KR100245088B1

KR100245088B1 - 고전압 발생기

Info

Publication number: KR100245088B1
Application number: KR1019960049037A
Authority: KR
Inventors: 김영석
Original assignee: 김영환; 현대전자산업주식회사
Priority date: 1996-10-28
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 2000-02-15
Also published as: KR19980029716A

Abstract

본 발명은 동작 전압보다 높은 전압을 발생시키는 반도체 메모리 소자의 고전압 발생기에 관한 것으로, 고전압 레벨 펌프의 효율을 높힘으로써 소비전력을 줄이고 저전위 특성을 개선시킨 고전압 발생기에 관한 것이다.

Description

고전압 발생기

본 발명은 동작 전압보다 높은 전압을 발생시키는 고전압 발생기에 관한 것으로, 특히 고전압 레벨 펌프의 효율을 높힘으로써 소비전력을 줄이고 저전위 특성을 개선시킨 고전압 발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 고전압(이하 'Vpp'라 함) 발생기는 반도체 소자에서 제1전원전압(Vcc) 보다 높은 전압을 요구하는 칩(chip)내의 회로에 일정한 고전압을 공급해주는 장치이다. 이러한 Vpp 발생기는 전하 펌핑(charge pumping) 방법에 의해 만들어지며, 그 기본구성은 다음과 같다.

제1도는 일반적인 Vpp 발생기의 블럭도를 나타낸 것으로, 전하 펌핑을 주기적으로 하기위한 펄스를 발생시키는 링 오실레이터부(11)와, 전하를 펌핑해주는 펌프부(13)와, 상기 링 오실레이터부(11)에서 나오는 출력 펄스로 상기 펌프부(13)를 제어하는 펌프 제어부(12)로 구성된다.

제2도는 제1도에 도시된 펌프부(13)의 종래 회로구성도로써, 소오스(source)와 게이트(gate)로 전원전압(Vcc)이 인가되고 드래인(drain)이 제1노드(N1)에 연결된 제1 N-모스형 트랜지스터(MN1)와, 소오스로 전원전압(Vcc)이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제1노드(N1)에 연결된 제2 N-모스형 트랜지스터(MN2)와, 소오스로 전원전압(Vcc)이 인가되고 게이트가 상기 제1노드(N1)에 접속되며 드래인은 제2노드(N2)에 연결된 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)와, 소오스와 드래인 단자로 제1제어신호(A)가 입력되고 게이트가 상기 제1노드(N1)에 연결된 제4 N-모스형 트랜지스터(MN4)와, 소오스와 드래인 단자로 제2제어신호(B)가 공통으로 입력되고 게이트가 상기 제2노드(N2)에 연결된 제5 N-모스형 트랜지스터(MN5)로 구성된다. 그리고 소오스가 상기 제2노드(N2)에 접속되고 게이트가 제4노드(N4)에 접속되며 드래인 단자로 Vpp가 인가되는 제1 P-모스형 트랜지스터(MP1)와, 소오스와 게이트로 전원전압(Vcc)이 인가되고 드래인이 제3노드(N3)에 연결된 제6 N-모스형 트랜지스터(MN6)와, 소오스 단자로 전원전압(Vcc)이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제3노드(N3)에 공통으로 접속된 제7 N-모스형 트랜지스터(MN7)와, 소오스 단자로 전원전압(Vcc)이 인가되고 게이트는 상기 제3노드(N3)에 접속되며 드래인은 제4노드(N4)에 연결된 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)와, 소오스와 드래인 단자로 제3제어신호(C)가 입력되고 게이트가 상기 제3노드(N3)에 접속된 제9 N-모스형 트랜지스터(MN9)와, 소오스와 드래인 단자로 제4제어신호(D)가 입력되고 게이트가 상기 노드(N4)에 연결된 제10 N-모스형 트랜지스터(MN10)와, 소오스가 상기 제4노느(N4)에 접속되고 게이트가 상기 제2노드(N2)에 연결되며 드래인 단자로 Vpp가 인가되는 제2 P-모스형 트랜지스터(MP2)로 구성된다. 동작시 상기 제1 내지 제4제어신호(A, B, C, D)의 파형은 제3도의 신호 파형도에 도시된 바와 같으며, 이하 동 도면을 참조하며 고전압 펌핑동작과정을 자세히 살펴보기로 한다.

