JPH0823999B2 - Data recall method in semiconductor memory device - Google Patents
Data recall method in semiconductor memory deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、揮発性半導体メモリ部と不揮発性半導体
メモリ部を組み合わせた半導体記憶装置に関する。The present invention relates to a semiconductor memory device in which a volatile semiconductor memory section and a non-volatile semiconductor memory section are combined.
〈従来の技術,発明が解決しようとする課題〉 従来の半導体記憶装置としては、電源をオフにしても
記憶内容が保持されている不揮発性メモリであるマスク
ROM(リード・オンリ・メモリ),EEPROM(エレクリトカ
ル・イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリ・
メモリ)や、電源をオフにすると記憶内容が消失する揮
発性メモリであるDRAM(ダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ)などがある。<Prior Art, Problem to be Solved by the Invention> A conventional semiconductor memory device is a mask that is a non-volatile memory that retains stored contents even when power is turned off.
ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only)
Memory) and DRAM (Dynamic Random Access Memory), which is a volatile memory whose contents are lost when the power is turned off.
ところで、不揮発性メモリであるマスクROM,EEPROMは
電源をオフにしても記憶されているデータを長時間保持
することができる。しかし、マスクROMの場合、データ
の書き込みがウェハプロセスでなされた後はデータの書
き換えができず、またEEPROMの場合、データの書き換え
はできるが、データの書き込み/消去時間が10msec程度
と長く、また、書き込み/消去回数に制限があるため、
常時データを書き換える用途には適していないという問
題がある。一方、揮発性メモリであるDRAMはデータの書
き換え時間は100msec以下と短く、書き換え回数に制限
はないが、電源をオフにすると記憶されているデータが
消失されるという問題がある。By the way, the mask ROM and the EEPROM, which are nonvolatile memories, can retain the stored data for a long time even when the power is turned off. However, in the case of a mask ROM, data cannot be rewritten after data is written in a wafer process, and in the case of an EEPROM, data can be rewritten, but the data write / erase time is as long as about 10 msec. , Because the number of times of writing / erasing is limited,
There is a problem that it is not suitable for the purpose of constantly rewriting data. On the other hand, the volatile memory DRAM has a short data rewriting time of 100 msec or less and has no limit on the number of times of rewriting, but there is a problem that stored data is lost when the power is turned off.
そこで、ごく最近本出願人は、使用時は常時高速にデ
ータを書き換えることができると共に、電源オフ時は書
き換えたデータを長時間保持することができる多用途の
半導体記憶装置を提案した。Therefore, only recently, the present applicant has proposed a versatile semiconductor memory device capable of constantly rewriting data at high speed during use and retaining the rewritten data for a long time when the power is off.
第5図に示すように、この半導体記憶装置は、DRAM部
として1個のMOSトランジスタT1(以下、単に「トラン
ジスタT1」という)と、このトランジスタT1のソースに
一方の電極端子(蓄積ノード)3が接続された1個のキ
ャパシタCとを備え、EEPROM部として1個のフローティ
ングゲート型トランジスタMT(以下、単に「トランジス
タMT」という)を備えている。上記トランジスタT1のソ
ース10を上記キャパシタCの蓄積ノード3に、上記トラ
ンジスタMTのドレイン9をスイッチとしてのモード選択
トランジスタT2(以下、単に「トランジスタT2」とい
う)を介して接続するとともに、上記トランジスタMTの
制御ゲート5を接続している。上記トランジスタT2は、
ゲート端子(モード選択ゲート)7に正バイアスV7また
はゼロバイアスを印加することによってオン,オフ制御
されるものとする。なお、第10図はこの半導体記憶装置
の断面構造を示している。この図に示すように、トラン
ジスタMTのソース2,ドレイン9はフローティングゲート
4の下の二つの拡散領域で構成され、トンネル酸化膜4a
に覆われている方がソース2,他方がドレイン9となって
いる。上記トランジスタT1のゲート電極6はワード線に
接続されており、ドレイン1はビット線BLに接続されて
いる。As shown in FIG. 5, this semiconductor memory device has one MOS transistor T1 (hereinafter simply referred to as “transistor T1”) as a DRAM part, and one electrode terminal (storage node) 3 at the source of this transistor T1. , And one floating gate type transistor MT (hereinafter, simply referred to as “transistor MT”) as an EEPROM section. The source 10 of the transistor T1 is connected to the storage node 3 of the capacitor C, and the drain 9 of the transistor MT is connected via a mode selection transistor T2 (hereinafter simply referred to as "transistor T2") as a switch. The control gate 5 of is connected. The transistor T2 is
It is assumed that the gate terminal (mode selection gate) 7 is on / off controlled by applying a positive bias V7 or a zero bias. Incidentally, FIG. 10 shows a sectional structure of this semiconductor memory device. As shown in this figure, the source 2 and the drain 9 of the transistor MT are composed of two diffusion regions under the floating gate 4, and the tunnel oxide film 4a is formed.
The one covered by is the source 2 and the other is the drain 9. The gate electrode 6 of the transistor T1 is connected to the word line, and the drain 1 is connected to the bit line BL.
