JP2010033692A - 負電圧生成回路及びこれを用いた半導体メモリ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、トランジスタのバルクに印加される第1の負電圧がターゲットレベルに到達した後、トランジスタのソースに印加される第2の負電圧を生成する半導体メモリ装置の負電圧生成回路を提供する。
【解決手段】本発明は、第1の負電圧レベルを感知して、第1の感知信号を生成する第1の感知部;第1の感知信号に応じて、第1の負電圧を生成する第1の負電圧生成部;第2の負電圧レベルを感知して、第2の感知信号を生成する第2の感知部;パワーアップ信号がイネーブルされ、第1の感知信号がディセーブルされると、第2の感知信号をイネーブル信号として出力するタイミング制御部;及び、イネーブル信号に応じて、第2の負電圧を生成する第2の負電圧生成部を含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体メモリ装置に関し、特に、負電圧生成回路に関する。
一般に、半導体メモリ装置はトランジスタからなる。特に、メモリセルに構成されるトランジスタは、漏れ電流を低減するために、トランジスタのバルクに第1の負電圧を印加させる(例えば、特許文献1)。また、トランジスタのバルクに第1の負電圧を印加させることによるトランジスタのしきい電圧の上昇を補償するために、トランジスタのソースに第2の負電圧を印加させる。このとき、トランジスタのバルクに印加される第1の負電圧レベルの絶対値は、ソースに印加される第2の負電圧レベルの絶対値より常に大きいべきである。その理由は、トランジスタのバルクに印加される電圧レベルがソースに印加される電圧レベルより高いと、トランジスタ素子の破壊を誘発するラッチアップ(latch-up)現象が発生するからである。
レベルが異なる二つの負電圧を生成する一般の半導体メモリ装置の負電圧生成回路は、図1に示すように、第1の負電圧生成部40及び第2の負電圧生成部80を含む。
第1の負電圧生成部40は、第1の感知部10、第1のオシレーター20及び第1のチャージポンプ30を含む。
第1の感知部10は、第1の負電圧(VNN1)のレベルを感知して、第1の感知信号(det1)を生成する。
第1のオシレーター20は、第1の感知信号(det1)に応じて、第1のオシレーター信号(osc1)を生成する。
第1のチャージポンプ30は、第1のオシレーター信号(osc1)に応じてポンプ動作を行い、これにより第1の負電圧(VNN1)を生成する。
第2の負電圧生成部80は、第2の感知部50、第2のオシレーター60及び第2のチャージポンプ70を含む。
第2の感知部50は、第2の負電圧(VNN2)のレベルを感知して、第2の感知信号(det2)を生成する。
第2のオシレーター60は、第2の感知信号(det2)に応じて、第2のオシレーター信号(osc2)を生成する。
第2のチャージポンプ70は、第2のオシレーター信号(osc2)に応じてポンプ動作を行い、これにより第2の負電圧(VNN2)を生成する。このとき、第1の負電圧(VNN1)は、半導体メモリ装置の全ての回路に用いられるトランジスタのバルクに印加される電圧であり、第2の負電圧(VNN2)は、半導体メモリ装置の特定の回路に用いられるトランジスタのソースに印加される電圧である。よって、第1の負電圧(VNN1)が印加されるノードのキャパシタンス(capacitance)は、第2の負電圧(VNN2)が印加されるノードのキャパシタンスより大きい。したがって、第2の負電圧(VNN2)は、第1の負電圧(VNN1)のターゲットレベル到達時間より速くターゲットレベルに到達する。
つまり、第1の負電圧生成部40で生成される第1の負電圧(VNN1)がターゲットレベルに到達する前に、第2の負電圧生成部80が第2の負電圧(VNN2)を生成する場合、図2に示すAのように、逆転現象(第2の負電圧(VNN2)レベルが第1の負電圧(VNN1)レベルより低くなる現象)が発生し得る。このような逆転現象により、トランジスタの破壊を誘発させるラッチアップ現象が発生し得る。トランジスタの破壊は、半導体メモリ装置の安全性及び動作信頼度の減少を誘発させる。
特開平11−312392号公報
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、トランジスタのバルクに印加される第1の負電圧がターゲットレベルに到達した後、トランジスタのソースに印加される第2の負電圧を生成する半導体メモリ装置の負電圧生成回路を提供することにある。
