KR100772544B1

KR100772544B1 - 반도체장치의 기판전압발생기

Info

Publication number: KR100772544B1
Application number: KR1020000044320A
Authority: KR
Inventors: 신윤철
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2007-11-02
Also published as: KR20020010825A

Abstract

본 발명은 전원전압 변동에 의한 영향을 최소화하여 안정된 기판전압을 생성하기 위한 기판전압발생기를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부전원전압을 전압원으로 사용하며, 상기 내부전원전압의 전압레벨에 대응하는 전원센싱신호를 출력하고, 피드백된 기판전압의 전압레벨을 검출하여 인에이블신호를 출력하기 위한 전위검출기; 기준전압신호를 생성하기 위한 기준전압발생기; 상기 전원센싱신호와 상기 기준전압신호를 비교하기 위한 비교기; 상기 비교기의 출력신호에 응답하여 공급전류량을 가변하여 공급하기 위한 전원공급기; 상기 전원공급기로부터 공급되는 공급전류에 따라 그 발진주기가 가변되는 가변오실레이터; 및 상기 가변오실레이터로부터 출력되는 발진신호에 따라 전하펌핑 동작을 수행하여 상기 기판전압을 생성하기 위한 전하펌프를 구비하는 반도체장치의 기판전압발생기가 제공된다.

기판전압발생기, 전원전압, 비교기, 전원공급기, 가변오실레이터

Description

반도체장치의 기판전압발생기{Substrate voltage generator of semiconductor device}

도 1은 종래기술에 따른 기판전압발생기 구성도,

도 2는 종래의 전위검출기 구성을 나타낸 도면,

도 3은 레귤레이터(Regurator)의 다양한 실시 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 기판전압발생기 구성도,

도 5는 비교기 회로도,

도 6은 전위검출기의 회로도,

도 7은 전원공급기의 회로도,

도 8은 가변오실레이터의 회로도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

400 : 전위검출기 410 : 기준전압 발생기

420 : 비교기 430 : 전원공급기

440 : 가변오실레이터 450 : 전하펌프

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 기판전압(Vbb) 발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 기판전압(Vbb) 발생기는 메모리 셀(Cell)의 기판 전압으로 인가되어 셀 트랜지스터의 문턱전압을 높여서 스탠바이 시에 셀이 리프레시를 할 때 누설 전류를 감소시켜 저전력화를 꾀하기 위한 수단 등 여러 목적으로 사용되고 있으며, 기판전압 레벨을 안정되게 생성하여야 하는 것이 매우 중요하다.

도1은 종래기술의 기판전압발생기의 상세 블럭도이다.

도1을 참조하면, 종래기술의 기판전압발생기는 오실레이터(110)의 출력신호(OSC)에 따라 전하펌프(120)의 펌핑 동작을 통해 기판전압(Vbb)을 생성하되, 외부전원전압(Vcc)를 사용하는 전위검출기(100)를 통해 기판전압(Vbb)의 레벨을 검출한 후 오실레이터(110)의 구동을 인에이블신호(Enable)에 의해 제어하므로써, 안정된 기판전압을 유지하도록 하고 있다.

상기 전위검출기(100)는 칩에 인가되는 외부전원전압(Vcc)과 기판전압(Vbb)의 전압 분배 형식으로 전압을 검출하는데, 보통 저항성 소자를 전원전압과 기판전압 사이에 직렬로 구성하여 전원전압에서 기판전압으로 흐르는 전류의 양에 따라 인에이블신호(Enable)를 출력하게 된다.

도2는 종래기술의 전위검출기(100)의 상세한 블럭도로서, 전위검출기(100)는 저항성 소자로 구성되어 기판전압(Vbb)의 전위를 검출하기 위한 레귤레이터(Regulator)(200)와, 레귤레이터(200)의 출력을 증폭하기 위한 인버터(210)로 구성된다. 레귤레이터(200)는 전원전압(Vcc)으로부터 기판전압(Vbb)으로 흐르는 전류의 양을 검출하여 출력을 내보내서 원하는 기판전압(Vbb)의 전위를 검출해내는 역할을 한다.

도 3은 레귤레이터의 다양한 실시 회로도를 도시하고 있다. 도3을 참조하면, 상기 레귤레이터(200)는 전원전압단(Vcc)과 출력노드(OUT1) 사이에 형성된 제1저항형소자(310)와, 상기 출력 노드와 기판전압(Vbb) 사이에 형성된 제2저항형 소자(320)를 구비한다. 각 저항형소자는 저항 또는 트랜지스터에 의해서 다양하게 구성할 수 있다.

