JP2016146725A - 電圧発生回路、レギュレータ回路、半導体記憶装置及び半導体装置 - Google Patents
電圧発生回路、レギュレータ回路、半導体記憶装置及び半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電源電圧よりも高い高電圧に昇圧するチャージポンプ回路2と、上記昇圧された高電圧を所定の目標電圧になるように制御する出力電圧制御回路3−1,3−2とを備えた高電圧発生回路であって、上記出力電圧制御回路は、少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路、もしくは少なくとも1つのオフセットフリーコンパレータ回路及び少なくとも1つの差動増幅器を備え、上記オフセットフリーコンパレータ回路は、上記高電圧に対応する電圧を入力するカップリングキャパシタと、上記カップリングキャパシタからの電圧を所定の基準電圧と比較して、比較結果電圧を上記チャージポンプ回路に出力する差動増幅器と、上記差動増幅器にそれぞれ接続され、上記差動増幅器のオフセットをキャンセルするための複数のスイッチとを備える。
【選択図】図6A
Description
(1)データを記憶する例えばフラッシュメモリアレイであるメモリセルアレイ20と、
(2)入出力バッファ31からのデータをメモリセルアレイ20に対してページ単位で書き込み、もしくはメモリセルアレイからのデータをページ単位で読み出して入出力バッファ31に出力するときに用いるページバッファ21と、
(3)指定アドレスに応答してメモリセルアレイ20のブロック及びワード線を指定するためのロウデコーダ22と、
(4)コントロールロジック35からの信号に基づいて当該不揮発性記憶装置のステータスを一時的に記憶して入出力バッファ31に出力し、レディ/ビジー信号(R/B信号)を発生してR/B信号端子42に出力するステータスレジスタ23と、
(5)入出力端子41を介して入出力されるデータを一時的に記憶する入出力バッファ31と、
(6)入出力バッファ31からのコマンドを復号化して符号化されたコマンドデータをコントロールロジック35に出力するコマンドデコーダ32と、
(7)入出力バッファ31からの指定アドレスを一時的に記憶するアドレスバッファ33と、
(8)外部電源電圧VCCに基づいて、電源オン時に当該半導体チップの動作をリセットするためのリセット信号を出力するパワーオンリセット回路36と、
(9)外部電源電圧端子44を介して印加される外部電源電圧VCCに基づいて所定の内部電源電圧用基準電圧VDDREFと所定の基準電圧VREFを発生する基準電圧発生回路10と、
(10)上記基準電圧VDDREFに基づいて内部電源電圧VDDを発生して各回路に供給する内部電源電圧発生回路11と、
(11)上記基準電圧VREFに基づいてデータの書き込み(プログラム)及び消去に必要な高電圧(HV)及び中間電圧(MV)を発生して出力する高電圧及び中間電圧発生及び制御回路12と、
(12)コマンドデコーダ32からのコマンドデータ、制御信号端子43を介して入力される制御信号、もしくはパワーオンリセット回路36からのリセット信号に基づいて、当該不揮発性記憶装置内の各回路(基準電圧発生回路10、内部電源電圧発生回路11、及び高電圧及び中間電圧発生及び制御回路12、ページバッファ21、ステータスレジスタ23を含む)に対して所定の制御を行うコントロールロジック35と、
を備えて構成される。
電源電圧よりも高い高電圧に昇圧するチャージポンプ回路と、
上記昇圧された高電圧を所定の目標電圧になるように制御する出力電圧制御回路とを備えた高電圧発生回路であって、
上記出力電圧制御回路は、少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路、もしくは少なくとも1つのオフセットフリーコンパレータ回路及び少なくとも1つの差動増幅器を備え、
上記オフセットフリーコンパレータ回路は、
上記高電圧に対応する電圧を入力するカップリングキャパシタと、
上記カップリングキャパシタからの電圧を所定の基準電圧と比較して、比較結果電圧を上記チャージポンプ回路に出力する差動増幅器と、
上記差動増幅器にそれぞれ接続され、上記差動増幅器のオフセットをキャンセルするための複数のスイッチとを備えたことを特徴とする。
上記2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも1つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを互いに交互に動作するように構成されたことを特徴とする。
