JP4707841B2 - 電圧レギュレータ回路および半導体メモリ装置 - Google Patents
電圧レギュレータ回路および半導体メモリ装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧レギュレータ回路に関し、さらにはその回路をワードライン電圧発生回路に用いた半導体メモリ装置、詳細には、電気的に消去及びプログラム可能な不揮発性メモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、不揮発性メモリ装置としてのフラッシュメモリ装置は、メモリセルのアレイを含み、各メモリセルは浮遊ゲート(floating gate)と呼ばれ、チャンネル領域上に位置したゲート電極を備えたMOSトランジスタで構成される。浮遊ゲート電極は同一のセルの全ての他の電極及びメモリセルが連結される回路に対して高DCインピーダンス(high DC impedance)を有する。この上に、メモリセルは制御ゲート電極と呼ばれる第2電極を含み、第2電極は特定制御電圧によって作動される。メモリセルトランジスタの他の電極はソース、ドレイン及びバルク端子として知られている。
【0003】
セル端子に特定電圧値を印加することによって、浮遊ゲート上に存在する電荷量はFowler-Nordheim's TunnelingまたはChannel Hot Electron Injectionのような現象によって変化する。その結果、メモリセルトランジスタは2ロジック状態、即ち“高”しきい値電圧(6V〜7Vのしきい値電圧)の第1ロジック状態(“オフ状態”と呼ばれる)と、“低”しきい値電圧(1V〜3Vのしきい値電圧)の第2ロジック状態(“オン状態”と呼ばれる)のうち、いずれか一つを有する。
【0004】
浮遊ゲートがメモリセルの他の端子に対して高インピーダンスを有するので、貯蔵電荷は電源遮断の時にも浮遊ゲート内に残っている。だから、メモリセルは不揮発性メモリの特性を有する。
【0005】
メモリセルがオフ状態及びオン状態のうちいずれか一つを有するかは、読み出し動作によって判別される。各セルの読み出し動作は制御ゲートに特定電圧(例えば4.5V)、ビットラインに連結されたドレインに適当なレベルの電圧(例えば1V)そして、ソースに接地電圧を印加することによって遂行される。もし、メモリセルがオフ状態であると、ドレインからソースへ電流が流れない。これによってビットライン上の電圧は増加し、その結果、メモリセルは当業者に周知のような感知増幅器(図示しない)によってオフ状態に判別される。もし、メモリセルがオン状態であると、ドレインからソースへ電流が流れる。これによってビットライン上の電圧は減少し、その結果、メモリセルは感知増幅器によってオン状態に判別される。
【0006】
図1は、一般的な電圧レギュレータを備えたNOR型フラッシュメモリ装置の概略的な構成を示す構成図である。図1のメモリ装置は行(ワードラインWL0〜WLi)と列(ビットラインBL0〜BLj)のマトリックスに配列されたメモリセルのアレイ10を含む。ワードライン電圧発生回路30から供給される電圧VPPiはワードライン電圧(又は読み出し電圧)としてデコーダ20を通じてワードラインWLiに供給される。ワードライン電圧発生回路30は、制御信号としてのブーストイネーブル信号ENに応じて電源電圧より高い高電圧VPPを発生させる高電圧発生器32(例えば当業者に周知のようなブースト回路)と、高電圧VPPを要求されるレベルの電圧VPPiに調整する電圧レギュレータ34で構成される。高電圧VPPはブーストイネーブル信号ENが非活性化状態である時、電源電圧に維持される。図2は図1の電圧レギュレータ34を示す回路図である。
【0007】