우선, 상기 제3제어신호(C)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이되면서 상기 제4노드(N4)와 전원전압(Vcc) 인가단과의 경로를 차단된다. 이후, 상기 제4제어신호(D)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이하면 V4 전위수준으로 프리차지(precharge)되어있던 상기 제4노드(N4)가 'V4+Vcc'로 부스팅된다. 그런다음, 상기 제2제어신호(B)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이하면 상기 제2 P-모스형 트랜지스터(MP2)가 턴-온되면서 상기 제4노드(N4)에 부스팅되어있던 전위(V4+Vcc)가 고전압(Vpp) 인가단으로 전달된다.

상기 전위(V4+Vcc)가 충분히 전달된 후 상기 제1제어신호(A)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이하면 상기 제1노드(N1)가 'Vcc+Vt2(MN2의 문턱 전압)'가 되면서, 상기 제2 N-모스형 트랜지스터(MN2)의 문턱 전압(Vt2)이 상기 제3 N- 모스형 트랜지스터(MN3)의 문턱 전압(Vt3)보다 크면 상기 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)를 턴-온시킴으로써 상기 제2노드(N2)를 V2 전위수준으로 프리차지시키게 된다. 이후 상기 신호 A가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 다시 천이하면 상기 제2노드(N2)와 전원전압(Vcc) 간의 경로가 차단된다. 그런 다음, 상기 제2제어신호(B)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이하면 상기 제2노드(N2)가 부스팅되면서 'V2+Vcc'의 전위수준이 된다.

이후, 상기 제4제어신호(D)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이하면 상기 제1 P-모스형 트랜지스터(MP1)를 턴-온시켜 상기 제2노드(N2)의 전하가 고전압(Vpp) 인가단으로 전달된다.

상기한 전위가 충분히 전달된 후 상기 제3제어신호(C)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이하면 상기 제3노드(N3)가 'Vcc+Vt7(MN7의 문턱 전압)'이 되면서, 상기 제7 N-모스형 트랜지스터(MN7)의 문턱 전압(Vt7)이 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)의 문턱 전압(Vt8)보다 크면 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)를 턴-온시켜 상기 제4노드(N4)를 V4 전위수준으로 프리차지시키게 된다.

이후의 동작은 이상의 과정이 반복되는 방식이다.

두 노드(N2, N4) 각각의 부스팅(boostrap) 전위가 'V2(N2의 전위)+Vcc' 또는 'V4(N4의 전위)+Vcc'가 되므로 상기 V2 또는 V4의 전위가 높을수록 고전압 펌핑효율이 높아짐을 알 수 있다.

따라서, 상기 V2 또는 V4의 전위를 높이기 위해 프리차지시간을 충분히 길게 줄 경우 단위 시간당 펌핑횟수가 작아지게 되면서 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 펌핑효율 문제는 낮은 전원전압 상태에서 더욱 심각하게 대두되는 문제점이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 고전압 레벨 펌프의 효율을 높힘으로써 소비 전력을 줄이고 저전위 특성을 개선시킨 고전압 발생기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 고전압 발생기는 전하 펌핑을 주기적으로 하기 위한 펄스를 발생시키는 링 오실레이터와 전하를 펌핑해주는 펌프부와 상기 링 오실레이터에서 나오는 출력 펄스로 상기 펌프부를 제어하는 펌프 제어부를 구비하는 반도체 메모리 소자의 고전위 발생기에 있어서, 상기 펌프부는 소오스 및 게이트로 전원전압이 인가되고 드래인이 제1노드에 연결된 제1 N-모스형 트랜지스터와, 소오스로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제1노드에 연결되며 벌크단이 접지전압보다 일정전위 낮은 네거티브전위 레벨의 기판 바이어스전압 인가단에 접속되는 제2 N-모스형 트랜지스터와, 소오스로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제1노드와 제2노드에 각각 연결되며 벌크단이 접지단에 접속되는 제3 N-모스형 트랜지스터과, 소오스와 드래인 단자로 제1제어신호가 입력되고 게이트가 상기 제1노드에 연결된 제4 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제2제어신호가 공통으로 입력되고 게이트가 상기 제2노드에 연결된 제5 N-모스형 트랜지스터와, 소오스가 상기 제2노드에 접속되고 게이트가 제4노드에 접속되며 드래인이 고전압 인가단에 접속되는 제1 P-모스형 트랜지스터와, 소오스와 게이트로 전원전압이 인가되고 드래인이 제3노드에 연결된 제6 N-모스형 트랜지스터와, 소오스 단자로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제3노드에 공통으로 접속되며 벌크단이 상기 기판 바이어스전압 인가단에 접속되는 제7 N-모스형 트랜지스터와, 소오스 단자로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제3노드와 제4노드에 각각 연결되며 벌크단이 접지단에 접속되는 제8 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제3제어신호가 입력되고 게이트가 상기 제3노드에 접속된 제9 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제4제어신호가 입력되고 게이트가 상기 노드에 연결된 제10 N-모스형 트랜지스터와, 소오스가 상기 제4노드에 접속되고 게이트가 상기 제2노드에 연결되며 드래인이 고전압 인가단에 접속되는 제2 P-모스형 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 일반적인 고전압 발생기의 블럭도.