本発明による負電圧生成回路は、 第1の負電圧レベルを感知して、第1の感知信号を生成する第1の感知部;前記第1の感知信号に応じて、前記第1の負電圧を生成する第1の負電圧生成部;第2の負電圧レベルを感知して、第2の感知信号を生成する第2の感知部;パワーアップ信号がイネーブルされ、前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記第2の感知信号をイネーブル信号として出力するタイミング制御部;及び、前記イネーブル信号に応じて、前記第2の負電圧を生成する第2の負電圧生成部を含む。
本発明による半導体メモリ装置は、第1の内部電圧レベルを感知して、第1の感知信号を生成する第1の感知部;前記第1の感知信号に応じて、前記第1の内部電圧を生成する第1の内部電圧生成部;第2の内部電圧レベルを感知して、第2の感知信号を生成する第2の感知部;及び、前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記第2の感知信号に応じて前記第2の内部電圧を生成する第2の内部電圧生成部を含む。
本発明の半導体メモリ装置を構成するトランジスタは、ラッチアップ現象が発生されないため、トランジスタの破壊が発生しない。したがって、半導体メモリ装置は動作信頼度の向上を図ることができる。
従来技術による半導体メモリ装置の負電圧生成回路の構成図である。 従来技術による半導体メモリ装置の負電圧生成回路のタイミング図である。 本発明の実施例による半導体メモリ装置の負電圧生成回路の構成図である。 図3のタイミング制御部の構成図である。 図4の信号レベル反転部の実施例による詳細構成図である。 図4の信号レベル反転部の他の実施例による詳細構成図である。 図4の制御信号生成部の詳細構成図である。 図4のイネーブル信号生成部の詳細構成図である。 本発明の実施例による半導体メモリ装置の負電圧生成回路のタイミング図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
本発明の実施例による半導体メモリ装置の負電圧生成回路は、図3に示すように、第1の感知部100、第1の負電圧生成部200、第2の感知部300、タイミング制御部400及び第2の負電圧生成部500を含む。
第1の感知部100は、第1の負電圧(VNN1)レベルを感知して、第1の感知信号(det1)を生成する。例えば、第1の感知部100は、第1の負電圧(VNN1)レベルが第1のターゲットレベルより高いと、第1の感知信号(det1)をイネーブルさせる。ターゲットレベルとは、電圧生成回路の設計時に目標となる電圧レベルを意味する。
第1の負電圧生成部200は、第1の感知信号(det1)に応じて、第1の負電圧(VNN1)を生成する。
第1の負電圧生成部200は、第1のオシレーター210及び第1のチャージポンプ220を含む。第1のオシレーター210は、第1の感知信号(det1)がイネーブルされると、第1のオシレーター信号(osc1)を生成する。第1のチャージポンプ220は、第1のオシレーター信号(osc1)に応じてポンプ動作を行い、これにより第1の負電圧(VNN1)を生成する。
第2の感知部300は、第2の負電圧(VNN2)レベルを感知して、第2の感知信号(det2)を生成する。例えば、第2の感知部300は、第2の負電圧(VNN2)レベルが第2のターゲットレベルより高いと、第2の感知信号(det2)を生成する。
タイミング制御部400は、パワーアップ信号(pwrup)がイネーブルされ、第1の感知信号(det1)がディセーブルされると、第2の感知信号(det2)をイネーブル信号(en)として出力する。
第2の負電圧生成部500は、イネーブル信号(en)に応じて、第2の負電圧(VNN2)を生成する。
第2の負電圧生成部500は、第2のオシレーター510及び第2のチャージポンプ520を含む。第2のオシレーター510は、第2の感知信号(det2)がイネーブルされると、第2のオシレーター信号(osc2)を生成する。第2のチャージポンプ520は、第2のオシレーター信号(osc2)に応じてポンプ動作を行い、これにより第2の負電圧(VNN2)を生成する。このとき、第1の負電圧(VNN1)の第1のターゲットレベルは、第2の負電圧(VNN2)の第2のターゲットレベルより低い。
タイミング制御部400は、図4に示すように、信号レベル反転部410、制御信号生成部420及びイネーブル信号生成部430を含む。
