KR0144054B1 - 반도체 소자의 내부고전압 발생기 - Google Patents

반도체 소자의 내부고전압 발생기

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KR0144054B1 KR1019950009200A KR19950009200A KR0144054B1 KR 0144054 B1 KR0144054 B1 KR 0144054B1 KR 1019950009200 A KR1019950009200 A KR 1019950009200A KR 19950009200 A KR19950009200 A KR 19950009200A KR 0144054 B1 KR0144054 B1 KR 0144054B1
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 내부고전압 발생기에 관한 것으로, 특히, 펌핑부를 개선하여 한번의 시그널에 다수회의 펌핑을 수행할 수 있도록 하여 펌핑 효율을 높이는 것을 목적으로 안출된 것으로, 외부로부터 공급되는 전원전압(Vcc)을 인가받아 전원전압(Vcc) 보다 소정 전압 만큼 높은 내부고전압(Vpp)을 발생시키도록 하는 복수개의 MOS트랜지스터를 구비하여, 전원전압(Vcc)이나 그라운드(GND) 상태로 프리차지시키는 프리차지수단과 ; 복수개의 캐패시터를 구비하여, 프리차지수단의 상기 복수개의 트랜지스터를 구동시키는 구동수단과 ; 내부고전압을 생성하여 펌핑하는 차지펌핑수단과 ; 외부 오실레이터의 인가신호에 따라 상기 구동수단에 의하여 구동되어 펌핑된 차지를 내부고전압 출력단에 전달시키기는 출력조절수단을 구비하여 이루어지는 반도체 소자의 내부고전압(Vpp) 발생기에 있어서, 차지펌핑수단을 주차지펌핑수단으로 하고, MOS트랜지스터를 구비한 보조출력조절수단을 구비하여 이루어진다. 이 때, 구동수단의 복수개의 캐패시터를 보조차지펌핑수단으로 이용한다. 이러한 본 발명의반도체 소자의 내부고전압 발생기는 종래 기술에 있어서, 펌핑된 차지의 일부가 전원전압(Vcc)로 빠져 나가던 것을 내부고전압출력단으로 보냄으로써, 펌핑효율이 20% 이상 개선이 되었고, 노드들에 외부 VCC 가 높아짐에 따라 인가되는 차지가 너무 높이 올라가는 것을 막기 위해 여분의 트랜지스터가 첨가되어 VCC 로 커런트를 빼던 종래와는 달리, 이 커런트를 내부고전압 출력단으로 보내기 때문에 여분 트랜지스터의 첨가가 필요 없고, 그러므로 기존의 회로와는 달리 와이드 볼테이지 레인지 오퍼레이션을 할 수 있고 레이아웃 면적이 30% 까지 줄일 수 있다. 또한, (-) 펌핑시 기존회로는 VPP 가 떨어지는 경향이 있었으나, (-) 펌핑시에도 C1에 의해 (+)펌핑이 되므로 VPP 레벨이 떨어지지 않음을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자의 내부고전압 발생기
제 1 도는 종래의 내부고전압 발생기를 구현한 회로도
제 2 도는 본 발명에 의한 내부고전압 발생기를 구현한 회로도
본 발명은 반도체 소자의 내부고전압(Vpp) 발생기에 관한 것으로, 특히, 한번 펌핑할 때 여러번 펌핑함으로써 펌핑효율을 높이고 넓은 전압영역에서의 동작(wide voltage range operation) 에 적당하도록 한 반도체 소자의 내부고전압(Vpp) 발생기에 관한 것이다.
종래 반도체 소자의 내부고전압(Vpp) 발생기에 있어서, 제1도에 예시한 히다치 16M 에 있는 Vpp 펌핑 회로를 예로 들어 설명하면, 노드 N3(20)를 전원전압(Vcc)으로 프리차지시키기 위한 트랜지스터 MN1(11)과 ; 노드 N2(20)를 전원전압(Vcc)으로 프리차지시키기 위한 트랜지스터 MN2(12)와 ; 트랜지스터 MN1(11)과 MN2(12)를 구동시키기 위한 캐패시터 C1(21)과 ; 그리고 내부고전압(Vpp)을 만드는 펌핑 캐패시터 C3(25)와 ; 노드 N3(30)에 펌핑 차지를 전달시켜주는 트랜지스터 MN3(31)를 구동시키고, 노드 N1(10)을 전원전압(Vcc)으로 프리차지 시켜주는 트랜지스터 MN4(13)를 구동시키는 캐패시터 C2(22)를 기본적으로 구비하여 이루어져 있다.
