KR20100098978A - Internal voltage generating circuit for semiconductor memory apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to an internal voltage generation circuit of a semiconductor memory device.
반도체 메모리 장치는 다양한 레벨의 전원을 사용하며, 전원은 크게 외부전원과 내부전원으로 나눌 수 있다.Semiconductor memory devices use various levels of power, and power can be divided into external power and internal power.
즉, 외부전원은 반도체 메모리 장치가 장착되는 기기로부터 공급받는 전원이며, 내부전원은 상기 외부전원을 내부에서 변환하여 생성한 전원이다. 이때, 각 전원의 레벨을 살펴보면, 큰 순서로 고전압(이하,VPP), 외부 공급 전압(이하,VDD), 외부 접지 전압(이하,VSS), 기판 바이어스 전압(이하,VBB)이며, VBB는 역바이어스 전압으로서, 절대값은 VSS에 비해 크다.That is, the external power source is a power source supplied from a device on which the semiconductor memory device is mounted, and the internal power source is a power source generated by converting the external power source internally. At this time, the levels of each power supply are shown in the order of high voltage (hereinafter, VPP), external supply voltage (hereinafter, VDD), external ground voltage (hereafter, VSS), and substrate bias voltage (hereafter, VBB). As a bias voltage, the absolute value is larger than VSS.
상기 VPP는 메모리 셀의 데이터 손실을 방지하기 위한 목적으로, 워드 라인 드라이버 및 데이터 출력 드라이버 등에 필수적으로 사용되는 전원으로서, 상기 VDD를 승압하여 생성된다.The VPP is a power source essentially used for a word line driver, a data output driver, and the like, for preventing data loss of a memory cell, and is generated by boosting the VDD.
또한, VBB는 셀 트랜지스터에 대한 바디 이펙트(Body effect)에 의한 문턱전 압 변화를 최소화시키기 위해 사용된다.In addition, VBB is used to minimize the threshold voltage change caused by the body effect on the cell transistor.
앞에서 서술한 내부전원은 반도체 회로의 성능 판단기준에 포함되는 신뢰성과 소모전류에 매우 큰 영향을 끼친다.The internal power supply described above greatly affects the reliability and current consumption included in the performance criteria of semiconductor circuits.
따라서, 이러한 내부전원을 제어하여 정해진 범위를 벗어나지 않고 안정적으로 공급되도록 하는 것이 반도체 메모리 장치 설계의 중요한 요소 중의 하나이다.Therefore, it is one of the important elements of the semiconductor memory device design to control the internal power supply so that it is stably supplied without departing from a predetermined range.
도 1은 일반적인 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로를 나타낸 블록도로서, VPP 생성 회로(A) 및 VBB 생성 회로(B)를 나타낸다.1 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit of a general semiconductor memory device, and illustrates a VPP generation circuit A and a VBB generation circuit B. As shown in FIG.
먼저, VPP 생성회로(A)는 VPP 검출부(10), VPP 오실레이터(이하, VPP OSC)(11) 및 VPP 펌프(12)를 포함한다. 상기 VPP 검출부(10)는 VPP 레벨이 해당 설정값(VREF_VPP) 이하가 되는 것을 검출하여 VPP 펌프를 구동하기 위한 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)를 출력한다.First, the VPP generation circuit A includes a
상기 VPP OSC(11)는 상기 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)가 인에이블될 때 펄스 신호(OSC_VPP)를 발생시킨다. 상기 VPP 펌프(12)는 상기 VPP OSC(11)에서 출력된 펄스(OSC_VPP)를 이용하여 VDD를 승압하는 펌핑 동작을 수행한다.The
한편, VBB 생성회로(B)는 VBB 검출부(13), VBB 오실레이터(이하, VBB OSC)(14) 및 VBB 펌프(15)를 포함한다.On the other hand, the VBB generation circuit B includes a
상기 VBB 검출부(13)는 VBB 레벨이 해당 설정값(VREF_VBB) 이상이 되는 것을 검출하여 VBB 펌프(15)를 구동하기 위한 VBB 펌핑 인에이블 신호(VBB_EN)를 출력한다. The VBB
상기 VBB OSC(14)는 상기 VBB 검출부(13)에서 출력된 VBB 펌핑 인에이블 신 호(VBB_EN)가 인에이블될 때 펄스(OSC_VBB)를 발생시킨다. The VBB OSC 14 generates a pulse OSC_VBB when the VBB pumping enable signal VBB_EN output from the
상기 VBB 펌프(15)는 상기 VBB OSC(14)에서 출력된 펄스 신호(OSC_VBB)를 이용하여 VDD를 강하시키는 펌핑 동작을 수행한다. 즉, VBB는 역 바이어스이므로 음(-)의 방향으로 증가되도록 펌핑 동작을 수행한다.The VBB
그런데 종래의 기술에 따른 반도체 회로는 VPP와 VBB 간의 기생 캐패시터로 의해 커플링 노이즈가 존재한다. However, in the semiconductor circuit according to the related art, coupling noise exists due to a parasitic capacitor between VPP and VBB.
