of one memory cell is 1 bit (= 2). On the other hand, four types of storage information (“00”, “01”, “10”, “11”) are given to one memory cell, and four data corresponding to each storage information are provided. A semiconductor memory device has been proposed in which memory is held by a threshold voltage, for example, (1V, 2V, 3V, 4V), that is, one memory cell has a storage capacity of 2 bits (= 4 values).

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-value type semiconductor memory device is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-195987.

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。   In Japanese Patent Laid-Open No. 6-195987, when the four types of stored information described above are given, the stored information is associated with the four types of voltage values, and any one of the four types of voltage values is stored. A method of applying data to a memory cell for writing data is described.

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。   A method is also described in which these stored information is made to correspond to four types of signals having different time widths, and any one of these signals is applied to a memory cell for writing data.

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, in the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-195987, when the storage state written in one memory cell is varied by different voltage values, the memory cell is directly connected, particularly in the initial state where a voltage is applied. This voltage is applied.

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。   When a constant voltage is applied to the memory cell, a current corresponding to the voltage value flows directly to the memory cell. Here, electrons are injected from the drain through the tunnel oxide film to the floating gate due to the potential difference between the drain of the memory cell and the control gate. The tunnel oxide film is damaged by the electrons.

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, which makes it difficult to maintain a predetermined storage state, or when the damage of the tunnel oxide film is large, the memory cell itself may be destroyed. It was.

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-value type semiconductor memory device capable of storing a storage state of three or more values, the deterioration of the memory cell due to overcurrent is suppressed. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device with improved reliability.

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。   The semiconductor memory device of the present invention has at least three different types of memory cells including 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-value data corresponding to one threshold value selected from the threshold value into the memory cell, and the write control means is a current for controlling at least three different current values. And a control means for controlling a current value flowing through at least one of the drain and the control gate electrode by the current control means.

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 maintaining the current value at a predetermined constant value.

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 of the present invention, the threshold value is set large according to the magnitude of the current value controlled by the current control means.

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。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of writing a semiconductor memory device including at least three types of memory cells each 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. A first step of selecting one current value from current values controlled to at least three predetermined values, and at least the drain of the memory cell or the And a second step of passing the selected current value to one of the control gate electrodes.

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 aspect of the writing method of the semiconductor memory device of 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.

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 from a computer.

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 of the present invention is formed on 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. The first conductive region formed, the second conductive region formed on the other semiconductor substrate on one side of the gate electrode, a current generation circuit capable of varying a current value in multiple stages, and the current Current generating means for controlling a value of a current flowing in one of the first and second conductive regions by a generation circuit;

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, a dielectric layer formed on the lower electrode, An upper electrode formed on the dielectric layer, and the lower electrode, the dielectric layer, and the upper electrode function as a capacitor.

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 of the present invention, the first conductive region functions as a source, the second conductive region functions as a drain, and the current control means has a current value flowing through the drain. Current control means for controlling the charge storage layer, wherein the gate electrode functions as a charge storage layer, a control gate electrode formed on the charge storage layer via a second insulating layer, and a charge in the charge storage layer Charge storage means for introducing the.

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-value semiconductor memory device capable of storing a storage state of three or more values.

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 of the present invention, the charge storage means is selected from at least three different threshold values by the charge amount adjusting means for changing the charge amount in multiple stages and the charge amount adjusting means. Charge introduction means for introducing data corresponding to one threshold value into the charge storage layer as a charge amount.

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 variable resistance means having a function capable of changing the resistance value.

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 aspect of the semiconductor device of the present invention, the current generating circuit includes means for varying the current value based on a predetermined data value.

〔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。
[Action]
In the present invention, at least three kinds of current values controlled to a predetermined value 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 value of each current value applied to the memory cell is reliably controlled to a current value that the memory cell can withstand, a write operation can be performed without applying an overcurrent to the memory cell. . In addition, in the present invention, by preparing at least three kinds of these controlled current values, the current value is made to correspond to each of the threshold values of the multi-value memory cell, and the multi-value information is stored in one memory cell. It becomes possible to memorize.

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-value type semiconductor memory device capable of storing a storage state of three or more values, it is possible to suppress deterioration of memory cells due to overcurrent. Accordingly, it is possible to provide a multi-value type semiconductor memory device with improved reliability.