この半導体記憶装置は、上記トランジスタT2がオフ状
態すなわちモード選択ゲート7がゼロバイアスされてい
る場合、次のように動作する。This semiconductor memory device operates as follows when the transistor T2 is off, that is, when the mode selection gate 7 is zero-biased.
まず、第6図に示すように、DRAM部が電気的に分離
された等価回路となる。そして、このDRAM部へデータを
書き込むときは、第8図(a)上段に示すように、ゲー
ト端子6にセル選択ゲート電圧Vsgを印加してトランジ
スタT1をオンさせて、ドレイン端子1に電源電圧Vccま
たはゼロバイアスを印加する。これに対応して、蓄積ノ
ード3の電位はVccまたは0となる。すなわちDRAM部の
データは“1"または“0"となる。First, as shown in FIG. 6, the DRAM section becomes an electrically equivalent equivalent circuit. Then, when writing data to the DRAM portion, as shown in the upper part of FIG. 8A, the cell selection gate voltage Vsg is applied to the gate terminal 6 to turn on the transistor T1, and the drain terminal 1 is supplied with the power supply voltage. Apply Vcc or zero bias. In response to this, the potential of the storage node 3 becomes Vcc or 0. That is, the data in the DRAM section becomes "1" or "0".
一方、EEPROM部にデータを書き込むときは、まず、
第8図(a)中段に示すように、トランジスタT1のゲー
ト端子6およびドレイン端子1をゼロバイアスしてDRAM
部を動作させないようにしておき、トランジスタMTのソ
ース端子2をゼロバイアスする一方、キャパシタCの他
方の電極(プレート電極)端子8にプログラム電圧Vpp
を印加する(ステップ1)。すると、第7図上段(ステ
ップ1)に示すように、DRAM部のデータが“0"または
“1"のいずれであるかにかかわらず、トンネル酸化膜4a
を通してフローティングゲート4に電子が蓄積されて、
トランジスタT2のしきい値が高い状態(消去状態)な
る。このとき、トランジスタT2をオフ状態にしているた
め、キャパシタCの蓄積ノード3の電荷が逃げることが
なく、したがってEEPROMが消去状態になる際にDRAM部の
データが変化することはない。ただし、キャパシタの容
量CはトランジスタMTのゲート容量(端子5と端子2と
の間の容量)C52またはC5(端子5と基板との間の容
量)に比して十分大きく設計されているものとする。On the other hand, when writing data to the EEPROM section, first,
As shown in the middle part of FIG. 8A, the gate terminal 6 and the drain terminal 1 of the transistor T1 are biased to zero and the DRAM is
Of the transistor MT, the source terminal 2 of the transistor MT is zero-biased, while the program voltage Vpp is applied to the other electrode (plate electrode) terminal 8 of the capacitor C.
Is applied (step 1). Then, as shown in the upper part of FIG. 7 (step 1), the tunnel oxide film 4a is irrespective of whether the data in the DRAM part is "0" or "1".
Electrons are accumulated in the floating gate 4 through
The threshold value of the transistor T2 becomes high (erased state). At this time, since the transistor T2 is in the OFF state, the charge in the storage node 3 of the capacitor C does not escape, and therefore the data in the DRAM section does not change when the EEPROM is in the erased state. However, the capacity C of the capacitor is designed to be sufficiently larger than the gate capacity (capacitance between the terminals 5 and 2) C 52 or C 5 (capacitance between the terminal 5 and the substrate) of the transistor MT. I shall.
次に、第8図(a)下段に示すように、トランジスタ
MTのソース端子2をプログラム電圧Vppにする一方、キ
ャパシタCのプレート電極8をゼロバイアスにする。す
ると、第7図下段(ステップ2)に示すように、DRAM部
のデータ状態“0"または“1"に対応して、EEPROM部の記
憶内容が変わることになる。説明のために、トランジス
タMTのカップリングレシオRcを ただし、 C45:フローティングゲート4と制御ゲート5との間
の容量 C4:フローティングゲート4と基板との間の容量 C42:フローティングゲート4とソース2との間の容
量 と定義すると、トンネル酸化膜4aに印加される電圧
は、 (a)DRAMデータ“0"の場合、 V0=Rc・Vpp (b)DRAMデータ“1"の場合、 V1=Rc(Vpp−Vcc) となる。すなわち、DRAMデータ“0"の場合はDRAMデー
タ“1"の場合に比して、トンネル酸化膜4aに ΔV=V0−V1=RcVcc だけ高い電圧が印加される。ここで、 (a)DRAM“0"の場合、トンネル酸化膜4aに印加される
電圧が高いため、フローティングゲート4に蓄積されて
いる電子がソース2へ引き抜かれる。その結果、フロー
ティングゲート4の電位が高くなってトランジスタMTが
オン状態になっても、トランジスタT2がオフ状態である
から、電子がドレイン9に流出することがない。このよ
うにして、多くの電子が引き抜かれてトランジスタMTの
しきい値が低い状態(書き込み状態)になる。Next, as shown in the lower part of FIG.
