KR100264752B1

KR100264752B1 - 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로

Info

Publication number: KR100264752B1
Application number: KR1019970082301A
Authority: KR
Inventors: 장기호
Original assignee: 김영환; 현대전자산업주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2000-10-02
Also published as: KR19990061996A

Abstract

본 발명은 Vbb 전위가 여러 가지 이유로 인하여, 특히 범프(Bump) 테스트시 디커플링 커패시턴스에 의해 갑자기 떨어질 때 고전위(Vpp) 발생 장치의 전위 범프 회로를 이용하여 Vbb를 원래의 값으로 빨리 복구시킬 수 있는 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로를 제공한다. 본 발명에 의한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로는 외부클록을 전달하는 외부클록부와, 기판전위를 위한 발진신호를 생성하는 Vbb 발진부와, 외부클록 신호와 발진신호중 어느 하나를 전달하는 Vbb 선택부와, 기판 전위를 위한 챠아지 펌핑을 하는 Vbb 펌핑부와, Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 정상전위를 감지하여 Vbb 발진부를 제어하는 제1 Vbb 검출기와, Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 비정상 저전위를 감지하는 제2 Vbb 검출기와, 고전위 Vpp를 생성하는 Vpp 발생부 및 제2 Vbb 검출기에 의해 제어되는 Vbb & Vpp 쇼트부를 포함하여 이루어진다.

Description

고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로

본 발명은 반도체 메모리 회로에 관한 것으로, 특히 기판전위(Vbb)가 갑자기 떨어질 때 기판전위를 원래의 값으로 빨리 복구되도록 하는 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로에 관한 것이다.

디램(DRAM) 내부의 전위중 기판 전위에 사용되는 것으로 Vbb가 있는데 이 전위를 안정되게 유지하는 것은 디램의 전체 동작에 아주 중요한 요소이다. 디램에서 사용하는 전위중 하나인 Vbb는 기판 전위로서 통상의 동작중에 전류가 소모되는 전위가 아니라 한 번 그 값이 잡히면 플로팅 상태가 되어 그 전위값을 유지하는 전위이다. 보통 이 전위는 처음 외부에서 전원이 인가되면 가장 먼저 만들어지게 되고 이 전위가 만들어지기 전까지는 다른 동작은 일체 무의미하도록 설계된다. 이 전위를 만들기 위해서는 Vbb 펌프(pump)와 발진기(oscillator)라는 것이 있어서 기판으로 전자를 흘려 보내거나 정공을 빼어 기판 전위(Vbb)를 접지 전위 이하로 낮춘다. 그러다가 기판이 일정한 전위로 떨어지면 그 값을 감지하여 발진기와 펌프의 동작을 중지시킨다. 만일 디램의 소자적인 특성에 의한 누설 전류나 비정상 동작에 의해 Vbb가 접지나 전원 전위, 혹은 기타 전위와 쇼트(short)가 될 경우 Vbb 전위가 올라가게 되면 다시 감지 회로에서 발진기와 펌프의 동작을 시키고되고 이로인해 Vbb는 다시 떨어지게 된다. 종래의 경우에는 이와같이 낮아진 전류가 누설이나 비정상 동작에 의해 높아질 경우 Vbb 펌프에 의해 다시 낮추기만 하는 구조로 되어 있다. 즉 비정상적으로 낮아진 전위를 정상 전위로 올리는 것은 종래의 경우에는 배려하지 않고 다만 누설에 의해 정상 전위로 복구되기만을 기다릴뿐 이었다. 그러나 디램의 셀이 대용량화함에 따라 Vbb의 커패시턴스가 커지게되어 비정상적으로 낮아진 Vbb의 복구에는 그만큼 시간이 오래 걸리게 되었다. 예컨대, Q를 전하량, C를 커패시턴스, V를 전위, I를 누설전류, T를 소요시간이라 할 때 관계식 Q = CV = IT에서 유도된 T=CV/I로부터 소용시간 T가 증가됨을 알 수 있다. 특히 디램의 신뢰성 테스트에서 반드시 통과해야만 하는 범프(Bump) 테스트, 즉 전원 전위를 정상동작 중에 갑자기 변화시키며 동작시키는 테스트를 할 때 전원 전위가 갑자기 떨어질 경우 디커플링 커패시턴스에 의해 플로팅 상태인 Vbb의 전위가 덩달아 갑자기 떨어지게 된다. 이런 상태에서 종래의 경우에는 Vbb가 누설전류에 의해서만 복구가 되므로 커패시턴스가 큰 대용량의 칩인 경우 복귀가 늦어지게 되고 정상동작이 어려워져 범프 테스트에서 불량이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술을 해결하기 위하여 Vbb를 원래의 값으로 빨리 복구시킬 수 있는 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 종래 기술을 해결하기 위하여 범프(Bump) 테스트시 디커플링 커패시턴스(decoupling capacitance)에 의해 갑자기 떨어질 때 다른 고전위(Vpp) 발생 장치의 전위 범프 회로를 이용하여 Vbb를 복구시킬 수 있는 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로의 블록도이다.

