JPH06268181A - 不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法

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JPH06268181A
JPH06268181A JP8006993A JP8006993A JPH06268181A JP H06268181 A JPH06268181 A JP H06268181A JP 8006993 A JP8006993 A JP 8006993A JP 8006993 A JP8006993 A JP 8006993A JP H06268181 A JPH06268181 A JP H06268181A
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JP
Japan
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voltage
drain
memory cell
line
control gate
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Application number
JP8006993A
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English (en)
Inventor
Yugo Tomioka
雄吾 冨岡
Toshio Wada
俊男 和田
Kenji Anzai
賢二 安西
Shoichi Iwasa
昇一 岩佐
Yasuo Sato
康夫 佐藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5621Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using charge storage in a floating gate
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    • G11C11/5628Programming or writing circuits; Data input circuits

Abstract

(57)【要約】 【目的】 EEPROMの記憶容量を増大させる。 【構成】 書き込み時、ソース3の電位をフローティン
グにし、ドレイン2に0V、1V、2V及び3Vの中か
ら選択された所定の電圧を印加し、そのタイミングで制
御ゲート100に10〜15V程度のパルス電圧を印加
する。これにより、メモリセルのしきい値は7V、5
V、3V及び1Vのいずれかになり、夫々の状態をデー
タ“11”、“10”、“01”及び“00”に対応さ
せる。従って、1個のメモリセルに4値のデータを記憶
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的に書き換えが可
能な不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法に関する。
【0002】
【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置の一種にEEP
ROM(Electrically Erasable Programmable Read On
ly Memory)がある。このEEPROMは、電気的に情報
の書き換え及び読み出しが可能で且つ電源を切っても情
報が消えない性質(不揮発性)を有する半導体記憶装置
である。このうち、特に、データを一括消去可能なEE
PROMとしてフラッシュEEPROMがある。
【0003】図2に、代表的なフラッシュEEPROM
の電気的結線の様子を4個のメモリセルについて示す。
【0004】各メモリセル10〜13は、電極を持たな
い浮遊ゲート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の制御ゲートに夫
々接続され、ワード線101がメモリセル12と13の
制御ゲートに夫々接続されている。但し、実際には、各
ワード線と各制御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、その制御ゲートを構成する。一方、メモリセル
10と12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、メモリセル10と12
のソースは共通のソース線104に接続され、メモリセ
ル11と13のソースはやはり共通のソース線105に
接続されている。
【0005】例えば、メモリセル10の断面構造を図1
(a)に示すが、p型シリコン基板1の表面領域にn型
不純物拡散層からなるドレイン2及びソース3が夫々形
成され、それらの間がチャネル領域4となっている。そ
して、このチャネル領域4の上に、厚さ10nm程度の
SiO2 膜からなるトンネル絶縁膜5が形成され、その
上に低抵抗ポリシリコンからなる浮遊ゲート110、層
間絶縁膜6及び低抵抗ポリシリコンからなる制御ゲート
100が順次形成されている。102は、ドレイン2に
接続されたビット線、104はソース線である。
【0006】このように構成されたメモリセルの記憶動
作は、書き込み時、例えば基板1を接地し、制御ゲート
100を高電圧に設定して、容量結合により浮遊ゲート
110の電位を上げ、極薄酸化膜からなるトンネル絶縁
膜5を通して基板1から浮遊ゲート110に電子を注入
する。極薄酸化膜の伝導機構は、この程度の膜厚ではフ
ァウラー−ノルドハイム(Fowler-Nordheim)の式に従
い、電界としては、6〜7MV/cm程度必要となる。
そして、浮遊ゲート110内に電子が蓄積された結果、
制御ゲート100からみたトランジスタのしきい値はプ
ラス方向へシフトする。消去時は、例えば制御ゲート1
00を接地し、ソース3を高電圧に設定することによっ
て、電子を浮遊ゲート110から引き抜いてしきい値を
下げる。
【0007】そして、このメモリセルのしきい値の高低
を、制御ゲートに所定の電圧を印加することにより検出
し、読み出しを行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のEEPROMで
は、上述したように、1個のメモリセルにしきい値の高
