KR100804705B1 - The low voltage electric charge pump circuit which uses the nonvloatile memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기적으로 문턱 전압 조절이 가능한 비휘발성 메모리 소자를 전하 전달 소자로 이용하여 전기 적인 방법으로 전하 전달소자의 문턱 전압을 조절함으로써, 차지 펌프 회로의 출력 전압을 증가시킬 수 있도록 하는 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압용 차지 펌프 회로에 관한 것이다. The present invention uses a non-volatile memory device capable of adjusting the threshold voltage as a charge transfer device, thereby adjusting the threshold voltage of the charge transfer device in an electrical manner, thereby increasing the output voltage of the charge pump circuit. A low voltage charge pump circuit using an element.
이를 위한 본 발명의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압용 차지 펌프 회로는 전원 전압을 입력받는 전원 전압 입력부와, 상기 전원 전압 입력부와 연결되어 전원 전압을 펌핑하여 출력하는 다수의 전하 전달 소자와, 상기 각각의 전하 전달 소자에 연결되며 캐패시터로 이루어지는 다수의 전하 저장 소자, 및 상기 다수의 전하 저장 소자에 상호 상보적인 클럭을 발생시키는 접속되는 클럭 드라이버를 포함하여 이루어지는 차지 펌프 회로에 관한 것으로, 상기 전하 전달 소자는 부유 게이트와 제어 게이트와 프로그램 게이트 노드 및 소오스 및 드레인을 포함하고 상기 프로그램 게이트 노드에 인가되는 전압에 의해 소자의 전기적인 문턱 전압 조절을 하는 비휘발성 메모리 소자로 이루어지고 상기 제어 게이트와 드레인이 직접 연결되어 다이오드 커넥션을 통해 전기적으로 접속되며, 상기 전하 저장 소자와 전하 전달 소자 사이에는 상기 비휘발성 메모리 소자를 통한 문턱 전압 조절시 상기 전하 저장 소자에 의해 상기 비휘발성 메모리 소자의 유효 커플링 비율 변화하는 것을 방지하는 트랜스미션 게이트가 전기적으로 더 접속되어 구성된다. The low voltage charge pump circuit using the nonvolatile memory device of the present invention includes a power supply voltage input unit for receiving a power supply voltage, a plurality of charge transfer devices connected to the power supply voltage input unit for pumping and outputting a power supply voltage, respectively, A charge pump circuit comprising a plurality of charge storage elements connected to a charge transfer element of a capacitor and a clock driver connected to generate a clock complementary to the plurality of charge storage elements. Is a non-volatile memory device including a floating gate, a control gate, a program gate node, a source and a drain, and controlling an electrical threshold voltage of the device by a voltage applied to the program gate node, wherein the control gate and the drain are directly Connected diode Electrically connected through a connection to prevent a change in the effective coupling ratio of the nonvolatile memory device by the charge storage device when the threshold voltage is adjusted through the nonvolatile memory device between the charge storage device and the charge transfer device. The transmission gate is further electrically connected.
비휘발성 메모리, 프로그램 게이트, 문턱 전압, 차지 펌프 회로 Nonvolatile Memory, Program Gate, Threshold Voltage, Charge Pump Circuit
Description
도 1은 종래의 일반적인 차지 펌프 회로를 도시한 회로도.1 is a circuit diagram showing a conventional general charge pump circuit.
도 2는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압 차지 펌프 회로의 개념도.2 is a conceptual diagram of a low voltage charge pump circuit using a nonvolatile memory device according to the present invention.
도 3 및 도 4는 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 일실시예를 도시한 개념도.3 and 4 are conceptual views illustrating one embodiment of the nonvolatile memory device of FIG. 2.
도 5 및 도 6은 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 다른 실시예를 도시한 개념도.5 and 6 are conceptual views illustrating another embodiment of the nonvolatile memory device of FIG. 2.
도 7은 도 2의 트랜스미션 게이트를 도시한 회로도.FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the transmission gate of FIG. 2. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 전원 전압 출력부10: power voltage output unit
20 : 전하 전달 소자20: charge transfer element
30 : 전하 저장 소자30: charge storage element
40 : 클럭 드라이버40: clock driver
50 : 트랜스미션 게이트 소자50: transmission gate element
60 : 스테이지60 stage
본 발명은 차지 펌프 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적으로 문턱 전압 조절이 가능한 비휘발성 메모리 소자를 전하 전달 소자로 이용하여 전기 적인 방법으로 문턱 전압 조절을 함으로써 차지 펌프의 출력 전압을 증가 시킬 수 있도록 하는 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압용 차지 펌프 회로에 관한 것이다. The present invention relates to a charge pump circuit, and more particularly, an output voltage of a charge pump can be increased by adjusting a threshold voltage by an electrical method using a nonvolatile memory device that can electrically adjust a threshold voltage as a charge transfer device. It relates to a low voltage charge pump circuit using a nonvolatile memory device.
