KR102450890B1 - Non-Volatile Memory circuit - Google Patents

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KR102450890B1 KR1020200116833A KR20200116833A KR102450890B1 KR 102450890 B1 KR102450890 B1 KR 102450890B1 KR 1020200116833 A KR1020200116833 A KR 1020200116833A KR 20200116833 A KR20200116833 A KR 20200116833A KR 102450890 B1 KR102450890 B1 KR 102450890B1
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Abstract

본 발명은 비휘발성 메모리 회로에 관한 것으로, 외부 전원 전압 VCC의 변화를 검출하여 VPP 전하 펌프 회로들의 인에이블되는 개수를 제어하여, VCC가 높아지더라도 2.5V ~ 5.5V의 넓은 전압 범위에서 최대 VPP 펌핑 전류를 억제하여 리플 전압을 줄일 수 있게 한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 다수 개의 비휘발성 메모리 셀이 배열되어 이루어지는 비휘발성 메모리 셀 어레이, 외부 전원 전압 VCC 변화를 검출하여 VCC 전압에 따라 VPP 전하 펌프의 인에이블되는 개수를 제어하는 펌핑 전압 발생기 회로를 포함하여, VCC 전압 변동에 따른 VPP 펌핑 전류를 억제하고 리플 전압을 줄일 수 있게 한다.
The present invention relates to a non-volatile memory circuit, which detects a change in an external power supply voltage VCC to control the enabled number of VPP charge pump circuits to pump maximum VPP in a wide voltage range of 2.5V to 5.5V even when VCC increases It is possible to reduce the ripple voltage by suppressing the current.
To this end, the present invention includes a non-volatile memory cell array in which a plurality of non-volatile memory cells are arranged, and a pumping voltage generator circuit that detects a change in an external power supply voltage VCC and controls the enabled number of VPP charge pumps according to the VCC voltage. Thus, it is possible to suppress the VPP pumping current according to the VCC voltage fluctuation and reduce the ripple voltage.

Figure R1020200116833
Figure R1020200116833

Description

비휘발성 메모리 회로{Non-Volatile Memory circuit}Non-Volatile Memory circuit

본 발명은 버티컬(vertical) 피아이피(PIP; Polysilicon-Insulator-Polysilicon) 커패시터를 이용한 비휘발성 메모리(NVM) 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버티컬 피아이피 커패시터를 이용한 비휘발성 메모리에 인가되는 외부 전원 전압인 VCC 전압을 검출하여 인에이블되는 전하 펌프 회로의 개수를 제어함으로써 VCC 전압이 높아지더라도 2.5V~5.5V의 넓은 VCC 전압 범위에서 VPP 펌핑전류를 최대 474.6[㎂]로 억제하여 VPP 전하 펌프의 리플 전압을 목표전압의 3% 이내, 예컨대 목표전압이 7.5V일 경우 리플전압은 0.19V 이내로 줄일 수 있도록 한 비휘발성 메모리 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a non-volatile memory (NVM) circuit using a vertical PIP (Polysilicon-Insulator-Polysilicon) capacitor, and more particularly, to an external power applied to a non-volatile memory using a vertical PIP capacitor. By detecting the VCC voltage, which is the voltage, and controlling the number of enabled charge pump circuits, even if the VCC voltage increases, the VPP pumping current is suppressed to a maximum of 474.6 [㎂] in the wide VCC voltage range of 2.5V to 5.5V, thereby reducing the voltage of the VPP charge pump. The present invention relates to a nonvolatile memory circuit in which the ripple voltage can be reduced to within 3% of a target voltage, for example, when the target voltage is 7.5V, the ripple voltage can be reduced to within 0.19V.

일반적으로 MCU(Micro Controller Unit) 등에서는 40[ns] 이하의 고속의 읽기 동작이 가능하면서 테스터 시간을 줄이기 위한 고속의 쓰기동작 특성을 가진 이이피롬(EEPROM; Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)이나 플래시 메모리 IP(Intellectual Property)같은 비휘발성 메모리가 요구되고 있으며, 무선 충전기(Wireless charger), USB type-C 등의 응용에서 사용되는 반도체 칩에서는 MCU용 EEPROM 메모리 IP가 요구된다.In general, in MCU (Micro Controller Unit), etc., high-speed read operation of 40 [ns] or less is possible and EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) or flash with high-speed write operation characteristics to reduce tester time. Non-volatile memory such as memory IP (Intellectual Property) is required, and semiconductor chips used in applications such as wireless charger and USB type-C require EEPROM memory IP for MCU.

