JP4080043B2 - Booster circuit, semiconductor memory device, and data processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプの改良技術に関し、例えばフラッシュメモリ及びそれをプログラムメモリとして内蔵するマイクロコンピュータに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、不揮発性半導体記憶素子(メモリセル)をアレイ状に配置し、メモリセル群のコントロールゲート共通線すなわち、同一ワード線に接続する当該メモリセル群(セクタ)の電気的書き換え(電気的消去、電気的書き込み)を行う不揮発性メモリにおいて、ワード線に正または負の高電圧を印加することにより、ワード線単位の消去を可能とする方式が提案されている。これについては例えば、「Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers pp77-78 1991」、「Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers pp85-86 1991」に記載されている。また、そのような半導体記憶装置においては、外部から供給された高電位側電源Vccレベルを昇圧回路で昇圧して、内部回路に供給される高電圧を得ている。昇圧回路には、チャージポンプが適用される。チャージポンプについては、特開平8−149801号公報がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
チャージポンプでは、例えば図11に示されるように、それぞれダイオード接続された3個のnチャンネル型MOSトランジスタ(ここではデプレッション型)11,12,13が直列接続され、この直列接続ノードにチャージポンプ容量CpR1,CpR2が接続され、このチャージポンプ容量CpR1,CpR2の他端にそれぞれ電圧Vc1,Vc2がパルス状に供給されることで、平滑容量CsRの端子に昇圧電圧VccRが得られる。
【0004】
チャージポンプから出力される高電圧のレベルを一定に保つために、チャージポンプから出力される高電圧のレベルを検出してそれを基準電圧と比較し、その比較結果に基づいてチャージポンプの動作を制御している。つまり、チャージポンプから出力される高電圧のレベルが所定値を越える場合には、チャージポンプへのクロック供給を停止させることによって、チャージポンプのスイッチング動作を停止させるようにしている。
【0005】
しかしながら、昇圧回路の能力を上げるため、デプレッション型のMOSトランジスタを使用してチャージポンプを形成したところ、チャージポンプのスイッチングが停止されると各容量間で電荷が逆流し、電荷転送効率が悪くなって消費電流が増大してしまう。また、そのため、リプル(電圧変動)が生じ易く、さらには高電圧のレベルが不所望に低下されてしまうおそれがある。
【0006】
本発明の目的は、チャージポンプを含む昇圧回路の消費電力の低減を図ることにある。
【0007】
本発明の別の目的は、出力電圧のリプルの低減を図るための技術を提供することにある。
【0008】
本発明の別の目的は、上記昇圧回路を備えた半導体記憶装置やそれを内蔵するデータ処理装置を提供することにある。
【0009】
本発明の上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。
【0010】
【課題を解決するための手段】
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。
【0011】
すなわち、入力電圧を昇圧するためのチャージポンプ(20A,20B)と、このチャージポンプの出力電圧を平滑するための平滑容量(C)とを含んで昇圧回路が構成されるとき、上記チャージポンプの出力電圧と、基準電圧とを比較するための比較回路(50A,50B)と、上記比較回路の比較結果をレベル変換する変換回路(40A,40B)と、上記変換回路の出力信号に基づいて、上記チャージポンプの出力端子に電流が逆流されるのを阻止するための逆流防止回路(31A,31B)とを設ける。
【0012】
上記した手段によれば、逆流防止回路は、上記変換回路の出力信号に基づいて、上記チャージポンプの出力端子に電流が逆流されるのを阻止する。このことが、チャージポンプを含む昇圧回路の消費電力の低減化やリプルの低減化をを達成する。
【0013】
このとき、上記逆流防止回路は、上記チャージポンプによって形成される電圧の伝達経路上に設けられたMOSトランジスタによって容易に形成することができる。
【0014】
上記チャージポンプが、互いに直列接続された複数のトランジスタ(21〜24,91〜94)と、この複数のトランジスタの直列接続ノードに結合されたチャージポンプ容量(C1〜C3)とを含んで構成されるとき、電源側への逆流を阻止するためには、上記トランジスタとそれの電源との間に、電源側への逆流を阻止するための第2の逆流防止回路(32A,32B)を設けるとよい。
【0015】
また、上記チャージポンプ容量間の逆流を阻止するため、上記複数のトランジスタ間に上記チャージポンプ容量への逆流を阻止するための第3の逆流防止回路(33A,34A,33B,34B)を設けるとよい。
【0016】
そして、入力された電圧を内部で昇圧する内部昇圧手段を含み、上記内部昇圧手段の昇圧出力を書き込み又は消去動作に使用する半導体記憶装置において、上記内部昇圧手段として上記した昇圧回路(SUPP)を適用することができる。
【0017】
さらに、そのような半導体記憶装置(FMRY)を含んでデータ処理装置を構成することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図12には、本発明にかかるデータ処理装置の一例であるシングルチップマイクロコンピュータが示される。同図に示されるシングルチップマイクロコンピュータ10は、フラッシュメモリFMRY、CPU12、DMAC13、バスコントローラ(BSC)14、ROM15、RAM16、タイマ17、シリアルコミュニケーションインタフェース(SCI)18、第1乃至第9入出力ポートIOP1〜IOP9、クロック発振器(CPG)19の機能ブロック乃至はモジュールから構成され、公知の半導体製造技術により1つの半導体基板上に半導体集積回路として形成される。
【0019】
上記シングルチップマイクロコンピュータ10は、電源端子として、グランドレベル端子Vss、電源電圧レベル端子Vcc、その他専用制御端子として、リセット端子RES、スタンバイ端子STBY、モード制御端子MODE、クロック入力端子EXTAL、XTALを有する。それらは外部端子である。
【0020】
クロック入力端子EXTAL、XTALに接続される、図示はされない水晶振動子に基づいて、クロック発振器9が生成するシステムクロックに同期して、シングルチップマイクロコンピュータ10は動作する。あるいは外部クロックをEXTAL端子に入力してもよい。システムクロックの1周期を1ステートと呼ぶ。
【0021】
上記機能ブロックは、内部バスによって相互に接続される。内部バスはアドレスバス・データバスの他、リード信号、ライト信号、さらにバスサイズ信号、そしてシステムクロックなどを含む制御バスなどによって構成される。内部アドレスバスには、IAB、PABが存在し、内部データバスにはIDB、PDBが存在する。IAB、IDBはフラッシュメモリFMRY、CPU12、ROM15、RAM16、バスコントローラ14、入出力ポートIOP1〜IOP9の一部に接続される。PAB、PDBはバスコントローラ14、タイマ17、SCI18、入出力ポートIOP1〜9に接続される。IABとPAB、IDBとPDBは、それぞれバスコントローラ14でインタフェースされる。特に制限されないが、PABとPDBはそれが接続されている機能ブロック内のレジスタアクセスに専ら用いられる。
【0022】
入出力ポートIOP1〜IOP9は、外部バス信号と、入出力回路の入出力信号との入出力に兼用とされている。これらは、動作モードあるいはソフトウエアの設定により、機能を選択されて、使用される。外部アドレス、外部データは、それぞれ、これらの入出力ポートに含まれる図示しないバッファ回路を介してIAB、IDBと接続されている。PAB、PDBは入出力ポートやバスコントローラ14などの内蔵レジスタをリード/ライトするために使用され、外部バスとは直接の関係はない。
【0023】
