JPH06177397A - 不揮発性半導体メモリの多値書込み方法 - Google Patents

不揮発性半導体メモリの多値書込み方法

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JPH06177397A
JPH06177397A JP4351216A JP35121692A JPH06177397A JP H06177397 A JPH06177397 A JP H06177397A JP 4351216 A JP4351216 A JP 4351216A JP 35121692 A JP35121692 A JP 35121692A JP H06177397 A JPH06177397 A JP H06177397A
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 取扱いが容易であり、かつ少ないメモリセル
をもって多いデータ量を記憶することが可能な不揮発性
半導体メモリの多値書込み方法を提供する。 【構成】 制御ゲート電極に高電圧を印加し、入力デー
タに応じた電圧をドレイン電極に印加することにより容
易に各メモリセルの閾値電圧を設定し、3つ以上の種類
のデータを容易に記憶可能となる。従って、従来と同様
な量のメモリセルをもって半導体メモリの記憶容量が著
しく向上する。また、書込みにファーラーノードハイム
トンネリング法を用いることにより、ホットエレクトロ
ン法を用いた場合に比較して、浮遊ゲートに注入される
電荷量を容易に制御することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的書換え可能な不
揮発性半導体メモリの書込み方法に関し、特に各メモリ
セルに3値以上のデータを選択的に書き込むことが可能
な不揮発性半導体メモリの多値書込み方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】電気的にデータの書込み及び消去が可能
なEEPROMと呼ばれる不揮発性メモリが知られてい
る。特に、FlashEEPROMと呼ばれるデータを
一括消去可能なEEPROMがある。このFlashE
EPROMの各メモリセルに、基板の互いに対峙するソ
ース電極とドレイン電極との間にチャネル領域を設け、
このチャネル領域上にトンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電
極と、層間絶縁膜を介して制御ゲート電極とがこの順番
に設けられたMOSトランジスタを用いたものがある。
【0003】このようなメモリセルへデータを書込むに
は、トンネル絶縁膜を介して浮遊ゲートに電荷を注入
し、セルの閾値電圧を高く設定する(例えばデータ
「1」)か、逆に浮遊ゲート電極から電荷を引抜くこと
により、セルの閾値電圧を低く設定する(データ
「0」)。そして、この記憶されたデータを読出すに
は、上記した高い閾値電圧よりも低く、かつ低い閾値電
圧よりも高い電圧を制御ゲート電極に印加し、センスす
れば良い。
【0004】上記したように従来のEEPROMにあっ
ては、1つのメモリセルに対してデータ「0」またはデ
ータ「1」のみを選択的に記憶できるのみであることか
ら、その記憶容量が少なく、近年のデータの増大傾向に
対応して、少ないメモリセルで多くの記憶容量を有する
EEPROMの開発が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記したよう
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、取扱いが容易であり、かつ少ないメモリセル
をもって多いデータ量を記憶することが可能な不揮発性
半導体メモリの多値書込み方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した目的は本発明に
よれば、ドレイン電極と、ソース電極と、基板内の前記
各電極間に配置されたチャネル領域と、前記チャネル領
域上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁
膜上に設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電
極上に層間絶縁膜を介して設けられた制御ゲート電極と
を有するMOSトランジスタをメモリセルとして用い
て、入力データを書き込むことが可能な不揮発性半導体
メモリの多値書込み方法であって、前記MOSトランジ
スタの前記ゲート電極に高電圧を印加し、前記ドレイン
電極に前記入力データに応じた電圧を印加することによ
り、前記メモリセルの閾値電圧を設定することを特徴と
する不揮発性半導体メモリの多値書込み方法を提供する
ことにより達成される。
【0007】
【作用】このように、メモリセルの閾値電圧を入力デー
タに対応するレベルのいずれかになるように、ドレイン
電極に印加することにより、チャネル領域から浮遊ゲー
トに注入される電荷量を変化させる。その結果、データ
読出し時に制御ゲートに各閾値電圧よりもやや低い電圧
を順番に印加することにより、各メモリセルに記憶され
たデータを読み出すことができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
【0009】図1は、本発明が適用されたFlashE
EPROMの要部を拡大して示す回路図である。ワード
線W1には、MOSトランジスタからなるメモリセルM
1、M2の制御ゲート電極に接続されており、ワード線W
2には同じくMOSトランジスタからなるメモリセルM
3、M4の制御ゲート電極が接続されている。また、メモ
リセルM1、M3のドレイン電極はビット線B1に接続さ
れ、メモリセルM2、M4のドレイン電極はビット線B2
に接続されている。更に、メモリセルM1、M3のソース