The source terminal 2 of MT is set to the program voltage Vpp, while the plate electrode 8 of the capacitor C is set to zero bias. Then, as shown in the lower part of FIG. 7 (step 2), the content stored in the EEPROM section changes according to the data state "0" or "1" of the DRAM section. For explanation, the coupling ratio Rc of the transistor MT is However, C 45 is the capacitance between the floating gate 4 and the control gate 5, C 4 is the capacitance between the floating gate 4 and the substrate, and C 42 is the capacitance between the floating gate 4 and the source 2. The voltage applied to the film 4a is (a) in the case of DRAM data “0”, V 0 = Rc · Vpp, and (b) in the case of DRAM data “1”, V 1 = Rc (Vpp−Vcc). That is, in the case of the DRAM data “0”, a voltage higher by ΔV = V 0 −V 1 = RcVcc is applied to the tunnel oxide film 4a than in the case of the DRAM data “1”. Here, in the case of (a) DRAM “0”, since the voltage applied to the tunnel oxide film 4 a is high, the electrons accumulated in the floating gate 4 are extracted to the source 2. As a result, even if the potential of the floating gate 4 is increased and the transistor MT is turned on, the transistor T2 is in the off state, so that electrons do not flow out to the drain 9. In this way, many electrons are extracted and the threshold value of the transistor MT becomes low (write state).
(b)DRAM“1"の場合、トンネル酸化膜4aに印加される
電圧が低いため、フローティングゲート4に電子が蓄積
された状態のままとなる。したがって、トランジスタMT
のしきい値は高い状態(消去状態)のままとなる。(B) In the case of DRAM "1", since the voltage applied to the tunnel oxide film 4a is low, electrons remain stored in the floating gate 4. Therefore, the transistor MT
The threshold value of 1 remains high (erased state).
このように、DRAM部のデータの“0"または“1"に対応
して、このDRAM部のデータの内容を保存したまま、EEPR
OMの記憶内容を書き込み状態(しきい値が低い状態)ま
たは消去状態(しきい値が高い状態)にすることができ
る。In this way, in response to “0” or “1” of the data in the DRAM block, the EEPR
The stored contents of the OM can be put in a written state (a state where the threshold value is low) or an erased state (a state where the threshold value is high).
次に、上記トランジスタT2がオン状態すなわちモード
選択ゲート7に正バイアスV7が印加されている場合につ
いて説明する。Next, the case where the transistor T2 is in the ON state, that is, the case where the positive bias V7 is applied to the mode selection gate 7 will be described.
DRAM部は、第8図(b)上段に示すように、トラン
ジスタMTのソース端子2をオープン状態にし、キャパシ
タCのプレート端子8をゼロバイアスすることによっ
て、上述のオフ状態の場合と同様に動作する。As shown in the upper part of FIG. 8 (b), the DRAM section operates in the same manner as in the off state by opening the source terminal 2 of the transistor MT and zero-biasing the plate terminal 8 of the capacitor C. To do.
一方、EEPROM部にデータを書き込むときは、第8図
(b)下段および第9図に示すように、トランジスタT1
のドレイン端子1およびセル選択ゲート端子6をゼロバ
イアスしてDRAM部を動作させないようにしておき、トラ
ンジスタMTのソース端子2に転送用バイアスV2を印加す
る一方、キャパシタCのプレート端子8をゼロバイアス
する。On the other hand, when writing data to the EEPROM section, as shown in the lower part of FIG. 8 (b) and in FIG.
The drain terminal 1 and the cell selection gate terminal 6 are zero-biased to prevent the DRAM part from operating, and the transfer bias V2 is applied to the source terminal 2 of the transistor MT, while the plate terminal 8 of the capacitor C is zero-biased. To do.
このようにして、上記トランジスタT2がオフ状態の場
合と同様に、DRAM部のデータ“0"または“1"に対応して
EEPROM部の記憶内容を書き込み状態または消去状態にす
ることができる。なお、第9図に示すように、トランジ
スタMTのドレイン9とキャパシタCの蓄積ノード3とが
等価的に接続された状態となっているため、書き込み途
中に蓄積ノード3の電荷がトランジスタMTのドレイン9
を通して失われる。すなわち、DRAM部のデータは保存さ
れず、EEPROM部に転送されたことになる。In this way, as in the case where the transistor T2 is in the off state, the data “0” or “1” in the DRAM section is dealt with.
The stored contents of the EEPROM section can be put in a written state or an erased state. Note that, as shown in FIG. 9, since the drain 9 of the transistor MT and the storage node 3 of the capacitor C are equivalently connected, the charge of the storage node 3 is changed to the drain of the transistor MT during writing. 9
Lost through. That is, the data in the DRAM unit is not stored, and is transferred to the EEPROM unit.
このように、この半導体記憶装置は、使用時は常時高
速にデータを書き換え可能なDRAMとして動作すると共
に、データをDRAM部からEEPROM部に転送し、またはDRAM
部のデータを保存したままEEPROM部のデータを書き換え
ることができる。また、電源オフ時はEEPROMとしてデー
タを長期保存することができ、多くの用途に使用するこ
とができる。As described above, this semiconductor memory device operates as a DRAM in which data can be constantly rewritten at high speed when used, and also transfers data from the DRAM section to the EEPROM section or the DRAM section.
The data in the EEPROM section can be rewritten while the data in the section is preserved. When the power is off, data can be stored as EEPROM for a long period of time, and can be used for many purposes.