EEPROM 셀은 전하를 저장하는 스토리지 레이어(storage layer)가 있는 플로팅 게이트(Floating Gate, 이하 FG)인 FG 소자가 많이 사용되며, 특히 성능과 전력소모 특성이 우수한 2T(Two Transitor) FG EEPROM 셀이 주로 많이 사용되고 있다. 한편 2T FG EEPROM 셀인 스프릿 게이트(split gate) EEPROM 셀을 사용하는 더블 폴리(double poly) EEPROM 셀이 발표되었는데, 이는 소거(erase)와 프로그램(program) 방식이 파울러 노드하임(FN; Fowler-Nordheim) 터널링 방식이지만 EEPROM 셀의 커플링 커패시터로 버티컬 피아이피 커패시터의 더블 폴리 EEPROM 셀 구조이므로 110nm 제조 공정에서의 셀 사이즈는 0.97[㎛2]로 작다. 참고로, 이하에서는 모두 110nm 제조 공정에서의 수치들임을 미리 밝혀둔다. 싱글 폴리(single poly) EEPROM 셀은 더블 폴리 EEPROM 셀과 마찬가지로 포지티브(positive) 펌핑 전압인 VPP와 네가티브(negative) 펌핑 전압인 VNN을 이용하여 FN 터널링 방식의 소거와 프로그램 동작을 수행한다. 한편, 프로그램 동작이 이루어지는 셀의 커플링 커패시터를 형성하는 피웰(P-Well, 이하 PW)과 터널게이트_센스(TG_SENSE) 트랜지스터를 형성하는 PW은 각각 VPP와 VNN 전압을 인가하고, 소거 동작이 이루어지는 셀의 커플링 커패시터를 형성하는 PW과 TG_SENSE 트랜지스터를 형성하는 PW은 각각 VNN과 VPP 전압을 인가하여야 하므로 싱글 폴리 EEPROM 셀 어레이의 딥엔웰(DNW; Deep N-Well) 안에서 커플링 커패시터와 TG_SENSE 트랜지스터의 PW은 서로 분리시켜야 해서 셀 사이즈가 33[㎛2]로 크다. 한편, 싱글 폴리 EEPROM의 셀 사이즈를 줄이기 위해서는 동일한 PW 안에 소자를 형성하는 것이 필요하다. 동일한 PW 안에 소자를 형성하는 싱글 폴리 EEPROM 셀은 레이터럴(lateral) 엠아이피(MIP; Metal-Insulator-Polysilicon) 커패시터를 사용하면서 FG EEPROM 셀을 프로그램하기 위해 CHEI(Channel Hot Electron Injection) 방식을 사용하여 PW을 GND로 바이어싱한다. 커플링 비(Coupling ratio)를 0.815로 유지하기 위해서는 lateral MIP 커패시터가 차지하는 면적이 큰 탓에 셀 사이즈 역시 7.37[㎛2]로 크다. 소거는 BTBT(Band-To-Band Tunneling) 방식을 사용하고 프로그램은 HCI(Hot Carrier Injection) 방식을 사용하는 머지드 모스(merged MOS) 커패시터를 갖는 MTP 셀이 제안되었으나 PW은 GND로 바이어싱된 탓에 분리된 PW이 필요 없게 되어 셀 사이즈를 줄일 수 있는 장점은 있긴 하지만 머지드 모스 커패시터를 PW에 형성해야 할 경우에는 셀 사이즈를 줄이는데 한계를 보이게 된다. FG devices, which are floating gates (hereinafter referred to as FGs) with a storage layer for storing electric charges, are frequently used in EEPROM cells. In particular, 2T (Two Transitor) FG EEPROM cells with excellent performance and power consumption characteristics are mainly used. It is used a lot. Meanwhile, a double poly EEPROM cell using a split gate EEPROM cell, which is a 2T FG EEPROM cell, has been announced, which is erased and programmed by Fowler-Nordheim (FN). Although the tunneling method is a coupling capacitor of the EEPROM cell, it is a double poly EEPROM cell structure of a vertical PIP capacitor, so the cell size in the 110nm manufacturing process is as small as 0.97 [㎛ 2 ]. For reference, below, it is stated in advance that all of the values are in the 110nm manufacturing process. Like the double poly EEPROM cell, the single poly EEPROM cell performs FN tunneling erase and program operations using a positive pumping voltage VPP and a negative pumping voltage VNN. Meanwhile, VPP and VNN voltages are applied to the P-Well (hereinafter referred to as PW) forming the coupling capacitor of the cell in which the program operation is performed and the PW forming the tunnel gate_sense (TG_SENSE) transistor, respectively, and the erase operation is performed. Since VNN and VPP voltages must be applied to PW forming the cell coupling capacitor and PW forming the TG_SENSE transistor, respectively, the coupling capacitor and the TG_SENSE transistor in the deep N-Well (DNW) of the single poly EEPROM cell array The PW has to be separated from each other so that the cell size is as large as 33 [㎛ 2 ]. Meanwhile, in order to reduce the cell size of a single poly EEPROM, it is necessary to form devices in the same PW. A single poly EEPROM cell that forms a device within the same PW uses a lateral MIP (Metal-Insulator-Polysilicon) capacitor while programming the FG EEPROM cell using the CHEI (Channel Hot Electron Injection) method. Bias PW to GND. In order to maintain the coupling ratio at 0.815, the cell size is also large at 7.37 [㎛ 2 ] because the area occupied by the lateral MIP capacitor is large. An MTP cell with a merged MOS capacitor has been proposed, which uses a Band-To-Band Tunneling (BTBT) method for erasing and a Hot Carrier Injection (HCI) method for programming, but PW is biased to GND. Although there is an advantage of reducing the cell size by eliminating the need for a separate PW in the PW, there is a limit to reducing the cell size when a merged MOS capacitor is to be formed in the PW.

한편, USB type-C 등의 응용에서 요구되는 MTP 메모리 IP는 전원 전압 VCC이 2.5V ~ 5.5V의 넓은 범위에서도 동작되는 것이 필요로 한다. 그런데 VPP 전하 펌프회로의 펌핑 전류는 VCC 전압이 최소인 2.5V일 때 가장 낮은 반면, 리플 전압(ripple voltage)은 VCC 전압이 5.5V일 때 오히려 크게 나타나는 문제점이 있다. 만약 32비트 메모리 셀 어레이의 프로그래밍에서, 320[㎂] 이상의 VPP 펌핑 전류가 요구되는 경우 기존의 VPP 전하 펌프의 리플 전압은 모의 실험에서 5.5V의 VCC에서 0.85V로 너무 높게 나타난다. 따라서 2.5V ~ 5.5V의 넓은 전압 범위에서 내구력(endurance)와 유지력(retention) 특성을 보증하기 위해서 VPP 전하 펌프회로의 리플 전압은 가능하면 3% 이내로 억제하는 것이 필요하다. On the other hand, MTP memory IP required for applications such as USB type-C requires that the power supply voltage VCC be operated in a wide range of 2.5V to 5.5V. However, while the pumping current of the VPP charge pump circuit is the lowest when the VCC voltage is the minimum of 2.5V, the ripple voltage is rather large when the VCC voltage is 5.5V. If the programming of a 32-bit memory cell array requires a VPP pumping current of 320 [㎂] or more, the ripple voltage of the conventional VPP charge pump appears too high from a VCC of 5.5V to 0.85V in the simulation. Therefore, in order to guarantee durability and retention characteristics in a wide voltage range of 2.5V to 5.5V, it is necessary to suppress the ripple voltage of the VPP charge pump circuit within 3% if possible.

KR 10-2082147 B1 2020.02.21. 등록KR 10-2082147 B1 2020.02.21. registration

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 인가되는 전원 전압 VCC를 검출하여 복수 개의 전하 펌프 회로들 가운데 인에이블(enable)되어 동작하는 개수를 제어하는 펌핑 전압 발생기 회로를 구현함으로써 VCC가 높아지더라도 2.5V ~ 5.5V의 넓은 VCC 전압 범위에서 최대 VPP 펌핑 전류를 억제하여 리플 전압을 줄일 수 있는 비휘발성 메모리 회로를 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and the technical problem to be solved by the present invention is to detect the applied power voltage VCC and to determine the number of enabled and operating among the plurality of charge pump circuits. The goal is to provide a nonvolatile memory circuit that can reduce the ripple voltage by suppressing the maximum VPP pumping current in a wide VCC voltage range of 2.5V to 5.5V even when VCC is high by implementing a controlling pumping voltage generator circuit.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 비휘발성 메모리 셀들이 배열되어 이루어지는 셀 어레이; 복수 개의 전하 펌프 회로들과, 공급되는 전원 전압의 변동을 감지하는 전원 전압 감지기를 포함하는 펌핑 전압 발생기 회로;를 포함하되, 전원 전압 감지기는 외부에서 가해지는 전원 전압의 변동을 감지하여, 상기 복수 개의 전하 펌프 회로들 가운데서 인에이블되어 동작하는 개수를 제어하는 것을 특징으로 하며, VCC 전압에 따라 VPP 펌핑 전류를 억제하고 리플 전압을 줄이도록 구성한 비휘발성 메모리 회로이다. One embodiment of the present invention for achieving the above object is a cell array in which non-volatile memory cells are arranged; A pumping voltage generator circuit including a plurality of charge pump circuits and a power supply voltage detector sensing a change in the supplied power voltage, wherein the power voltage detector detects a change in the external power supply voltage, It is a nonvolatile memory circuit configured to control the number of enabled and operated charge pump circuits, and to suppress the VPP pumping current and reduce the ripple voltage according to the VCC voltage.