최근 들어, 반도체 제품의 집적도와 성능을 향상하기 위하여 소자의 크기가 작아져 왔고, 소자의 크기가 줄어듦에 따라서 소자에 인가되는 전원 전압이 함께 감소되어 왔다. In recent years, the size of the device has been reduced in order to improve the density and performance of the semiconductor product, and as the size of the device decreases, the power supply voltage applied to the device has been reduced together.
이러한 추세에 따라서, 전기적으로 소거 및 프로그램 가능한 롬(Flash Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory, 이하, "플래시 EEPROM"이라 칭함) 역시 낮은 전원 전압에서 동작하도록 설계되어왔다.In line with this trend, Flash Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory (hereinafter referred to as "flash EEPROM") has also been designed to operate at low supply voltages.
그러나, 플래시 EEPROM을 소거하거나 프로그램하는 경우에는, 고전압 (예를 들면, 10V 또는 그 보다 높은 전압)이 필요하기 때문에, 외부에서 공급되는 낮은 전원 전압으로 부터 플래시 EEPROM의 동작에 필요한 높은 전압을 발생하기 위한 수단이 필요하다. However, when erasing or programming the flash EEPROM, a high voltage (e.g., 10V or higher) is required, so that a high voltage required for operation of the flash EEPROM is generated from a low power supply voltage supplied from an external source. Means are needed.
이와 같이 낮은 전압으로 부터 높은 전압을 발생하기 위한 목적으로 일반적으로는 차지 펌프(charge pump) 회로가 사용되는데, 상기 차지 펌프 회로는, 낮은 전원 전압을 입력받아 내부적으로 요구되는 고전압을 발생한다. A charge pump circuit is generally used to generate a high voltage from a low voltage. The charge pump circuit receives a low power supply voltage and generates a high voltage internally required.
이러한 차지 펌프 회로는 플래시 EEPROM 뿐만이 아니라 DRAM(Dynamic Random Access Memory)와 같은 다양한 메모리 제품의 동작과정에서 외부로부터 회로에 입력되는 낮은 전원 전압을 순간적으로 상승시켜 회로에 공급하기 위해 사용한다. The charge pump circuit is used to instantaneously raise the low power supply voltage input to the circuit from the outside during the operation of not only flash EEPROM but also various memory products such as DRAM (Dynamic Random Access Memory).
종래의 차지 펌프 회로의 기본 구조를 다이오드 또는 다이오드 형태로 연결시킨 MOSFET을 여러 단의 직렬 형태로 구성시킨 후 각 단 사이에서 정상 클럭 펄스와 위상이 반전된 클럭 펄스를 각 단 사이에 있는 캐패시터를 통해 odd/even 단에 교호로 인가한다. After configuring the MOSFET of the conventional charge pump circuit in the form of diodes or diodes in series, the capacitors in between the normal clock pulses and the phase inverted clock pulses between the stages are connected to each other. Alternately applies to odd / even stages.
이렇게 인가된 클럭 펄스는 주기적으로 odd단과 even 단을 번갈아가며 온/오프 시켜줌으로써 캐패시터의 차지 쉐어링(charge sharing)을 통해 전압을 승압시킨다. The clock pulse applied in this manner turns on and off the odd and even stages periodically to boost the voltage through charge sharing of the capacitor.
도 1은 종래의 일반적인 차지 펌프 회로를 도시한 회로도로, 전원 전압 입력부(1)와 전하 전달 소자(2)와 전하 저장 소자(3) 및 클럭 드라이버(4)로 구성된다.FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional charge pump circuit of the related art, and includes a power supply
상기 전하 전달 소자(2)는 전원 전압 입력부(1)에 복수의 단으로 직렬 접속되는 것으로, 다이오드로 동작되게 접속된 다수의 전달 트랜지스터 즉, 다수의 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, … NMn-1, NMn)로 구성된다.The charge transfer device (2) is to be connected in series in a plurality of stages in the power supply voltage input section (1), a plurality of pass transistors connected to be operated in the diode that is, a plurality of NMOS transistors (NM 1, NM 2, ... NM n -1 , NM n ).
상기 전하 저장 소자(3)는 상기 각 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, … NMn-1, NMn)에 각각 연결되어 전하 저장의 역할을 하는 캐패시터(C1,C2,…Cn-1,Cn)로 이루어진다. Said charge storage elements (3) are each NMOS transistor (NM 1, NM 2, ... NM n-1, NM n) respectively connected to the charge storage capacitor acts as a (C 1, C 2, ... in which the n- C 1 , C n ).