信号レベル反転部410は、パワーアップ信号(pwrup)を反転させて、反転信号(iv_s)を生成する。
制御信号生成部420は、反転信号(iv_s)がイネーブルされ、第1の感知信号(det1)がディセーブルされると、制御信号(ctrl)をイネーブルさせる。また、制御信号生成部420は、制御信号(ctrl)が一度でもイネーブルされると、第1の感知信号(det1)とは無関係に制御信号(ctrl)をイネーブル状態に維持させる。
イネーブル信号生成部430は、制御信号(ctrl)がイネーブルされると、第2の感知信号(det2)をイネーブル信号(en)として出力する。
信号レベル反転部410は、図5に示すように、一つのインバータ(IV11)で具現され得る。
また、信号レベル反転部410は、図6に示すように、第1及び第2のインバータ(IV21、IV22)、第1〜第3のナンドゲート(ND21、ND22、ND23)及び遅延器(delay)を含む。第1のインバータ(IV21)は、パワーアップ信号(pwrup)の入力を受ける。遅延器(delay)は、第1のインバータ(IV21)の出力信号の入力を受ける。第2のインバータ(IV22)は、遅延器(delay)の出力信号の入力を受ける。第1のナンドゲート(ND21)は、第1のインバータ(IV21)の出力信号及び第2のインバータ(IV22)の出力信号の入力を受ける。第2のナンドゲート(ND22)は、第1のナンドゲート(ND21)の出力信号の入力を受ける。第3のナンドゲート(ND23)は、第2のナンドゲート(ND22)の出力信号及び第1のインバータ(IV21)の出力信号の入力を受け、出力信号を第2のナンドゲート(ND22)に出力する。このとき、第2のナンドゲート(ND22)は反転信号(iv_s)を出力する。
図6に示す信号レベル反転部410の動作は、次の通りである。
第1のナンドゲート(ND21)は、パワーアップ信号(pwrup)がローレベルにイネーブルされると、ローレベルで所定時間イネーブルされるパルスを出力する。このとき、第2のナンドゲート(ND22)及び第3のゲート(ND23)からなるフリッププロップは、パルスがローレベルに遷移する前にハイレベルにディセーブルされた時、反転信号(iv_s)をハイレベルに遷移させ、パワーアップ信号(pwrup)がローレベルにイネーブル状態を維持する間、反転信号(iv_s)をハイレベル状態に維持させる。すなわち、反転信号(iv_s)は、パワーアップ信号(pwrup)がハイレベルにディセーブルされた状態ではローレベルにディセーブルされ、パワーアップ信号(pwrup)がローレベルにイネーブルされると、ハイレベルにイネーブルされた状態を維持する。
制御信号生成部420は、図7に示すように、信号組合せ部421及びフリッププロップ422を含む。
信号組合せ部421は、反転信号(iv_s)がハイレベルにイネーブルされ、第1の感知信号(det1)がローレベルにディセーブルされると、組合せ信号(com)をハイレベルにイネーブルさせる。
信号組合せ部421は、第3のインバータ(IV31)及び第4のナンドゲート(ND31)を含む。第3のインバータ(IV31)は、第1の感知信号(det1)の入力を受ける。第4のナンドゲート(ND31)は、第3のインバータ(IV31)の出力信号及び第1の感知信号(det1)の入力を受け、組合せ信号(com)を出力する。
フリッププロップ422は、反転信号(iv_s)がローレベルにディセーブルされる間、組合せ信号(com)のレベルを反転させて制御信号(ctrl)のレベルとして出力する。一方、フリッププロップ422は、反転信号(iv_s)がハイレベルにイネーブルされると、制御信号(ctrl)をハイレベルにイネーブルさせ、反転信号(iv_s)がハイレベルにイネーブルされると、ハイレベルにイネーブルされた制御信号(ctrl)を維持させる。すなわち、フリッププロップ422は、反転信号(iv_s)がハイレベルにイネーブルされた状態で、イネーブルされた制御信号(ctrl)のレベルを維持させる。
フリッププロップ422は、第5及び第6のナンドゲート(ND32、ND33)を含む。第5のナンドゲート(ND32)は、組合せ信号(com)及び第6のナンドゲート(ND33)の出力信号の入力を受け、制御信号(ctrl)を出力する。第6のナンドゲート(ND33)は、制御信号(ctrl)及び反転信号(iv_s)の入力を受け、出力信号を第5のナンドゲート(ND32)に出力する。