本発明は、上記半導体記憶装置に於いて、EEPROM部に
書き込まれたデータをDRAM部に呼び戻すデータ・リコー
ル方法を提供するものである。The present invention provides a data recall method for recalling data written in an EEPROM section to a DRAM section in the semiconductor memory device.
〈課題を達成するための手段〉 この発明の半導体記憶装置に於けるデータ・リコール
方法は、1個のMOSトランジスタおよびこのMOSトランジ
スタのソースに一方の電極端子が接続された1個のキャ
パシタからなる揮発性半導体メモリ部と、1個のフロー
ティングゲート型トランジスタからなる不揮発性半導体
メモリ部を備え、上記MOSトランジスタのソースおよび
上記キャパシタの一方の電極端子に、上記フローティン
グゲート型トランジスタのドレインをスイッチを介して
接続するとともに、上記フローティングゲート型トラン
ジスタの制御ゲートを接続して構成した半導体記憶装置
に於いて、上記不揮発性半導体メモリ部に書き込まれた
データを上記揮発性半導体メモリ部に戻すデータ・リコ
ール方法であって、上記フローティングゲート型トラン
ジスタのしきい値が、制御ゲートであるキャパシタ蓄積
ノードの電位より高いか低いかに依存して、上記フロー
ティングゲート型トランジスタが非導通又は導通状態に
なることを利用して、上記不揮発性半導体メモリ部に書
き込まれたデータを上記揮発性半導体メモリ部に戻すこ
とを特徴とするものである。<Means for Achieving the Object> The data recall method in the semiconductor memory device of the present invention comprises one MOS transistor and one capacitor having one electrode terminal connected to the source of this MOS transistor. A volatile semiconductor memory section and a non-volatile semiconductor memory section composed of one floating gate type transistor are provided, and the drain of the floating gate type transistor is connected to the source of the MOS transistor and one electrode terminal of the capacitor through a switch. Data recall method for returning the data written in the non-volatile semiconductor memory section to the volatile semiconductor memory section in a semiconductor memory device constituted by connecting the control gates of the floating gate type transistors And the above floating gate type The non-volatile semiconductor memory unit is utilized by utilizing the fact that the floating gate type transistor becomes non-conductive or conductive depending on whether the threshold value of the transistor is higher or lower than the potential of the capacitor storage node which is the control gate. The data written in is returned to the volatile semiconductor memory unit.
〈実施例〉 以下、この発明の半導体記憶装置に於けるデータ・リ
コール方法を実施例により詳細に説明する。なお、第5
図に示したのと同一の半導体記憶装置を書き換えるもの
とし、各構成部品については同一番号を付して説明を省
略する。<Embodiment> Hereinafter, a data recall method in the semiconductor memory device of the present invention will be described in detail with reference to an embodiment. The fifth
It is assumed that the same semiconductor memory device as shown in the figure is rewritten, the same reference numerals are given to the respective components, and the description thereof will be omitted.
第11図は、上記半導体記憶装置のEEPROM部の書き換え
を行う際に、各端子2,1,8,6,7にそれぞれ印加する電圧
のタイミングを示している。第11図に示すように、書き
換えを行う期間中、トランジスタT1のドレイン(D)端
子1およびゲート電極(SG2)端子6を常にGND(接地)
状態にして、DRAM部を動作させないようにすると共に、
トランジスタT2のモード選択ゲート(SG1)7をGND状態
にしてトランジスタT2をオフして、キャパシタCの蓄積
ノード3の電荷を逃がさないようにしている。そして、
まず最初に、キャパシタCのプレート電極(CG)端子8
をGND状態に保ち、トランジスタMTのソース(S)端子
2にパルス電圧Vpp1を印加する(ステップ1)。次に、
上記ソース端子2をGND状態に保ち、プレート電極端子
8にパルス電圧Vpp2を印加する(ステップ2)。パルス
電圧Vpp1,Vpp2を印加した場合、トンネル酸化膜4aに高
電界が印加されて、ファウラーノルドハイム(Fowler−
Nordheim)トンネリングにより、電流が生ずる。このト
ンネル電流Ifnは、EEPROM部のしきい値電圧Vthのシフト
と次のように関係づけられる。FIG. 11 shows the timing of the voltage applied to each of the terminals 2, 1, 8, 6, and 7 when rewriting the EEPROM section of the semiconductor memory device. As shown in FIG. 11, during the rewriting period, the drain (D) terminal 1 and the gate electrode (SG 2 ) terminal 6 of the transistor T1 are always GND (grounded).
State and keep the DRAM section from operating,
The mode selection gate (SG 1 ) 7 of the transistor T2 is set to the GND state and the transistor T2 is turned off so that the charge of the storage node 3 of the capacitor C is not released. And
First, the plate electrode (CG) terminal 8 of the capacitor C
Is kept at the GND state, and the pulse voltage Vpp 1 is applied to the source (S) terminal 2 of the transistor MT (step 1). next,
The source terminal 2 is kept in the GND state, and the pulse voltage Vpp 2 is applied to the plate electrode terminal 8 (step 2). When the pulse voltages Vpp 1 and Vpp 2 are applied, a high electric field is applied to the tunnel oxide film 4a, and Fowler-Nordheim (Fowler-
Nordheim) Current is generated by tunneling. This tunnel current Ifn is related to the shift of the threshold voltage Vth of the EEPROM section as follows.