도 2 는 도 1의 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업블록도의 구체 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

130 : 제1 Vbb 검출기

140 : 제2 Vbb 검출기

190 : Vbb & Vpp 쇼트부

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로는 외부클록을 전달하는 외부클록부; 기판전위를 위한 발진신호를 생성하는 Vbb 발진부; 상기 외부클록 신호와 상기 발진신호중 어느하나를 전달하는 Vbb 선택부; 기판전위를 위한 챠아지 펌핑을 하는 Vbb 펌핑부; 상기 Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 정상전위를 감지하여 상기 Vbb 발진부를 제어하는 제1 Vbb 검출기; 상기 Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 비정상 저전위를 감지하는 제2 Vbb 검출기; 고전위 Vpp를 생성하는 Vpp 발생부; 및 상기 제2 Vbb 검출기에 의해 제어되는 Vbb & Vpp 쇼트부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 Vbb 전위가 여러 가지 이유로 인하여, 특히 범프(Bump) 테스트시 디커플링 커패시턴스(decoupling capacitance)에 의해 갑자기 떨어질 때 다른 고전위 발생 장치의 전위 범프 회로를 이용하여 Vbb를 원래의 값으로 빨리 복구시킬 수 있게 된다. 이는 디램에서 뿐만 아니라 여러 가지 전위를 동시에 쓰는 반도체 소자에서 플로팅 전위를 안정되게 유지할 수 있는 방법이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로의 블록도를 도시한 것이다.

도 1 에 도시된 바와같이, 본 발명의 기판전위(Vbb) 챠아지-업 회로는 외부클록을 전달하는 외부클록부(105)와, 기판전위(Vbb)를 위한 발진신호를 생성하는 Vbb 발진부(110)와, 상기 외부클록 신호와 발진신호중 어느하나를 전달하는 Vbb 선택부(select, 115)와, 기판전위를 위한 챠아지 펌핑을 하는 Vbb 펌핑부(120)와, 상기 Vbb 펌핑부(120)로부터 Vbb의 정상전위를 감지하여 상기 Vbb 발진부(110)를 제어하는 제1 Vbb 검출기(130)와, 상기 Vbb 펌핑부(120)로부터 Vbb의 비정상 저전위를 감지하는 제2 Vbb 검출기(140)와, 고전위 Vpp를 생성하는 Vpp 발생부(160)와, 상기 제2 Vbb 검출기(140)에 의해 제어되는 Vbb & Vpp 쇼트부(150)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 Vpp 발생부(160)는 외부클록을 전달하는 외부클록부(161)와, 고전위를 위한 발진신호를 생성하는 Vpp 발진부(162)와, 상기 외부클록 신호와 발진신호중 어느 하나를 전달하는 Vpp 선택부(164)와, 고전위를 위한 챠아지 펌핑을 하는 Vpp 펌핑부(166)와, 상기 Vpp 펌핑부(166)로부터 Vpp의 정상전위를 감지하여 상기 Vpp 발진부(160)를 제어하는 Vpp 검출기(168)로 구성된다.

