KR101133532B1 - A variable resistor having nonvolatile memory cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저항값을 보정하기 위한 트리밍(trimming) 동작시 기판이 손상되는 것을 방지하고, 패키징(packaging) 후에도 저항값을 트리밍할 수 있는 가변 저항기를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 입력단과 접지단 사이에 직렬 접속된 저항과 비휘발성 메모리 셀로 이루어진 복수의 스테이지(stage)로 구성되고, 각 스테이지는 전(前) 스테이지의 저항과 접지단 사이에 접속되어 상기 비휘발성 메모리 셀의 프로그램 및 소거 상태에 따라 저항값이 가변되는 가변 저항기를 제공한다. The present invention is to provide a variable resistor that prevents damage to the substrate during the trimming operation for correcting the resistance value, and can trim the resistance value even after packaging. It consists of a plurality of stages consisting of a nonvolatile memory cell and a resistor connected in series between the ground terminals, each stage connected between the resistance of the previous stage and the ground terminal to program and erase the nonvolatile memory cell. Provided is a variable resistor in which the resistance value varies depending on the state.
가변 저항기, 비휘발성 메모리 셀, EEPROM, CMOS, NMOS, PMOS, 트리밍 Variable Resistors, Nonvolatile Memory Cells, EEPROM, CMOS, NMOS, PMOS, Trimming
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 저항기를 도시한 구성도.1 is a block diagram showing a variable resistor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 비휘발성 메모리 셀을 도시한 단면도. FIG. 2 is a cross-sectional view of the nonvolatile memory cell shown in FIG. 1. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 디코더10: decoder
21 : 기판21: substrate
22 : 웰22: well
23 : 게이트 산화막(유전체막)23: gate oxide film (dielectric film)
24, 27 : 게이트 전극24, 27: gate electrode
25a, 28a : 소오스 영역25a, 28a: source region
25b, 28b : 드레인 영역25b, 28b: drain region
28c : 벌크 영역28c: bulk area
26 : 터널 산화막26: tunnel oxide film
본 발명은 비휘발성 메모리 셀을 구비한 가변 저항기에 관한 것으로, 특히, EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) 셀 또는 플래시(flash) 셀과 같이 프로그램 및 소거 동작이 가능한 비휘발성 메모리 셀을 구비한 가변 저항기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable resistor having a nonvolatile memory cell, and more particularly, to a variable resistor having a nonvolatile memory cell capable of program and erase operations, such as an EEPROM (Electric Erasable Programmable Read Only Memory) cell or a flash cell. Relates to a resistor.
일반적으로, 가변 저항기는 라디오의 주파수 조정이나 음량 조정을 위해 저항값을 가변할 수 있는 소자이다. 가변 저항기를 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에 실장시 가변 저항기의 저항값을 조정하는 트리밍(trimming) 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 기판 열화나 오차 발생 등 많은 불량 요소가 발생된다. In general, the variable resistor is a device that can change the resistance value for adjusting the frequency or volume of the radio. When the variable resistor is mounted on a printed circuit board (PCB), a trimming process of adjusting the resistance value of the variable resistor is performed. In this process, many defects such as substrate degradation or error are generated.
종래기술에 따른 가변 저항기는 실리콘 기판 상에 폴리 실리콘(poly silicon) 또는 금속(metal)과 같이 도전성 물질을 이용하여 어레이(array) 형태로 형성하는 것이 보편적이다. 이러한 가변 저항기는 트리밍 동작시 레이저(laser)를 이용한다. 트리밍 동작은 레이저를 이용하여 선택된 부위를 절단 및 접속함으로써 이루어진다. The variable resistor according to the prior art is commonly formed in an array form using a conductive material such as poly silicon or metal on a silicon substrate. Such a variable resistor uses a laser in the trimming operation. The trimming operation is performed by cutting and connecting the selected portion using a laser.
