JPH06131881A - 半導体メモリへの情報書き込み読み出し方法 - Google Patents

半導体メモリへの情報書き込み読み出し方法

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JPH06131881A
JPH06131881A JP27474292A JP27474292A JPH06131881A JP H06131881 A JPH06131881 A JP H06131881A JP 27474292 A JP27474292 A JP 27474292A JP 27474292 A JP27474292 A JP 27474292A JP H06131881 A JPH06131881 A JP H06131881A
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JP
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gate
voltage
floating gate
memory cell
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JP27474292A
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Hiroshi Sukegawa
博 助川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、フローティングゲートにチャージ
された電荷量によって記憶された情報の区別を行う半導
体メモリの高記録密度化を微細寸法化によらず実現する
ことができる半導体メモリへの情報書き込み読み出し方
法を提供することを目的としている。 【構成】 本発明において、コントロールゲート1にロ
ーレベルの書き込み電圧を印加すると、フローティング
ゲート2に電荷量Lの電子が蓄積される。コントロール
ゲート1にハイレベルの書き込み電圧を印加すると、フ
ローティングゲート2に電荷量Hの電子が蓄積される。
次にコントロールゲート1に印加する読み出し閾値電圧
をローとハイの2種類として、各場合のソースSとドレ
インD間のオン、オフをチェックすることにより、フロ
ーティングゲート2に蓄積されている電荷量が0、L、
Hのいずれかであることが読み出され、結局、メモリセ
ルに3値化情報を読み書きでき、高記録密度化がなされ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はEEPROM(Electri
cally Erasable Programmable Read Only Memory
)等のフローティングゲートにチャージされた電荷量
にて、記憶された情報の区別を行う半導体メモリに係わ
り、特に高記録密度化に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からEEPROMはフローティング
ゲートにチャージされた電荷量にて蓄積されている情報
の判別を行っている。即ち、前記EEPROMの各メモ
リセルを構成するMOSトランジスタのフローティング
ゲートに、例えば負の電荷がチャージされていると、こ
のMOSトランジスタのコントロールゲートに所定の読
み出し用閾値電圧をかけても前記トランジスタはオフの
ままで、“0”が記憶されていることが分かる。又、前
記フローティングゲートに電荷がチャージされていない
場合、前記コントロールゲートに読み出し用閾値電圧を
かけると、前記トランジスタがオンになることにより、
“1”が記憶されていることが分かる。従って、前記1
つのメモリセルには2値化情報が記憶されることにな
る。
【0003】従って、上記のようなEEPROMに対す
る情報記録密度を高めるには、前記各メモリセルの面積
を小さくするしかなく、DRAMと同じようにEEPR
OMを微細寸法化してメモリセルの集積度を上げる手法
しかなかった。しかし、この微細寸法化による記録密度
の向上には当然限度があるため、高記録密度化のための
新たな技術手法の開発が要請されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来EEPROMへの
情報記録密度を高めるには、前記EEPROMを構成し
ている各メモリセルの面積を小さくするしかなく、この
ため、前記メモリセルを微細寸法化して集積密度を高め
る手法しかなかったが、この微細寸法化には限度がある
ため、高記録密度化のための新たな技術手法の開発が要
請されている。
【0005】そこで本発明は上記の欠点を除去し、フロ
ーティングゲートにチャージされた電荷量によって記憶
された情報の区別を行う半導体メモリの高記録密度化を
微細寸法化によらず実現することができる半導体メモリ
への情報書き込み読み出し方法を提供することを目的と
している。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はコントロールゲ
ートに書き込み電圧を印加することによって、フローテ
ィングゲートに電荷を蓄積し、前記コントロールゲート
に読み出し電圧を印加することによって、前記フローテ
ィングゲートに蓄積されている電荷量に対応した情報を
読み出す半導体メモリにおいて、n種類の電圧を有する
書き込み電圧の中の1種類の書き込み電圧を前記コント
ロールゲートに印加して前記書き込み電圧に対応する電
荷量を前記フローティングゲートに蓄積する、もしくは
