KR100908532B1 - 반도체 메모리 장치의 고전압 공급장치 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 반도체 메모리 장치에 공급되는 각종 고전압을 발생시키는 고전압 공급 장치에 관한 것이다.

본원 발명의 고전압 공급장치는 서로 다른 레벨의 펌프 전압들을 생성하는 펌프 전압 공급부와, 상기 펌프 전압들을 각각 강하시키는 버퍼부와, 상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 일정한 레벨로 출력시키는 복수의 레귤레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

고전압 공급장치, 펌프

Description

반도체 메모리 장치의 고전압 공급장치{High voltage supply of semiconductor memory device}

본원 발명은 반도체 메모리 장치에 공급되는 각종 고전압을 발생시키는 고전압 공급 장치에 관한 것이다.

반도체 메모리 장치를 구동함에 있어서는 여러 레벨의 고전압을 필요로 한다. 최근 들어 널리 사용되고 있는 불휘발성 메모리 장치의 경우, 프로그램 동작, 독출 동작, 소거 동작시에 프로그램 전압, 독출 전압, 소거 전압을 각각 필요로 하고 있다.

이러한 고전압은 외부 공급전원의 레벨 보다 훨씬 높기 때문에, 펌프회로를 통하여 외부 공급전원을 상승시켜 사용하게 된다. 이렇게 펌프회로에서 출력된 전압은 레귤레이터를 통해 일정한 레벨로 안정화되어 사용된다.

한편, 이러한 다양한 레벨의 고전압 생성을 위해서 별도의 펌프회로와 레귤레이터가 사용되고 있다. 즉, 필요한 고전압 별로 별도의 펌프회로와 레귤레이터가 사용되는 것이다. 하지만, 이러한 구성은 각각의 펌프가 독립적으로 펌핑동작을 수행하므로 과도한 전류를 소비할 수 있으며, 전체 칩의 사이즈에도 큰 영향을 미치 게 된다. 현재 전체 칩에서 펌프회로가 차지하는 비율은 적게는 2%에서 많게는 10%까지 이르고 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 여러 가지 고전압을 하나의 펌프 전압 공급부를 통해 공급할 수 있는 고전압 공급장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위한 본원 발명의 고전압 공급장치는 서로 다른 레벨의 펌프 전압들을 생성하는 펌프 전압 공급부와, 상기 펌프 전압들을 각각 강하시키는 버퍼부와, 상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 일정한 레벨로 출력시키는 복수의 레귤레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본원 발명의 고전압 공급장치는 서로 다른 레벨의 제1 내지 제3 펌프 전압을 생성하는 펌프 전압 공급부와, 특정 펌프 전압의 레벨에 따라 펌프 전압 공급부에 포함된 각 펌프 셀의 동작에 사용되는 클록을 공급하는 펌프 구동부와, 상기 각 펌프 전압들을 각각 강하시키는 버퍼부와, 상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 일정한 레벨로 출력시키는 제1 내지 제3 레귤레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 본원 발명의 구성에 따라 펌프 전압 공급부에 사용되는 펌프셀의 개수가 감소되어 전체적인 칩의 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 칩의 동작시에 소모되는 전류를 감소시키는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본원 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1a 내지 1c는 통상적인 반도체 메모리 장치의 고전압 공급장치를 도시한 도면이다.

각 고전압 공급장치는 복수의 펌프셀을 통해 펌핑된 전압을 하나의 이상의 레귤레이터를 통해 목표로하는 레벨로 출력시키는 구성을 취하고 있다.

도 1a의 제1 고전압 공급장치는 펌프셀의 개수가 제일 많으며, 그에 따라 그 레벨이 제일 큰 제1 고전압을 출력한다.

도 1b의 제2 고전압 공급장치는 펌프셀의 개수가 상기 제1 고전압 공급장치보다 적으며, 그에 따라 그 레벨이 제1 고전압 보다 작은 제2 고전압을 출력한다.

도 1c의 제3 고전압 공급장치는 펌프셀의 개수가 상기 제2 고전압 공급장치보다 적으며, 그에 따라 그 레벨이 제2 고전압 보다 작은 제3 고전압을 출력한다.

