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JP2010257559A - High voltage generation circuit and nonvolatile semiconductor memory circuit - Google Patents

High voltage generation circuit and nonvolatile semiconductor memory circuit Download PDF

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JP2010257559A
JP2010257559A JP2009120342A JP2009120342A JP2010257559A JP 2010257559 A JP2010257559 A JP 2010257559A JP 2009120342 A JP2009120342 A JP 2009120342A JP 2009120342 A JP2009120342 A JP 2009120342A JP 2010257559 A JP2010257559 A JP 2010257559A
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JP
Japan
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well
nmos transistor
node
power supply
switch means
Prior art date
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Application number
JP2009120342A
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Japanese (ja)
Inventor
Taku Ogura
卓 小倉
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Genusion Inc
Original Assignee
Genusion Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high voltage generation circuit which efficiently generates positive and negative high voltages using a single circuit. <P>SOLUTION: A charge pump circuit which efficiently generates positive and negative high voltages using a single circuit is implemented. The charge pump circuit correctly controls the voltage potentials of a P well including an NMOS transistor constituting the charge pump circuit, and an N well surrounding the circumference and bottom of the P well so that a forward bias is not applied to a parasitic diode formed by the P and N wells. SW2 and SW3 are made conductive when the high negative voltage is output. SW1 and SW4 are made conductive when the positive high voltage is output. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的に書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置における高電圧発生回路に関するものである。The present invention relates to a high voltage generation circuit in an electrically writable nonvolatile semiconductor memory device.

フラッシュメモリ及びロジック混載不揮発性メモリにおいては、FNトンネル、BTBT−HE注入、CHE注入等の各動作原理を用いて、電荷蓄積層に電子を入れたり、電荷蓄積層から電荷を引き抜いたりすることで、データの書き換えを行う。この書き換えには電源電圧よりも絶対値の大きい高電圧が必要であり、チップ内部に高電圧発生回路が必要になってくる。高電圧発生回路における出力電圧は一般的に次式で与えられる。
正高電圧VP=(N+1)*(VCC−Vd)
− N*T*Iout/Cmain
負高電圧VN=−N*(VCC−Vd)
+ N*T*Iout/Cmain
N: 段数
Vd: 電荷転送時のロス(コンダクタンスと関係)
(*)PNダイオードの場合は拡散電位
MOSトランジスタの場合はしきい値電圧
T: クロック周波数
Iout: 出力負荷電流
Cmain: 各段に配置されているポンプアップ容量
電源電圧VCCから高電圧を発生する関係上、上式で示すように、電源電圧VCCが低下してくるほど電圧発生効率は低下する。また、電圧発生効率を改善する上で、電荷転送時のロス(上式ではVd)を低減することが重要であり、特許文献1に示すように、回路的にVdを小さくする等の対策が必要になってくる。電圧発生効率を改善することは、同じ出力電圧を得るための必要段数を削減でき、高電圧発生回路の面積削減に寄与する。ロジック混載不揮発性メモリのように小容量品でモジュール面積に占める高電圧発生回路の面積割合が大きい場合には、高効率化による面積削減と共に、メモリセルの動作最適化に合わせて高電圧発生回路の種類を削減することも重要となってくる。特許文献2に示すように、正負両方の高電圧を1種類の高電圧発生回路で実現している例もある。
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In flash memory and logic embedded non-volatile memory, by using each operation principle such as FN tunneling, BTBT-HE injection, CHE injection, etc., electrons can be put into the charge storage layer or extracted from the charge storage layer. Rewrite data. This rewriting requires a high voltage whose absolute value is larger than the power supply voltage, and a high voltage generation circuit is required inside the chip. The output voltage in the high voltage generation circuit is generally given by the following equation.
Positive high voltage VP = (N + 1) * (VCC−Vd)
-N * T * Iout / Cmain
Negative high voltage VN = -N * (VCC-Vd)
+ N * T * Iout / Cmain
N: number of stages Vd: loss during charge transfer (related to conductance)
(*) Diffusion potential for PN diode
In the case of a MOS transistor, threshold voltage T: clock frequency Iout: output load current Cmain: a high voltage is generated from the pump-up capacitance power supply voltage VCC arranged in each stage. The voltage generation efficiency decreases as the voltage VCC decreases. Further, in order to improve the voltage generation efficiency, it is important to reduce the loss at the time of charge transfer (Vd in the above equation). As shown in Patent Document 1, measures such as reducing Vd in terms of circuit are taken. It becomes necessary. Improving the voltage generation efficiency can reduce the number of stages required to obtain the same output voltage, and contributes to a reduction in the area of the high voltage generation circuit. When the area ratio of the high-voltage generation circuit occupying the module area is small, such as a logic-embedded non-volatile memory, the area of the high-voltage generation circuit is high, and the area is reduced by high efficiency and the high-voltage generation circuit is adapted to optimize the operation of the memory cell. It is also important to reduce the number of types. As shown in Patent Document 2, there is an example in which both positive and negative high voltages are realized by one type of high voltage generation circuit.
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特許文献1で示される例を図12に示す。整流素子としてNMOSトランジスタを使用しているのが特徴である。電圧発生効率を高くするために、整流素子のNMOSトランジスタのPウエル電位をバイアス回路を用いて制御することで、基板効果によるしきい値電圧上昇を抑制している。また、それに加えて、ゲート電位を昇圧することでもコンダクタンスを改善している。ただし、本構成においては、整流素子のNMOSトランジスタを形成しているトリプルウエル中のPウエル、ボトムNウエル、P基板の電位関係の都合上、負電圧のみしか発生できないという問題点がある。An example shown in Patent Document 1 is shown in FIG. The feature is that an NMOS transistor is used as the rectifying element. In order to increase the voltage generation efficiency, the threshold voltage rise due to the substrate effect is suppressed by controlling the P-well potential of the NMOS transistor of the rectifying element using a bias circuit. In addition, the conductance is improved by boosting the gate potential. However, in this configuration, there is a problem that only a negative voltage can be generated due to the potential relation among the P well, the bottom N well, and the P substrate in the triple well forming the NMOS transistor of the rectifying element.