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EEPROMの1つのメモリセルを示す概略断面図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a part of an EEPROM memory cell array which is a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the EEPROM of this embodiment. FIG. 3 is a schematic sectional view showing one memory cell of the EEPROM formed on the silicon semiconductor substrate.

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, the memory cells 10 to 13 have a floating gate 106. The word line 20 is connected to the control gates of the memory cells 10 and 11, and the word line 21 is connected to the control gates of the memory cells 12 and 13, respectively.

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, actually, each word line and each control gate are integrally formed of, for example, polysilicon, and the word line itself constitutes the control gate in the area of each memory cell. .

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, bit lines 22 are connected to the drains of the memory cells 10 and 12, respectively, and bit lines 23 are 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.

図2に本実施形態のEEPROMの主要構成を示す。   FIG. 2 shows the main configuration of the EEPROM of this embodiment.

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, 21 connected to the control gates of the memory cells 10-13 are connected to the column decoder 2, while bit lines 22, connected to the drains of the memory cells 10-13. 23 is connected to the row decoder 3 via the row selector 4.

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。   The address signal input through the address buffer 5 is sent to these decoders 2 and 3, and the word lines and bit lines are selected by these decoders 2 and 3, respectively.

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106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 phosphorous (P) or phosphorus (P) on the surface region of the element active region 102 defined by the element isolation structure such as a field oxide film on the p-type silicon semiconductor substrate 101. A tunnel oxide film 105 is formed on a source region 103 and a drain 104 which are a pair of impurity diffusion layers formed by ion implantation of an n-type impurity such as arsenic (As), and a channel region C between the source 103 and the drain 104. An isolated island-shaped floating gate 106 patterned through a dielectric gate 107 and a control gate 108 capacitively coupled to the floating gate 106 patterned through a dielectric film 107 made of an ONO film or the like. It is configured.

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10〜13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 generation circuit 6 is applied to the drain 104 or the control gate 108 of each of the memory cells 10 to 13 through the current control circuit 8 to the memory cell selected by the row decoder 3. Is done. Here, the current flowing into the drain 104 or the control gate 108 is controlled by the current control circuit 8 to determine the upper limit value.

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. In FIG. 4, the vertical axis indicates the current value, and the horizontal axis indicates time. The current control circuit 8 can set four kinds of current values by controlling the voltage from the write voltage generation circuit 6. In FIG. 4, I1, I2, I3, and I4 indicate the set current values. A curve indicated by a dotted line indicates 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.

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。   By applying one current value selected from these four types of current values to the selected memory cell, data is written into the memory cell. That is, a current value selected from these four kinds of current values according to an external data signal flows to the drain 104 of the memory cell, and the charge accumulated in the floating gate 106 passes through the tunnel oxide film 105. Passed and pulled out.

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。   As shown in FIG. 4, the current values I1 to I4 controlled to a constant current asymptotically reach the predetermined currents I1 'to I4' when a predetermined time elapses. T0 shown in FIG. 4 indicates a predetermined write time. The current is stopped when the time t0 elapses after the current of any of I1 to I4 is passed through the memory cell. Thereby, the write operation is completed.

なお、図4において電流値I1 〜I4 からI1 ’〜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 I1 to I4 to I1 'to I4' are different from each other between the drain 104 of the memory cell and the substrate potential (V0) as shown in FIG. This is because a band-to-band tunneling current I0 corresponding to

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 tunneling 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, when the supply current is different and the writing speed is different, the decreasing tendency of the band-to-band tunnel current I0 is different.

このように、本実施形態に係るEEPROM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 EEPROM according to the present embodiment causes four values (1 V, 2 V, 3 V, and 4 V) as shown in FIG. 5 by flowing one current value selected from the constant currents I1 to I4 to the memory cell. The storage information corresponding to each of the threshold values can be stored. The magnitude of each threshold value corresponds to each of the current values I1 to I4, and the amount of charge drawn from the floating gate 106 increases as the current value increases, so that the threshold value of the memory cell is set to be small. Will be.

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〜r4)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 to Tr4) having different threshold values as shown in FIG. 6A and electric resistances having four types of different resistance values as shown in FIG. 6B. (R1 to R4) or load means 8b comprising capacitors (C1 to C4), electric resistances (r1 to r4) and a diode as shown in FIG. 6C.