반도체 메모리 장치에서 사용되는 고전압의 종류에 따라 상기 고전압 공급장치의 개수는 달라질 수 있다. 다만, 문제점은 각 고전압별로 독립적인 고전압 공급장치를 사용하기 때문에, 전류 소모량도 커지고, 칩 사이즈도 커지는 문제점이 발 생한다.

도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 고전압 공급장치를 도시한 도면이다.

상기 고전압 공급장치(200)는 서로 다른 레벨의 펌프 전압들을 생성하는 펌프 전압 공급부(220), 상기 펌프 전압의 레벨에 따라 펌프 전압 공급부(220)에 포함된 각 펌프 셀의 구동에 사용되는 클록을 공급하는 펌프 구동부(210), 상기 펌프 전압들을 강하시키는 버퍼부(230), 상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 안정된 레벨로 출력시키는 제1 내지 제3 레귤레이션부(240)를 포함한다.

먼저 상기 펌프 구동부(210)는 상기 펌프 전압 공급부(220)에서 출력되는 펌프 전압을 기준 전압(Vref)과 비교하여 펌프 전압 공급부(220)의 구동 여부를 제어한다. 이를 위해, 상기 펌프 전압과 기준 전압의 크기를 비교하는 비교부(212)와, 상기 비교부의 출력에 따라 펌프에 공급되는 클록을 발생시키는 클록 발생부(214)를 포함한다.

예를 들어, 특정 펌프 전압의 레벨이 기준전압보다 작은 경우에는 상기 클록 발생부(214)를 구동시켜 클록이 지속적으로 발생되도록 하고, 특정 펌프 전압의 레벨이 기준전압보다 큰 경우에는 상기 클록 발생부(214)의 동작을 중지시켜 클록발생이 중단되도록 한다.

상기 펌프 전압 공급부(220)는 외부전압을 펌핑하여 출력하는 복수의 펌프 셀을 포함한다. 각 펌프 셀은 일반적으로 사용되는 차지 펌프회로로 구성된다. 상기 펌프 셀은 상기 펌프 구동부(210)에서 입력되는 클록에 따라 외부전압을 펌핑하는 동작을 한다.

상기 펌프 전압 공급부(220)는 복수의 펌프셀(222, 224, 226, 228)을 포함하며, 각 펌프셀의 접속노드에서 서로 다른 레벨의 펌프 전압들(VPP1, VPP2, VPP3)을 출력한다.

제3 펌프전압(VPP3)의 레벨이 제일 크고, 제2 펌프전압(VPP2)이 그 다음이며, 제1 펌프전압(VPP1)의 레벨이 제일 작다.

상기 버퍼부(230)는 상기 각 펌프전압의 레벨을 강하시킨다. 본원 발명에서는 독립적으로 구비된 전압 공급장치를 하나로 결합시킨 것을 특징으로 한다. 따라서, 동작에 따라 하나의 펌프 전압공급부(220)에서 출력되는 각 펌프 전압을 동시에 사용하는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 동시에 서로 다른 펌프 전압을 출력해야 하는 경우, 피크 전류등의 영향으로 레귤레이션 동작에 문제가 발생할 수 있으며, 레귤레이션 동작이 일어나더라도 정확한 전압을 얻기가 힘들다. 따라서, 본원 발명에서는 펌핑 전압을 일정하게 강하시켜 버퍼링을 시키는 구성을 추가하였다.

이를 위해, 상기 버퍼부(230)는 펌프전압을 강하시키는 전압 강하부(VDC, Voltage down converter)를 포함한다.

도시된 바와 같이 제1 펌프전압을 강하시키는 제1 전압 강하부(232), 제2 펌 프전압을 강하시키는 제2 전압 강하부(234), 제3 펌프전압을 강하시키는 제3 전압강하부(236)를 포함한다.

상기 제1 레귤레이션부(240)는 상기 버퍼부를 통해 전압 강하된 제1 펌프 전압을 일정 레벨로 안정화시켜 제1 고전압을 출력하고, 상기 제2 레귤레이션부(250)는 상기 버퍼부를 통해 전압 강하된 제2 펌프 전압을 일정 레벨로 안정화시켜 제2 고전압을 출력하고, 상기 제3 레귤레이션부(260)는 상기 버퍼부를 통해 전압 강하된 제3 펌프 전압을 일정 레벨로 안정화시켜 제3 고전압을 출력한다.