電極は、ソース線S1に接続され、メモリセルM2、M4
のソース電極はソース線S2に接続されている。
【0010】ここで、各メモリセルM1〜M4のMOSト
ランジスタの構造を簡単に説明すると、図2に示すよう
に、基板1の内部にドレイン領域2と、ソース領域3と
が互いに離隔する位置に設けられ、その間にチャネル領
域4が設けられている。ドレイン領域2の表面には、ド
レイン電極5が設けられ、ソース領域3の表面にはソー
ス電極6が設けられている。チャネル領域4の表面には
二酸化珪素からなるトンネル絶縁膜8と、浮遊ゲート電
極9と、層間絶縁膜10と、制御ゲート電極11とがこ
の順番に積層されている。
【0011】このようなFlashEEPROMの各メ
モリセルM1〜M4にデータを書き込む手順を以下に説明
する。ここで、各メモリセルM1〜M4には2進法表示に
よるデータ「00」〜「11」までの4種類のデータを
書込み/読出しすることが可能なように、これら4種類
のデータに対応して、閾値電圧のレベルを2V、3V、
4V、5Vの4つの状態を取り得るようになっている。
【0012】例えば、メモリセルM1にデータ「11」
を書き込む場合、ワード線W1に12〜15V程度の高
電圧を印加し、それ以外のワード線に電圧を印加しない
ようにする。そして、ビット線B1を接地し、その他の
ビット線を3Vとする。このとき、ソース線S1、S2を
開放してフローティング状態とする。これにより、メモ
リセルM1の制御ゲート電極には12〜15Vの電圧が
印加され、かつドレイン電極の電圧は0ボルトとなる。
そして、ソース電極はフローティング状態となる。ま
た、制御ゲート電極とドレイン電極との電位差に対応し
た量の電荷が浮遊ゲートに注入され、メモリセルM1の
閾値電圧が5Vに設定される。
【0013】次に、同じくメモリセルM1にデータ「1
0」を書き込む場合、ワード線W1及びソース線S1は上
記と同様な状態とし、ビット線B1、即ちドレインに電
位1Vのパルス電圧を印加する。これによりメモリセル
M1の閾値電圧は4Vに設定される。同様にして、ドレ
イン電圧を2Vとすることにより閾値電圧が3Vに設定
され(データ「01」)、ドレイン電圧を3Vとするこ
とにより閾値電圧が2Vに設定される(データ「0
0」)。これら本実施例に於けるドレイン電圧とメモリ
セルの閾値電圧との関係を図3に示す。この図により分
かるように、本実施例ではドレイン電圧の電圧レベルに
応じてメモリセルの閾値電圧を2V、3V、4V、5V
の4つの状態に設定でき、各閾値電圧にデータを対応さ
せることにより、データ「00」〜「11」の4通りの
データを記憶させることができる。同様にして各メモリ
セルM2〜M4にも4通りのデータを記憶させることがで
きる。
【0014】上記したように書き込まれたデータを読み
込む際には、例えばワード線W1に5Vを印加して、予
め各レベルに閾値電圧を設定したリファレンスセルとそ
のドレイン電流を比較することによって、各メモリセル
M1〜M2がデータ「00」〜「11」のいずれを記憶し
ているかをセンスすれば良い。
【0015】尚、上記実施例に於ては、各メモリセルの
閾値電圧を2Vから5Vまでの間で4通り設定したが、
更に細分化すれば、より多くのデータを記憶できるよう
になることは云うまでもない。また、上記実施例に於て
はドレイン電圧、即ちパルス高さを変化させることによ
り各メモリセルの閾値電圧を変化させたが、電圧の総印
加時間、即ちパルス幅を変化させることにより、各メモ
リセルの閾値電圧を変化させることも容易に可能である
ことは云うまでもない。更に、本実施例に於けるゲート
電圧、ドレイン電圧と各メモリセルの閾値電圧との関係
は、メモリセルの構造、トンネル絶縁膜の厚さ、層間絶
縁膜の厚さ等により任意に変更されるものである。
【0016】図4は、本発明が適用された第2の実施例
を示すEEPROMの説明回路図である。本実施例に於
ては、n本のソース線S1〜Snのに各々にカットオフ
用のMOSトランジスタQ1〜Qnが設けられている。
そして、データを書き込まんとするメモリセルM11〜M
mnのソース電極に接続されたソース線のMOSトラン
ジスタを制御線D1〜Dnによりカットオフすることによ
り各メモリセルのソース電極をフローティング状態とす
るようになっている。それ以外の構造は第1の実施例と
同様である。
【0017】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による不揮発性半導体メモリの多値書込み方法によれ
ば、制御ゲート電極に高電圧を印加し、入力データに応
じた電圧をドレイン電極に印加することにより容易に各
メモリセルの閾値電圧を設定し、3つ以上の種類のデー
タを容易に記憶可能となる。従って、従来と同様な量の
メモリセルをもって半導体メモリの記憶容量が著しく向
上することからその効果は大である。また、書込みにフ
ァーラーノードハイムトンネリング法を用いることによ
り、ホットエレクトロン法を用いた場合に比較して、浮
遊ゲートに注入される電荷量を容易に制御することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された第1の実施例を示すEEP
ROMの要部構成回路図である。
【図2】図1のメモリセルを構成するMOSトランジス
タの構造を示す模式的断面図である。
【図3】図1の各メモリセルにデータを書き込む際のド
レイン電極に印加する電圧と各メモリセルの閾値電圧と
の関係を示すグラフである。
【図4】本発明が適用された第2の実施例を示す図1と
同様な要部構成回路図である。
【符号の説明】