제2도는 제1도에 도시된 펌프부의 종래 회로구성도.

제3도는 제2도에 도시된 신호의 동작 파형도.

제4도는 제1도에 도시된 펌프부의 본 발명에 의한 회로구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 링 오실레이터부 12 : 펌프 제어부

13 : 펌프부

상술한 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 제1도에 도시된 펌프부의 본 발명에 의한 회로 구성도로, 상기 제2 N-모스형 트랜지스터(MN2)의 벌크(bulk)단이 기판 바이어스전압(Vbb) 인가단에 접속되고, 상기 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)의 벌크단이 접지단(Vss)에 접속되며, 상기 제7 N-모스형 트랜지스터(MN7)의 벌크단이 기판 바이어스전압(Vbb) 인가단에 접속되고, 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)의 벌크단을 접지단(Vss)에 접속시키는 것이 제2도의 회로 구성에서와 차이가 된다. 상기 제1 내지 제4제어신호(A, B, C, D)의 동작파형은 제3도에 도시된 신호파형과 동일하다.

이하, 상기 구성을 갖는 본 발명의 고전압 펌핑동작을 도면을 참조하며 자세히 살펴보기로 한다.

우선, 상기 제3제어신호(C)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이하면 상기 제4노드(N4)와 전원전압(Vcc) 인가단과의 경로가 차단되면서, 상기 제4제어신호(D)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이될 경우, V4 전위수준으로 프리차지되어있던 제4노드(N4)의 전위는 'V4+Vcc'로 부스팅된다. 이후, 제2제어신호(B)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이되면 상기 제2 P-모스형 트랜지스터(MP2)가 턴-온되면서 상기 제4노드(N4)의 부스팅전위(V4+Vcc)가 고전압(Vpp) 인가단으로 전달된다.

이때, 본 발명에 따른 고전압 발생기에서는 상기 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)의 벌크단을 접지전압(Vss) 인가단 즉, 그라운드에 접속하고, 상기 제2 N-모스형 트랜지스터(MN2)의 벌크단은 상기 접지전압(Vss)보다 일정 전위수준 낮은 소정의 네가티브(-)전위인 기판 바이어스전압(Vbb) 인가단에 접속해주므로써, 상기 제2 N-모스형 트랜지스터(MN2)의 문턱 전압(Vt2)이 상기 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)의 문턱 전압보다 커지게 된다.

한편, 전하가 충분히 전달된 후 상기 제1제어신호(A)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이되면, 상기 제1노드(N1)는 'Vcc+vt2'가 되어 상기 제3 N-모스형 트랜지스터(MN3)를 턴-온시킴으로써 상기 제2노드(N2)의 전위를 Vcc에 가까운 충분히 높은 전위로 프리차지시키게 된다. 이후, 상기 제1제어신호(A)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 다시 천이되면 상기 제2노드(N2)와 전원전압(Vcc) 인가단과의 전류경로가 차단되면서, 상기 제2제어신호(B)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이될 경우 상기 제2노드(N2)의 전위가 'V2+Vcc'의 전위수준으로 부스팅된다.