상기 본 발명에서 비휘발성 메모리 셀 어레이는 버티컬 피아이피 커패시터로 커플링 커패시터를 구성하는 엠티피 셀이 배열되어 이루어질 수 있다.In the present invention, the nonvolatile memory cell array may be formed by arranging MTP cells constituting a coupling capacitor as a vertical PIP capacitor.

본 발명에 의하면, 비휘발성 메모리 셀에 인가되는 외부 전원공급장치인 VCC 전압을 검출하여 인에이블되는 VPP 전하 펌프 회로의 개수를 제어함으로써 VCC가 높아지더라도 2.5V~5.5V의 넓은 VCC 전압 범위에서 VPP 펌핑전류를 최대 474.6[㎂]로 억제하여 VPP 전하펌프의 리플전압을 목표전압(7.5V)의 3%(0.19V) 이내로 줄일 수 있게 한다.According to the present invention, VPP in a wide VCC voltage range of 2.5V to 5.5V even when VCC increases by detecting the VCC voltage, which is an external power supply applied to the nonvolatile memory cell, and controlling the number of enabled VPP charge pump circuits. By suppressing the pumping current to a maximum of 474.6 [㎂], the ripple voltage of the VPP charge pump can be reduced within 3% (0.19V) of the target voltage (7.5V).

도 1은 본 발명에서 제안된 비휘발성 메모리 회로의 일 예를 예시한 버티컬 피아이피 커패시터를 이용한 엠티피 셀의 등가회로도이다.
도 2는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 회로에 적용될 수 있는 펌핑 전압 발생기 회로의 구성을 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에서 VPP 부스팅 전압을 위해 사용되는 전하 펌핑 방식을 이용한 DC-DC 변환기의 블록 회로도이다.
도 4는 도 3의 4-스테이지 VPP 전하 펌프 회로에 사용된 단위 전하 펌프의 상세 회로도이다.
도 5는 4-위상 전하 펌핑 동작의 모의실험 결과를 예시한 파형도이다.
도 6은 도 3의 VCC 검출회로의 상세 회로도이다.
도 7은 Temp.=25℃, typical 모델 파라미터의 모의실험 조건에서 기존의 VPP 전하 펌프 회로와 본 발명에서 제안된 VPP 전하펌프 회로의 VCC별 리플전압을 비교한 결과를 예시하는 그래프이다.
1 is an equivalent circuit diagram of an MTP cell using a vertical PIP capacitor exemplifying an example of a nonvolatile memory circuit proposed in the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a pumping voltage generator circuit applicable to a nonvolatile memory circuit according to the present invention.
3 is a block circuit diagram of a DC-DC converter using a charge pumping method used for a VPP boosting voltage in the present invention.
4 is a detailed circuit diagram of a unit charge pump used in the 4-stage VPP charge pump circuit of FIG. 3 .
5 is a waveform diagram illustrating a simulation result of a four-phase charge pumping operation.
6 is a detailed circuit diagram of the VCC detection circuit of FIG.
7 is a graph illustrating the result of comparing the ripple voltage for each VCC of the VPP charge pump circuit proposed in the present invention with the existing VPP charge pump circuit under the simulated conditions of Temp.=25° C. and typical model parameters.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 비휘발성 메모리 회로의 구성과 동작 및 그에 의한 작용 효과를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration and operation of a non-volatile memory circuit according to a preferred embodiment of the present invention and the effects thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not to be construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, and on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, it is understood that since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, there may be various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application. shall.

도 2는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 회로의 일 예를 예시한 엠티피 셀의 등가회로도로서, 본 발명이 적용될 수 있는 비휘발성 메모리 셀 어레이는 버티컬 피아이피 커패시터로 커플링 커패시터를 구성하는 엠티피(MTP; Multi-Time Programmable) 셀이 배열되어 이루어질 수 있으며, 이하의 본 발명에서는 비휘발성 메모리 셀 어레이로서 버티컬 피아이피 커패시터로 커플링 커패시터를 구성하는 엠티피 셀이 배열되어 이루어진 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 2 is an equivalent circuit diagram of an MTP cell exemplifying an example of a non-volatile memory circuit according to the present invention. A non-volatile memory cell array to which the present invention can be applied is a vertical PIP capacitor and an MTP constituting a coupling capacitor. Multi-Time Programmable (MTP) cells may be arranged, and in the present invention, a case in which MTP cells constituting a coupling capacitor are arranged as a non-volatile memory cell array as an example in a vertical PIP capacitor. decide to do

버티컬 피아이피 커패시터를 이용한 엠티피 셀은 도 2에 예시된 바와 같이 단위 면적당 커패시턴스가 큰 버티컬 피아이피(Poly-Insulator-Poly) 커패시터로 커플링 커패시터를 구성하며, 엠티피 셀 어레이는 커플링 커패시터가 차지하는 면적을 줄인 엠티피 셀이 배열되어 이루어진다. 이러한 엠티피 셀은 일측 단자가 5V의 컨트롤 게이트에 연결된 커플링 커패시터인 버티컬 피아이피 커패시터(C1), 소거 게이트 옥사이드 커패시터(C2), 플로팅 게이트가 상기 커플링 커패시터의 타측 단자에 연결되고 일측단자가 비트라인(BL)에 연결되며 타측단자가 셀렉트 트랜지스터에 연결되는 플로팅 게이트 모스 트랜지스터(MN1), 및 과도 소거시 비트라인(BL)에서의 오프-누설전류를 줄이기 위한 셀렉트 트랜지스터(MN2)로 구성된다.As illustrated in FIG. 2, the MTP cell using the vertical PIP capacitor constitutes a coupling capacitor with a vertical PIP (Poly-Insulator-Poly) capacitor having a large capacitance per unit area, and the MTP cell array has a coupling capacitor. MTP cells with a reduced area occupied are arranged. In this MTP cell, a vertical PIP capacitor (C1) which is a coupling capacitor having one terminal connected to a control gate of 5V, an erase gate oxide capacitor (C2), a floating gate is connected to the other terminal of the coupling capacitor, and one terminal is connected to the other terminal of the coupling capacitor. It consists of a floating gate MOS transistor MN1 connected to the bit line BL and the other terminal connected to a select transistor, and a select transistor MN2 for reducing off-leakage current in the bit line BL during over-erasing. .