여기서, 하나의 전달 트랜지스터와 하나의 캐패시터의 조합을 단일 스테이지(stage; 5) 즉, 단위 차지 펌프라 정의된다.Here, the combination of one transfer transistor and one capacitor is defined as a
상기 클럭 드라이버(CLK1,CLK2)는 상기 캐패시터(C1,C2,…Cn-1,Cn)에 상호 상보적인 클럭을 발생하여 입력시키는 역할을 한다. The clock drivers CLK 1 and CLK 2 generate and input complementary clocks to the capacitors C 1 , C 2 ,... C n-1 , C n .
한편, 직렬 접속된 다수의 NMOS 트랜지스터(NM1, NM2, … NMn-1, NMn) 각각의 게이트 전극은 자신의 드레인 전극에 전기적으로 접속되어 다이오드 형태로 접속되는 것으로, NM1의 게이트 전극은 전원 전압 출력부에 전기적으로 접속되고, NM2의 게이트 전극은 제 1 노드(N1)에 전기적으로 접속되고, NMn-1의 게이트 전극은 Nn-2 노드에, NMn은 Nn-1 노드에 전기적으로 접속된다. On the other hand, that the number of NMOS transistors connected in series, each of the gate electrodes (NM 1, NM 2, ... NM n-1, NM n) is electrically connected to its drain electrode connected to the diode, the gate of NM 1 The electrode is electrically connected to the power supply voltage output, the gate electrode of NM 2 is electrically connected to the first node N 1 , the gate electrode of NM n-1 is connected to the N n-2 node, and NM n is N It is electrically connected to the n-1 node.
이와 같은 펌프 회로는 각 클럭 드라이버의 클럭 신호에 따라 전원 전압 출력부(1)로부터 출력되는 전원 전압을 단계적으로 펌핑하여 레벨이 상승된 높은 출력 전압(VOUT)을 생성하여 최종 출력하게 된다. Such a pump circuit generates a high output voltage V OUT at which the level is increased by pumping the power supply voltage output from the power supply
따라서, 일반적인 차지 펌프 회로에 공급되는 전원 전압은 클럭 신호(CLK1, CLK2)에 의한 펌핑 시간의 증가에 따라 최종 출력 단자(VOUT)로 갈수록 높은 전압으로 펌핑된다. Therefore, the power supply voltage supplied to the general charge pump circuit is pumped to a higher voltage toward the final output terminal V OUT as the pumping time by the clock signals CLK 1 and CLK 2 increases.
이와 같은 차지 펌프 최로는 전원 전압 출력부(1)을 통해 전원 전압(VDD)이 충전되기 때문에 아래의 수학식 1과 같은 출력 전압을 나타낸다.The charge pump zero represents an output voltage as shown in
수학식 1
상기 수학식1에 있어서, VOUT은 최종 출력 전압이고, VDD는 전원 전압이고, VTH는 트랜지스터(NM)의 문턱 전압이며, N은 차지 펌프 회로에서 스테이지 개수이다. In
따라서, 종래의 차지 펌프 회로에서 펌핑후 출력되는 전압은 전원 전압 입력부(1)에 인가되는 전원 전압의 크기와 트랜지스터의 문턱 전압과의 차이에 민감하므로, 소자의 디자인 룰이 감소하고 이에 따라 VDD값이 감소할수록 전체 차지 펌프 회로에서의 전압 펌핑 효율이 저하된다.Therefore, in the conventional charge pump circuit, the voltage output after pumping is sensitive to the difference between the magnitude of the power supply voltage applied to the power supply
다시 말해, 소자의 디자인 룰이 감소할수록 회로로 입력되는 전원 전압 및 문턱 전압이 감소하게 되는데, 전원 전압 감소율에 대비하여 문턱 전압의 감소율이 현저히 작은 이유로 인하여, 전원 전압과 문턱 전압의 차가 점점 감소하게 된다.In other words, as the design rule of the device decreases, the power supply voltage and the threshold voltage input to the circuit decrease, and the difference between the power supply voltage and the threshold voltage gradually decreases due to the reason that the reduction rate of the threshold voltage is significantly smaller compared to the power supply voltage reduction rate. do.
이에, 차지 펌프 회로의 기능을 유지하기 위해서는 전하전달 소자의 문턱 전압을 낮추려는 노력을 하고 있지만, 전하 전달 소자의 문턱 전압이 극단적으로 낮아지게면 전하 전달 소자 및 전하 전달 소자를 제외한 나머지 일반적인 로직 회로에서 사용하는 모든 소자에서 채널 영역의 누설 전류가 증가하게 되므로, 회로 전체의 전력소모가 증가하는 문제점이 있다. Therefore, in order to maintain the function of the charge pump circuit, efforts are made to lower the threshold voltage of the charge transfer device, but when the threshold voltage of the charge transfer device becomes extremely low, the rest of the general logic circuits except the charge transfer device and the charge transfer device are Since the leakage current in the channel region is increased in all the devices used in the circuit, power consumption of the entire circuit is increased.
