CN101017708A - 根据温度变化控制高压生成器输出电压的半导体存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体存储装置，根据高电压生成器的温度的变化来控制高电压生成器的输出电压电平，所述高电压生成器通过输出端提供高于电源电压的高电压，生成通过根据温度的变化而感测二极管电流的变化而获得的温度检测信号，并且响应于该温度检测信号而调整输出端的电压电平。该设备能够自动控制高电压生成器的输出电压或电流。因此，可以控制输出电压电平的波动或由于电压变化而导致的电流大小，从而减轻由于输出电压或电流的波动而引起的存储单元的编程或擦除特性的恶化。

Description

根据温度变化控制高压 生成器输出电压的半导体存储装置
技术领域
本发明涉及一种半导体存储装置，更具体地涉及一种根据温度的变化控制高电压生成器的输出电压电平的半导体存储装置。
背景技术
半导体存储装置是能够容纳数据并且按照需要从其读出所述数据的存储单元。可以简单地将半导体存储装置分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。RAM是易失性存储装置类型，其在没有电源时丢失它们的数据。ROM是非易失性存储器，其即使在没有电源的情况下也保留它们的数据。RAM包括动态RAM、静态RAM等。ROM包括可编程ROM(PROM)、可擦除和可编程ROM(EPROM)、电可擦除和可编程ROM(EEPROM)、快闪存储器等。快闪存储器分为NAND(与非)和NOR(或非)型。
而且，半导体存储装置通常利用内部高电压生成器来从较低的电源电压，例如，1.2V，产生高电压，例如，9V。从高电压生成器提供的这种高电压通常被用来执行编程或擦除操作。例如，NAND快闪存储器需要大约18V的电压用于编程并且需要大约20V的电压用于擦除。此外，NOR快闪存储器需要大约5V(在叠栅存储单元(stack-gate memory cell)中)或大约9V(在分栅存储单元(split-gate memory cell)中)的电压用于编程。
在一般的快闪存储装置中，在编程或擦除操作期间需要向存储单元施加正确的高电压电平。然而，制作半导体芯片时工艺条件的变化导致高电压电平随着半导体芯片在制造批量(manufacturing lots)中、乃至在相同晶片中的位置而不稳定(irregular)。为了解决这样的问题，在芯片测试操作中，相对于芯片，将这样的高电压调节(trim)到期望的电平。然而，高电压生成器的输出电平将随温度变化以及工艺条件的变化而波动。如果高电压输出由于温度的变化而变得不稳定，那么将导致编程和擦除特性的劣化。
发明内容
本发明的示例实施例目的在于通过提供一种自动控制其高电压生成器的输出电压电平的半导体存储装置来解决上述问题。
本发明的示例实施例提供一种半导体存储装置，其包括：存储单元阵列；高电压生成器，其通过输出端向存储单元阵列提供大于电源电压的高电压，通过根据温度的变化而检测二极管电流的变化来生成温度检测信号，并且响应于温度检测信号而调整输出端的电压电平。
在示例实施例中，该高电压生成器包括：泵浦电路，其通过提升电源电压来生成高电压；调节器，其响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压；以及温度检测器，其通过根据温度的变化而检测二极管电流的变化来生成温度检测信号。
在示例实施例中，该高电压生成器包括：泵浦电路，其包括正常泵浦和温度泵浦；调节器，其调整泵浦电路的输出电压；以及温度检测器，其通过根据温度的变化而感测二极管电流的变化来生成温度检测信号。温度泵浦响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电流。
在示例实施例中，该高电压是提供给存储单元阵列用于编程或擦除数据的电压。
本发明的示例实施例提供一种半导体存储装置，其包括：存储单元阵列；泵浦电路，其通过响应于泵浦使能信号来提升电源电压来向存储单元阵列提供高电压；调节器，其根据泵浦电路的输出电压电平来生成泵浦使能信号，并且响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压电平；以及温度检测器，其通过根据温度的变化来感测二极管电流的变化来生成温度检测信号。
