KR19990053727A - 고전압 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 메모리 소자의 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 고전압레벨 감지기에서 상승되는 고전압 레벨을 제어하여 과다한 커런트 패스에 따른 불필요한 전력소모를 줄이기 위한 고전압 발생장치에 관한 것으로, 이를 위해 고전압레벨 감지기는 고전위레벨에 비례하여 출력단 전위를 제어하는 감지구동 제어수단과, 상기 감지구동 제어수단 출력단 전위의 레벨에 따라 펌프회로의 동작여부를 결정하는 신호를 출력하는 오실레이터 구동수단과, 고전압 단자와 상기 감지구동 제어수단 출력단 사이에 연결되어 셀프 리프레쉬 모드 및 스탠바이 모드시 상승되는 고전압을 상기 감지구동 제어수단 출력단으로 빼주는 고전위레벨 제어수단을 구비함에 따라 셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 불필요한 전력소모를 줄여 소자의 저전력화에 기여하며, 회로구성이 간단하여 저전력 집적회로를 구성하는데 기여하는 바가 크다.

Description

고전압 발생장치

본 발명은 반도체 메모리 소자의 고전압 발생장치에 관한 것으로, 특히 셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 고전압레벨 감지기에서 상승되는 고전압 레벨을 제어하여 과다한 커런트 패스에 따른 불필요한 전력소모를 줄이기 위한 고전압 발생장치에 관한 것이다.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 있어 외부전원전압 Vcc보다 높은 고전압 Vpp는 트랜지스터의 문턱전압 손실을 보충할 수 있기 때문에 널리 이용되고 있다.

이들 회로에서는 고전압 레벨이 Vcc+Vt 이상이어야 하며 특히 엔모스 셀 트랜지스터는 칩내에서 최소치수를 갖기 때문에 어떤 다른 트랜지스터보다 Vt(문턱전압)가 높다.

그러나 이러한 문턱전압의 손실이 존재하여도 비트라인선과의 충분한 데이터 전압을 주고받을 수 있어야 한다.

따라서 워드라인 드라이버에는 더 높은 전압이 필요하게 된다.

이러한 고전압이 사용되는 회로에서 문제가 되는 것은 이 전압이 작용하는 트랜지스터의 특성에 영향을 주어 특히 Off Current 특성 등을 취약하게 만든다는 것이다.

이것은 저전력부문 등에서 심각하게 고려하여야 할 특성이 되고 있다.

고전압 회로의 전체적인 전류소모는 PN 접합부에 항상 흐르는 정크션 리키지(Junction Leakage), 개별 트랜지스터들의 Off Current, 고전압 레벨 감지기를 사용할 경우 이들 자체의 커런트, 칩이 활성화될 때마다 내부회로들을 기동하기 위한 큰 과도전류가 그것들이다.

이러한 전하손실을 펌핑을 통해서 보충하게 되는데 저전력화를 위해 펌핑펄스를 저주파로 하는 방식이 사용되고 있다.

이 방법에는 칩내부의 링오실레이터 출력신호와 리프레쉬(Refresh) 제어신호를 펌핑 커패시터에 주기적으로 인가하는 방법과 고전압 출력 레벨을 검사하는 고전압 레벨 감지기가 출력전압이 저하된 것을 검출하면 인에이블신호를 내보내어 고속으로 연속해서 펄스를 발생해 펌핑 커패시터에 인가하고 일정한 전압까지 승압되면 레벨 감지기 신호가 디세이블되어 펄스인가를 멈추는 방법 등을 사용하고 있다.

위와 같은 고전압 회로에 있어서 전류를 소모하는 부분으로는 주로 고전압 레벨이 낮은 경우, 이를 감지해서 정상적인 레벨로 올리기 위하여 하게되는 펌핑동작에 주로 기인하게 되며 이 펌핑동작은 고전압 레벨이 리키지 커런트에 의해 낮아져서 발생한 것이고 이 고전압 레벨이 낮아지게 하는 원인으로는 고전압 레벨을 감지하기 위하여 고전압 레벨 감지기에서 소모되는 고전압 전류와 상기에서 설명한 바와 같은 각종 Leakage Current에 의하여 고전압 레벨이 낮아지게 되기 때문이다.

고전압 누설전류에 의한 고전압 펌핑 소모전류는 그 양이 커서 저전력 제품을 구현하는데는 큰 장애요소로 작용하고 있고 이 고전압 누설전류에 큰 영향을 미치는 한 요소는 트랜지스터의 Off시 발생하게 되는 Off Leakage Current이다.

이 Off Leakage Current를 줄이는 가장 효과적인 방안은 고전압 레벨 자체를 낮추는 것이나 이는 셀에 Full Vcc Level을 저장하여 리프레쉬 특성을 보장하여 주고자하는 것에 반하여 적절하게 대응하지 못하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 제 문제점을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 상승하는 고전압 레벨을 줄여주므로서 과다한 전력소모를 방지하기 위한 고전압 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고전압 발생회로에 대한 블록도.

도 2는 본 발명의 일 실시예로 상기 도 1 중 고전압레벨 감지회로에 대한 상세회로도.