또한, 일부 펌프 회로에서는 제로 문턱 전압 전계효과 트랜지스터 소자(Zero VTH MOSFET device)를 추가로 제작하여 사용하는 경우나 있으나, 제로 문턱 전압 전계효과 트랜지스터 소자의 제작을 위해서는 일반 로직 소자와는 별도의 추가적인 공정을 진행해야 하므로, 마스크 및 공정비용의 증가와 같은 문제점이 있다. In addition, a separate additional and some pump circuit, the zero threshold voltage field effect transistor element (Zero V TH MOSFET device) to order the production of and However, a zero threshold voltage field effect transistor element if used in making a more general logic element Since the process must proceed, there are problems such as an increase in mask and process cost.
결국, 소자의 디자인 룰 감소에 따라 전원 전압이 감소하게 되어 차지 펌프 회로의 펌프 효율은 저하되고, 회로의 동작에서 요구되는 고전압을 얻을 수 없는 문제가 야기된다. As a result, the power supply voltage decreases as the design rule of the device decreases, resulting in a decrease in the pump efficiency of the charge pump circuit and a problem of failing to obtain the high voltage required for the operation of the circuit.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 추가적으로 프로그램 게이트 노드를 가지는 비휘발성 메모리 소자의 제어 게이트를 드레인과 전기적으로 접속시켜 다이오드 연결을 형성하고, 프로그램 게이트에 인가되는 전압을 통해 비휘발성 메모리 소자의 부유 게이트 내부의 음 또는 양으로 대전된 전하의 량을 조정함으로써, 전기적인 방법으로 문턱 전압을 조절함하여 기존의 전원 전압 감소에 따라 차지 펌프 회로의 최종적인 출력 전압이 감소하는 문제점을 개선하여 출력 전압을 임의로 제어할 수 있도록 하는 비휘발성 메모리 소자를 이용한 차지 펌프를 제공함에 있다. An object of the present invention to solve the problem according to the prior art is to electrically connect the control gate of a nonvolatile memory device having a program gate node with a drain to form a diode connection, and through the voltage applied to the program gate By adjusting the amount of negatively or positively charged charges inside the floating gate of the nonvolatile memory device, the threshold voltage is controlled by an electrical method so that the final output voltage of the charge pump circuit decreases in accordance with the reduction of the existing supply voltage. An object of the present invention is to provide a charge pump using a nonvolatile memory device capable of arbitrarily controlling an output voltage.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압 차지 펌프 회로는 전원 전압을 입력받는 전원 전압 입력부와, 상기 전원 전압 입력부에 연결되어 전원 전압을 펌핑하여 전달하는 다수의 전하 전달 소자와, 상기 각각의 전하 전달 소자에 연결되며 캐패시터로 이루어지는 다수의 전하 저장 소자, 및 상기 다수의 전하 저장 소자에 상호 상보적인 클럭을 발생시키는 접속되는 클럭 드라이버를 포함하여 이루어지는 차지 펌프 회로에 관한 것으로, 상기 전하 전달 소자는 부유 게이트와 제어 게이트와 프로그램 게이트 노드 및 소오스 및 드레인을 포함하고 상기 프로그램 게이트 노드에 인가되는 전압에 의해 소자의 전기적인 문턱 전압 조절을 하는 비휘발성 메모리 소자로 이루어지고 상기 제어 게이트와 드레인이 직접 연결되어 다이오드 커넥션을 통해 전기적으로 접속되며, 상기 전하 저장 소자와 전하 전달 소자 사이에는 상기 비휘발성 메모리 소자를 통한 문턱 전압 조절시 상기 전하 저장 소자에 의해 상기 비휘발성 메모리 소자의 유효 커플링 비율 변화하는 것을 방지하기 위해 스위칭 역할을 하는 트랜스미션 게이트가 전기적으로 더 접속되어 구성된다. The low voltage charge pump circuit using the nonvolatile memory device of the present invention for solving the above technical problem, and a plurality of charge transfer device connected to the power supply voltage input unit for pumping power supply voltage connected to the power supply voltage input unit And a charge pump circuit comprising a plurality of charge storage elements connected to each of said charge transfer elements and consisting of capacitors, and a connected clock driver for generating a clock complementary to said plurality of charge storage elements. The charge transfer device includes a floating gate, a control gate, a program gate node, a source and a drain, and a nonvolatile memory device configured to control an electrical threshold voltage of the device by a voltage applied to the program gate node. With drain straight Are connected and electrically connected through a diode connection, and the effective coupling ratio of the nonvolatile memory device is changed by the charge storage device when the threshold voltage is adjusted through the nonvolatile memory device between the charge storage device and the charge transfer device. The transmission gate, which serves as a switching role, is further electrically connected to prevent damage.