図2に示されたように、一般的な電圧レギュレータ34は、コンパレータCOMP、ドライバとして使用されるPMOSトランジスタMP1、そしてデバイダとして使用される抵抗R1、R2で構成され、図示されたように連結されている。コンパレータCOMPはデバイダの出力電圧Vdivが基準電圧Vrefより低いかを判別し、PMOSトランジスタMP1はコンパレータCOMPの判別結果に従って動作する。例えば、電圧レギュレータ34によって調整された電圧VPPiが要求されるレベルより低い(Vref >Vdiv)と、電圧VPPiが要求されるレベルより高くなるようにPMOSトランジスタMP1を通じて電流が供給される。これに対して、電圧VPPiが要求されるレベルより高い(Vref <Vdiv)と、電圧VPPiが要求されるレベルより低くなるようにPMOSトランジスタMP1による電流供給が遮断される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、高電圧発生器32の出力電圧VPPは、ブーストイネーブル信号ENが非活性化状態の時、電源電圧Vccに維持される。これに対して、ブーストイネーブル信号ENが活性化状態の時(t1、図3参照)、高電圧発生器32は短時間(例えばナノ秒)内に、電源電圧Vccから速く昇圧される高電圧VPPを発生させる。そのようにして生成された高電圧VPPは電圧レギュレータ34を通じて要求されるレベルの電圧VPPi、即ちワードライン電圧VWLに調整される。しかし、図2に示されたように、フィードバックスキームを備えた一般的な電圧レギュレータ34は次のような問題がある。
【0009】
電圧レギュレータ34によって調整された電圧VPPiが常に感知されるので、高電圧VPPと接地電圧の間にDC電流通路が生じ、DC電流が消耗される。一般的に、デバイダを構成する抵抗R1、R2が大きな値を有するように設計されることによって、高電圧VPPと接地電圧の間に生じるDC電流を少なくし得る。しかし、抵抗値を大に設定することによって、電圧レギュレータ34の応答速度が低下する。応答速度低下の主な原因は、大作動能力を備えたPMOSトランジスタの容量成分とデバイダの抵抗成分によるRC遅延である。これによって、図3に示されたように、電圧レギュレータ34によって調整された電圧VPPiは要求されるレベルで正確にクランプされない。即ち、電圧VPPiは、図3に示されたように、時間t2、t3の間で、要求されるレベル以上にオーバシュートされ(オーバシュートされる電圧レベルはRC遅延時間によって決定される)、オーバシュートされた電圧VPPiはワードライン電圧VWLとしてデコーダを通じてワードラインWLに印加される。結果的に、ワードライン電圧VWLが要求されるレベルより高くなるので、読み出し失敗(特に、オフ状態のメモリセルに対する読み出し失敗)が発生する。なぜならば、ワードライン電圧VWLがオフ状態のしきい値電圧分布内に存在するためであったり、オフ状態のメモリセルに対する感知マージンが減少するためである。だから、オーバシュート(図3で点線Aで表示される部分)なしに、要求されるレベルで電圧VPPiを正確にクランプさせることが望ましい。
【0010】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、要求されるレベルで正確にクランプされる電圧を発生し、かつDC電流消耗を防止し得る電圧レギュレータ回路を提供することにある。
【0011】
さらに、本発明は、上記電圧レギュレータ回路をワードライン電圧発生回路に用いた半導体メモリ装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によると、不揮発性半導体メモリ装置、特にフラッシュメモリ装置は電源電圧より高いワードライン電圧を発生させる回路を含む。ワードライン電圧発生回路は電源電圧より高い高電圧を発生させる高電圧発生器に連結され、調整された出力電圧を出力するための出力端子を備えた電圧レギュレータ回路を含む。電圧レギュレータ回路は、高電圧を調整して、調整された出力電圧より低い定電圧を出力する第1レギュレータと、前記定電圧に従って高電圧を調整して、調整された出力電圧を出力する第2レギュレータとで構成される。第2レギュレータは高電圧に連結されたドレイン、出力端子に連結されたソース及び定電圧を受け入れるように連結されたゲートを備えた空乏型NMOSトランジスタで構成される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【0014】