い状態と低い状態の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”と“0”の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。
【0009】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の書き込み方法を提供す
ることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、半導体基板内に形成されたドレイ
ン及びソースと、前記ドレイン及びソースの間に配され
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
遊ゲートと、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して設
けられた制御ゲートとを有するメモリセルの入力データ
を書き込むことが可能な不揮発性半導体記憶装置の書き
込み方法であって、前記ドレインに所定の電圧を印加
し、前記制御ゲートにパルス状の電圧を印加することに
より前記メモリセルのしきい値電圧を設定する。
【0011】本発明の一態様では、前記ソースをフロー
ティング状態とし、前記ドレインに少なくとも3段階の
異なるレベルから選択した所定の電圧を印加し、前記ド
レインに所望レベルの電圧が印加されているタイミング
で前記制御ゲートにパルス状の電圧を印加することによ
り、前記浮遊ゲートにトンネル現象により所定量の電荷
を注入し、これにより、前記メモリセルのしきい値電圧
を少なくとも3段階のレベルから選択された所定レベル
にする。
【0012】また、本発明の好ましい態様では、前記制
御ゲートに接続されたワード線と前記ドレインに接続さ
れたビット線とを有し、複数の前記メモリセルからなる
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少なくとも3段階の異
なるレベルから選択した所定の書き込み電圧を印加する
とともに、前記選択されたビット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
れたワード線にパルス状の電圧を印加し、これにより、
前記選択されたビット線と前記選択されたワード線によ
り選択されたメモリセルの浮遊ゲートに、前記選択され
たワード線に前記パルス状の電圧が印加された時に前記
選択されたビット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。
【0013】
【作用】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法では、単位メモリセルに例えば3値以上のデータを記
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。
【0014】
【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。
【0015】図1(a)は本発明を適用するフラッシュ
EEPROMメモリセルの断面構造であり、従来技術の
項で説明したのと同じである。また、図2はフラッシュ
EEPROMの4個のメモリセルの電気的結線の様子を
示したもので、これも従来技術の項で説明したのと同じ
である。
【0016】本実施例においては、フラッシュEEPR
OMの各メモリセルに、“00”〜“11”の4値のデ
ータを記憶させる。
【0017】今、図2のメモリセル10に書き込みを行
う場合を説明する。
【0018】例えば、メモリセル10にデータ“11”
を書き込む場合、選択されたビット線102を接地し、
ソース線104を開放し、選択されたワード線100に
10〜15V程度のパルス電圧を印加する。これによ
り、メモリセル10の浮遊ゲート110に電圧が誘起さ
れ、この浮遊ゲート110とドレイン2との電位差に応
じ、ファウラー−ノルドハイムトンネリングにより、浮
遊ゲート110に所定量の電荷が注入される。そして、
メモリセル10のしきい値は7V程度に上昇する。この
状態を“11”とする。なお、この時、ビット線102
以外のビット線に3V程度の電圧を印加しておくことに
より、メモリセル10以外のメモリセルではファウラー
−ノルドハイムトンネリングが起こらず、従って、それ
らのメモリセルへの書き込みは行われない。
【0019】同様にして、メモリセル10にデータ“1
0”を書き込む場合には、選択されたビット線102に
1V程度の電圧を印加し、他は上と同じにする。これに
よりメモリセル10のしきい値は5V程度となり、この
状態を“10”とする。
【0020】更に、メモリセル10にデータ“01”を
書き込む場合には、選択されたビット線102に2V程
度の電圧を印加し、他は上と同じにする。これによりメ
モリセル10のしきい値は3V程度となり、この状態を
“01”とする。
【0021】更に、メモリセル10にデータ“00”を
書き込む場合には、選択されたビット線102に3V程
度の電圧を印加し、他は上と同じにする。この場合、メ
モリセル10のしきい値は1V程度であって、これは初
期のしきい値(消去レベル)から殆ど変化していない。
この状態を“00”とする。
【0022】本実施例におけるメモリセルのドレインに
印加する電圧としきい値電圧との関係を図1(b)に示
す。
【0023】このメモリセル10の読み出しを行う場合
には、例えば、ビット線102に1Vの電圧を印加する
とともにそれ以外のビット線の電位を全て0Vにし、ソ
ース線を全て0Vにする。そして、この状態で、ワード
線100に5Vの電圧を印加し、その時にソース−ドレ
イン間に流れる電流を、予め4つの状態に設定したリフ
ァレンスセルの電流と比較することにより読み出しを行
う。
【0024】また、記憶状態の消去は、全メモリセルを
一括して行う。
【0025】以上に説明したように、本実施例の方法に
よれば、単位メモリセルに“00”〜“11”の4値の
データを記憶させることができ、且つ、それを読み出す
ことができる。従って、メモリセルの数が同じの場合、
従来の2倍の情報量を記憶することができる。
【0026】なお、上述した実施例ではメモリセルのし
きい値を1V、3V、5V、7Vの4つのレベルに設定
したが、更に細分化すれば、より多くのデータを記憶さ