상기 본 발명의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압 차지 펌프 회로의 일 양상에 따라 상기 비휘발성 메모리 소자는 접지 노드와 연결되는 기판과, 전원 입력단인 드레인과 전원 출력단인 소오스와, 부유 게이트와, 상기 부유 게이트를 공유하는 제어 게이트 및 프로그램 게이트를 포함하고, 상기 제어 게이트는 상기 드레인에 전기적으로 연결되어 다이오드 커넥션을 형성하며, 상기 프로그램 게이트는 상기 부유 게이트 내부의 전하량을 조정하여 소자의 문턱 전압을 조절하도록 구성될 수 있다. According to an aspect of a low voltage charge pump circuit using the nonvolatile memory device of the present invention, the nonvolatile memory device includes a substrate connected to a ground node, a drain as a power input terminal, a source as a power output terminal, a floating gate, and the floating circuit. A control gate and a program gate sharing a gate, wherein the control gate is electrically connected to the drain to form a diode connection, and the program gate controls the threshold voltage of the device by adjusting the amount of charge inside the floating gate. Can be configured.
상기 본 발명의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압 차지 펌프 회로의 다른 양상에 따라 상기 비휘발성 메모리 소자는; 접지와 연결되는 기판과, 전원 입력단인 제 1 드레인과 전원 출력단인 제 1 소오스와, 상기 기판 상에 형성된 제 1 부 유 게이트와, 상기 제 1 부유 게이트 상에 형성되며 상기 드레인에 전기적으로 연결되어 다이오드 커넥션을 형성하는 제어 게이트와, 상기 제 1 소오스 및 제 1 드레인 일측에 형성되는 제 2 소오스 및 제 2 드레인과, 상기 제 1 부유 게이트에 전기적으로 접속되며 상기 제 2 소오스 및 제 2 드레인 사이에 공급되는 전압에 의해 상기 제 1 부유 게이트 내부의 전하량을 조정하여 소자의 문턱 전압을 조절하는 프로그램 게이트를 포함하여 이루어질 수 있다. According to another aspect of the low voltage charge pump circuit using the nonvolatile memory device of the present invention, the nonvolatile memory device; A substrate connected to ground, a first drain, which is a power input terminal, a first source, which is a power output terminal, a first floating gate formed on the substrate, and a first floating gate formed on the first floating gate and electrically connected to the drain. A control gate forming a diode connection, a second source and a second drain formed at one side of the first source and the first drain, and a second source and a second drain electrically connected to the first floating gate. It may include a program gate for adjusting the threshold voltage of the device by adjusting the amount of charge in the first floating gate by the supplied voltage.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시 예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다. The invention will become more apparent through the following preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 비휘발성 메모리 소자를 이용한 저전압 차지 펌프 회로도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 일실시예를 도시한 개념도이다.2 is a low voltage charge pump circuit diagram using a nonvolatile memory device according to the present invention, and FIGS. 3 and 4 are conceptual views illustrating an embodiment of the nonvolatile memory device of FIG. 2.