在示例实施例中，调节器包括响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压电平的调节电路。该调节电路是响应于温度检测信号而导通或截止的晶体管。该调节电路包括低温和高温调节电路，该高温调节电路响应于高温检测信号而提高泵浦电路的输出电压电平，而低温调节电路响应于低温检测信号而降低泵浦电路的输出电压电平。
根据本发明的示例实施例，温度检测器包括：温度感测器，其操作以便根据温度的变化来感测二极管电流的变化并且通过温度感测节点生成温度感测电压；以及温度检测信号生成器，其比较温度感测电压和参考电压并且生成温度检测信号。温度感测器通过高温感测节点来生成高温感测电压并且通过低温感测节点来生成低温感测电压，其中温度检测信号生成器操作以便通过比较该高温感测电压和参考电压来生成高温检测信号并且通过比较该低温感测电压和参考电压来生成低温检测信号。
在本发明的示例实施例中，一种半导体存储装置包括：存储单元阵列；泵浦电路，其通过响应于泵浦使能信号而提升电源电压来生成高电压，通过输出端将该高电压提供给存储单元阵列，并且响应于温度检测信号来调整输出端的电压电平；调节器，其连接至泵浦电路的输出端，并且根据该输出端的电压电平来生成泵浦使能信号；以及温度检测电路，其通过根据温度的变化而感测二极管电流的变化来生成温度检测信号。
在示例实施例中，泵浦电路包括接收泵浦使能信号的正常和温度泵浦，其中温度泵浦响应于泵浦使能信号和温度检测信号来调整泵浦电路的输出电流。温度检测电路包括：温度感测器，其操作以便根据温度的变化来感测二极管电流的变化并且通过温度感测节点来生成温度感测电压；以及温度检测信号生成器，其比较温度感测电压和参考电压并且生成温度检测信号。泵浦电路响应于温度检测信号来提高输出电流的大小。
通过参考说明书的剩余部分和附图，可以达到对本发明的本质和优点的进一步的理解。
附图说明
根据下面结合附图的描述，将更详细地了解本发明的示例实施例。在所述图中：
图1是图示根据本发明的示例实施例的半导体存储装置的框图；
图2是示例性地图示图1中示出的调节器(regulator)的电路图；
图3是示例性地图示图1中示出的温度检测器的电路图；
图4是图示根据本发明的示例实施例的半导体存储装置的框图；
图5是示例性地图示图4中示出的泵浦(pump)电路的电路图；和
图6是示例性地图示图4中示出的温度检测器的电路图。
具体实施方式
下文中将参照附图详细描述本发明的示例实施例。然而，可以不同的形式实施本发明，并且不应当为理解为受限于在此陈述的示例实施例。而且，提供这些示例实施例以便本公开彻底和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。整个附图中相同的附图标记表示相同的部件。
图1是图示根据本发明的示例实施例的半导体存储装置的框图。参照图1，半导体存储装置100包括存储单元阵列110、数据输入/输出电路115和高电压生成器120。半导体存储装置100具有自动调整(adjust)高电压生成器120的输出电压VPP的功能。
存储单元阵列110由多个存储单元(未示出)构成。例如，存储单元阵列110可以由以串模式连接的NAND快闪存储单元、叠栅NOR快闪存储单元或分栅NOR快闪存储单元形成。存储单元通过数据线DL连接至数据输入/输出电路115。
在编程操作中，NAND快闪存储单元通过其相应的字线被提供大约18V的编程电压。叠栅NOR快闪存储单元通过其相应的字线被提供大约10V的编程电压并且通过其相应的位线被提供大约5V的编程电压。另一方面，分栅NOR快闪存储单元通过源线(source line)被提供以大约9V的编程电压。从高电压生成器120提供这样的用于编程的高电压VPP。
数据输入/输出电路115通过数据线DL连接至存储单元阵列110。数据输入/输出电路115接收外部提供的编程数据或将所读取的数据输出到外部设备(未示出)。数据输入/输出电路115可以包括写驱动器、感测放大器、输入缓冲器和输出缓冲器(都未示出)。
