JP2000003598A - ブースト回路及びこれを備える半導体記憶装置 - Google Patents

ブースト回路及びこれを備える半導体記憶装置

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JP2000003598A JP16672698A JP16672698A JP2000003598A JP 2000003598 A JP2000003598 A JP 2000003598A JP 16672698 A JP16672698 A JP 16672698A JP 16672698 A JP16672698 A JP 16672698A JP 2000003598 A JP2000003598 A JP 2000003598A
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Masayoshi Hirata
昌義 平田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電源電圧の低電圧化に対応して所要の高電圧を
高効率で発生する。 【解決手段】駆動信号CKBのLレベルに応答して電源
電圧vccを充電し信号CKBのHレベルに応答してブ
ースト電圧VCPを出力する容量C11と、信号CKB
のLレベルに連動して容量C11に電源電圧vccを供
給するダイオードD11とを備えるブースト部1と、駆
動信号CKBのLレベルに応答して電源電圧vccを充
電し信号CKBのHレベルに応答して出力ブースト電圧
VBを出力する容量C21と、信号CKBのLレベルに
連動して容量C21に電源電圧vccを供給するダイオ
ードD21と、信号CKBのLのレベルのとき容量C2
1を接地し信号CKBのHレベルのとき容量C21,C
11を直列接続するよう切り換えるスイッチS11とを
備える二次ブースト部2を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はブースト回路及びこ
れを備える半導体記憶装置に関し、特に電源電圧より高
い昇圧電圧を発生するブースト回路及びこれを備えるフ
ラッシュメモリ等の半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の半導体記憶装置における
昇圧回路として、ブ−スト回路とチャ−ジポンプ回路が
あり、特に、ブ−スト回路はメモリの選択ワ−ド線の電
圧供給回路用として広く用いられている。
【0003】基本概念で示した従来のブースト回路をブ
ロックで示す図6を参照すると、この従来のブースト回
路は、クロックCKを反転して駆動信号CKBを出力す
るインバータIV11と、電源VCCにアノードを接続
したダイオードD11と、一端に駆動信号CKBの供給
を受け他端にダイオードD11のカソードを接続して電
源VCCからの電荷の供給を受けブースト電圧VCPを
出力する昇圧用容量C11とを備えるブースト部1と、
寄生容量から成り一端を容量C1の他端に他端を接地し
た被昇圧の容量C2とを備える。
【0004】次に、図6及び各部波形をタイムチャート
で示す図7を参照して、従来のブースト回路の動作につ
いて説明すると、まず、ブースト部1のブースト用の各
容量C11に電荷を充電する。この時入力したクロック
CKのレベルはHレベルであり、インバータIV11は
このクロックCKのHレベルに応答して駆動信号CKB
をLレベルとし、ダイオードD11は容量C11に電源
VCCの電圧vcc対応の電荷を充電する。これによ
り、ブースト電圧VCPの電圧値vcpは電源電圧vc
cまで上昇する(状態S1)。次に、ブースト(昇圧)
状態に移ると、クロックCKはLレベルとなり、インバ
ータIV11はこのクロックCKのLレベルに応答して
駆動信号CKBを電源電圧vccレベルとする。これに
より、ブースト電圧VCPは、電圧vcpに昇圧される
(状態S2)。
【0005】ここで、容量C11,C2の各々容量値を
c1,c2として、ブースト電圧VCPの電圧値vcp
の値を計算すると以下のようになる。
【0006】vcp={(2×c1+c2)×vcc}
/(c1+c2) すなわちブースト電圧VCPの値vcpは(vcc<v
