JP2007323684A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中央処理装置とこれによって書換え制御される不揮発性メモリを備えた半導体集積回路、特に書換え制御用の内部電源を生成する技術に関し、例えば1チップのマイクロコンピュータに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit including a central processing unit and a nonvolatile memory controlled to be rewritten by the central processing unit, and more particularly to a technology for generating an internal power source for rewriting control, for example, a technology effective when applied to a one-chip microcomputer. About.
1チップのマイクロコンピュータは外部インタフェースとして一般的に使用される5V又は3.3V等の単一電源を外部から受け取り、これを降圧してコア回路の動作電源とすることにより、低電圧動作に対応する。或いは外部からコア回路の動作電源を直接受け取って動作するマイクロコンピュータもある。ここで、電気的に書換え可能なフラッシュメモリ等の不揮発性メモリがオンチップされたマイクロコンピュータにおいて、前記不揮発性メモリは消去及び書込みに複数種類の高電圧を必要とする。例えば、ホットエレクトロン書込みを行う場合にはワード線に10V、ビット線に6Vを印加して、ドレイン電流を流して発生するホットエレクトロンを浮遊ゲートに蓄積する。FNトンネルで消去を行う場合にはワード線に−10V、ソース線に6Vを印加してFNトンネル電流によって電子を浮遊ゲートから放出する。又はワード線に18V、ウェル領域に0Vを印加することにより消去を行うことができる。このように、フラッシュメモリに代表される不揮発性メモリの消去及び書込みには種々の高電圧が必要とされる。 One-chip microcomputer accepts a single power supply such as 5V or 3.3V that is generally used as an external interface from the outside, and lowers this to use it as the operating power supply for the core circuit, thus supporting low-voltage operation To do. There is also a microcomputer that operates by directly receiving an operating power supply of the core circuit from the outside. Here, in a microcomputer in which a nonvolatile memory such as an electrically rewritable flash memory is on-chip, the nonvolatile memory requires a plurality of types of high voltages for erasing and writing. For example, when performing hot electron writing, 10 V is applied to the word line and 6 V is applied to the bit line, and hot electrons generated by flowing a drain current are accumulated in the floating gate. When erasing is performed by the FN tunnel, −10 V is applied to the word line and 6 V is applied to the source line, and electrons are released from the floating gate by the FN tunnel current. Alternatively, erasing can be performed by applying 18 V to the word line and 0 V to the well region. As described above, various high voltages are required for erasing and writing in a nonvolatile memory represented by a flash memory.
従来のオンチップフラッシュメモリは特許文献1に記載されるように消去及び書込み用の高電圧を発生させるためにチャージポンプ回路を搭載する。 A conventional on-chip flash memory is equipped with a charge pump circuit for generating a high voltage for erasing and writing, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707.
本発明者はマイクロコンピュータのオンチップフラッシュメモリ内のチャージポンプ回路について検討したところ、高電圧の印加対象に応じて、電流供給能力を必要とするもの、高い電圧を発生するもの、発生電圧の電圧変動(リップル)が小さいものが必要であることが明らかになった。一般的に、電流供給を確保するためにはそれぞれの昇圧ノードにおいて順次位相反転駆動されるポンプ容量を大きくすることが必要になる。また、高い電圧を発生させるためにはチャージポンプ回路の昇圧段数を多くしなければならない。リップルを十分小さくすには昇圧電圧の出力ノードに比較的大きな平滑容量を接続することが必要になる。このような要求に対し、5Vのような電圧レベルの高い外部電源又は1.5Vのような電圧レベルの低いコア用電源の何れを用いてもポンプ容量等は増大することが明らかになった。例えば、チャージポンプ回路に5Vのような外部電源を使用して高電圧を発生させる回路では、リップルを抑える為に、面積の大きな平滑容量が必要になる。一方、1.5Vのようなコア用電源を使用した場合、ポンプ容量を位相反転駆動するクロックの振幅が小さいから各ポンプ容量の単位容量値に発生する電力が小さく、或いは初段の昇圧段に印加される昇圧開始電圧(スタート電圧)が低くなる為、チャージポンプの昇圧段数を多くしなければならず、ポンプ容量に起因して回路面積が大きくなる。特許文献1の技術ではチャージポンプ回路に用いるポンプ容量及び安定化容量に費やすチップ面積とチャージポンプ回路の動作電源電圧レベルとの関係について考慮されていない。
The present inventor has examined a charge pump circuit in an on-chip flash memory of a microcomputer. According to a high voltage application target, the present invention requires a current supply capability, generates a high voltage, and generates a voltage. It became clear that a small fluctuation (ripple) was necessary. Generally, in order to ensure current supply, it is necessary to increase the pump capacity that is sequentially phase-inverted and driven at each boosting node. In order to generate a high voltage, the number of boosting stages of the charge pump circuit must be increased. In order to sufficiently reduce the ripple, it is necessary to connect a relatively large smoothing capacitor to the output node of the boosted voltage. In response to such demands, it has been clarified that the pump capacity and the like increase even if an external power source with a high voltage level such as 5V or a core power source with a low voltage level such as 1.5V is used. For example, in a circuit that generates a high voltage using an external power source such as 5 V for the charge pump circuit, a smoothing capacitor having a large area is required to suppress ripple. On the other hand, when a core power supply such as 1.5 V is used, the power generated in the unit capacity value of each pump capacity is small or applied to the first boosting stage because the amplitude of the clock for phase inversion driving of the pump capacity is small Since the boosting start voltage (start voltage) is reduced, the number of boosting stages of the charge pump must be increased, and the circuit area increases due to the pump capacity. The technique of
本発明の目的は、オンチップされた不揮発性メモリのチャージポンプ回路が備える容量素子を小さくすることができる半導体集積回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of reducing the capacity element included in a charge pump circuit of an on-chip nonvolatile memory.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。即ち、半導体集積の内部で相対的にレベルの異なる第1電源電圧乃至第3電源電圧(第1電源電圧>第2電源電圧>第3電源電圧)が利用可能であるとき、不揮発性メモリの閾値電圧を変更するための高電圧を生成するメモリ電源回路において、チャージポンプ回路等に対して動作電源を適切に振り当てる。例えば、出力電圧のリップルを抑える必要のあるチャージポンプ回路にはポンプ容量の駆動ドライバとして相対的に低い電源電圧を使用して平滑容量の面積を低減し、リップル抑制よりも電流供給能力が必要とするチャージポンプ回路にはポンプ容量の駆動ドライバとして相対的にレベルの高い電源電圧を使用してポンプ容量の面積を低減する。また、第1電源電圧よりもレベルの高い電圧を発生するチャージポンプ回路のスタート電圧には第1電源電圧を使用する。電源電圧の適切な振り当ての形態について以下詳述する。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application. That is, when the first power supply voltage to the third power supply voltage (first power supply voltage> second power supply voltage> third power supply voltage) having relatively different levels in the semiconductor integrated circuit are available, the threshold value of the nonvolatile memory In a memory power supply circuit that generates a high voltage for changing the voltage, an operating power supply is appropriately allocated to a charge pump circuit or the like. For example, a charge pump circuit that needs to suppress the ripple of the output voltage uses a relatively low power supply voltage as a driver for the pump capacitor to reduce the area of the smoothing capacitor and requires a current supply capability rather than ripple suppression. The charge pump circuit uses a relatively high level power supply voltage as a drive driver for the pump capacity to reduce the area of the pump capacity. The first power supply voltage is used as the start voltage of the charge pump circuit that generates a voltage higher than the first power supply voltage. The form of appropriate allocation of the power supply voltage will be described in detail below.