特許文献2で示される例を図13及び図14に示す。整流素子としてポリダイオードを使用しているのが特徴である。ポリダイオードは絶縁膜上に形成されるので、ポンプアップ動作時に各ウエル及びP基板間に順バイアスリークが発生しないので、正負両方の電圧を発生できるというメリットがある。正電圧を出力する場合は、SW1、SW4をON、SW2、SW3をOFF、負電圧を出力する場合は、SW2、SW3をON、SW1、SW4をOFFにすることで出力を切り替えることができる。ただし、本構成においては、整流素子のポリダイオード部でのPN接合の拡散電位Vd(約0.7V)が存在するため、高電圧発生回路内における電荷転送時のロスが大きいという問題がある。例えば、電源電圧が1.2Vの場合は、その内0.7Vがロスすると、実効的には0.5V分しか電荷転送に寄与しないことになる。これは、高電圧発生効率悪化の原因となり、段数を増やす必要性から、回路面積が大きくなることを意味する。The example shown by patent document 2 is shown in FIG.13 and FIG.14. It is characterized by using a polydiode as the rectifying element. Since the polydiode is formed on the insulating film, forward bias leakage does not occur between each well and the P substrate during the pump-up operation, and there is an advantage that both positive and negative voltages can be generated. When outputting a positive voltage, SW1 and SW4 are turned on, and SW2 and SW3 are turned off. When outputting a negative voltage, the output can be switched by turning SW2 and SW3 on and turning SW1 and SW4 off. However, in this configuration, there is a problem that a loss at the time of charge transfer in the high voltage generation circuit is large because there is a diffusion potential Vd (about 0.7 V) of the PN junction in the polydiode portion of the rectifying element. For example, when the power supply voltage is 1.2V, if 0.7V is lost, only 0.5V is effectively contributed to charge transfer. This causes deterioration in high voltage generation efficiency, and means that the circuit area increases because of the need to increase the number of stages.

このように、高電圧発生回路の面積を削減するために、電圧発生効率を改善するとともに、1種類の高電圧発生回路で正負両方の電圧を発生することができるような構成が望ましい。As described above, in order to reduce the area of the high voltage generation circuit, it is desirable to improve the voltage generation efficiency and to generate both positive and negative voltages with one type of high voltage generation circuit.