그 결과, 상대적으로 낮은 레벨의 VBB가 높은 레벨의 전원(VPP) 상승시 동반 상승하고 목표값을 크게 벗어나게 되어 내부 전압이 불안정해진다. As a result, the relatively low level of VBB rises with the rise of the high level power supply (VPP) and greatly deviates from the target value, thereby making the internal voltage unstable.
아울러, VBB가 순간적으로 외부 접지 전원(VSS) 레벨 이상으로 높아지면 래치업 불량을 유발할 수 있다.In addition, if VBB momentarily rises above the external ground power supply (VSS) level, it may cause a latchup failure.
특히, 파워업 초기에 VPP는 급격히 상승하게 되고, 이에 따라 VBB가 VSS 레벨 이상으로 상승할 수 있다. 이 경우 반도체 메모리 장치가 오동작하는 등의 문제는 더욱 심화된다.In particular, at the beginning of the power-up, the VPP may rise sharply, and thus the VBB may rise above the VSS level. In this case, problems such as malfunction of the semiconductor memory device are further exacerbated.
따라서, 본 발명의 목적은 파워 업 시, 기판 바이어스 전압 레벨에 따라 고전위 전압 펌핑의 동작을 제어할 수 있는 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal voltage generation circuit of a semiconductor memory device capable of controlling the operation of high potential voltage pumping according to a substrate bias voltage level at power up.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로는 고전압 레벨에 따라 고전압 인에이블 신호를 출력하는 고전압 검출부, 상기 고전압 인에이블 신호를 인가받으며, 기판 바이어스 전압 레벨에 따라 구동 제어 신호를 출력하는 구동 제어부, 상기 구동 제어 신호에 따라 구동 여부가 결정되는 고전압 오실레이터, 및 고전압 오실레이터의 펄스신호에 응답하여 고전압을 생성하는 고전압 펌프를 포함한다. The internal voltage generation circuit of the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a high voltage detector for outputting a high voltage enable signal according to a high voltage level, the high voltage enable signal is applied, and the drive control according to the substrate bias voltage level And a high voltage oscillator generating a high voltage in response to a pulse signal of the high voltage oscillator.
본 발명에 의하면, 파워 업 시에 고전압 레벨 상승 속도를 제어하여, 기판 바이어스 전압이 비정상적으로 상승하는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 기판 바이어스 전압의 안전성을 확보할 수 있고 래치업 현상 등을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to control the high voltage level rising rate at the time of power-up to suppress the abnormal increase in the substrate bias voltage. As a result, the safety of the substrate bias voltage can be ensured and the latch-up phenomenon can be prevented.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이하에서는 내부 전압 중, 특히 고전압(VPP)을 생성하기 위한 내부 전압 생 성 회로에 대해 설명한다.Hereinafter, an internal voltage generation circuit for generating a high voltage (VPP) among the internal voltages will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로를 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
내부전압 생성 회로(250)는 VPP 레벨이 기 설정값(VREF_VPP) 이하로 강하하는 경우 VPP 레벨을 상승시키며, 상승된 VPP 레벨이 기 설정값(VREF_VPP) 도달시 VPP 레벨을 하강시키는 VPP 생성부(100) 및 VBB 레벨에 따라 VPP 생성부(100)의 구동 여부를 결정하는 구동 제어부(200)를 포함한다.The internal
즉, 본 발명은 파워 업 시, VPP가 상승할 때 기생 캐패시터의 영향으로 인해 VBB가 비정상적으로 상승하는 것을 방지하기 위해, VBB의 레벨에 따라 VPP 펌핑 속도를 늦추어, VBB의 레벨을 안정화 시킨다.That is, the present invention stabilizes the level of VBB by slowing down the VPP pumping speed according to the level of VBB in order to prevent abnormally rising VBB due to the influence of parasitic capacitors when VPP rises during power-up.