도 2를 참조하면, 전원 전압을 입력받는 전원 전압 입력부(10)와, 상기 전원 전압 입력부(10)에 연결되어 전원 전압을 펌핑하여 전달하는 다수의 전하 전달 소자(20)와, 상기 각각의 전하 전달 소자(20)에 연결되며 캐패시터로 이루어지는 다수의 전하 저장 소자(30), 및 상기 다수의 전하 저장 소자(30)에 상호 상보적인 클럭을 발생시키는 접속되는 클럭 드라이버(40) 및 트랜스미션 게이트(50)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 2, a power supply
상기 전하 전달 소자(20)는 비휘발성 메모리 소자(NVM)로 이루어지며, 각 비휘발성 메모리 소자는 상기 전원 전압 입력부(10)에 직렬 접속되며, 각 비휘발성 메모리 소자의 소오스(S)에는 캐패시터(C)가 접속되어 하나의 비휘발성 메모리 소자와 하나의 캐패시터(C)가 단일 스테이지(60)로 구성된다. The
상기 비휘발성 메모리 소자는 부유 게이트(110)와 제어 게이트(120)와 프로그램 게이트 노드(PG) 및 소오스(S) 및 드레인(D)을 포함하여 이루어져, 상기 프로그램 게이트 노드(PG)에 인가되는 전압에 의해 비휘발성 메모리 소자의 문턱 전압 을 전기적으로 조절 하도록 구성된다.The nonvolatile memory device includes a floating
즉, 상기 비휘발성 메모리 소자는 상기 프로그램 게이트 노드(PG)에 인가되는 전압에 의해 상기 부유 게이트(110) 내부의 음 또는 양으로 대전된 전하의 양을 조정하여 전기적인 방법에 의해 문턱 전압을 조절한다. That is, the nonvolatile memory device adjusts the threshold voltage by an electrical method by adjusting the amount of negatively or positively charged charges in the
이에 따라, 비휘발성 메모리 소자인 전하 전달 소자(10)의 문턱 전압이 조절되는바, 종래 임의의 문턱전압으로 고정된 트랜지스터를 이용한 차지 펌프회로에 비해 최종 출력 전압이 증가한다.Accordingly, the threshold voltage of the
또한, 스테이지(60) 개수가 증가할수록 프로그램 게이트 노드(PG)를 갖는 비휘발성 메모리 소자(NVM)의 개수가 증가하는바, 최종 출력되는 전압은 스테이지(60) 개수의 영향을 받게 된다. In addition, as the number of
한편, 직렬 접속된 다수의 비휘발성 메모리 소자(NVM1, NVM2, … NVMn-1, NVMn) 각각의 제어 게이트 전극(120)은 자신의 드레인(D)에 전기적으로 접속되어 다이오드 형태로 접속되는 것으로, NVM1의 제어 게이트 전극은 자신의 드레인(D) 및 전원 전압 입력부에 전기적으로 접속되고, NVM2의 제어 게이트 전극은 제 1 노 드(N1)에 전기적으로 접속되고, NVMn은 Nn-1노드에 전기적으로 접속된다. Meanwhile, the
상기 비휘발성 메모리 소자의 구성을 상세하게 살펴보면 접지 연결되는 기판(100)과, 전원 입력단인 드레인(D)과 전원 출력단인 소오스(S)와, 부유 게이트(110)와, 상기 부유 게이트(110)를 공유하는 제어 게이트(120) 및 프로그램 게이트(130)를 포함하고, 상기 제어 게이트(120)는 상기 드레인(D)에 전기적으로 연결되어 다이오드 커넥션을 형성한다.Looking at the configuration of the nonvolatile memory device in detail, the
상기 프로그램 게이트(130)는 프로그램 게이트 노드(PG)를 통해 입력되는 전압을 이용하여 상기 부유 게이트(110) 내부의 음 또는 양의 전하량을 조정하여 비휘발성 메모리 소자의 문턱 전압을 조절한다. The
이때, 상기 소오스(S)와 드레인(D)은 상기 비휘발성 메모리 소자가 동작하는 도중에 채널영역에서 발생하는 열전자(CHE: Channel Hot Electron)에 의해 상기 비휘발성 메모리 소자(NVM)의 문턱 전압이 변화하는 것을 방지하기 위하여 소오스 및 드레인의 금속 콘택 영역으로 갈수록 단계적으로 도핑 농도가 증가하도록 형성됨이 바람직하다. In this case, the source (S) and the drain (D) is the threshold voltage of the nonvolatile memory device (NVM) is changed by the hot electron (CHE: Channel Hot Electron) generated in the channel region during the operation of the nonvolatile memory device It is preferable that the doping concentration is increased in steps as it goes to the metal contact regions of the source and the drain in order to prevent it.
다시 말해, 상기 소오스(S) 및 드레인(D)과 기판(100) 사이의 도핑 농도차가 크면 소자의 동작시 상기 소오스(S) 및 드레인(D)과 기판(100) 사이의 접합면에서 강한 전계(electric field)를 형성하고, 이는 채널 영역의 전자들의 에너지를 크게 증가하게 되어 열전자를 발생하게 된다. In other words, when the doping concentration difference between the source S and the drain D and the
이때 채널 영역(140)의 열전자들이 부유 게이트(110) 쪽으로 이동하여 많은 양의 전자가 비휘발성 메모리 소자의 게이트 산화막에 포획되거나, 부유게이트로 주입되어 소자의 문턱전압을 변화시키는 문제점이 발생하므로, 기판(100)과의 경계면 근처의 도핑 농도의 차는 작도록 도핑 농도를 조정 하고, 소오스(S) 및 드레인(D) 금속 콘택 영역으로 갈수록 도핑 농도를 증가시킴이 바람직하다. In this case, since hot electrons of the
또한, 일반적인 플래시 EEPROM 소자와 같은 비휘발성 메모리 소자의 경우에는 자기 정렬 식각(Self Aligned Etch) 공정으로 부유 게이트 상부의 제어 게이트 식각시 제어 게이트와 부유 게이트를 동시에 식각하므로, 제어 게이트와 부유 게이트의 별도 분리 제작이 어려웠다.In addition, in the case of a nonvolatile memory device such as a general flash EEPROM device, since the control gate and the floating gate are simultaneously etched during the control gate etching on the floating gate using a self aligned etching process, the control gate and the floating gate are separately separated. Separate production was difficult.
