KR100205099B1 - 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로 및 그 출력방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로 및 그 출력방법에 관한 것으로, 데이타 출력회로내의 주변회로부와 데이터 출력 드라이버 각각에 연결되는 접지선사이에 다이오드 회로를 연결함으로써 데이터 출력회로의 동작 특성을 저하시키지 않고, 출력 드라이버에 의한 잡음을 주변회로부로 전달시키지 않으면서 정전기 방전 스트레스에 강한 내성을 가지는 데이터 출력회로를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 내부에 인가된 전원전압 및 접지전압으로 인한 정전기 방전(Electro-Static Discharge: 이하 ESD라 칭함)효과로써 발생하는 출력 드라이버의 절연파괴현상을 방지하기 위한 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로 및 그 출력방법에 관한 것이다.
일반적으로, 입력단 및 출력단을 가지는 반도체 메모리 장치는 필연적으로 외부의 신호를 받아들이는 입력회로단과 외부로 출력을 내보내는 출력회로단을 구비하게 된다. 이러한 입출력단과 외부의 정전 용량체에 전원전압단자 및 접지단자를 통해 과도한 정전기가 인가되었을때, 주로 산화화합물로 막층을 형성하여 소자간 절연체를 구성하고 있는 모오스 트랜지스터(MOS Transistor)는 ESD에 의해 쉽게 절연체가 파괴되어 모오스 트랜지스터의 동작 불량으로 이어진다. 이러한 ESD현상은 정전기의 발생 용량체의 종류, 인가방법등에 의해 여러가지로 나뉘어지게 되는데 여기서는 전하장치모델(Charged Device Model:이하 CDM이라 칭함)에 관한 것으로 이는 강하게 충전된 메모리 소자가 불특정한 입출력단 핀(Pin)으로 급격하게 방전하면서 절연체를 파괴시키는 ESD의 한 모델이다. 일반적으로 데이터를 빠르게 외부로 보내는 역할을 하는 데이타 출력회로는 순간적인 과도한 전류의 흐름때문에 그 전원전압선과 접지선이 심하게 변동되어 다른 주변회로부에 그 영향을 미치게 되어 출력단에 잡음 문제를 발생시키게 된다. 따라서 데이터 출력회로의 상기 출력단의 전원전압선과 접지선을 그 출력단 이외의 다른 주변회로부의 출력단과 전기적으로 분리하여 배치함으로써 상기 데이터 출력회로의 출력단에서 발생한 잡음 신호가 전원전압선과 접지선을 따라 다른 주변 회로부로 전달되는 통로를 전기적으로 차단하게 되는데, 이러한 기술은 데이터 출력회로의 기술분야에서 통상적인 기술로 일본국에 특허등록되어 특허등록번호 소62-169464에 개시되어 있다.