이러한 엠티피 셀은 행 방향으로 컨트롤 게이트(CG), 셀렉트 게이트(SG), 소스라인(SL) 신호가 라우팅 되고, 열 방향으로 비트라인(BL)과 소거 게이트(EG) 신호가 라우팅된다. 또한 이러한 엠티피 셀에 사용된 플로팅 게이트 모스 트랜지스터(MN1)와 셀렉트 트랜지스터(MN2) 및 소거게이트 n+ 접합부의 피웰은 공유되어 있다.In the MTP cell, the control gate (CG), select gate (SG), and source line (SL) signals are routed in the row direction, and the bit line (BL) and erase gate (EG) signals are routed in the column direction. In addition, the floating gate MOS transistor MN1 and the select transistor MN2 used in the MTP cell and the pwell of the erase gate n+ junction are shared.

아래의 표 1은 엠티피 셀의 동작 모드별 바이어스 조건을 예시하고 있다. Table 1 below illustrates bias conditions for each operation mode of the MTP cell.

[표 1][Table 1]

Figure 112020096614057-pat00001
Figure 112020096614057-pat00001

표 1에서 알 수 있는 바와 같이 소거 모드는 소거시간을 줄이기 위해 한 행(row)에 연결된 1024비트의 셀에 해당되는 한 페이지를 한꺼번에 소거하는 페이지 소거방식을 사용한다. 페이지 소거모드에서 선택된 페이지 행(page row)에 연결된 셀의 CG, SG, SL, BL, EG, PW에 각각 -7.5V, 0V, 0V, 0V, 7.5V와 0V의 전압을 바이어싱하게 되면 한 행에 연결된 모든 셀의 플로팅 게이트(FG)에 있는 전자는 소거 게이트 노드로 소거되면서 소거된 셀의 플로팅 게이트 모스 트랜지스터(MN1)의 문턱전압(threshold voltage)인 VTE는 -0.5V 정도 된다. 한편 프로그램 모드에서는 32비트씩 프로그램을 수행하며, CG, SG, SL, BL, EG, PW에 각각 5V, 2.5V, 0V, 7.5V, 0V와 0V의 전압을 바이어싱하게 되면 HCI에 의해 선택된 셀의 플로팅 게이트로 전자가 주입되면서 프로그램된 셀의 플로팅 게이트 모스 트랜지스터(MN1)의 문턱전압인 VTP는 4V 정도 된다. 한편 리드 모드에서 CG, SG, SL, EG, PW에 각각 1.5V, 5V, 0V, 0V와 0V의 전압을 바이어싱하고 BL 전압을 VDD-VT로 프리차징하면 소거된 셀의 BL은 0V 가까이 떨어지는 반면, 프로그램 된 셀의 BL은 VDD-VT로 유지된다.As can be seen from Table 1, the erase mode uses a page erase method in which one page corresponding to a 1024-bit cell connected to one row is erased at once in order to reduce the erase time. When biasing voltages of -7.5V, 0V, 0V, 0V, 7.5V and 0V to CG, SG, SL, BL, EG, and PW of cells connected to the selected page row in page erase mode, respectively, As electrons in the floating gates FG of all cells connected to the row are erased by the erase gate node, the threshold voltage VTE of the floating gate MOS transistor MN1 of the erased cells becomes about -0.5V. On the other hand, in program mode, programs are performed by 32 bits, and when voltages of 5V, 2.5V, 0V, 7.5V, 0V and 0V are biased to CG, SG, SL, BL, EG, and PW, respectively, the cell selected by HCI As electrons are injected into the floating gate of , the threshold voltage VTP of the floating gate MOS transistor MN1 of the programmed cell becomes about 4V. On the other hand, in the read mode, when the voltages of 1.5V, 5V, 0V, 0V and 0V are biased to CG, SG, SL, EG, and PW, respectively, and the BL voltage is precharged to VDD-V T , the BL of the erased cell is close to 0V. On the other hand, the BL of the programmed cell remains at VDD-V T .

도 2는 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 회로, 바람직하게는 엠티피(MTP) 메모리에 적용될 수 있는 펌핑 전압 발생기 회로의 블록도로서, 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 회로는 외부 전원공급장치인 VCC 전압을 검출하고 VCC 전압에 따라 VPP 전하 펌프 회로의 온되는 VPP 전하 펌프의 개수를 제어하여 VPP 전하 펌프 회로의 최대 펌핑 전류를 조절하는 펌핑 전압 발생기 회로(10)를 포함하며, VCC 전압에 따라 VPP 펌핑 전류를 억제하여 VPP 전하 펌프의 리플 전압을 목표전압(7.5v)의 3%(0.19V) 이내로 줄이도록 구성된다. 이러한 펌핑 전압 발생기 회로(10)는 VPP 전하 펌프 회로(11), VCC 검출기 회로(12), VPP 레벨 검출기(13), 링 발진기(14), 및 VPP 프리차징회로(15)를 포함하여 구성될 수 있다. 2 is a block diagram of a pumping voltage generator circuit applicable to a non-volatile memory circuit according to the present invention, preferably an MTP memory. and a pumping voltage generator circuit 10 for detecting and controlling the number of turned-on VPP charge pumps of the VPP charge pump circuit according to the VCC voltage to regulate the maximum pumping current of the VPP charge pump circuit, wherein the VPP pumping according to the VCC voltage It is configured to reduce the ripple voltage of the VPP charge pump to within 3% (0.19V) of the target voltage (7.5v) by suppressing the current. This pumping voltage generator circuit 10 may be configured to include a VPP charge pump circuit 11 , a VCC detector circuit 12 , a VPP level detector 13 , a ring oscillator 14 , and a VPP precharging circuit 15 . can

VPP 전하 펌프 회로(11)는 엠티피 셀의 커플링 커패시터를 형성하는 피웰(P-WELL)과 터널게이트_센스(TG_SENSE) 트랜지스터를 형성하는 피웰에 동작 모드별 상기 엠티피 셀의 바이어스전압을 인가한다. 이러한 VPP 전하 펌프 회로(11)는 N개의 M-스테이지 VPP 전하 펌프로 구성될 수 있다. 여기서 N은 링 발진기에서 출력되는 N 개의 발진신호 OSC[N-1:0]에 의해 결정되며 M은 단위 전하 펌프가 케스케이드로 연결되는 단수, 즉 예를 들면 후술될 도 5에 예시된 바와 같은 단위 전하 펌프가 몇 개의 cascade로 연결되어 있는지에 의해 결정된다. 바람직하게는 8개의 4-스테이지 전하펌프이다. The VPP charge pump circuit 11 applies the bias voltage of the MTP cell for each operation mode to the P-well forming the coupling capacitor of the MTP cell and the P-well forming the tunnel gate_sense (TG_SENSE) transistor. do. This VPP charge pump circuit 11 may consist of N M-stage VPP charge pumps. Here, N is determined by the N oscillation signals OSC[N-1:0] output from the ring oscillator, and M is the number of units in which the unit charge pumps are cascaded, that is, for example, a unit as illustrated in FIG. 5 to be described later. It is determined by how many cascades of charge pumps are connected. Preferably eight four-stage charge pumps.