上記リセット端子RESにシステムリセット信号が加えられると、モード制御端子MODEで与えられる動作モードを取り込み、シングルチップマイクロコンピュータ(以下単にマイクロコンピュータとも記す)10はリセット状態にされる。動作モードは、特に制限はされないものの、内蔵ROM15の有効/無効、アドレス空間を16Mバイトまたは1Mバイト、データバス幅の初期値を8ビットまたは16ビットの何れにするかなどを決定する。必要に応じてモード制御端子MODEは複数端子とされ、これらの端子への入力状態の組合せで動作モードが決定される。
【0024】
リセット状態を解除すると、CPU12は、スタートアドレスをリードして、このスタートアドレスから命令のリードを開始するリセット例外処理を行なう。上記スタートアドレスは、特に制限はされないものの0番地から始まる領域に格納されているものとする。その後、CPU12は上記スタートアドレスから順次命令を実行する。
【0025】
このマイクロコンピュータ10においてフラッシュメモリFMRYはユーザプログラム、チューニング情報、データテーブルなどを適宜格納する。ROM15は、特に制限されないが、OSのようなシステムプログラムが格納される。
【0026】
ここで、CPU12によるフラッシュメモリFMRYの動作制御について説明する。フラッシュメモリFMRYは内部バスIAB,IDBに結合され、CPU12などによってアクセス可能にされる。すなわち、CPU12は、書き込み/消去制御レジスタWEREGに対する制御情報の設定、メモリセルMCからデータを読み出すための読み出し動作を指示するときの上記制御信号READの供給、アドレス信号の供給、書き込みデータの供給を制御する。消去ベリファイ及び書き込みベリファイのためのリード動作の指示はCPU12が行い、読み込んだデータをCPU12がベリファイする。
【0027】
リセット端子RESへのリセットの指示はシステム上に配置されたリセット回路から与えられる。当該図示しないリセット回路は、パワーオンリセット又は図示しないシステム上に配置されたリセットボタンの押下操作、あるいはマイクロコンピュータ10からに指示に基づいて、リセット端子RESへのリセットを指示する。
【0028】
特に制限されないが、マイクロコンピュータ10は、複数ビットから成るモード信号MODEが所定の値にされるとフラッシュメモリFMRYに対する外部からの直接アクセスを可能にする動作モードが設定される。この動作モードにおいて、CPU12は外部に対する実質的な制御動作が停止若しくはCPU12と内部バスIDB,IABとの接続が切り離され、フラッシュメモリFMRYは例えば入出力ポートIOP1及びIOP2を介して外部から直接アクセス可能にされる。この動作モードにおいてマイクロコンピュータは見掛けフラッシュメモリFMRYの単体チップと等価にされる。したがって、フラッシュメモリFMRYに対する上記全てのアクセス制御情報は図示しない外部のデータプロセッサなどから供給されることになる。
【0029】
したがって、マイクロコンピュータ10に内蔵されたフラッシュメモリFMRYに対してプログラムやデータを最初に書込む動作は、EPROMライタのような書き込み装置を用いて能率的に行ったり、あるいは内蔵CPU12の制御で行ったりすることができる。後者にあってはマイクロコンピュータが回路基板に実装された状態(オンボード状態)でも書換えが可能であることを意味する。
【0030】
図13には上記フラッシュメモリFMRYの構成例が示される。同図に示されるフラッシュメモリFMRYは、8ビットのデータ入出力端子D0〜D7を有し、各データ入出力端子毎にメモリアレイARY0〜ARY7を備える。各メモリアレイARY0〜ARY7は同じ様に構成され、それらによって一つのメモリセルアレイを成す。
【0031】
それぞれのメモリアレイARY0〜ARY7にはそれぞれ2層ゲート構造の絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって構成されたメモリセルがマトリクス配置されて成るメモリセル群SMを有する。
【0032】
同図においてW11〜Wijは、全てのメモリアレイARY0〜ARY7に共通のワード線である。同一行に配置されたメモリセルのコントロールゲートは、それぞれ対応するワード線に接続される。
【0033】
上記ソース線SLにはインバータ回路のような電圧出力回路VOUTから消去に利用される高電圧Vppが供給される。電圧出力回路VOUTの出力動作は、消去制御回路ECONTから出力される消去信号ERASE*(信号*は信号反転もしくはローイネーブルを示す)によって制御される。すなわち、消去信号ERASE*のローレベル期間に、電圧出力回路VOUTは高電圧Vppをソース線SLに供給して全てのメモリセルMCのソース領域に消去に必要な高電圧を供給する。これによって、フラッシュメモリFMRYは全体が一括消去可能にされる。
【0034】
上記ワード線W11〜Wijの選択は、XアドレスラッチXALATを介して取り込まれるXアドレス信号AXをXアドレスデコーダXADECが解読することによって行われる。ワードドライバWDRVはXアドレスデコーダXADECから出力される選択信号に基づいてワード線を駆動する。データ読み出し動作においてワードドライバWDRVは、電圧選択回路VSELから供給される3Vのような電圧Vccと0Vのような接地電位とを電源として動作され、選択されるべきワード線を電圧Vccによって選択レベルに駆動し、非選択とされるべきワード線を接地電位のような非選択レベルに維持させる。データの書き込み動作においてワードドライバWDRVは、−9Vのような電圧Vppと0Vのような接地電位とを電源として動作され、選択されるべきワード線を−9Vのような書き込み用高電圧レベルに駆動する。データの消去動作においてワードドライバWDRVの出力は9Vとされる。
【0035】
ワードドライバWDRVなどから出力される9V(あるいは−9V)などは、昇圧回路SUPPで昇圧することで生成され、それが上記電圧選択回路VSELや電圧出力回路VOUTに供給される。この昇圧回路SUPPについては後に詳述する。
【0036】
それぞれのメモリアレイARY0〜ARY7において上記データ線DL0〜DL7はY選択スイッチYS0〜YS7を介して共通データ線CDに共通接続される。Y選択スイッチYS0〜YS7のスイッチ制御は、YアドレスラッチYALATを介して取り込まれるYアドレス信号AYをYアドレスデコーダYADECが解読することによって行われる。YアドレスデコーダYADECの出力選択信号は全てのメモリアレイARY0〜ARY7に共通に供給される。したがって、YアドレスデコーダYADECの出力選択信号のうちの何れか一つが選択レベルにされることにより、各メモリアレイARY0〜ARY7の共通データ線CDには1本のデータ線が接続される。
【0037】
メモリセルMCから共通データ線CDに読み出されたデータは選択スイッチRSを介してセンスアンプSAに与えられ、ここで増幅されて、データ出力バッファDOBを介してデータバスに出力される。上記選択スイッチRSは読み出し信号READによってスイッチ制御される。
【0038】
外部から供給される書き込みデータはデータ入力バッファDIBを介してデータ入力ラッチDILに保持される。データ入力ラッチDILに保持されたデータが”0”のとき、書き込み回路WRは選択スイッチWSを介して共通データ線CDに書き込み用の高電圧を供給する。この書き込み用高電圧はY選択スイッチYS0〜YS7によって選択された何れかのデータ線を通して、ワード線によってコントロールゲートに高電圧が印加されるメモリセルのドレインに供給され、これによって当該メモリセルが書き込みされる。上記選択スイッチWSは制御信号WRITEによってスイッチ制御される。書き込みの各種タイミングや電圧の選択制御のような書き込み動作手順は書き込み制御回路WCONTが制御する。この書き込み制御回路WCONTに対する書き込み動作の指示や書き込みベリファイ動作の指示、そして上記消去制御回路ECONTに対する消去動作の指示や消去ベリファイ動作の指示は、書き込み/消去用の制御レジスタWEREGが与える。この制御レジスタWEREGはデータバスに接続可能にされ、外部から制御データの書き込みが可能にされる。
【0039】