도 3은 상기 도 1 중 일반적인 펌프 오실레이터에 대한 상세회로도.

도 4는 상기 도 1 중 일반적인 고전압 펌프회로에 대한 상세회로도.

도 5는 본 발명을 고전압 발생회로에 적용했을 경우 셀프 리프레쉬 모드시 고전압 레벨에 대한 시변 그래프.

도 6은 상기 도 2의 고전위레벨 제어부에서 스위치로 사용되는 모스 트랜지스터 제어신호로 셀프 리프레쉬신호 또는 스탠바이 모드 신호를 사용할 수 있다는 것을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 고전압레벨 감지기 20 : 펌프 오실레이터

30 : 고전압 펌프회로 12 : 감지구동 제어부

14 : 고전위레벨 제어부 16 : 오실레이터 구동부

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전압 발생장치는 고전압 레벨을 감지하기 위한 고전압레벨 감지기와,

상기 고전압레벨 감지기의 출력신호에 의해 구동되어 펌핑구동신호를 출력하는 펌프 오실레이터와,

상기 펌핑구동신호에 의해 동작하여 고전압레벨을 상승시키는 고전압 펌프회로를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서;

셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 리키지 커런트에 의한 불필요한 전력소모를 줄이기 위해,

상기 고전압레벨 감지기가 고전위레벨에 비례하여 출력단 전위를 제어하는 감지구동 제어수단과,

상기 감지구동 제어수단 출력단 전위의 레벨에 따라 펌프회로의 동작여부를 결정하는 신호를 출력하는 오실레이터 구동수단과,

고전압 단자와 상기 감지구동 제어수단 출력단 사이에 연결되어 셀프 리프레쉬 모드 및 스탠바이 모드시 상승되는 고전압을 상기 감지구동 제어수단 출력단으로 빼주는 고전위레벨 제어수단을 포함하여 구비함을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.

도 1은 일반적인 고전압 발생회로에 대한 블록도를 보여주고 있다.

여기서, 고전압레벨 감지기(10)는 고전압 레벨을 감지하여 상기 고전압 레벨이 낮은 경우 출력신호를 발생하여 펌프 오실레이터(20)를 동작시켜 상기 펌프 오실레이터(20)의 출력으로 고전압 펌프회로(30)를 동작하여 고전압 레벨을 정상적인 레벨로 만든다.

본 발명은 이중 특히 고전압레벨 감지기(10)에 관한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 고전압레벨 감지기(10)에 대한 상세회로도이다.

상기 고전압레벨 감지기(10)는 고전압 레벨에 비례하여 제1 노드(N1)상의 전위를 제어하는 감지구동 제어부(12)와, 고전압(Vpp) 단자와 상기 제1 노드(N1) 사이에 연결되어 셀프 리프레쉬 모드 및 스탠바이 모드시 상승되는 고전압을 상기 제1 노드(N1)로 빼주는 고전위레벨 제어부(14)와, 고전압(Vpp) 단자와 접지전압 단자 사이에 연결되어 상기 제1 노드(N1)상의 전위레벨에 따라 펌프회로의 동작여부를 결정하는 신호(Pump_st)를 출력하는 오실레이터 구동부(16)로 구성된다.

상기 감지구동 제어부(12)는 게이트가 전원전압 단자에 연결되고 고전압 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결된 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와, 상기 제1 노드(N1)와 접지전압 단자 사이에 연결된 다이오드 형태의 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)로 구성된다.

상기 고전위레벨 제어부(14)는 게이트가 전원전압 단자에 연결되고 고전압 단자에 드레인 단자가 연결된 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)와, 게이트로 셀프 리프레쉬신호가 인가되고 드레인 단자가 상기 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2) 소오스 단자에 연결되고 소오스 단자가 상기 제1 노드(N1)에 연결된 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)로 구성된다.

상기 오실레이터 구동부(16)는 게이트가 접지전압 단자에 연결되고 고전압 단자와 제2 노드(N2) 사이에 연결된 제2 피모스형 트랜지스터(MP2)와, 게이트가 상기 제1 노드(N1)에 연결되고 상기 제2 노드(N2)와 접지전압 단자 사이에 연결된 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)와, 상기 제2 노드(N2)상의 전위를 버퍼링하여 펌프 오실레이터 구동신호(Pump_st)를 출력하는 인버터로 이루어진다.

먼저, 고전압레벨 감지기(10)가 동작하게 되면 제1 피모스형 트랜지스터(MP1)와 제1 엔모스형 트랜지스터(MN1)에 의해 고전압 단자에서 접지전압 단자로 전류가 소모하면서 발생한 I₁에 의하여 제1 노드(N1)상의 전위레벨이 결정되고 이 전위레벨은 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4) 게이트에 인가되어 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)의 턴온사이즈를 조절하여 제2 노드(N2)상의 전압레벨을 결정하게 되고 인버터를 거쳐 Pump_st를 발생한다.

즉, 고전압 레벨이 낮으면 제1 노드(N1)상의 전위레벨이 낮아지고 이는 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)의 턴온사이즈를 작게하여 제2 노드(N2)상의 전위레벨을 상승시켜 Pump_st를 "로우"로 동작시킨다.