参照图1，高电压生成器120包括泵浦电路130、调节器140和温度检测器150。高电压生成器120通过根据来自温度检测器的温度检测信号HTEMP和LTEMP控制调节器140的调节回路(trimming loop)，以调整从泵浦电路130生成的输出电压VPP。
泵浦电路130向存储单元阵列110提供高于电源电压VCC的高压VPP。利用从泵浦电路130提供的高电压VPP，存储单元阵列110可以进行编程或擦除操作。泵浦电路130响应于来自调节器140的泵浦使能信号P_EN而操作，从而将电源电压VCC提升到高电压VPP。
调节器140控制泵浦电路130生成恒定电平的输出电压VPP。调节器140检测泵浦电路130的输出电压VPP是否达到预定电平。调节器140根据电压电平检测结果向泵浦电路130提供泵浦使能信号P_EN。例如，当输出电压VPP低于预定电平(例如，9V)时，调节器140生成泵浦使能信号P_EN。
调节器140从温度检测器150接收温度检测信号HTEMP和LTEMP。这里，HTEMP表示高温检测信号，而LTEMP表示低温检测信号。调节器140根据温度的变化、响应于温度检测信号HTEMP和LTEMP而调节泵浦电路130的输出电压VPP。将参照图2详细描述调节器140的结构和操作特点。
图2是示例性地图示图1中示出的调节器140的电路图。参照图2，调节器140包括分压器141和比较器142。
分压器141连接在泵浦电路130的输出端和接地端之间。分压器141通过分压节点ND生成分压电压Vdvd。分压器141包括多个电阻器R11～R16和多个调节电路T11～T14。第一到第六电阻器R11～R16串联连接在输入端和接地端之间。第一到第四调节电路T11～T14分别并联地耦接在第二到第五电阻器R12～R15两端。
第一和第三调节电路T11和T13被提供用于测试调节操作，在芯片测试模式期间，测量泵浦电路130的输出电压VPP并且将所述输出电压VPP调节到期望的电平。第一调节电路T11被提供用来降低输出电压VPP的电平。第三调节电路T13被提供用来提高输出电压VPP的电平。第一和第三调节电路T11和T13响应于分别馈入其中的测试信号LTEST和HTEST而调整输出电压VPP的电平。在图2中，尽管第一和第三调节电路T11和T13由NMOS晶体管形成，但是也可以PMOS晶体管、传输晶体管(pass transistor)、熔断器(fuse)或其它元件来实现。
第二和第四调节电路T12和T14被提供用于温度调节操作，在芯片操作期间，根据温度的变化自动将输出电压VPP调节到期望的电平。第二调节电路T12被提供用来降低输出电压VPP的电平。第四调节电路T14被提供用来提高输出电压VPP的电平。第二调节电路响应于低温检测信号LTEMP而降低输出电压VPP的电平。第四调节电路T14响应于高温检测信号HTEMP而提高输出电压VPP的电平。在图2中，尽管第二和第四调节电路T12和T14由NMOS晶体管形成，但是也可以PMOS晶体管、传输晶体管、熔断器或其它元件来实现。
比较器142比较分压电压Vdvd和参考电压Vref。从参考电压生成器(未示出)提供参考电压Vref。当分压电压Vdvd变为低于参考电压Vref时，比较器142向图1中示出的高电压生成器120提供高电平的泵浦使能信号P_EN。
参考图2，调节器140响应于高温检测信号HTEMP而降低分压电压Vdvd。当分压电压Vdvd被降低时，生成泵浦使能信号P_EN。如果泵浦使能信号P_EN被触发，则高电压生成器120的输出电压VPP升高。根据图1示出的半导体存储装置100，高电压生成器120的输出电压VPP随温度增加而变高。输出电压VPP的上升范围随分压器141的第五电阻器R15的电阻而变化。由此，图1中示出的半导体存储装置1OO改善了处理(cure)高电压生成器120的输出电压VPP在高温时下降所花费的时间周期。类似地，图1中示出的半导体存储装置100改善了处理高电压生成器120的输出电压VPP在出现低温时升高所花费的时间周期。
如图1所示，高电压生成器120包括温度检测器150。温度检测电路150通过利用二极管的温度相关性(dependency)来操作。温度检测器150向调节器140的分压器141提供高温检测信号HTEMP或低温检测信号LTEMP。将结合图3描述温度检测器150的结构和操作特点。