上記課題を解決するため、本発明における代表的な構成は次のとおりである。正負両方の高電圧を発生する上で、SW1〜SW4を用いて正負電圧を切り替える手法は特許文献2と同じである。In order to solve the above problems, typical configurations in the present invention are as follows. The method of switching the positive and negative voltages using SW1 to SW4 in generating both positive and negative high voltages is the same as that of Patent Document 2.

整流素子としては、ポリダイオードの代わりに、トリプルウエル中のPウエル内に形成され、且つソースとPウエルを接続したNMOSトランジスタを用いる。これにより、基板効果によるしきい値電圧の上昇を抑制しコンダクタンスの改善を図ることができる。As the rectifying element, an NMOS transistor formed in a P well in a triple well and having a source and a P well connected is used instead of a poly diode. As a result, an increase in threshold voltage due to the substrate effect can be suppressed and conductance can be improved.

整流素子のコンダクタンスを改善する他の手段としては、NMOSトランジスタのゲート電位を昇圧する方式と、NMOSトランジスタのしきい値電圧を下げる方式の2種類がある。As other means for improving the conductance of the rectifying element, there are two types, a method of boosting the gate potential of the NMOS transistor and a method of lowering the threshold voltage of the NMOS transistor.

正負両方の電圧をハンドリングするために、NMOSトランジスタが形成されているトリプルウエル中のPウエル、ボトムNウエル、P基板は各々の電位関係が順バイアスにならないようにスイッチング回路を用いて制御される。In order to handle both positive and negative voltages, the P well, the bottom N well, and the P substrate in the triple well in which the NMOS transistor is formed are controlled by using a switching circuit so that the potential relationship does not become a forward bias. .

正電圧出力時はNMOSのソースとPウエルを同電位としつつ、さらにPウエルとボトムNウエルをPMOSトランジスタを介して同電位にすることで、各ウエル間の順バイアスリークを回避しつつ、基板効果によるしきい値電圧の上昇を抑制している。When outputting a positive voltage, the NMOS source and the P-well are set to the same potential, and the P-well and the bottom N-well are set to the same potential via the PMOS transistor, thereby avoiding a forward bias leak between the wells. An increase in threshold voltage due to the effect is suppressed.

負電圧出力時はNMOSトランジスタのソースとPウエルを同電位としつつ、ボトムNウエル電位をNMOSトランジスタを介してGND、あるいはPMOSトランジスタを介してVCC、あるいはフローティングにすることで、各ウエル間の順バイアスリークを回避しつつ、基板効果によるしきい値電圧の上昇を抑制している。At the time of negative voltage output, the source of the NMOS transistor and the P-well are set to the same potential, and the bottom N-well potential is set to GND via the NMOS transistor, VCC via the PMOS transistor, or floating, so that the order between the wells is increased. While avoiding bias leakage, an increase in threshold voltage due to the substrate effect is suppressed.

本願において開示される発明のうち代表的な効果は次のとおりである。高電圧発生回路内における整流素子のコンダクタンス向上で電圧発生効率を高めつつ、1種類の高電圧発生回路で正負両方の電圧を発生できることにより、回路面積を大幅に削減できる。Typical effects of the invention disclosed in the present application are as follows. By increasing the conductance of the rectifying element in the high voltage generation circuit and increasing the voltage generation efficiency, both positive and negative voltages can be generated by one type of high voltage generation circuit, so that the circuit area can be greatly reduced.

図11に不揮発性記憶装置におけるブロック図を示す。本発明における高電圧発生回路は、制御回路からの信号を受けて、各動作モードに応じて正高電圧あるいは負高電圧を発生し、ワード線ドライバ及びカラム系ライトドライバを介してメモリアレイに高電圧を供給する。FIG. 11 shows a block diagram of the nonvolatile memory device. The high voltage generation circuit in the present invention receives a signal from the control circuit, generates a positive high voltage or a negative high voltage according to each operation mode, and applies a high voltage to the memory array via the word line driver and the column system write driver. Supply.