《ポンプ容量を駆動するドライバの電源電圧》
本発明に係る半導体装置は、トランジスタを構成するソース及びドレインと、これらの間のチャネル形成領域の上に絶縁膜を介して各々絶縁されて積層された電荷蓄積領域とメモリゲートとを有する不揮発性メモリセルがアレイ状に配列された不揮発性メモリセルアレイと、半導体装置の外部から供給される第1電源電圧を降圧させた第2の電源電圧の供給を受けて、前記第1電源電圧より高い第1の高電圧を生成し、前記不揮発性メモセルのメモリゲートに前記第1の高電圧を供給可能な第1のチャージポンプ回路と、前記第1電源電圧の供給を受けて、前記第1電源電圧より高い第2の高電圧を生成し、前記不揮発性メモリセルのソース又はドレインに前記第2の高電圧を供給可能な第2のチャージポンプと、を備える。
<< Power supply voltage of the driver that drives the pump capacity >>
A semiconductor device according to the present invention is a non-volatile device having a source and a drain constituting a transistor, a charge storage region and a memory gate, which are stacked on and insulated from each other via an insulating film on a channel formation region therebetween. The nonvolatile memory cell array in which the memory cells are arranged in an array and the second power supply voltage obtained by stepping down the first power supply voltage supplied from the outside of the semiconductor device are supplied, and the first power supply voltage higher than the first power supply voltage is received. 1 and a first charge pump circuit capable of supplying the first high voltage to the memory gate of the nonvolatile memory cell, and receiving the first power supply voltage, the first power supply voltage A second charge pump that generates a higher second high voltage and can supply the second high voltage to the source or drain of the nonvolatile memory cell.
上記半導体装置によれば、第1電源電圧の変動の影響を受けにくくなるので、安定した第1の高電圧がメモリゲートに与えられる。また、外部から供給される第1電源電圧の供給を受けて、第2の高電圧を生成するので、ソースまたはドレインへの電荷の供給が容易になる。 According to the semiconductor device, since it is difficult to be affected by fluctuations in the first power supply voltage, a stable first high voltage is applied to the memory gate. In addition, since the second high voltage is generated in response to the supply of the first power supply voltage supplied from the outside, it is easy to supply the charge to the source or drain.
本発明の一つの具体的な形態として、前記第1のチャージポンプ回路の出力には、この第1のチャージポンプ回路の出力電圧を安定化させる平滑容量素子を有し、前記不揮発性メモリアレイにおいて、前記不揮発性メモリセルの閾値電圧を変更する際に、前記第1のチャージポンプ回路の出力電圧によって駆動されるメモリセルゲートの本数が変更可能である。これによれば、前記第1のチャージポンプ回路の出力電圧によって駆動されるメモリセルゲート数が変更されても、第1のチャージポンプ回路は、第2の電源電圧の供給を受けて、電圧を出力することから、リップルが生じにくいことより、平滑容量素子の面積を抑えることができる。 As one specific form of the present invention, the output of the first charge pump circuit has a smoothing capacitive element that stabilizes the output voltage of the first charge pump circuit. In the nonvolatile memory array, When changing the threshold voltage of the nonvolatile memory cell, the number of memory cell gates driven by the output voltage of the first charge pump circuit can be changed. According to this, even if the number of memory cell gates driven by the output voltage of the first charge pump circuit is changed, the first charge pump circuit receives the supply of the second power supply voltage, Since the output is less likely to cause ripples, the area of the smoothing capacitive element can be suppressed.
本発明の更に具体的な形態として、前記不揮発性メモリを制御する中央処理装置をさらに備え、前記第2電源電圧より低い、前記第1電源電圧を降圧させた前記第3電源電圧が前記第1の高電圧および前記第2の高電圧とは独立して生成され、この第3電源電圧が前記中央処理装置に供給される。これによれば、第3電源電圧は、第1の高電圧および第2の高電圧と独立して生成されるので、高電圧の変動をうけなく、中央処理装置を動作させることができる。 As a more specific form of the present invention, a central processing unit for controlling the nonvolatile memory is further provided, and the third power supply voltage, which is lower than the second power supply voltage and lowers the first power supply voltage, is the first power supply voltage. And the second high voltage are generated independently, and this third power supply voltage is supplied to the central processing unit. According to this, since the third power supply voltage is generated independently of the first high voltage and the second high voltage, the central processing unit can be operated without being affected by the fluctuation of the high voltage.
本発明の更に具体的な形態として、不揮発性メモリセルに対する閾値電圧の変更は閾値電圧を低くする消去動作と閾値電圧を高くする書込み動作である。 As a more specific form of the present invention, the change of the threshold voltage for the nonvolatile memory cell includes an erase operation for lowering the threshold voltage and a write operation for increasing the threshold voltage.
例えば前記第1チャージポンプ回路は書込み動作に用いる電圧を形成する。このとき前記第2チャージポンプ回路は書込み動作においてホットエレクトロンを発生させるためにドレイン又はソースに印加する電圧を形成する。また、前記第1チャージポンプ回路は消去動作に用いる電圧を形成する。 For example, the first charge pump circuit generates a voltage used for the write operation. At this time, the second charge pump circuit forms a voltage to be applied to the drain or source in order to generate hot electrons in the write operation. The first charge pump circuit generates a voltage used for an erase operation.
《ポンプ容量初段のスタート電圧》
本発明の別の具体的な形態として、メモリ電源回路は、閾値電圧の変更を非選択とするとき前記不揮発性メモリセルのメモリゲートに供給する低電位側の電圧を生成する第3のチャージポンプ回路(65)を更に有する。前記第3のチャージポンプ回路はポンプ容量素子(Cp)を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第2電源電圧(Vddm)とする。前記第1のチャージポンプ回路(51)はポンプ容量素子(Cp)を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧(Vcc)とする即ち、第1の電源電圧よりもレベルの高い電圧を発生する第1のチャージポンプ回路のスタート電圧には第1の電源電圧を使用し、第1の電源電圧よりもレベルの低い電圧を発生する第3のチャージポンプ回路のスタート電圧には第2の電源電圧を使用する。スタート電圧に第1電源電圧を用いて第1電源電圧よりも低い電圧を生成する場合にはチャージポンプ回路の出力を抵抗でプルダウンしなければならず、無駄な電流リークを生じ、ポンプ容量も無駄に大きくなる。この点で、第3チャージポンプ回路は無駄な電流リークを生ぜず、ポンプ容量も小さくでき、チップ占有面積の低減に寄与する。
《Starting voltage of pump capacity first stage》
As another specific mode of the present invention, the memory power supply circuit includes a third charge pump that generates a low-potential-side voltage supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell when the change of the threshold voltage is not selected. It further has a circuit (65). The third charge pump circuit uses the pump capacitor element (Cp) as a start voltage that starts to be boosted as the second power supply voltage (Vddm). The first charge pump circuit (51) uses the pump voltage element (Cp) to start boosting the first power supply voltage (Vcc), that is, a voltage higher in level than the first power supply voltage. A first power supply voltage is used as a start voltage of the first charge pump circuit that generates the second power, and a second voltage is used as the start voltage of the third charge pump circuit that generates a voltage lower than the first power supply voltage. Use the power supply voltage. When generating a voltage lower than the first power supply voltage using the first power supply voltage as the start voltage, the output of the charge pump circuit must be pulled down with a resistor, resulting in a wasteful current leakage and a wasteful pump capacity. Become bigger. In this respect, the third charge pump circuit does not cause useless current leakage, can reduce the pump capacity, and contributes to the reduction of the chip occupation area.