まず、ソース2からフローティングゲート4にトンネ
ル酸化膜4aを介して注入されるトンネル電流Ifnは、 |Ifn|=S・A・Eox・exp(−B/|eox|) (1) となる。なお、Sはトンネル部の面積、A,Bは定数、Eox
はトンネル酸化膜4aに印加される電界(トンネル電界)
を表わしている。また、パルス電圧Vpp1印加時はEox>
0,Ifn>0となり、パルス電圧Vpp2印加時はEox<0,Ifn
<0となる。First, the tunnel current Ifn injected from the source 2 to the floating gate 4 via the tunnel oxide film 4a is | Ifn | = S.A.Eox.exp (-B / | eox |) (1). In addition, S is the area of the tunnel part, A and B are constants, and Eox
Is the electric field applied to the tunnel oxide film 4a (tunnel electric field)
Is represented. When the pulse voltage Vpp 1 is applied, Eox>
0, Ifn> 0 and Eox <0, Ifn when pulse voltage Vpp 2 is applied
<0.
DRAM部のデータ“1"または“0"すなわち蓄積ノード3
の電荷の有,無に対応するトンネル電界をそれぞれE
o1,Eo0とすると上記トンネル電界の差ΔEoは次式
(2)で表わされる。Data “1” or “0” in the DRAM section, that is, storage node 3
The tunnel electric field corresponding to the presence or absence of electric charge is
Given that o 1 and Eo 0 , the difference ΔEo between the tunnel electric fields is expressed by the following equation (2).
ただし、Toxはトンネル酸化膜4aの膜厚、Ciは蓄積ノ
ード3とフローティングゲート4との間の容量、CsはDR
AM部の蓄積容量、Cfsはフローティングゲート4とソー
ス2との重なりによる容量を示している。式(2)は、
DRAMのデータ“1"の場合とDRAMのデータ“0"の場合のト
ンネル電界の差ΔEoが負となることを示している。 Where Tox is the thickness of the tunnel oxide film 4a, Ci is the capacitance between the storage node 3 and the floating gate 4, and Cs is DR.
The storage capacitance of the AM portion, Cfs, shows the capacitance due to the overlapping of the floating gate 4 and the source 2. Equation (2) is
It is shown that the difference ΔEo of the tunnel electric field between the case of the DRAM data “1” and the case of the DRAM data “0” is negative.
また、上記フローティングゲートに移動する正電荷Δ
Q5は、パルス電圧印加時間をΔtとすると次式(3)で
表わされる。In addition, the positive charge Δ that moves to the floating gate
Q 5 is expressed by the following equation (3) when the pulse voltage application time is Δt.
ΔQf=Ifn・Δt (3) 上記電荷移動によるEEPROM部のしきい値電圧Vthの変
化ΔVthは次式(4)で表わされる。ΔQf = Ifn · Δt (3) The change ΔVth in the threshold voltage Vth of the EEPROM section due to the charge transfer is expressed by the following equation (4).
ΔVth=−ΔQf/Ci (4) このように、式(1)に示したトンネル電流Ifnとし
きい値電圧Vthの変化が関係づけられる。ところで、ト
ンネル電流Ifnはトンネル電界Eox依存性が強く、DRAM部
のデータ“0"または“1"による小さな電界増加でもトン
ネル電流が著しく増大する。各場合について述べると、 ステップ1(Eox>0)において、第2図(c)に
示すように、DRAM部のデータ“1"の場合、トンネル電流
Ifnは非常に小さく、EEPROMのしきい値電圧Vthの変化は
ほとんど無い。これに対して、第2図(a)に示すよう
に、DRAM部のデータ“0"の場合、|ΔEo|だけ高電界が
印加されて正方向のトンネル電流が顕著に増大し、その
結果、EEPROM部のしきい値電圧Vthは負の方向にシフト
する。これを実際に計算したところ、第3図に示すよう
な計算結果となった。すなわち、 (i)DRAM部のデータ“0"の場合 初期のEEPROM部のしきい値電圧Vth=4.0V(“H"状
態)のとき、パルス電圧Vpp1の増大とともに、EEPROM部
のVthは低くなる。EEPROM部のVthはVpp1≧12Vにて≦0.0
4Vとなり、初期状態に依存せず、初期Vth=0のときの
結果とも一致し始める。ΔVth = −ΔQf / Ci (4) In this way, the tunnel current Ifn shown in the equation (1) is related to the change in the threshold voltage Vth. By the way, the tunnel current Ifn has a strong dependence on the tunnel electric field Eox, and the tunnel current remarkably increases even with a small electric field increase due to data “0” or “1” in the DRAM part. Each case will be described. In step 1 (Eox> 0), as shown in FIG. 2C, in the case of data “1” in the DRAM part, the tunnel current
Ifn is very small, and there is almost no change in the threshold voltage Vth of the EEPROM. On the other hand, as shown in FIG. 2A, in the case of data “0” in the DRAM part, a high electric field is applied by | ΔEo |, and the tunnel current in the positive direction significantly increases. As a result, The threshold voltage Vth of the EEPROM part shifts in the negative direction. When this is actually calculated, the calculation result shown in FIG. 3 is obtained. That is, (i) In the case of data “0” in the DRAM section When the threshold voltage Vth of the initial EEPROM section is Vth = 4.0V (“H” state), as the pulse voltage Vpp 1 increases, the Vth of the EEPROM section becomes low. Become. Vth of EEPROM section is ≤0.0 when Vpp 1 ≥12V
It becomes 4V and does not depend on the initial state, and begins to match the result when the initial Vth = 0.