본 발명은 종래의 경우에 고려되지 않는 문제점을 해결하기 위하여 디램 내부의 또 다른 전위중 하나인 고전위 Vpp를 발생시키는 장치를 이용한다. Vpp를 만드는 방법도 Vbb를 만드는 방법과 유사하게 발진기와 펌프를 이용하여 고전위를 Vpp 커패시터에 저장한다. 그러나 Vpp는 Vbb와는 달리 동작중에 전류가 소모되는 전위이기 때문에 그 값이 자주 움직이게 되고 Vbb와 마찬가지로 감지기가 있어서 전위값이 정상값보다 높으면 발진기와 펌프의 동작을 중지시키고 낮으면 동작을 시킨다. 본 발명에서는 이러한 고전위를 만드는 Vpp펌프를 이용하여 Vbb 커패시터에 전위를 공급하므로써 비정상적으로 낮아진 Vbb 전위를 빠른 시간에 복구시키려는 것이다. 즉 Vbb가 비정상값 이하로 떨어질 경우 감지기에서 이를 감지하여 Vbb 커패시터를 Vpp 펌프에 연결하여 고전위를 공급함으로써 Vbb를 정상값으로 빨리 복구시키려는 것이다.

도 1을 참조하면 Vbb 발생회로에서 Vbb 발진부(110), Vbb 펌핑부(120) 및 제1 Vbb 검출기(130)은 종래의 것과 동일한 기능을 한다. 즉, Vbb 발진부(110)에서 접지전위 이하의 전위를 만들어 주면 Vbb 펌핑부(120)에서 이를 Vbb 커패시터(Vbb cap)로 전달하게 되고, Vbb 커패시터가 일정전위 이하로 떨어지면 제1 Vbb 검출기(130)에서 이를 감지하여 Vbb 발진부(110), Vbb 펌핑부(120)의 동작을 정지시킨다. 여기서 제1 Vbb 검출기(130)는 Vbb의 정상전위를 감지하는 회로이다.

또한, Vpp 발생부(160)는 위에서 언급된 Vbb 발생회로와 마찬가지로 Vpp 발진부(162)와 Vpp 펌핑부(166), Vpp 검출기(168)의 구성과 기능은 종래와 동일하다.

본 발명에서는 종래의 구조에서 제2 Vbb 검출기(140)와 Vbb & Vpp 쇼트부(150), 그리고 외부 클록(105, 161)을 발진기 대용으로 사용할 수 있는 구조를 추가하였다. 각각의 기능에 대해 자세히 설명하면 우선 제2 Vbb 검출기(140)는 비정상 저전위 Vbb를 감지하는 것이다. 예를들면 정상 Vbb가 -1.5V라면 제1 Vbb 검출기 (130)은 -1.5V를 감지하고 제2 Vbb 검출기(140)는 이보다 낮은 전위를 감지하는 것이다. 이 전위를 결정하는 것은 디램이 어느정도의 Vbb수준까지 안정된 동작을 보장할 수 있는가에 따라 달라진다. 제2 Vbb 검출기(140)의 회로는 여러 가지 방법으로 꾸밀 수 있으나 간단히는 제1 Vbb 검출기(130)에서 트랜지스터의 크기를 조절하는 것으로 만들 수 있다. 이렇게 비정상 저전위 Vbb를 감지하여 이를 Vbb & Vpp 쇼트부(150)에 알리면 Vbb 커패시터(Vbb cap)는 Vpp 커패시터(Vpp cap)에 연결이 되고 Vpp 발생부(160)에서 만들어지는 전위가 Vbb 발생회로로 전달이 되는 것이다. 이는 Vpp 펌핑부(166)에서 직접 Vbb의 전위를 높이는 결과가 된다. 물론 Vbb가 적당한 수준 이상으로 올라가면 이러한 동작은 멈추게되고 정상적인 전압 발생기의 역할을 하게 된다. 그리고 펌핑의 효율을 높이기 위하여 외부 클록을 발진기 대용으로 사용할 수 있도록 했는데 물론 경우에 따라 다르긴 하지만 통상적으로 Vbb 발진부의 경우 주파수와 구동 능력면에서 외부 클록보다 떨어지기 떨어지기 때문에 외부 클록을 사용하면 보다 빠른 시간에 펌핑 동작을 완료할 수가 있다.