本発明の半導体メモリ装置によると、ワードライン電圧発生回路に使用される電圧レギュレータ回路が提供される。電圧レギュレータ回路は高電圧を調整して、調整された出力電圧を発生させる直列連結された2段のレギュレータで構成される。前段のレギュレータは高電圧を十分に一定の電圧に調整し、十分に一定の電圧は要求されるレベルの調整された出力電圧より低い。後段のレギュレータは前段のレギュレータによって調整された電圧を利用して、高電圧を、要求されるレベルの電圧に調整する。さらに、後段のレギュレータはマイナスのしきい値電圧を有する空乏型トランジスタで構成される。このような構造によると、本発明の電圧レギュレータ回路の出力電圧は、要求されるレベル以上へのオーバシュートなしに空乏型トランジスタのしきい値電圧の絶対値と前段のレギュレータによって調整された電圧値とを足した電圧レベルで正確にクランプされる。
【0015】
図4は、本発明の電圧レギュレータ回路を備えた不揮発性メモリ装置としてのフラッシュメモリ装置の概略的な構成を示す構成図である。図4のメモリ装置は行(ワードラインWL0〜WLi)と列(ビットラインBL0〜BLj)のマトリックスに配列されたメモリセルのアレイ100を含む。ワードライン電圧発生回路130から供給される電圧VPPiはワードライン電圧(又は読み出し電圧)としてデコーダ120を通じてワードラインWLiに供給される。ワードライン電圧発生回路130は、ブーストイネーブル信号ENに応じて電源電圧より高い高電圧VPPを発生させる高電圧発生器132(例えばブースト回路)と、高電圧VPPを要求されるレベルの電圧VPPiに調整する電圧レギュレータ回路134で構成される。高電圧VPPはブーストイネーブル信号ENの非活性化状態の時、電源電圧に維持される。
【0016】
電圧レギュレータ回路134は直列連結された2段レギュレータ構造を備える。即ち、本発明の電圧レギュレータ回路134は直列連結された第1レギュレータ136と第2レギュレータ138で構成される。第1レギュレータ136は高電圧発生器132の出力電圧VPPを要求されるレベルのワードライン電圧VWLより低い定電圧V1に調整し、第2レギュレータ138は定電圧V1を利用して高電圧VPPを要求されるレベルの電圧VPPiに調整する。図4の電圧レギュレータ回路134の実施形態が図5に示されている。
【0017】
図5を参照すると、電圧レギュレータ回路134は、第1レギュレータ136を構成する空乏型NMOSトランジスタDMN1、ロードL1及びNMOSトランジスタMN1と、第2レギュレータ138を構成する空乏型NMOSトランジスタDMN2とを含む。ゲートが基準電圧Vrefに連結された空乏型NMOSトランジスタDMN1は、高電圧発生器132の出力電圧、即ち高電圧VPPに連結されたドレイン(又は第1電流電極と呼ばれる)を有する。空乏型NMOSトランジスタDMN1のソース(第2電流電極と呼ばれる)は、ロードL1及びNMOSトランジスタMN1を通じて接地される。空乏型NMOSトランジスタDMN2のゲート電極(又は制御ゲート電極と呼ばれる)は、空乏型NMOSトランジスタDMN1のソース(又は接地電圧の反対側に位置したロードL1の一端子)に連結される。そして、空乏型NMOSトランジスタDMN2のドレインは高電圧VPPに連結され、空乏型NMOSトランジスタDMN2のソースは電圧VPPiの出力端子139に連結される。第1レギュレータ136のNMOSトランジスタMN1はブーストイネーブル信号ENに従ってターンオン/オフされる。即ち、NMOSトランジスタMN1は高電圧発生器132が動作する時、ターンオンし、高電圧発生器132が動作しない時、ターンオフされる。だから、高電圧発生器132が動作しないとき、高電圧VPPと接地電圧間のDC電流経路はNMOSトランジスタMN1によって遮断される。
【0018】
図5に示されたように、第1レギュレータ136のロードL1はトランジスタDMN1、MN1の間に直列連結された複数のNMOSトランジスタで構成され得る。しかし、ロードL1が抵抗として動作する他の集積回路素子を利用して構成され得ることは勿論である。
【0019】
当業者に周知のように、空乏型NMOSトランジスタDMN1、DMN2の各々はマイナスのしきい値電圧−Vthd(−Vthdは空乏型NMOSトランジスタのしきい値電圧を示す)を有し、ドレイン―ソース電圧VdsがVg−(−Vthd)と同一であったり、これより大きくなったりするとき(Vds≧Vg−(−Vthd))、飽和領域で動作する。即ち、空乏型NMOSトランジスタDMN1、DMN2はこのような条件(Vds≧Vg−(−Vthd))でシャットオフされる。このようなトランジスタの特性によると、電圧レギュレータ回路134によって調整される電圧VPPiはV1−(−Vthd2)(−Vthd2は第2レギュレータ138を構成する空乏型NMOSトランジスタDMN2のしきい値電圧を示す)に正確に調整され(又はクランプされ)、これに関する動作は図6を参照して以下詳細に説明する。