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Tr3(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(I4 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。   As shown in FIG. 6A, the present invention includes a transistor Tr1 (corresponding to I1) having a first threshold value and a second threshold value different from the first threshold value. Transistor Tr2 (corresponding to I2), transistor Tr3 (corresponding to I3) having a third threshold different from the first and second thresholds, first, second, and third thresholds Has been described using a transistor Tr4 (corresponding to I4) having a different fourth threshold value, but a multi-value nonvolatile memory capable of setting at least three different threshold values may be used instead. .

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-value nonvolatile memory cell has the configuration shown in FIG. 3 and has a predetermined threshold value depending on the amount of charge introduced into the floating gate electrode. In this memory, the threshold value is set as it is unless it is electrically erased. Also, if you want to set (change) a new threshold value, electrically erase the charge introduced to the floating gate, then change the amount of charge on this floating gate and set it to a new threshold value. Is possible. In other words, this memory is a memory that can be set to a plurality of threshold values by changing the amount of charge of the floating gate electrode in multiple stages.

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 four kinds of current values I1, I2, I3 and I4, and the selection means 8a selects one of these loads. It is possible.

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 for using the EEPROM of this embodiment will be described. First, a writing method using this EEPROM will be described. At the time of writing, according to the address signal from the address buffer 5, after selecting any one of the memory cells 10 to 13 by the column decoder 2 and the row decoder 3, the binary data string from the input / output circuit 9 is used as the storage information. As shown in FIG. 2, the selected memory cell is written.

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 the storage information “11” is written, a predetermined voltage is applied 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 passed through one of the four-stage load means 8b in FIGS. 6A to 6C, and the value of the current flowing through the drain 104 is made steady as shown in FIG. Control to current I4. 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 assumed to be “11”.

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I1 に制御する。   Next, when the memory information “10” is written, 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 from the write voltage control circuit. At this time, the current flowing through the drain 104 is passed through one of the four-stage load means 8b in FIGS. 6A to 6C, and the value of the current flowing through the drain 104 is made steady as shown in FIG. Control to current I1.

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 (VT) is shifted. The threshold voltage of the memory cell is about 3V. This storage state is assumed to be “10”.

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 the storage information “01” is written, 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 passed through one of the four-stage load means 8b in FIGS. 6A to 6C, and the value of the current flowing through the drain 104 is made steady as shown in FIG. Control to current I2. 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 assumed to be “01”.

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 the memory information “00” is written, 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 passed through one of the four-stage load means 8b in FIGS. 6A to 6C, and the value of the current flowing through the drain 104 is made steady as shown in FIG. Control to current I3. 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”.

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I1 〜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 〜I4 に伴って大きくなる。   Therefore, in this EEPROM writing method, any one of “00”, “01”, “10”, and “11” is selected by recognizing the threshold and selecting one of the constant currents I1 to I4. Data can be written. Further, writing may be performed by applying the constant currents I1 to I4 to the control gate 108 with the drain 104 as the ground potential. In this case, the amount of charge accumulated in the floating gate 106 increases according to the magnitudes of the current values I1 to I4, so that the threshold value increases with the current values I1 to I4.

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 this EEPROM will be described. At the time of reading, after selecting one of the memory cells 10 to 13, for example, the memory cell 11 by the column decoder 2 and the row decoder 3 in accordance with the address signal from the address buffer 5, reading from the memory cell 11 is performed as shown below. Perform the action. FIG. 7 is a flowchart showing each step of the read operation.

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”10”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 (four values) with threshold voltages (VT) of about 1V, about 2V, about 3V and about 4V. Show the distribution. 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. The storage state is “01”. When the threshold voltage VT is detected in the range indicated by R3, the storage state is "10", and when the threshold voltage VT is detected in the range indicated by R4, the storage state is indicated. “11”.