第1の実施形態に係る高電圧発生回路を図1に示す。正負両方の高電圧を発生する上で、SW1〜SW4を用いて正負電圧の出力を切り替える手法は特許文献2と同じである。異なるのは整流素子部分であり、本実施例においては、同一トリプルウエル中のPウエル内に形成されたNMOSトランジスタN1、N2、通常のPウエル内に形成されたNMOSトランジスタN3、トリプルウエル中のボトムNウエルと同電位のNウエル内に形成されたPMOSトランジスタP1で構成される。FIG. 1 shows a high voltage generation circuit according to the first embodiment. The method of switching the output of positive and negative voltages using SW1 to SW4 in generating both positive and negative high voltages is the same as that of Patent Document 2. The difference is in the rectifying element portion. In this embodiment, the NMOS transistors N1 and N2 formed in the P well in the same triple well, the NMOS transistor N3 formed in the normal P well, and the triple well The PMOS transistor P1 is formed in an N well having the same potential as the bottom N well.

各トランジスタの断面構造は図10に示すとおりである。ここで、Pウエル/ボトムNウエル間に寄生ダイオードD1、P基板/ボトムNウエル間に寄生ダイオードD2が各々形成される。NMOSトランジスタN1のゲートはNMOSトランジスタN2のドレイン及び昇圧用の容量素子Cgと接続され、ドレインはポンプアップ用容量素子CmainとNMOSトランジスタN2のゲートと接続される。一方、ソースはNMOSトランジスタN2のソースとともに、トリプルウエル中のPウエルに各々接続される。NMOSトランジスタN3はゲートをVNE信号で制御され、GNDとトリプルウエル中のボトムNウエル間に挿入される。PMOSトランジスタP1はゲートをGND電位、Nウエルをトリプルウエル中のボトムNウエルと接続したもとで、ボトムNウエルとPウエル間に挿入される。The cross-sectional structure of each transistor is as shown in FIG. Here, a parasitic diode D1 is formed between the P well and the bottom N well, and a parasitic diode D2 is formed between the P substrate and the bottom N well. The gate of the NMOS transistor N1 is connected to the drain of the NMOS transistor N2 and the boosting capacitive element Cg, and the drain is connected to the pumping capacitive element Cmain and the gate of the NMOS transistor N2. On the other hand, the source is connected to the P well in the triple well together with the source of the NMOS transistor N2. The gate of the NMOS transistor N3 is controlled by the VNE signal, and is inserted between GND and the bottom N well in the triple well. The PMOS transistor P1 is inserted between the bottom N well and the P well with the gate connected to the GND potential and the N well connected to the bottom N well in the triple well.

各整流素子は直列に接続され、容量素子Cmainを制御する相補信号CLK、ICLK及び容量素子Cgを制御する相補信号CLKG、ICLKGが各々交互に接続される構成となる。The rectifying elements are connected in series, and complementary signals CLK and ICLK for controlling the capacitive element Cmain and complementary signals CLKG and ICLKG for controlling the capacitive element Cg are alternately connected.

高電圧発生回路における次段への電荷転送は以下の方法で行われる。まず、期間P1にNMOSトランジスタN2を介してノードGの電位を昇圧する。続いて、NMOSトランジスタN2をOFFしたもとで、期間P2において、容量素子CgとのカップリングでノードGの電位をさらに昇圧することで、NMOSトランジスタN1のコンダクタンスが上がり、電荷が次段に転送される。その後、ノードGの電位を下げ、期間P3においては、NMOSトランジスタN1がOFFし、次フェーズの電荷転送の準備をする。これらの動作を直列に接続された整流素子を交互に動作させることで、前段から次段へ徐々に電荷が転送される。Charge transfer to the next stage in the high voltage generation circuit is performed by the following method. First, in the period P1, the potential of the node G is boosted through the NMOS transistor N2. Subsequently, with the NMOS transistor N2 turned off, the potential of the node G is further boosted by coupling with the capacitor Cg in the period P2, thereby increasing the conductance of the NMOS transistor N1 and transferring the charge to the next stage. Is done. After that, the potential of the node G is lowered, and during the period P3, the NMOS transistor N1 is turned off to prepare for charge transfer in the next phase. By alternately operating the rectifying elements connected in series in these operations, charge is gradually transferred from the previous stage to the next stage.

