JP3103457B2 - Nonvolatile semiconductor memory device, and its writing method and reading method - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device, and its writing method and reading method

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JP3103457B2 JP8006893A JP8006893A JP3103457B2 JP 3103457 B2 JP3103457 B2 JP 3103457B2 JP 8006893 A JP8006893 A JP 8006893A JP 8006893 A JP8006893 A JP 8006893A JP 3103457 B2 JP3103457 B2 JP 3103457B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に情報を書き込
むことができる不揮発性半導体記憶装置及びその書き込
み方法ならびに読み出し方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device to which information can be electrically written, a writing method and a reading method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置の一種にEPR
OM(Erasable and Programma
ble Read Only Memory)がある。
このEPROMは、記憶されている情報を紫外線の照射
により消去することができ且つ電気的に繰り返して情報
を書き込むことができる読み出し専用メモリ(ROM)
である。
2. Description of the Related Art One type of nonvolatile semiconductor memory device is EPR.
OM (Erasable and Programma)
ble Read Only Memory).
This EPROM is a read-only memory (ROM) capable of erasing stored information by irradiating ultraviolet rays and electrically writing information repeatedly.
It is.

【0003】図3に、代表的なEPROMの電気的結線
の様子を4個のメモリセルについて示す。
FIG. 3 shows the electrical connection of a typical EPROM for four memory cells.

【0004】各メモリセル10〜13は、電極を持たな
いフローティングゲート110〜113を有している。
そして、ワード線100がメモリセル10と11のコン
トロールゲートに夫々接続され、ワード線101がメモ
リセル12と13のコントロールゲートに夫々接続され
ている。但し、実際には、各ワード線と各コントロール
ゲートは例えばポリシリコンにより一体に構成され、ワ
ード線自体が、各メモリセルの領域において、そのコン
トロールゲートを構成する。一方、メモリセル10と1
2のドレインには夫々ビット線102が接続され、メモ
リセル11と13のドレインには夫々ビット線103が
接続されている。更に、各メモリセル10〜13のソー
スは共通のソース線104に接続されている。
Each of the memory cells 10 to 13 has a floating gate 110 to 113 having no electrode.
The word line 100 is connected to the control gates of the memory cells 10 and 11, and the word line 101 is connected to the control gates of the memory cells 12 and 13, respectively. However, in practice, each word line and each control gate are integrally formed of, for example, polysilicon, and the word line itself forms the control gate in the region of each memory cell. On the other hand, memory cells 10 and 1
The bit line 102 is connected to each of the drains 2, and the bit line 103 is connected to each of the drains of the memory cells 11 and 13. Further, the sources of the memory cells 10 to 13 are connected to a common source line 104.

【0005】このように構成されたEPROMにおい
て、従来、例えばメモリセル10に書き込みを行う場
合、ワード線100の電位を例えば12Vにするととも
にその他のワード線の電位を0Vにし、また、ビット線
102の電位を例えば5Vにするとともにその他のビッ
ト線の電位を0Vにし、更に、ソース線104の電位を
0Vにする。
In the EPROM thus configured, conventionally, for example, when writing to the memory cell 10, the potential of the word line 100 is set to, for example, 12V, the potential of the other word lines is set to 0V, and the bit line 102 is set. Is set to, for example, 5 V, the potentials of the other bit lines are set to 0 V, and the potential of the source line 104 is set to 0 V.

【0006】この時、各メモリセルにおけるコントロー
ルゲートとフローティングゲートの間の容量結合係数
(カップリングレシオ)を0.6とすると、メモリセル
10のフローティングゲート110には約7Vの電位が
誘起される。そして、これにより、メモリセル10のド
レインーソース間にチャネルが形成され、高いゲート電
圧とドレイン電圧のために、ドレイン近傍で高エネルギ
ーの電子(ホットエレクトロン)が発生し、このホット
エレクトロンがシリコン基板とゲート酸化膜の間の電位
障壁(電子の場合、例えば、3.2eV)を越えてフロ
ーティングゲート110に注入される。
At this time, assuming that the capacitance coupling coefficient (coupling ratio) between the control gate and the floating gate in each memory cell is 0.6, a potential of about 7 V is induced in the floating gate 110 of the memory cell 10. . As a result, a channel is formed between the drain and the source of the memory cell 10, and high-energy electrons (hot electrons) are generated in the vicinity of the drain due to the high gate voltage and the drain voltage. Is injected into the floating gate 110 over a potential barrier (for electrons, for example, 3.2 eV) between the gate electrode and the gate oxide film.

【0007】このようにして注入された電子は、フロー
ティングゲート110が非常に低い導電率の酸化膜に囲
まれているために、ワード線100とビット線102の
電圧を開放した後も、そのフローティングゲート110
に半永久的に留まり、記憶状態が保持される。この記憶
状態をデータ“0”とする。一方、ワード線とビット線
の何れかに電圧が印加されないメモリセルでは、そのフ
ローティングゲートに電子が注入されず、記憶状態がデ
ータ“1”になる。
[0007] The electrons injected in this manner remain in the floating gate 110 even after releasing the voltage of the word line 100 and the bit line 102 because the floating gate 110 is surrounded by an oxide film having a very low conductivity. Gate 110
, And the stored state is maintained. This storage state is defined as data “0”. On the other hand, in a memory cell in which no voltage is applied to either the word line or the bit line, no electrons are injected into the floating gate, and the storage state becomes data "1".

【0008】そして、このメモリセル10からデータを
読み出す場合には、ワード線100の電位を例えば5V
にするとともにその他のワード線の電位を0Vにし、ま
た、ビット線102の電位を例えば1Vにするとともに
その他のビット線の電位を0Vにし、更に、ソース線1
04の電位を0Vにする。
When data is read from the memory cell 10, the potential of the word line 100 is set to, for example, 5V.
And the potentials of the other word lines are set to 0 V, the potential of the bit line 102 is set to 1 V, for example, and the potentials of the other bit lines are set to 0 V.
04 is set to 0V.

【0009】すると、メモリセル10の記憶状態が
“0”でそのしきい値電圧が高い(例えば6〜8V)場
合には、そのメモリセルのドレインーソース間に電流が
流れないが、記憶状態が“1”でしきい値電圧が低い
(例えば2〜3V)場合には、そのメモリセルのドレイ
ン−ソース間に電流が流れる。そして、この電流の違い
をダミーセルの電流値と比較することにより、メモリセ
ル10の記憶状態が検出され、データの読み出しが行わ
れる。
When the storage state of the memory cell 10 is "0" and its threshold voltage is high (for example, 6 to 8 V), no current flows between the drain and source of the memory cell 10, but the storage state is Is "1" and the threshold voltage is low (for example, 2 to 3 V), a current flows between the drain and source of the memory cell. Then, by comparing this difference in current with the current value of the dummy cell, the storage state of the memory cell 10 is detected, and data is read.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来のEPROMで
は、上述したように、1個のメモリセルに“0”と
“1”の2個の記憶状態しか与えていなかった。即ち、
単位メモリセルを1ビット(2値)のデータの記憶にし
か用いていなかった。このため、メモリセルアレイ全体
で記憶する情報量が少ないという欠点があった。
In the conventional EPROM, as described above, only two storage states "0" and "1" are given to one memory cell. That is,
The unit memory cell is used only for storing 1-bit (binary) data. Therefore, there is a disadvantage that the amount of information stored in the entire memory cell array is small.