이러한 종래의 회로는 입력단으로 오실레이팅하는 신호가 들어오면, 신호가 '로우'에서 '하이'로 트렌지션할 때 Vcc-Vt로 프리차지 되었던 노드 N1(10)을 'Vcc-Vt' 이하로 (-)펌핑하면서 트랜지스터 MN1(11)을 '턴오프'시킨다. 그러면 노드 N3(30)가 전원전압(Vcc)로 프리차지 되어있는 상태에서 노드 N3(30)를 전원전압의 2배(2Vcc)까지 펌핑시키기 위하여 캐패시터 C3(25)를 구동시키게 된다. 그리고, 뒤이은 시그널이 캐패시터 C2(22)를 구동시키면서 트랜지스터 MN3(31)를 '턴온'시켜 펌핑된 차지가 출력단에 전달된다.
한편, 입력단에서 오실레이팅 하는 신호가 '하이'에서 '로우'로 트랜지션할 때, 캐패시터 C1(21)이 '로우'에서 '하이'로 구동되면서, 노드 N1(10)은 2VCC까지 펌핑하게 되고, 트랜지스터 MN1(11)이 '턴온' 되면서 노드 N3(30)가 (-)펌핑을 할 때, 바로 전원전압(Vcc)으로 프리차지시키면서 캐패시터 C2(22)가 트랜지스터 MN3(31)를 '턴오프'시킨다. 그래서, (-)차지가 VPP에 전달되지 않도록 동작한다.
이러한 종래 기술의 문제점은 (-)펌핑시 내부고전압(Vpp)가 떨어질 우려가 있고, 노드 N1과 노드 N2가 너무 높아지면 트랜지스터의 신뢰도가 떨어질 우려가 있기 때문에 노드 N1, 노드 N2가 일정 전압 이상 올라가는 것을 막아주어야 할 필요가 있다. 그래서, 여분의 트랜지스터(41,42,43,44,45,46)를 사용하여야 하며, 또한 펌핑된 차지를 전원전압(Vcc)으로 프리차지 시키면서 소모시키게 되어, 펌핑효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
그래서, 본 발명은 이러한 펌핑효율의 저하 문제를 해결하기 위하여, 펌핑부를 개선하여 한번의 시그널에 다수회의 펌핑을 수행할 수 있도록 하여 펌핑 효율을 높이는 것을 목적으로 안출된 것이다.
본 발명은 외부로부터 공급되는 전원전압(Vcc)을 인가받아 전원전압(Vcc)보다 소정 전압 만큼 높은 내부고전압(Vpp)을 발생시키도록 하는 복수개의 MOS 트랜지스터를 구비하여, 전원전압(Vcc)이나 그라운드(GND) 상태로 프리차지시키는 프리차지수단과 ; 복수개의 캐패시터를 구비하여, 프리차지수단의 상기 복수개의 트랜지스터를 구동시키는 구동수단과 ; 내부고전압을 생성하여 펌핑하는 차지펌핑수단과 ; 외부 오실레이터의 인가신호에 따라 상기 구동수단에 의하여 구동되어 펌핑된 차지를 내부고전압 출력단에 전달시키는 출력조절수단을 구비하여 이루어지는 반도체 소자의 내부고전압(Vpp)발생기에 있어서, 차지펌핑수단을 주차지펌핑수단으로 하고, MOS 트랜지스터를 구비한 보조출력조절수단을 구비하여 이루어진다. 이 때, 구동수단의 복수개의 캐패시터를 보조차지펌핑수단으로 이용한다.
한편, 보조출력조절수단은 하나의 MOS 트랜지스터를 구비한 제1 보조출력조절수단과, 또다른 하나의 MOS 트랜지스터를 구비한 제2 보조출력조절수단이 구비된다.