도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 두개 이상의 분리된 접지선에 연결된 데이타 출력회로의 상세회로도이다. 도 1을 참조하면, 입력신호 DOD1b이 입력단으로 입력되고 전원전압 Vcc 의 단자 및 제2접지전압선 VSS1P 사이에 피모오스 트랜지스터 3과 엔모오스 트랜지스터 5가 직렬로 연결되어 구성된 주변회로부인 인버터(Inverter)와, 입력신호 DOU1b가 입력단으로 입력되고 전원전압단자 및 제1접지전압선 VSS1IO 사이에 피모오스 트랜지스터 7과 엔모오스 트랜지스터 9가 직렬로 연결되어 구성된 출력 드라이버와, 상기 제2접지전압선 VSS1P와 제1접지전압선 VSS1IO 사이에 연결된 임피던스(Impedance) Z1으로 구성된다. 또한 노드 DOD1은 상기 인버터의 출력단과 엔모오스 트랜지스터 9의 게이트(Gate)를 연결한다. 전술한 바와 같이, 두개의 접지선 즉, 제2접지전압선 VSS1P 및 제1접지전압선 VSS1IO는 임피던스 Z1에 의해 서로 연결되어 있는데 상기 잡음 문제를 최소화하기 위해서는 상기 임피던스 성분값을 가능한 한 최대로 유지하여야 함은 자명한 사실이다. 따라서 출력 드라이버에 연결된 제1접지전압선 VSS1IO와 주변회로부에 연결된 제2접지전압선 VSS1P가 고임피던스 성분 Z1에 의해 서로 연결된 회로라고 할 수 있다. 이와같은 회로에서 전술한 바 있는 전하장치모델의 정전기 방전현상, 즉 반도체 메모리 장치 전체가 강하게 충전되어 있는 상태에서 외부 핀인 I/01에 부(Negative), 혹은 접지전압이 인가될 때, 절연파괴의 가능성이 매우 크게된다. 이러한 결과는 상기 두 접지전압선 VSS1IO와 VSS1P는 강하게 충전되어 있어 출력 핀 I/01에 부, 혹은 접지전압이 인가되면 엔모오스 트랜지스터 9가 엔피엔(NPN) 바이폴라(Bipolar) 동작을 하는데 기인된다. 즉, 소오스(Source)단은 콜렉터(Collector), 드레인(Drain)단은 에미터(Emitter), 그리고 벌크(Bulk)기판은 베이스(Base)의 역할을 수행하게 되어 상기 엔모오스 트랜지스터 9는 공통 에미터회로가 되어 제1접지전압선 VSS1IO에서 출력 핀 I/01로 적은 전류를 흘리게 되는데 기인한다. 하지만 이때, 또다른 엔모오스 트랜지스터 5도 엔피엔 바이폴라 동작을 하여 전류를 제2접지전압선 VSS1P에서 노드 DOD1으로 흘리게 되는데 이 전류는 외부로 흐를 수 없어 결국 노드 DOD1의 전위를 VSS1P와 같은 레벨수준으로 높이는 역할만 수행하게 된다. 이 경우, 상기 노드 DOD1과 출력 핀 I/01사이는 높은 전위차가 발생하게 되고, 고임피던스 성분 Z1 때문에 VSS1P 및 DOD1에서 VSS1IO를 통하여 I/01으로 빨리 전류를 흘릴 수 없기 때문에 장시간 노드 DOD1과 I/01 사이에는 높은 전위차가 유지되게 된다. 따라서, 상기 전위차는 노드 DOD1과 출력 핀 I/01사이의 절연체를 파괴시키는 정전기 방전 스트레스로 나타나게 된다. 이러한 정전기 방전 스트레스 문제에 대한 효과적인 해결책은 두 접지전압선 VSS1IO와 VSS1P사이에 존재하는 임피던스 성분을 최소화시키는 것임은 전술한 내용을 통하여 쉽게 알 수 있다.
도 2는 종래기술의 일실시예에 따른 데이터 출력회로의 상세회로도이다. 다시말하면, 도 1에서의 노드 DOD1에 저항과 캐패시터(capacitor)로 구성된 신호지연소자를 연결시켜 상기 노드 DOD1과 I/O1사이의 전위차를 감소시킬 수 있음을 보여주는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 도 1의 구성과 다른 구성은 노드 DOD2상에 저항 R과 캐패시터 C를 연결한 구성이다. 이러한 구성은 RC 회로를 통한 신호의 지연을 얻을 수 있다. 그러나 이 경우 상기 도 1에서의 문제점인 노드 DOD2와 출력 핀 I/O2간의 전위차를 줄일 수는 있지만 더욱 강하게 소자가 충전될 때에는 상기 문제가 발생될 소지가 많으며, 상기 신호지연소자의 RC 지연에 의해 노드 DOD2의 신호전달능력이 저하되므로 출력 드라이버의 특성 저하를 유발시키는 문제점이 있다.