그러나, 본 발명의 전하 전달 소자로서의 비휘발성 메모리 소자는 자기 정렬 식각 공정 없이 부유 게이트와 제어 게이트 간의 일정한 커플링만을 유지하도록 하면 되는바, 표준 CMOS 로직 공정을 이용하여 구현이 가능한 이점이 있다. However, the nonvolatile memory device as the charge transfer device of the present invention only needs to maintain a constant coupling between the floating gate and the control gate without a self-aligned etching process, and thus, there is an advantage that the nonvolatile memory device can be implemented using a standard CMOS logic process.
도 5 및 도 6은 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 다른 실시예를 도시한 개념도로, 도 2와 도 5및 도 6을 참조하여 설명하되, 상기 본 발명의 일실시예와 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다. 5 and 6 are conceptual diagrams illustrating another embodiment of the nonvolatile memory device of FIG. 2, which will be described with reference to FIGS. 2, 5, and 6, but for the same components as those of the embodiment of the present invention. The description is omitted.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 비휘발성 메모리 소자는 접지 연결되는 기판(200)과, 전원 입력단인 제 1 드레인(D1)과 전원 출력단인 제 1 소오스(S1)와, 상기 기판(200) 상에 형성된 제 1 부유 게이트(210)와, 상기 제 1 부유 게이트(210) 상에 형성되며 상기 드레인(D)에 전기적으로 연결되어 다이오드 커넥션을 형성하는 제어 게이트(220)와, 상기 제 1 소오스(S1) 및 제 1 드레인(D1) 일측에 형성되는 제 2 소오스(S2) 및 제 2 드레인(D2)을 포함하여 구성되어, 상기 제 2 소 오스(S2) 및 제 2 드레인(D2) 사이에 공급되는 전압에 의해 상기 제 1 부유 게이트(210) 내부의 음 또는 양의 전하량을 조정하여 소자의 문턱 전압을 조절하는 것으로 이루어진다. According to another exemplary embodiment of the present invention, the nonvolatile memory device may include a substrate 200 connected to a ground, a first drain D1 serving as a power input terminal, a first source S1 serving as a power output terminal, and an upper portion of the substrate 200. A first floating
다시 말해, 본 발명의 다른 실시예에서는 제 2 소오스(S2) 및 제 2 드레인(D2)에 인가되는 전압에 의해 제 1 부유 게이트(210) 내부의 음전하 또는 양 전하의 양이 조정된다. In other words, in another embodiment of the present invention, the amount of negative or positive charge inside the first floating
결국, 제 1 부유 게이트(210) 내부의 전하량 조절에 의해 문턱 전압이 조절되고, 문턱 전압 조절에 의해 전원 전압과 문턱 전압의 차를 조절할 수 있게 되는바 출력 전압을 조절할 수 있게 된다. As a result, the threshold voltage is adjusted by controlling the amount of charge inside the first floating
상기 제 1 소오스(S1) 및 제 1 드레인(D1)은 상기 비휘발성 메모리 소자의 동작 도중에 발생하는 열전자에 의해 상기 비휘발성 메모리 소자의 문턱 전압이 변화하는 것을 방지하기 위하여 소오스 및 드레인의 금속 콘택 영역으로 갈수록 단계적으로 도핑 농도가 증가하도록 형성됨이 바람직하다.The first source S1 and the first drain D1 may include metal contact regions of the source and drain to prevent the threshold voltage of the nonvolatile memory device from being changed by hot electrons generated during operation of the nonvolatile memory device. It is preferred to be formed to increase the doping concentration step by step toward.