【0011】そこで、本発明の目的は、特にメモリセル
の数を増やさなくてもその記憶容量を大きくすることが
できる不揮発性半導体記憶装置及びその書き込み方法な
らびに読み出し方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of increasing its storage capacity without increasing the number of memory cells, and a write method and a read method thereof.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、コントロールゲートとフローティングゲー
トの2重ゲート構造を有するメモリセルの前記フローテ
ィングゲートに電荷を注入することによってそのメモリ
セルのしきい値電圧を変化させ、このしきい値電圧の変
化状態を情報の記憶に利用する不揮発性半導体記憶装置
において、前記コントロールゲートに接続されたワード
線と、前記メモリセルに形成されたドレインに接続され
たビット線と、少なくとも3段階のレベルに変化する電
圧を前記ワード線に印加する書き込み電圧発生回路と、
前記ビット線に所定のタイミングでパルス状の電圧を印
加する書き込みパルス発生回路とを有する。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a memory cell having a double gate structure of a control gate and a floating gate. In a nonvolatile semiconductor memory device that changes a value voltage and uses the changed state of the threshold voltage for storing information, a nonvolatile memory device connected to a word line connected to the control gate and a drain formed in the memory cell. A write voltage generating circuit for applying a voltage that changes to at least three levels to the word line;
A write pulse generating circuit for applying a pulsed voltage to the bit line at a predetermined timing.

【0013】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例においては、前記書き込み電圧発生回路が、2(n
≧2)段階のレベルに階段状に変化する電圧を発生す
る。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the write voltage generating circuit includes 2 n (n
.Gtoreq.2) Generates a voltage that changes stepwise to the level of the step.

【0014】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法は、複数の前記メモリセルからなるマトリクスの
列線又は行線を構成する複数の前記ワード線のうちの選
択されたワード線に少なくとも3段階のレベルに変化す
る書き込み電圧を印加するとともに、前記選択されたワ
ード線に所望レベルの書き込み電圧が印加されている時
に、前記マトリクスの行線又は列線を構成する複数の前
記ビット線のうちの選択されたビット線にパルス状の電
圧を印加し、これにより、前記選択されたワード線と前
記選択されたビット線により選択されたメモリセルのフ
ローティングゲートに、前記選択されたビット線に前記
パルス状の電圧が印加された時に前記選択されたワード
線に印加されている書き込み電圧のレベルに対応した所
定量の電荷を注入し、その選択されたメモリセルに、そ
の書き込み電圧のレベルに対応した情報を記憶させる。
In the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, at least three steps are performed on a selected word line among a plurality of word lines constituting a column line or a row line of a matrix including a plurality of memory cells. And applying a write voltage that changes to the level of the selected word line, and when a write voltage of a desired level is applied to the selected word line, among the plurality of bit lines that constitute a row line or a column line of the matrix, A pulse-like voltage is applied to the selected bit line, whereby the pulse is applied to the selected word line and the floating gate of the memory cell selected by the selected bit line, and to the selected bit line. A predetermined amount of electric charge corresponding to the level of the write voltage applied to the selected word line is injected when a constant voltage is applied. , In the selected memory cell, and stores the information corresponding to the level of the write voltage.

【0015】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例においては、前記選択されたワード線
に、2(n≧2)段階のレベルに階段状に変化する電
圧を印加する。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a voltage stepwise changing to a level of 2 n (n ≧ 2) is applied to the selected word line.

【0016】本発明の不揮発性半導体記憶装置は、少な
くとも3つの異なるデータの1つを選択的に記憶するこ
とのできる不揮発性半導体記憶装置であって、コントロ
ールゲート、フローテングゲート、ドレイン、ソースを
有する複数のメモリセルを含むメモリアレイと、記憶し
ようとするデータの数に対応する数の異なるレベルに階
段状に変化する階段状電圧を発生する手段と、所定の電
圧レベルと所定のパルス幅を有するパルス電圧を発生す
る手段と、前記複数のメモリセルの1つを選択する手段
と、前記選択されたメモリセルのコントロールゲートと
ドレインに、前記階段状電圧と前記パルス電圧をそれぞ
れ印加し、前記少なくとも3つの異なるデータの何れを
前記選択されたメモリセルに記憶すべきかによって、前
記コントロールゲートへの前記階段状電圧の印加のタイ
ミングに対する前記ドレインへの前記パルス電圧の印加
の相対的タイミングを制御する手段とを有する。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device capable of selectively storing at least one of at least three different data, comprising a control gate, a floating gate, a drain, and a source. A memory array including a plurality of memory cells having a plurality of memory cells; a means for generating a step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of data to be stored; a predetermined voltage level and a predetermined pulse width. Means for generating a pulse voltage having: a means for selecting one of the plurality of memory cells; and applying the step voltage and the pulse voltage to a control gate and a drain of the selected memory cell, respectively. The control gate depends on which of at least three different data is to be stored in the selected memory cell. And means for controlling the relative timing of the application of the pulse voltage to the drain for timing of application of the stepwise voltage to bets.

【0017】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記パルス電圧のパルス幅は、前記階段状
電圧の継続時間よりも短い。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a pulse width of the pulse voltage is shorter than a duration of the step voltage.

【0018】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記パルス電圧のパルス幅は、前記階段状
電圧の発生するそれぞれのレベルの電圧の継続時間の中
で最も短い継続時間よりも長くないパルス幅である。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the pulse width of the pulse voltage is longer than the shortest duration of the duration of each level of the stepped voltage. There is no pulse width.

【0019】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、各メモリセルに記憶される前記少なくとも
3つの異なるデータは、そのメモリセルのしきい値電圧
の少なくとも3つの異なるレベルにそれぞれ対応し、前
記階段状電圧の異なるレベルは、前記異なるしきい値電
圧レベルによって決められる。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the at least three different data stored in each memory cell respectively correspond to at least three different levels of the threshold voltage of the memory cell. The different levels of the step voltage are determined by the different threshold voltage levels.

【0020】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記相対的タイミングを制御する手段は、
前記コントロールゲートに印加された階段状電圧の電圧
レベルが、前記選択されたメモリセルに記憶しようとす
る前記少なくとも3つの異なるデータの1つに対応する
レベルにあるとき、前記ドレインに前記パルス電圧が印
加されるように、前記コントロールゲートへの前記階段
伏電圧の印加タイミングと、前記ドレインへの前記パル
ス電圧の印加のタイミングを制御する。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the means for controlling the relative timing includes:
When the voltage level of the step-like voltage applied to the control gate is at a level corresponding to one of the at least three different data to be stored in the selected memory cell, the pulse voltage is applied to the drain. The application timing of the step-down voltage to the control gate and the application timing of the pulse voltage to the drain are controlled so as to be applied.

【0021】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例においては、前記記憶しようとする異なるデータの数
が2(n≧2の正の整数)で、前記階段状電圧は異な
る2のレベルをもつ。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the number of different data to be stored is 2 n (a positive integer of n ≧ 2), and the step-like voltage is 2 n different. Has a level.

