JP3779403B2 - 半導体メモリ装置の電圧昇圧回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体メモリ装置の電圧昇圧回路に係り、特に電圧昇圧回路のセットアップ特性を向上させ、かつ、高過ぎる昇圧電圧がトランジスタのゲートに印加されることにより発生するゲート酸化膜の信頼度の特性低下を防止することのできるプレチャージ(precharge )手段を備える電圧昇圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置で信号がNMOSトランジスタを通過するとき、前記信号の電圧レベルはNMOSトランジスタのスレショルド電圧(以下、Vthという)ほど立下がって伝達される。これは、NMOSトランジスタのソース端子とゲート端子との電圧差がVthより低ければ、前記NMOSトランジスタがターンオフされるからである。したがって、電圧の立下がりを防止するため、前記NMOSトランジスタのゲートに少なくとも電源電圧(以下、VCCという)+Vth以上の昇圧された電圧を印加させることにより、信号がNMOSトランジスタを通過するとき、Vthほど電圧が立下がるとしても、VCCのレベルが完全に伝達されることができる。これにより、VCC+Vth以上の昇圧電圧を発生するため、電圧昇圧回路が用いられている。
【0003】
通常の電圧昇圧回路においては、所望の電圧レベルにセットアップを迅速に行うため、出力端にプレチャージ手段を用いる。前記プレチャージ手段によりプレチャージ電圧が立上がるほど、前記電圧昇圧回路は所望の昇圧電圧のレベルに迅速に至り、かつ、電圧昇圧の電流消耗量も低減する。
図1は従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。
【0004】
図1を参照すれば、前記電圧昇圧回路は、内部供給電圧Vintを受けて前記内部供給電圧Vintより高い昇圧電圧Vppを出力する電圧昇圧手段10と、前記電圧昇圧手段10の出力端に接続され、前記内部供給電圧Vintを受けて前記電圧昇圧手段10の出力端をプレチャージさせるプレチャージ手段20とを含む。ここで、前記内部供給電圧Vintは内部電圧発生回路(図示しない)の出力電圧であって、半導体メモリ装置の外部から印加される外部供給電圧Vextが所定の定電圧に立下がる電圧である。前記プレチャージ手段20は前記電圧昇圧手段10の出力端がソースに接続され、前記内部供給電圧Vintが共通に接続されたゲートとドレインに印加されるダイオード構造のNMOSトランジスタM1で構成される。
【0005】
図2は図1の昇圧電圧Vppプレチャージ電圧のレベルを示す図面である。
図2を参照して図1の従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路の動作を説明すると、次のとおりである。内部供給電圧Vintが前記プレチャージ手段20に供給されると、プレチャージ手段20がターンオンされることにより、前記電圧昇圧手段10の出力端がVint−Vthにプレチャージされる。その後、前記電圧昇圧手段10が動作して出力端に昇圧電圧Vppを出力させる。
【0006】
ところが、前記図1の従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路は、プレチャージレベルが内部供給電圧Vintより低いVint−Vthとなるため、セットアップ特性が不良であるという短所がある。
図3は他の従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。ここで、図1と同じ構成及び同じ動作を行う構成要素及び信号については同じ参照番号及び参照符号をつける。
【0007】
図3を参照すれば、前記電圧昇圧回路は、内部供給電圧Vintを受けて前記内部供給電圧Vintより高い昇圧電圧Vppを出力する電圧昇圧手段10と、前記電圧昇圧手段10の出力端に接続され、外部供給電圧Vextを受けて前記電圧昇圧手段10の出力端をプレチャージさせるプレチャージ手段30とを含む。前記プレチャージ手段30は前記電圧昇圧手段10の出力端がソースに接続され、前記外部供給電圧Vextが共通に接続されたゲートとドレインに印加されるダイオード構造のNMOSトランジスタM1で構成される。
【0008】
図4は図3の昇圧電圧Vppプレチャージ電圧レベルを示す図面である。
図4を参照して図3の他の従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路の動作を説明すると、次のとおりである。外部供給電圧Vextが前記プレチャージ手段30に供給されると、プレチャージ手段30がターンオンされることにより、前記電圧昇圧手段10の出力端が前記外部供給電圧Vextに比例してプレチャージされる。この際、前記プレチャージ手段30にダイオードを1つ用いる場合には、前記昇圧電圧手段10の出力端がVext−Vthにプレチャージされ、2つのダイオードを直立に接続して用いる場合には、前記昇圧電圧手段10の出力端がVext−2Vthにプレチャージされる。その後、前記電圧昇圧手段10が動作して出力端に昇圧電圧Vppを出力させる。
【0009】