상기와 같이 기판전압 발생기의 기판전압(Vbb)을 모니터하는 전위검출기(100) 회로는 외부전원전압(Vcc)에 연결되어 동작한다. 그러므로 외부전원전압(Vcc)에 노이즈가 발생하여 변동이 생기면 기판전압(Vbb)의 변화가 없어도 상기 전위검출기(100)의 출력이 변화되어 원하지 않는 동작을 일으키게 되고, 이에 의해서 기판전압(Vbb)은 불안정한 전위를 갖게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전원전압 변동에 의한 영향을 최소화하여 안정된 기판전압을 생성하기 위한 기판전압발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 내부전원전압을 전압원으로 사용하며, 상기 내부전원전압의 전압레벨에 대응하는 전원센싱신호를 출력하고, 피드백된 기판전압의 전압레벨을 검출하여 인에이블신호를 출력하기 위한 전위검출기; 기준전압신호를 생성하기 위한 기준전압발생기; 상기 전원센싱신호와 상기 기준전압신호를 비교하기 위한 비교기; 상기 비교기의 출력신호에 응답하여 공급전류량을 가변하여 공급하기 위한 전원공급기; 상기 전원공급기로부터 공급되는 공급전류에 따라 그 발진주기가 가변되는 가변오실레이터; 및 상기 가변오실레이터로부터 출력되는 발진신호에 따라 전하펌핑 동작을 수행하여 상기 기판전압을 생성하기 위한 전하펌프를 구비하는 반도체장치의 기판전압발생기가 제공된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도4는 본 발명의 기판전압 발생기의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 기판전압 발생기는, 전위검출기(400), 기준전압발생기(410), 비교기(420), 전원공급기(430), 가변오실레이터(440) 및 전하펌프(450)으로 구성된다.

전위검출기(400)는 칩내에서 생성되는 내부전원전압(Vint)을 전압원으로 사용하며, 내부전원전압(Vint)의 전압 레벨에 대응하는 전원센싱신호(S1)를 출력하는 전원센싱부를 포함하며, 기판전압(Vbb)의 레벨을 검출하여 가변오실레이터(440)를 인에이블하기 위한 인에이블신호(Enable)를 출력한다.

비교기(420)는 기준전압발생기(410)로부터 출력되는 기준전압신호(S2)와 상기 전원센싱신호(S1)을 비교하여 전원공급기 제어신호(S3)을 출력한다.

전원공급기(430)는 상기 비교기(420)의 출력에 따라 가변오실레이터(440)에 공급되는 전류량을 조절한다.

가변오실레이터(440)는 상기 전원공급기(430)로부터 공급되는 전류량에 따라 오실레이션 주기를 가변하도록 구성되어 있고, 전하펌프(450)는 상기 가변오실레이터(440)의 출력신호에 따라 전하펌핑을 수행하여 기판전압(Vbb)를 발생시킨다.

각 구성요소들의 실시 회로도를 통해 구체적으로 이들의 동작을 살펴본다.

도5는 상기 비교기(420)의 상세한 회로도이다.

도5를 참조하면, 비교기(420)은 내부전원전압(Vint)을 공급받고 상기 전위검출기(400)로부터 출력된 전원센싱신호(S1)와 상기 밴드갭 기준전압 발생기(410)로부터 출력된 기준전압신호(S2)를 입력받는 통상적인 차동증폭기로 구성되어 있다. 전원센싱신호(S1)가 기준전압신호(S2)보다 높으면 논리레벨 로우, 낮으면 논리레벨 하이의 출력신호(S3)를 내보낸다.

도 6은 전위검출기(400)의 상세한 회로도이다.

도 6을 참조하면, 전위검출기(400)는 내부전원전압단(Vint)과 전원센싱신호(S1)를 출력하는 전원센싱노드 사이에 접속된 제1저항(600, 전원센싱부)과, 상기 전원센싱노드와 기판전압단(Vbb) 사이에 형성된 레귤레이터(650)와, 상기 레귤레이터의 출력단(OUT1)의 전압 레벨에 따라 인에이블신호(Enable)의 논리레벨을 결정하기 위한 버퍼(630)로 구성된다.

레귤레이터(650)는 전압분배를 위한 두 개의 저항(610, 620)으로 구성되어 있으나, 도 3에 도시한 바와같은 다양한 실시예가 가능하다. 버퍼(630)는 CMOS 인버터로 실시 구성되어 있다.

본 실시예의 전위검출기(400)에 내부전원전압(Vint)를 사용하는 이유는 칩 외부에서 인가되는 외부전원전압(Vcc) 보다 칩 내에서 생성된 내부전원전압(Vint)이 보다 안정적이기 때문이다.