【0022】本発明の不揮発性半導体記憶装置は、少な
くとも3つの異なるデータの1つを選択的に記憶するこ
とのできる不揮発性半導体記憶装置であって、コントロ
ールゲート、フローテングゲート、ドレイン、ソースを
有する複数のメモリセルを含むメモリアレイと、前記複
数のメモリセルの1つを選択する手段と、前記選択され
たメモリセルに前記異なるデータの1つを書き込むモー
ドである書き込みモードと、前記選択されたメモリセル
に記憶されたデータを読み出すモードである読み出しモ
ードとの間で、前記不揮発性半導体記憶装置の動作を切
換える手段と、前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き
込みモードに設定されたとき、前記記憶しようとするデ
ータの数に対応する数の異なるレベルに階段状に変化す
る第1の階段状電圧を発生し、前記不揮発性半導体記憶
装置が前記読み出しモードに設定されたとき、前記記憶
しようとするデータの数に対応する数の異なるレベルに
階段状に変化する第2の階段状電圧を発生する手段と、
前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き込みモードに設
定されたとき、所定のパルス幅と、所定の電圧レベルを
もった第1のパルス電圧を発生し、前記不揮発性半導体
記憶装置が前記読み出しモードに設定されたとき、所定
のパルス幅の一定電圧の第2のパルス電圧を発生する手
段と、前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き込みモー
ドに設定されたとき、前記選択されたメモリセルの前記
コントロールゲートと前記ドレインに、前記第1の階段
状電圧と前記第1のパルス電圧をそれぞれ印加し、前記
選択されたメモリセルに記憶されるべきデータに応じ
て、前記コントロールゲートへの前記第1の階段状電圧
の印加のタイミングに対する、前記ドレインへの前記第
1のパルス電圧の印加の相対的タイミングを制御し、前
記不揮発性半導体記憶装置が前記読み出しモードに設定
されたとき、前記選択されたメモリセルの前記コントロ
ールゲートと前記ドレインに、前記第2の階段状電圧と
前記第2のパルス電圧をそれぞれ印加し、前記第2の階
段状電圧が前記コントロールゲートに印加されている間
は少なくとも、前記第2のパルス電圧が前記ドレインに
印加されている様に、前記コントロールゲートへの前記
第2の階段状電圧の印加のタイミングに対して、前記ド
レインへの前記第2のパルス電圧の印加の相対的タイミ
ングを制御する手段と、前記不揮発性半導体記憶装置が
前記読み出しモードに設定されたとき、前記コントロー
ルゲートに印加される前記第2の階段状電圧のそれぞれ
のレベルにおいて、前記選択されたメモリセルのドレイ
ン−ソース回路に流れる電流を検出する手段とを有す
る。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device capable of selectively storing at least one of at least three different data, and includes a control gate, a floating gate, a drain, and a source. A memory array including a plurality of memory cells, a means for selecting one of the plurality of memory cells, a write mode for writing one of the different data to the selected memory cell; Means for switching the operation of the nonvolatile semiconductor memory device between a read mode, which is a mode for reading data stored in the memory cell, and when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the write mode, A first staircase voltage stepwise changing to a number of different levels corresponding to the number of data to be stored And when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode, generates a second step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of data to be stored. Means,
When the nonvolatile semiconductor memory device is set to the write mode, a first pulse voltage having a predetermined pulse width and a predetermined voltage level is generated, and the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode. Means for generating a second pulse voltage of a constant voltage having a predetermined pulse width when the non-volatile semiconductor memory device is set to the write mode, and the control gate of the selected memory cell. Applying the first step voltage and the first pulse voltage to the drain, respectively, and applying the first step voltage to the control gate in accordance with data to be stored in the selected memory cell; Controlling the relative timing of the application of the first pulse voltage to the drain with respect to the timing of the voltage application; When the device is set to the read mode, applying the second step voltage and the second pulse voltage to the control gate and the drain of the selected memory cell, respectively, At least as long as the step voltage is applied to the control gate, at least the timing of the application of the second step voltage to the control gate is such that the second pulse voltage is applied to the drain. Means for controlling the relative timing of application of the second pulse voltage to the drain, and the second voltage applied to the control gate when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode. The current flowing through the drain-source circuit of the selected memory cell at each level of And a means.

【0023】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記第1のパルス電圧のパルス幅は、前記
第1の階段状電圧の継続時間よりも短い。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a pulse width of the first pulse voltage is shorter than a duration of the first step voltage.

【0024】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記第2のパルス電圧のパルス幅は、前記
第2の階段状電圧の継続時間よりも短い。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a pulse width of the second pulse voltage is shorter than a duration of the second step voltage.

【0025】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一態様
例において、前記第1のパルス電圧のパルス幅は、前記
第1の階段状電圧の発生するそれぞれのレベルの電圧の
継続時間の中で最も短い継続時間よりも長くないパルス
幅である。
In one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the pulse width of the first pulse voltage is the shortest of the durations of the voltages at the respective levels at which the first step-like voltage is generated. A pulse width that is no longer than a short duration.

【0026】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法は、コントロールゲート、フローテングゲート、
ドレイン、ソースを有する複数のメモリセルを含むメモ
リアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置に、少なくと
も3つの異なるデータの1つを選択的に書き込む方法で
あって、前記複数のメモリセルの1つを選択し、前記選
択されたメモリセルへ前記少なくとも3つの異なるデー
タのうちの1つを書き込むときに、前記異なるデータの
数に対応した数の異なるレベルに階段状に変化する階段
状電圧を発生して、前記選択されたメモリセルのゲート
電極に印加し、所定のパルス幅と、所定電圧レベルを有
するパルス電圧を発生し、前記選択されたメモリセルの
ドレインへ印加し、前記少なくとも3つの異なるデータ
の何れを、前記選択されたメモリセルに書き込むべきか
によって、前記コントロールゲートへの前記階段状電圧
の印加のタイミングに対する、前記ドレインへの前記パ
ルス電圧の印加の相対的タイミングを制御する。
The writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a control gate, a floating gate,
A method for selectively writing at least one of at least three different data to a nonvolatile semiconductor memory device including a memory array including a plurality of memory cells having a drain and a source, the method comprising: Selecting and writing one of the at least three different data to the selected memory cell, generating a step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of the different data. Applying a pulse voltage having a predetermined pulse width and a predetermined voltage level to the gate electrode of the selected memory cell, and applying the pulse voltage to the drain of the selected memory cell; Of the application of the step-like voltage to the control gate depends on which of the following is to be written to the selected memory cell. For, controlling the relative timing of the application of the pulse voltage to the drain.

【0027】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例において、前記パルス電圧のパルス幅
は、前記階段状電圧の継続時間よりも短い。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a pulse width of the pulse voltage is shorter than a duration of the step voltage.

【0028】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例において、前記パルス電圧のパルス幅
は、前記階段状電圧の発生するそれぞれのレベルの電圧
の継続時間の中で最も短い継続時間よりも短いパルス幅
である。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the pulse width of the pulse voltage is the shortest one of the durations of the voltages of the respective levels in which the step-like voltage is generated. Shorter pulse width.

【0029】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例においては、前記少なくとも3つの異
なるデータ、前記各メモリセルのしきい値電圧の設定さ
れる異なるレベルに対応する。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the at least three different data correspond to different levels set for the threshold voltage of each memory cell.

【0030】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例において、前記階段状電圧の異なるレ
ベルは、前記各メモリセルのしきい値電圧の異なるレベ
ルに基づいて決められる。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the different levels of the step-like voltages are determined based on the different levels of the threshold voltages of the respective memory cells.