同一の電圧にて電圧を印加している維持時間をn種類と
しそれに対応する電荷量を前記フローティングゲートに
蓄積する、もしくは印加電圧のパラメータと印加維持時
間のパラメータの組み合わせによりn種類の電位差を与
える電荷量の前記フローティングゲートに対する蓄積を
コントロールし、且つ、前記コントロールゲートにn種
類の読み出し電圧を順次印加して、前記フローティング
ゲートに蓄積されている電荷量に対応する情報を読み出
す構成を有する。
【0007】
【作用】本発明の半導体メモリへの情報書き込み読み出
し方法において、コントロールゲートに異なる電圧を有
する書き込み電圧を印加すると、書き込み電圧に応じた
電荷量がフローティングゲートに蓄積される。前記コン
トロールゲートに印加する読み出し電圧を変化させるこ
とにより得られるメモリセルを構成するトランジスタの
オンオフ状態の組み合わせによって、前記フローティン
グゲートに蓄積された電荷量を調べることができるた
め、この電荷量に対応した情報を前記メモリセルに記憶
させることができ、高記録密度化が行われる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は本発明の半導体メモリへの情報書き込み
読み出し方法を適用したEEPROMを構成するメモリ
セルの一実施例を示した図である。1個のメモリセル
は、シリコン半導体のP基盤の上部に一定の距離をあけ
てドレインD(n領域)とソースS(n領域)が形成さ
れ、これら2つのn領域に挟まれた前記P基盤の上面に
は絶縁膜3で周囲から電気的に隔離されたフローティン
グゲート2が配置され、更にその上側にコントロールゲ
ート1が配置された構成のMOSトランジスタである。
【0009】次に上記メモリセルの動作について説明す
る。上記メモリセルに情報を書き込むにはコントロール
ゲート1に高電圧(20V前後)を印加し、ドレインD
にホットエレクトロン誘導用の電圧を印加し、更にソー
スSを接地レベルにする。これにより、ドレイン電圧に
よって引き寄せられたホットエレクトロンはコントロー
ルゲート1に印加された電圧によってドレイン空乏領域
から絶縁膜3を通してフローティングゲート2に注入さ
れる。このフローティングゲート2に注入された電子は
半永久的にこのゲートに蓄積される。このように、フロ
ーティングゲート2に電子が蓄積された状態では、コン
トロールゲート1に読み出し用の高電圧をかけても前記
電子の負電荷によってドレインDとソースS間のチャネ
ルが誘起されにくくなって、即ち閾値電圧VT が高くな
って、このトランジスタはオフ(ドレインDとソースS
間がオフ)のままとなる。従って、このメモリセルには
例えば“0”が書き込まれたことになる。
【0010】一方、上記のようにフローティングゲート
2に電子が蓄積されたメモリセルに書込時と逆の電位を
印加すると、蓄積された電子は前記フローティングゲー
ト2から追い出され、このメモリセルの消去が行われ
る。このような状態でコントロールゲート1に読み出し
用の高電圧をかけると、このトランジスタがオン(ドレ
インDとソースS間がオン)になり、“1”の情報が記
憶されていることに対応する。尚、上記とは別に、コン
トロールゲート1に高電圧をかけてフローティングゲー
ト2にトンネル効果により電荷を蓄積し、電圧を逆に印
加することにより、前記蓄積電荷をフローティングゲー
トから放出させるタイプのメモリセルについても
“0”、“1”の2値化情報が同様に記憶される。
【0011】ところで、上記メモリセルに“0”を書き
込む際、従来はコントロールゲート1に印加する書き込
み電圧を1種類としていた。このため、このような従来
の書き込み方法を採ったメモリチップの書き込み前と書
き込み後の電位分布は、図2に示すようになる。即ち、
イで示した部分が消去時の電位分布で、ロで示した部分
が書き込み後の電位分布である。従って、コントロール
ゲート1に印加する読み出し閾値電圧をV0 とすれば、
メモリセルが消去状態の時に前記トランジスタはオンと
なり、メモリセルが書き込み状態の時に前記トランジス
タはオフとなる。
【0012】ところで、上記したメモリセルへの情報の
書き込み時、コントロールゲート1に印加する電圧を変
化させると、例えばハイレベルと、ローレベルの2種類
の電圧で書き込みを行うと、フローティングゲート2に
蓄積される電子の電荷量を異なるものとすることがで
き、このため、このような場合のメモリセルの電位分布
は図3に示すようになる。但し、ローレベルでは“0”
を書き込むこととし、ハイレベルでは“2”を書き込む
こととする。即ち、イで示した部分が消去時の電位分布
で、ロで示した部分がローレベルの書き込み電圧にて情
報を書き込んだ際の電位分布であり、ハで示した部分が
ハイレベルの書き込み電圧にて情報を書き込んだ際の電
位分布である。従って、コントロールゲート1に印加す
る読み出し閾値電圧をV2 とすれば、メモリセルが消去
時には前記トランジスタはオンとなり、メモリセルが書
き込み状態の時は前記トランジスタはオフとなる。従っ
て、この時トランジスタがオンであれば“1”がこのメ
モリセルに記憶されていることが分かる。次にコントロ
ールゲート1に印加する読み出し閾値電圧をV1 とすれ
ば、メモリセルが消去時又はローレベルで“0”を書き
込んだ状態の時は前記トランジスタがオンとなり、メモ
リセルに“2”が書き込まれている時のみ、このトラン
ジスタがオフとなる。従って、読み出し閾値電圧を
1 、V2 に変化させて前記トランジスタのオンオフを
調べることにより、前記メモリセルから“0”、