上記制御レジスタWEREGは、Vppビット、PVビット、Pビット、及びEビットを有する。Pビットは書き込み動作の指示ビットとされる。Eビットは消去動作の指示ビットとされる。Vppビット及びEビットが設定されることによって、これを参照する消去制御回路ECONTが所定の手順に従って消去のための内部動作を制御する。また、Vppビット及びPビットが設定されることにより、これを参照する書き込み制御回路WCONTが所定の手順に従って書き込みのための内部動作を制御する。消去及び書き込みのための内部動作は所定レベルの電圧を形成することによって行われる。消去ベリファイ動作は消去されたメモリセルに対して読み出し動作を行って消去が完了したか否かを検証する動作とされ、書き込みベリファイ動作は書き込みされたメモリセルから当該書き込みデータを読み出してこれを書き込みデータと比較することによって書き込みが完了したか否かを検証する動作とされる。これらベリファイ動作は外部のCPU又はデータプロセッサがフラッシュメモリに対するリードサイクルを起動して行われる。
【0040】
図1には昇圧回路SUPPの構成例が示される。
【0041】
図1に示される回路は、高電位側電源Vccに基づいて正の高電圧を昇圧する回路であり、基本的には、入力電圧をスイッチング動作により昇圧するためのチャージポンプ20A、このチャージポンプ20Aへの電流が逆流するのを防止するための逆流防止回路31Aこの昇圧回路SUPPの出力VccRと基準電圧Vrefとを比較するための比較回路50Aと、及びこの比較回路50Aの比較結果をレベル変換して上記逆流防止回路31Aの制御信号を生成するためのレベル変換回路40Aとを含んで成る。
【0042】
チャージポンプ20Aは次のように構成される。
【0043】
ダイオード接続されたnチャンネル型MOSトランジスタ(ここではデプレッション型)21,22,23,24が直列接続され、このMOSトランジスタの直列接続ノードにチャージポンプ容量C1,C2,C3が結合される。nチャンネル型MOSトランジスタ21の一端に高電位側電源Vccが供給される。
【0044】
一方、クロック信号CLKと昇圧回路制御信号CNTNと、上記比較回路50Aの出力信号とのナンド論理を得るためのナンドゲート25が設けられ、それの後段には、信号反転のためのインバータ26〜30が配置されている。ナンドゲート25からチャージポンプ容量C1までの間にはインバータ26,27,28が介在され、ナンドゲート25からチャージポンプ容量C2までの間にはインバータ26,29が介在され、ナンドゲート25からチャージポンプ容量C3までの間にはインバータ26,27,30が介在される。
【0045】
逆流防止回路31Aは、特に制限されないが、図2(a)に示されるように、1個のpチャンネル型MOSトランジスタによって形成される。このpチャンネル型MOSトランジスタのドレイン電極dはチャージポンプ20Aの出力端子に結合され、ソース電極sは昇圧回路SUPPの出力ラインに結合される。さらに基板N−Wellはソース電極sに結合される。ゲート電極gにはレベル変換回路40Aの出力電圧が供給され、このレベル変換回路40Aの出力電圧によってオン・オフ制御が行われるようになっている。図2(b)には上記逆流防止回路31Aを形成するpチャンネル型MOSトランジスタの断面が示される。
【0046】
レベル変換回路40Aは、pチャンネル型MOSトランジスタ41,43、及びnチャンネル型MOSトランジスタ42,44とが結合されて成る。pチャンネル型MOSトランジスタ41とnチャンネル型MOSトランジスタ42とが直列接続され、また、pチャンネル型MOSトランジスタ43とnチャンネル型MOSトランジスタとが直列接続される。pチャンネル型MOSトランジスタ41,43のソース電極は昇圧回路SUPPの出力ラインに結合される。pチャンネル型MOSトランジスタ41とnチャンネル型MOSトランジスタ42との直列接続ノードはpチャンネル型MOSトランジスタ43のゲート電極に結合されるとともに、上記逆流防止回路31Aを形成するMOSトランジスタのゲート電極に結合される。pチャンネル型MOSトランジスタ43とnチャンネル型MOSトランジスタ44との直列接続ノードはpチャンネル型MOSトランジスタ41のゲート電極に結合される。nチャンネル型MOSトランジスタ42,44のソース電極はグランドライン(Vssライン)に結合されている。
【0047】
比較回路50Aは次のように構成される。
【0048】
昇圧回路SUPPの出力電圧VccRのレベルを検出するために抵抗r1,r2が直列接続される。抵抗r1の他端は昇圧回路SUPPの出力ラインに結合され、抵抗r1,r2の直列接続ノードの電圧Vnは、nチャンネル型MOSトランジスタ55のゲート電極に印加される。この電圧Vnは、次式によって示される。
【0049】
Vn=VccR・r2/(r1+r2)
nチャンネル型MOSトランジスタ55とnチャンネル型MOSトランジスタ57が差動結合される。このnチャンネル型MOSトランジスタ55,57のソース電極はnチャンネル型MOSトランジスタ58を介してグランドライン(Vssライン)へ接続されている。nチャンネル型MOSトランジスタ55,57のドレイン電極は、それぞれpチャンネル型MOSトランジスタ55,57を介して高電位側電源Vccに結合されている。pチャンネル型MOSトランジスタ54にはpチャンネル型MOSトランジスタ53が並列接続されている。このpチャンネル型MOSトランジスタ53のゲート電極及びnチャンネル型MOSトランジスタ58のゲート電極には、昇圧回路制御信号CNTNが入力されるようになっている。昇圧回路制御信号CNTNがハイレベルとされるとき、nチャンネル型MOSトランジスタ58がオンされ、pチャンネル型MOSトランジスタ53がオフされて、回路は、昇圧回路SUPPの出力電圧VccRと基準電圧Vrefとの比較が行われる。つまり、nチャンネル型MOSトランジスタ57のゲート電極に基準電圧Vrefが供給され、そして、上記抵抗r1,r2の直列接続ノードの電圧(分圧レベル)がnチャンネル型MOSトランジスタ55のゲート電極に供給されることにより、上記抵抗r1,r2の直列接続ノードの電圧(分圧レベル)Vnと基準電圧Vrefとの比較が行われる。pチャンネル型MOSトランジスタ54とnチャンネル型MOSトランジスタ55との直列接続ノードの論理レベルは、インバータ52を介してレベル変換回路40A内のnチャンネル型MOSトランジスタ44のゲート電極に伝達される。この信号はCT1で示される。また、この信号CT1が後段のインバータ51で反転されてから上記レベル変換回路40A内のnチャンネル型MOSトランジスタ42のゲート電極に伝達される。この信号はCT2とされる。
【0050】
次に動作を説明する。
【0051】
図9には図1に示される昇圧回路における主要部の動作タイミングが示される。
【0052】
昇圧回路制御信号CNTNがローレベルとされるとき、ナンドゲート25が非活性状態とされるから、クロック信号CLKがチャージポンプに伝達されず、チャージポンプ20Aは動作されない。また、このとき、nチャンネル型MOSトランジスタ58がオフされ、pチャンネル型MOSトランジスタ53がオンされることで、比較動作は停止されている。
【0053】
昇圧回路制御信号CNTNがハイレベルにされると、クロック信号CLKに同期してチャージポンプ20Aが動作され、チャージポンプ20Aの出力電圧が平滑容量Cに伝達される。それによって昇圧回路SUPPの出力電圧VccR及び抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが上昇される。抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが基準電圧Vrefより低い場合(Vn<Vref)、インバータ52の出力信号CT1はローレベル、インバータ51の出力信号CT2はハイレベルとされる。このとき、レベル変換回路40Aの出力信号はローレベルとされ、逆流防止回路31Aを形成するMOSトランジスタはオン状態とされる。
【0054】
チャージポンプ20Aの動作により、昇圧回路SUPPの出力電圧VccR及び抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが上昇され、抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが基準電圧Vrefより高くなった場合(Vn>Vref)、インバータ52の出力信号CT1はハイレベル、インバータ51の出力信号CT2はローレベルとされる。インバータ51の出力信号CT2がローレベルとされると、ナンドゲート25が非活性状態とされてチャージポンプ20Aの動作が停止される。また、インバータ51の出力信号CT2がローレベルとされると、レベル変換回路40Aの出力信号がハイレベルとされ、逆流防止回路31Aを形成するMOSトランジスタはオフ状態とされるため、出力電圧VccRによる電荷がチャージポンプ20Aに逆流されるのが阻止される。このため、出力電圧VccRの電流消費が抑えられ、昇圧回路20Aの効率向上を図ることができる。また、チャージポンプ20Aへの逆流に起因する電圧低下(リプル)の軽減を図ることができ、メモリ回路のワード線などを駆動するための電源の安定化を図ることができる。
