KR0145382B1 - 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로 - Google Patents
플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로Info
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Abstract
본 발명은 플래쉬 이이피롬(FLASH EEPROM)셀의 문턱전압 자동 검증회로에 관한 것으로서, 플래쉬 이이피롬셀의 프로그램 및 소거모드시 셀의 플로팅게이트단자로 주입되는 전하량의 변화에 따라 문턱전압이 자동으로 검증되도록 하므로써, 셀의 프로그램 및 소거시간을 크게 향상시키고, 스택(Stack)형태의 셀에서 흔히 나타나는 오버이레이즈(Over erase) 문제를 해결하도록 하며, 별도의 문턱전압 검증회로가 필요없는 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로에 관한 것이다.
Description
제1a 및 1b도는 종래의 플래쉬 이이피롬(FLASH EEPROM)셀의 문턱전압 자동 검증회로를 설명하기 위한 프로글매시의 바이어스(Bias)전압 조건 및 파형도.
제2a 및 2b도는 본 발명에 따른 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로도.
제3a 및 3b도는 제2a 및 2b도를 설명하기 위한 플래쉬 이이피롬셀의 등가 회로도.
제4도는 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압(Vtx) 및 드레인전류(Id)를 비교한 파형도.
제5도는 플래쉬 이이피롬셀의 플로팅게이트전압(Vfg)의 변화에 따라 변화되는 드레인전류(Id)의 변화량을 도시한 파형도.
제6도는 본 발명에 따른 또다른 실시예.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:바이어스전압 제너레이터 2:콘트롤게이트단자
3:플로팅게이트단자 4:셀 어레이(Cell array)
본 발명은 플래쉬 이이피롬(FLASH EEPROM)셀의 문턱전압(Threshold voltage) 자동 검증회로에 관한 것으로, 특히 플래쉬 이이피롬셀의 프로그램 및 소거(Erase)모드시 셀의 플로팅게이트단자로 주입되는 전하(Electron charge)량의 변화에 따라 문턱전압이 자동으로 검증되도록 한 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조공정에서 전기적인 프로그램(Program) 및 소거(Erase) 기능을 함께 가지는 플래쉬 이이피롬(Electrically Erasable Programble Read Only Memory; EEPROM)셀은 그 고유의 장점으로 인하여 점차 수요가 증가하고 있다. 그러나 이러한 플래쉬 이이피롬셀은 제1A 및 1B도에서와 같이 셀을 프로그램 하고자 하는 경우, 바이어스전압 제너레이터(Bias voltage generator; BVG)(1)로부터 먼저 일정시간(제1B도에서 t1 내지 t2시간)동안 셀의 콘트롤게이트단자(2)에 프로그램 바이어스 전압(12V)을 인가하고 셀의 플로팅게이트단자(3)로 전하(Electron charge)를 주입하게 된다. 이때 미리 정해진만큼의 전하가 주입되어졌는지를 확인하기 위해 상기 바이어스전압 제너레이터(1)로부터 셀의 콘트롤게이트단자(2)에 일정시간(제1B도에서 t2 내지 t3시간)동안 독출(Read) 바이어스전압(5V)을 인가하여 셀 전류(즉, 셀 문턱전압; Vtx)를 검증하게 된다. 이때 읽혀진 문턱전압(Vtx)이 미리 정해진 수준에 미달되면 다시 상기 바이어스전압 제너레이터(1)로부터 프로그램 바이어스전압(12V)을 재차 인가하고(제1B도의 t3 내지 t4시간) 문턱전압을 검증(제1B도의 t4 내지 t5시간)하게 된다. 즉, 원하는 문턱전압(Vtx)에 도달할때까지 반복적으로 프로그램 바이어스전압을 인가하고 전하를 주입한 후 문턱전압을 검증하게 된다. 따라서 콘트롤게이트단자(2)로 공급하도록 하는 바이어스전압이 프로그램모드(Vcg=12V)에서 확인모드(Vcg=5V)로 또는 그 반대방향으로 번갈아 바뀌어야 하는 까닭에 콘트롤게이트전압(Vcg)을 챠징(Charging; C)하고 디스챠징(Discharging; D)하는데에 많은 시간이 소모되어 바이트프로그램시 시간이 증가되는 문제점과, 이를 회로로 구현하는데 있어 어려운 단점이 있다. 또한 소거시에는 오버이레이즈(Over erase)가 발생되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 단점을 해소하기 위해 플래쉬 이이피롬셀의 프로그램 및 소거모드시 셀의 플로팅게이트단자로 주입되는 전하량의 변화에 따라 문턱전압이 자동으로 검증되도록 한 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 프로그램 및 소거모드시에 플로팅게이트단자로 주입되는 전하량의 변화에 따라 변환되는 셀전류에 의해 문턱전압이 자동으로 검증되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2A 및 2B도는 본 발명에 따른 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동 검증회로도로서 제3A 및 3B도를 통해 그 동작을 설명하면 다음과 같다.
셀을 프로그램 하거나 소거하는 동안 드레인단자를 통해 흐르는 셀 전류(Id)는 셀의 채널반전(Channel inversion) 정도에 따라 결정되고 이것은 채널에 대해 실제로 게이트 역활을 하는 플로팅게이트전압(Vfg)에 의해 정해진다. 그러므로 프로그램 및 소거모드상태에서 외부 인가전압인 콘트롤게이트전압(Vcg) 및 드레인전압(Vd)으로부터 캐패시터를 통해 플로팅게이트단자로 유기되는 전압(Vfg)을 제3A 및 3B도를 통해 구해보면,
Vtx=-Qfg/Kp
여기서, Kp:콘트롤게이트단자와 플로팅게이트단자간의 접속비.