【0031】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込
み方法の一態様例においては、前記異なるデータの数が
(n≧2の正の整数)で、前記階段状電圧は異なる
のレベルをもつ。
In one embodiment of the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the number of the different data is 2 n (n is a positive integer of 2) and the stepped voltage is a different 2 n level. With.

【0032】本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出
し方法は、コントロールゲート、フローテングゲート、
ドレイン、ソースを有する複数のメモリセルを含むメモ
リアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置に書き込まれ
た、少なくとも3つの異なるデータの1つを読み出す方
法であって、読み出すべき前記複数のメモリセルの1つ
を選択し、前記異なるデータの数に対応した数の異なる
レベルに階段状に変化する階段状電圧を発生して、前記
選択されたメモリセルのコントロールゲートに印加し、
所定のパルス幅をもった、一定電圧のパルス電圧を発生
して、前記選択されたメモリセルのドレインに印加し、
前記選択されたメモリセルの前記コントロールゲートに
印加された前記階段状電圧の各レベルにおいて、前記選
択されたメモリセルのドレイン−ソース電流を検出す
る。
The reading method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a control gate, a floating gate,
A method for reading one of at least three different data written in a nonvolatile semiconductor memory device including a memory array including a plurality of memory cells having a drain and a source, wherein one of the plurality of memory cells to be read is read. Selecting one, generating a step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of different data, and applying the step-like voltage to the control gate of the selected memory cell;
A pulse voltage having a predetermined pulse width and a constant voltage is generated and applied to the drain of the selected memory cell,
At each level of the step-like voltage applied to the control gate of the selected memory cell, a drain-source current of the selected memory cell is detected.

【0033】本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出
し方法の一態様例において、前記パルス電圧のパルス幅
は、前記階段状電圧の継続時間よりも短くないパルス幅
である。
In one embodiment of the reading method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the pulse width of the pulse voltage is not shorter than the duration of the step-like voltage.

【0034】本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出
し方法の一態様例においては、それぞれがメモリセルと
同一の構成及び電気的特性を有する複数のリファレンス
セルを設け、前記選択されたメモリセルのドレイン−ソ
ース電流を検出後に、前記選択されたメモリセルのドレ
イン−ソース電流を、それぞれのリファレンスセルのド
レイン−ソース電流と順次比較し、前記選択されたメモ
リセルに書き込まれたデータを判定する。
In one embodiment of the method for reading a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a plurality of reference cells each having the same configuration and electrical characteristics as a memory cell are provided, and a drain of the selected memory cell is provided. -After detecting the source current, the drain-source current of the selected memory cell is sequentially compared with the drain-source current of each reference cell to determine the data written in the selected memory cell.

【0035】[0035]

【作用】本発明においては、単位メモリセルに3値以上
のデータ、例えば、2(n≧2)段階のレベルに変化
する書き込み電圧を用いて書き込みを行った場合にはn
ビット(2n値)のデータを記憶させることができるの
で、特にメモリセルの数を増やさなくても、装置全体の
記憶容量を大きくすることができる。
According to the present invention, when data is written to a unit memory cell using three or more values of data, for example, a write voltage that changes to a level of 2 n (n ≧ 2) steps, n
Since bit (2n value) data can be stored, the storage capacity of the entire device can be increased without increasing the number of memory cells.

【0036】[0036]

【実施例】以下、本発明を実施例につき図面を参照して
説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

【0037】図1(a)に、本発明を適用したEPRO
Mの主要構成を示す。
FIG. 1A shows an EPRO to which the present invention is applied.
The main configuration of M is shown.

【0038】同図において、メモリセルアレイ1を構成
する各メモリセルの構成並びにそれらとワード線、ビッ
ト線及びソース線との接続は、図3で説明したものと同
じである。そして、各メモリセルのコントロールゲート
に接続されたワード線が列デコーダ2に接続され、一
方、各メモリセルのドレインに接続されたビット線が行
セレクタ4を介して行デコーダ3に接続されている。
In the figure, the configuration of each memory cell constituting the memory cell array 1 and the connection between them and the word line, bit line and source line are the same as those described in FIG. The word line connected to the control gate of each memory cell is connected to the column decoder 2, while the bit line connected to the drain of each memory cell is connected to the row decoder 3 via the row selector 4. .

【0039】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ーダ2及び3に送ら
れ、これらのデコーダ2及び3で夫々列線(ワード線)
及び行線(ビット線)の選択が行われる。
An address signal input via the address buffer 5 is sent to these decoders 2 and 3, and the decoders 2 and 3 respectively provide column lines (word lines).
And a row line (bit line) is selected.

【0040】また、レベルが階段状に変化する電圧を発
生する可変電圧発生回路6が列デコーダ2を介してメモ
リセルアレイ1の各ワード線に接続されるとともに、パ
ルス状の電圧を発生するパルス発生回路7が行セレクタ
4を介してメモリセルアレイ1の各ビット線に接続され
ている。なお、図中、8は読み出し回路である。
A variable voltage generating circuit 6 for generating a voltage whose level changes stepwise is connected to each word line of the memory cell array 1 via the column decoder 2, and generates a pulse-like voltage. A circuit 7 is connected to each bit line of the memory cell array 1 via the row selector 4. In the figure, reference numeral 8 denotes a reading circuit.

【0041】次に、図1(a)(b)及び図3を参照し
て本実施例のEPROMの書き込み動作を説明する。
Next, the write operation of the EPROM of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) and FIG.

【0042】今、図3のメモリセル10に書き込みを行
う場合には、図1(b)に示すように、0Vから1ms
毎に10V、11V、12Vと階段状にレベルが変化す
る階段状電圧を、半導体チップ内に内蔵する可変電圧発
生回路6で発生させ、この階段状電圧を、列デコーダ2
により選択したワード線100に印加し、その他のワー
ド線の電位を全て0Vにする。
Now, when writing to the memory cell 10 shown in FIG. 3, as shown in FIG.
A stepped voltage whose level changes stepwise at 10 V, 11 V, and 12 V every time is generated by a variable voltage generation circuit 6 built in a semiconductor chip, and the stepped voltage is applied to the column decoder 2.
Is applied to the selected word line 100, and the potentials of the other word lines are all set to 0V.

【0043】そして、例えば、ワード線100に11V
の電圧が印加されているタイミングに合わせて、行デコ
ーダ3により選択したビット線102にパルス発生回路
7から例えば8.5Vの電圧を0.8msの間だけ印加
し、その他のビット線の電位は全て0Vにする。この印
加時間は、0.5〜1msの間の適当な値を設定可能で
ある。また、共通ソース104の電位は0Vにする。
Then, for example, 11V is applied to the word line 100.
, A voltage of, for example, 8.5 V is applied to the bit line 102 selected by the row decoder 3 from the pulse generation circuit 7 for 0.8 ms, and the potentials of the other bit lines are All are set to 0V. This application time can be set to an appropriate value between 0.5 and 1 ms. The potential of the common source 104 is set to 0V.