【0055】
図3には、低電位側電源Vssに基づいて負の高電圧を昇圧する回路構成が示される。図3に示される回路は、基本的には、入力電圧(グランドレベル)をスイッチング動作により昇圧するためのチャージポンプ20B、このチャージポンプ20Bへの電流が逆流するのを防止するための逆流防止回路31B、この昇圧回路SUPPの出力VccMと基準電圧(グランドレベル)とを比較するための比較回路50Bと、及びこの比較回路50Bの比較結果をレベル変換して上記逆流防止回路31Bの制御信号を生成するためのレベル変換回路40Bとを含んで成る。
【0056】
チャージポンプ20Bは次のように構成される。
【0057】
ダイオード接続されたpチャンネル型MOSトランジスタ(ここではデプレッション型)91,92,93,94が直列接続され、このMOSトランジスタの直列接続ノードにチャージポンプ容量C1,C2,C3が結合される。pチャンネル型MOSトランジスタ91の一端に低電位側電源Vssが供給される。
【0058】
一方、クロック信号CLKと昇圧回路制御信号CNTNと、上記比較回路50Bの出力信号とのナンド論理を得るためのナンドゲート25が設けられ、それの後段には、信号反転のためのインバータ26〜30が配置されている。ナンドゲート25からチャージポンプ容量C1までの間にはインバータ26,27,28が介在され、ナンドゲート25からチャージポンプ容量C2までの間にはインバータ26,29が介在され、ナンドゲート25からチャージポンプ容量C3までの間にはインバータ26,27,30が介在される。
【0059】
逆流防止回路31Bは、特に制限されないが、図4(a)に示されるように、1個のnチャンネル型MOSトランジスタによって形成される。このnチャンネル型MOSトランジスタのドレイン電極dはチャージポンプ20Bの出力ラインに結合され、ソース電極Sは昇圧回路SUPPの出力端子に結合される。さらに基板P−Wellはソース電極sに結合される。ゲート電極にはレベル変換回路40Bの出力電圧が供給され、このレベル変換回路40Bの出力電圧によってオン・オフ制御が行われるようになっている。図4(b)には上記逆流防止回路31Bを形成するnチャンネル型MOSトランジスタの断面が示される。
【0060】
レベル変換回路40Bは、pチャンネル型MOSトランジスタ41,43、及びnチャンネル型MOSトランジスタ42,44とが結合されて成る。pチャンネル型MOSトランジスタ41とnチャンネル型MOSトランジスタ42とが直列接続され、また、pチャンネル型MOSトランジスタ43とnチャンネル型MOSトランジスタとが直列接続される。pチャンネル型MOSトランジスタ41,43のソース電極は高電位側電源Vccに結合される。pチャンネル型MOSトランジスタ41とnチャンネル型MOSトランジスタ42との直列接続ノードはnチャンネル型MOSトランジスタ44のゲート電極に結合されるとともに、上記逆流防止回路31Bを形成するMOSトランジスタのゲート電極に結合される。pチャンネル型MOSトランジスタ43とnチャンネル型MOSトランジスタ44との直列接続ノードはnチャンネル型MOSトランジスタ42のゲート電極に結合される。nチャンネル型MOSトランジスタ42,44のソース電極は昇圧回路SUPPの出力ラインに結合されている。
【0061】
比較回路50Bは次のように構成される。
【0062】
昇圧回路SUPPの出力電圧VccMのレベルを検出するために抵抗r1,r2が直列接続される。抵抗r1の他端は高電位側電源Vccに結合され、抵抗r2の他端は昇圧回路SUPPの出力ラインに結合される。抵抗r1,r2の直列接続ノードの電圧Vnは、pチャンネル型MOSトランジスタ61のゲート電極に印加される。この電圧Vnは、次式によって示される。
【0063】
Vn=(Vcc−VccM)・r2/(r1+r2)
pチャンネル型MOSトランジスタ61とpチャンネル型MOSトランジスタ64が差動結合される。このpチャンネル型MOSトランジスタ61,64のソース電極はpチャンネル型MOSトランジスタ62を介して高電位側電源Vccへ接続されている。pチャンネル型MOSトランジスタ61,64のドレイン電極は、それぞれnチャンネル型MOSトランジスタ63,65を介して低電位側電源Vssに結合されている。nチャンネル型MOSトランジスタ63にnチャンネル型MOSトランジスタ68が並列接続され、このnチャンネル型MOSトランジスタ68のゲート電極にインバータ67を介して昇圧回路制御信号CNTNが伝達される。pチャンネル型MOSトランジスタ64のゲート電極は低電位側電源Vss(グランド)レベルとされ、それが比較動作における基準電圧とされる。昇圧回路制御信号CNTNがハイレベルのとき、インバータ67の出力がローレベルとされて、比較回路50Bにおいて、上記抵抗r1,r2の直列接続ノードの電圧(分圧レベル)Vnと基準電圧(低電位側電源Vss)との比較が行われる。
【0064】
pチャンネル型MOSトランジスタ61とnチャンネル型MOSトランジスタ63との直列接続ノードの論理レベルは、インバータ52を介することにより、信号CT2としてレベル変換回路40B内のpチャンネル型MOSトランジスタ43のゲート電極に伝達されるとともに、ナンドゲート25の入力端子に伝達される。また、インバータ52の出力信号は後段のインバータ51で反転された後に、信号CT1としてレベル変換回路40B内のpチャンネル型MOSトランジスタ41のゲート電極に伝達される。
【0065】
次に動作を説明する。
【0066】
図10には図3に示される昇圧回路における主要部の動作タイミングが示される。
【0067】
昇圧回路制御信号CNTNがローレベルとされるとき、ナンドゲート25が非活性状態とされるから、クロック信号CLKがチャージポンプに伝達されず、チャージポンプ20Bは動作されない。また、このとき、nチャンネル型MOSトランジスタ68がオンされ、インバータ52の入力端子がローレベルに固定される。
【0068】
昇圧回路制御信号CNTNがハイレベルにされると、チャージポンプ20Bが動作され、それによって昇圧回路SUPPの出力電圧VccM及び抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが上昇される。抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが低電位側電源Vssより高い場合、信号CT1はローレベル、信号CT2はハイレベルとなって、逆流防止回路31Bを形成するnチャンネル型MOSトランジスタがオンされ、チャージポンプ20Bの出力電圧が平滑容量Cに伝達される。また、抵抗r1,r2の分圧電圧Vnが低電位側電源Vssより低い場合、インバータ51から出力される信号CT1はハイレベル、インバータ52から出力される信号CT2はローレベルとなる。信号CT2がローレベルとされることで、ナンドゲート25が非活性状態とされて、チャージポンプ20Bの動作が停止される。また、このとき、逆流防止回路31Bを形成するnチャンネル型MOSトランジスタがオフされて、逆流が阻止される。
【0069】
このように、インバータ52から出力される信号CT2がローレベルとされることで、ナンドゲート25が非活性状態とされてチャージポンプ20Bの動作が停止されるとき、逆流防止回路31Bを形成するnチャンネル型MOSトランジスタがオフされて、逆流が阻止されるので、出力電圧VccMの電流消費が抑えられ、昇圧回路20Bの効率向上を図ることができる。また、チャージポンプ20Bへの逆流に起因する電圧低下(リプル)の軽減を図ることができ、メモリ回路のワード線などを駆動するための電源の安定化を図ることができる。
【0070】
また、上記のように昇圧回路SUPPの消費電流が低下されることにより、それを含むフラッシュメモリFMRYの消費電流の低下、さらにはそれを含むマイクロコンピュータ10の消費電流の低下を図ることができる。
【0071】
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。
【0072】