Kd:드레인단자와 플로팅게이트단자간의 접속비.
Qfg:플로팅게이트에 챠지된 전하량.
Ct:캐패시터(Cp)와 캐패시터(Cox=C1+C2)의 병렬 정전용량.
Vtx:셀의 문턱전압.
즉, 플로팅게이트전압(Vfg)은 다음의 간단한 식으로 표현된다.
상기 결과식(A)으로부터, 시간에 따른 셀의 문턱전압(Vtx)의 변화가 플로팅게이트전압(Vfg)에 선형비례하여 나타남을 알 수 있다. 상기 식(A)을 사용하여 셀의 문턱전압(Vtx)이 2V로부터 5V로 프로그램 되어지는 경우의 셀의 문턱전압Vfg의 변화를 추정하여 보면,
Vtx=2V인 경우:Vfg=8V
Vtx=5V인 경우:Vfg=6V
가 되어, 셀이 MOS트랜지스터의 선영영역(Linear region)에서 동작한다고 가정할때 셀전류(Id)는 플로팅게이트전압(Vfg)에 비례하므로 결국 셀전류(Id)는 최소한 25%(6V/8V) 이상 감소하게 된다. 즉, 제4도에 시간(t)에 따른 문턱전압(Vtx)의 변화 및 셀전류(Id)의 변화를 나타내었고, 제5도에는 플로팅게이트전압(Vfg)의 변화에 따른 셀전류(Id)의 변화를 제시하였다. 따라서 프로그램하는 동안 변환되는 셀전류(Id)(즉, 셀의 문턱전압(Vtx))를 자동으로 검증하기 위해 제2A도와 같이 회로를 구성하게 되면, 셀의 드레인전압(Vd(t))은
여기서, Vcc:전원전압.
R:저항.
Id(t):셀의 드레인전류.
가 되어 셀전류(Id)가 초기값(Io)으로부터 t=t1 시간동안 프로그램되어 △Io만큼 감소된다고 가정할때, 이때의 드레인전압(Vd(t))은
즉, 드레인단자에 접속되는 반전게이트(I1)의 입력부분의 문턱전압 레벨을 상기 식(C)과 같이 만들어 주면 상기 반전게이트(I1)의 출력(Vout)이 그순간 반전되므로 원하는 문턱전압(Vtx)레벨만큼 셀이 프로그램되는 순간을 자동으로 검증할 수 있게 된다. 또한 제2B도의 소거모드시의 회로구성 및 바이어스(Bias) 조건으로부터 소거모드시에도 프로그램시와 마찬가지로 구성하므로써 원하는만큼의 소거상태를 얻을 수 있게 된다. 단, 소거모드시에는 지나친 소거(Over erase)현상을 막고 이를 자동으로 검증하기 위해 서로다른 문턱전압을 갖는 두 그룹의 반전게이트가 필요하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 셀에서 바이트 단위의 프로그램 및 소거를 시행할때 원하는 정도의 문턱전압순간을 자동으로 검증할 수 있도록 한 또다른 실시예를 제6도를 통해 동작을 설명하기로 한다.
셀 어레이(4)로부터 한 바이트내의 셀에 대해 프로그램 하고자 하는 모든 셀들이 미리 정해진 문턱전압(Vtx) 이상으로 되었을때는 반전게이트(G1 내지 G3)를 입력으로하는 노아게이트(NOR)의 출력신호(S1)에 의해 프로그램상태의 바이어스전압 제너레이터를 차단하므로써 빠른시간내에 셀의 문턱전압검증이 가능하게 도니다. 한편 한 바이트내의 모든 셀들이 미리 정해진 소거상태의 문턱전압에 도달하면, 반전게이트(G4 내지 G6)를 입력으로 하는 앤드게이트(AND)의 출력신호(S2)에 의해 소거상태의 바이어스전압 제너레이터를 차단함으로써 빠른시간내에 셀의 문턱전압 검증이 가능하게 된다. 또한 한 바이트내의 셀중 어느 한 셀이라도 오버이레이즈의 문턱전압 이하로 될 경우에는 반전게이트(G7 내지 G9)를 입력으로 하는 낸드게이트(NAND)의 출력신호(S3)에 의해 소거상태의 바이어스전압 제너레이터를 차단하므로써 빠른시간내에 셀의 문턱전압 검증이 가능하게 된다.
상술한 바와같이 본 발명에 의하면 플래쉬 이이피롬셀의 프로그램 및 소거모드시 셀의 플로팅게이트단자로 주입되는 전하량의 변화에 따라 문턱전압이 자동으로 검증되도록 하므로써, 셀의 프로그램 및 소거시간을 크게 향상시킬 수 있으며, 스택(Stack) 형태의 셀에서 흔히 나타나는 오버이레이즈(Over erase) 문제를 해결할 수 있고, 별도의 문턱전압 검증회로가 필요없으므로 전체 회로구성을 단순화시키는데 탁월한 효과가 있다.
Claims (1)
- 플래쉬 이이피롬셀에 있어서, 프로그램 및 소거모드시에 변환되는 셀전류에 의해 문턱전압이 자동으로 검증되도록 하기 위해 전원 및 접지간에 저항 및 콘트롤게이트전압을 입력으로 하는 플래쉬 이이피롬셀의 직렬로 접속되며, 상기 플래쉬 이이피롬셀의 드레인 및 저항간의 접속점으로부터 반전게이트를 통해 문턱전압이 자동으로 검증되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플래쉬 이이피롬셀의 문턱전압 자동검증회로.
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