《降圧回路の併用》
前記メモリ電源回路は、閾値電圧の変更を非選択とするとき前記不揮発性メモリセルのメモリゲートに供給する低電位側の電圧を生成する降圧回路(67)を更に有するとき、前記降圧回路を前記第2電源電圧を動作電源に用いるクランプ回路により構成し、前記第1のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧とする。
<Combination of step-down circuit>
The memory power supply circuit further includes a step-down circuit (67) that generates a low-potential-side voltage supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell when the change of the threshold voltage is not selected. The clamp circuit uses a second power supply voltage as an operating power supply, and the first charge pump circuit uses a start voltage that starts boosting using a pump capacitor as the first power supply voltage.
《基準電圧発生回路の電源安定化》
前記チャージポンプ回路は昇圧電圧(Vpp1)と基準電圧(Vref)を比較する比較回路(61)と、前記比較回路による比較結果を入力し前記昇圧電圧が基準電圧以下のとき前記容量素子を順次位相反転駆動する駆動クロック信号(CLK1pd,/CLK1pd)を供給し、前記昇圧電圧が基準電圧を超えた状態で前記駆動クロック信号の供給を停止するゲート回路(NOR)とを更に有するとき、外部インタフェース回路が前記第1電源電圧を動作電源とする場合、前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路は前記第2電源電圧を動作電源とする。安定な第2電源電圧(Vddm)を用いた方が基準電圧を安定化できる。
<Stabilization of power supply for reference voltage generator>
The charge pump circuit inputs a comparison result (61) for comparing the boosted voltage (Vpp1) and the reference voltage (Vref), and a comparison result by the comparison circuit. When the boosted voltage is below the reference voltage, the capacitor elements are sequentially phased. An external interface circuit that further includes a gate circuit (NOR) that supplies drive clock signals (CLK1pd, / CLK1pd) for inversion drive and stops the supply of the drive clock signal when the boosted voltage exceeds a reference voltage When the first power supply voltage is the operating power supply, the reference voltage generating circuit that generates the reference voltage uses the second power supply voltage as the operating power supply. The reference voltage can be stabilized by using the stable second power supply voltage (Vddm).
《第1乃至第3の電源電圧》
半導体集積の内部で利用可能な相対的にレベルの異なる第1電源電圧乃至第3電源電圧(第1電源電圧>第2電源電圧>第3電源電圧)のその他の利用形態として、前記第1電源電圧を動作電源とする外部インタフェース回路(6)、前記第2電源電圧を動作電源として用いるPLL回路(7A)を有し、前記中央処理装置は前記PLL回路で生成されるクロック信号に同期動作し、前記第3の電源電圧を動作電源とする。
<< First to third power supply voltages >>
As other usage forms of the first power supply voltage to the third power supply voltage (first power supply voltage> second power supply voltage> third power supply voltage) having relatively different levels that can be used inside the semiconductor integrated circuit, the first power supply is used. An external interface circuit (6) using a voltage as an operating power supply, and a PLL circuit (7A) using the second power supply voltage as an operating power supply, wherein the central processing unit operates in synchronization with a clock signal generated by the PLL circuit. The third power supply voltage is an operation power supply.
電源生成の第1の形態として、前記第1電源電圧を受ける外部電源端子(P1)と、前記第1電源電圧から前記第2電源電圧を生成する降圧回路(40)と、前記第2電源電圧から前記第3電源電圧を生成する降圧回路(41)とを有する。第2の形態として、前記第1電源電圧を受ける外部電源端子と、前記第3電源電圧を受ける外部電源端子と、前記第1電源電圧から前記第2電源電圧を生成する降圧回路とを有する。 As a first form of power generation, an external power supply terminal (P1) that receives the first power supply voltage, a step-down circuit (40) that generates the second power supply voltage from the first power supply voltage, and the second power supply voltage And a step-down circuit (41) for generating the third power supply voltage. As a second form, the power supply device includes an external power supply terminal that receives the first power supply voltage, an external power supply terminal that receives the third power supply voltage, and a step-down circuit that generates the second power supply voltage from the first power supply voltage.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。すなわち、オンチップされた不揮発性メモリのチャージポンプ回路が備える容量素子を小さくすることができる。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the capacity element included in the charge pump circuit of the on-chip nonvolatile memory can be reduced.
《マイクロコンピュータ》
図2には本発明に係る半導体集積回路の一例であるマイクロコンピュータ(MCU)1が示される。マイクロコンピュータ1は、特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板(半導体チップ)に、CMOS集積回路製造技術等により形成される。このマイクロコンピュータ1は、中央処理装置(CPU)2、揮発性メモリとしてのRAM3、不揮発性メモリとしてのフラッシュメモリ(FLASH)4、バスステートコントローラ(BSC)5、及び入出力ポート回路などの外部入出力回路(I/O)6、クロックジェネレータ(CPG)7、電源回路(PSUP)8、及びシステムコントローラ(SYSC)9等を備え、それら回路モジュールは内部バス10に接続される。内部バス10はアドレス、データ、及び制御信号の各信号線を備える。CPU2は命令制御部と実行部を備え、フェッチした命令を解読し、解読結果にしたがって演算処理を行う。フラッシュメモリ4はCPU2の動作プログラムやデータを格納する。RAM3はCPU2のワーク領域もしくはデータ一時記憶領域とされる。フラッシュメモリ4の動作はCPU2がフラッシュメモリの制御レジスタ(図示せず)に設定した制御データに基づいて制御される。バスステートコントローラ5は内部バス10を介する内部の回路モジュールのアクセスと、入出力回路6を介する外部バスアクセス10に対するアクセスサイクル数、ウェイトステート挿入及びバス幅等の制御を行う。システムコントローラ9はリセット信号RST及びモード信号MDに応答してマイクロコンピュータ1の動作モードを制御する。クロックパルスジェネレータ7はシステムクロックCLKを入力し、PLL回路7AでシステムクロックCLKに位相同期する内部クロックを生成し、生成された内部クロック信号及びその分周クロック信号は同期クロック信号として内部回路モジュールに供給される。