イネーブル信号生成部430は、図8に示すように、第7のナンドゲート(ND41)及び第4のインバータ(IV41)を含む。第7のナンドゲート(ND41)は、第2の感知信号(det2)及び制御信号(ctrl)の入力を受ける。第4のインバータ(IV41)は、第7のナンドゲート(ND41)の出力信号の入力を受け、イネーブル信号(en)を出力する。
このように構成された本発明の実施例による半導体メモリ装置の負電圧生成回路の動作を、図9を参照して説明する。
半導体メモリ装置に外部電圧が印加されると、パワーアップ信号(pwrup)の電圧レベルは上昇することになる。また、第1の感知信号(det1)の電圧レベルも、パワーアップ信号(pwrup)の電圧レベルと同様に上昇することになる。
パワーアップ信号(pwrup)がローレベルにディセーブルされた後にも、第1の負電圧(VNN1)は第1のターゲットレベルに到達できなかった。よって、第1の感知信号(det1)は、ハイレベルにイネーブルされた状態を維持する。
第1の負電圧(VNN1)が第1のターゲットレベルに到達すると、第1の感知信号(det1)はローレベルにディセーブルされる。
第1の感知信号(det1)がハイレベルにイネーブルされた状態では、第2の感知信号(det2)のレベルとは無関係にイネーブル信号(en)がローレベルにディセーブルされる。すなわち、第1の感知信号(det1)がハイレベルにイネーブルされた状態では、第2の感知信号(det2)がハイレベルにイネーブルされても、制御信号(ctrl)がローレベルにディセーブルされているため、イネーブル信号(en)がローレベルにディセーブルされる。しかしながら、第1の感知信号(det1)がローレベルにディセーブルされると、制御信号(ctrl)がハイレベルにイネーブルされるため、第2の感知信号(det2)がイネーブル信号(en)として出力される。
したがって、第1の感知信号(det1)がハイレベルからローレベルに遷移されると、イネーブル信号(en)はハイレベルにイネーブルされる。イネーブル信号(en)がハイレベルにイネーブルされると、第2の負電圧(VNN2)が生成される。
第2の負電圧(VNN2)が第2のターゲットレベルに到達すると、第2の感知信号(det2)はローレベルにディセーブルされる。よって、イネーブル信号(en)も、第2の感知信号(en)がローレベルにディセーブルされる時、ローレベルにディセーブルされる。
第1の負電圧(VNN1)のレベルがターゲットレベルに到達した後、第2の負電圧(VNN2)が生成されることで、第2の負電圧(VNN2)レベルが第1の負電圧(VNN1)レベルより低くなる逆転現象が発生しない。
なお、本発明の詳細な説明では具体的な実施例について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形・実施が可能である。よって、本発明の範囲は、前述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
100…第1の感知部
200…第1の負電圧生成部
300…第2の感知部
400…タイミング制御部
500…第2の負電圧生成部

Claims (15)

  1. 第1の負電圧レベルを感知して、第1の感知信号を生成する第1の感知部;
    前記第1の感知信号に応じて、前記第1の負電圧を生成する第1の負電圧生成部;
    第2の負電圧レベルを感知して、第2の感知信号を生成する第2の感知部;
    パワーアップ信号がイネーブルされ、前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記第2の感知信号をイネーブル信号として出力するタイミング制御部;及び、
    前記イネーブル信号に応じて、前記第2の負電圧を生成する第2の負電圧生成部を含むことを特徴とする半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  2. 前記第1の負電圧の第1のターゲットレベルは、前記第2の負電圧の第2のターゲットレベルより低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  3. 前記第1の感知部は、前記第1の負電圧レベルが前記第1のターゲットレベルより高いと、前記第1の感知信号をイネーブルさせることを特徴とする請求項2に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  4. 前記第1の負電圧生成部は、
