KR20020010825A

KR20020010825A - 반도체장치의 기판전압발생기

Info

Publication number: KR20020010825A
Application number: KR1020000044320A
Authority: KR
Inventors: 신윤철
Original assignee: 박종섭; 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2002-02-06
Also published as: KR100772544B1

Abstract

본 발명은 전원전압 변동에 의한 영향을 최소화하여 안정된 기판전압을 생성하기 위한 기판전압발생기를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 기판전압 발생기는, 반도체장치의 기판전압 발생기에 있어서, 공급되는 전류량에 따라 오실레이션 주기를 가변가능한 가변오실레이터; 상기 가변오실레이터의 출력을 펌핑하여 기판전압을 발생시키기 위한 전하펌프; 전원전압하에 구동하며 상기 기판전압의 레벨을 검출하여 상기 가변오실레이터를 인에이블하기 위한 전위검출기; 상기 전위검출수단의 상기 전원전압에 대응되는 전원전압센싱신호를 얻기 위한 전원전압센싱수단; 기준전압 발생을 위한 기준전압발생기; 상기 전원전압센싱신호와 상기 기준전압을 비교하기 위한 비교기; 및 상기 비교기의 출력에 따라 상기 가변오실레이터에 공급되는 전류량을 조절하는 전원공급기를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체장치의 기판전압발생기{Substrate voltage generator of semiconductor device}

본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 기판전압(Vbb) 발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 기판전압(Vbb) 발생기는 메모리 셀(Cell)의 기판 전압으로 인가되어 셀 트랜지스터의 문턱전압을 높여서 스탠바이 시에 셀이 리프레시를 할 때 누설 전류를 감소시켜 저전력화를 꾀하기 위한 수단 등 여러 목적으로 사용되고 있으며, 기판전압 레벨을 안정되게 생성하여야 하는 것이 매우 중요하다.

도1은 종래기술의 기판전압발생기의 상세 블럭도이다.

도1을 참조하면, 종래기술의 기판전압발생기는 오실레이터(110)의 출력신호 OSC를 전하펌프(120)에 의해 펌핑시켜 기판전압(Vbb)을 생성하되, 외부전원전압 Vcc를 사용하는 전위검출기(100)를 통해 기판전압(Vbb)의 레벨을 검출한 후 오실레이터(110)의 구동을 인에이블신호 Enable에 의해 제어하므로써, 안정된 기판전압을 유지하도록 하고 있다.

상기 전위검출기(100)는 칩에 인가되는 외부전원전압(Vcc)과 기판전압(Vbb)의 전압 분배 형식으로 전압을 검출하는데, 보통 저항성 소자를 전원전압과 기판전압 사이에 직렬로 구성하여 전원전압에서 기판전압으로 흐르는 전류의 양에 때라 인에이블신호 Enable를 출력하게 된다.

도2는 종래기술의 전위검출기(100)의 상세한 블럭도로서, 전위검출기(100)는저항성 소자로 구성되어 기판전압(Vbb)의 전위를 검출하기 위한 레귤레이터(Regulator)(200)와, 레귤레이터(200)의 출력을 증폭하기 위한 인버터(210)로 구성된다. 레귤레이터(200)는 전원전압(Vcc)으로부터 기판전압(Vbb)으로 흐르는 전류의 양을 검출하여 출력을 내보내서 원하는 기판전압(Vbb)의 전위를 검출해내는 역할을 한다.

도 3은 레귤레이터의 다양한 실시 회로도를 도시하고 있다. 도3을 참조하면, 상기 레귤레이터(200)는 전원전압단(Vcc)과 출력노드(OUT1) 사이에 형성된 제1저항형소자(310)와, 상기 출력 노드와 기판전압(Vbb) 사이에 형성된 제2저항형 소자(320)를 구비한다. 각 저항형소자는 저항 또는 트랜지스터에 의해서 다양하게 구성할 수 있다.

상기와 같이 기판전압 발생기의 기판전압(Vbb)을 모니터하는 전위검출기(100) 회로는 외부전원전압 Vcc에 연결되어 동작한다. 그러므로 외부전원전압에 노이즈가 발생하여 변동이 생기면 기판전압(Vbb)의 변화가 없어도 상기 전위검출기(100)의 출력이 변화되어 원하지 않는 동작을 일으키게 되고, 이에 의해서 기판전압은 불안정한 전위를 갖게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 전원전압 변동에 의한 영향을 최소화하여 안정된 기판전압을 생성하기 위한 기판전압발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 기판전압발생기 구성도,