<Microcomputer>
FIG. 2 shows a microcomputer (MCU) 1 which is an example of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. The
マイクロコンピュータは例えば外部から5Vのような第1の電源電圧Vccを外部端子入P1から入力し、これを電源回路8で降圧して3.3Vのような第2の電源電圧Vddmと1.5Vのような第3の電源電圧Vddcを生成する。マイクロコンピュータ1の中では第1乃至第3の電源電圧Vcc、Vddm,Vddcを利用可能であり、PLL回路7Aは第2の電源電圧Vddmを動作電源とする。外部入出力回路は第1の電源電圧Vccを主な動作電源とし、内部バス10とのインタフェース部分には第3の電源電圧Vddcと第1の電源電圧Vccとの間のレベル変換回路が配置される。第3電源電圧Vddcはコア電源であり、その他の回路の動作電源とされる。特にフラッシュメモリ4は消去及び書込みに第1電源電圧Vccよりもレベルの高い高電圧を生成するために第1及び第2の電源電圧Vcc,Vddmも動作電源として用いる。接地電圧Vssは外部端子P2から供給される。
The microcomputer, for example, inputs a first power supply voltage Vcc such as 5V from the outside through the external terminal input P1, and steps down this by the
《オンチップフラッシュメモリ》
図3にはフラッシュメモリ4の一例が示される。フラッシュメモリ4は不揮発性メモリセルMC(MC11〜MCmn)を複数個マトリクス配置したメモリアレイ(MARY)21を有する。マトリクス配置された複数の不揮発性メモリセルMCは、メモリゲート10がワード線を構成するメモリゲート線MGLに、ソースがソース線SLに、ドレインがビット線BLに接続される。Xアドレスデコーダ(XDEC)及びドライバ(XDRV)22はアドレスバッファ(ADB)23に入力されたXアドレス信号をデコードする。そのデコード結果に従ってメモリゲート線MGL及びソース線SLを駆動する。駆動形態は、フラッシュメモリの動作モード(読出し、消去、書込み)に応じて決定される。Xアドレス信号は内部バス10のアドレスバス10Aからアドレスバッファ23に供給される。
《On-chip flash memory》
FIG. 3 shows an example of the flash memory 4. The flash memory 4 has a memory array (MARY) 21 in which a plurality of nonvolatile memory cells MC (MC11 to MCmn) are arranged in a matrix. In the plurality of nonvolatile memory cells MC arranged in a matrix, the
ビット線BLは一方において書込み回路(PGM)25に接続される。書込み回路25は書込み制御回路(PGMCNT)26とデータラッチ回路(DLAT)27を有する。データラッチ回路27は書込みデータをラッチし、書込み制御回路26はラッチした書込みデータに従ってビット線BLの書込み電圧を制御する。ビット線BLの他方にはYスイッチ回路及びYデコーダ(YSW・YDEC)29が接続され、アドレスバッファ(ADB)23に入力されたYアドレス信号をYデコーダ(YDEC)がデコードする。Yスイッチ(YSW)はYデコーダ(YDEC)のデコード結果に従ってビット線BLを選択し、選択されたビット線BL上の読出しデータをセンスアンプ回路(SAA)30で増幅して入出力回路(IO)31から内部バス10のデータバス10Dに出力する。書込み動作では内部バス1のデータバス10Dから入出力回路31に供給された書込みデータが、Yスイッチ(YSW)で選択されたビット線BLに供給される。Yスイッチ(YSW)の選択は同じくYデコーダ(YDEC)のデコード結果に従って行われる。Yアドレス信号は内部バス10のアドレスバス10Aからアドレスバッファ23に供給される。
The bit line BL is connected to a write circuit (PGM) 25 on one side. The
不揮発性メモリセルMCの消去及び書込みに要する高電圧はメモリ電源回路(MPS)33が生成する。メモリ電源回路33は前記第1乃至第3の電源電圧Vcc,Vddm,Vddcを用いて高電圧を生成する。制御回路(CONT)34は制御レジスタ(CREG)35に設定された制御情報に従って、読み出し、消去、及び書込みの制御シーケンスや動作電源の切換え制御を行う。動作電源の切換え制御とは、読み出し、消去、及び書込みに応じて、ドライバ(XDRV)や書込み制御回路26の動作電源等をその動作態様に従って適切に切換える制御である。発振回路(OSC)36はメモリ電源回路33及び制御回路34の同期クロック信号を生成する。
The memory power supply circuit (MPS) 33 generates a high voltage required for erasing and writing of the nonvolatile memory cell MC. The memory
特に制限されないが、ここでは不揮発性メモリセルMCをフローティングゲートを有するスタックドゲート構造として説明する。不揮発性メモリセルMCは、ソース線SLに接続されるソースとビット線BLに接続するドレインの間にチャネル領域が形成され、このチャネル領域の上に、ゲート絶縁膜を介してフローティングゲートが形成され、その上に酸化膜を介してメモリゲートが形成される。メモリゲートは例えばポリシリコンから成るメモリゲート線(ワード線)MGLの一部を構成する。ここでnチャンネル型の不揮発性メモリセルMCにおけるソースとは、例えば読み出し動作においてオン状態にされて形成される電流経路の下流側端子と定義する。MOS型トランジスタにおけるソースとドレインは端子電圧の電流の向きによって決まる相対的な名称であり、別の動作を基準にソースを定義することは妨げられない。 Although not particularly limited, here, the nonvolatile memory cell MC will be described as a stacked gate structure having a floating gate. In the nonvolatile memory cell MC, a channel region is formed between a source connected to the source line SL and a drain connected to the bit line BL, and a floating gate is formed on the channel region via a gate insulating film. A memory gate is formed thereon via an oxide film. The memory gate constitutes a part of a memory gate line (word line) MGL made of, for example, polysilicon. Here, the source in the n-channel nonvolatile memory cell MC is defined as a downstream terminal of a current path formed by being turned on in a read operation, for example. The source and drain in the MOS transistor are relative names determined by the direction of the current of the terminal voltage, and it is not hindered to define the source based on another operation.
スタックドゲート構造の不揮発性メモリセルMCに対するホットキャリア書込みでは、書込み対象ビット線BLを6V、ソース線SLを0Vとしてチャネル電流を流し、書込み対象メモリゲート線MGLを10Vとし、この高電界によって、メモリセルのドレイン端で発生するホットエレクトロンをフローティングゲートに注入する。消去はメモリゲート線MGLを18V、ソース線SL及びウェル領域を0Vとし、フローティングゲートの電子をメモリゲート線MGLに引き抜くことによって行う。 In hot carrier writing to the non-volatile memory cell MC having a stacked gate structure, the write target bit line BL is set to 6V, the source line SL is set to 0V, a channel current is passed, and the write target memory gate line MGL is set to 10V. Hot electrons generated at the drain end of the memory cell are injected into the floating gate. Erasing is performed by setting the memory gate line MGL to 18V, the source line SL and the well region to 0V, and drawing the electrons of the floating gate to the memory gate line MGL.