그러나, 이러한 트리밍 동작시 레이저에 의해 기판이 손상될 수 있다. 이러한 기판의 손상에 의해 발생할 수 있는 회로 상의 피해를 제거하기 위해서는 가변 저항기를 구성하는 금속 어레이 사이를 일정 간격을 두고 형성하여야 한다. 이 때 문에 상대적으로 많은 면적이 필요하게 된다. 또한, 한번 칩을 패키징(packging)한 후에는 레이저를 이용한 트리밍 동작을 수행할 수가 없다. 더욱이, 패키징 공정 전에 실시되는 트리밍 동작시 불량이 발생하면 폐기해야 하는 단점도 갖는다. 결국 패키지로 인해 발생될 수 있는 저항값의 변화를 보상해 줄 방법이 없어 불량율이 높다. However, the substrate may be damaged by the laser during this trimming operation. In order to eliminate the damage on the circuit caused by the damage of the substrate, the metal array constituting the variable resistor should be formed at regular intervals. This requires a relatively large area. In addition, once the chip is packaged, the trimming operation using the laser cannot be performed. Moreover, there is a disadvantage that if a defect occurs in the trimming operation performed before the packaging process, it should be discarded. As a result, the failure rate is high because there is no way to compensate for the change in resistance caused by the package.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 트리밍 동작시 기판이 손상되는 것을 제거할 수 있는 가변 저항기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a variable resistor capable of eliminating damage to a substrate during a trimming operation.
또한, 본 발명은 패키징 후에도 저항값을 트리밍할 수 있는 가변 저항기를 제공하는데 다른 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a variable resistor capable of trimming the resistance value even after packaging.
또한, 본 발명은 트리밍 오류에 의한 불량율을 현저히 감소시킬 수 있는 가변 저항기를 제공하는 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a variable resistor that can significantly reduce the defective rate due to trimming errors.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 입력단과 접지단 사이에 직렬 접속된 저항과 비휘발성 메모리 셀로 이루어진 복수의 스테이지로 구성되고, 각 스테이지는 전(前) 스테이지의 저항과 접지단 사이에 접속되어 상기 비휘발성 메모리 셀의 프로그램 및 소거 상태에 따라 저항값이 가변되는 가변 저항기를 제공한다. The present invention according to one aspect for achieving the above object is composed of a plurality of stages consisting of a resistor and a non-volatile memory cell connected in series between the input terminal and the ground terminal, each stage is the resistance and ground of the previous stage Provided is a variable resistor connected between stages, the resistance of which varies in accordance with the program and erase states of the nonvolatile memory cell.
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 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
실시예Example
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 저항기를 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 각 비휘발성 메모리 셀을 도시한 단면도이다. 1 is a view illustrating a variable resistor according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of each nonvolatile memory cell shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 저항기는 입력단(A)과 접지단(VSS) 사이에 직렬 접속된 저항(RO 내지 R3)과 비휘발성 메모리 셀(NVM0 내지 NVM3)로 이루어진 복수의 스테이지(stage0 내지 stage3)로 구성되고, 각 스테이지(stage0 내지 stage3)는 전(前) 스테이지의 저항과 접지단 사이에 접속되어 비휘발성 메모리 셀(NVM0 내지 NVM3)의 프로그램 및 소거 상태에 따라 저항값이 가변된다. 이러한 비휘발성 메모리 셀(NVM0 내지 NVM3)은 트리밍 신호(trm0, trm1)에 따라 선택되는 게이트 전압(Vg0 내지 Vg3)에 따라 프로그램 또는 소거 동작이 이루어진다. As shown in FIG. 1, the variable resistor according to the preferred embodiment of the present invention includes the resistors RO to R3 and the nonvolatile memory cells NVM0 to NVM3 connected in series between the input terminal A and the ground terminal VSS. And each stage (stage0 to stage3), each of which is connected between the resistance of the previous stage and the ground terminal, and programmed and erased states of the nonvolatile memory cells NVM0 to NVM3. The resistance value varies accordingly. The nonvolatile memory cells NVM0 to NVM3 are programmed or erased according to the gate voltages Vg0 to Vg3 selected according to the trimming signals trm0 and trm1.