従って、先ず、記憶状態が「R1或いはR2」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, whether the storage state is “R1 or R2” or “R3 or R4”, that is, whether the upper bit of the storage information stored in the memory cell 11 is “0” or “1”. Whether or not there is is determined using the transistor Tr1. In this case, as shown in FIG. 7, about 5 V is applied to the source 3 and drain 4 and the gate electrode 6 (step S1), the drain current is detected by the sense amplifier 21, and the threshold voltage VT and the transistor Tr1 are adjusted. The magnitude relationship with the threshold voltage is determined (step S2). At this time, when the threshold voltage VT is larger than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, when the current of the transistor Tr1 is larger than the current flowing through the channel region C of the memory cell, the upper bit is “1”. If the threshold voltage VT is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, if the current flowing through the memory cell 11 is larger than the current flowing through the transistor Tr1, it is determined that the upper bit is “0”. Thus, it is output from the output terminal D1 as the upper bits of the stored information prior to the lower bits (steps S3 and S4).

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)。   Next, when the threshold voltage VT is larger than the threshold voltage of the transistor Tr1, a similar read operation is performed using the transistor Tr2, and the current flowing through the memory cell 11 is compared with the current flowing through the transistor Tr2 (step S5). ) If the threshold voltage VT is lower than the threshold voltage of the transistor Tr1, a similar read operation is determined using the transistor Tr3 (step S6).

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Tr2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S7)。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, if the threshold voltage VT is larger than the threshold voltage of the transistor Tr1 and the threshold voltage VT is larger than the threshold voltage of the transistor Tr2 in the above read operation, the threshold voltage VT is stored in the memory cell 11. The lower bit of the stored information is determined to be “1” and is output from the output terminal D0 (step S7). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “11”.

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”10”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, if the threshold voltage VT is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr2 in step S5, it is determined that the stored information stored in the memory cell 11 is "10" and is output from the output terminal D0. (Step S8). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “10”.

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。   In step S6, if the threshold voltage VT is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1, that is, if the current of the memory cell 11 is larger than the current of the transistor Tr1, the threshold voltage of the transistor Tr3 is next. If the threshold voltage of the memory cell 11 is large, the lower bit is determined to be “1” and is output from the output terminal D0 as the lower bit of the stored information (step S9). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “01”.

一方、上述の読み出し動作でしきい値電圧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。   On the other hand, if the threshold voltage VT is smaller than the threshold voltage of the transistor Tr1 in the above read operation, that is, if the current of the memory cell 11 is larger than the current of the transistor Tr1, the threshold of the transistor Tr3 is next. If the threshold voltage of the memory cell is smaller than the voltage, the lower bit is determined to be “0” and output from the output terminal D0 as the lower bit of the stored information (step S10). Therefore, in this case, the storage information read from the memory cell 11 is “00”.

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”,”011”,”100”,”101”,”110”,”111”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”,”02”,”10”,”11”,”12”,”20”,”21”,”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 this embodiment, the case where the stored information is quaternary (2 bits) has been described, but the present invention is not limited to this. For example, when the storage state is 3 bits (8 values), eight threshold voltages are stored in the storage states “000”, “001”, “010”, “011”, “100”, “101”, “ 110 ”and“ 111 ”are associated with each other, and at the time of reading, one storage state may be specified from the eight types by a predetermined determination operation. Further, when the storage information is not binary data but information composed of 0, 1, 2 for example, the storage state is set to “0”, “1”, “2”, “00”, “01”, “02”, “10”, “11”, “12”, “20”, “21”, “22” can also be used. In such a case, the former will express the memory state as three values, and the latter as nine values.

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 I1 to I4 controlled to a predetermined value by the current control circuit 8 are generated, and one current value selected from these current values is stored in the memory cell 10. Apply to one of ~ 13. Since the upper limit value 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, an overcurrent is not applied to the memory cells 10 to 13. A write operation can be performed.

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, each of the threshold values of the multilevel memory cell capable of storing binary (= 1 bit) or more data is provided. It is possible to store multi-value information in one memory cell in correspondence with current values.

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 the EEPROM, and includes, for example, a memory capacitor for storing signal charges and an access transistor for selecting the memory capacitor. The memory capacitor has a predetermined reference. The present invention is also applicable to a multi-value type DRAM that is a volatile memory that sets a charge accumulation state by applying a voltage and stores stored information corresponding to a reference voltage.

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, a multi-value DRAM has a configuration 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. .