前記図3のさらに他の従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路は、プレチャージレベルが内部供給電圧Vintより高いVext−VthまたはVext−2Vthとなるため、セットアップ特性が良好である。しかしながら、前記外部供給電圧Vextが高い領域では前記電圧昇圧回路の出力電圧である昇圧電圧Vppが高過ぎるので、高過ぎる昇圧電圧がトランジスタのゲートに直接印加されることにより、トランジスタのゲート酸化膜の信頼度特性を低下させるという問題があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は電圧昇圧回路のセットアップ特性を向上させ、かつ、ゲート酸化膜の信頼度の特性低下を防止することのできる新しいプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による電圧昇圧回路は、第1供給電圧を受けて前記第1供給電圧より高い昇圧電圧を出力する電圧昇圧手段と、前記第1供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第1プレチャージ手段と、第2供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第2プレチャージ手段とを含むことを特徴とする。
【0012】
望ましい実施例によれば、前記第2供給電圧は外部から印加される外部供給電圧であり、前記第1供給電圧は前記外部供給電圧が内部電圧発生回路で所定の電圧レベルに立下がることにより得られる内部供給電圧である。前記第1プレチャージ手段は前記第1供給電極と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される1つ以上のダイオードを含み、前記第2プレチャージ手段は前記第2供給電圧と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される2つ以上のダイオードを含んで、前記第2プレチャージ手段のダイオードの数が前記第1プレチャージ手段のダイオードの数より少なくとも1つ以上多いことを特徴とする。前記ダイオードはゲートとドレインが共通に接続されたNMOSトランジスタで構成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図5は本発明によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。ここで、図1及び図3と同じ構成及び同じ動作を行う構成要素と信号については同じ参照番号及び参照符号をつける。
【0014】
図5を参照すれば、前記本発明による電圧昇圧回路は、内部供給電圧Vintを受けて前記内部供給電圧Vintより高い昇圧電圧Vppを出力する電圧昇圧手段10と、前記電圧昇圧手段10の出力端に接続され、前記内部供給電圧Vintを受けて前記電圧昇圧手段10の出力端をプレチャージさせる第1プレチャージ手段20と、前記電圧昇圧手段10の出力端に接続され、外部供給電圧Vextを受けて前記電圧昇圧手段10の出力端をプレチャージさせる第2プレチャージ手段40とを含む。
【0015】
ここで、前記外部供給電圧Vextは半導体メモリ装置の外部から印加される電圧であり、前記内部供給電圧Vintは内部電圧発生回路(図示しない)の出力電圧であり、前記外部供給電圧Vextが前記内部電圧発生回路で一定の電圧レベルに立下がる電圧である。前記第1プレチャージ手段20は、前記電圧昇圧手段10の出力端と前記内部供給電圧Vintとの間に接続され、ゲートとドレインが共通に接続されたダイオード構造のNMOSトランジスタM1が少なくとも1つ以上直列に接続されて構成される。前記第2プレチャージ手段40は、前記電圧昇圧手段10の出力端と前記外部供給電圧Vextとの間に接続され、ゲートとドレインが共通に接続されたダイオード構造のNMOSトランジスタ(M2乃至Mn)が少なくとも2つ以上直列に接続されて構成される。前記第2プレチャージ手段40のトランジスタの数は前記第1プレチャージ手段20のトランジスタの数より少なくとも1つ以上多く、前記第2プレチャージ手段40のターンオン電圧Vtextは前記第1プレチャージ手段20のターンオン電圧Vtintより高いことを特徴とする。
【0016】
図6は図5の昇圧電圧Vppプレチャージ電圧レベルを示す図面である。
図6を参照して図5の本発明によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路の動作を説明すると、次のとおりである。まず、外部供給電圧Vextと内部供給電圧Vintが同一である第1区間では、ターンオン電圧が低い前記第1プレチャージ手段20が先にターンオンされるので、前記電圧昇圧手段10の出力端がVint−Vthにプレチャージされる。次に、前記外部供給電圧Vextは増えつつあるが、内部発生回路(図示せず)により前記内部供給電圧Vintが一定になる第2区間では、初期には前記第1プレチャージ手段20により電圧昇圧手段20の出力端がプレチャージされるが、その後にはターンオン電圧が高い前記第2プレチャージ手段40がターンオンされることにより、前記第2プレチャージ手段40により外部供給電圧Vextに比例するため、プレチャージレベルが上昇する。前記外部供給電圧Vextに応じて前記内部供給電圧Vintが再び立上がる第3区間では、前記電圧昇圧手段10の出力端が前記第2プレチャージ手段40により続けてVext−nVth(nは第2プレチャージ手段のトランジスタの数)にプレチャージされて前記外部供給電圧Vextに比例して立上がる。その後、電圧昇圧手段10が動作して出力端に昇圧電圧Vppを出力させる。