【0020】
図6に示されたように、高電圧発生器132が動作しない時(ブーストイネーブル信号ENが非活性化状態のロジックローレベルに維持される時)即ち、区間t0〜t1のとき、高電圧発生器132の出力電圧VPPは電源電圧Vccに維持される。ブーストイネーブル信号ENが活性化状態のロジックハイレベルになる時t1、高電圧発生器132の出力電圧VPPは短時間内に(例えばナノ秒内に)電源電圧Vccから次第にそして速く高くなる。すると、高電圧VPPが高くなることによって、空乏型NMOSトランジスタDMN2のゲート電圧(又はトランジスタDMN1のソース電圧)もやはり高くなる。
【0021】
以降、空乏型NMOSトランジスタDMN1のドレイン―ソース電圧VdsがVref−(−Vthd1)(−Vthd1は空乏型NMOSトランジスタDMN1のしきい値電圧を示す)に到達する時t2'、空乏型NMOSトランジスタDMN1はシャットオフされる。だから、空乏型NMOSトランジスタDMN2のゲート電圧V1はVref+Vthd1になる。即ち、空乏型NMOSトランジスタDMN1は高電圧VPPをVref+Vthd1に調整する(又はクランプする)。ここで、電圧Vref+Vthd1は電源電圧Vccより高く、要求されるレベルのワードライン電圧VWLより低い。
【0022】
第1レギュレータ136のロードL1及びNMOSトランジスタMN1は、空乏型NMOSトランジスタDMN1のソースがフローティングされることを防止するために使用される。もし、ロードL1及びNMOSトランジスタMN1が設けられないと、空乏型NMOSトランジスタDMN2のゲート電圧は、空乏型NMOSトランジスタDMN1のソース電圧がVref+Vthd1になる時(又は空乏型NMOSトランジスタDMN1がシャットオフされる時)、ブースティングされる。これは電圧VPPiを要求されるレベルより高く設定させる。
【0023】
その次に、高電圧発生器132の出力電圧VPPが要求されるレベルのワードライン電圧VWLに到達する時t2、空乏型NMOSトランジスタDMN2はシャットオフされ、その結果、電圧VPPiは要求されるレベルのワードライン電圧VWLで正確にクランプされる。より詳細に説明すると、次のようである。高電圧VPPが電圧V1以上に高くなることによって、空乏型NMOSトランジスタDMN2のソース電圧もやはり高くなる。この時、空乏型NMOSトランジスタDMN1はシャットオフされ、空乏型NMOSトランジスタDMN1のソース電圧V1はVref+Vthd1に固定されている。以降、空乏型NMOSトランジスタDMN2のドレイン―ソース電圧VdsがV1−(−Vthd2)(−Vthd2は空乏型NMOSトランジスタDMN2のしきい値電圧を示す)に到達する時t2、空乏型NMOSトランジスタDMN2はシャットオフされる。だから、電圧レギュレータ回路134によって調整された電圧VPPiは、空乏型NMOSトランジスタDMN2によって電圧Vref+Vthd2に調整される(クランプされる)。電圧VPPiは、基準電圧Vref及びしきい値電圧−Vthd1、−Vthd2を調整することによって変化させ得ることは当業者には周知のことである。
【0024】
以上のように、2段レギュレータを備えた本発明の電圧レギュレータ回路134によると、高電圧VPPが要求されるレベルのワードライン電圧VWLに到達する時、第2レギュレータ138の空乏型NMOSトランジスタDMN2はシャットオフされる。これに従って、電圧レギュレータ回路134によって調整された電圧VPPiは、時間t2で要求されるレベル以上へのオーバシュートなしに、正確にクランプされる。だから、電圧VPPiのオーバシュートによる問題点(ワードライン電圧の上昇による感知マージンの減少及び読み出し失敗)を防止し得る。さらに、本発明の電圧レギュレータ回路134によれば、図2に示された電圧レギュレータ回路で生じた高電圧VPPと接地電圧の間のDC電流経路が遮断され、DC電流消耗を防止し得る。
【0025】