図5には、図1に示される構成に対して、高電位側電源Vccとnチャンネル型MOSトランジスタ21との間にも、逆流防止回路32Aを設けたものである。逆流防止回路32Aは、逆流防止回路31Aと同様にpチャンネル型MOSトランジスタによって形成することができ、逆流防止回路31Aを形成するpチャンネル型MOSトランジスタと連動してオンオフ制御される。逆流防止回路31Aがオフされるとき、逆流防止回路32Aもオフされる。この逆流防止回路32Aがオフされることにより、高電位側電源Vccとnチャンネル型MOSトランジスタ21とが分離されるから、高電位側電源Vcc側への逆流を阻止することができる。
【0073】
図6に示される回路は、図5に示される構成に逆流防止回路33A,34Aをさらに設けたものである。
【0074】
逆流防止回路33Aは、nチャンネル型MOSトランジスタ22とnチャンネル型MOSトランジスタ23との間に設けられ、逆流防止回路34Aは、nチャンネル型MOSトランジスタ23とnチャンネル型MOSトランジスタ24との間に設けられる。逆流防止回路33A,34Aは、それぞれ逆流防止回路31A,32Aと同様にpチャンネル型MOSトランジスタとされ、レベル変換回路40Aの出力信号によって同時に駆動される。かかる構成では、nチャンネル型MOSトランジスタ22とnチャンネル型MOSトランジスタ23との間に逆流防止回路33Aが設けられ、nチャンネル型MOSトランジスタ23とnチャンネル型MOSトランジスタ24との間に逆流防止回路34Aが設けられ、それらがオフされることで、チャージポンプ容量C1,C2,C3間の逆流を阻止することができる。つまり、チャージポンプ20Aが停止されてから次に動作されるまでの間、チャージポンプ容量C1,C2,C3の蓄積電荷の状態を維持することができる。このため、チャージポンプ20Aが停止されてから次に動作されるときの立ち上がりが早くなる。
【0075】
図7には、図3に示される構成に対して、低電位側電源Vssとpチャンネル型MOSトランジスタ91との間にも、逆流防止回路32Bを設けたものである。逆流防止回路32Bは、逆流防止回路31Bと同様にnチャンネル型MOSトランジスタによって形成することができ、逆流防止回路31Bを形成するnチャンネル型MOSトランジスタと連動してオンオフ制御される。逆流防止回路31Bがオフされるとき、逆流防止回路32Bもオフされる。この逆流防止回路32Bがオフされることにより、低電位側電源Vssとpチャンネル型MOSトランジスタ91とが分離されるから、低電位側電源Vss側への逆流を阻止することができる。
【0076】
図8に示される回路は、図7に示される構成に対してさらに逆流防止回路33B,34Bを設けたものである。
【0077】
逆流防止回路33Bは、pチャンネル型MOSトランジスタ92とpチャンネル型MOSトランジスタ93との間に設けられ、逆流防止回路34Bは、pチャンネル型MOSトランジスタ93とpチャンネル型MOSトランジスタ94との間に設けられる。逆流防止回路33B,34Bは、それぞれ逆流防止回路31B,32Bと同様にnチャンネル型MOSトランジスタとされ、レベル変換回路40Bの出力信号によって同時に駆動される。かかる構成では、pチャンネル型MOSトランジスタ92とpチャンネル型MOSトランジスタ93との間に逆流防止回路33Bが設けられ、pチャンネル型MOSトランジスタ93とpチャンネル型MOSトランジスタ94との間に逆流防止回路34Bが設けられ、それらがオフされることで、チャージポンプ容量C1,C2,C3間の逆流を阻止することができる。つまり、チャージポンプ20Bが停止されてから次に動作されまでの間、チャージポンプ容量C1,C2,C3の蓄積電荷の状態を維持することができる。このため、チャージポンプ20Bが停止されてから次に動作されるときの立ち上がりが早くなる。
【0078】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるフラッシュメモリに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、高電圧を必要とする半導体集積回路及びそれを含むデータ処理装置に広く適用することができる。
【0079】
【発明の効果】
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。
【0080】
すなわち、逆流防止回路を設けることにより、チャージポンプへ電流が逆流されるのを阻止することができるので、チャージポンプを含む昇圧回路の消費電力の低減化を図ることができる。
【0081】
チャージポンプを形成するトランジスタとそれの電源との間に、電源側へ逆流されるのを阻止するための逆流防止回路を設けることにより、電源側への逆流を阻止することができる。
【0082】
また、複数のトランジスタ間に上記チャージポンプ容量への逆流を阻止するための逆流防止回路を設けることにより、チャージポンプ容量間の逆流を阻止することができる。
【0083】
上記のようにチャージポンプを含む昇圧回路の消費電力の低減化を図ることができるので、それを含む半導体集積回路及びデータ処理装置の消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体記憶装置の一例であるフラッシュメモリに含まれる昇圧回路の第1構成例回路図である。
【図2】図1に示される昇圧回路において逆流防止回路として適用されるMOSトランジスタの回路図及び断面図である。
【図3】本発明にかかる半導体記憶装置の一例であるフラッシュメモリに含まれる昇圧回路の第2構成例回路図である。
【図4】図3に示される昇圧回路において逆流防止回路として適用されるMOSトランジスタの回路図及び断面図である。
【図5】上記昇圧回路の別の構成例回路図である。
【図6】上記昇圧回路の別の構成例回路図である。
【図7】上記昇圧回路の別の構成例回路図である。
【図8】上記昇圧回路の別の構成例回路図である。
【図9】図1に示される昇圧回路における主要部の動作タイミング図である。
【図10】図3に示される昇圧回路における主要部の動作タイミング図である。
【図11】チャージポンプの基本的な構成と各部の波形図である。
【図12】上記フラッシュメモリを含むマイクロコンピュータの構成例ブロック図である。
【図13】上記フラッシュメモリの全体的な構成例ブロック図である。
【符号の説明】
10 マイクロコンピュータ
12 CPU
13 DMAC
14 BSC
15 ROM
16 RAM
17 タイマ
18 SCI
19 CPG
20A,20B チャージポンプ
31A,31B,32A,32B,33A,33B,34A,34B 逆流防止回路
40A,40B レベル変換回路
50A,50B 比較回路
FMRY フラッシュメモリ
WDRV ワードドライバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge pump improvement technique, for example, a technique effective when applied to a flash memory and a microcomputer incorporating the same as a program memory.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) are arranged in an array, and the memory cells are electrically rewritten (electrically erased) in the memory cell group (sector) connected to the control gate common line, that is, the same word line. In a non-volatile memory that performs (electrical writing), a method has been proposed that enables erasing in units of word lines by applying a positive or negative high voltage to the word lines. This is described in, for example, “Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers pp 77-78 1991” and “Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers pp 85-86 1991”. In such a semiconductor memory device, the high potential side power supply Vcc level supplied from the outside is boosted by a booster circuit to obtain a high voltage supplied to the internal circuit. A charge pump is applied to the booster circuit. Japanese Patent Laid-Open No. 8-149801 discloses a charge pump.