그런 다음, 상기 제4제어신호(D)가 '로직 하이'에서 '로직 로우'로 천이되어지면 상기 제1 P-모스형 트랜지스터(MP1)를 턴-온시키므로써, 상기 제2노드(N2)로 부스팅된 전위가 고전압(Vpp) 인가단으로 전달되는 것이다.

이때, 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)의 벌크단을 접리전압(Vss) 인가단에 접속하는 한편 상기 제7 N-모스형 트랜지스터(MN7)의 벌크단을 상기 접지전압(Vss)보다 일정 전위수준 낮은 기판 바이어스전압(Vbb) 인가단에 접속해주게 되므로써, 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)의 문턱전위(Vt8)가 상기 제7 N-모스형 트랜지스터(MN7)의 문턱전위(Vt7)보다 커지게 되며, 전하가 충분히 전달된 후 상기 제3제어신호(C)가 '로직 로우'에서 '로직 하이'로 천이되면 상기 제3노드(N3)의 전위가 'Vcc+vt7'로 되어 상기 제8 N-모스형 트랜지스터(MN8)를 턴-온시킴으로써 상기 제4노드(N4)의 전위가 전원전압(Vcc)에 가까운 충분히 높은 전위로 제4노드(Nf)로 프리차지된다.

이후의 동작은 이상의 과정이 반복되는 방식이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 고전압 발생기를 반도체 메모리 소자 내부에 구현하게 되면, 고전압 발생기의 펌핑효율을 증대시킴으로써 소비 전력을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 또한 저전원전압에서 많이 발생할 수 있는 충분히 높은 고전압이 발생되지 않는 문제를 해결할 수 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

전하 펌핑을 주기적으로 하기 위한 펄스를 발생시키는 링 오실레이터와, 전하를 펌핑해주는 펌프부와, 상기 링 오실레이터에서 나오는 출력 펄스로 상기 펌프부를 제어하는 펌프 제어부를 구비하는 반도체 메모리 소자의 고전압 발생기에 있어서, 상기 펌프부는, 소오스와 게이트로 전원전압이 인가되고 드래인이 제1노드에 연결된 제1 N-모스형 트랜지스터와, 소오스로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제1노드에 연결되며 벌크단이 접지전압보다 일정전위 낮은 네거티브전위 레벨의 기판 바이어스전압 인가단에 접속되는 제2 N-모스형 트랜지스터와, 소오스로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제1노드와 제2노드에 각각 연결되며 벌크단이 접지단에 접속되는 제3 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제1제어신호가 입력되고 게이트가 상기 제1노드에 연결된 제4 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제2제어신호가 공통으로 입력되고 게이트가 상기 제2노드에 연결된 제5 N-모스형 트랜지스터와, 소오스가 상기 제2노드에 접속되고 게이트가 제4노드에 접속되며 드레인이 고전압 인가단에 접속되는 제1 P-모스형 트랜지스터와, 소오스와 게이트로 전원전압이 인가되고 드래인이 제3노드에 연결된 제6 N-모스형 트랜지스터와, 소오스 단자로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제3노드에 공통으로 접속되며 벌크단이 상기 기판 바이어스전압 인가단에 접속되는 제7 N-모스형 트랜지스터와, 소오스 단자로 전원전압이 인가되고 게이트와 드래인이 상기 제3노드와 제4노드에 각각 연결되며 벌크단이 접지단에 접속되는 제8 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제3제어신호가 입력되고 게이트가 상기 제3노드에 접속된 제9 N-모스형 트랜지스터와, 소오스와 드래인 단자로 제4제어신호가 입력되고 게이트가 상기 노드에 연결된 제10 N-모스형 트랜지스터와, 소오스가 상기 제4노드에 접속되고 게이트가 상기 제2노드에 연결되며 드레인이 고전압 인가단에 접속되는 제2 P-모스형 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.
제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4제어신호는 상기 제3제어신호가 하이에서 로우로 전이된 후 상기 제4제어신호가 로직 로우에서 로직 하이로 전이되고, 그 후 상기 제2제어신호가 로직 하이에서 로직 로우로 전이된 후 상기 제1제어신호가 로직 로우에서 로직 하이로 전이된 다음 일정구간 후에 상기 제1, 제2, 제4, 제3제어신호순으로 신호가 전이되도록 타이밍이 제어되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생기.