cp<2vcc)の範囲を越えることはない。
【0007】このため、最近の半導体記憶装置の大容量
化・素子微細化に伴う電源電圧vccの低電圧化により
得られる昇圧電圧値vcpも必然的に低下してくる。と
ころが、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置におい
て、読み出しワ−ド線電圧に必要な電圧は低下していな
いため、ブ−スト回路の適応が困難になってきている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のブース
ト回路及びこれを備える半導体記憶装置は、ブースト回
路が駆動用インバータと昇圧用及び被昇圧用容量と、電
荷供給用のダイオードとで構成されており、昇圧電圧が
電源電圧の2倍以下であるので、電源電圧の低電圧化に
伴い得られる昇圧電圧も必然的に低下してくるにも拘わ
らず、所要の読み出しワ−ド線電圧は低下していないた
め、ブ−スト回路の適応が困難になってくるという欠点
があった。
【0009】本発明の目的は、電源電圧の低電圧化に対
応して所要の高電圧を高効率で発生できるブースト回路
及びこれを備える半導体記憶装置を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のブースト回路
は、半導体記憶装置の内部電源用に供給を受けた電源電
圧より高い昇圧電圧を発生するブースト回路において、
外部クロック信号の供給に応答して駆動信号を出力する
駆動手段と、前記駆動信号の第1のレベルに応答して第
1の電源と第2の電源間の電圧である電源電圧を充電し
前記駆動信号の第2のレベルに応答して第1の昇圧電圧
を出力する昇圧用の第1の容量と、前記駆動信号の第1
のレベルに連動して前記第1の容量に前記電源電圧を供
給する第1の充電手段とを備える第1のブースト手段
と、前記駆動信号の第1のレベルに応答して前記電源電
圧を充電し前記駆動信号の第2のレベルに応答して第2
の昇圧電圧を出力する昇圧用の第2の容量と、前記駆動
信号の第1のレベルに連動して前記第2の容量に前記電
源電圧を供給する第2の充電手段と、前記駆動信号の第
1のレベルのとき前記第2の容量を第2の電源に接続し
前記駆動信号の第2のレベルのとき前記第2の容量を前
記第1の容量と直列接続するよう切り換えるスイッチ手
段とを備え、前記駆動信号の第2のレベルに応答して前
記第1の昇圧電圧に前記電源電圧を加算した第2の昇圧
電圧を出力する第2のブースト手段を備えて構成されて
いる。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の第1の形態
を基本概念で示したブ−スト回路を図6と共通の構成要
素には共通の参照文字/数字を付して同様にブロックで
示す図1を参照すると、この図に示す本実施の形態のブ
ースト回路は、従来と共通のクロックCKを反転して駆
動信号CKBを出力するインバータIV11と、アノー
ドを電源VCCに接続したダイオードD11と、一端に
駆動信号CKBの供給を受け他端にダイオードD11の
カソードを接続しブースト電圧VCPを出力する昇圧用
容量C11とを備えるブースト部1と、他端を接地した
被昇圧の容量C2とに加えて、アノードを電源VCCに
接続したダイオードD21と、他端にダイオードD11
のカソードと容量C2の一端とを接続し出力ブースト電
圧VBを出力する昇圧用容量C21と、容量C21の一
端に接続し電荷充電時には電源電圧端子と接地電圧端子
間で並列に接続しブースト時(昇圧時)には充電された
容量C11およびC12を直列に接続するスイッチ21
とを備える二次ブースト部2を備える。
【0012】次に、図1及び各部波形をタイムチャート
で示す図2を参照して本実施の形態の動作について説明
すると、まず、電荷充電状態では、入力クロックCKの
レベルがHレベル(vcc)であり、このとき、二次ブ
ースト部2のスイッチS21によりC21の一端を接地
して容量C21の一端の電圧VCSを接地電圧とする
(P1)。これにより、インバータIV11はこのクロ
ックCKのHレベルに応答して駆動信号CKBをLレベ
ルとし、ブースト部1,二次ブースト部2の各々のブー
スト用の容量C11,C21に、電源VCCからダイオ
