DE10157865A1

DE10157865A1 - Programmierbare Spannungspumpe mit Masse-Option

Info

Publication number: DE10157865A1
Application number: DE10157865A
Authority: DE
Inventors: Martin Brox; Bernd Klehn; Joachim Schnabel
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US6700426B2; US20030128066A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine programmierbare Spannungspumpe zur Erzeugung einer Spannung, insbesondere für die Auswahltransistoren von DRAM-Bausteinen, mit einem Trimm-Eingang (trim) zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsspannung (VNEG), und einem Ausgang (OUT), an dem die Ausgangsspannung (VNEG) ausgegeben wird. Eine besonders einfache Möglichkeit zur Erzeugung eines OV-Pegels am Ausgang (OUT) der Spannungspumpe (1) besteht darin, am Ausgang (OUT) einen Schalter (2) vorzusehen, der den Ausgang (OUT) wahlweise mit Masse verbinden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine programmierbare Spannungspumpe nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Programmierbare Spannungspumpen werden beispielsweise in Speicherbausteinen, wie z. B. DRAM, eingesetzt, um verschiedene negative Spannungen für die MOS- Auswähltransistoren der Speicherelemente (Speicherkondensatoren) zu erzeugen. Dabei sind die programmierbaren Spannungspumpen ein integrierter Bestandteil der Speicherbausteine.

In DRAM-Speicherbausteinen werden die programmierbaren Spannungspumpen im wesentlichen zur Erzeugung zweier wichtiger negativer Spannungen eingesetzt, der Spannung (VBB) der p-Wanne eines Auswähltransistors einer Zelle und der Spannung (VNWL) an einer nicht ausgewählten Wortleitung, also der Gate-Spannung des Auswähltransistors.

Für eine nicht-ausgewählte Wortleitung wurde bislang üblicherweise das Massepotential verwendet. Inzwischen werden leicht negative Spannungen eingesetzt, um das Sperrverhalten des Auswähltransistors zu verbessern. Dies hat den Vorteil, dass der Leckstrom durch den Transistor mit fallender Gate- Spannung sinkt.

Dagegen nähert sich der Absolutwert von VBB immer mehr dem Wert von 0 V an. Dadurch wird die Potentialdifferenz zwischen dem Diffusionsanschluss zum Speicherkondensator und der p- Wanne minimal gehalten, um somit große Leckströme an diesem pn-Übergang zu vermeiden. Andererseits steigt der Leckstrom durch den Transistor mit absolut kleinerer p-Wannenspannung.

Zur Einstellung eines optimalen Arbeitspunktes - d. h. zum einen soll ein gutes Sperrverhalten des Transistors, zum anderen ein möglichst geringer Leckstrom am pn-Übergang Wanne/Diffusion erreicht werden - werden programmierbare Spannungspumpen eingesetzt, deren Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Spannungsbereich einstellbar ist. Stellt sich heraus, dass die Masseverbindung (0 V) der günstigste Arbeitspunkt ist, so wird die Spannungspumpe deaktiviert, um nicht unnötig Leistung zu verbrauchen, und die zu treibende Last mit Masse verbunden.

Eine herkömmliche programmierbare Spannungspumpe, die auch als Spannungspumpe bezeichnet wird, ist in Fig. 1 dargestellt.

Die gezeigte programmierbare Spannungspumpe hat einen Trimm- Eingang TRIM, über den eine gewünschte Ausgangsspannung VNEG eingestellt werden kann, so wie einen Ausgang OUT, an dem die Ausgangsspannung VNEG ausgegeben wird.

Bei Anwendung der Spannungspumpe 1 in einem DRAM-Baustein kann der Ausgang OUT entweder mit der p-Wanne oder dem VNWL- Netzwerk verbunden sein.

Die dargestellte Spannungspumpe 1 umfasst ferner einen Aktivierungseingang ACTIVE, mit dem die Spannungspumpe 1 aktiviert bzw. deaktiviert werden kann. Stellt sich in einem Testversuchen heraus, dass beispielsweise für die p-Wanne des Auswähltransistors die Masseverbindung den günstigsten Arbeitspunkt darstellt, so wird die Spannungspumpe 1 deaktiviert und das entsprechende, am Ausgang OUT angeschlossene Netz permanent mit Masse verdrahtet (siehe optionale Verbindung 8). Zu diesem Zweck besteht bei der Spannungspumpe 1 die Option, die Verdrahtung am Aktivierungseingang ACTIVE sowie am Ausgang OUT der Spannungspumpe 1 zu ändern.

Die Spannungspumpe 1 ist aktiviert, wenn der Aktivierungseingang ACTIVE, wie dargestellt, mit einer Versorgungsspannung V_DD verbunden ist. Zum Deaktivieren der Spannungspumpe 1 wird der Anschluß 7 mit Masse verdrahtet. Außerdem wird der Ausgang OUT der Spannungspumpe 1 vom angeschlossenen Netz (nicht gezeigt) abgekoppelt und letzteres am Anschluss 8 mit Masse verbunden.