보다 구체적으로, VPP 생성부(100)는 VPP 레벨이 해당 설정값(VREF_VPP) 이하가 되는 것을 검출하여 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)를 출력하는 VPP 검출부(110), 구동 제어부(200)에서 출력되는 구동 제어 신호(DRV)가 인에이블 됨에따라 펄스 신호(OSC_VPP)를 출력하는 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120) 및 상기 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120)에서 출력된 펄스 신호(OSC_VPP)를 이용하여 VDD 레벨을 승압하여 출력하는 VPP 펌프(130)로 구성된다.More specifically, the
다음, 구동 제어부(200)는 기 설정된 기준전압(VREF_VBB)과 VBB의 레벨을 비교하여 비교신호(VBB_DET)를 출력하는 레벨 감지부(210) 및 VPP 검출부(110)에서 출력되는 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)와 레벨 감지부(210)에서 출력되는 비교신호(VBB_DET)에 응답하여 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120)의 구동 여부를 결정하는 구동 제어 신호(DRV)를 출력하는 판단부(220)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 상기 기준전압(VREF_VBB)의 레벨은 외부 접지 전압(VSS) 레벨로 설정할 수 있다.Next, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 감지부의 회로 구성도이다.3 is a circuit diagram illustrating a level sensing unit in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 레벨 감지부(210)는 비교부(210a)와 드라이버부(210b)로 구성된다. As shown in FIG. 3, the
비교부(210a)는 소스단에 외부 공급 전원(VDD)을 인가 받으며, 게이트단과 드레인단이 공통 접속되는 제 1 트랜지스터(P1), 소스단에 외부 공급 전원(VDD)을 인가 받으며 게이트단이 제 1 트랜지스터(P1)의 게이트단에 공통 접속되고 드레인단이 노드 a에 접속되는 제 2 트랜지스터(P2), 게이트단에 기판 바이어스 전압(VBB)이 인가되고 드레인단이 제 1 트랜지스터(P1)의 드레인단에 접속되는 제 3 트랜지스터(N1), 게이트단에 기준전압(VREF_VBB)이 인가되고 드레인단이 제 2 트랜지스터(P2)의 드레인단에 접속되는 제 4 트랜지스터(N2) 및 제 3 트랜지스터(N1)와 제 4 트랜지스터(N2)의 소스단에 드레인단이 공통 접속되고 게이트단에 바이어스 전압(Vbias)이 인가되며 소스단이 접지단자(VSS)에 접속되는 제 5 트랜지스터(N3)를 포함한다.The
드라이버부(210b)는 외부 공급 전원 단자(VDD)와 노드 c간에 직렬 접속되는 제 6 트랜지스터(P3) 및 제 7 트랜지스터(P4), 노드 c와 접지단자(VSS) 간에 직렬 접속되는 제 8 트랜지스터(N4) 및 제 9 트랜지스터(N5)를 포함한다.The
제 6 트랜지스터(P3)의 게이트단에는 접지 전원(VSS)이 인가되고, 상기 제 9 트랜지스터(N5)의 게이트단에는 외부 공급 전원(VDD)이 인가된다.The ground power supply VSS is applied to the gate terminal of the sixth transistor P3, and the external supply power supply VDD is applied to the gate terminal of the ninth transistor N5.
또한, 제 7 및 제 8 트랜지스터(P4,N4)의 게이트단은 비교부(210a)의 노드 a에 공통 접속된다.The gate terminals of the seventh and eighth transistors P4 and N4 are commonly connected to the node a of the
아울러, 드라이버부(210b)는 노드 c의 전위를 반전시켜 비교신호(VBB_DET)를 출력하는 인버터(INV1)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
이와 같이 구성된 본 발명의 레벨 감지부의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the level detection unit of the present invention configured as described above in detail.