ードD11,D21の各々を経由して電荷を充電しこれ
ら容量C11,C21の各々の出力(他端)電圧VC
P,VBを電源VCCの電圧vccとする(状態S
1)。
【0013】次に、ブースト(昇圧)状態に移ると、入
力クロックCKのレベルがLレベルとなり、またスイッ
チS21により、容量C21の一端を接地から切り離し
容量C11の他端に接続、すなわち、これら容量C1
1,C21を直列接続するよう切り換える(P2)。こ
れにより、インバータIV11はこのクロックCKのL
レベルに応答して駆動信号CKBをHレベル(vcc)
とし、容量C11の出力の電圧VCPは一定の一次ブー
スト電圧VCP(vcc<vcp<2vcc)に昇圧さ
れる。これにより、容量C21の出力電圧すなわち出力
ブースト電圧VBの電圧値vbはvcc+vcpに昇圧
される(状態S2)。以上の動作により、被昇圧容量C
2は高い電圧の供給を受けることができる。
【0014】次に、図1に示した基本概念の回路(以下
基本回路)を具体化した本実施の形態の実施例を図1と
共通の構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様
に回路図で示す図3を参照すると、この図に示す本実施
例のブースト回路は、基本回路のブースト部1と二次ブ
ースト部2からそれぞれダイオードD11,D21を除
いたものに対応するブースト部10と、ブースト容量部
21と、基本回路のダイオードD11,D21にそれぞ
れ対応しプリチャージ信号PCの供給に応答して電源V
CCからの電荷をそれぞれブースト部10,ブースト容
量部21に供給するプリチャージ部30,31と、被昇
圧容量C2とを備える。
【0015】ブースト部10は、クロックCKの供給に
応答して駆動信号CKBを出力するインバータIV11
とブースト用の容量C11とを備える。
【0016】インバータIV11は、ソースを電源VC
Cに接続しゲートにクロックCKの供給を受けるPチャ
ネルエンハンスメント型のトランジスタP11と、ドレ
インをトランジスタP11のドレインにゲートをトラン
ジスタP11のゲートにソースを接地にそれぞれ接続し
たNチャネルエンハンスメント型のトランジスタN11
とを備え、トランジスタP11,N11のドレイン共通
接続点を出力端とする。
【0017】ブースト容量部21は、他端を出力端とす
るブースト用の容量C21と、状態信号Pの供給に応答
して容量C21の一端(入力端)の接続先をブースト部
10の容量C11の出力端と接地とのいずれか一方に切
り換えるスイッチS21とを備える。
【0018】スイッチS21は、ゲートにスイッチ信号
Q1の供給を受けソースをブースト部10の容量C11
の出力端にドレインを容量C21の入力端にそれぞれ接
続したPチャネルエンハンスメント型のトランジスタP
21と、ゲートにスイッチ信号Q2の供給を受けドレイ
ンを容量C21の入力端にソースを接地にそれぞれ接続
したNチャネルエンハンスメント型のトランジスタN2
1とを備える。
【0019】プリチャージ部30,31は同一回路構成
であり、プリチャージ部30について説明すると、プリ
チャージ信号PCを反転し反転プリチャージ信号PCB
を出力するインバータIV31と、ソースを接地しゲー
トにプリチャ−ジ信号PCの供給を受けるNチャネルエ
ンハンスメント型のトランジスタN31とソースを接地
しゲートに反転プリチャ−ジ信号PCBの供給を受ける
Nチャネルエンハンスメント型のトランジスタN32
と、ドレインをトランジスタN31のドレインにゲート
をトランジスタN32のドレインにそれぞれ接続しソー
スから出力信号VCPを出力するPチャネルエンハンス
メント型のトランジスタP31と、ソースをトランジス
タP31のソースにドレインをトランジスタN32のド
レインにゲートをトランジスタN31のドレインにそれ
ぞれ接続したPチャネルエンハンスメント型のトランジ
スタP32と、ドレインをトランジスタP31のソース
にゲートをトランジスタN31のドレインにソースを電
源VCCにそれぞれ接続しウェルをドレインに接続した
Pチャネルエンハンスメント型のトランジスタP33と
を備える。さらに、トランジスタP33のドレインはブ
ースト回路10の容量C11の出力端に接続されプリチ