Diese Vorgehensweise hat mehrere Nachteile: zum einen ist die Umverdrahtung relativ Zeit- und kostenaufwendig, da eine neue Lithographie-Maske erstellt und in den Wafer- Herstellungsprozess eingebunden werden muß, zum anderen steht nicht mehr die Option zur Verfügung, das angeschlossene Netz mit einem negativen Potential zu belegen, sobald es einmal mit Masse verbunden ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine programmierbare Spannungspumpe zu schaffen, deren Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Bereich einschließlich 0 V einstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, eine programmierbare Spannungspumpe, umfassend einen Trimm-Eingang zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsspannung, sowie einen Ausgang, an dem die Ausgangsspannung ausgegeben wird, mit einem am Ausgang angeschlossenen Schalter zu versehen, der den Ausgang der Spannungspumpe wahlweise mit Masse verbinden kann. Auf diese Weise kann durch Trimmen der Spannungspumpe oder Ansteuern des Schalters zwischen einer gewünschten Ausgangsspannung und Masse gewählt werden.

Die Spannungspumpe umfasst vorzugsweise Mittel zum Deaktivieren der Spannungspumpe bei Auswahl der Masse-Option am Ausgang der Spannungspumpe.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Spannungspumpe ferner eine Steuerschaltung zur Steuerung des Schalters in Abhängigkeit von dem am Trimm-Eingang anliegenden Signal.

Die Steuerschaltung umfasst Mittel an dessen Eingang das Trimm-Signal zugeführt wird. Diese Mittel, vorzugsweise in der Realisierung eines Logik-Gatters, können gleichzeitig zum Deaktivieren der Spannungspumpe dienen. Sie sind daher vorzugsweise mit dem Aktivierungseingang der Spannungspumpe verbunden. Bei dem Logik-Gatter kann es sich beispielsweise um ein NAND-Gatter handeln.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuerschaltung einen Level-Shifter, der eine bestimmte Steuerspannung für den Ausgangsschalter bereitstellt.

Die Steuerschaltung umfasst vorzugsweise ein erstes Paar parallel geschalteter MOS-Transistoren sowie ein zweites Paar kreuzgekoppelter MOS-Transistoren.