1 基板 2 ドレイン領域 3 ソース領域 4 チャネル領域 5 ドレイン電極 6 ソース電極 8 トンネル絶縁膜 9 浮遊ゲート電極 10 層間絶縁膜 11 制御ゲート電極 W1〜Wn ワード線 B1〜Bn ビット線 S1〜Sn ソース線 M1〜M4 メモリセル Q1〜Qn カットオフ用MOSトランジスタ M11〜Mmn メモリセル D1〜Dn 制御線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩佐 昇一 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 (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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレイン電極と、ソース電極と、基板
    内の前記各電極間に配置されたチャネル領域と、前記チ
    ャネル領域上に設けられたトンネル絶縁膜と、前記トン
    ネル絶縁膜上に設けられた浮遊ゲート電極と、前記浮遊
    ゲート電極上に層間絶縁膜を介して設けられた制御ゲー
    ト電極とを有するMOSトランジスタをメモリセルとし
    て用いて、入力データを書き込むことが可能な不揮発性
    半導体メモリの多値書込み方法であって、 前記MOSトランジスタの前記ゲート電極に高電圧を印
    加し、前記ドレイン電極に前記入力データに応じた電圧
    を印加することにより、前記メモリセルの閾値電圧を設
    定することを特徴とする不揮発性半導体メモリの多値書
    込み方法。
  2. 【請求項2】 前記MOSトランジスタの前記ゲート
    電極に高電圧を印加し、かつ前記ソース電極をフローテ
    ィングした状態で、前記ドレイン電極に印加する電圧の
    印加時間及び/または電圧レベルを変化させることによ
    り前記メモリセルの閾値電圧を予め設定された3つ以上
    のレベルに選択的に設定することを特徴とする請求項1
    に記載の不揮発性半導体メモリの多値書込み方法。
  3. 【請求項3】 前記ドレイン電極に印加する電圧がパ
    ルス電圧からなり、前記パルス電圧のパルス高さ及び/
    またはパルス幅を変化させることにより前記閾値電圧を
    設定することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半
    導体メモリの多値書込み方法。
  4. 【請求項4】 前記MOSトランジスタの前記ソース
    電極に、別のMOSトランジスタを接続し、前記書込み
    時に前記別のMOSトランジスタをカットオフすること
    により前記ソース電極をフローティングさせることを特
    徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の不揮
    発性半導体メモリの多値書込み方法。
JP04351216A 1992-12-07 1992-12-07 不揮発性半導体メモリ Expired - Lifetime JP3095918B2 (ja)

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JP04351216A JP3095918B2 (ja) 1992-12-07 1992-12-07 不揮発性半導体メモリ
US08/161,508 US5418743A (en) 1992-12-07 1993-12-06 Method of writing into non-volatile semiconductor memory
US08/387,562 US5596527A (en) 1992-12-07 1995-02-13 Electrically alterable n-bit per cell non-volatile memory with reference cells

Applications Claiming Priority (1)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708600A (en) * 1996-02-01 1998-01-13 Sharp Kabushiki Kaisha Method for writing multiple value into nonvolatile memory in an equal time
US6172912B1 (en) 1998-06-30 2001-01-09 Sharp Kabushiki Kaisha Programming method for a nonvolatile semiconductor memory
JP2009016858A (ja) * 2008-08-22 2009-01-22 Pegre Semiconductors Llc 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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708600A (en) * 1996-02-01 1998-01-13 Sharp Kabushiki Kaisha Method for writing multiple value into nonvolatile memory in an equal time
US6172912B1 (en) 1998-06-30 2001-01-09 Sharp Kabushiki Kaisha Programming method for a nonvolatile semiconductor memory
JP2009016858A (ja) * 2008-08-22 2009-01-22 Pegre Semiconductors Llc 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

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