図4に示された第1レギュレータ136の他の実施形態が図7(A)及び図7(B)に示されている。図7(A)を参照すると、第1レギュレータ136は、高電圧VPPに連結された第1電流電極、共通接続された第2電流電極及び制御電極を備えた第1PMOSトランジスタMP2と、前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、前記第1PMOSトランジスタMP2の制御電極に連結された制御電極及び第2電流電極を備えた第2PMOSトランジスタMP3と、前記第1PMOSトランジスタMP2の第2電流電極に連結された第1電流電極、第1NMOSトランジスタMN3を通じて接地された第2電流電極及び基準電圧Vrefを受け入れるように連結された制御電極を備えた第2NMOSトランジスタMN2と、前記第2PMOSトランジスタMP3の第2電流電極に一端が接続され、前記第1NMOSトランジスタMN3を通じて接地電圧に他端が連結された抵抗R3とを含み、前記第1NMOSトランジスタMN3は制御信号(ブーストイネーブル信号EN)に従ってスイッチされ、十分に一定の電圧V1は前記第2PMOSトランジスタMP3の第2電流電極から出力される。
【0026】
このような第1レギュレータ136はブーストイネーブル信号ENがロジックハイレベルの時、高電圧VPPを電圧V1にクランプする。電圧V1は電源電圧Vccより高く、要求されるレベルのワードライン電圧VWLより低い。図5と同様に、第2レギュレータ138は空乏型NMOSトランジスタDMN2で構成されるので、電圧VPPiはオーバシュートなしに電圧V1+Vthd2に正確にクランプされる。これに関する動作は図5と同一であるので、説明は省略する。
【0027】
図7(B)の第1レギュレータ136は図7(A)の抵抗R3がダイオード結線のNMOSトランジスタMN4、すなわち第2PMOSトランジスタMP3の第2電流電極に共通連結された第1電流電極及び制御電極と、第1NMOSトランジスタMN3を通じて接地された第2電流電極とを備えた第3NMOSトランジスタMN4に代替されたことを除くと、図7(A)と同一であるので、説明は省略する。
【0028】
本発明による回路の構成及び動作を説明及び図面に従って説明したが、これらは一例にすぎない。本発明は、本発明の技術的な思想及び範囲を外れない限り、多様な変化及び変更ができる。
【0029】
【発明の効果】
前述のように、本発明によれば、高電圧発生器の出力電圧が要求されるレベルのワードライン電圧に到達する時、第2レギュレータの空乏型NMOSトランジスタはシャットオフされる。これに従って、電圧レギュレータ回路によって調整された電圧VPPiはオーバシュートなしに、要求されるレベルで正確にクランプされる。だから、電圧VPPi即ち、ワードライン電圧のオーバシュートによる問題点(ワードライン電圧の上昇による感知マージンの減少及び読み出し失敗)を防止し得るだけでなく、高電圧発生器の出力電圧と接地電圧間のDC電流経路を遮断でき、DC電流消耗を防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な電圧レギュレータを備えたフラッシュメモリ装置の概略的な構成を示す構成図。
【図2】図1に示された電圧レギュレータを示す回路図。
【図3】図2の電圧レギュレータの出力電圧変化を示す特性図。
【図4】本発明の電圧レギュレータ回路を備えたフラッシュメモリ装置を示す構成図。
【図5】図4に示された電圧レギュレータ回路の実施形態を示す回路図。
【図6】図5の電圧レギュレータ回路の出力電圧変化を示す特性図。
【図7】図4に示された電圧レギュレータ回路の他の実施形態を示す回路図。
【符号の説明】
100 メモリセルアレイ
120 行デコーダ
130 ワードライン電圧発生回路
132 高電圧発生器
134 電圧レギュレータ回路
136 第1レギュレータ
138 第2レギュレータ
DMN1,DMN2 空乏型NMOSトランジスタ
L1 ロード
MN1〜MN4 NMOSトランジスタ
MP2,MP3 PMOSトランジスタ
R3 抵抗
Claims (4)
- 高電圧VPPを発生させる高電圧発生器に連結され、調整された出力電圧VPPiを出力する出力端子を備えた電圧レギュレータ回路において、
前記高電圧VPPを受け入れて十分に一定の電圧V1を発生させる第1手段と、
前記高電圧VPPと前記出力端子の間に連結されたドライバを有する第2手段とを含み、