【0017】
したがって、上述した本発明による電圧昇圧回路は、外部供給電圧Vextと内部供給電圧Vintが同一である第1区間では、ターンオン電圧が低い第1プレチャージ手段20によりプレチャージが迅速に行われるので、電圧昇圧回路のセットアップ特性が良好である。かつ、外部供給電圧Vextは増えつつあるが、内部供給電圧Vintが一定な第2区間でも、前記第2プレチャージ手段40によりプレチャージレベルが上昇するので、電圧昇圧回路のセットアップ特性が優れる。かつ、外部供給電圧Vextに応じて前記内部供給電圧Vintが再び立上がる第3区間では、前記第2プレチャージ手段40により前記電圧昇圧手段10の出力端がVext−nVth(nは第2プレチャージ手段のトランジスタの数)にプレチャージされて前記外部供給電圧Vextに比例してプレチャージレベルも上昇するが、前記第2プレチャージ手段40のターンオン電圧が高いため、従来の技術に比べプレチャージのレベルは相対的に低くなる。
【0018】
【発明の効果】
これにより、前記電圧昇圧手段10が動作するとき、前記電圧昇圧手段10の出力である昇圧電圧Vppが過度に高くなることはない。したがって、前記昇圧電圧が印加されるトランジスタのゲート酸化膜の信頼度を確保することができる。
【0019】
かつ、本発明は前記の実施例に限るものでなく、本発明の技術的な思想内において当分野の通常の知識を持つ者により様々な変形が可能なのは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。
【図2】図1に示された電圧昇圧回路の信号波形図である。
【図3】従来の他の技術によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。
【図4】図3に示された電圧昇圧回路の信号波形図である。
【図5】本発明によるプレチャージ手段を備える電圧昇圧回路を示す図面である。
【図6】図5に示された電圧昇圧回路の信号波形図である。
【符号の説明】
10 電圧昇圧手段
20 第1プレチャージ手段
40 第2プレチャージ手段
Claims (6)
- 第1供給電圧を受けて前記第1供給電圧より高い昇圧電圧を出力する電圧昇圧手段と、
前記第1供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第1プレチャージ手段と、
第2供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第2プレチャージ手段とを含み、
前記第2プレチャージ手段は、前記第2供給電圧と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される2つ以上のダイオードを含み、
前記ダイオードは、ゲートとドレインが共通に接続されたNMOSトランジスタであることを特徴とする半導体メモリ装置の電圧昇圧回路。 - 前記第2供給電圧は、外部から印加される外部供給電圧であり、前記第1供給電圧は前記外部供給電圧が内部電圧発生回路で所定の電圧レベルに立下がることにより得られる内部供給電圧である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電圧昇圧回路。
- 前記第1プレチャージ手段は、前記第1供給電圧と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される1つ以上のダイオードを含む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電圧昇圧回路。
- 前記ダイオードは、ゲートとドレインが共通に接続されたNMOSトランジスタであ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電圧昇圧回路。
- 第1供給電圧を受けて前記第1供給電圧より高い昇圧電圧を出力する電圧昇圧手段と、
前記第1供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第1プレチャージ手段と、
第2供給電圧を受けて前記電圧昇圧手段の出力端をプレチャージさせる第2プレチャージ手段とを含み、
前記第1プレチャージ手段は、前記第1供給電極と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される1つ以上のダイオードを含み、前記第2プレチャージ手段は、前記第2供給電圧と前記電圧昇圧手段の出力端との間に直列接続される2つ以上のダイオードを含んで、前記第2プレチャージ手段のダイオードの数が前記第1プレチャージ手段のダイオードの数より少なくとも1つ以上多く、
前記ダイオードは、ゲートとドレインが共通に接続されたNMOSトランジスタであることを特徴とする半導体メモリ装置の電圧昇圧回路。 - 前記第2プレチャージ手段のターンオン電圧が前記第1プレチャージ手段のターンオン電圧より高いことを特徴とする請求項1または5に記載の半導体メモリ装置の電圧昇圧回路。
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