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも2つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間が互いに重ならないように、かつ各オフセットフリーコンパレータ回路においてオフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを交互に動作するように構成されたことを特徴とする。
上記オフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも1つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを互いに交互に動作するように構成されたことを特徴とする。
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも2つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間が互いに重ならないように、かつ各オフセットフリーコンパレータ回路においてオフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを交互に動作するように構成されたことを特徴とする。
上記オフセットフリーコンパレータ回路に入力される基準電圧は、上記差動増幅器に入力される基準電圧よりも高いことを特徴とする。
入力電圧を所定の出力電圧に降圧させる電圧降圧回路と、
上記出力電圧を所定の目標電圧に制御する出力電圧制御回路とを備えたレギュレータ回路であって、
上記出力電圧制御回路は、少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路を備え、
上記各オフセットフリーコンパレータ回路は、
上記出力電圧に対応する電圧を入力するカップリングキャパシタと、
上記カップリングキャパシタからの電圧を所定の基準電圧と比較して、比較結果電圧を上記電圧降圧回路に出力する差動増幅器と、
上記差動増幅器にそれぞれ接続され、上記差動増幅器のオフセットをキャンセルするための複数のスイッチとを備えたことを特徴とする。
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路からの各比較結果電圧を電圧変換して、電圧変換後の各電圧をそれぞれ上記複数のMOSトランジスタのゲートに印加する複数のレベルシフタとをさらに備えたことを特徴とする。
図6Aは本発明の実施形態1に係る高電圧発生回路の構成例を示す回路図であり、図6Bは図6Aのコンパレータ回路3の構成例を示す回路図である。図6Aにおいて、高電圧発生回路は、アンドゲート1と、チャージポンプ回路2と、分圧抵抗R0,R1からなる分圧回路7と、例えばオフセットフリーコンパレータであり出力電圧制御回路を構成するコンパレータ回路3−1,3−2(総称して、符号3を付す。)と、インバータ4と、クロック発生回路50とを備えて構成される。なお、クロック発生回路50を後述する実施形態でも使用するが図示を省略する。
(B)オフセットキャンセル期間=チャージポンプ回路2が制御されないとき:スイッチS1はオフされ、スイッチS2はオンされ、スイッチS3は接点a側(基準電圧Vref)に切り替えられる。
図7Aは本発明の実施形態2に係る高電圧発生回路の構成例を示す回路図であり、図7Bは図7Aのコンパレータ回路3Aの構成例を示す回路図である。また、図7Cは図7Aのクロック発生回路51によって発生されるクロックCclk1,Cclk2のタイミングチャートである。
(1)チャージポンプ回路2A及びアンドゲート1Aをさらに備えた。
(2)アンドゲート1Aのためにインバータ5をさらに備えた。
(3)コンパレータ回路3−1,3−2に代えて、コンパレータ回路3A−1,3A−2(総称して、符号3Aを付す。)を備えた。
(4)クロック発生回路50に代えて、クロック発生回路51を備えた。なお、クロック発生回路51を後述する実施形態でも使用するが図示を省略する。
以下、相違点について詳述する。
図8は本発明の実施形態3に係る高電圧発生回路の構成例を示す回路図である。実施形態3に係る高電圧発生回路は、図8に示すように、図6Aの実施形態1に係る高電圧発生回路に比較して以下の点が異なる。
(1)コンパレータ回路3−1に代えて、実施形態2に係るコンパレータ回路3A−1を備えた。
(2)コンパレータ回路3−2に代えて、オフセットフリー機能を有しない通常のコンパレータである差動増幅器A2を備えた。なお、差動増幅器A2の非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力される。
(3)コンパレータ回路3A−1からの出力電圧Voと、差動増幅器A2からの出力電圧Voとの論理和演算を行ってイネーブル信号ENを発生してアンドゲート1の第2の第2の入力端子に出力するオアゲート6をさらに備えた。
(4)分圧回路7に代えて、抵抗R0と、抵抗r2と、抵抗R1a(=R1−r2)とが直列に接続されて構成される分圧回路7Aを備えた。ここで、抵抗R0と抵抗r2との接続点で分圧電圧Vdivを発生し、抵抗R1aと抵抗r2との接続点で分圧電圧Vdiv2を発生して差動増幅器A2の反転入力端子に入力される。