“1”、“2”のいずれかの情報を読み出すことができ
る。
【0013】図4は上記のような原理にて3進数をEE
PROM内の各メモリセルに記憶させる半導体ファイル
装置の一実施例を示したブロック図である。コントロー
ラ20から半導体メモリチップ10内に形成されたデコ
ード回路12に、例えば“0”を書き込む指令が来た場
合は、デコード回路12はEEPROM11内のメモリ
セルのコントロールゲートにローレベルの書き込み電圧
をかけて、書き込みを行い、又、“2”の書き込み指令
が来た場合は前記コントロールゲートにハイレベルの書
き込み電圧をかけて、書き込みを行う。但し、EEPR
OM11の書き込み前の消去にて各メモリセルは“1”
になっているものとする。次にコントローラ20から読
み出し指令がデコード回路12に来た場合、デコート回
路12は指定されたEEPROM11のメモリセルのコ
ントロールゲートに2種類の読み出し閾値電圧を順番に
かけて、このメモリセルを構成するトランジスタのオン
オフ情報を各場合についてチェックし、その結果(図3
の説明を参照のこと)により得られた記憶情報をコント
ローラ20側に出力する。上記のようなデコード回路1
2の動作により、EEPROM11の各メモリセルに3
進数のいずれか1つを書き込み/読み出すことができ
る。尚、デコード回路12はコントローラ20側にあっ
ても、同様の動作を行うことができる。
【0014】本実施例によれば、EEPROM11の図
1に示したような各メモリセルのコントロールゲート1
に印加する書き込み電圧を2種類とすることにより、
“0”、“1”、“2”の3進数のいずれかの情報をこ
のメモリセルに書き込むことができると共に、読み出し
閾値電圧を2種類として前記メモリセルを構成するトラ
ンジスタのオンオフをチェックすることにより、
“0”、“1”、“2”のいずれかの情報を各メモリセ
ルから読み出すことができ、結局、メモリセルの微細寸
法化を行うことなしに、各メモリセルへ記録できる情報
を3値化して、記録密度を上げることができる。
【0015】尚、上記実施例ではコントロールゲートに
印加する書き込み/読み出し電圧をそれぞれ2種類とし
たが、これをn種類とすることにより、更に高記録化を
行うことができる。又、上記実施例では半導体メモリと
してEEPROMを例に挙げて説明したが、フローティ
ングゲートに電荷を蓄積するタイプのメモリであれば、
フラッシュ型EEPROM、EPROM等のいずれのメ
モリに対しても、本発明を適用して同様の効果を得るこ
とができる。更に、通常は図3に示すように読み出し閾
値電圧V1 、V2 の電圧差として1V程度が信頼性確保
のために必要であるが、図4に示したコントローラ20
にECC機能を備えれば、前記電圧差をその半分の0.
5V程度に低減することができる。従って、同様の構成
にて書き込みデータのベリファイ時の読み出しマージン
も半分程度に低減することができる。
【0016】
【発明の効果】以上記述した如く本発明の半導体メモリ
への情報書き込み読み出し方法によれば、フローティン
グゲートにチャージされた電荷量によって記憶された情
報の区別を行う半導体メモリの高記録密度化を微細寸法
化によらず実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体メモリへの情報書き込み読み出
し方法を適用したEEPROMを構成するメモリセルの
一実施例を示した図。
【図2】図1に示したメモリセルに1種類の書き込み電
圧で情報を書き込む前、書き込んだ後の前記メモリセル
内の電位分布例を示した図。
【図3】図1に示したメモリセルに2種類の書き込み電
圧で情報を書き込む前、書き込んだ後の前記メモリセル
内の電位分布例を示した図。
【図4】図1に示したメモリセルを有するEEPROM
内の各メモリセルに3進数を記憶させる半導体ファイル
装置の一実施例を示したブロック図。
【符号の説明】
1…コントロールゲート 2…フローティ
ングゲート 10…半導体メモリチップ 11…EEPR
OM 12…デコード回路 20…コントロ
ーラ D…ドレイン S…ソース

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コントロールゲートに書き込み電圧を印
    加することによって、フローティングゲートに電荷を蓄
    積し、前記コントロールゲートに読み出し電圧を印加す
    ることによって、前記フローティングゲートに蓄積され
    ている電荷量に対応した情報を読み出す半導体メモリに
    おいて、n種類の電圧を有する書き込み電圧の中の1種
    類の書き込み電圧を前記コントロールゲートに印加して
    前記書き込み電圧に対応する電荷量を前記フローティン
    グゲートに蓄積する、もしくは同一の電圧にて電圧を印
    加している維持時間をn種類としそれに対応する電荷量
    を前記フローティングゲートに蓄積する、もしくは印加
    電圧のパラメータと印加維持時間のパラメータの組み合
    わせによりn種類の電位差を与える電荷量の前記フロー
    ティングゲートに対する蓄積をコントロールし、且つ、
    前記コントロールゲートにn種類の読み出し電圧を順次
    印加して、前記フローティングゲートに蓄積されている
    電荷量に対応する情報を読み出すことを特徴とする半導
    体メモリへの情報書き込み読み出し方法。
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