도 2는 도 1의 고전위(Vpp) 발생기를 이용한 기판전위(Vbb) 챠아지-업블록도의 구체 회로도이다. 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 a단은 Vbb 발진부(210)의 출력단이다. 현재 3개로 구성된 발진기의 인버터 체인(211, 212, 213)은 주파수 조절을 위해 임의의 홀수개로 대체 가능하다. b단에서 외부클록과 a단의 출력 중 하나가 선택되어 c단으로 전달된다(215). c단은 펌핑 동작시 전원 전위와 접지전위를 일정한 주기로 반복하여 d단의 전위에 영향을 미친다.(220) c단과 d단은 커패시터로 연결이 되어 있어 d단이 플로팅 상태일 경우 부트스트랩핑(bootstraping)이 일어난다. 즉 c단이 전원전위일 경우 일단 d단도 전원전위로 올라가나 곧 NMOS 트랜지스터 N1이 턴온되어 N1의 문턱전위 수준으로 떨어진다. 이어 c단이 접지전위로 떨어지면 d단은 문턱전위에서 전원전위를 뺀 만큼의 전위로 떨어지면서 N2를 통해서 Vbb 커패시터(Vbb cap)로 전위가 전달된다. Vbb 커패시턴스가 크기 때문에 이런 동작은 순간적으로 되지않고 일정한 시간이 요구된다. 최종적으로 전달되어 만들어지는 Vbb전위는 N1의 문턱전압과 N2의 문턱전압의 합에서 전원 전위를 뺀 값이 된다. 이렇게 만들어진 Vbb 전위값이 제1 Vbb 검출기 (Vbb detector 1, 230), 제 2 Vbb 검출기(Vbb detector 2, 240)로 입력이 되어 Vbb_det1과 Vbb_det2의 신호를 만들어낸다. 앞서 말했듯이 Vbb_det1은 정상 Vbb전위를 감지하는 것이고 Vbb_det2는 비정상 저전위 Vbb를 감지하는 것이다. 회로적인 구현은 동일하나 트랜지스터의 크기가 다르게 되어 서로 다른 전위를 감지할 수 있도록 만든다. Vbb가 정상 전위 이하로 떨어지면 Vbb_det1에 의해 Vbb 발진부(210)와 펌프(220)의 동작을 중단시키고 더 이상 Vbb의 전위는 떨어지지 않게 된다. 그러나 다른 요인에 의해 Vbb 전위가 정상적인 값보다 더 낮아지게 되면 Vbb_det2에서 이를 감지하게 되고 이 신호는 Vbb & Vpp 쇼트부(290)의 전송게이트 T1으로 들어가 Vbb와 Vpp를 쇼트시키게 된다.