ャージ信号PCのHレベル時に電源VCCを供給する。
【0020】同様に、プリチャージ部31のトランジス
タP33のドレインはブースト容量部21の容量C21
の出力端に接続されプリチャージ信号PCのHレベル時
に電源VCCを供給する。
【0021】次に、図3,図2及び各部波形のシミュレ
ーション波形を示す図4を参照して本実施例の動作につ
いて説明すると、まず、容量C11,C21の充電時に
は、クロックCK,スイッチ信号Q1,Q2及びプリチ
ャ−ジ信号PCはHレベルであり、インバータIV11
はクロックCKのHレベルに応答して駆動信号CKBを
Lレベル(接地レベル)とし、スイッチ信号Q2のHレ
ベルに応答してトランジスタN21が導通して容量C2
1の入力端を接地レベルとする。また、スイッチ信号Q
1のHレベルに応答して容量C21の入力側のトランジ
スタP21が遮断する。プリチャージ回路30,31の
各々は、プリチャ−ジ信号PCのHレベルに応答して各
々の容量C11,C21を電源電圧vccまで充電し対
応の出力電圧VCP,VBを生成する(状態S1)。
【0022】プリチャージ回路30の動作について説明
すると、トランジスタN31,N32,P31,P32
はレベルシフタ回路として動作し、プリチャ−ジ信号P
CのHレベルに応答してレベルシフタ回路のトランジス
タN31のドレインはLレベルを出力し、トランジスタ
P33はゲートのLレベルに応答して導通し、電源VC
Cを充電電荷として容量C11に供給し、出力ブースト
電圧VCPを電源電圧vccまで充電する。同様にプリ
チャージ回路32は、プリチャ−ジ信号PCのHレベル
に応答して電源VCCを充電電荷として容量C21に供
給し、出力ブースト電圧VBを電圧vccまで充電す
る。
【0023】次に、ブースト(昇圧)状態に移ると、入
力クロックCK,スイッチ信号Q1,Q2及びプリチャ
−ジ信号PCの各々のレベルがLレベルとなり、スイッ
チ信号Q2のLレベルに応答してトランジスタN21が
遮断し、スイッチ信号Q1のLレベルに応答して容量C
21の入力側のトランジスタP21が導通して容量C1
1と容量C21とが直列接続状態となる。入力クロック
CKのLレベルに応答して、インバータIV11は駆動
信号CKBをHレベル(電源電圧vccレベル)とし、
同時に、プリチャージ回路30,31の各々は、プリチ
ャ−ジ信号PCのLレベルに応答して、レベルシフタ回
路のトランジスタN31のドレインはHレベルを出力
し、トランジスタP33を遮断して容量C11,C21
への電荷の供給を遮断する。
【0024】図4を参照してこのブースト状態の動作の
詳細を説明すると、まず、プリチャ−ジ信号PC及びス
イッチ信号Q2がLレベルに遷移する(T=0)。プリ
チャ−ジ信号PCのLレベル遷移に応答してプリチャー
ジ回路30,31の各々のレベルシフタ回路の出力はH
レベルに遷移し、各々のトランジスタP33を非導通状
態にして電源VCCからの電荷の供給を遮断する。スイ
ッチ信号Q2のLレベルに応答してトランジスタN21
が遮断し、容量C21の入力端はフローティング状態と
なる。
【0025】次に、外部から供給されるクロックCK及
びスイッチ信号Q1がLレベルに遷移する(T=10n
s)。スイッチ信号Q1のLレベル遷移に応答して容量
C21の入力側のトランジスタP21が導通して容量C
11の出力のブースト電圧VCPと容量C21の入力端
の電圧VCSとが同電圧となる。
【0026】この瞬間、駆動信号CKBと出力ブースト
電圧VB間の電位差は電源電圧の2倍となる得るポテン
シャルを得る。実際には、容量C21に蓄積された電荷
は被昇圧容量C2との比によって容量C2側に移動し、
出力ブースト電圧VBを所定の電圧にまで押し上げる。
【0027】以上の動作により出力ブースト電圧VBは
瞬時に高い電圧の昇圧動作が可能となり、従来のブ−ス
ト回路やチャ−ジポンプでは得られない昇圧レベルと昇
圧スピ−ドを得ることができるようになる。
【0028】図4を再度参照すると、この図のシミュレ
ーションでは、容量C11及びC21を100pFと
し、被昇圧容量C2を10pFとしている。図示するよ
うにT=10nsの時に容量C11,C21を直列接続
しており、高速に出力ブースト電圧VBがブ−スト(昇