도 2는 종래의 전위검출기 구성을 나타낸 도면,

도 3은 레귤레이터(Regurator)의 다양한 실시 회로도,

도 4는 본 발명에 따른 기판전압발생기 구성도,

도 5는 비교기 회로도,

도 6은 전위검출기의 회로도,

도 7은 전원공급기의 회로도,

도 8은 가변오실레이터의 회로도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

400 : 전위검출기 410 : 밴드갭 기준전압 발생기

420 : 비교기 430 : 전원공급기

440 : 가변오실레이터 450 : 전하펌프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판전압 발생기는, 반도체장치의 기판전압 발생기에 있어서, 공급되는 전류량에 따라 오실레이션 주기를 가변가능한 가변오실레이터; 상기 가변오실레이터의 출력을 펌핑하여 기판전압을 발생시키기 위한 전하펌프; 전원전압하에 구동하며 상기 기판전압의 레벨을 검출하여 상기 가변오실레이터를 인에이블하기 위한 전위검출기; 상기 전위검출수단의 상기 전원전압에 대응되는 전원전압센싱신호를 얻기 위한 전원전압센싱수단; 기준전압 발생을 위한 기준전압발생기; 상기 전원전압센싱신호와 상기 기준전압을 비교하기 위한 비교기; 및 상기 비교기의 출력에 따라 상기 가변오실레이터에 공급되는 전류량을 조절하는 전원공급기를 포함하여 이루어진다.

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 설명하기로 한다.

도4는 본 발명의 기판전압 발생기의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 기판전압 발생기는, 전위검출기(400), 기준전압발생기(410), 비교기(420), 전원공급기(430), 가변오실레이터(440) 및 전하펌프(450)으로 구성된다.

전위검출기(400)은 칩내에서 생성되는 내부전원전압(Vint)하에 구동하고, 기판전압(Vbb)의 레벨을 검출하여 가변오실레이터(440)를 인에이블하기 위한 인에이블신호(Enable)를 출력하며, 내부전원전압의 대응되는 전원센싱신호(S1)을 출력하는 전원센싱부을 포함하는 전위검출부(400)를 포함한다.

기준전압발생기(410)로부터 출력되는 기준전압신호(S2)는 상기 전원전압센싱신호(S1)을 비교하여 전원공급기 제어신호(S3)을 출력한다.

전원공급기(430)는 상기 비교기의 출력에 따라 상기 가변오실레이터에 공급되는 전류량을 조절한다.

가변오실레이터(440)은 상기 전원공급기로부터 공급되는 전류량에 따라 오실레이션 주기를 가변가능하도록 구성되어 있고, 전하펌프(450)는 상기 가변오실레이터(440)의 출력을 펌핑하여 기판전압(Vbb)를 발생시킨다.

각 구성요소들의 실시 회로도를 통해 구체적으로 이들의 동작을 살펴본다.

도5는 상기 비교기(420)의 상세한 회로도이다.

도5를 참조하면, 비교기(420)은 내부전원전압(Vint)을 공급받고 상기 전위검출기(400)의 출력(S1)과 상기 밴드갭 기준전압 발생기(410)의 출력(S2)을 입력받는 통상적인 차동증폭기로 구성되어 있다. 상기 전위검출기(400)의 출력이 기준전압보다 높거나 낮음을 비교하여 논리 하이또는 로우의 신호 S3를 출력한다.

도 6은 전위검출기(400)의 상세한 회로도이다.

도 6을 참조하면, 전위검출기(400)는 내부전원전압단(Vint)과 신호(S1)를 출력하는 전원센싱노드 사이에 형성된 전원센싱소자로서의 제1저항(600)과, 상기 전원센싱노드와 기판전압단(Vbb) 사이에 형성된 레귤레이터(650)와, 상기 레귤레이터의 출력(OUT1)를 증폭하여 인에이블신호(Enable)를 출력하는 버퍼(630)으로 구성된다.

레귤레이터(650)는 전압분배를 위한 두 개의 저항(610, 620)으로 구성되어 있으나, 도 3에 도시한 바와같은 다양한 실시예가 가능하다. 버퍼(630)는 CMOS 인버터로 실시 구성되어 있다.

전원검출기에 내부전원전압(Vint)를 사용하는 이유는 칩 외부에서 인가되는 외부전원전압(Vcc) 보다 칩 내에서 생성된 내부전원전압(Vint)이 보다 안정적이기 때문이다.

도 7은 전원공급기(430)의 상세한 회로도이다.