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the charge pump, for example, as shown in FIG. 11, three diode-connected n-channel MOS transistors (in this case, depletion type) 11, 12, and 13 are connected in series, and a charge pump capacitor is connected to the series connection node. CpR1 and CpR2 are connected, and voltages Vc1 and Vc2 are supplied in pulses to the other ends of the charge pump capacitors CpR1 and CpR2, respectively, so that a boosted voltage VccR is obtained at the terminal of the smoothing capacitor CsR.
[0004]
In order to keep the level of the high voltage output from the charge pump constant, the level of the high voltage output from the charge pump is detected and compared with a reference voltage, and the charge pump is operated based on the comparison result. I have control. That is, when the level of the high voltage output from the charge pump exceeds a predetermined value, the switching operation of the charge pump is stopped by stopping the clock supply to the charge pump.
[0005]
However, when a charge pump is formed using a depletion type MOS transistor in order to increase the capacity of the booster circuit, when the charge pump switching is stopped, the charge flows backward between the capacitors, and the charge transfer efficiency deteriorates. Current consumption increases. For this reason, ripples (voltage fluctuations) are likely to occur, and the high voltage level may be undesirably lowered.
[0006]
An object of the present invention is to reduce power consumption of a booster circuit including a charge pump.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a technique for reducing output voltage ripple.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device including the booster circuit and a data processing device incorporating the semiconductor memory device.
[0009]
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.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0011]
That is, when the booster circuit is configured to include the charge pumps (20A, 20B) for boosting the input voltage and the smoothing capacitor (C) for smoothing the output voltage of the charge pump, Based on the comparison circuit (50A, 50B) for comparing the output voltage and the reference voltage, the conversion circuit (40A, 40B) for level conversion of the comparison result of the comparison circuit, and the output signal of the conversion circuit, A backflow prevention circuit (31A, 31B) for preventing a current from flowing back to the output terminal of the charge pump is provided.
[0012]
According to the above means, the backflow prevention circuit prevents a current from flowing back to the output terminal of the charge pump based on the output signal of the conversion circuit. This achieves reduction in power consumption and ripple in the booster circuit including the charge pump.
[0013]
At this time, the backflow prevention circuit can be easily formed by a MOS transistor provided on a voltage transmission path formed by the charge pump.
[0014]
The charge pump includes a plurality of transistors (21 to 24, 91 to 94) connected in series to each other and a charge pump capacitor (C1 to C3) coupled to a series connection node of the plurality of transistors. In order to prevent backflow to the power supply side, a second backflow prevention circuit (32A, 32B) for preventing backflow to the power supply side is provided between the transistor and its power supply. Good.