    前記第1の感知信号がイネーブルされると、オシレーター信号を生成するオシレーター;及び、
    前記オシレーター信号に応じてポンプ動作を行い、これにより前記第1の負電圧を生成するチャージポンプを含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  5. 前記第2の感知部は、前記第2の負電圧レベルが前記第2のターゲットレベルより高いと、前記第2の感知信号をイネーブルさせることを特徴とする請求項3に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  6. 前記タイミング制御部は、
    前記パワーアップ信号がイネーブルされ、前記第1の感知信号がディセーブルされると、制御信号をイネーブルさせる制御信号生成部;及び、
    前記制御信号がイネーブルされると、前記第2の感知信号を前記イネーブル信号として出力するイネーブル信号生成部を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  7. 前記制御信号生成部は、前記制御信号がイネーブルされると、前記第1の感知信号とは無関係に前記制御信号をイネーブル状態に維持させることを特徴とする請求項6に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  8. 前記制御信号生成部は、
    前記パワーアップ信号がイネーブルされ、前記第1の感知信号がディセーブルされると、組合せ信号をイネーブルさせる信号組合せ部;及び、
    前記パワーアップ信号がイネーブルされ、前記組合せ信号がイネーブルされると、前記制御信号をイネーブルさせるフリッププロップを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  9. 前記信号組合せ部は、前記パワーアップ信号がディセーブルされると、前記組合せ信号をディセーブルさせることを特徴とする請求項8に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  10. 前記フリッププロップは、前記制御信号がイネーブルされると、前記パワーアップ信号がディセーブルされるまで前記制御信号のイネーブル状態を維持させることを特徴とする請求項8に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  11. 前記イネーブル信号生成部は、前記制御信号がディセーブルされると、前記イネーブル信号をディセーブルさせることを特徴とする請求項6に記載の半導体メモリ装置の負電圧生成回路。
  12. 第1の内部電圧レベルを感知して、第1の感知信号を生成する第1の感知部;
    前記第1の感知信号に応じて、前記第1の内部電圧を生成する第1の内部電圧生成部;
    第2の内部電圧レベルを感知して、第2の感知信号を生成する第2の感知部;及び、
    前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記第2の感知信号に応じて前記第2の内部電圧を生成する第2の内部電圧生成部を含むことを特徴とする半導体メモリ装置。
  13. 前記第1の電圧生成部は、前記第1の感知信号がイネーブルされると、前記第1の内部電圧を生成することを特徴とする請求項12に記載の半導体メモリ装置。
  14. 前記第2の電圧生成部は、制御信号がイネーブルされると、前記第2の感知信号に応じて前記第2の電圧を生成し、前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記制御信号をイネーブルさせる制御信号生成部をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体メモリ装置。
  15. 前記制御信号生成部は、パワーアップ信号がディセーブルされると、前記第1の感知信号に応じて前記制御信号を生成し、前記パワーアップ信号がイネーブルされ、前記第1の感知信号がディセーブルされると、前記制御信号をイネーブルさせてイネーブルされた前記制御信号を維持させることを特徴とする請求項14に記載の半導体メモリ装置。
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