이 때, 제 1 보조출력조절수단은 게이트와 채널의 일단이 상기 구동수단의 제1 캐패시터의 출력단과 상기 프리차지수단의 제1 채널도전형의 제1 MOS 트랜지스터의 게이트를 연결하는 연결선에, 채널의 타단이 상기 내부고전압 출력단에 접속된 제2 채널도전형의 제2 MOS 트랜지스터로 이루어지고, 제2 보조출력조절수단은 게이트와 채널의 일단이 상기 구동수단의 제2 캐패시터의 출력단과 제1 채널도전형의 제3 MOS 트랜지스터의 채널의 일단을 연결하는 연결선에, 채널의 타단이 상기 내부고전압 출력단에 접속된 제2 채널도전형의 제4 MOS 트랜지스터로 이루어진다.
그리고, 제2 채널도전형이 상기 제1 MOS 트랜지스터 또는 상기 제3 MOS 트랜지스터의 제1 채널도전형과 동일 도전형 또는 다른 도전형 중 하나를 선택하여 채택하며, 이 제2 및 제4 MOS 트랜지스터는 그 구동시 조건을 감안하여 채널 폭이 좁은 MOS 트랜지스터를 사용한다.
이와 같은, 본 발명의 반도체 소자의 내부고전압 발생기를 이루는 구체적인 회로구성을 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 반도체 소자의 내부고전압 발생기를 구현한 회로도로서, 본 발명의 반도체 소자의 내부고전압(Vpp) 발생기는 노드 N1(60)을 펌핑시키는 구동수단 겸 보조차지펌핑수단인 캐패시터 C1(71)과 ; 캐피시터 C1(71)에 의하여 구동되는 프리차지수단인 제1 MOS 트랜지스터 MN1(61), MN2(62) 및 제2 MOS 트랜지스터MN3(91)와 ; 노드 N2(70)를 펌핑시키는 구동수단겸 보조차지펌핑수단인 캐패시터 C2(72)와 ; 캐패시터 C2(72)에 의하여 구동되는 출력조절수단인 트랜지스터 MN4(81), 보조출력조절수단인 제4 MOS 트랜지스터 MN5(92)과, 주차지펌핑수단인 캐패시터 C3(75)를 구비하여 이루어져 있다. 이 때, 제2 및 제4 MOS 트랜지스터 MN3(91), MN5(92)는 소스쪽을 VPP에 연결시키고 드레인과 게이트를 각각 노드 N1과, 노드 N2에 연결시킨다. 또한, 제2 및 제4 MOS 트랜지스터 MN3(91), MN5(92)를 PMOS로 대치해도 되는데, PMOS사용시에는 드레인과 게이트를 연결하여 VPP에 연결시키고, 소스쪽을 각각 노드 N1과 N2 에 연결시킨다. 한편, MN3(91)와 MN4(92)를 너무 크게하면, 이를 구동하는데 무리가 있으므로 작은 채널 폭의 트랜지스터를 사용한다.
이와 같은 본 발명의 반도체 소자의 내부고전압 발생기의 동작은 노드 N3(80)와 N2(70)를 VCC로 프리차지 시키기 위하여, 그리고, 트랜지스터 MN1(61)과 MN2(62)를 '턴온'시키기 위해 VCC로 프리차지 되었던 노드 N1(60)를 2VCC까지 펌핑시키게 된다. 이때 동시에 내부고전압출력단과 연결된 MN3(91)가 '턴온'되어 VPP로 차지가 전달되게 되고, 뒤이어 노드 N1(60)이 (-)펌핑을 하게 되면, 노드 N3(80)와 N2(70)가 VCC로 프리차지 되있는 상태에서 MN1(61)과 MN2(62)는 '턴오프'되고 캐패시터 C3(75)가 드라이브됨과 거의 같이, C2(72)가 드라이브되면서 N2(70)와 N3(80)가 2VCC까지 펌핑되게 되고 이때, MN4(81)가 '턴온'되면서 N3(80)의 차지를 전달하게 되고 동시에 MN5(92)가 '턴온'되면서 N2(70)의 차지가 VPP에 전달되게 된다. 이리하여 한번 트랜지션시 MN3(91), MN4(81), MN5(92)에 의해 최고 3번까지 차지펌핑이 되게 된다.