図4にはマイクロコンピュータ1の電源回路8の一例が示される。電源回路8は第1の電源電圧Vccを降圧して第2の電源電圧Vddmを生成する降圧回路(LDS)40と、第2の電源電圧Vddmを降圧して第3の電源電圧Vddcを生成する降圧回路(LDS)41とから成る。降圧回路40,41は特に図示はしないが、公知のレベルシフト回路若しくはクランプ回路によって構成すればよい。
FIG. 4 shows an example of the
なお、ここでは、第3の電源電圧Vddcを第2の電源電圧Vddmから生成する例を示しているが、第1の電源電圧Vccから第2の電源電圧Vddmを経由せず、第3の電源電圧Vddcを生成してもよい。前者の方が2段の降圧回路を介することで、第3の電源電圧Vddcの安定性が優れている。フラッシュメモリ4のメモリ電源回路33は第1の電源電圧Vcc及び第2の電源電圧Vddmを利用して、消去及び書込み用の高電圧を生成する。
Here, an example is shown in which the third power supply voltage Vddc is generated from the second power supply voltage Vddm, but the third power supply voltage Vcc does not pass through the second power supply voltage Vddm. The voltage Vddc may be generated. The former is more excellent in the stability of the third power supply voltage Vddc because it passes through a two-stage step-down circuit. The memory
《チャージポンプ回路におけるポンプ容量の駆動振幅》
図1にはメモリ電源回路33の一例が示される。同図には例えば消去時又は書込み時にメモリゲート線MGLに印加する高電圧の生成に適用可能な第1のチャージポンプ回路(CPMP1)51と、書込み時にビット線BLに印加する高電圧の生成に適用可能な第2のチャージポンプ回路(CPMP2)52とを例示する。第1のチャージポンプ回路51の出力端子には平滑容量53が設けられ、この第1のチャージポンプ回路51で生成された高電圧Vpp1はドライバ55の動作電源に用いられる。第2のチャージポンプ回路52の出力端子には平滑容量54が設けられ、この第2のチャージポンプ回路52で生成された高電圧Vpp2はドライバ56の動作電源に用いられる。ドライバ55は書込み動作又は消去動作に応じてメモリゲート線MGLを高電圧Vpp1で駆動する。上記説明のように書込み動作と消去動作でメモリゲート線MGLの駆動電圧が相違する場合には、特に制限されないが、レベルの高い方の高電圧をクランプ回路で降圧してレベルの低い方の高電圧を生成し、動作に応じて何れかの高電圧を選択して利用すればよい。前記ドライバ56は書込み動作においてビット線BLを高電圧Vpp2で駆動する。図1には代表的に1個の不揮発性メモリセルMCが図示されるが、高電圧Vpp1,Vpp2は、実際は多数の不揮発性メモリセルMCに対する消去及び書込みに利用され、高電圧Vpp1は不揮発性メモリセルMCのメモリゲートMGLに印加され、高電圧Vpp2は不揮発性メモリセルMCのドレインに印加される。また、ドライバもそれぞれ代表的に1個図示してあるが、実際にはメモリゲート線単位、ビット線単位に複数設けられている。尚、図1の不揮発性メモリセルMCにおいて、MGはメモリゲート、SNDはフローティングゲート、SOCはソース、DRNはドレイン、CHNはチャネル形成領域である。
<< Pump capacity drive amplitude in charge pump circuit >>
FIG. 1 shows an example of the memory
前記第1のチャージポンプ回路51はチャージポンプ(PUMP)51A、クロックドライバ51B、及びポンプ制御回路(PCNT)51Cから成り、クロックドライバ51Bは第2の電源電圧Vddmを動作電源に用い、ポンプロックCLKpに同期して第2の電源電圧Vddmで規定される振幅のポンプ駆動クロックCLK1pd,/CLK1pdを出力する。前記第2のチャージポンプ回路52はチャージポンプ(PUMP)52A、クロックドライバ52B、及びポンプ制御回路(PCNT)52Cから成り、クロックドライバ52Bは第1の電源電圧Vccを動作電源に用い、ポンプロックCLKpに同期して第1の電源電圧Vccで規定される振幅のポンプ駆動クロックCLK2pd、/CLK2pdを出力する。第1のチャージポンプ回路51及び第2のチャージポンプ回路52の具体的な回路構成は図5に例示される。チャージポンプ51Aはドレインがゲートに結合されたダイオード接続形態のnチャネル型のダイオード接続MOSトランジスタMddの直列回路を有し、ダイオード接続MOSトランジスタMddの結合ノードを昇圧ノードNLUとする。初段ダイオード接続MOSトランジスタMddのドレインは第1の電源電圧Vccに接続され、それぞれのダイオード接続MOSトランジスタMddが形成されたウェル領域は回路の接地電圧Vssに接続される。前記それぞれの昇圧ノードNLUにはポンプ容量Cpの一方の蓄積電極が結合される。ポンプ容量Cpの他方の蓄積電極には順次位相反転されたポンプ駆動クロックCLK1pd,/CLK1pdがクロックドライバ51Bから供給される。クロックドライバ51BはノアゲートNORとインバータINVによって構成される。ノアゲートNORはポンプクロックCLKpとポンプ制御回路51Cの出力を2入力とする。ポンプ制御回路51Cは基準電圧発生回路(VREFG)60で生成される基準電圧Vrefと帰還された昇圧電圧Vpp1とをコンパレータ(CMP)61で比較し、昇圧電圧Vpp1の電圧レベルを基準電圧Vrefに収束させるように負帰還制御を行う。特に図示はしないがチャージポンプ回路52も図5と同様に構成すればよい。基準電圧Vrefが低い場合は昇圧電圧Vpp1を抵抗回路等によって分圧した値とコンパレータで比較してもよい。前記平滑容量53,54はチャージポンプ回路の出力電圧を安定化させるための容量素子である。
The first
図1のメモリ電源回路33によれば、第1のチャージポンプ回路51は不揮発性メモリセルMCのメモリゲートに印加される高電圧Vpp1を生成するから電流供給能力よりもリップルの発生を抑制することが要求される。第2のチャージポンプ回路52には前記不揮発性メモリセルMCのドレインに供給される高電圧Vpp2を生成するから電流供給能力が必要とされる。このとき前者の第1のチャージポンプ回路51にはポンプ容量素子Cpを位相反転駆動するクロックドライバ51Bの動作電源には第1電源電圧Vccよりもレベルの低い第2電源電圧Vddmを印加するから、第1電源電圧Vccを用いる場合に比べてポンプ回路51Aの出力電圧におけるリップルの発生を軽減することができる。リップルの発生を軽減できるので、平滑容量53の面積SC1は小さくて済む。その反面、ポンプ駆動クロックCLK1pd,/CLK1pdによるポンプ容量Cpの駆動振幅が小さくなるので、所要レベルの高電圧Vpp1を得るのに必要な昇圧段数が増えるから、ポンプ回路51Aにおけるポンプ容量素子Cpの面積S1が増える。平滑容量53の面積減少がポンプ容量Cpの面積増大を上回れば第1のチャージポンプ51に関する占有面積を全体として低減することができる。ここで、高電圧Vpp1によって駆動すべき寄生負荷について着目すると、第1のチャージポンプ51によって駆動されえるメモリゲートの数は消去すべき領域の大小に応じて変更され、例えば図6に例示されるように、消去単位には大小があり、領域ARE1のような大きな単位(例えば16Kから256Kバイト)で消去を行う場合にはチャージポンプ回路51は短時間に大きな寄生負荷を駆動しなければならないから比較的大きな駆動能力を必要とする。このようなチャージポンプ回路51を用いて領域ARE2のような小さな単位(例えば1Kから8Kバイト)で消去を行う場合には駆動能力過剰になって相対的に大きなリップルを生ずる。このように、大きな寄生負荷と小さな寄生負荷の双方の駆動に用いるチャージポンプ回路にあって特に電圧変動を嫌うメモリゲートの駆動用途では特に大きな安定化容量を採用することが必要になる。このように、寄生負荷が大きく駆動時間の短縮(電圧立ち上がり時間の短縮)を必要とするような大きなメモリアレイ領域と、寄生負荷が小さく電圧変動の抑制が必要な小さなメモリアレイ領域の双方を駆動対象とするとき、平滑容量には大きな容量が必要になるので、大きい方の容量を小さくできると言う点で、第1のチャージポンプ回路51に関する占有面積の低減効果は顕著に現れる。なお、図6に示されるドライバ55aはそれぞれの領域AER1,AER2におけるメモリゲート線毎のドライバ55を便宜上総称しており、実際の配置関係とは相違されている。
According to the memory
一方、第2チャージポンプ回路52の場合は書込み動作時にドレイン電流を供給しなければならないから、リップルの抑制よりも電流供給能力が重要になるから、平滑容量54の面積SC2よりもポンプ容量Cpの全面積S2の方が大きくされる傾向にある。このとき第2チャージポンプ回路52のポンプ容量素子Cpを位相反転駆動するクロックドライバ52Bの動作電源には第2の電源電圧Vddmよりもレベルの高い第1電源電圧Vccを印加するから、リップルの抑制効果は減少しても、ポンプ容量Cpの直列段数を少なくすることができる。平滑容量54に比べて相対的に容量値が大きくされる傾向にある方のポンプ容量Cpの容量値を小さくできると言う点で、第2のチャージポンプ回路52に関する占有面積を低減することができる。