Vpp 발생회로의 동작도 Vbb 발생회로의 동작과 유사하다. 즉, e단, f단과 g단의 역할은 a단, b단과 c단의 역할과 동일하며 g단이 접지전위일 때 h단은 일시적으로 접지전위에서 PMOS트랜지스터 P1(Vpp 펌핑부, 270)에 의해 전원전위에서 P1의 문턱전위를 뺀 만큼 전위가 올라가며 g단이 전원전위일 때 h단도 그만큼 더 높아져 n3을 통해 그 값이 Vpp 커패시터(Vpp cap)로 전달되는 것이다. 이렇게 만들어진 최종적인 Vpp의 값은 전원전위의 2배에서 P1과 N3의 문턱전위를 뺀 값이 된다. 또 이 Vpp의 전위값을 감지하여(280) 정상 Vpp 전위값을 넘을 경우 Vpp_det신호가 Vpp 발진부(260)와 펌프(270)의 동작을 중지시키게 된다. 이때 만일 Vbb가 비정상 전위로 낮아질 경우 전송게이트 T1을 통해 Vbb 커패시터로 전류가 흐르게 되고 이로인해 Vpp전위가 떨어지면 다시 Vpp_det에 의해 Vpp 발진부(260)와 펌프(270)가 동작을 하게 되어 전위를 유지시키게 된다. 이는 다시 말하자면 Vpp 전위 발생기에서 Vbb의 전위를 높이게 되는 것이다. Vpp 발생기에도 도면에서 보듯 발진기 대신 외부 클록(255)을 사용할 수 있게 만들어 효율을 높일 수 있게 하였다. 외부 클록을 동시에 사용하는 구조에 대해서는 좀더 다양한 방법과 그 구현이 있을 수 있겠으나 이에 대해서는 본 발명의 취지를 넘어서는 것으로 다만 clock_on신호를 추가하여 컨트롤하게 하는 것만을 설명한다.

한편, 도 1의 블록도로부터 알 수 있듯이 각 블록은 같은 기능을 가진 다른 회로를 꾸밀 수 있다. 예컨대, Vbb와 Vpp 펌프의 구조를 크로스-커플 형(cross-couple type)이나 혼성 펌핑형(hybrid pumping type)으로 하면 더 효율이 높아지고 이렇게 사용하는 것이 더 현실적이다. 그리고 Vbb & Vpp 쇼트부에서는 회로적으로 단순히 전송게이트를 하나를 사용한다고 되어 있으나 실제 구현에서는 다단계의 구조로 만들어 정상동작중에 생길 수 있는 불필요한 누설 전류를 줄일 수 있는 방법도 있다.

본 발명에 의하면, 디램칩 내부의 전원 안정화를 이룰 수가 있어 안정적인 동작으로 신뢰성을 높일 수 있다. 특히 개발 및 양산 과정에서 필수적인 펌프 테스트에 대한 대처로서 큰 효과가 있다. 이는 곧 수율의 향상과 생산단가의 절감을 할수 있게 한다.

본 발명이 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims

외부클록을 전달하는 외부클록부;

기판전위를 위한 발진신호를 생성하는 Vbb 발진부;

상기 외부클록 신호와 상기 발진신호중 어느하나를 전달하는 Vbb 선택부;

기판전위를 위한 챠아지 펌핑을 하는 Vbb 펌핑부;

상기 Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 정상전위를 감지하여 상기 Vbb 발진부를 제어하는 제1 Vbb 검출기;

상기 Vbb 펌핑부로부터 Vbb의 비정상 저전위를 감지하는 제2 Vbb 검출기;

고전위 Vpp를 생성하는 Vpp 발생부; 및

상기 제2 Vbb 검출기에 의해 제어되는 Vbb & Vpp 쇼트부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 Vbb 검출기는 상기 제1 Vbb 검출기와 회로구현은 동일하나 트랜지스터의 크기가 다르게 되어 서로 다른 전위를 감지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 Vbb & Vpp 쇼트부는 전송 게이트를 구비하여 상기 제2 Vbb 검출기의 출력을 전송 게이트의 입력으로 사용해 Vbb 전위와 Vpp 전위를 연결하는 것을 특징으로 하는 고전위 발생기를 이용한 기판전위 챠아지-업 회로.