圧)されていることを示す。
【0029】次に、本実施の形態の第2の実施例を図3
と共通の構成要素には共通の参照文字/数字を付してブ
ロックで示す図5を参照すると、この図に示す本実施例
の前述の第1の実施例との相違点は、ブースト容量部2
1を含めてN(整数)個のブースト容量部21と同一の
ブースト容量部21,22・・・2Nを直列接続し、対
応するN個のプリチャージ回路31,32・・・3Nを
備えることである。
【0030】各容量ブロックの動作は、第1の実施例と
同一であり、したがって、各段のブースト電圧はVB
1,VB2,・・・VBNとなり、最終段の出力ブース
ト電圧VBNは理論ブースト電圧は電源電圧の(1+直
列個数)倍となる。
【0031】これにより、クロックCKの1クロックに
て得られる昇圧レベルがより高くなるという点が大きな
特徴といえる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のブースト
回路及びこれを備える半導体記憶装置は、駆動信号の第
1のレベルに応答して電源電圧を充電し駆動信号の第2
のレベルに応答して第1の昇圧電圧を出力する第1の容
量と、上記駆動信号の第1のレベルに連動して第1の容
量に電源電圧を供給する第1の充電手段とを備える第1
のブースト手段と、上記駆動信号の第1のレベルに応答
して電源電圧を充電し駆動信号の第2のレベルに応答し
て第2の昇圧電圧を出力する第2の容量と、駆動信号の
第1のレベルに連動して第2の容量に電源電圧を供給す
る第2の充電手段と、駆動信号の第1のレベルのとき第
2の容量を第2の電源に接続し駆動信号の第2のレベル
のとき第2の容量を第1の容量と直列接続するよう切り
換えるスイッチ手段とを備え、駆動信号の第2のレベル
に応答して第1の昇圧電圧に電源電圧を加算した第2の
昇圧電圧を出力する第2のブースト手段を備えているの
で、各ブースト容量の充電時には各々電源電圧から並列
に充電し、ブ−スト時には各々充電されたブースト容量
を1度に直列に接続することにより、高速に高電圧を発
生させることが可能であるため、1クロック毎に高いブ
ースト電圧が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブースト回路の一実施の形態の基本概
念を示すブロック図である。
【図2】本実施の形態のブースト回路における動作の一
例を示すタイムチャートである。
【図3】本実施の形態のブースト回路の第1の実施例を
示す回路図である。
【図4】本実施例のブースト回路の動作特性のシミュレ
ーションの一例を示す特性図である。
【図5】本実施の形態のブースト回路の第2の実施例を
示す回路図である。
【図6】従来のブースト回路の一例を示すブロック図で
ある。
【図7】従来のブースト回路における動作の一例を示す
タイムチャートである。
【符号の説明】
1,10 ブースト部 2 二次ブースト部 21〜2N ブースト容量部 30〜3N プリチャージ部 C2,C11,C21 容量 D11,D21 ダイオード IV11,IV31 インバータ S21 スイッチ N11,N21,N31,N32,P11,P12,P
21,P31〜P33トランジスタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体記憶装置の内部電源用に供給を受
    けた電源電圧より高い昇圧電圧を発生するブースト回路
    において、 外部クロック信号の供給に応答して駆動信号を出力する
    駆動手段と、前記駆動信号の第1のレベルに応答して第
    1の電源と第2の電源間の電圧である電源電圧を充電し
    前記駆動信号の第2のレベルに応答して第1の昇圧電圧
    を出力する昇圧用の第1の容量と、前記駆動信号の第1
    のレベルに連動して前記第1の容量に前記電源電圧を供
    給する第1の充電手段とを備える第1のブースト手段
    と、 前記駆動信号の第1のレベルに応答して前記電源電圧を
    充電し前記駆動信号の第2のレベルに応答して第2の昇
    圧電圧を出力する昇圧用の第2の容量と、前記駆動信号
    の第1のレベルに連動して前記第2の容量に前記電源電
    圧を供給する第2の充電手段と、前記駆動信号の第1の