前記ドライバは第1空乏型MOSトランジスタを含み、このトランジスタは前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、前記出力端子に連結された第2電流電極及び前記十分に一定の電圧V1を受け入れるように連結された制御電極を含み、この第1空乏型MOSトランジスタは前記調整された出力電圧VPPiが前記電圧V1と前記第1空乏型MOSトランジスタのしきい値電圧−Vthの絶対値との和の値に到達する時、シャットオフされ、
前記第1手段は、
前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、共通接続された第2電流電極及び制御電極を備えた第1PMOSトランジスタと、前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、前記第1PMOSトランジスタの制御電極に連結された制御電極及び第2電流電極を備えた第2PMOSトランジスタと、前記第1PMOSトランジスタの第2電流電極に連結された第1電流電極、第1NMOSトランジスタを通じて接地された第2電流電極及び基準電圧Vrefを受け入れるように連結された制御電極を備えた第2NMOSトランジスタと、前記第2PMOSトランジスタの第2電流電極に共通連結された第1電流電極及び制御電極、前記第1NMOSトランジスタを通じて接地された第2電流電極を備えた第3NMOSトランジスタとを含み、第1NMOSトランジスタは制御信号に従ってスイッチされ、前記十分に一定の電圧V1は前記第2PMOSトランジスタの第2電流電極から出力されることを特徴とする電圧レギュレータ回路。 - 前記第1手段は、
前記高電圧VPPを受け入れるように連結された第1電流電極、前記第1空乏型MOSトランジスタの制御電極に連結された第2電流電極及び基準電圧Vrefを受け入れるように連結された制御電極を備えた第2空乏型MOSトランジスタと、
この第2空乏型MOSトランジスタと接地電圧の間に連結され、制御信号に従ってスイッチされるスイッチとを含むことを特徴とする請求項1に記載の電圧レギュレータ回路。 - 前記第1手段は、前記第2空乏型MOSトランジスタとスイッチとの間に連結されたロードを付加的に含むことを特徴とする請求項2に記載の電圧レギュレータ回路。
- 高電圧VPPを発生させる高電圧発生器に連結され、調整された出力電圧VPPiを出力する出力端子を備えた電圧レギュレータ回路において、
前記高電圧VPPを受け入れて十分に一定の電圧V1を発生させる第1手段と、
前記高電圧VPPと前記出力端子の間に連結されたドライバを有する第2手段とを含み、
前記ドライバは第1空乏型MOSトランジスタを含み、このトランジスタは前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、前記出力端子に連結された第2電流電極及び前記十分に一定の電圧V1を受け入れるように連結された制御電極を含み、この第1空乏型MOSトランジスタは前記調整された出力電圧VPPiが前記電圧V1と前記第1空乏型MOSトランジスタのしきい値電圧−Vthの絶対値との和の値に到達する時、シャットオフされ、
前記第1手段は、
前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、共通接続された第2電流電極及び制御電極を備えた第1PMOSトランジスタと、前記高電圧VPPに連結された第1電流電極、前記第1PMOSトランジスタの制御電極に連結された制御電極及び第2電流電極を備えた第2PMOSトランジスタと、前記第1PMOSトランジスタの第2電流電極に連結された第1電流電極、第1NMOSトランジスタを通じて接地された第2電流電極及び基準電圧Vrefを受け入れるように連結された制御電極を備えた第2NMOSトランジスタと、前記第2PMOSトランジスタの第2電流電極に一端が接続され、前記第1NMOSトランジスタを通じて接地電圧に他端が連結された抵抗とを含み、前記第1NMOSトランジスタは制御信号に従ってスイッチされ、前記十分に一定の電圧V1は前記第2PMOSトランジスタの第2電流電極から出力されることを特徴とする電圧レギュレータ回路。
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