(ii)DRAM部のデータ“1"の場合 パルス電圧Vpp1≦12Vのとき、EEPROM部のVthは変化は
小さく、Vth≧3.72Vとなる。(Ii) In the case of data “1” in the DRAM section When the pulse voltage Vpp 1 ≦ 12V, the Vth in the EEPROM section changes little and Vth ≧ 3.72V.
ステップ2(Eox<0)において、第2図(b)に
示すようにDRAM部のデータ“0"の場合、トンネル電流|I
fn|は非常に小さく、EEPROMのしきい値電圧Vthの変化は
ほとんど無い。これに対して、第2図(d)に示すよう
にDRAM部のデータ“1"の場合、|ΔEo|だけ高電界が印
加されて、負方向のトンネル電流が顕著に増大し、その
結果、EEPROMのしきい値電圧Vthは正の方向にシフトす
る。これを実際に計算したところ、第4図に示すような
計算結果となった。すなわち、 (i)DRAM部のデータ“0"の場合 ステップ1後の初期Vthは“L"状態であり、Vth=0と
すると、パルス電圧Vpp2≦12VにてVthの変化は小さく、
Vth≦0.15Vとなる。In step 2 (Eox <0), as shown in FIG. 2 (b), when the data of the DRAM section is “0”, the tunnel current | I
fn | is very small, and there is almost no change in the threshold voltage Vth of the EEPROM. On the other hand, as shown in FIG. 2D, in the case of the data “1” in the DRAM portion, a high electric field is applied by | ΔEo |, and the tunnel current in the negative direction significantly increases. The threshold voltage Vth of the EEPROM shifts in the positive direction. When this was actually calculated, the calculation results shown in FIG. 4 were obtained. That is, (i) In the case of data “0” in the DRAM section, the initial Vth after step 1 is in the “L” state, and if Vth = 0, the change in Vth is small when the pulse voltage Vpp 2 ≦ 12V,
Vth ≦ 0.15V.
(ii)DRAM部のデータ“1"の場合 初期のVth=0の場合、パルス電圧Vpp2の増大ととも
にEEPROM部のVthは高くなる。EEPROM部のVthはパルス電
圧Vpp2≧12VにてVth≧3.68Vとなり、初期状態に依存せ
ず、初期のVth=4.0Vの場合とも一致し始める。(Ii) In the case of data "1" in the DRAM section When Vth = 0 in the initial stage, the Vth of the EEPROM section increases as the pulse voltage Vpp 2 increases. The Vth of the EEPROM section becomes Vth ≧ 3.68V when the pulse voltage is Vpp 2 ≧ 12V, does not depend on the initial state, and begins to match even when the initial Vth = 4.0V.
このように、DRAM部のデータ状態“0"または“1"に対
応して生ずるEEPROM部のしきい値電圧Vthのシフトは、E
EPROM部のデータを読み出してDRAM部ヘリコールする上
で妥当な値となっている。In this way, the shift of the threshold voltage Vth of the EEPROM section that occurs in response to the data state “0” or “1” of the DRAM section is
It is a reasonable value for reading the EPROM data and making a DRAM helicopt.
このようにして、DRAM部のデータ“0"の場合、ステッ
プ1においてEEPROM部の“H"状態のVthを“L"状態に変
化させる一方、“L"状態のVthを“L"状態のままとした
後、ステップ2において“L"状態を変化させないように
しているので、“L"状態のVthを一旦“H"状態とした
後、再び“L"状態に変化させる場合に比して、書き換え
回数の無駄をなくすことができる。一方、DRAM部のデー
タ“1"の場合、ステップ1においてEEPROM部のVthを何
ら変化させていない。そして、ステップ2において、EE
PROM部の“L"状態のVthを“H"状態に変化させる一方、
“H"状態のVthを“H"状態のままとしているので、書き
換え回数は、一旦必ず高レベルにする方法によるのと変
わりない。したがって、EEPROM部へのバックアップを行
う際に、全体としてEEPROM部の書き換え回数を低減する
ことができ、LSI化を図る際に信頼性を向上させること
ができる。In this way, when the data in the DRAM is “0”, the Vth in the “H” state of the EEPROM is changed to the “L” state in step 1, while the Vth in the “L” state remains the “L” state. After that, since the "L" state is not changed in step 2, compared to the case where the Vth in the "L" state is once changed to the "H" state and then changed to the "L" state again, It is possible to eliminate the waste of rewriting. On the other hand, in the case of the data "1" of the DRAM part, the Vth of the EEPROM part is not changed in step 1. Then, in step 2, EE
While changing the Vth in the "L" state of the PROM section to the "H" state,
Since the Vth in the "H" state is kept in the "H" state, the number of times of rewriting is the same as when the high level method is used. Therefore, the number of times of rewriting of the EEPROM section can be reduced as a whole when backing up to the EEPROM section, and the reliability can be improved when the LSI is realized.