도7을 참조하면, 전원공급기(430)는 상기 비교기(420)의 출력신호(S3)를 입력받는 인버터(700)와, 상기 인버터(700)의 출력노드와 접지단 사이에 형성된 모스캐패시터(710)와, 상기 인버터(700)의 출력 신호를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인 경로가 내부전원전압단(Vint)과 가변오실레이터의 전원입력단(P1) 사이에 형성된 풀업트랜지스터(720)와, 게이트가 접지단에 연결되어 있고 소스-드레인 경로가 상기 내부 전원전압단(Vint)과 가변오실레이터의 전원입력단(P1) 사이에 형성된 피모스트랜지스터(730)를 구비한다.

상기 인버터(700)의 출력 노드에 접속되어 있는 상기 모스캐패시터(710)는 인버터(700)의 출력신호의 슬류 레이트(Slew rate)를 조절하고 상기 풀업트랜지스터(720)의 턴-온 타임을 조절함으로써 가변오실레이터(440)에 공급되는 전류량을 조절한다. 피모스트랜지스터(730)는 상기 가변오실레이터(440)에 공급되는 최소량의 전류를 공급하기 위해 항상 턴-온 상태로 동작하도록 설계되어 있다.

도8은 상기 가변오실레이터(440)의 상세한 회로도이다.

도8을 참조하면, 가변오실레이터(440)는 상기 전위검출기(400)로부터 인에이블신호(Enable)를 입력받는 난드게이트(800)와, 상기 난드게이트(800)의 출력을 입력받고 상기 전원공급기(430)의 출력에 의해 구동하여 상기 난드게이트(800)의 입력으로 출력을 피드백하는 지연부(810)를 구비한다.

여기서 상기 지연부(810)의 인버터들은 각각의 소스단이 상기 전원공급기(430)의 출력에 연결되어 있다. 따라서 오실레이터의 동작 시에 상기 전원공급기(430)의 출력에 흐르는 전류량에 따라서 가변오실레이터(440)의 주기가 변하게 된다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 기판전압발생기는 안정적인 기판전압을 생성하며, 이에 의해 기판전압이 사용되는 칩의 특성을 개선하는 효과가 있다.

Claims

반도체장치의 기판전압 발생기에 있어서,

공급되는 전류량에 따라 오실레이션 주기를 가변가능한 가변오실레이터;

상기 가변오실레이터의 출력을 펌핑하여 기판전압을 발생시키기 위한 전하펌프;

전원전압하에 구동하며 상기 기판전압의 레벨을 검출하여 상기 가변오실레이터를 인에이블하기 위한 전위검출기;

상기 전위검출수단의 상기 전원전압에 대응되는 전원전압센싱신호를 얻기 위한 전원전압센싱수단;

기준전압 발생을 위한 기준전압발생기;

상기 전원전압센싱신호와 상기 기준전압을 비교하기 위한 비교기; 및

상기 비교기의 출력에 따라 상기 가변오실레이터에 공급되는 전류량을 조절하는 전원공급기

를 포함하여 이루어진 기판전압발생기.
제1항에 있어서,

상기 비교기는 칩내에서 생성된 내부전원전압임을 특징으로 하는 기판전압발생기.
제1항에 있어서,

상기 전원전압센싱수단은 일측단에 상기 전위검출기의 전원전압 공급단이 접속되고 타측단으로 상기 전원전압센싱신호의 노드가 접속된 저항소자임을 특징으로 하는 기판전압발생기.
제3항에 있어서,

상기 전위검출기는 상기 저항소자의 타측단과 기판전압 사이에 접속되는 레귤레이터; 및

상기 레귤레이터의 출력을 증폭하여 상기 가변오실레이터로 인에이블신호를 출력하는 버퍼를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기판전압발생기.
제1항에 있어서,

상기 비교기는 상기 전원전압센싱신호와 상기 기준전압을 입력받는 차동증폭기임을 특징으로 하는 기판전압발생기.
제1항에 있어서,

상기 전원공급기는,

상기 비교기의 출력신호를 입력받는 인버터;

상기 인버터의 출력노드와 접지단 사이에 형성된 모스캐패시터;

상기 인버터의 출력신호를 게이트단으로 입력받고 소스-드레인 경로가 전원전압 공급단과 상기 가변오실레이터의 전원입력단 사이에 접속된 풀업트랜지스터; 및

상기 전원전원단과 상기 가변오실레이터의 전원입력단 사이에 접속되어 항상 턴온되어 있는 모스트랜지스터를 포함하여 이루어진 기판전압밸생기.
제1항에 있어서,

상기 가변오실레이터는,

상기 전위검출기로부터의 인에이블신호와 자신의 출력을 피드백 입력받는 난드게이트; 및

상기 난드게이트의 출력을 입력받고 상기 전원공급기의 출력으로 구동하여 상기 난드게이트의 입력으로 출력을 피드백하는 지연부

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판전압발생기.