도 2에 도시된 바와 같이, 비휘발성 메모리 셀(NVM0 내지 NVM3)은 싱글 폴리(single poly) EEPROM 셀로 형성한다. 싱글 폴리 EEPROM 셀은 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터로 이루어진 CMOS 트랜지스터로 구성된다. 각 트랜지스터의 단일 게이트 전극(24, 27)을 상호 접속하여 플로팅 게이트(floating gate)로 사용하고, PMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(25a, 25b)과 벌크 영역(bulk, 28c)을 상호 접속하여 컨트롤 게이트(control gate)로 사용한다. 또한, NMOS 트랜지스터의 드레인 영역(28b)을 입력단(A)으로 사용하고, 소오스 영역(28a)을 출력단(B)으로 사용한다. As shown in FIG. 2, the nonvolatile memory cells NVM0 to NVM3 are formed of a single poly EEPROM cell. A single poly EEPROM cell consists of a CMOS transistor consisting of an NMOS transistor and a PMOS transistor. The
프로그램 및 소거 동작은 F-N 터널링(Fouler-Nordheim Tunneling) 방식으로 이루어진다. 보통, EEPROM 셀의 프로그램 동작은 채널 열 전자(Channel Hot Electron) 주입방식으로 실시하고, 소거 동작은 F-N 터널링 방식으로 실시하나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 디코더(10)를 통해 비휘발성 메모리 셀(NVM0 내지 NVM3)의 프로그램 및 소거 동작을 수행하기 때문에 F-N 터널링 방식으로 적용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 일례로서 주변회로의 구성에 따라 채널 열 전자 주입방식으로도 프로그램 동작을 수행할 수도 있다. Program and erase operations are performed using the F-N tunneling (Fouler-Nordheim Tunneling) method. In general, the program operation of the EEPROM cell is performed by channel hot electron injection, and the erase operation is performed by FN tunneling. However, in the preferred embodiment of the present invention, the nonvolatile memory cell (e.g. Since the program and erase operations of NVM0 to NVM3 are performed, it is preferable to apply the FN tunneling scheme. However, as an example, the program operation may also be performed by the channel thermal electron injection method according to the configuration of the peripheral circuit.
프로그램 동작은 컨트롤 게이트, 즉 PMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(25a, 25b)과 벌크 영역(28c)에 게이트 전압(Vg0 내지 Vg3)으로 대략 18V 정도의 고전압을 인가하고, NMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(28a, 28b)을 플로팅시켜 실시한다. 이로써, 컨트롤 게이트(25a, 25b, 28c)에 인가된 고전압은 유전체막으로 기능하는 게이트 산화막(23)의 커플링비(coupling ratio)에 대응하여 플로팅 게이트(24, 27)로 전달된다. 이에 따라, P-형 기판(21)으로부터 전자들이 터널 산화막(26)을 통해 플로팅 게이트(24, 27)로 주입되어 프로그램 동작이 이루어진다. The program operation applies a high voltage of approximately 18V to the gate and voltage regions Vg0 to Vg3 of the source and
소거 동작은 컨트롤 게이트, 즉 PMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(25a, 25b)과 벌크 영역(28c)에 게이트 전압(Vg0 내지 Vg3)으로 대략 -18V 정도의 고전압을 인가하고, NMOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(28a, 28b)을 플로팅시켜 실시한다. 이로써, 컨트롤 게이트(25a, 25b, 28c)에 인가된 음의 고전압은 유전체막으로 기능하는 게이트 산화막(23)의 커플링비에 대응하여 플로팅 게이트(24, 27)로 전달된다. 이에 따라, 프로그램 동작시 플로팅 게이트(24, 27)에 주입된 전자는 터널 산화막(26)을 통해 P-형 기판(21)으로부터 방출되어 소거 동작이 이루어진다. The erase operation applies a high voltage of approximately -18V to the gate and voltage regions Vg0 to Vg3 of the source and
비휘발성 메모리 셀은 프로그램 또는 소거 상태에 따라 서로 문턱전압이 달라지게 된다. 일반적으로 프로그램된 메모리 셀은 소거된 메모리 셀의 문턱전압보다 높은 분포를 갖는다. 프로그램 셀은 스위칭 소자와 비교하여 볼 때, 오프(OFF) 상태로 볼 수 있으며, 소거 셀은 온(ON) 상태로 볼 수 있다. 즉, 비휘발성 메모리 셀을 선택적으로 프로그램 또는 소거 시켜 스위칭 소자로 동작시킴으로써 직렬 접속된 저항(R0 내지 R3)을 통한 전류경로(path)를 형성 또는 차단하여 저항값을 가변하게 된다. The nonvolatile memory cells have different threshold voltages depending on the program or erase state. Generally, programmed memory cells have a higher distribution than threshold voltages of erased memory cells. The program cell can be viewed in an OFF state when compared to the switching element, and the erase cell can be viewed in an ON state. That is, by selectively programming or erasing the nonvolatile memory cell to operate as a switching element, the resistance value is varied by forming or blocking a current path through the series connected resistors R0 to R3.