VCC 검출기 회로(12)는 외부 전원공급장치인 VCC 전압을 검출하여 VCC 전압에 따라 VPP 전하펌프 회로(11)의 각 단위 전하 펌프를 제어한다.The VCC detector circuit 12 detects the VCC voltage, which is an external power supply, and controls each unit charge pump of the VPP charge pump circuit 11 according to the VCC voltage.

VPP 레벨 검출기(13)는 프로그램 동작 또는 소거 동작시 포지티브 펌핑 전압(VPP)의 레벨을 검출하며, 이러한 VPP 레벨 검출기(13)는 VPP 전압을 1/5로 전압 분배한 전압인 VPP_DIV 전압과 VREF_VPP(=1.5V)를 비교하여 VPP 전압이 7.5V보다 낮은 경우 링발진기(14)에 인에이블(OSC_EN) 신호로 VDD를 제공하여 링 발진기(14)를 동작시키고, 이에 의한 N 개의 M-스테이지 VPP 전하 펌프 회로의 펌핑에 의해 VPP 전압을 부스팅한다.The VPP level detector 13 detects the level of the positive pumping voltage VPP during a program operation or an erase operation, and the VPP level detector 13 divides the VPP voltage by 1/5, the voltage VPP_DIV and VREF_VPP( =1.5V) and when the VPP voltage is lower than 7.5V, VDD is provided to the ring oscillator 14 as an enable (OSC_EN) signal to operate the ring oscillator 14, thereby causing N M-stage VPP charges Boost the VPP voltage by pumping in the pump circuit.

링 발진기(14)는 VPP 전하 펌프 회로(11)에 90도의 위상차를 갖는 OSC_A 신호 및 OSC_B 신호를 발생시켜 출력한다.The ring oscillator 14 generates and outputs the OSC_A signal and the OSC_B signal having a phase difference of 90 degrees to the VPP charge pump circuit 11 .

VPP 프리차징회로(15)는 VPP 전하 펌프 회로(11)에 연결된다.The VPP precharging circuit 15 is connected to the VPP charge pump circuit 11 .

아래의 표 2는 512Kb MTP 메모리 IP의 주요 특징을 예시하고 있다.Table 2 below illustrates the main features of 512Kb MTP memory IP.

[표 2][Table 2]

Figure 112020096614057-pat00002
Figure 112020096614057-pat00002

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 512Kb MTP 메모리 IP에서 사용되는 전압은 VCC와 VDD(=1.5V)의 듀얼 파워(dual power)를 사용하고 있고 VCC 전압은 2.5V~5.5V의 넓은 동작 전압 범위를 가진다. 동작 모드는 정상동작 모드로 리드 모드, 페이지 소거 모드, 프로그램 모드가 있으며, 라이트-확인-리드(write-verify-read) 모드로 소거-확인-리드(erase-verify-read)와 프로그램-확인-리드(program-verify-read) 모드가 있다. MTP 셀 어레이는 512행 x 1,024열로 구성될 수 있으며, 리드, 페이지 소거, 프로그램 동작은 각각 32bit, 1Kbit, 32bit 단위로 수행된다. 한편 소거시간, 프로그램시간과 리드 엑세스시간은 각각 20[ms], 20[㎲]와 40[ns]이다.As can be seen from Table 2, the voltage used in the 512Kb MTP memory IP uses dual power of VCC and VDD (=1.5V), and the VCC voltage has a wide operating voltage range of 2.5V to 5.5V. have The normal operation modes are read mode, page erase mode, and program mode. Write-verify-read mode is erase-verify-read and program-verify-read mode. There is a program-verify-read mode. The MTP cell array may consist of 512 rows x 1,024 columns, and read, page erase, and program operations are performed in units of 32 bits, 1 Kbit, and 32 bits, respectively. On the other hand, the erase time, program time, and read access time are 20 [ms], 20 [㎲] and 40 [ns], respectively.

아래의 표 3은 동작모드별 DC-DC 변환기의 전압원 출력전압 및 회로의 종류를 예시하고 있다.Table 3 below exemplifies the voltage source output voltage and circuit types of the DC-DC converter for each operation mode.

[표 3][Table 3]

Figure 112020096614057-pat00003
Figure 112020096614057-pat00003

표 2 및 표 3에서 보면, 표 1의 동작모드별 셀 바이어스 전압을 공급하기 위해서는 표 3에 예시된 바와 같이 전압 조절기로 VRD(Read Voltage), 전압 폴로워 회로를 이용한 VCP와 VEVR(Erase-Verify-Read Voltage), 포지티브 전하 펌프 회로로 VPP(Boosted Voltage), V5V(5VPower), VPVR(Program-Verify-Read Voltage), 네가티브 전하 펌프 회로로 VNN(Negative Voltage)와 VNNL(Lower VNN) 발생 회로가 필요하다.Referring to Tables 2 and 3, in order to supply the cell bias voltage for each operation mode of Table 1, as illustrated in Table 3, VRD (Read Voltage) as a voltage regulator, VCP and VEVR (Erase-Verify) using a voltage follower circuit -Read Voltage), VPP(Boosted Voltage), V5V(5VPower), VPVR(Program-Verify-Read Voltage) as positive charge pump circuit, VNN(Negative Voltage) and VNNL(Lower VNN) generating circuit as negative charge pump circuit need.

또한 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 프로그램 모드에서는 선택되는 BL에 7.5V의 전압이 필요하고 페이지 소거 모드에서도 모든 EG 노드에 7.5V의 전압이 필요하다. 그런데 7.5V 전압은 외부 전압원인 VCC보다 더 높은 전압이고 32비트의 셀을 HCI 방식으로 프로그램하기 위해서는 셀당 5[㎂]의 전류를 고려하면 160[㎂] 이상의 구동전류가 요구된다. Also, as can be seen from Table 2, a voltage of 7.5V is required for the BL selected in the program mode, and a voltage of 7.5V is required for all EG nodes in the page erase mode as well. However, the 7.5V voltage is higher than the external voltage source, VCC, and in order to program a 32-bit cell in the HCI method, a driving current of 160 [㎂] or more is required considering the current of 5 [㎂] per cell.