【0044】これによりメモリセル10のドレイン−ソ
ース間にチャネルが形成され、且つ、高いゲート電圧と
ドレイン電圧のためにドレイン近傍で発生したホットエ
レクトロンがシリコン−ゲート酸化膜間の電位障壁を越
えてフローティングゲート110に注入されることによ
り情報が書き込まれる。この結果、メモリセル10のし
きい値電圧が約4Vになり、この状態を“10”状態と
する。
As a result, a channel is formed between the drain and the source of the memory cell 10, and hot electrons generated near the drain due to the high gate voltage and the drain voltage cross the potential barrier between the silicon and the gate oxide film. Information is written by being injected into the floating gate 110. As a result, the threshold voltage of the memory cell 10 becomes about 4 V, and this state is set to the “10” state.

【0045】同様にして、ワード線100に10Vの電
圧が印加されているタイミングに合わせて、ビット線1
02に8.5Vのパルス状電圧を印加すると、メモリセ
ル10のしきい値電圧は約3Vになり、この状態を“0
1”状態とする。
Similarly, the bit line 1 is synchronized with the timing when a voltage of 10 V is applied to the word line 100.
When a pulse voltage of 8.5 V is applied to the memory cell 02, the threshold voltage of the memory cell 10 becomes about 3 V.
1 "state.

【0046】更に、ワード線100に12Vの電圧が印
加されているタイミングに合わせて、ビット線102に
8.5Vのパルス状電圧を印加すると、メモリセル10
のしきい値電圧は約5Vになり、この状態を“11”状
態とする。
Further, when a pulse-like voltage of 8.5 V is applied to the bit line 102 in synchronization with the timing at which a voltage of 12 V is applied to the word line 100, the memory cell 10
Becomes about 5 V, and this state is referred to as an "11" state.

【0047】そして、メモリセル10に書き込みを行っ
ていない状態を“00”状態とする。この状態でのメモ
リセル10のしきい値電圧は約2Vである。
Then, a state in which writing is not performed on the memory cell 10 is set to a “00” state. The threshold voltage of the memory cell 10 in this state is about 2V.

【0048】以上に説明したように、プログラミング方
式は、チャネルホットエレクトロン注入方式を用い、コ
ントロールゲートにかける電圧(VCG)によりプログ
ラミング後のしきい値電圧(Vth)が変化する特性を
利用する。図4に、コントロールゲートにかける電圧を
変化させた場合の書き込み時間と書き込み後のしきい値
電圧との関係を示す。内蔵回路から発生したステップ状
の電圧を選択ワード線に印加し、ビット線にかけるパル
スのタイミングを制御することにより、プログラミング
後のしきい値電圧(Vth)を4種類設定することが可
能となる。しきい値電圧の設定値は、書き込まない状態
を1状態とし、他の状態は、3〔V〕から1〔V〕おき
に設定する。
As described above, the programming method uses the channel hot electron injection method and utilizes the characteristic that the threshold voltage (V th ) after programming changes according to the voltage (V CG ) applied to the control gate. . FIG. 4 shows the relationship between the writing time and the threshold voltage after writing when the voltage applied to the control gate is changed. By applying a step-like voltage generated from a built-in circuit to a selected word line and controlling the timing of a pulse applied to a bit line, four types of threshold voltages (V th ) after programming can be set. Become. As for the set value of the threshold voltage, one state is set for a state in which writing is not performed, and the other states are set every 3 [V] to 1 [V].

【0049】次に、本実施例のEPROMの読み出し動
作を説明する。
Next, the read operation of the EPROM of this embodiment will be described.

【0050】今、メモリセル10の読み出しを行う場合
には、0Vから1ms毎に2.5V、3.5V、4.5
Vと階段状にレベルが変化する階段状電圧を可変電圧発
生回路6で発生させ、この階段状電圧をワード線100
に印加し、その他のワード線の電位を全て0Vにする。
また、ビット線102の電位を例えば1Vにするととも
にその他のビット線の電位を全て0Vにし、更に、共通
ソース104の電位を0Vにする。
Now, when reading data from the memory cell 10, 2.5 V, 3.5 V, 4.5 every 1 ms from 0 V.
A variable voltage generating circuit 6 generates a step-like voltage whose level changes in a step-like manner with V.
And the potentials of all other word lines are set to 0V.
Further, the potential of the bit line 102 is set to, for example, 1 V, the potentials of all other bit lines are set to 0 V, and the potential of the common source 104 is set to 0 V.

【0051】そして、ワード線100に2.5Vの電圧
が印加されている時にメモリセル10のドレイン−ソー
ス間に電流が流れた場合には、読み出し回路8は“0
0”のデータを出力する。また、ワード線100に2.
5Vの電圧が印加されている時にはドレイン−ソース間
に電流が流れず、3.5Vの電圧が印加された時に電流
が流れた場合には、読み出し回路8は“01”のデータ
を出力する。更に、ワード線100に3.5Vの電圧が
印加されている時にもドレイン−ソース間に電流が流れ
ず、4.5Vの電圧が印加された時に初めて電流が流れ
た場合には、読み出し回路8は“10”のデータを出力
する。そして、4.5Vの電圧が印加されている時にも
電流が流れなかった場合には、読み出し回路8は“1
1”のデータを出力する。
When a current flows between the drain and the source of the memory cell 10 when a voltage of 2.5 V is applied to the word line 100, the read circuit 8 outputs "0".
0 "data is output to the word line 100.
If a current does not flow between the drain and the source when a voltage of 5 V is applied, and if a current flows when a voltage of 3.5 V is applied, the read circuit 8 outputs data of “01”. Further, when a current does not flow between the drain and the source even when a voltage of 3.5 V is applied to the word line 100 and a current flows for the first time when a voltage of 4.5 V is applied, the read circuit 8 Outputs data "10". When the current does not flow even when the voltage of 4.5 V is applied, the read circuit 8 sets “1”.
1 "data is output.

【0052】以上に説明したように、本実施例のEPR
OMでは、1個のメモリセルに“00”〜“11”の4
値即ち2ビットのデータを記憶させることができ、且
つ、これを読み出すことができる。
As described above, the EPR of this embodiment is
In the OM, four “00” to “11” are stored in one memory cell.
A value, that is, 2-bit data, can be stored and read.

【0053】なお、記憶状態の消去は、従来よりよく知
られている紫外線の照射により全メモリセルを一括して
行われる。
It is to be noted that the erasing of the stored state is carried out for all the memory cells at once by irradiating the well-known ultraviolet rays.

【0054】また、以上の実施例において具体的な電圧
値を示したが、これらの電圧値は、メモリセルの構造、
特にゲート酸化膜や層間絶縁膜の容量並びに容量結合係
数(カップリングレシオ)の値により適宜変更されるべ
きものである。
Although specific voltage values have been shown in the above embodiments, these voltage values correspond to the structure of the memory cell,
In particular, it should be appropriately changed depending on the capacitance of the gate oxide film and the interlayer insulating film and the value of the capacitance coupling coefficient (coupling ratio).

【0055】次に、図2に示すメモリセルの等価回路を
用いて、コントロールゲートに印加する電圧により書き
込み後のしきい値電圧が変化することを原理的に説明す
る。
Next, with reference to the equivalent circuit of the memory cell shown in FIG. 2, the principle that the threshold voltage after writing changes by the voltage applied to the control gate will be described.