図9は本発明の実施形態4に係る高電圧発生回路の構成例を示す回路図である。実施形態4に係る高電圧発生回路は、図9に示すように、図8の実施形態3に係る高電圧発生回路に比較して以下の点が異なる。
(1)分圧回路7は実施形態1と同様に構成される。ここで、分圧電圧Vdivはコンパレータ回路3A−1及び差動増幅器A2の各反転入力端子に入力される。
(2)差動増幅器A2の非反転入力端子に入力される基準電圧として、上記基準電圧Vrefよりも低い基準電圧Vref2を用いる。基準電圧Vref2は例えば次式で表される。
図10Aは本発明の実施形態5に係るレギュレータ回路の構成例を示す回路図であり、図10Bは図10Aのコンパレータ回路3Bの構成例を示す回路図である。例えばNANDフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置では、前述したチャージポンプ回路を備えた高電圧発生回路からの出力電圧を用いて、高電圧(HV)から中間電圧(MV)までの間の種々の電圧を電圧レギュレータ回路を用いて発生しており、以下の実施形態では、これらに好適なレギュレータ回路について説明する。
図11Aは本発明の実施形態6に係るレギュレータ回路の構成例を示す回路図である。実施形態6に係るレギュレータ回路は、図11Aに示すように、図10Aの実施形態5に係るレギュレータ回路に比較して以下の点が異なる。
(1)NチャンネルMOSトランジスタQ1に代えて、電圧降圧回路を構成するPチャンネルMOSトランジスタQ2を備えた。なお、PチャンネルMOSトランジスタQ2の基板パッドは高電圧Vhvに接続される。
(2)コンパレータ回路3B−1,3B−2に入力される入力電圧が異なる。具体的には、分圧回路7からの分圧電圧Vdivはコンパレータ回路3B−1,3B−2の各非反転入力端子に入力され、所定の基準電圧Vrefはコンパレータ回路3B−1,3B−2の各反転入力端子に入力される。
図11Bは実施形態6の変形例に係るレギュレータ回路であって、図11Aに係る実施形態6の回路を、実施形態1を実施形態2に変えたのと同様に変えた回路であり、図11Aのレギュレータ回路に比較して以下の点が異なる。
(1)PチャンネルMOSトランジスタQ4をさらに備えた。なお、PチャンネルMOSトランジスタQ4の基板パッドは高電圧Vhvに接続される。
(2)コンパレータ回路3Bに代えてコンパレータ回路3Cを備えた。コンパレータ回路3Cはコンパレータ回路3Aと同様に構成されるが、電源端子に高電圧Vhvが印加されることが異なる。図示しないが他に電源Vddも備えても良い。各コンパレータ回路の出力はそれぞれPチャンネルMOSトランジスタQ2とQ4のゲートに接続される。
(3)2つのクロックCclk1,Cclk2を実施形態2と同様に備えた。
図12は本発明の実施形態7に係るレギュレータ回路の構成例を示す回路図である。実施形態7に係るレギュレータ回路は、図12に示すように、図11Aの実施形態6に係るレギュレータ回路に比較して以下の点が異なる。
(1)PチャンネルMOSトランジスタQ3及びNチャンネルMOSトランジスタQ4を備え、イネーブル信号ENをレベルシフト(昇圧)してMOSトランジスタQ2に印加するレベルシフタ8をさらに備えた。
(2)コンパレータ回路3B−1,3B−2に代えてコンパレータ回路3−1,3−2を備え、さらに入力される電源電圧と入力電圧が異なる。具体的には、電源電圧は電源Vddに替え、分圧回路7からの分圧電圧Vdivはコンパレータ回路3−1,3−2の各反転入力端子に入力され、所定の基準電圧Vrefはコンパレータ回路3−1,3−2の各非反転入力端子に入力される。
ここで、MOSトランジスタQ2〜Q4は電圧降圧回路を構成する。以下、相違点について詳述する。
図13は本発明の実施形態8に係るレギュレータ回路の構成例を示す回路図である。実施形態8に係るレギュレータ回路は、図13に示すように、図12の実施形態7に係るレギュレータ回路に比較して以下の点が異なる。
(1)レベルシフタ8に加えて、レベルシフト(昇圧)するレベルシフタ8Aをさらに備えた。
(2)レベルシフタ8のためのPチャンネルMOSトランジスタQ5、及びレベルシフタ8AのためのPチャンネルMOSトランジスタQ6をさらに備えた。ここで、MOSトランジスタQ5,Q6は入力電圧と出力電圧との間において、MOSトランジスタQ2と直列に接続されかつ互いに並列に接続される。なお、レベルシフタ8,8Aは高電圧Vhvで駆動される。
(3)コンパレータ回路3−1,3−2に代えてコンパレータ回路3A−1,3A−2を備える。