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 저항기의 트리밍 동작을 설명하기로 한다. 일례로 도 1에 도시된 바와 같이, 목표치 저항값을 'R0 + R1'로 트리밍하고자 하는 경우, 디코더(10)를 이용하여 두번째 메모리 셀(NVM1)을 제외한 다른 메모리 셀(NVM0, NVM2, NVM3)은 모두 프로그램시키고, 두번째 메모리 셀(NVM1)만 소거시킨다. 이로써, 입력단(A)으로 입력되는 전류(I)는 저항(R0), 저항(R1) 및 메모리 셀(NVM1)을 경유하여 접지단(VSS)으로 흐르게된다. 결국, 목표치 저항값은 'R0 + R1'이 된다. 여기서, 프로그램 또는 소거 동작은 전술한 바와 같은 방법으로 수행한다. Hereinafter, a trimming operation of the variable resistor according to the preferred embodiment of the present invention will be described. For example, as shown in FIG. 1, when trimming the target resistance value to 'R0 + R1', other memory cells NVM0, NVM2, and NVM3 except for the second memory cell NVM1 using the decoder 10 are used. Program all and erase only the second memory cell (NVM1). As a result, the current I input to the input terminal A flows to the ground terminal VSS via the resistor R0, the resistor R1, and the memory cell NVM1. As a result, the target resistance value becomes 'R0 + R1'. Here, the program or erase operation is performed in the manner as described above.
한편, 상기에서는 싱글 폴리 EEPROM 셀을 이용하여 스위칭 소자를 구현하였으나, 이는 일례로서 프로그램 및 소거 동작이 가능한 모든 비휘발성 메모리 셀은 모두 적용가능하다. 그러나, 싱글 폴리 EEPROM 셀로 구현하는 경우에는 CMOS 공정으로 구현하기 때문에 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트의 적층형 EEPROM 셀에 비해 공정이 단순화하고, 칩 내에 구현된 CMOS 소자를 그대로 이용하기 때문에 별도의 공정이 필요하지 않는 이점이 있다. 또한, F-N 터널링 방식으로 프로그램 또는 소거 동작을 수행함에 따라 하나의 디코더만으로도 프로그램 및 소거 동작을 구현할 수 있어 채널 열전자 주입방식으로 프로그램 및 소거 동작을 수행하는 것보다 회로가 단순화된다. Meanwhile, although the switching device is implemented using a single poly EEPROM cell, all of the nonvolatile memory cells capable of program and erase operations are applicable as an example. However, when implemented as a single poly EEPROM cell, since the process is implemented as a CMOS process, the process is simplified compared to the stacked EEPROM cells of the floating gate and the control gate, and since the CMOS device implemented in the chip is used as it is, no separate process is required. There is an advantage. In addition, as the program or erase operation is performed by the F-N tunneling method, the program and erase operation can be implemented by only one decoder, thereby simplifying the circuit than performing the program and erase operation by the channel hot electron injection method.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비휘발성 메모리 셀을 스위칭 소자로 이용하여 가변 저항기를 구현함으로써 트리밍 동작을 간편하게 구현할 수 있다. As described above, according to the present invention, a trimming operation can be easily implemented by implementing a variable resistor using a nonvolatile memory cell as a switching element.
또한, 본 발명에 의하면, 단순히 프로그램 및 소거 동작을 통해 트리밍 동작을 수행함으로써 종래기술에서 레이저를 이용한 트리밍 동작시 기판이 손상되는 문제를 해결할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to solve the problem that the substrate is damaged during the trimming operation using a laser in the prior art by simply performing the trimming operation through the program and erase operations.
또한, 본 발명에 의하면, 패키징 후에도 프로그램 및 소거 동작을 통해 트리밍 동작을 수행함으로써 저항값 보정이 가능하다. Further, according to the present invention, the resistance value can be corrected by performing the trimming operation through the program and erase operations even after the packaging.
따라서, 본 발명에 의하면, 트리밍 오류에 의한 불량율을 현저히 감소시킬 수 있다. Therefore, according to the present invention, the defective rate due to the trimming error can be significantly reduced.
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