이러한 VCC 전압보다 더 높은 전압인 VPP 부스팅 전압을 위한 DC-DC 변환기는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식과 전하 펌핑 방식이 가능하나, 요구되는 구동 전류가 설계 마진을 고려하여 320[㎂]로 작은 경우 전하 펌핑 방식이 작은 레이아웃 면적으로 설계가 가능하므로 본 발명에서는 도 4에 예시된 바와 같은 전하 펌핑 방식의 VPP 전하 펌프 회로를 사용한다.The DC-DC converter for the VPP boosting voltage, which is a voltage higher than the VCC voltage, can use the PWM (Pulse Width Modulation) method and the charge pumping method, but when the required driving current is as small as 320 [㎂] considering the design margin Since the charge pumping method can be designed with a small layout area, the VPP charge pump circuit of the charge pumping method as illustrated in FIG. 4 is used in the present invention.

도 3은 본 발명에서 VPP 부스팅 전압을 위해 사용되는 전하 펌핑 방식을 이용한 DC-DC 변환기의 블록 회로도로서, 도 4에 예시된 바와 같이 링 발진기(ring oscillator)는 8개의 oscillation 신호 OSC[7:0]를 출력하며, 2-위상 교차결합형(cross-coupled) 단위 전하 펌프 회로를 사용하여 전하 펌핑 시 VCC 공급전압원의 피크 전류를 줄여 전자파 간섭(EMI) 특성을 낮출 수 있게 구성한다. 그런데 도 4에서 사용된 링 발진기는 발진 주기가 길어서 8개의 OSC[7:0]를 출력할 수 있지만 MTP IP에 사용되는 VPP 전하 펌프의 펌핑 전류는 설계 마진을 고려하여 320[㎂] 이상을 목표로 설계하는 경우는 VCC=5.5V, FF(Fast NMOS, Fast PMOS) 모델 파라미터, Temp.=-40℃에서 발진 주기가 15.7ns로 짧으므로 8개의 OSC 출력 신호를 만들 수는 없고 90도 위상차를 갖는 OSC_T과 OSC_B 신호를 만들어 설계할 수 있으며, 각각의 OSC_T과 OSC_B 신호는 각각 4-stage VPP 전하 펌프 회로에 연결된다. 이러한 4-스테이지 VPP 전하 펌프 회로에 사용된 단위 전하 펌프는 도 5의 상세 회로도에 예시되어 있으며, 4-위상 전하 펌핑 동작의 모의실험 결과는 도 6에 파형도로 예시되어 있다.3 is a block circuit diagram of a DC-DC converter using a charge pumping method used for VPP boosting voltage in the present invention. As illustrated in FIG. 4, a ring oscillator includes eight oscillation signals OSC[7:0]. ], and a 2-phase cross-coupled unit charge pump circuit is used to reduce the peak current of the VCC supply voltage source during charge pumping to lower electromagnetic interference (EMI) characteristics. However, although the ring oscillator used in FIG. 4 has a long oscillation period and can output 8 OSCs[7:0], the pumping current of the VPP charge pump used for MTP IP is 320[㎂] or more in consideration of the design margin. In the case of designing with VCC=5.5V, FF (Fast NMOS, Fast PMOS) model parameters, and Temp.=-40℃, the oscillation period is as short as 15.7ns, so it is not possible to create 8 OSC output signals and a 90 degree phase difference OSC_T and OSC_B signals can be created and designed, and each OSC_T and OSC_B signal is connected to a 4-stage VPP charge pump circuit, respectively. The unit charge pump used in this 4-stage VPP charge pump circuit is illustrated in the detailed circuit diagram of FIG. 5, and the simulation result of the 4-phase charge pumping operation is illustrated in the waveform diagram in FIG.

도 4에 예시된 바와 같이 4-스테이지 VPP 전하 펌프의 각 단위 전하 펌프는 엔모스 전하이동 스위치(MN1, MN2), 교차결합(cross-coupled) 피모스(PMOS) 전하이동 스위치(MP1, MP2), 바디 포텐셜 바이어싱 회로(MP3, MP4, MP5, MP6), N0와 N3 노드를 VIN과 VIN+VCC 사이에 스위칭 기능을 하는 게이트 부스팅 회로(MN3, MN4, MC0, MC3)와 펌핑 커패시터(MC1, MC2)로 구성된다. 여기서 펌핑 커패시터는 5V의 isolated NMOS 트랜지스터를 사용하고, 4개의 clock 신호(CLK0, CLK1, CLK2, CLK3)는 non-overlap clock 신호이며, VCC 전압으로 스위칭한다. 이러한 단위 전하 펌핑 회로는 한 주기 동안 CLK1과 CLK2의 라이징 에지(rising edge)에 한번 씩 전하 펌핑이 일어나는 2-위상 전하 펌핑 방식 회로이므로, 만약 90도 위상차가 있는 OSC_T와 OSC_B가 각각 4-stage 전하 펌프 회로를 구동하게 되면 도 5의 파형도에서 알 수 있는 바와 같이 한 주기 발진동안 전하를 4번 펌핑하는 4-위상 전하펌프로 동작하게 된다. 그런데 4-위상 4-stage VPP 전하 펌프를 사용하는 경우 VPP 전하 펌프의 펌핑 전류는 VCC 전압이 최소인 2.5V일 때 320[㎂]의 펌핑 전류를 만족하도록 설계하여야 한다. 만약 2.5V의 VCC에서 320[㎂]의 펌핑 전류를 만족하도록 설계하면 5.5V의 VCC에서는 1.9[㎃]로 너무 높게 공급되므로 리플 전압은 SPICE 모의실험 결과 0.85V로 너무 높게 나타난다. 따라서 VPP 리플 전압은 VCC 전압이 5.5V일 때 크게 나타난다.As illustrated in FIG. 4 , each unit charge pump of the 4-stage VPP charge pump includes an NMOS charge transfer switch (MN1, MN2), a cross-coupled PMOS charge transfer switch (MP1, MP2). , body potential biasing circuits (MP3, MP4, MP5, MP6), gate boosting circuits (MN3, MN4, MC0, MC3) and pumping capacitors (MC1, MC2). Here, the pumping capacitor uses an isolated NMOS transistor of 5V, and the four clock signals (CLK0, CLK1, CLK2, CLK3) are non-overlap clock signals and are switched to VCC voltage. Since this unit charge pumping circuit is a two-phase charge pumping circuit in which charge pumping occurs once at the rising edge of CLK1 and CLK2 during one cycle, if OSC_T and OSC_B with a 90 degree phase difference each have a 4-stage charge When the pump circuit is driven, as can be seen from the waveform diagram of FIG. 5, it operates as a four-phase charge pump that pumps charges four times during one cycle oscillation. However, when a 4-phase 4-stage VPP charge pump is used, the pumping current of the VPP charge pump must be designed to satisfy the pumping current of 320 [㎂] when the VCC voltage is the minimum of 2.5V. If it is designed to satisfy the pumping current of 320[㎂] at the VCC of 2.5V, the ripple voltage is 0.85V as a result of SPICE simulation because it is supplied too high as 1.9[mA] at the VCC of 5.5V. Therefore, the VPP ripple voltage appears large when the VCC voltage is 5.5V.