图3是示例性地图示图1中示出的温度检测器150的电路图。参照图3，温度检测器150包括温度感测电路151、高温检测信号生成器153和低温检测信号生成器156。
温度感测电路151包括由电流源152、PMOS晶体管P11和P12构成的电流镜电路、电阻器R21、R22和R23、以及二极管D1。电流镜电路操作以便使电流从电流源152流过PMOS晶体管P12。电阻器R21、R22和R23串联连接在电流镜电路和二极管D1之间。第一电阻器R21连接在电流镜电路和高温感测节点NH之间。第二电阻器R22连接在高温感测节点NH和低温感测节点LH之间。第三电阻器R23连接在低温感测节点LH和二极管D1之间。二极管D1连接在第三晶体管R23的一端和地之间。
通常，二极管，例如D1，当其端子设置在正电压上时工作在正向偏置区。在如下的近似等式中给出处于正向偏置区中的二极管的I-V特性。
[等式1]
i = Is ( e v / n V T - 1 )
在等式1中，Is是被称为饱和电流的恒量，其工作在恒温下，但是受温度的高度影响。VT是被称为热电压的恒量。参数n根据二极管的材料和物理结构而为1或2。饱和电流Is随着温度上升5℃而增加两倍。就是说，二极管D1具有温度相关性，根据此特性，在温度上升时，其电流增加。
参照图3，如在等式1中所注意到的，二极管D1的电流Id1在温度上升时增加。如果二极管电流Id1增加，则高温感测节点NH的电压VH或低温感测节点NL的电压VL升高预定的电压。
高温检测信号生成器153包括比较器154和反相器155。比较器154操作以便比较高温感测电压VH和参考电压Vref。当高温感测电压VH高于参考电压Vref时，比较器154向反相器155提供低电平输出信号。反相器155操作以便逻辑地反转比较器154的输出信号，然后将高温检测信号HTEMP提供给图2中示出的调节器140的高温调节电路T14。
低温检测信号生成器156包括比较器157和反相器158。比较器157操作以便比较低温感测电压VL和参考电压Vref。当低温感测电压VL低于参考电压Vref时，比较器157向反相器158提供低电平输出信号。反相器158操作以便逻辑地反转比较器154的输出信号，然后将该低温检测信号LTEMP提供给图2中示出的调节器140的低温调节电路T12。
在示例实施例中，当当前温度高于参考值时，温度检测器150生成高温检测信号HTEMP，而当当前温度低于参考值时，其生成低温检测信号LTEMP。在图3中，高温和低温检测信号生成器153和156耦接至单个温度感测器151，但是高温或低温检测信号生成器153或156可以独立地耦接至温度感测器151。
返回至图1，根据本发明的示例实施例的半导体存储装置100包括生成温度检测信号HTEMP和LTEMP的温度检测器150。半导体存储装置100通过依据温度检测电路150而控制调节器140的温度调节电路T12和T14的方式来调整高电压生成器120的输出电压VPP。由此，其能够在处理输出电压VPP在高温时变低而在低温时变高的问题。根据本发明的示例实施例的半导体存储装置100，可以防止编程或擦除操作的变化。
图4是图示根据本发明的示例实施例的半导体存储装置的框图。参照图4，半导体存储装置200包括存储单元阵列210、数据输入/输出电路215和高电压生成器220。半导体存储装置200控制高电压生成器220的输出电流IPP的大小(level)。存储单元阵列200和数据输入/输出电路215的特点与结合图1描述的存储单元阵列和数据输入/输出电路相同。
参照图4，高电压生成器220包括泵浦电路230、调节器240和温度检测器250。此示例实施例的半导体存储装置200根据温度检测信号TEMP的状态来控制高电压生成器220的输出电流IPP的大小。
泵浦电路230向存储单元阵列210提供高于电源电压VCC的高电压VPP。利用从泵浦电路230提供的高电压VPP，存储单元阵列210进行编程或擦除操作。泵浦电路230响应于泵浦使能信号P_EN而操作，将电源电压VCC(未示出)提升(boost)到高电压VPP。泵浦电路还响应于从温度检测器250提供的温度检测信号TEMP而调整输出电流IPP的大小。将参照图5详细描述泵浦电路230的结构和操作特点。