【0056】今、コントロールゲート、フローティング
ゲート、ドレイン、ソース及び基板の電位を夫々
CG、VFG、V、V及びVsUBとし、コント
ロールゲートとフローティングゲートの間、フローティ
ングゲートと基板の間、フローティングゲートとドレイ
ンの間及びフローティングゲートとソースの間の容量を
夫々C、C、C及びCとする。
[0056] Now, a control gate, a floating gate, a drain, source and substrate potential of each V CG, and V FG, V D, V S and Vs UB, between the control gate and the floating gate, between the floating gate and the substrate , The capacitance between the floating gate and the drain and the capacitance between the floating gate and the source are C 2 , C 1 , C 4 and C 3 , respectively.

【0057】そして、フローティングゲートに蓄積され
ている電荷の量をQとすると、電荷保存則により、 Q=C(VFG−VCG)+C(VFG−VSUB) +C(VFG−V)+C(VFG−V) …(1) となる。
Then, assuming that the amount of charge stored in the floating gate is Q, according to the law of conservation of charge, Q = C 2 (V FG −V CG ) + C 1 (V FG −V SUB ) + C 3 (V FG) −V S ) + C 4 (V FG −V D ) (1)

【0058】ここで、V=VSUB=0とすると、 VFG=(C・VCG+C・V+Q)/C …(2) 但し、C=C+C+C+Cとなる。Here, if V S = V SUB = 0, V FG = (C 2 · V CG + C 4 · V D + Q) / C T (2) where C T = C 1 + C 2 + C 3 + the C 4.

【0059】そして、コントロールゲート及びフローテ
ィングゲートからみたトランジスタのしきい値電圧を夫
々V及びVFTとすると、Q=0の時は、 VFT=(C・V+C・V)/C …(3) Q=ΔQの時は、 VFT′=(C・V′+C・V+ΔQ)/C …(4) が夫々成立する。
[0059] Then, when the threshold voltage of the transistor, as viewed from the control gate and floating gate and each V T and V FT, when Q = 0 is, V FT = (C 2 · V T + C 4 · V D) / C T (3) When Q = ΔQ, V FT ′ = (C 2 VV T ′ + C 4 VV D + ΔQ) / C T (4) holds.

【0060】ここで、フローティングゲートからみたト
ランジスタのしきい値電圧はQの値にかかわらず一定な
ので、VFT=VFT′である。
Here, since the threshold voltage of the transistor viewed from the floating gate is constant regardless of the value of Q, V FT = V FT '.

【0061】従って、(4)式−(3)式から、 C(V′−V)/C=ΔQ/C …(5) となる。[0061] Therefore, (4) - the equation (3), C 2 (V T '-V T) / C T = ΔQ / C T ... (5).

【0062】依って、V−V′=ΔVとすると、 C・ΔV=−ΔQ …(6) となる。[0062] Depending, if the V T -V T '= ΔV T , the C 2 · ΔV T = -ΔQ ... (6).

【0063】ところで、VCGを微小量だけ増加させて
CG+ΔVCGにすると、QもQ+ΔQになるので、
(2)式は、 VFG+ΔVFG={C(VCG+ΔVCG)+C・V +(Q+ΔQ)}/C …(7) になる。
By the way, VCGBy a small amount
VCG+ ΔVCGThen, Q also becomes Q + ΔQ,
Equation (2) isFG+ ΔVFG= {C2(VCG+ ΔVCG) + C4・ VD  + (Q + ΔQ)} / CT ... (7)

【0064】従って、(7)式−(2)式から、 ΔVFG=(C・ΔVCG+ΔQ)/C …(8) となる。Therefore, from the equation (7)-(2), ΔV FG = (C 2 · ΔV CG + ΔQ) / C T (8)

【0065】(8)式に(6)式を代入すると、 ΔVFG=C(ΔVCG−ΔV)/C …(9) になる。By substituting equation (6) into equation (8), ΔV FG = C 2 (ΔV CG −ΔV T ) / C T (9)

【0066】ここで、フローティングゲートに電荷を注
入する時間が充分に経過した後には、ΔVFG=0にな
る。
Here, ΔV FG = 0 after a sufficient time has elapsed for injecting charges into the floating gate.

【0067】従って、 ΔVCG=ΔV …(10) になる。Therefore, ΔV CG = ΔV T (10)

【0068】これにより、コントロールゲートに印加す
る電圧によって書き込み後のしきい値電圧が変化するこ
とが分かる。
Thus, it can be seen that the threshold voltage after writing changes depending on the voltage applied to the control gate.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によれば、EPROM等の不揮発
性半導体記憶装置の単位メモリセルに3値以上例えばn
(n≧2)ビットのデータを記憶させることができるの
で、特にメモリセルの数を増やさなくても大きな記憶容
量を得ることができる。
According to the present invention, a unit memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device such as an EPROM has three or more values, for example, n or more.
Since (n ≧ 2) bits of data can be stored, a large storage capacity can be obtained without increasing the number of memory cells.

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

【図1】本発明の一実施例によるEPROMの要部構成
を示す回路ブロック図及び書き込み時の印加電圧を示す
タイミングチャートである。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a main part configuration of an EPROM according to an embodiment of the present invention, and a timing chart showing applied voltages at the time of writing.

【図2】EPROMの単位メモリセルの等価回路図であ
る。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a unit memory cell of an EPROM.

【図3】EPROMの4個のメモリセルの電気的結線図
である。
FIG. 3 is an electrical connection diagram of four memory cells of the EPROM.

【図4】コントロールゲートに印加する電圧を変化させ
た場合の書き込み時間と書き込み後のしきい値電圧との
関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a writing time and a threshold voltage after writing when a voltage applied to a control gate is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メモリセルアレイ 2 列デコーダ 3 行デコーダ 6 可変電圧発生回路 7 パルス発生回路 8 読み出し回路 10、11、12、13 メモリセル 100、101 ワード線(コントロールゲート) 102、103 ビット線 104 ソース線 110、111、112、113 フローティングゲー
Reference Signs List 1 memory cell array 2 column decoder 3 row decoder 6 variable voltage generator 7 pulse generator 8 readout circuit 10, 11, 12, 13 memory cell 100, 101 word line (control gate) 102, 103 bit line 104 source line 110, 111 , 112,113 Floating gate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康夫 相模原市淵野辺5−10−1 新日本製鐵 株式会社エレクトロニクス研究所内 (72)発明者 江川 雄一 相模原市淵野辺5−10−1 新日本製鐵 株式会社エレクトロニクス研究所内 (56)参考文献 特開 平3−237692(JP,A) 特開 昭62−6493(JP,A) 特開 昭62−257699(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 16/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasuo Sato 5-10-1 Fuchinobe, Sagamihara-shi Nippon Steel Corporation Electronics Research Laboratory (72) Inventor Yuichi Egawa 5-10-1 Fuchinobe, Sagamihara-shi Nippon Steel (56) References JP-A-3-237692 (JP, A) JP-A-62-6493 (JP, A) JP-A-62-257699 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) G11C 16/02