[0015]
In order to prevent backflow between the charge pump capacitors, a third backflow prevention circuit (33A, 34A, 33B, 34B) for preventing backflow to the charge pump capacitors is provided between the plurality of transistors. Good.
[0016]
In a semiconductor memory device including internal boosting means for boosting the input voltage internally, and using the boosted output of the internal boosting means for write or erase operation, the boosting circuit (SUPP) described above is used as the internal boosting means. Can be applied.
[0017]
Furthermore, a data processing apparatus can be configured including such a semiconductor memory device (FMRY).
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 12 shows a single chip microcomputer which is an example of a data processing apparatus according to the present invention. The
[0019]
The single-
[0020]
The
[0021]
The functional blocks are connected to each other by an internal bus. The internal bus includes an address bus / data bus, a control bus including a read signal, a write signal, a bus size signal, and a system clock. The internal address bus includes IAB and PAB, and the internal data bus includes IDB and PDB. The IAB and IDB are connected to the flash memory FMRY, the
[0022]
The input / output ports IOP1 to IOP9 are also used for input / output of external bus signals and input / output signals of the input / output circuit. These functions are selected and used according to the operation mode or software settings. The external address and the external data are connected to IAB and IDB through buffer circuits (not shown) included in these input / output ports, respectively. PAB and PDB are used for reading / writing internal registers such as the input / output port and the
[0023]
When a system reset signal is applied to the reset terminal RES, the operation mode given by the mode control terminal MODE is taken in, and the single chip microcomputer (hereinafter simply referred to as a microcomputer) 10 is reset. The operation mode is not particularly limited, but determines whether the built-in
[0024]
When the reset state is released, the
[0025]
In the
[0026]
Here, operation control of the flash memory FMRY by the
[0027]
A reset instruction to the reset terminal RES is given from a reset circuit arranged on the system. The reset circuit (not shown) instructs a reset to the reset terminal RES based on a power-on reset, a pressing operation of a reset button arranged on a system (not shown), or an instruction from the
[0028]
Although not particularly limited, the
[0029]
Therefore, the operation of first writing a program or data to the flash memory FMRY built in the
[0030]
FIG. 13 shows a configuration example of the flash memory FMRY. The flash memory FMRY shown in the figure has 8-bit data input / output terminals D0 to D7, and includes a memory array ARY0 to ARY7 for each data input / output terminal. Each of the memory arrays ARY0 to ARY7 is configured in the same manner, thereby forming one memory cell array.
[0031]
Each of the memory arrays ARY0 to ARY7 has a memory cell group SM in which memory cells each constituted by an insulated gate field effect transistor having a two-layer gate structure are arranged in a matrix.
[0032]
In the figure, W11 to Wij are word lines common to all the memory arrays ARY0 to ARY7. The control gates of the memory cells arranged in the same row are connected to the corresponding word lines.
[0033]
The source line SL is supplied with a high voltage Vpp used for erasing from a voltage output circuit VOUT such as an inverter circuit. The output operation of the voltage output circuit VOUT is controlled by an erase signal ERASE * (signal * indicates signal inversion or low enable) output from the erase control circuit ECONT. That is, during the low level period of the erase signal ERASE *, the voltage output circuit VOUT supplies the high voltage Vpp to the source line SL and supplies the high voltage necessary for erasure to the source regions of all the memory cells MC. As a result, the entire flash memory FMRY can be erased collectively.
[0034]
The selection of the word lines W11 to Wij is performed by the X address decoder XADEC decoding the X address signal AX taken in via the X address latch XALAT. The word driver WDRV drives the word line based on the selection signal output from the X address decoder XADEC. In the data read operation, the word driver WDRV is operated using a voltage Vcc such as 3V supplied from the voltage selection circuit VSEL and a ground potential such as 0V as power supplies, and the word line to be selected is set to a selected level by the voltage Vcc. The word line to be deselected is driven and maintained at a non-selected level such as a ground potential. In the data write operation, the word driver WDRV is operated using a voltage Vpp such as −9V and a ground potential such as 0V as power supplies, and drives a word line to be selected to a high voltage level for writing such as −9V. To do. In the data erasing operation, the output of the word driver WDRV is 9V.
[0035]
9V (or -9V) or the like output from the word driver WDRV or the like is generated by being boosted by the booster circuit SUPP and supplied to the voltage selection circuit VSEL or the voltage output circuit VOUT. The booster circuit SUPP will be described in detail later.
[0036]
In each of the memory arrays ARY0 to ARY7, the data lines DL0 to DL7 are commonly connected to a common data line CD via Y selection switches YS0 to YS7. Switch control of the Y selection switches YS0 to YS7 is performed by the Y address decoder YADEC decoding the Y address signal AY fetched through the Y address latch YALAT. The output selection signal of the Y address decoder YADEC is supplied in common to all the memory arrays ARY0 to ARY7. Accordingly, when any one of the output selection signals of the Y address decoder YADEC is set to the selection level, one data line is connected to the common data line CD of each of the memory arrays ARY0 to ARY7.
[0037]
Data read from the memory cell MC to the common data line CD is applied to the sense amplifier SA via the selection switch RS, where it is amplified and output to the data bus via the data output buffer DOB. The selection switch RS is switch-controlled by a read signal READ.
[0038]
Write data supplied from the outside is held in the data input latch DIL via the data input buffer DIB. When the data held in the data input latch DIL is “0”, the write circuit WR supplies a high voltage for writing to the common data line CD via the selection switch WS. The high voltage for writing is supplied to the drain of the memory cell to which the high voltage is applied to the control gate by the word line through one of the data lines selected by the Y selection switches YS0 to YS7. Is done. The selection switch WS is switch-controlled by a control signal WRITE. The write control circuit WCONT controls write operation procedures such as various timings of write and voltage selection control. A write / erase control register WEREG gives a write operation instruction and a write verify operation instruction to the write control circuit WCONT, and an erase operation instruction and an erase verify operation instruction to the erase control circuit ECONT. The control register WEREG can be connected to a data bus, and control data can be written from the outside.
[0039]
The control register WEREG has a Vpp bit, a PV bit, a P bit, and an E bit. The P bit is used as an instruction bit for the write operation. The E bit is an instruction bit for the erase operation. When the Vpp bit and the E bit are set, the erase control circuit ECONT that refers to the bit controls the internal operation for erasing according to a predetermined procedure. In addition, when the Vpp bit and the P bit are set, the write control circuit WCONT referring to them controls the internal operation for writing according to a predetermined procedure. Internal operations for erasing and writing are performed by generating a predetermined level of voltage. In the erase verify operation, a read operation is performed on the erased memory cell to verify whether or not the erase is completed, and the write verify operation reads the write data from the written memory cell and writes it. The operation is to verify whether or not the writing is completed by comparing with the data. These verify operations are performed when an external CPU or data processor starts a read cycle for the flash memory.
[0040]
FIG. 1 shows a configuration example of the booster circuit SUPP.