なお、当然ながら、上記ステップ1,ステップ2におけ
るパルス電圧Vpp1,Vpp2は逆の順序で印加しても良い。Of course, the pulse voltages Vpp 1 and Vpp 2 in steps 1 and 2 may be applied in the reverse order.
また、EEPROM部に書き込んだデータをDRAM部ヘリコー
ルする場合、次のようにして行う。まず、第1図
(a),(b)に示すように、プレート電極8,ソース端
子2を接地した状態で、トランジスタT1のドレイン1に
接続されているビット線BLをプリチャージ(電圧Vcc)
した後、セル選択ゲート6,モード選択ゲート7にそれぞ
れ電圧Vw1(Vcc=5Vのとき、Vw1≧7V)を印加してトラ
ンジスタT1,T2をともにオン状態にする。ここで、EEPRO
M部のVthが“L"状態の場合、第1図(a)に示すよう
に、ビット線BLに蓄積されていた正電荷はトランジスタ
T1,T2,MTの各チャンネルを経由してドレイン端子1側か
らソース端子2側へ引き抜かれる。これに伴って、蓄積
ノードの電圧がEEPROM部のVthに一致するまで低下し
て、DRAM部のデータ“0"の状態となる。なおトランジス
タT1,T2は同時にオン状態としても良く、また、トラン
ジスタT1を先にオン状態として蓄積ノード3に電荷を一
旦蓄積した後、トランジスタT2をオン状態とするように
しても良い。一方、EEPROM部のVthが“H"状態の場合、
第1図(b)に示すように、トランジスタMTはオフ状態
であるため、ビット線BLに蓄積されていた正電荷が蓄積
ノード3に蓄積されて、DRAM部のデータ“1"の状態とな
る。このようにして、EEPROM部に書き込んだデータをDR
AM部ヘリコールすることができる。Also, when the data written in the EEPROM section is called to the DRAM section, it is performed as follows. First, as shown in FIGS. 1A and 1B, with the plate electrode 8 and the source terminal 2 grounded, the bit line BL connected to the drain 1 of the transistor T1 is precharged (voltage Vcc).
After that, the voltage Vw 1 (Vw 1 ≧ 7V when Vcc = 5V) is applied to the cell selection gate 6 and the mode selection gate 7 to turn on both the transistors T1 and T2. Where EEPRO
When the Vth of the M portion is in the “L” state, as shown in FIG. 1A, the positive charge accumulated in the bit line BL is a transistor.
It is pulled out from the drain terminal 1 side to the source terminal 2 side via each channel of T1, T2, MT. Along with this, the voltage of the storage node drops until it matches Vth of the EEPROM section, and the state of data “0” in the DRAM section is set. Note that the transistors T1 and T2 may be turned on at the same time, or the transistor T1 may be turned on first to temporarily store charges in the storage node 3 and then turn on the transistor T2. On the other hand, when Vth of EEPROM part is in “H” state,
As shown in FIG. 1 (b), since the transistor MT is in the off state, the positive charge accumulated in the bit line BL is accumulated in the accumulation node 3 and becomes the state of the data "1" of the DRAM part. . In this way, the data written in the EEPROM section is DR
AM helicopter can be called.
〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明によれば、1個の
MOSトランジスタおよびこのMOSトランジスタのソースに
一方の電極端子が接続された1個のキャパシタからなる
揮発性半導体メモリ部と、1個のフローティングゲート
型トランジスタからなる不揮発性半導体メモリ部を備
え、上記MOSトランジスタのソースおよび上記キャパシ
タの一方の電極端子に、上記フローティングゲート型ト
ランジスタのドレインをスイッチを介して接続するとと
もに、上記フローティングゲート型トランジスタの制御
ゲートを接続して構成した半導体記憶装置に於いて、EE
PROM部に書き込まれたデータをDRAM部に戻すデータ・リ
コール方法を得ることができるものである。<Effect of the Invention> As described in detail above, according to the present invention,
The MOS transistor includes a volatile semiconductor memory section including a MOS transistor and a capacitor having one electrode terminal connected to the source of the MOS transistor, and a nonvolatile semiconductor memory section including a floating gate type transistor. In the semiconductor memory device constituted by connecting the drain of the floating gate type transistor via a switch to the source of the capacitor and one electrode terminal of the capacitor, and connecting the control gate of the floating gate type transistor,
A data recall method for returning the data written in the PROM section to the DRAM section can be obtained.