도 7은 전원공급기(430)의 상세한 회로도이다.

도7을 참조하면, 전원공급기(430)는 상기 비교기(420)의 출력신호(S3)를 입력받는 인버터(700)와, 상기 인버터(700)의 출력노드(노드1)와 접지단 사이에 형성된 MOS캐패시터(710)와, 상기 인버터(700)의 출력 신호를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인 경로가 내부전원전압단(Vint)과 가변오실레이터의 전원입력단(P1) 사이에 형성된 풀업PMOS트랜지스터(720)와, 게이트가 접지단에 연결되어 있고 소스-드레인 경로가 상기 내부 전원전압단(Vint)과 가변오실레이터의 전원입력단(P1) 사이에 형성된 PMOS트랜지스터(730)를 구비한다.

상기 인버터(700)의 출력 노드에 접속되어 있는 상기 MOS캐패시터(710)는 인버터(700)의 출력신호의 슬류 레이트(Slew rate)를 조절하고 상기 풀업PMOS트랜지스터(720)의 턴-온 타임을 조절함으로써 가변오실레이터(440)에 공급되는 전류량을 조절한다. PMOS트랜지스터(730)는 상기 가변오실레이터(440)에 공급되는 최소량의 전류를 공급하기 위해 항상 턴-온 상태로 동작하도록 설계되어 있다.

도8은 상기 가변오실레이터(440)의 상세한 회로도이다.

도8을 참조하면, 가변오실레이터(440)는 상기 전위검출기(400)로부터 인에이블신호(Enable)를 입력받는 난드게이트(800)와, 상기 난드게이트(800)의 출력을 입력받고 상기 전원공급기(430)의 출력에 의해 구동하여 상기 난드게이트(800)의 입력으로 출력을 피드백하는 지연부(810)를 구비한다.

여기서 상기 지연부(810)의 인버터들은 각각의 풀업 전원단이 상기 전원공급기(430)의 출력(P1)에 연결되어 있다. 따라서 가변오실레이터(440)의 동작 시에 상기 전원공급기(430)의 출력에 흐르는 전류량에 따라서 가변오실레이터(440)로부터 출력되는 발진신호(OSC)의 주기가 변하게 된다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 기판전압발생기는 안정적인 기판전압을 생성하며, 이에 의해 기판전압이 사용되는 칩의 특성을 개선하는 효과가 있다.

Claims

내부전원전압을 전압원으로 사용하며, 상기 내부전원전압의 전압레벨에 대응하는 전원센싱신호를 출력하고, 피드백된 기판전압의 전압레벨을 검출하여 인에이블신호를 출력하기 위한 전위검출기;

기준전압신호를 생성하기 위한 기준전압발생기;

상기 전원센싱신호와 상기 기준전압신호를 비교하기 위한 비교기;

상기 비교기의 출력신호에 응답하여 공급전류량을 가변하여 공급하기 위한 전원공급기;

상기 전원공급기로부터 공급되는 공급전류에 따라 그 발진주기가 가변되는 가변오실레이터; 및

상기 가변오실레이터로부터 출력되는 발진신호에 따라 전하펌핑 동작을 수행하여 상기 기판전압을 생성하기 위한 전하펌프

를 구비하는 반도체장치의 기판전압발생기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 전위검출기는,

내부전원전압단과 상기 전원센싱신호를 출력하는 전원센싱노드 사이에 접속된 제1저항;

상기 전원센싱노드와 기판전압단 사이에 형성된 레귤레이터; 및

상기 레귤레이터의 출력단의 전압 레벨에 따라 상기 인에이블신호의 논리레벨을 결정하기 위한 버퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 기판전압발생기.
제4항에 있어서,

상기 레귤레이터는,

상기 전원센싱노드와 상기 기판전압단 사이에 접속된 제2 및 제3저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 기판전압발생기.
제5항에 있어서,

상기 전원공급기는,

상기 비교기의 출력신호를 입력받는 인버터;

상기 인버터의 출력노드와 접지단 사이에 형성된 MOS캐패시터;

상기 인버터의 출력신호를 게이트단으로 입력받고 상기 내부전원전압단과 공급전류단 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 풀업PMOS트랜지스터; 및

접지전압을 게이트단으로 입력받고 상기 내부전원전압단과 상기 공급전류단 사이에 소스-드레인 경로가 형성된 PMOS트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 기판전압발생기.
제6항에 있어서,

상기 가변오실레이터는,

상기 인에이블신호와 자신의 출력신호를 피드백 입력으로 하는 난드게이트와,

상기 난드게이트의 출력신호를 입력받고 상기 공급전류단을 풀업 전원단으로 하는 지연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 기판전압발생기.