On the other hand, in the case of the second
《チャージポンプ回路におけるチャージポンプ初段のスタート電圧》
本発明の別の実施形態として図7にはメモリ電源回路33の別の例が示される。同図にはメモリゲート線MGLに印加する高電圧として複数の高電圧Vpp1,Vnpp1を生成可能な構成が例示される。高電圧Vpp1の生成には前記チャージポンプ回路(CPMP1)51を用いる。高電圧Vnpp1の生成にはチャージポンプ回路(CPMP3)65を用いる。図8に例示されるように、Vpp1,Vnpp1等の高電圧は不揮発性メモリセルMCの書換え特性に対する合わせ込みのために比較的大きな電圧幅が規定されている。第1のチャージポンプ回路51を用いて第1の電源電圧Vccのばらつき上限電圧Vccmax以上の範囲の高電圧Vpp1を発生させる場合には、第1の電源電圧Vccをチャージポンプ回路51のスタート電圧とすればよい。第2の電源電圧Vddmのばらつき下限電圧Vddmmin以上であって且つ第1の電源電圧Vccのばらつき下限電圧Vccmin以下の範囲の内部電源電圧Vnpp1を発生させる場合には、第2の電源電圧Vddmをチャージポンプ回路65のスタート電圧として使用する。例えば書込み対象の不揮発性メモリセルMCに対してメモリゲートに高電圧Vpp1を印加するが、このとき書込み非対象の不揮発性メモリセルのメモリゲートにはディスターブを緩和するために書込み非選択の高電圧を印加する制御形態を採用する場合には当該書込み非選択の高電圧として前記電圧Vnpp1を印加する。このように、第1の電源電圧Vccよりもレベルの高い電圧を発生する第1のチャージポンプ回路51のスタート電圧には第1の電源電圧Vccを使用し、第1の電源電圧Vccよりもレベルの低い電圧を発生するチャージポンプ回路65のスタート電圧には第2の電源電圧Vddmを使用する。チャージポンプ回路65のスタート電圧に第1電源電圧Vccを用いて第1電源電圧よりも低い電圧を生成する場合には、図9に例示されるように、チャージポンプ回路65の出力を抵抗66でプルダウンしてもよい。図7のように第1の電源電圧Vccよりもレベルの低い電圧を発生するチャージポンプ回路65のスタート電圧には第2の電源電圧Vddmを使用すれば、無駄な電流リークを生ぜず、リーク電流を補うことも必要ないのでポンプ容量Cpも小さくできるという点において更に優れている。
<< Start voltage of charge pump first stage in charge pump circuit >>
FIG. 7 shows another example of the
尚、図7乃至図9で説明した実施形態は先に説明した実施形態と組合わせ可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the embodiment described with reference to FIGS. 7 to 9 can be combined with the embodiment described above.
《降圧回路の併用》
本発明の更に別の実施形態として図10にはメモリ電源回路33の更に別の例が示される。同図には図7の変形例として、メモリゲート線に印加する高電圧として複数の高電圧Vpp1,Vnpp1を生成可能な構成が例示される。高電圧Vpp1の生成には前記チャージポンプ回路(CPMP1)51を用いる。高電圧Vnpp1の生成には降圧回路(LDS)67を用いる。図11に例示されるように、第1のチャージポンプ回路51を用いて第1の電源電圧Vccのばらつき上限電圧Vccmax以上の範囲の高電圧Vpp1を発生させる場合に、第1の電源電圧Vccをチャージポンプ回路51のスタート電圧とする点は図7と同じである。相違点は、第2の電源電圧Vddmのばらつき下限電圧Vddmmin以下の内部電源電圧Vnpp1を発生させる。内部電源電圧Vnpp1の発生に降圧回路67を用いる。前記降圧回路67は前記第2電源電圧Vddmを動作電源に用いるクランプ回路により構成する。降圧回路67の代わりに昇圧回路を用いる場合にはポンプ動作を行っている動作サイクルとポンプ動作を停止している非動作サイクルとの動作サイクルの差による電圧位相の安定化のための容量を大きくしなければならないが、降圧回路67を採用する場合にはそのような電圧位相の安定化容量68を小さくすることができる。
<Combination of step-down circuit>
FIG. 10 shows still another example of the memory
《基準電圧発生回路の電源安定化》
図12には前記チャージポンプ回路51の変形例が示される。チャージポンプ51Aスタート電圧には前述と同じように第1の電源電圧Vccを用いる。第1の電源電圧Vccは外部入出力回路(I/O)6の動作電源にも用いられている。チャージポンプ51Aのポンプ容量Cpに対するクロックドライバ51Bの電源には前述と同じように第2の電源電圧Vddmを用いる。前記基準電圧Vrefを生成する基準電圧発生回路60は前記第2電圧Vddmを動作電源とする。I/O6の駆動に用いられる電圧Vccよりも安定な第2電圧Vddmを用いた方が基準電圧Vrefを安定化することができる。不揮発性メモリセルの書換えに際して高電圧を印加するとき、チャージポンプ回路の出力電圧が変動すると、不揮発性メモリセルに過電圧がかかることになり、その結果、不揮発性メモリセルの特性が劣化し、書換え可能回数の低下等の問題を生ずることになる。ノイズの小さい方の電源電圧Vddmを昇圧線圧レベルを決定する基準電源発生回路60の動作電源に使用することにより、不揮発性メモリセルへの過電圧印加を抑制することができる。
<Stabilization of power supply for reference voltage generator>
FIG. 12 shows a modification of the
尚、図10乃至図12で説明した実施形態は先に説明した実施形態と組合わせ可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the embodiment described with reference to FIGS. 10 to 12 can be combined with the embodiment described above.
以上説明したように、マイクロコンピュータ1の内部で相対的にレベルの異なる第1電源電圧Vcc、第2電源電圧Vddm、及び第3電源電圧Vddc(第1電源電圧Vcc>第2電源電圧Vddm>第3電源電圧Vddc)が利用可能であるとき、フラッシュメモリ4の閾値電圧を変更するための高電圧を生成するメモリ電源回路33において、出力電圧のリップルを抑える必要のあるチャージポンプ回路51にはポンプ容量Cpの駆動ドライバとして相対的に低い電源電圧Vddmを使用して平滑容量53の面積SC1を低減し、リップル抑制よりも電流供給能力が必要とするチャージポンプ回路52にはポンプ容量Cpの駆動ドライバとして相対的にレベルの高い電源電圧Vccを使用してポンプ容量の面積S2を低減する。更に、第1電源電圧Vccよりもレベルの高い電圧Vpp1を発生するチャージポンプ回路51のスタート電圧には第1電源電圧Vccを使用する。メモリ電源回路33においてチャージポンプ回路等に対してその昇圧電圧の用途等に応じて其れに対する動作電源を適切に振り当てることにより、チャージポンプ回路の安定化容量及びポンプ容量を全体的に小さくすることができる。
As described above, the first power supply voltage Vcc, the second power supply voltage Vddm, and the third power supply voltage Vddc having different levels in the microcomputer 1 (first power supply voltage Vcc> second power supply voltage Vddm> first). In the memory
第2の高電圧Vpp2は第1電源電圧Vccの変動の影響を受けにくくなるので、安定した第1の高電圧がメモリゲートに与えられる。また、外部から供給される第1電源電圧の供給を受けて、第2の高電圧を生成するので、ソースまたはドレインへの電荷の供給が容易になる。 Since second high voltage Vpp2 is less susceptible to fluctuations in first power supply voltage Vcc, a stable first high voltage is applied to the memory gate. In addition, since the second high voltage is generated in response to the supply of the first power supply voltage supplied from the outside, it is easy to supply the charge to the source or drain.