図14Aは本発明の実施形態9に係る高電圧発生回路の構成例を示す回路図であり、図14Bは図14Aのコンパレータ回路3Dの構成例を示す回路図である。また、図14Cは図14Aのクロック発生回路52によって発生されるクロックCclk1〜Cclk4のタイミングチャートとコンパレータ回路3D−1、3D−2のスイッチの接続を示す図である。
(1)コンパレータ回路3−1,3−2に代えて、コンパレータ回路3D−1,3D−2(総称して、符号3Dを付す。)を備えた。
(2)キャパシタCoをコンパレータ回路3Dの出力端にさらに備えた。
(3)クロック発生回路50に代えて、クロック発生回路52を備えた。また、これに合わせ、インバータ4は削除した。
以下、相違点について詳述する。
図15Aは従来例に係るフラッシュメモリのウエハテスト処理の一例を示すフローチャートである。図15Bは実施形態に係る高電圧発生回路及びレギュレータ回路を用いた場合におけるフラッシュメモリのウエハテスト処理の一例を示すフローチャートである。
(1)高電圧(HV)、中間電圧(MV)及び低電圧(LV)のための基準電圧Vref,発振回路のための基準電圧Vref、並びにスタンバイ回路のための基準電圧Vref;
(2)プログラム(データ書き込み)及びデータ消去のための高電圧(HV);
(3)プログラム(データ書き込み)、データ消去及びデータ読み出しのための中間電圧圧(MV);並びに
(4)複数の制御信号のレベルを供給するための低電圧(LV)。
以上の実施形態においては、高電圧発生回路について説明しているが、本発明はこれに限らず、少なくとも基準電圧Vrefよりも高い電圧を発生する電圧発生回路で構成してもよい。
2,2A…チャージポンプ回路、
3,3A,3B,3C,3D,3−1,3−2,3A−1,3A−2,3B−1,3B−2,3C−1,3C−2,3D−1,3D−2…コンパレータ回路、
4,5…インバータ、
6…オアゲート、
7,7A…分圧回路、
8,8A…レベルシフタ、
50,51…クロック発生回路、
A1,A2…差動増幅器、
Cs…入力キャパシタ、
Co…キャパシタ、
Q1〜Q6…MOSトランジスタ、
R0,R1,R1a,r2…抵抗、
S1,S2,S3,S1a…スイッチ。
Claims (19)
- 電源電圧よりも高い高電圧に昇圧するチャージポンプ回路と、
上記昇圧された高電圧を所定の目標電圧になるように制御する出力電圧制御回路とを備えた高電圧発生回路であって、
上記出力電圧制御回路は、少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路、もしくは少なくとも1つのオフセットフリーコンパレータ回路及び少なくとも1つの差動増幅器を備え、
上記オフセットフリーコンパレータ回路は、
上記高電圧に対応する電圧を入力するカップリングキャパシタと、
上記カップリングキャパシタからの電圧を所定の基準電圧と比較して、比較結果電圧を上記チャージポンプ回路に出力する差動増幅器と、
上記差動増幅器にそれぞれ接続され、上記差動増幅器のオフセットをキャンセルするための複数のスイッチとを備えたことを特徴とする電圧発生回路。 - 上記出力電圧制御回路は2つのオフセットフリーコンパレータ回路を備え、
上記2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも1つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを互いに交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の電圧発生回路。 - 上記出力電圧制御回路は少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路を備え、
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも2つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間が互いに重ならないように、かつ各オフセットフリーコンパレータ回路においてオフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の電圧発生回路。 - 上記出力電圧制御回路は1つのオフセットフリーコンパレータ回路及び1つの差動増幅器を備え、
上記オフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも1つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを互いに交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の電圧発生回路。 - 上記出力電圧制御回路は少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路及び少なくとも1つの差動増幅器を備え、