せることができるのは言うまでもない。また、上述した
実施例で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、トンネル絶縁膜や層間絶
縁膜の厚さにより適宜変更されるべきものである。
【0027】図3に本発明の第2の実施例を示す。
【0028】この実施例においては、フラッシュEEP
ROMセルアレイのビット線B1 〜Bn 方向のソースを
共通にし、各ソース線S1 〜Sn にn型MOSトランジ
スタQ1 〜Qn を設けている。そして、例えば、メモリ
セルM11に書き込みを行う場合、MOSトランジスタQ
1 をカットオフして、ソースをフローティングにする。
その他の構成は上述した第1の実施例と同じである。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、フラッシュEEPRO
M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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるフラッシュEEPRO
Mメモリセルの構造を示す概略断面図及び書き込み時の
ドレイン電圧としきい値電圧との関係を示すグラフであ
る。
【図2】フラッシュEEPROMの4個のメモリセルの
電気的結線図である。
【図3】本発明の第2の実施例によるフラッシュEEP
ROMセルアレイの電気的結線図である。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 2 ドレイン 3 ソース 4 チャネル領域 5 トンネル絶縁膜 6 層間絶縁膜 10、11、12、13 メモリセル 100、101 ワード線(制御ゲート) 102、103 ビット線 104、105 ソース線 110、111、112、113 浮遊ゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 H01L 29/78 371 (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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板内に形成されたドレイン及び
    ソースと、前記ドレイン及びソースの間に配されたチャ
    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
    トと、前記浮遊ゲート上に層間絶縁膜を介して設けられ
    た制御ゲートとを有するメモリセルの入力データを書き
    込むことが可能な不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
    法であって、 前記ドレインに所定の電圧を印加し、前記制御ゲートに
    パルス状の電圧を印加することにより前記メモリセルの
    しきい値電圧を設定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。
  2. 【請求項2】 前記ソースをフローティング状態とし、 前記ドレインに少なくとも3段階の異なるレベルから選
    択した所定の電圧を印加し、 前記ドレインに所望レベルの電圧が印加されているタイ
    ミングで前記制御ゲートにパルス状の電圧を印加するこ
    とにより、前記浮遊ゲートにトンネル現象により所定量
    の電荷を注入し、これにより、前記メモリセルのしきい
    値電圧を少なくとも3段階のレベルから選択された所定
    レベルにすることを特徴とする請求項1に記載の不揮発
    性半導体記憶装置の書き込み方法。
  3. 【請求項3】 前記制御ゲートに接続されたワード線と
    前記ドレインに接続されたビット線とを有し、 複数の前記メモリセルからなる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
    ット線に少なくとも3段階の異なるレベルから選択した
    所定の書き込み電圧を印加するとともに、 前記選択されたビット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
    線にパルス状の電圧を印加し、 これにより、前記選択されたビット線と前記選択された
    ワード線により選択されたメモリセルの浮遊ゲートに、
    前記選択されたワード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ビット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ようにしたことを特徴とす
    る請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置の書き込み
    方法。
JP8006993A 1992-12-07 1993-03-15 不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法 Pending JPH06268181A (ja)

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JP8006993A JPH06268181A (ja) 1993-03-15 1993-03-15 不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法
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 (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095288A (ja) * 2006-10-10 2007-04-12 Hynix Semiconductor Inc メモリーセルアレーにデータを記憶させる方法
JP2009158093A (ja) * 1995-01-31 2009-07-16 Solid State Storage Solutions Llc 不揮発性メモリ

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Effective date: 20011127