이를 위해 각 레귤레이션부는 입력되는 전압을 일정레벨로 안정화시키는 하나 이상의 레귤레이터를 포함한다.

예를 들어, 불휘발성 메모리 장치에 상기 고전압 공급장치를 사용할 경우 제일 레벨이 높은 제3 고전압은 프로그램 전압(Vpgm)으로, 그 다음으로 레벨이 높은 제2 고전압은 패스전압(Vpass)으로, 그 다음으로 레벨이 높은 제1 고전압은 독출전압(Vread) 등으로 사용할 수 있다.

이와 같이, 하나의 펌프 전압 공급부를 이용하여 서로 다른 세 가지 레벨의 고전압을 출력하게 된다.

한편, 도 2는 본원 발명의 일 실시예에 불과한것으로 발명자의 의도에 따라 서로 다른 두 가지 레벨의 고전압을 출력하도록 변경하거나, 사로 다른 네 가지 레 벨의 고전압을 출력하도록 변경할 수 있다. 즉, 본원 발명은 서로 다른 레벨을 갖는 복수의 고전압을 출력하도록 구성된다.

예를 들어, 서로 다른 세 가지 레벨의 고전압을 출력하도록 구성한 본원 발명의 경우, 4개의 펌프셀 만으로 세 가지 고전압을 출력할 수 있으나, 종래 발명의 경우 각 고전압이 독립적으로 출력되므로 9개의 펌프셀을 포함하게 된다.

이와 같이 본원 발명의 구성에 따르면 펌프셀이 감소한 만큼 칩의 면적도 감소하게 된다. 뿐만 아니라 전류가 감소함에 따라 전력소비도 현저하게 감소된다.

도 1a 내지 1c는 통상적인 반도체 메모리 장치의 고전압 공급장치를 도시한 도면이다.

도 2는 본원 발명의 일 실시예에 따른 고전압 공급장치를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

200: 고전압 공급장치

210: 펌프 구동부

220: 펌프 전압 공급부

230: 버퍼부

240: 제1 레귤레이션부

250: 제2 레귤레이션부

260: 제3 레귤레이션부

Claims (7)

1. 서로 다른 레벨의 펌프 전압들을 생성하는 펌프 전압 공급부와,

   상기 펌프 전압들을 각각 강하시키는 버퍼부와,

   상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 각각의 일정한 레벨을 갖는 고전압들로 출력시키는 복수의 레귤레이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 펌프 전압 공급부는 클록에 동기되어 특정 전압을 펌핑시키는 복수의 펌프 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 버퍼부는 상기 펌프 전압 공급부에 출력되는 펌프 전압들을 각각 전압 강하시키는 복수의 전압 강하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
4. 제1항에 있어서, 특정 펌프 전압의 레벨에 따라 펌프 전압 공급부에 포함된 각 펌프 셀의 동작에 사용되는 클록을 공급하는 펌프 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 펌프 구동부는 상기 특정 펌프 전압과 기준전압의 크기를 비교하는 비교부와,

   상기 비교부의 출력에 따라 상기 펌프 전압 공급부에 클록을 공급하는 클록 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
6. 서로 다른 레벨의 제1 내지 제3 펌프 전압을 생성하는 펌프 전압 공급부와,

   특정 펌프 전압의 레벨에 따라 펌프 전압 공급부에 포함된 각 펌프 셀의 동작에 사용되는 클록을 공급하는 펌프 구동부와,

   상기 각 펌프 전압들을 각각 강하시키는 버퍼부와,

   상기 버퍼부에서 출력되는 강하된 각 펌프 전압들을 일정한 레벨로 출력시키는 제1 내지 제3 레귤레이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 버퍼부는 상기 제1 내지 제3 펌프 전압을 각각 강하시키는 제1 전압 강하부, 제2 전압 강하부 및 제3 전압 강하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 공급장치.

Images