    レベルのとき前記第2の容量を第2の電源に接続し前記
    駆動信号の第2のレベルのとき前記第2の容量を前記第
    1の容量と直列接続するよう切り換えるスイッチ手段と
    を備え、前記駆動信号の第2のレベルに応答して前記第
    1の昇圧電圧に前記電源電圧を加算した第2の昇圧電圧
    を出力する第2のブースト手段を備えることを特徴とす
    るブースト回路。
  2. 【請求項2】 縦続接続したN(整数)段の前記第2の
    ブースト手段を備え、前記駆動信号の第2のレベルに応
    答して前記第1の昇圧電圧に電源電圧のN倍の電圧を加
    算した昇圧電圧を出力することを特徴とする請求項1記
    載のブースト回路。
  3. 【請求項3】 前記駆動手段が、前記外部クロック信号
    の供給に応答してこの外部クロックを反転し前記駆動信
    号を出力するインバータを備えることを特徴とする請求
    項1記載のブースト回路。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2の充電回路の各々が、
    充電制御信号を反転して反転充電制御信号を出力するイ
    ンバータと、 ソースを接地しゲートに前記充電制御信号の供給を受け
    るNチャネルエンハンスメント型の第1のトランジスタ
    と、 ソースを第2の電源に接続しゲートに前記反転充電制御
    信号の供給を受けるNチャネルエンハンスメント型の第
    2のトランジスタと、 ドレインを前記第1のトランジスタのドレインにゲート
    を前記第2のトランジスタのドレインにそれぞれ接続し
    たPチャネルエンハンスメント型の第3のトランジスタ
    と、 ソースを前記第3のトランジスタのソースにドレインを
    前記第2のトランジスタのドレインにゲートを前記第1
    のトランジスタのドレインにそれぞれ接続したPチャネ
    ルエンハンスメント型の第4のトランジスタと、 ドレインを前記第3のトランジスタのソースにゲートを
    前記第1のトランジスタのドレインにソースを前記第1
    の電源にそれぞれ接続しウェルをドレインに接続したP
    チャネルエンハンスメント型の第5のトランジスタとを
    備え、 前記第1及び第2の充電回路の各々の前記第5のトラン
    ジスタのドレインがそれぞれ前記第1及び第2の容量に
    接続され前記駆動信号の第1のレベルと連動する前記充
    電制御信号の供給に応答して前記電源電圧を充電するこ
    とを特徴とする請求項1記載のブースト回路。
  5. 【請求項5】 前記第1のブースト手段が、前記駆動手
    段と、 前記第1の充電手段と、 一端に前記駆動信号の供給を受け他端に前記第1の充電
    手段の出力を接続した第1の容量とを備え、 前記第2のブースト手段が、前記第2の充電手段と、 一端を前記第1の容量の他端に接続した第1のスイッチ
    素子と一端を第2の電源に接続した第2のスイッチ素子
    とを有する前記スイッチ手段と、 一端を前記第1のスイッチ素子の他端と前記第2のスイ
    ッチ素子の他端にそれぞれ接続し他端に前記第2の充電
    手段の出力を接続した前記第2の容量とを備えることを
    特徴とする請求項1記載のブースト回路。
  6. 【請求項6】 前記第1のスイッチ素子が、ソースを前
    記第1の容量の他端にドレインを前記第2の容量にそれ
    ぞれ接続しゲートに第1のスイッチ制御信号の供給を受
    けるPチャネルエンハンスメント型トランジスタを備
    え、 前記第2のスイッチ素子が、ドレインを前記第2の容量
    の一端にソースを前記第2の電源にそれぞれ接続しゲー
    トに第2のスイッチ制御信号の供給を受けるNチャネル
    エンハンスメント型トランジスタを備えることを特徴と
    する請求項5記載のブースト回路。
  7. 【請求項7】 請求項1記載のブースト回路を内部電源
    の昇圧手段として内蔵することを特徴とする半導体記憶
    装置。
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