도 3은 종래기술의 다른 실시예에 따른 데이터 출력회로의 상세회로도이다. 다시말하면, 도 1의 데이터 출력회로도에서의 두 접지전압선 VSS1IO와 VSS 1P사이의 임피던스 성분을 최소화시켜 두 접지전압선을 서로 연결한 것으로 결국 하나의 접지전압선으로 통합한 것이다. 도 3을 참조하면, 두 접지전압선 VSS3IO와 VSS3P가 낮은 임피던스 성분 Z3에 의해 직접 연결되어 있으므로 엔모오스 트랜지스터 9의 엔피엔 바이폴라 동작에 의해 두 접지전압선 VSS3IO와 VSS3P에서 출력 핀 I/O3으로 빠르게 전류가 흐를 수 있으므로 노드 DOD3과 출력 핀 I/O3 사이에 순간적인 높은 전위차의 형성을 피할 수 있다. 그러나 이 경우, 출력 드라이버에서 발생한 잡음 신호가 주변회로부에 직접 인가되어 전체 소자가 잡음에 의해 동작이 취약해질 소지가 큰 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 데이터 출력회로의 동작 특성을 저하시키지 않으면서 신호전달 속도의 지연없이 전하를 방전하는 정전기 방전 스트레스에 강한 내성을 가지는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로 및 그 출력방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 외부로부터의 인입된 잡음신호에 의한 전원전압선 및 접지전압선의 흔들림이 주변회로부로 전달되는 것을 차단하며 신호전달 속도의 지연없이 동시에 정전기 방전 스트레스에 강한 내성을 가지는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로 및 그 출력방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 주변회로부중 하나의 출력버퍼에 연결된 접지전압선을 출력 드라이버에 연결된 접지전압선과 연결하여 동일 접지전압선을 사용하고 그 외의 다른 주변회로부는 고유의 접지전압선을 사용하여 전하를 방전시킴으로써 빠른 전하 방전을 가질 수 있는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로 및 그 출력방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 출력 드라이버의 접지전압선은 그대로 사용하고 주변회로부의 접지전압선을 출력핀의 출력노드에 연결된 더미 트랜지스터에 연결하여 고유의 접지전압선과 더미 트랜지스터를 통하여 전하를 방전함으로써 더욱 빠른 전하 방전을 가질 수 있는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로 및 그 출력방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래기술의 일실시예에 따른 두개 이상의 분리된 접지선에 연결된 데이타 출력회로의 상세회로도.
도 2는 종래기술의 다른 실시예에 따른 데이타 출력회로의 상세회로도.
도 3은 종래기술의 또다른 실시예에 따른 데이타 출력회로의 상세회로도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 데이타 출력회로의 상세회로도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 출력회로의 상세회로도.
상기한 본 발명의 기술적 사상에 따르면, 출력 드라이버와 다수개의 주변회로부들로 구성되는 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로에 있어서, 상기 출력 드라이버의 일단 및 상기 주변회로부들중 제1주변회로에 공통 접속되어 제1접지전압을 제공하는 제1접지전압선과, 상기 주변회로부들의 일단에 접속되어 제2접지전압을 제공하는 제2접지전압선과, 상기 주변회로부중 제1주변회로부의 일단 및 상기 제1접지전압선에 일단이 공통 접속되며 출력 드라이버의 출력단에 타단이 접속되어 상기 제1주변회로와 상기 출력 드라이버의 입력단 사이 노드의 전류를 방전시키기 위한 방전부와, 상기 제1 및 제2접지전압선에 양단이 각각 접속되어 상기 제1 및 제2접지전압선을 분리하기 위한 임피던스 회로를 가짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 데이타 출력회로의 상세회로도이다. 