비교부(210a)의 제 3 트랜지스터(N1)의 게이트에 인가된 기판 바이어스 전압(VBB)이 제 4 트랜지스터(N2)의 게이트에 인가된 기준전압(VREF_VBB) 이상인 경우, 제 2 트랜지스터(P2)가 턴온되어 노드 a에는 하이 레벨 전위가 인가되며, 상기 노드 a에 인가된 전위는 드라이버부(210b)의 노드 b로 인가된다.When the substrate bias voltage VBB applied to the gate of the third transistor N1 of the
이에 따라, 제 7 트랜지스터(P4)가 턴오프되어 노드 c에 인가된 로우 레벨 전위는 인버터(INV1)에서 반전되어 하이 레벨 신호로 출력된다.Accordingly, the seventh transistor P4 is turned off and the low level potential applied to the node c is inverted by the inverter INV1 and output as a high level signal.
만약, 비교부(210b)의 제 3 트랜지스(N1)의 게이트에 인가 되는 기판 바이어스 전압(VBB)이 제 4 트랜지스터(N2)의 게이트에 인가되는 기준전압(VREF_VBB) 보다 낮을 경우 제 4 트랜지스터(N2)가 턴온되어 노드 b에는 로우 레벨 전위가 인가된다. 따라서, 제 7 트랜지스터(P4)가 턴온되어 노드 c에 인가된 하이 레벨 전위가 인버터(INV1)에서 반전되어 로우 레벨 신호로 출력된다.If the substrate bias voltage VBB applied to the gate of the third transistor N1 of the
도 4는 도 2에 도시된 판단부의 상세 회로도이다.4 is a detailed circuit diagram of the determination unit illustrated in FIG. 2.
도 4에 도시된 바와같이, 판단부(220)는 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)가 인에이블될 때, 비교신호(VBB_DET)에 따라 인에이블 여부가 결정되는 구동 제어신호(DRV)를 생성한다. 이를 위해, 판단부(220)는 상기 VPP 검출부(110)의 출력신호인 VPP 펌핑 인에이블 신호(VPP_EN)와, 인버터 (INV2)를 거쳐 반전 지연된 비교신호(VBB_DET)를 입력받아 구동 제어신호(DRV)를 출력하는 논리 게이트(AND)를 포함한다.As shown in FIG. 4, when the VPP pumping enable signal VPP_EN is enabled, the
상기 논리 게이트(AND)에서 출력된 구동 제어 신호(DRV)의 인에이블 여부에 따라 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120)의 구동 여부가 결정된다. The driving of the VPP oscillator (VPP OSC) 120 is determined according to whether the driving control signal DRV output from the logic gate AND is enabled.
기판 바이어스 전압(VBB)이 기준 전압(VREF_VBB), 예를 들어 VSS 이상인 경우, 비교신호(VBB_DET)는 하이가 되며, 이에 따라 구동 제어신호(DRV)가 디스에이블되어 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120)를 차단시킨다. 또한, 기판 바이어스 전압(VBB)이 기준 전압(VREF_VBB) 보다 낮은 경우에는 비교신호(VBB_DET)가 로우 레벨이 되고, 이에 따라 구동 제어신호(DRV)가 인에이블되어 VPP 오실레이터(VPP OSC)(120)가 펄스 신호(OSC_VPP)를 출력한다.When the substrate bias voltage VBB is greater than or equal to the reference voltage VREF_VBB, for example, VSS, the comparison signal VBB_DET becomes high, thereby disabling the driving control signal DRV so that the VPP oscillator VPP OSC 120 ). In addition, when the substrate bias voltage VBB is lower than the reference voltage VREF_VBB, the comparison signal VBB_DET is at a low level. As a result, the driving control signal DRV is enabled to thereby enable the VPP oscillator (VPP OSC) 120. Outputs a pulse signal OSC_VPP.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. .
도 1은 일반적인 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로를 나타낸 블록도,1 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit of a general semiconductor memory device;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 내부 전압 생성 회로를 나타낸 블록도,2 is a block diagram illustrating an internal voltage generation circuit of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 감지부의 회로 구성도, 및3 is a circuit diagram of a level sensing unit according to an embodiment of the present invention; and
도 4는 도 2에 도시된 판단부의 상세 회로도이다.4 is a detailed circuit diagram of the determination unit illustrated in FIG. 2.
〈도면의 주요부호 상세설명〉<Detailed description of the major symbols in the drawings>
110 : VPP 검출부 120 : VPP OSC110: VPP detection unit 120: VPP OSC
130 : VPP 펌프 210 : 레벨 감지부130: VPP pump 210: level detector
220 : 판단부220: judgment unit
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