第1図(a)(b)は記憶内容をリコールする際の半導
体記憶装置の動作を説明する図、第2図は書き換えを行
う際の上記半導体記憶装置の動作を説明する図、第3
図,第4図はそれぞれパルス電圧印加によるEEPROM部の
しきい値電圧の変化を示す図、第5図は上記半導体記憶
装置の回路図、第6図は上記半導体記憶装置のDRAM部を
示す回路図、第7図は上記半導体記憶装置のEEPROM部の
動作を説明する図、第8図(a),(b)は上記半導体
記憶装置のバイアス印加条件を示す図、第9図は上記半
導体記憶装置のEEPROM部を示す回路図、第10図は上記半
導体記憶装置の構造を示す断面図、第11図は上記半導体
記憶装置の書換方法を示すタイミング図である。 符号の説明 1,9……ドレイン、2,10……ソース、3……蓄積ノー
ド、4……フローティングゲート、4a……トンネル酸化
膜、5……制御ゲート、6……セル選択ゲート、7……
モード選択ゲート、8……プレート電極、C……キャパ
シタ、MT……フローティングゲート型トランジスタ、T1
……MOSトランジスタ、T2……モード選択トランジス
タ。1 (a) and 1 (b) are diagrams for explaining the operation of the semiconductor memory device when recalling stored contents, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the semiconductor memory device at the time of rewriting, and FIG.
FIG. 4 and FIG. 4 are views showing changes in the threshold voltage of the EEPROM section due to application of a pulse voltage, FIG. 5 is a circuit diagram of the semiconductor memory device, and FIG. 6 is a circuit showing a DRAM part of the semiconductor memory device. 7 and 8 are diagrams for explaining the operation of the EEPROM section of the semiconductor memory device, FIGS. 8 (a) and 8 (b) are diagrams showing bias application conditions of the semiconductor memory device, and FIG. 9 is the semiconductor memory device. FIG. 10 is a circuit diagram showing an EEPROM portion of the device, FIG. 10 is a sectional view showing a structure of the semiconductor memory device, and FIG. 11 is a timing diagram showing a rewriting method of the semiconductor memory device. Explanation of symbols 1,9 ... drain, 2,10 ... source, 3 ... storage node, 4 ... floating gate, 4a ... tunnel oxide film, 5 ... control gate, 6 ... cell select gate, 7 ......
Mode selection gate, 8: Plate electrode, C: Capacitor, MT: Floating gate transistor, T1
…… MOS transistor, T2 …… Mode selection transistor.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/105 29/788 29/792 H01L 29/78 371 27/10 441 (56)参考文献 特開 昭58−119667(JP,A) 特開 昭58−142565(JP,A) 特開 昭60−185294(JP,A) 特開 昭62−266793(JP,A) 特開 昭63−84165(JP,A) 特開 昭63−209097(JP,A) 特開 平2−27594(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 27/105 29/788 29/792 H01L 29/78 371 27/10 441 (56) References Kai 58-119667 (JP, A) JP 58-142565 (JP, A) JP 60-185294 (JP, A) JP 62-266793 (JP, A) JP 63-84165 ( JP, A) JP-A-63-209097 (JP, A) JP-A-2-27594 (JP, A)
Claims (1)
ンジスタのソースに一方の電極端子が接続された1個の
キャパシタからなる揮発性半導体メモリ部と、1個のフ
ローティングゲート型トランジスタからなる不揮発性半
導体メモリ部を備え、上記MOSトランジスタのソースお
よび上記キャパシタの一方の電極端子に、上記フローテ
ィングゲート型トランジスタのドレインをスイッチを介
して接続するとともに、上記フローティングゲート型ト
ランジスタの制御ゲートを接続して構成した半導体記憶
装置に於いて、上記不揮発性半導体メモリ部に書き込ま
れたデータを上記揮発性半導体メモリ部に戻すデータ・
リコール方法であって、 上記フローティングゲート型トランジスタのしきい値
が、制御ゲートであるキャパシタ蓄積ノードの電位より
高いか低いかに依存して、上記フローティングゲート型
トランジスタが非導通又は導通状態になることを利用し
て、上記不揮発性半導体メモリ部に書き込まれたデータ
を上記揮発性半導体メモリ部に戻すことを特徴とする、
半導体記憶装置に於けるデータ・リコール方法。1. A volatile semiconductor memory section comprising one MOS transistor and one capacitor having one electrode terminal connected to the source of this MOS transistor, and a non-volatile semiconductor comprising one floating gate type transistor. A memory portion is provided, and the drain of the floating gate type transistor is connected to the source of the MOS transistor and one electrode terminal of the capacitor via a switch, and the control gate of the floating gate type transistor is connected. In a semiconductor memory device, data written in the non-volatile semiconductor memory unit is returned to the volatile semiconductor memory unit.
A recall method, wherein the floating gate type transistor is turned off or turned on depending on whether a threshold value of the floating gate type transistor is higher or lower than a potential of a capacitor storage node which is a control gate. Utilizing, the data written in the nonvolatile semiconductor memory unit is returned to the volatile semiconductor memory unit,
Data recall method in semiconductor memory device.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24316289A JPH0823999B2 (en) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | Data recall method in semiconductor memory device |
US07/549,293 US5181188A (en) | 1989-07-07 | 1990-07-06 | Semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24316289A JPH0823999B2 (en) | 1989-09-18 | 1989-09-18 | Data recall method in semiconductor memory device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19193089A Division JPH0823998B2 (en) | 1989-07-07 | 1989-07-25 | Rewriting method of semiconductor memory device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0358389A JPH0358389A (en) | 1991-03-13 |
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JP24316289A Expired - Fee Related JPH0823999B2 (en) | 1989-07-07 | 1989-09-18 | Data recall method in semiconductor memory device |
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