도 4를 참조하면, 주변회로부중 하나로서 인버터(Inverter) 구성인 출력버퍼 200이 다른 주변회로부에 연결된 제2접지전압선 VSS4P와 연결하지 않고 출력 드라이버의 접지전압선인 제1접지전압선 VSS4IO에 연결한다. 따라서, 다른 주변회로부의 접지전압선으로 상기 제2접지전압선 VSS4P이 독립적으로 사용되고, 상기 출력버퍼 200의 접지전압선은 출력 드라이버의 접지전압선인 제1접지전압선 VSS4IO에 공통연결된다. 그러므로, 엔모오스 트랜지스터 5의 바이폴라 동작에 의해 제1접지전압선 VSS4IO에서 제1연결노드(또는 연결노드) 예를들면 노드 DOD4로 흐르던 과도 전류는 출력 드라이버를 통해 즉시 출력핀 I/04로 흘러 나가기 때문에 엔모오스 트랜지스터 9의 게이트단에 강한 전위차가 존재하지 않게 되어 정전기 방전에 의한 절연파괴의 충격에서 출력 드라이버의 트랜지스터인 엔모오스 트랜지스터 9의 절연파괴를 방지할 수 있게 된다. 또한 노드 N3 및 노드 N4에 소오스 및 드레인이 접속되며 게이트단이 소오스단과 연결되어 있는 방전 트랜지스터 예를들면 엔모오스 트랜지스터 11을 추가하므로써 노드 DOD4에 흐르는 전류를 더욱 신속히 출력핀 I/O4로 방전시키게 되어 상기 엔모오스 트랜지스터 9에 집중되는 과도 전류에 의한 절연파괴를 방지할 수 있게 된다. 한편 주변회로부들중 상기 출력버퍼 200을 제외한 나머지 주변회로부들 100은 제2접지전압선 VSS4P에 연결된다. 따라서 주변회로부들중 하나의 주변회로부인 출력버퍼 200만이 제1접지전압선 VSS4IO를 상기 출력 드라이버와 공통으로 사용하고 나머지 주변회로부들 100은 다른 접지전압선인 제2접지전압선 VSS4P를 사용하여 출력버퍼 200의 출력노드 DOD4에 흐르는 과도 전류를 빠르게 방전할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 출력회로의 상세회로도이다. 도 5를 참조하면, 출력버퍼 200의 엔모오스 트랜지스터 5의 소오스단에 연결된 제2접지전압선 VSS5P와 출력 드라이버의 엔모오스 트랜지스터 9의 소오스단에 연결된 제1접지전압선 VSS5IO가 임피던스 Z5로 연결된다. 또한 노드 N1과 노드 N2에 소오스 및 드레인단이 접속되며 게이트단이 노드 N1에 접속된 방전 트랜지스터 예를들면 엔모오스 트랜지스터 11을 가진다. 이러한 구성으로 엔모오스 트랜지스터 11은 출력버퍼 200의 엔모오스 트랜지스터 5에 연결된 제2접지전압선 VSS5P과 동일한 접지전압선을 사용함으로써 엔모오스 트랜지스터 5의 엔피엔(NPN) 바이폴라 동작에 의해 제1접지전압선 VSS5IO에서 노드 DOD5로 흐르던 과도 전류를 신속하게 외부의 출력핀 I/O5로 방전시킬 수 있게 되어 엔모오스 트랜지스터 9의 게이트단에 강한 전위차를 줄여주어 정전기 방전에 의한 절연파괴를 방지하여 데이터 출력회로를 보호하게 된다. 여기서 중요한 것은 출력버퍼 200의 출력단의 방전 경로를 제2접지전압선 VSS5P를 통한 방전 경로뿐만아니라 방전 트랜지스터 11을 통한 방전 경로를 사용하여 노드 DOD5의 과도 전류를 더욱 신속하게 방전시킬 수 있는 점이다.
본 발명의 데이타 출력회로에 따르면, 출력 드라이버의 동작 특성을 저하시키지 않고, 출력 드라이버에 의한 잡음을 주변 회로부의 출력단으로 전달시키지 않으면서 정전기 방전(CDM ESD) 스트레스에 강한 내성을 가질 수 있는 효과가 있다. 또한 주변회로부의 출력단과 출력 드라이버 사이의 과도 전류에 의한 절연파괴를 방지하여 방전 트랜지스터를 통한 방전 경로로써 출력 드라이버의 정전기 방전 스트레스에 강한 내성을 가지게 하는 효과가 있다.