Der am Ausgang der Spannungspumpe angeschlossene Schalter ist vorzugsweise als NMOS-Transistor realisiert, dessen p-Wanne mit der Ausgangsspannung der Spannungspumpe verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine konventionelle Realisierung einer Spannungspumpe mit Masken-Option, und
Fig. 2 eine Realisierung einer Spannungspumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bezüglich der Erläuterung von Fig. 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Fig. 2 zeigt eine programmierbare Spannungspumpe 1 mit einem Trimm-Eingang TRIM zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsspannung VNEG, sowie einem Ausgang OUT zur Bereitstellung der gewünschten Versorgungsspannung VNEG.
Die Spannungspumpe 1 hat ferner einen Aktivierungs- /Deaktivierungs-Eingang ACTIVE zum Aktivieren/Deaktivieren der Spannungspumpe 1.
Die Spannungspumpe 1 erzeugt, wie erwähnt, in Abhängigkeit von einem am Trimm-Eingang TRIM anliegenden Signal eine vorgegebene Ausgangsspannung VNEG. Das Trimm-Signal ist üblicherweise ein aus mehreren Trimm-Bits bestehendes, codiertes Signal, mit dem die Ausgangsspannung VNEG nach Bedarf eingestellt werden kann. Wenn das Trimm-Signal z. B. drei Trimm-Bits enthält, können insgesamt acht (2 ³) verschiedene Ausgangsspannungen VNEG eingestellt werden.
Das Trimm-Signal liegt zum einen am Trimm-Eingang TRIM an und wird zum anderen einem Logik-Gatter, im vorliegenden Fall einem NAND-Gatter 4, zugeführt. Der Ausgang des NAND-Gatters 4 ist mit dem Aktivierungseingang ACTIVE der Spannungspumpe 1 verbunden. Hat wenigstens eines der Trimm-Bits einen Wert Null, so ist der Ausgang des NAND-Gatters 4 high, und die Spannungspumpe 1 wird aktiviert und generiert eine durch die Codierung vorgegebene negative Ausgangsspannung VNEG.
Der Ausgang OUT der Spannungspumpe 1 bzw. das am Ausgang OUT angeschlossene Netz kann mittels eines Schalters 2 wahlweise mit Masse verbunden werden. Der Schalter 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als NMOS-Transistor gebildet.
Zur Steuerung des Schalters 2 ist eine Steuerschaltung 3 vorgesehen, die den Schalter 2 in Abhängigkeit von dem am Aktivierungseingang ACTIVE anliegenden Signal steuert.
Die Steuerschaltung 3 umfasst einen sogenannten Level-Shifter mit einem ersten Paar Transistoren 5 (P1, P2) sowie einem zweiten Paar kreuzgekoppelter Transistoren 6 (N1, N2). Der Level-Shifter ist in der Lage, den Steueranschluß (Gate) des NMOS-Transistors 2 gegen die negative Ausgangsspannung VNEG zu ziehen oder auf eine Versorgungsspannung V_DD zu heben.
Im aktiven Zustand der Spannungspumpe 1 - das Aktivierungssignal ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel high - ist der Transistor P1 auf Grund des vorgeschalteten Inverters 9 niederohmig geschaltet, und der High-Pegel liegt somit am Gate-Anschluß des Transistors N2 an, der somit ebenfalls niederohmig ist. Da der Source- Anschluß S des Transistors N2 mit der Ausgangsspannung VNEG verbunden ist, wird der Gate-Anschluß des NMOS-Transistors 2 auf VNEG gezogen, wodurch der Transistor 2 sperrt.
Der Anschluß der p-Wanne und der Source-Anschluß S des Transistors 2 sind mit der Ausgangsspannung VNEG verbunden.
In diesem Zustand sperren die beiden Transistoren P2 und N1.
Sind alle Trimm-Bits mit "1" programmiert, so liegt am Ausgang des NAND-Gatters 4 bzw. am Aktivierungseingang ACTIVE der Spannungspumpe 1 ein Aktivierungssignal mit einem Pegel logisch Null an, wodurch die Spannungspumpe 1 deaktiviert wird. Gleichzeitig schaltet der Transistor P2 in den niederohmigen Zustand und bringt somit den Steuereingang GndConnect auf hohes Potential (V_DD), so dass der Transistor 2 einschaltet. Der Ausgang OUT der Spannungspumpe 1 und das daran angeschlossene Netz werden dadurch mit Masse verbunden.
Mit der vorgeschlagenen, programmierbaren Spannungspumpe ist es in einfacher Weise möglich, verschiedene (negative) Ausgangsspannungen zu programmieren oder den Ausgang OUT der Spannungspumpe 1 wahlweise mit Masse zu verbinden und gleichzeitig die Spannungspumpe 1 zu deaktivieren. Bezugszeichenliste 1 Spannungspumpe
2 Schalter
3 Steuerschaltung
4 Logikgatter
5 Erstes Transistorpaar
6 Zweites, kreuzgekoppeltes Transistorpaar
7 Kontakt
8 Kontakt
9 Inverter
OUT Ausgang
ACTIVE Aktivierungseingang
trim Trimm-Eingang
VNEG Ausgangsspannung
P1, P2 Transistoren
N1, N2 Transistoren

Claims

1. Programmierbare Spannungspumpe zur Erzeugung einer Ausgangsspannung (VNEG) mit
einem Trimm-Eingang (TRIM) zur Einstellung einer gewünschten Ausgangsspannung (VNEG),
einem Ausgang (OUT), an dem die Ausgangsspannung (VNEG) ausgegeben wird, sowie
einem Aktivierungs-/Deaktivierungseingang (ACTIVE), mit dem die Spannungspumpe aktiviert/deaktiviert werden kann,
gekennzeichnet durch,
einen am Ausgang (OUT) angeschlossenen Schalter (2), der ein am Ausgang (OUT) der Spannungspumpe angeschlossenes Netz wahlweise mit Masse verbinden kann.

2. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung (3) zur Steuerung des Schalters (2) in Abhängigkeit von einem am Trimm-Eingang (TRIM) anliegenden Signal vorgesehen ist.

3. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (3) ein Logikgatter (4) umfasst, an dessen Eingang das Trimm-Signal anliegt.

4. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Logikgatters (4) mit dem Aktivierungseingang (ACTIVE) zum Aktivieren/Deaktivieren der Spannungspumpe (1) verbunden ist.

5. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Logikgatter (4) ein NAND-Gatter ist.

6. Programmierbare Spannungspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (3) einen Level-Shifter umfasst.

7. Programmierbare Spannungspumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (3) ein erstes Paar MOS- Transistoren (P1, P2), sowie ein zweites MOS-Transistoren (N1, N2) umfasst.

8. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Paar MOS-Transistoren (N1, N2) kreuzgekoppelt ist.

9. Programmierbare Spannungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (4) zum Deaktivieren der Spannungspumpe (1) vorgesehen sind.

10. Programmierbare Spannungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (2) ein NMOS-Transistor ist.

11. Programmierbare Spannungspumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die p-Wanne des NMOS-Transistors (2) an der negativen Ausgangsspannung (VNEG) liegt.