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201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210、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 / drain) 205 on both sides of the word electrode 204 With. Also, a first interlayer insulating film 206 formed on the p-type silicon substrate 201 and an upper portion of 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. The stack polysilicon film 207 (first conductive film) formed in and near the first contact hole portion, and the capacitance formed on the stack polysilicon film 207, respectively. An insulating film 208 and a capacitive polysilicon film 209 (counter electrode) are formed. Furthermore, the second interlayer insulating film 210 and the third interlayer insulating film 211 (BPSG film) formed on the p-type silicon substrate 201 and the first, second, and third interlayer insulating films 206, 210, and 211 are formed. The second contact hole (bit line contact hole) C2 is formed, and the bit line 212 made of tungsten silicide or the like is formed in the contact hole C2. Further, this multi-value can be applied not only to EEPROM and DRAM but also to various other semiconductor memories.

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 for supplying the computer to the computer so as to realize the functions of the writing method and the reading method described in the present embodiment, and in particular, the memory erasing method. Means, for example, the storage medium 31 shown in FIG. 2 storing such program code belongs to the category of the present invention.

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(登録商標)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 storage medium 31 causes the storage / reproduction device 32 to read out the program code stored therein and operate the computer. As a storage medium for storing the program code, for example, a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.

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。   Further, by executing the program code supplied by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also the OS (operating system) or other application software in which the program code is running on the computer, etc. Such a program code is also included in the present invention even when the functions of the above-described embodiment are realized together.

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 in the function expansion board of the computer or the function expansion unit connected to the computer, the CPU provided in the function expansion board or function expansion unit based on the instruction of the program code A system in which the functions of the above-described embodiment are realized by performing part or all of the actual processing and the like is also included in the present invention.

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。1 is a circuit diagram showing a part of an EEPROM memory cell array according to an embodiment of the present invention; FIG. 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。It is a block diagram which shows the main structures of EEPROM which concerns on one Embodiment of this invention. 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。1 is a schematic cross-sectional view showing an EEPROM memory cell according to an embodiment of the present invention. 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。It is a characteristic view which shows the electric current value which flows into the memory cell of EEPROM which concerns on one Embodiment of this invention. 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。In the EEPROM which concerns on one Embodiment of this invention, it is a characteristic view which shows distribution of a threshold voltage. 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。It is a schematic diagram which shows the current control circuit of EEPROM which concerns on one Embodiment of this invention. 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。4 is a flowchart showing steps in reading four-level stored information from an EEPROM according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の変形例に係る多値DRAMを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the multi-value DRAM which concerns on the modification of one Embodiment of this invention.

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

Claims (6)

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、
書き込み動作の間、複数の所定の電流値を提供するように構成された電流制御手段と、を備え、
前記電流制御手段は更に、複数の入力データのそれぞれに応じて、前記複数の所定の電流値のうちの1つを所定の時間にわたって、前記ゲート電極および前記導電領域の一方に印加するように構成されている、ことを特徴とする半導体装置。
A first insulating layer formed on a semiconductor substrate;
A gate electrode formed on the first insulating layer;
A first conductive region formed on one of the semiconductor substrates on one side of the gate electrode;
A second conductive region formed on the other semiconductor substrate on one side of the gate electrode;
Current control means configured to provide a plurality of predetermined current values during a write operation, and
The current control means is further configured to apply one of the plurality of predetermined current values to one of the gate electrode and the conductive region for a predetermined time according to each of a plurality of input data. The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第1、第2の導電領域の内の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1に記載の半導体装置。
A lower electrode connected to one of the first and second conductive regions, a dielectric layer formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric layer Prepared,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower electrode, the dielectric layer, and the upper electrode function as a capacitor.
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1に記載の半導体装置。
The first conductive region functions as a source, the second conductive region functions as a drain, and the current control unit is a current control unit that controls a current value flowing through the drain,
The gate electrode functions as a charge storage layer;
A control gate electrode formed on the charge storage layer via a second insulating layer;
Charge storage means for introducing charge into the charge storage layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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2又は3に記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is a multi-value semiconductor memory device capable of storing a storage state of three or more values. 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3に記載の半導体装置。
The charge storage means;
Charge amount adjusting means for changing the charge amount in multiple stages;
Charge introduction means for introducing data corresponding to one threshold value selected from at least three different threshold values into the charge storage layer as a charge amount by the charge amount adjustment means;
The semiconductor device according to claim 3, further comprising:
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1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the current control unit includes a variable resistance unit having a function capable of varying a resistance value.
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