도 6은 도 3의 VCC 검출회로(12)의 상세 회로도로서, VCC 검출기 회로(12)는 6개의 출력을 갖는 Flash A/D 변환기를 이용하여 구현될 수 있으며, 외부 전원공급장치인 VCC 전압을 미리 설정된 각각의 기준 전압으로 비교하여 VCC 전압에 따라 8개의 4-stage VPP 전하 펌프 회로에 구동신호를 제공한다. 여기서 VCC 검출기 회로(12)는 VCC 검출 결과에 따라 상, 하에 배치되어 있는 각각 4개의 4-스테이지 VPP 전하 펌프 회로 중 맨 위의 전하 펌프를 제외한 나머지드 각각 3개씩의 전하 펌프에 구동신호를 각각 제공한다.6 is a detailed circuit diagram of the VCC detection circuit 12 of FIG. 3 . The VCC detector circuit 12 may be implemented using a Flash A/D converter having six outputs, and the VCC voltage, which is an external power supply, is A driving signal is provided to eight 4-stage VPP charge pump circuits according to the VCC voltage compared to each preset reference voltage. Here, the VCC detector circuit 12 applies driving signals to each of the three charge pumps except for the top charge pump among the four four-stage VPP charge pump circuits disposed above and below according to the VCC detection result, respectively. to provide.

아래의 표 4는 VCC 검출회로(12)의 VCC 검출 결과에 따라 온(ON)되는 VPP 전하펌프의 개수를 예시하고 있다.Table 4 below exemplifies the number of VPP charge pumps that are turned on according to the VCC detection result of the VCC detection circuit 12 .

[표 4] [Table 4]

Figure 112020096614057-pat00004
Figure 112020096614057-pat00004

표 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 비휘발성 메모리 회로의 VPP 전압 발생기회로(10)에서는 VCC 검출회로(12)에서 검출되는 VCC 전압이 2.4V까지는 8개, 2.5V는 7개, 2.6V는 6개, 2.9V까지는 5개, 3.3V까지는 4개, 4.1V까지는 3개, 그리고 나머지드 5.5V까지는 2개의 4-stage VPP 전하 펌프만 온되도록 설정된다. 이러한 VCC 검출 회로를 이용하는 경우 본 발명에 의한 펌핑 전압 발생기 회로(10)에서는 도 3에서 예시된 바와 같이 8개의 4-stage VPP 전하펌프 회로(11) 중 온(ON)되는 전하펌프의 개수를 VCC 검출 결과에 따라 제어할 수 있게 된다.As can be seen from Table 4, in the VPP voltage generator circuit 10 of the nonvolatile memory circuit according to the present invention, the VCC voltage detected by the VCC detection circuit 12 is 8 up to 2.4V, 7 at 2.5V, Only 6 4-stage VPP charge pumps up to 2.6V, 5 up to 2.9V, 4 up to 3.3V, 3 up to 4.1V, and two up to 5.5V are set to turn on. In the case of using such a VCC detection circuit, in the pumping voltage generator circuit 10 according to the present invention, as illustrated in FIG. 3 , the number of charge pumps that are turned on among the eight 4-stage VPP charge pump circuits 11 is VCC It can be controlled according to the detection result.

아래의 표 5는 Temp.=25℃, typical 모델 파라미터의 모의실험 조건에서 측정된 VCC별 4-스테이지 전하펌프의 펌핑 전류, 온되는 전하 펌프의 개수, 및 총 VPP 펌핑전류를 비교한 것이다.Table 5 below compares the pumping current of the 4-stage charge pump for each VCC, the number of turned on charge pumps, and the total VPP pumping current measured under simulated conditions of Temp.=25℃ and typical model parameters.

[표 5][Table 5]

Figure 112020096614057-pat00005
Figure 112020096614057-pat00005

상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이 4-stage VPP 전하펌프의 펌핑 전류는 VCC가 증가할수록 증가하는 반면, VCC가 증가할수록 ON되는 펌핑 전류가 조절되어 총 VPP 펌핑 전류가 320[㎂] 이상을 만족하고 VCC가 높아지더라도 총 VPP 펌핑 전류는 최대 474.6[㎂]로 억제할 수 있었다. As can be seen from Table 5 above, the pumping current of the 4-stage VPP charge pump increases as VCC increases, whereas as VCC increases, the ON pumping current is regulated so that the total VPP pumping current satisfies 320 [㎂] or more. And even if VCC was increased, the total VPP pumping current could be suppressed to a maximum of 474.6 [㎂].

도 7은 Temp.=25℃, typical 모델 파라미터의 모의실험 조건에서 기존의 VPP 전하 펌프 회로와 본 발명에서 제안된 VPP 전하펌프 회로의 VCC별 리플전압을 비교한 결과를 예시하는 그래프이다. 도면에서와 같이 본 발명의 VCC 검출 회로(12)를 사용한 VPP 전하 펌프 회로(11)의 경우 ON되는 4-stage VPP 전하 펌프 개수를 조절하여 최대 VPP 펌핑 전류를 474.6[㎂]로 억제할 수 있게 되므로 VPP 리플 전압은 도면에 예시된 바와 같이 기존 VPP 전하 펌프 회로의 0.85V보다 낮은 0.19V 정도로 양호한 리플전압 특성을 보여줌을 알 수 있다. 7 is a graph illustrating the result of comparing the ripple voltage for each VCC of the VPP charge pump circuit proposed in the present invention with the existing VPP charge pump circuit under the simulated conditions of Temp.=25° C. and typical model parameters. As shown in the figure, in the case of the VPP charge pump circuit 11 using the VCC detection circuit 12 of the present invention, the maximum VPP pumping current can be suppressed to 474.6 [㎂] by controlling the number of 4-stage VPP charge pumps that are turned on. Therefore, it can be seen that the VPP ripple voltage shows good ripple voltage characteristics of about 0.19V, which is lower than 0.85V of the conventional VPP charge pump circuit, as illustrated in the figure.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 하이닉스 110nm 공정을 이용하여 커플링 커패시터로 버티컬 피아이피 커패시터를 사용한 엠티피 셀을 구현할 수 있게 되며, 소거 동작을 FG와 PW 사이의 FN 터널링 대신 FG와 EG 사이의 FN 터널링을 이용하고 프로그램 동작은 CHEI 주입 방식을 사용하므로 MTP 셀 어레이의 PW(=0V)을 공유하여 MTP 셀 사이즈를 1.09[㎛2]로 줄일 수 있었다. According to the present invention configured as described above, it is possible to implement an MTP cell using a vertical PIP capacitor as a coupling capacitor using the Hynix 110nm process, and the erase operation is performed between FG and EG instead of FN tunneling between FG and PW. Since the FN tunneling of the FN tunneling and the CHEI implantation method are used for the program operation, the MTP cell size can be reduced to 1.09 [㎛ 2 ] by sharing the PW (=0V) of the MTP cell array.