图5是图示图4中示出的泵浦电路230的电路图。参照图5，泵浦电路230包括多个正常泵浦(normal pump)231～23n和温度泵浦23T。正常泵浦231～23n耦接至温度泵浦23T并且彼此并联耦接。泵浦电路230通过响应于振荡信号OSC而进行泵浦操作，来对泵浦使能信号PP_EN作出响应。从图4的调节器240提供泵浦使能信号P_EN。从振荡器(未示出)提供振荡信号OSC。
正常泵浦231～23n通过公知的泵浦操作来生成高电压VPP。温度泵浦23T除了响应于泵浦使能信号P_EN和振荡信号OSC之外，还响应于温度检测信号TEMP。就是说，泵浦电路230在正常模式期间借助n个正常泵浦231～23n来进行泵浦操作。另一方面，当存在温度检测信号TEMP的输入时，n个正常泵浦231～23n结合温度泵浦23T来进行泵浦操作。温度泵浦23T被起动以便增加泵浦电路230的输出电流IPP的大小。由此，图4中示出的半导体存储装置200在面临高温时能够提高泵浦电路230的输出电流IPP的大小。
返回图4，调节器240控制泵浦电路230以便使泵浦电路230的输出电压VPP具有恒定电平。调节器240检测泵浦电路230的输出电压VPP是否达到预定电平，并且调节器240根据检测的结果提供泵浦使能信号P_EN。例如，当泵浦电路230的输出电压VPP低于预定电平(例如，9V)时，调节器240生成泵浦使能信号P_EN。
如以上结合图1所述，温度检测器250利用二极管的温度相关性来生成温度检测信号TEMP。温度检测器250向泵浦电路230的温度泵浦23T提供温度检测信号TEMP。将参照图6来描述温度检测器250的结构和操作特点。
图6是示例性地图示图4中示出的温度检测器250的电路图。参照图6，温度检测器250包括温度感测器251和温度检测信号生成器253。
温度感测器251包括由电流源252和PMOS晶体管P21和P22构成的电流镜电路、多个电阻器R31和R32、以及二极管D2。温度感测器251通过温度感测器节点NT生成温度感测电压VT。如以上涉及的等式1所述，二极管D2的电流Id2随着温度的上升而增加。如果二极管电流Id2增加，那么由于该电阻器两端的电压降的原因而导致温度感测电压VT变高。
温度检测信号生成器253包括比较器254和反相器255。比较器254操作以便比较温度感测电压VT和参考电压Vref。当温度感测电压VT高于参考电压Vref时，比较器254向反相器255施加低电平信号。反相器255逻辑地反转比较器254的输出信号，并将温度检测信号TEMP提供给图4中示出的泵浦电路230。
参照图4，半导体存储装置200包括温度检测器250，其用于利用二极管D2的温度相关性来生成温度检测信号TEMP。半导体存储装置200通过根据温度检测器250的温度检测信号TEMP而控制泵浦电路230的温度泵浦23T，以调整泵浦电路230的输出电流IPP。半导体存储装置200能够在面临高温时克服该问题，输出电压VPP变低并且输出电流IPP的大小不足。通过根据本发明的示例实施例的半导体存储装置，可以补救编程或擦除操作的特性随温度的变化而波动的缺陷。
总之，可以根据温度自动调整高电压生成器的输出电流和电压。因此，其防止了输出电压或电流的波动以及由于输出电压或电流的波动而导致的存储单元的编程或擦除特性的劣化。
以上公开的主题将被认为是说明性的而不是限制性的，并且所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神和范围内的所有这样的修改、加强以及其它示例实施例。因此，在法律所允许的最大程度的情况下，通过由本发明的权利要求和它们的等同物所允许的最广义的解释来确定本发明的范围，而不应受到前面的具体描述的约束或限制。
此美国非临时专利申请根据35U.S.C§119要求2006年2月7日提交的第2006-11851号韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用包括于此。

Claims (17)

1.一种半导体存储装置，包括：
存储单元阵列；