[0041]
The circuit shown in FIG. 1 is a circuit that boosts a positive high voltage based on a high-potential-side power supply Vcc. Basically, a
[0042]
The
[0043]
Diode-connected n-channel MOS transistors (in this case, depletion type) 21, 22, 23, 24 are connected in series, and charge pump capacitors C1, C2, C3 are coupled to the series connection nodes of the MOS transistors. The high potential side power supply Vcc is supplied to one end of the n-
[0044]
On the other hand, a
[0045]
The
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
Resistors r1 and r2 are connected in series to detect the level of the output voltage VccR of the booster circuit SUPP. The other end of the resistor r1 is coupled to the output line of the booster circuit SUPP, and the voltage Vn at the series connection node of the resistors r1 and r2 is applied to the gate electrode of the n-
[0049]
Vn = VccR · r2 / (r1 + r2)
An n-
[0050]
Next, the operation will be described.
[0051]
FIG. 9 shows the operation timing of the main part in the booster circuit shown in FIG.
[0052]
When the booster circuit control signal CNTN is at a low level, the
[0053]
When the booster circuit control signal CNTN is set to the high level, the
[0054]
When the output voltage VccR of the booster circuit SUPP and the divided voltage Vn of the resistors r1 and r2 are increased by the operation of the
[0055]
FIG. 3 shows a circuit configuration for boosting a negative high voltage based on the low potential side power supply Vss. The circuit shown in FIG. 3 basically includes a
[0056]
The
[0057]
Diode-connected p-channel MOS transistors (depletion type in this case) 91, 92, 93, 94 are connected in series, and charge pump capacitors C1, C2, C3 are coupled to the series connection nodes of the MOS transistors. A low potential side power supply Vss is supplied to one end of the p-
[0058]
On the other hand, a
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
The
[0062]
Resistors r1 and r2 are connected in series in order to detect the level of the output voltage VccM of the booster circuit SUPP. The other end of the resistor r1 is coupled to the high potential side power supply Vcc, and the other end of the resistor r2 is coupled to the output line of the booster circuit SUPP. The voltage Vn at the series connection node of the resistors r1 and r2 is applied to the gate electrode of the p-
[0063]
Vn = (Vcc−VccM) · r2 / (r1 + r2)
A p-
[0064]
The logic level of the serial connection node of the p-
[0065]
Next, the operation will be described.
[0066]
FIG. 10 shows the operation timing of the main part in the booster circuit shown in FIG.
[0067]
When the booster circuit control signal CNTN is at a low level, the
[0068]
When the booster circuit control signal CNTN is set to the high level, the
[0069]
As described above, when the signal CT2 output from the
[0070]
In addition, by reducing the current consumption of the booster circuit SUPP as described above, it is possible to reduce the current consumption of the flash memory FMRY including the booster circuit SUPP, and further to reduce the current consumption of the
[0071]
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.
[0072]
In FIG. 5, a backflow prevention circuit 32 </ b> A is provided between the high-potential side power supply Vcc and the n-
[0073]
The circuit shown in FIG. 6 is obtained by further adding
[0074]
The
[0075]
In FIG. 7, in contrast to the configuration shown in FIG. 3, a backflow prevention circuit 32 </ b> B is also provided between the low potential side power supply Vss and the p-
[0076]
The circuit shown in FIG. 8 is provided with
[0077]
The
[0078]
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is applied to the flash memory, which is the field of use behind it, has been described. However, the present invention is not limited to this and requires a high voltage. The present invention can be widely applied to semiconductor integrated circuits and data processing devices including the same.
[0079]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0080]
In other words, by providing a backflow prevention circuit, it is possible to prevent a current from flowing back to the charge pump, so that the power consumption of the booster circuit including the charge pump can be reduced.
[0081]
By providing a backflow prevention circuit for preventing backflow to the power supply side between the transistor forming the charge pump and its power supply, backflow to the power supply side can be prevented.
[0082]
Further, by providing a backflow prevention circuit for preventing backflow to the charge pump capacitor between the plurality of transistors, backflow between the charge pump capacitors can be prevented.
[0083]
Since the power consumption of the booster circuit including the charge pump can be reduced as described above, the power consumption of the semiconductor integrated circuit and the data processing device including the booster circuit can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first configuration example of a booster circuit included in a flash memory which is an example of a semiconductor memory device according to the present invention;
2 is a circuit diagram and a cross-sectional view of a MOS transistor applied as a backflow prevention circuit in the booster circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a second configuration example of a booster circuit included in a flash memory which is an example of a semiconductor memory device according to the present invention.
4 is a circuit diagram and a cross-sectional view of a MOS transistor applied as a backflow prevention circuit in the booster circuit shown in FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing another configuration example of the booster circuit.
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the booster circuit.
FIG. 7 is a circuit diagram showing another configuration example of the booster circuit.
FIG. 8 is a circuit diagram showing another configuration example of the booster circuit.
FIG. 9 is an operation timing chart of the main part in the booster circuit shown in FIG. 1;
10 is an operation timing chart of the main part of the booster circuit shown in FIG. 3;
FIG. 11 is a basic configuration of a charge pump and a waveform diagram of each part.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a microcomputer including the flash memory.
FIG. 13 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the flash memory.
[Explanation of symbols]
10 Microcomputer
12 CPU
13 DMAC
14 BSC
15 ROM
16 RAM
17 Timer
18 SCI
19 CPG
20A, 20B charge pump
31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 34A, 34B Backflow prevention circuit
40A, 40B level conversion circuit
50A, 50B comparison circuit
FMRY flash memory
WDRV word driver
Claims (5)
上記チャージポンプの出力電圧と基準電圧とを比較するための比較回路と、
上記比較回路の比較結果をレベル変換する変換回路と、
上記変換回路の出力信号に基づいて、上記チャージポンプへの電流の逆流を阻止するための逆流防止回路とを有し、
上記逆流防止回路は、上記チャージポンプによって形成される電圧の伝達経路上に設けられたMOSトランジスタとされることを特徴とする昇圧回路。In a booster circuit including a charge pump for boosting an input voltage and a smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the charge pump,
A comparison circuit for comparing the output voltage of the charge pump with a reference voltage;
A conversion circuit for level-converting the comparison result of the comparison circuit;
A backflow prevention circuit for preventing backflow of current to the charge pump based on an output signal of the conversion circuit;
2. The booster circuit according to claim 1, wherein the backflow prevention circuit is a MOS transistor provided on a voltage transmission path formed by the charge pump.
上記内部昇圧手段として請求項1乃至3のいずれか1項記載の昇圧回路を適用して成ることを特徴とする半導体記憶装置。In a semiconductor memory device including internal boosting means for boosting an input voltage internally, and using the boosted output of the internal boosting means for a write or erase operation,
4. A semiconductor memory device, wherein the boosting circuit according to claim 1 is applied as the internal boosting means.
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