그리고 상기 MTP 셀을 사용하여 구현된 512Kb 엠티피 IP에서는 VCC 검출기 회로를 사용하여 ON되는 VPP 전하 펌프의 개수를 제어할 수 있게 되므로, VCC가 높아지더라도 2.5V ~ 5.5V의 넓은 VCC 전압 범위에서 VPP 펌핑 전류를 최대 474.6[㎂]로 억제할 수 있게 되며, 이와 같은 ON되는 VPP 전하 펌프의 개수를 제어하는 회로를 사용하여 VPP 펌핑 전류를 억제할 수 있게 되므로 리플 전압을 목표전압의 3%(0.19V) 이내로 줄일 수 있게 된다. And in the 512Kb MTP IP implemented using the MTP cell, it is possible to control the number of VPP charge pumps that are turned on by using the VCC detector circuit. The pumping current can be suppressed to a maximum of 474.6 [㎂], and the VPP pumping current can be suppressed by using a circuit that controls the number of VPP charge pumps that are turned on. V) can be reduced to within

10 : 펌핑 전압 발생기 회로 11: 전하 펌프 회로
12 : 전원 전압 감지기 13 : 레벨 검출기
14 : 링 오실레이터 15 : 프리차징회로
10: pumping voltage generator circuit 11: charge pumping circuit
12: power supply voltage detector 13: level detector
14: ring oscillator 15: precharging circuit

Claims (6)

비휘발성 메모리 셀들이 배열되어 이루어지는 메모리 셀 어레이; 및
복수 개의 전하 펌프 회로들과, 공급되는 전원 전압의 변동을 감지하는 전원 전압 감지기를 포함하는 펌핑 전압 발생기 회로;를 포함하고
상기 전원 전압 감지기는 상기 전원 전압의 변동을 감지하여, 상기 복수 개의 전하 펌프 회로들 가운데서 인에이블되어 동작하는 개수를 제어하되,
상기 펌핑 전압 발생기 회로는,
상기 메모리 셀 어레이의 각 메모리 셀의 커플링 커패시터를 형성하는 피웰과 터널게이트_센스 트랜지스터를 형성하는 피웰에 VPP 전압을 인가하는 VPP 전하 펌프 회로(11);
외부 전원공급장치인 VCC 전압을 검출하는 VCC 검출기 회로(12);
프로그램 동작 또는 소거 동작시 포지티브 펌핑 전압(VPP)의 레벨을 검출하는 VPP 레벨 검출기(13);
상기 VPP 전하 펌프 회로(11)에 90도의 위상차를 갖는 OSC_T 신호 및 OSC_B 신호를 발생시켜 출력하는 링 발진기(14); 및
상기 VPP 전하 펌프 회로(11)에 연결되는 VPP 프리차징회로(15);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 회로.
a memory cell array in which non-volatile memory cells are arranged; and
A plurality of charge pump circuits, and a pumping voltage generator circuit including a power supply voltage detector sensing a change in the supplied power supply voltage; and
The power supply voltage detector detects a change in the power supply voltage, and controls the number of enabled and operated among the plurality of charge pump circuits,
The pumping voltage generator circuit comprises:
a VPP charge pump circuit 11 for applying a VPP voltage to a pwell forming a coupling capacitor of each memory cell of the memory cell array and a pwell forming a tunnel gate_sense transistor;
a VCC detector circuit 12 for detecting a voltage VCC that is an external power supply;
a VPP level detector 13 for detecting the level of the positive pumping voltage VPP during a program operation or an erase operation;
a ring oscillator 14 for generating and outputting an OSC_T signal and an OSC_B signal having a phase difference of 90 degrees to the VPP charge pump circuit 11; and
and a VPP precharging circuit (15) connected to the VPP charge pump circuit (11).
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 VPP 전하 펌프 회로(11)는,
N개의 M-스테이지 VPP 전하 펌프로 구성되며, 여기서 N은 링 발진기의 발진신호 OSC[N-1:0]의 개수에 의해 결정되며 M은 단위 전하 펌프가 케스케이드로 연결되는 단수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 회로.
According to claim 1, wherein the VPP charge pump circuit (11),
It consists of N M-stage VPP charge pumps, where N is determined by the number of oscillating signals OSC[N-1:0] of the ring oscillator and M is determined by the number of cascaded stages of unit charge pumps. Characterized by a non-volatile memory circuit.
제3항에 있어서, 상기 M-스테이지 VPP 전하 펌프의 각 단위 전하 펌프는,
엔모스 전하이동 스위치(MN1, MN2), 교차결합(cross-coupled) 피모스(PMOS) 전하이동 스위치(MP1, MP2), 바디 포텐셜 바이어싱 회로(MP3, MP4, MP5, MP6), N0와 N3 노드를 VIN과 VIN+VCC 사이에 스위칭 기능을 하는 게이트 부스팅 회로(MN3, MN4, MC0, MC3)와 펌핑 커패시터(MC1, MC2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 회로.
4. The method of claim 3, wherein each unit charge pump of the M-stage VPP charge pump comprises:
NMOS charge transfer switches (MN1, MN2), cross-coupled PMOS charge transfer switches (MP1, MP2), body potential biasing circuits (MP3, MP4, MP5, MP6), N0 and N3 A non-volatile memory circuit comprising a gate boosting circuit (MN3, MN4, MC0, MC3) and a pumping capacitor (MC1, MC2) that switch nodes between VIN and VIN+VCC.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 인에이블 동작에 의존하여, 상기 전하 펌프가 가지는 리플 전압을 목표 전압의 3 퍼센트 이하로 줄일 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 회로.The non-volatile memory circuit according to claim 1, wherein, depending on the enable operation, a ripple voltage of the charge pump can be reduced to 3% or less of a target voltage.
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