第1のチャージポンプ回路51は、第2の電源電圧Vddmの供給を受けて、電圧を出力するから、前記第1のチャージポンプ回路の出力電圧によって駆動されるメモリセルゲート数が変更されても、リップルが生じにくいことより、平滑容量素子の面積を抑えることができる。
Since the first
第3の電源電圧Vddcは、第1の電圧Vpp1および第2の高電圧Vpp2と独立して生成されるので、高電圧の変動をうけなく、中央処理装置を動作させることができる。 Since the third power supply voltage Vddc is generated independently of the first voltage Vpp1 and the second high voltage Vpp2, the central processing unit can be operated without being affected by fluctuations in the high voltage.
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば、電源電圧Vddmについては内部降圧に限定されず、マイクロコンピュータの外部電源端子から直接入力するようにしてもよい。電源電圧の具体的なレベルは上記説明に限定されず適宜変更可能である。電気的に書換え可能な不揮発性メモリセルはフローティングゲートを備えたスタックゲート構造に限定されない。選択MOSトランジスタ部を備えたスプリットゲート構造であっても、あるいはシリコン窒化膜のような電荷トラップ膜を備えた構造であってもよい。また、メモリアレイの構成は、AND、NAND、NOR等何れの構成であってもよく、本発明はメモリアレイの構造に何ら限定されない。電気的に書換え可能な不揮発性メモリはフラッシュメモリに限定されず、EEPROM等であってもよい。本発明に係る半導体装置はマイクロコンピュータに限定されず、通信用コントローラ、画像処理用コントローラ、暗号化復号コントローラ等に代表されるように、中央処理装置とこれによってアクセスされる電気的に書換え可能な不揮発性メモリを備えた条件の種々の半導体装置に広く適用することができる。 For example, the power supply voltage Vddm is not limited to the internal voltage step-down, and may be directly input from the external power supply terminal of the microcomputer. The specific level of the power supply voltage is not limited to the above description and can be changed as appropriate. The electrically rewritable nonvolatile memory cell is not limited to a stack gate structure having a floating gate. A split gate structure including a selection MOS transistor portion or a structure including a charge trap film such as a silicon nitride film may be used. The configuration of the memory array may be any configuration such as AND, NAND, NOR, and the present invention is not limited to the structure of the memory array. The electrically rewritable nonvolatile memory is not limited to the flash memory, and may be an EEPROM or the like. The semiconductor device according to the present invention is not limited to a microcomputer, and is rewritable electrically by a central processing unit as represented by a communication controller, an image processing controller, an encryption / decryption controller, and the like. The present invention can be widely applied to various semiconductor devices under conditions provided with a nonvolatile memory.
1 マイクロコンピュータ(MCU)
2 中央処理装置(CPU)
3 RAM
4 フラッシュメモリ(FLASH)
5 バスステートコントローラ(BSC)
6 外部入出力回路(I/O)
7 クロックジェネレータ(CPG)
7A PLL回路
8 電源回路(PSUP)8
9 システムコントローラ(SYSC)
10 内部バス
Vcc 第1電源電圧
Vddm 第2電源電圧
Vddc 第3電源電圧
21 メモリアレイ(MARY)
MGL メモリゲート線
BL ビット線
SL ソース線
33 メモリ電源回路(MPS)
34 制御回路(CONT)
40,41 降圧回路
51 第1のチャージポンプ回路(CPMP1)
52 第2のチャージポンプ回路(CPMP2)
53 平滑容量
55 ドライバ55
54 平滑容量
56 ドライバ
Vpp1、Vpp2 高電圧
51A チャージポンプ(PUMP)
51B クロックドライバ51B
51C ポンプ制御回路(PCNT)
CLKp ポンプロック
CLK1pd,/CLK1pd ポンプ駆動クロック
NLU 昇圧ノード
Cp ポンプ容量
60 基準電圧発生回路(VREFG)
Vvref 基準電圧
61 コンパレータ(CMP)
65 第3のチャージポンプ回路(CPMP3)
67 降圧回路
1 Microcomputer (MCU)
2 Central processing unit (CPU)
3 RAM
4 Flash memory (FLASH)
5 Bus state controller (BSC)
6 External input / output circuit (I / O)
7 Clock generator (CPG)
9 System controller (SYSC)
10 Internal bus Vcc 1st power supply voltage Vddm 2nd power supply voltage Vddc 3rd
MGL Memory gate line BL Bit line
34 Control circuit (CONT)
40, 41 Step-
52 Second charge pump circuit (CPMP2)
53
54
51C Pump control circuit (PCNT)
CLKp Pump lock CLK1pd, / CLK1pd Pump drive clock NLU Boost node
65 Third charge pump circuit (CPMP3)
67 Step-down circuit
Claims (18)
半導体装置の外部から供給される第1電源電圧を降圧させた第2の電源電圧の供給を受けて、前記第1電源電圧より高い第1の高電圧を生成し、前記不揮発性メモセルのメモリゲートに前記第1の高電圧を供給可能な第1のチャージポンプ回路と、
前記第1電源電圧の供給を受けて、前記第1電源電圧より高い第2の高電圧を生成し、前記不揮発性メモリセルのソース又はドレインに前記第2の高電圧を供給可能な第2のチャージポンプと、を備える、半導体装置。 Nonvolatile memory cells having a source and a drain constituting a transistor, and a charge storage region and a memory gate, which are stacked on and insulated from each other via an insulating film on a channel formation region between them, are arranged in an array. A non-volatile memory cell array;
A first high voltage higher than the first power supply voltage is generated by receiving a second power supply voltage obtained by stepping down the first power supply voltage supplied from the outside of the semiconductor device, and the memory gate of the nonvolatile memory cell A first charge pump circuit capable of supplying the first high voltage;
A second high voltage that is higher than the first power supply voltage in response to the supply of the first power supply voltage and that can supply the second high voltage to the source or drain of the nonvolatile memory cell. And a charge pump.
前記不揮発性メモリアレイにおいて、前記不揮発性メモリセルの閾値電圧を変更する際に、前記第1のチャージポンプ回路の出力電圧によって駆動されるメモリセルゲートの本数が変更可能な、請求項1記載の半導体装置。 The output of the first charge pump circuit has a smoothing capacitive element that stabilizes the output voltage of the first charge pump circuit,
The number of memory cell gates driven by the output voltage of the first charge pump circuit can be changed when changing the threshold voltage of the nonvolatile memory cell in the nonvolatile memory array. Semiconductor device.
前記第2電源電圧より低い、前記第1電源電圧を降圧させた前記第3電源電圧が前記第1の高電圧および前記第2の高電圧とは独立して生成され、
この第3電源電圧が前記中央処理装置に供給される、請求項1もしくは請求項2に記載の半導体装置。 A central processing unit for controlling the nonvolatile memory;
The third power supply voltage, which is lower than the second power supply voltage and is obtained by stepping down the first power supply voltage, is generated independently of the first high voltage and the second high voltage,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the third power supply voltage is supplied to the central processing unit.