한편, 상술한 바와 같이 상기 비휘발성 메모리 소자의 제어 게이트(220)와 드레인(D1)은 직접 연결되어 다이오드 커넥션을 통해 전기적으로 접속된다. Meanwhile, as described above, the
도 7은 도 2의 트랜스미션 게이트를 도시한 회로도로, 하나의 N-형 전계효과 트랜지스터와 하나의 P-형 전계효과 트랜지스터로 이루어지며, 부유게이트의 전하량을 조정하는 과정에서, 상기 캐패시터로 구성된 전하 저장 소자(30)와 전기적으로 결합되어 상기 비휘발성 메모리 소자(NVM)의 유효 커플링 비율 변화를 방지하는 역할을 한다. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating the transmission gate of FIG. 2, and includes one N-type field effect transistor and one P-type field effect transistor, and in the process of adjusting the amount of charge of the floating gate, the charge configured by the capacitor It is electrically coupled with the
즉, 상기 트랜스미션 게이트(50)는 상기 비휘발성 메모리 소자의 프로그램 게이트 노드(PG)에 인가되는 전압에 의해 부유 게이트(110, 210)에 대전되는 전하량을 조절하여 문턱 전압 조절을 할 때, 상기 캐패시터(C)의 영향을 받아 유효 커플링 비율이 변화하므로, 캐패시터(C)에 의한 유효 커플링 비율의 변화를 방지하도록 접속되는 것이다. That is, when the
예를 들어, 상기 비휘발성 메모리 소자의 문턱전압을 조정하고자 할 때, 상기 트랜스미션 게이트(50)로 입력되는 두 개의 신호(와)를 이용하여 트랜스미션 게이트(50)를 차단할 수 있도록 구성 되어 있는 것이다. 이와는 반대로, 상기 비휘발성 메모리 소자의 문턱전압의 조정이 완료되고 정상적인 차지 펌프 회로의 기능을 수행할 때에는 상기 트랜스미션 게이트(50)로 입력되는 두 개의 신(와)를 이용하여 트랜스미션 게이트(50)를 동작할 수 있도록 구성 되어 있는 것이다. For example, when adjusting the threshold voltage of the nonvolatile memory device, two signals input to the transmission gate 50 ( Wow It is configured to block the transmission gate (50) using. On the contrary, when the adjustment of the threshold voltage of the nonvolatile memory device is completed and functions as a normal charge pump circuit, two scenes inputted to the transmission gate 50 ( Wow ) Is configured to operate the
이와 같이 본 발명에 따르면, 프로그램 게이트 노드에 인가되는 전압을 통해 부유 게이트 내부의 음 또는 양으로 대전된 전하의 양을 조절함으로써, 전기 적인 방법으로 문턱 전압 조절이 가능한 비휘발성 메모리 소자를 전하 전달 소자로 이용하는바, 차지 펌프의 출력 전압을 임의로 제어할 수 있게 되는 것이다. As described above, according to the present invention, by controlling the amount of negatively or positively charged charges in the floating gate through the voltage applied to the program gate node, the nonvolatile memory device capable of adjusting the threshold voltage by an electrical method is a charge transfer device. As used, the output voltage of the charge pump can be arbitrarily controlled.
예를 들어, 디자인 룰이 감소되어 전원전압이 감소하는 경우에는 프로그램 게이트(PG)에 인가되는 전압 조절을 통하여 비휘발성 메모리 소자의 부유 게이트 내부 음전하량을 감소시켜 문턱 전압을 낮춰줌으로써, 차지 펌프 회로의 펌핑 효율 을 향상시키는 것이다. For example, when the design rule is reduced and the power supply voltage is reduced, the charge pump circuit is lowered by reducing the negative charge inside the floating gate of the nonvolatile memory device through voltage regulation applied to the program gate PG. To improve pumping efficiency.
상술한 바와 같이 본 발명은 추가적으로 프로그램 게이트 노드를 가지는 비휘발성 메모리 소자의 제어 게이트를 드레인과 전기적으로 접속시켜 다이오드 연결을 형성하고, 프로그램 게이트에 인가되는 전압을 통해 비휘발성 메모리 소자의 부유 게이트 내부의 음 또는 양으로 대전된 전하의 량을 조정함으로써, 전기적인 방법으로 문턱 전압을 조절하여 차지 펌프의 펌핑 효율 및 출력 전압을 임의로 제어함에 따라, 디자인 룰 감소 및 전원전압의 감소에 따른 차지 펌프의 펌핑 효율 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다. As described above, the present invention additionally electrically connects the control gate of the nonvolatile memory device having the program gate node with the drain to form a diode connection, and through the voltage applied to the program gate, the inside of the floating gate of the nonvolatile memory device. By adjusting the amount of negatively or positively charged charges, the threshold voltage is controlled in an electrical manner to arbitrarily control the pumping efficiency and output voltage of the charge pump, thereby reducing the design rule and pumping the charge pump according to the reduction of the supply voltage. There is an advantage that can prevent a decrease in efficiency.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 특허 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.While the invention has been described in terms of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various and obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.
Claims (5)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109189141A (en) * | 2018-09-12 | 2019-01-11 | 中国电子科技集团公司第五十八研究所 | A kind of novel negative pressure boostrap circuit |
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2006
- 2006-07-31 KR KR1020060072272A patent/KR100804705B1/en not_active IP Right Cessation
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