이에 따라 펌프 오실레이터(20)와 고전압 펌프회로(30)를 동작시켜 고전압 레벨을 정상적인 레벨까지 끌어올린다.

반대로, 고전압 레벨이 높으면 제1 노드(N1)상의 전위레벨이 높아지고 이는 제4 엔모스형 트랜지스터(MN4)의 턴온사이즈를 증가시켜 제2 노드(N2)상의 전위레벨을 상대적으로 감소시켜 Pump_st를 "하이"로 만들어주어 고전압 펌프회로(30)의 동작을 정지시킨다.

본 발명에서는 여기에 고전압 단자와 제1 노드(N1) 사이에 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)와 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)를 직렬접속시켜 추가하므로써 저전력이 요구되는 셀프 리프레쉬 모드 구간에는 고전압 레벨을 더 낮은 전위에서 감지, 고전압 레벨이 셀프 리프레쉬 모드 구간동안 제1 노드(N1)상에 흐르는 전류를 정상 모드 구간동안 흐르는 전류보다 적게 하므로써 고전압 레벨을 감지하는 점을 낮게 가져간 것이다.

제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)의 게이트에 인가되는 셀프 리프레쉬신호는 셀프 리프레쉬 모드에서는 Vcc 레벨을 가지며, 정상 모드에서는 Vss 레벨을 갖게 되므로 제1 노드(N1)상으로 흘러들어가는 전류를 조절하여 고전압 레벨을 차별화할 수 있다.

상기 고전위레벨 제어부(14)의 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)의 게이트가 전원전압 단자에 연결되어 있어, 전원전압이 점점 증가하면 게이트 소오스단의 전압차가 점점 상승하여 상기 제2 엔모스형 트랜지스터(MN2)의 턴온사이즈를 증가시키기 때문에 고전압 레벨이 액티브 모드에서 처럼 상승하지 못하고 제1 노드(N1)로 빠지게 된다.

도 5는 이를 나타낸 것으로 셀프 리프레쉬 모드시에는 고전압 레벨이 정상모드시보다 낮게 형성되어 있다.

도 6은 고전위레벨 제어부의 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3)의 게이트로 인가되는 신호가 셀프 리프레쉬 모드 외에 스탠바이 모드시에도 사용할 수 있음을 나타낸 것이다.

또한, 고전위레벨 제어부(14)내의 제3 엔모스형 트랜지스터(MN3) 대신 피모스형 트랜지스터를 사용할 수 있다.

도 3과 도 4는 고전압 발생회로를 구성하는 펌프 오실레이터(20)와 고전압 펌프회로(30)에 대한 기존의 회로를 나타낸 것이다.

이는 공지의 것으로 이에 대한 구체적인 구성과 동작은 생략한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 비액티브 즉, 셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 발생되는 불필요한 전력소모를 고전압레벨 감지기를 통해 제어하는 본 발명을 고전압 발생회로에 적용하게 되면 소자의 저전력화에 기여하게 되며, 경제적으로 설계기술이 간단하여 저전력 집적회로의 구성이 용이하여 비용부담이 적고 양질의 제품구현이 가능해 타사제품과 비교하여 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 고전압 발생장치를 필요로하는 모든 반도체 소자에 적용가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (5)

1. 고전압 레벨을 감지하기 위한 고전압레벨 감지기와,

   상기 고전압레벨 감지기의 출력신호에 의해 구동되어 펌핑구동신호를 출력하는 펌프 오실레이터와,

   상기 펌핑구동신호에 의해 동작하여 고전압레벨을 상승시키는 고전압 펌프회로를 포함하는 고전압 발생장치에 있어서;

   셀프 리프레쉬 모드나 스탠바이 모드시 리키지 커런트에 의한 불필요한 전력소모를 줄이기 위해,

   상기 고전압레벨 감지기가 고전위레벨에 비례하여 출력단 전위를 제어하는 감지구동 제어수단과,

   상기 감지구동 제어수단 출력단 전위의 레벨에 따라 펌프회로의 동작여부를 결정하는 신호를 출력하는 오실레이터 구동수단과,

   고전압 단자와 상기 감지구동 제어수단 출력단 사이에 연결되어 셀프 리프레쉬 모드 및 스탠바이 모드시의 고전압과 정상모드(Active)시의 고전압을 달리 조정하기 위한 고전위레벨 제어수단을 포함하여 구비함을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고전위레벨 제어수단은 게이트가 전원전압 단자에 연결되고 드레인 단자가 고전압 단자에 연결되는 제1 모스 트랜지스터와,

   게이트로 셀프 리프레쉬 인에이블신호 또는 스탠바이 신호가 인가되고 상기 제1 모스 트랜지스터 소오스 단자와 상기 감지구동 제어수단 출력단 사이에 연결된 제2 모스 트랜지스터를 포함하여 구비함을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 모스 트랜지스터는 엔모스형 트랜지스터를 사용하여 구비함을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 모스 트랜지스터는 엔모스형 트랜지스터를 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 모스 트랜지스터는 피모스형 트랜지스터를 사용하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생장치.