高电压生成器，其通过输出端向存储单元阵列提供超过电源电压的高电压，通过根据温度的变化而检测二极管电流的变化来生成温度检测信号，并且响应于温度检测信号而调整输出端的电压电平。
2.如权利要求1所述的半导体存储装置，其中高电压生成器包括：
泵浦电路，其通过提升电源电压来生成高电压；
调节器，其响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压；以及
温度检测器，其通过根据温度的变化而检测二极管电流的变化来生成温度检测信号。
3.如权利要求1所述的半导体存储装置，其中高电压生成器包括：
泵浦电路，其包括正常泵浦和温度泵浦；
调节器，其调整泵浦电路的输出电压；以及
温度检测器，其通过根据温度的变化而感测二极管电流的变化来生成温度检测信号，
其中温度泵浦响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电流。
4.如权利要求1所述的半导体存储装置，其中高电压是提供给存储单元阵列用于在其中编程数据的电压。
5.如权利要求1所述的半导体存储装置，其中高电压是提供给存储单元阵列用于在其中擦除数据的电压。
6.一种半导体存储装置，包括：
存储单元阵列；
泵浦电路，其向存储单元阵列提供通过响应于泵浦使能信号来提升电源电压而获得的高电压；
调节器，其根据泵浦电路的输出电压电平来生成泵浦使能信号，并且响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压电平；以及
温度检测器，其产生通过根据温度的变化来感测二极管电流的变化而获得的温度检测信号。
7.如权利要求6所述的半导体存储装置，其中调节器包括响应于温度检测信号而调整泵浦电路的输出电压电平的调节电路。
8.如权利要求7所述的半导体存储装置，其中调节电路是响应于温度检测信号而导通或截止的晶体管。
9.如权利要求7所述的半导体存储装置，其中调节电路包括低温和高温调节电路，
其中，高温调节电路响应于高温检测信号而提高泵浦电路的输出电压电平，低温调节电路响应于低温检测信号而降低泵浦电路的输出电压电平。
10.如权利要求6所述的半导体存储装置，其中温度检测器包括：
温度感测器，用于操作以便根据温度的变化来感测二极管电流的变化并且通过温度感测节点生成温度感测电压；以及
温度检测信号生成器，其比较温度感测电压和参考电压并且生成温度检测信号。
11.如权利要求10所述的半导体存储装置，其中调节器包括响应于温度检测信号来调整泵浦电路的输出电压电平的调节电路。
12.如权利要求11所述的半导体存储装置，其中温度感测器通过高温感测节点来生成高温感测电压并且通过低温感测节点来生成低温感测电压，
其中温度检测信号生成器操作以便生成通过比较该高温感测电压和参考电压而获得的高温检测信号和生成通过比较该低温感测电压和参考电压而获得的低温检测信号。
13.如权利要求12所述的半导体存储装置，其中调节电路包括高温和低温调节电路，
其中高温电压调节电路响应于高温检测信号而提高泵浦电路的输出电压电平，而低温调节电路响应于低温检测信号而降低泵浦电路的输出电压电平。
14.一种半导体存储装置，包括：
存储单元阵列；
泵浦电路，其生成通过响应于泵浦使能信号来提升电源电压而获得的高电压，通过输出端将该高电压提供给存储单元阵列，和响应于温度检测信号来调整输出端的电压电平；
调节器，其连接至泵浦电路的输出端，并且根据该输出端的电压电平来生成泵浦使能信号；以及
温度检测电路，其生成通过根据温度的变化来感测二极管电流的变化而获得的温度检测信号。
15.如权利要求14所述的半导体存储装置，其中泵浦电路包括接收泵浦使能信号的正常和温度泵浦，
其中温度泵浦响应于泵浦使能信号和温度检测信号来调整泵浦电路的输出电流的大小。
16.如权利要求15所述的半导体存储装置，其中温度检测电路包括：
温度感测器，其根据温度的变化来感测二极管电流的变化，和通过温度感测节点来生成温度感测电压；以及
温度检测信号生成器，其比较温度感测电压和参考电压，并生成温度检测信号。
17.如权利要求16所述的半导体存储装置，其中泵浦电路响应于温度检测信号来提高输出电流的大小。
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