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも3つの異なるデータの1つを
選択的に記憶することのできる不揮発性半導体記憶装置
であって、 コントロールゲート、フローテングゲート、ドレイン、
ソースを有する複数のメモリセルを含むメモリアレイ
と、 記憶しようとするデータの数に対応する数の異なるレベ
ルに階段状に変化する階段状電圧を発生する手段と、 所定の電圧レベルと所定のパルス幅を有するパルス電圧
を発生する手段と、 前記複数のメモリセルの1つを選択する手段と、 前記選択されたメモリセルのコントロールゲートとドレ
インに、前記階段状電圧と前記パルス電圧をそれぞれ印
加し、前記少なくとも3つの異なるデータの何れを前記
選択されたメモリセルに記憶すべきかによって、前記コ
ントロールゲートへの前記階段状電圧の印加のタイミン
グに対する前記ドレインへの前記パルス電圧の印加の相
対的タイミングを制御する手段とを有することを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。
1. A nonvolatile semiconductor memory device capable of selectively storing one of at least three different data, comprising: a control gate, a floating gate, a drain,
A memory array including a plurality of memory cells having a source; a means for generating a step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of data to be stored; a predetermined voltage level and a predetermined pulse Means for generating a pulse voltage having a width, means for selecting one of the plurality of memory cells, and applying the step voltage and the pulse voltage to a control gate and a drain of the selected memory cell, respectively. The relative timing of applying the pulse voltage to the drain with respect to the timing of applying the staircase voltage to the control gate depends on which of the at least three different data is to be stored in the selected memory cell. Controlling means for controlling the non-volatile semiconductor memory device.
【請求項2】 前記パルス電圧のパルス幅は、前記階段
状電圧の継続時間よりも短いことを特徴とする請求項1
に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. A pulse width of the pulse voltage is shorter than a duration of the step voltage.
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項3】 前記パルス電圧のパルス幅は、前記階段
状電圧の発生するそれぞれのレベルの電圧の継続時間の
中で最も短い継続時間よりも長くないパルス幅であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置。
3. The pulse width of the pulse voltage is not longer than the shortest duration of the duration of the voltage of each level in which the stepped voltage is generated. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項4】 各メモリセルに記憶される前記少なくと
も3つの異なるデータは、そのメモリセルのしきい値電
圧の少なくとも3つの異なるレベルにそれぞれ対応し、
前記階段状電圧の異なるレベルは、前記異なるしきい値
電圧レベルによって決められることを特徴とする請求項
1〜3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装
置。
4. The at least three different data stored in each memory cell respectively correspond to at least three different levels of a threshold voltage of the memory cell,
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein different levels of the step-like voltage are determined by the different threshold voltage levels. 5.
【請求項5】 前記相対的タイミングを制御する手段
は、 前記コントロールゲートに印加された階段状電圧の電圧
レベルが、前記選択されたメモリセルに記憶しようとす
る前記少なくとも3つの異なるデータの1つに対応する
レベルにあるとき、前記ドレインに前記パルス電圧が印
加されるように、前記コントロールゲートヘの前記階段
伏電圧の印加タイミングと、前記ドレインへの前記パル
ス電圧の印加のタイミングを制御することを特徴とする
請求項1〜4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記
憶装置。
5. The means for controlling the relative timing, wherein a voltage level of a step-like voltage applied to the control gate is one of the at least three different data to be stored in the selected memory cell. Controlling the application timing of the step-down voltage to the control gate and the timing of application of the pulse voltage to the drain so that the pulse voltage is applied to the drain when the level is at a level corresponding to The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記記憶しようとする異なるデータの数
が2n (n≧2の正の整数)で、前記階段状電圧は異な
る2n のレベルをもつことを特徴とする請求項1〜5の
いずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The method according to claim 1, wherein the number of different data to be stored is 2 n (a positive integer of n ≧ 2), and the step-like voltage has 2 n different levels. 7. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1.
【請求項7】 少なくとも3つの異なるデータの1つを
選択的に記憶することのできる不揮発性半導体記憶装置
であって、 コントロールゲート、フローテングゲート、ドレイン、
ソースを有する複数のメモリセルを含むメモリアレイ
と、 前記複数のメモリセルのlつを選択する手段と、 前記選択されたメモリセルに前記異なるデータの1つを
書き込むモードである書き込みモードと、前記選択され
たメモリセルに記憶されたデータを読み出すモードであ
る読み出しモードとの間で、前記不揮発性半導体記憶装
置の動作を切換える手段と、 前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き込みモードに設
定されたとき、前記記憶しようとするデータの数に対応
する数の異なるレベルに階段状に変化する第1の階段状
電圧を発生し、前記不揮発性半導体記憶装置が前記読み
出しモードに設定されたとき、前記記憶しようとするデ
ータの数に対応する数の異なるレベルに階段状に変化す
る第2の階段状電圧を発生する手段と、 前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き込みモードに設
定されたとき、所定のパルス幅と、所定の電圧レベルを
もった第1のパルス電圧を発生し、前記不揮発性半導体
記憶装置が前記読み出しモードに設定されたとき、所定
のパルス幅の一定電圧の第2のパルス電圧を発生する手
段と、 前記不揮発性半導体記憶装置が前記書き込みモードに設
定されたとき、前記選択されたメモリセルの前記コント
ロールゲートと前記ドレインに、前記第1の階段状電圧
と前記第1のパルス電圧をそれぞれ印加し、前記選択さ
れたメモリセルに記憶されるべきデータに応じて、前記
コントロールゲートへの前記第1の階段状電圧の印加の
タイミングに対する、前記ドレインへの前記第1のパル
ス電圧の印加の相対的タイミングを制御し、前記不揮発
性半導体記憶装置が前記読み出しモードに設定されたと
き、前記選択されたメモリセルの前記コントロールゲー
トと前記ドレインに、前記第2の階段状電圧と前記第2
のパルス電圧をそれぞれ印加し、前記第2の階段状電圧
が前記コントロールゲートに印加されている間は少なく
とも、前記第2のパルス電圧が前記ドレインに印加され
ている様に、前記コントロールゲートへの前記第2の階
段状電圧の印加のタイミングに対して、前記ドレインへ
の前記第2のパルス電圧の印加の相対的タイミングを制
御する手段と、 前記不揮発性半導体記憶装置が前記読み出しモードに設
定されたとき、前記コントロールゲートに印加される前
記第2の階段状電圧のそれぞれのレベルにおいて、前記
選択されたメモリセルのドレイン−ソース回路に流れる
電流を検出する手段とを有することを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
7. A nonvolatile semiconductor memory device capable of selectively storing one of at least three different data, comprising: a control gate, a floating gate, a drain,
A memory array including a plurality of memory cells having a source; a unit for selecting one of the plurality of memory cells; a write mode for writing one of the different data to the selected memory cell; Means for switching the operation of the nonvolatile semiconductor memory device between a read mode, which is a mode for reading data stored in the selected memory cell, and when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the write mode Generating a first stepwise voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of data to be stored, and when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode, Means for generating a second step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of data to be obtained; When the volatile semiconductor memory device is set to the write mode, a first pulse voltage having a predetermined pulse width and a predetermined voltage level is generated, and the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode. Means for generating a second pulse voltage of a constant voltage having a predetermined pulse width; and when the nonvolatile semiconductor memory device is set to the write mode, the control gate of the selected memory cell; Applying the first step voltage and the first pulse voltage to a drain, respectively, and applying the first step voltage to the control gate in accordance with data to be stored in the selected memory cell Controlling the relative timing of the application of the first pulse voltage to the drain with respect to the application timing of the nonvolatile semiconductor memory device. Is set to the read mode, the control gate and the drain of the selected memory cell are connected to the second step voltage and the second