前記第3のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第2電源電圧とし、
前記第1のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧とする請求項3記載の半導体装置。 A third charge pump circuit that generates a voltage on the low potential side that is supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell lower than the voltage generated by the first charge pump circuit when the change of the threshold voltage is not selected. Further comprising
The third charge pump circuit uses the pump capacitor element as the second power supply voltage as a start voltage that starts boosting;
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first charge pump circuit uses a start voltage started to be boosted by using a pump capacitance element as the first power supply voltage. 5.
前記降圧回路は前記第2電源電圧を動作電源に用いるクランプ回路により構成され、
前記第1のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧とする請求項3記載の半導体装置。 And a step-down circuit for generating a low-potential-side voltage to be supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell, which is lower than the voltage generated by the first charge pump circuit when the threshold voltage change is not selected. ,
The step-down circuit includes a clamp circuit that uses the second power supply voltage as an operation power supply,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first charge pump circuit uses a start voltage started to be boosted by using a pump capacitance element as the first power supply voltage. 5.
前記チャージポンプ回路は昇圧電圧と基準電圧を比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果を入力し前記昇圧電圧が基準電圧以下のとき前記容量素子を順次位相反転駆動する駆動クロック信号を供給し、前記昇圧電圧が基準電圧を超えた状態で前記駆動クロック信号の供給を停止するゲート回路を更に有し、
前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路は前記第2電源電圧を動作電源とする請求項3、8、又は9記載の半導体装置。 An external interface circuit using the first power supply voltage as an operation power supply;
The charge pump circuit inputs a comparison result by comparing the boosted voltage with a reference voltage, and a driving clock signal for sequentially phase-inverting the capacitive elements when the boosted voltage is equal to or lower than the reference voltage. A gate circuit for stopping the supply of the drive clock signal in a state where the boosted voltage exceeds a reference voltage;
10. The semiconductor device according to claim 3, wherein the reference voltage generation circuit for generating the reference voltage uses the second power supply voltage as an operation power supply.
前記メモリ電源回路は、前記不揮発性メモリセルの前記閾値電圧を変更するとき、前記不揮発性メモリセルのゲート電極に供給する電圧を生成する第1のチャージポンプ回路と、前記不揮発性メモリセルのソース又はドレインに供給する電圧を生成する第2のチャージポンプ回路とを有し、
前記第1のチャージポンプ回路は昇圧ノードに結合されたポンプ容量素子の駆動に前記第2電源電圧の振幅を持つ駆動クロックを用い、
前記第2のチャージポンプ回路は昇圧ノードに結合されたポンプ容量素子の駆動に前記第1電源電圧の振幅を持つ駆動クロックを用い、
前記第1及び第2のチャージポンプ回路のそれぞれはその電圧出力ノードに平滑容量素子を備える半導体装置。 A non-volatile memory having a large number of non-volatile memory cells whose threshold voltage can be changed by applying a high voltage higher than a first power supply voltage supplied from the outside of the semiconductor device, and a memory power supply circuit for generating the high voltage And a central processing unit that controls the nonvolatile memory, and a semiconductor that uses a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and a third power supply voltage lower than the second power supply voltage as an operation power supply inside the device. In the device
The memory power supply circuit includes: a first charge pump circuit that generates a voltage to be supplied to a gate electrode of the nonvolatile memory cell when the threshold voltage of the nonvolatile memory cell is changed; and a source of the nonvolatile memory cell Or a second charge pump circuit that generates a voltage to be supplied to the drain,
The first charge pump circuit uses a drive clock having an amplitude of the second power supply voltage to drive a pump capacitor coupled to a boost node,
The second charge pump circuit uses a drive clock having an amplitude of the first power supply voltage to drive a pump capacitor coupled to a boost node,
Each of the first and second charge pump circuits is a semiconductor device provided with a smoothing capacitive element at its voltage output node.
前記第3のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第2電源電圧とし、
前記第1のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧とする請求項14記載の半導体装置。 The memory power supply circuit generates a voltage on a low potential side to be supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell, which is lower than a voltage generated by the first charge pump circuit when the change of the threshold voltage is not selected. A third charge pump circuit;
The third charge pump circuit uses the pump capacitor element as the second power supply voltage as a start voltage that starts boosting;
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the first charge pump circuit uses a start voltage started to be boosted by using a pump capacitance element as the first power supply voltage.
前記降圧回路は前記第2電源電圧を動作電源に用いるクランプ回路により構成され、
前記第1のチャージポンプ回路はポンプ容量素子を用いて昇圧開始されるスタート電圧を前記第1電源電圧とする請求項14記載の半導体装置。 The memory power supply circuit generates a voltage on a low potential side to be supplied to the memory gate of the nonvolatile memory cell, which is lower than a voltage generated by the first charge pump circuit when the change of the threshold voltage is not selected. A further step-down circuit;
The step-down circuit includes a clamp circuit that uses the second power supply voltage as an operation power supply,
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the first charge pump circuit uses a start voltage started to be boosted by using a pump capacitance element as the first power supply voltage.
前記チャージポンプ回路は昇圧電圧と基準電圧を比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果を入力し前記昇圧電圧が基準電圧以下のとき前記容量素子を順次位相反転駆動する駆動クロック信号を供給し、前記昇圧電圧が基準電圧を超えた状態で前記駆動クロック信号の供給を停止するゲート回路を更に有し、
前記基準電圧を生成する基準電圧発生回路は前記第2電源電圧を動作電源とする請求項15又は16記載の半導体装置。 An external interface circuit using the first power supply voltage as an operation power supply;
The charge pump circuit inputs a comparison result by comparing the boosted voltage with a reference voltage, and a driving clock signal for sequentially phase-inverting the capacitive elements when the boosted voltage is equal to or lower than the reference voltage. A gate circuit for stopping the supply of the drive clock signal in a state where the boosted voltage exceeds a reference voltage;
17. The semiconductor device according to claim 15, wherein the reference voltage generation circuit that generates the reference voltage uses the second power supply voltage as an operation power supply.
前記不揮発性メモリは、書換えに際して、前記不揮発性メモリセルのゲート電極に印加する電圧を生成する第1のチャージポンプ回路と、前記不揮発性メモリセルのソース又はドレインに印加する電圧を生成する第2のチャージポンプ回路とを有し、
前記第1のチャージポンプ回路は前記第2電源電圧の振幅を持つ駆動クロックを用いて順次位相反転駆動される複数のポンプ容量素子を有し、
前記第2のチャージポンプ回路は前記第1電源電圧の振幅を持つ駆動クロックを用いて順次位相反転駆動される複数のポンプ容量素子を有し、
前記第1及び第2のチャージポンプ回路のそれぞれはその電圧出力ノードに平滑容量素子を備える半導体装置。 A non-volatile memory having a large number of non-volatile memory cells that are electrically rewritable, and a central processing unit that controls the non-volatile memory, the first power supply voltage supplied from the outside, the first power supply voltage In a semiconductor integrated circuit using a second power supply voltage lower than the second power supply voltage and a third power supply voltage lower than the second power supply voltage as an operation power supply,
The non-volatile memory has a first charge pump circuit that generates a voltage applied to the gate electrode of the non-volatile memory cell and a second voltage that generates a voltage applied to the source or drain of the non-volatile memory cell when rewriting. And a charge pump circuit of
The first charge pump circuit includes a plurality of pump capacitors that are sequentially phase-inverted and driven using a drive clock having an amplitude of the second power supply voltage,
The second charge pump circuit has a plurality of pump capacitors that are sequentially phase-inverted using a drive clock having an amplitude of the first power supply voltage,
Each of the first and second charge pump circuits is a semiconductor device provided with a smoothing capacitive element at its voltage output node.
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