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも2つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間が互いに重ならないように、かつ各オフセットフリーコンパレータ回路においてオフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の電圧発生回路。 - 上記高電圧を所定の対応する分圧電圧に分圧して上記出力電圧制御回路に出力する分圧回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の電圧発生回路。
- 上記分圧回路は、上記高電圧を、所定の対応する第1の分圧電圧及び上記第1の分圧電圧よりも低い第2の分圧電圧に分圧し、上記第1の分圧電圧を上記差動増幅器に出力し、上記第2の分圧電圧を上記オフセットフリーコンパレータ回路に出力することを特徴とする請求項6記載の電圧発生回路。
- 上記分圧回路は、上記分圧電圧を上記オフセットフリーコンパレータ回路及び上記差動増幅器に出力し、
上記オフセットフリーコンパレータ回路に入力される基準電圧は、上記差動増幅器に入力される基準電圧よりも高いことを特徴とする請求項6記載の電圧発生回路。 - 入力電圧を所定の出力電圧に降圧させる電圧降圧回路と、
上記出力電圧を所定の目標電圧に制御する出力電圧制御回路とを備えたレギュレータ回路であって、
上記出力電圧制御回路は、少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路を備え、
上記各オフセットフリーコンパレータ回路は、
上記出力電圧に対応する電圧を入力するカップリングキャパシタと、
上記カップリングキャパシタからの電圧を所定の基準電圧と比較して、比較結果電圧を上記電圧降圧回路に出力する差動増幅器と、
上記差動増幅器にそれぞれ接続され、上記差動増幅器のオフセットをキャンセルするための複数のスイッチとを備えたことを特徴とするレギュレータ回路。 - 上記出力電圧を所定の対応する分圧電圧に分圧して上記出力電圧制御回路に出力する分圧回路をさらに備えたことを特徴とする請求項9記載のレギュレータ回路。
- 上記2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも1つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを互いに交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項9又は10記載のレギュレータ回路。
- 上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路は、少なくとも2つのクロックを用いて、オフセットキャンセル期間が互いに重ならないように、かつ各オフセットフリーコンパレータ回路においてオフセットキャンセル期間とコンパレータ動作期間とを交互に動作するように構成されたことを特徴とする請求項9又は10記載のレギュレータ回路。
- 上記電圧降圧回路は、NチャンネルMOSトランジスタ又はPチャンネルMOSトランジスタである第1のMOSトランジスタを含むことを特徴とする請求項9〜12のうちのいずれか1つに記載のレギュレータ回路。
- 上記比較結果電圧を電圧変換して、電圧変換後の電圧を上記第1のMOSトランジスタのゲートに印加する少なくとも1つのレベルシフタをさらに備えたことを特徴とする請求項13記載のレギュレータ回路。
- 上記入力電圧と上記出力電圧との間において、上記第1のMOSトランジスタと直列にそれぞれ接続されかつ互いに並列に接続される少なくとも2つのMOSトランジスタと、
上記少なくとも2つのオフセットフリーコンパレータ回路からの各比較結果電圧を電圧変換して、電圧変換後の各電圧をそれぞれ上記複数のMOSトランジスタのゲートに印加する複数のレベルシフタとをさらに備えたことを特徴とする請求項13記載のレギュレータ回路。 - 請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の電圧発生回路を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
- 請求項1〜8のうちのいずれか1つに記載の電圧発生回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項9〜15のうちのいずれか1つに記載のレギュレータ回路を備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
- 請求項9〜15のうちのいずれか1つに記載のレギュレータ回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
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