상기한 본 발명은 도면을 중심으로 예를 들어 한정되었지만, 그 동일한 것은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변화와 변형이 가능함이 본 분야의 숙련된 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (13)
- 출력 드라이버와 다수개의 주변회로부들로 구성되는 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로에 있어서,상기 출력 드라이버의 일단 및 상기 주변회로부들중 제1주변회로에 공통 접속되어 제1접지전압을 제공하는 제1접지전압선과,상기 주변회로부들의 일단에 접속되어 제2접지전압을 제공하는 제2접지전압선과,상기 주변회로부중 제1주변회로부의 일단 및 상기 제1접지전압선에 일단이 공통 접속되며 출력 드라이버의 출력단에 타단이 접속되어 상기 제1주변회로와 상기 출력 드라이버의 입력단 사이 노드의 전류를 방전시키기 위한 방전부와,상기 제1 및 제2접지전압선에 양단이 각각 접속되어 상기 제1 및 제2접지전압선을 분리하기 위한 임피던스 회로를 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제1항에 있어서, 상기 방전부가 상기 제1주변회로의 출력단의 전류를 방전시킴을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제2항에 있어서, 상기 제1주변회로가 출력버퍼임을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제1항에 있어서, 상기 제2접지전압선은 상기 제1주변회로외의 상기 주변회로부들의 출력단의 전류를 방전시킴을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제1항에 있어서, 상기 방전부가 모오스 트랜지스터로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제1항에 있어서, 상기 임피던스 회로가 고임피던스 성분으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 출력 드라이버와 주변회로부로 구성되는 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로에 있어서,상기 출력 드라이버에 접속되어 제1접지전압을 제공하는 제1접지전압선과,상기 주변회로부에 접속되어 제2접지전압을 제공하는 제2접지전압선과,상기 주변회로부의 일단 및 상기 제2접지전압선에 일단이 공통 접속되며 출력 드라이버의 출력단에 타단이 접속되어 상기 주변회로부와 상기 출력 드라이버의 입력단 사이 노드의 전류를 방전시키기 위한 방전부와,상기 제1 및 제2접지전압선에 양단이 접속되어 상기 제1 및 제2접지전압선을 분리하기 위한 임피던스 회로를 구비함을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제7항에 있어서, 상기 방전부가 제2접지전압선에만 접속됨을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이타 출력회로.
- 제7항에 있어서, 상기 방전부가 모오스 트랜지스터로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 제7항에 있어서, 상기 주변회로부가 출력버퍼임을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력회로.
- 출력 드라이버와 다수개의 주변회로부를 가지는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력방법에 있어서,상기 주변회로부중 제1주변회로의 출력단으로 부터의 출력신호를 제1연결노드를 통하여 상기 출력 드라이버의 게이트단으로 전송하는 과정과,상기 제1연결노드상의 전류를 상기 출력 드라이버에 연결된 제1접지전압선을 통하여 방전하며 동시에 방전부를 통하여 출력핀으로 방전시키는 과정과,상기 제1주변회로 이외의 주변회로부들의 제2연결노드상의 전류를 제2접지전압선을 통하여 방전시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제1접지전압선을 통한 방전이 출력버퍼로부터 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력방법.
- 출력 드라이버와 주변회로부를 가지는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력방법에 있어서,상기 주변회로부의 출력단으로 부터의 출력신호를 연결노드를 통하여 상기 출력 드라이버의 게이트단으로 전송하는 과정과,상기 연결노드상의 전류를 상기 주변회로부에 연결된 접지전압선을 통하여 방전시키며 동시에 상기 주변회로부 및 출력핀 사이에 연결된 방전부를 통하여 출력핀으로 방전시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 데이터 출력방법.
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