본 발명은 백바이어스전압(Vbb) 발생기에서 펌핑하는 쪽에 적용시킬 수 있다. 또한, MN3(91)와 MN5(92)중 하나만 사용하여도 비슷한 효과를 볼 수 있다.
이러한 본 발명의 VPP제너레이터는 MN3(91)와 MN5(92)에 의해서 C1(61)과 C2(62)에 의해 펌핑된 차지가 전원전압(Vcc)로 빠져 나가던 것을 내부고전압출력단으로 보냄으로써, 펌핑효율이 20%이상 개선이 되었고, N1(60)와 N2(70)가 외부 VCC가 높아짐에 따라 인가되는 차지가 너무 높이 올라가는 것을 막기 위해 여분의 Tr이 첨가되어 VCC로 커런트를 빼는 것이 필요하나, 본 발명은 이 커런트를 VPP로 보내기 때문에 여분의 Tr이 첨가될 필요가 없고 그러므로 기존의 회로와는 달리 와이드 볼테이지 레인지 오퍼레이션을 할 수 있고 레이아웃 면적이 30%까지 줄일 수 있다. (-)펌핑시 기존회로는 VPP가 떨어지는 경향이 있었으나, (-)펌핑시에도 C1에 의해 (+)펌핑이 되므로 VPP레벨이 떨어지지 않음을 특징으로 한다.

Claims (6)

  1. 외부로부터 공급되는 전원전압(Vcc)을 인가받아 상기 전원전압(Vcc) 보다 소정 전압 만큼 높은 내부고전압(Vpp)을 발생시키도록 하는 복수개의 MOS 트랜지스터를 구비하여, 전원전압(Vcc)이나 그라운드(GND) 상태로 프리차지시키는 프리차지수단과 ; 복수개의 캐패시터를 구비하여, 상기 프리차지부의 상기 복수개의 트랜지스터를 구동시키는 구동수단과; 내부고전압을 생성하여 펌핑하는 차지펌핑수단과 ; 외부 오실레이터의 인가신호에 따라 상기 구동수단에 의하여 구동되어 펌핑된 차지를 내부고전압 출력단에 전달시키는 출력조절수단을 구비하여 이루어지는 반도체 소자의 내부고전압(Vpp)발생기에 있어서, 상기 차지펌핑수단을 주차지펌핑수단으로 하고, MOS 트랜지스터를 구비한 보조출력조절수단을 구비하여, 상기 구동수단의 상기 복수개의 캐패시터를 보조차지펌핑수단으로 이용하여 상기 내부고전압으로의 펌핑효율을 높인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조출력조절수단이 하나의 MOS 트랜지스터를 구비한 제1 보조출력조절수단과, 또다른 하나의 MOS 트랜지스터를 구비한 제2 보조출력조절수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 보조출력조절수단이 게이트와 채널의 일단이 상기 구동수단의 제1 캐패시터의 출력단과 상기 프리차지수단의 제1 채널도전형의 제1 MOS 트랜지스터의 게이트를 연결하는 연결선에, 채널의 타단이 상기 내부고전압 출력단에 접속된 제2 채널도전형의 제2 MOS 트랜지스터를 구비하는 것이 특징인 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 보조출력조절수단이 게이트와 채널의 일단이 상기 구동수단의 제2 캐패시터의 출력단과 제1 채널도전형의 제3 MOS 트랜지스터의 채널의 일단을 연결하는 연결선에, 채널의 타단이 상기 내부고전압 출력단에 접속된 제2 채널 도전형의 제4 MOS 트랜지스터를 구비하는 것이 특징인 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제2 채널도전형이 상기 제1 MOS 트랜지스터 또는 상기 제3 MOS 트랜지스터의 제1 채널도전형과 동일 도전형 또는 다른 도전형 중 하나를 선택하여 채택하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제2 및 제4 MOS 트랜지스터는 그 구동시 조건을 감안하여 채널 폭이 좁은 MOS 트랜지스터를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 내부고전압 발생기.
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