And while the second step voltage is applied to the control gate, at least as long as the second pulse voltage is applied to the drain. Means for controlling the relative timing of the application of the second pulse voltage to the drain with respect to the timing of the application of the second staircase voltage, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is set to the read mode. Means for detecting a current flowing through a drain-source circuit of the selected memory cell at each level of the second step-like voltage applied to the control gate. Semiconductor memory device.
【請求項8】 前記第1のパルス電圧のパルス幅は、前
記第1の階段状電圧の継続時間よりも短いことを特徴と
する請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
8. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein a pulse width of said first pulse voltage is shorter than a duration of said first step voltage.
【請求項9】 前記第2のパルス電圧のパルス幅は、前
記第2の階段状電圧の継続時間よりも短いことを特徴と
する請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
9. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein a pulse width of said second pulse voltage is shorter than a duration of said second step-like voltage.
【請求項10】 前記第1のパルス電圧のパルス幅は、
前記第1の階段状電圧の発生するそれぞれのレベルの電
圧の継続時間の中で最も短い継続時間よりも長くないパ
ルス幅であることを特徴とする請求項7に記載の不揮発
性半導体記憶装置。
10. The pulse width of the first pulse voltage is:
8. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein the pulse width is not longer than the shortest duration among the durations of the voltages of the respective levels at which the first stepped voltage is generated.
【請求項11】 コントロールゲート、フローテングゲ
ート、ドレイン、ソースを有する複数のメモリセルを含
むメモリアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置に、少
なくとも3つの異なるデータの1つを選択的に書き込む
方法であって、 前記複数のメモリセルの1つを選択し、 前記選択されたメモリセルへ前記少なくとも3つの異な
るデータのうちの1つを書き込むときに、前記異なるデ
ータの数に対応した数の異なるレベルに階段状に変化す
る階段状電圧を発生して、前記選択されたメモリセルの
ゲート電極に印加し、 所定のパルス幅と、所定電圧レベルを有するパルス電圧
を発生し、前記選択されたメモリセルのドレインへ印加
し、 前記少なくとも3つの異なるデータの何れを、前記選択
されたメモリセルに書き込むべきかによって、前記コン
トロールゲートへの前記階段状電圧の印加のタイミング
に対する、前記ドレインヘの前記パルス電圧の印加の相
対的タイミングを制御することを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置の書き込み方法。
11. A method for selectively writing one of at least three different data to a nonvolatile semiconductor memory device including a memory array including a plurality of memory cells having a control gate, a floating gate, a drain, and a source. And selecting one of the plurality of memory cells, and writing one of the at least three different data to the selected memory cell, the number of different levels corresponding to the number of different data Generating a step voltage that changes in a step-like manner and applying the voltage to the gate electrode of the selected memory cell to generate a pulse voltage having a predetermined pulse width and a predetermined voltage level. Depending on which of the at least three different data is to be written to the selected memory cell For timing of application of the stepped voltage to the control gate, the writing method of the nonvolatile semiconductor memory device characterized by controlling the relative timing of the application of the pulse voltage of the Doreinhe.
【請求項12】 前記パルス電圧のパルス幅は、前記階
段状電圧の継続時間よりも短いことを特徴とする請求項
11に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
12. The method according to claim 11, wherein a pulse width of the pulse voltage is shorter than a duration of the step-like voltage.
【請求項13】 前記パルス電圧のパルス幅は、前記階
段状電圧の発生するそれぞれのレベルの電圧の継続時間
の中で最も短い継続時間よりも短いパルス幅であること
を特徴とする請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装
置の書き込み方法。
13. The pulse width of the pulse voltage is shorter than the shortest duration of the duration of the voltage of each level in which the stepped voltage is generated. 3. The writing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to item 1.
【請求項14】 前記少なくとも3つの異なるデータ
は、前記各メモリセルのしきい値電圧の設定される異な
るレベルに対応することを特徴とする請求項11〜13
のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き
込み方法。
14. The memory device according to claim 11, wherein said at least three different data correspond to different levels of threshold voltages of said memory cells.
The method for writing data in a nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the above items.
【請求項15】 前記階段状電圧の異なるレベルは、前
記各メモリセルのしきい値電圧の異なるレベルに基づい
て決められることを特徴とする請求項11〜14のいず
れか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法。
15. The nonvolatile memory according to claim 11, wherein the different levels of the step-like voltages are determined based on the different levels of the threshold voltages of the respective memory cells. Writing method for nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項16】 前記異なるデータの数が2n (n≧2
の正の整数)で、前記階段状電圧は異なる2n のレベル
をもつことを特徴とする請求項11〜15のいずれか1
項に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法。
16. The number of different data is 2 n (n ≧ 2)
16. The method according to claim 11, wherein the step voltage has 2 n different levels.
13. The writing method for the nonvolatile semiconductor memory device according to item 9.
【請求項17】 コントロールゲート、フローテングゲ
ート、ドレイン、ソースを有する複数のメモリセルを含
むメモリアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置に書き
込まれた、少なくとも3つの異なるデータの1つを読み
出す方法であって、 読み出すべき前記複数のメモリセルのlつを選択し、 前記異なるデータの数に対応した数の異なるレベルに階
段状に変化する階段状電圧を発生して、前記選択された
メモリセルのコントロールゲートに印加し、 所定のパルス幅をもった、一定電圧のパルス電圧を発生
して、前記選択されたメモリセルのドレインに印加し、 前記選択されたメモリセルの前記コントロールゲートに
印加された前記階段状電圧の各レベルにおいて、前記選
択されたメモリセルのドレイン−ソース電流を検出する
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の読み出し方
法。
17. A method for reading one of at least three different data written in a nonvolatile semiconductor memory device having a memory array including a plurality of memory cells having a control gate, a floating gate, a drain, and a source. Selecting one of the plurality of memory cells to be read, generating a step-like voltage that changes stepwise to a number of different levels corresponding to the number of different data, and generating a step-like voltage of the selected memory cell. Applying to the control gate, generating a pulse voltage of a predetermined voltage having a predetermined pulse width, applying the pulse voltage to the drain of the selected memory cell, and applying the pulse voltage to the control gate of the selected memory cell Detecting the drain-source current of the selected memory cell at each level of the step voltage. The method of reading a nonvolatile semiconductor memory device according to.
【請求項18】 前記パルス電圧のパルス幅は、前記階
段状電圧の継続時間よりも短くないパルス幅であること
を特徴とする請求項17に記載の不揮発性半導体記憶装
置の読み出し方法。
18. The method according to claim 17, wherein a pulse width of the pulse voltage is not shorter than a duration of the step-like voltage.
【請求項19】 それぞれがメモリセルと同一の構成及
び電気的特性を有する複数のリファレンスセルを設け、 前記選択されたメモリセルのドレイン−ソース電流を検
出後に、前記選択されたメモリセルのドレイン−ソース
電流を、それぞれのリファレンスセルのドレイン−ソー
ス電流と順次比較し、前記選択されたメモリセルに書き
込まれたデータを判定することを特徴とする請求項17
又は18に記載の不揮発性半導体記憶装置の読み出し方
法。
19. A method comprising: providing a plurality of reference cells each having the same configuration and electrical characteristics as a memory cell; detecting a drain-source current of the selected memory cell; and detecting a drain-source current of the selected memory cell. 18. The method according to claim 17, wherein a source current is sequentially compared with a drain-source current of each reference cell to determine data written in the selected memory cell.
19. A method for reading a nonvolatile semiconductor memory device according to item 18.
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