正電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。SW1、SW4をON、SW2、SW3をOFFすることで、ノードLを電源電圧VCCに接続し、ノードRを出力VPに接続する。この時、電源電圧VCCに設定されたノードL側を基準として、ノードR側が電源電圧VCCよりも高い正電圧が出力されるように電荷転送は行われる。The operation for outputting a positive voltage is as follows. By turning on SW1 and SW4 and turning off SW2 and SW3, the node L is connected to the power supply voltage VCC, and the node R is connected to the output VP. At this time, charge transfer is performed so that a positive voltage higher than the power supply voltage VCC is output on the node R side with reference to the node L side set to the power supply voltage VCC.

各整流素子においては、VNE信号をGNDに設定して、NMOSトランジスタN3をOFFするとともに、PMOSトランジスタP1を介してトリプルウエル中のボトムNウエルとPウエルを電気的に接続することで、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることを回避している。In each rectifying element, the VNE signal is set to GND, the NMOS transistor N3 is turned OFF, and the bottom N well and the P well in the triple well are electrically connected via the PMOS transistor P1, thereby forming a triple well. It is avoided that the parasitic diodes D1 and D2 between the respective wells are forward biased.

負電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。SW1、SW4をOFF、SW2、SW3をONすることで、ノードRをGNDに接続し、ノードLを出力VNに接続する。この時、GNDに設定されたノードR側を基準として、ノードL側がGNDよりも低い負電圧が出力されるように電荷転送は行われる。The operation when a negative voltage is output is as follows. By turning off SW1 and SW4 and turning on SW2 and SW3, node R is connected to GND and node L is connected to output VN. At this time, charge transfer is performed such that a negative voltage lower than GND is output on the node L side with reference to the node R side set to GND.

各整流素子においては、PMOSトランジスタP1をOFFするとともに、VNE信号をVCCに設定して、NMOSトランジスタN3をONすることで、トリプルウエル中のボトムNウエル電位をGNDに設定している。ノードINが負電圧である限りにおいては、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることはない。ただし、負電圧出力初期のように、ノードINが一時的にGNDよりも高くなる場合においては、寄生ダイオードD1が一時的に順バイアスとなり、寄生バイポーラアクション等でラッチアップの危険性もあるので、ウエル固定を補強しておく必要がある。In each rectifying element, the PMOS transistor P1 is turned off, the VNE signal is set to VCC, and the NMOS transistor N3 is turned on to set the bottom N well potential in the triple well to GND. As long as the node IN is a negative voltage, the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well are not forward biased. However, when the node IN is temporarily higher than GND as in the initial negative voltage output, the parasitic diode D1 is temporarily forward biased, and there is a risk of latch-up due to parasitic bipolar action, etc. It is necessary to reinforce the well fixing.

第2の実施形態に係る高電圧発生回路を図2に示す。実施例1との違いは、トリプルウエル中のボトムNウエル電位を電源電圧VCCにするために、NMOSトランジスタN3の代わりにPMOSトランジスタP2を挿入している点である。PMOSトランジスタP2のゲートはVNE1信号、ソースはPMOSトランジスタP1のゲートと接続されVNE2信号で制御される。PMOSトランジスタP1、P2は同一Nウエル中に形成され、トリプルウエル中のボトムNウエルと同電位に制御される。A high voltage generation circuit according to the second embodiment is shown in FIG. The difference from the first embodiment is that a PMOS transistor P2 is inserted instead of the NMOS transistor N3 in order to set the bottom N well potential in the triple well to the power supply voltage VCC. The gate of the PMOS transistor P2 is connected to the VNE1 signal and the source is connected to the gate of the PMOS transistor P1 and is controlled by the VNE2 signal. The PMOS transistors P1 and P2 are formed in the same N well and controlled to the same potential as the bottom N well in the triple well.

高電圧発生回路の制御としては、SW1〜SW4の制御、及びCLK信号等の制御は実施例1と同じである。As control of the high voltage generation circuit, control of SW1 to SW4 and control of the CLK signal and the like are the same as those in the first embodiment.

正電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。各整流素子においては、VNE1信号を出力VP、VNE2信号をGNDに設定して、PMOSトランジスタP2をOFFするとともに、PMOSトランジスタP1を介してトリプルウエル中のボトムNウエルとPウエルを電気的に接続することで、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることを回避している。The operation for outputting a positive voltage is as follows. In each rectifying element, the VNE1 signal is set to output VP and the VNE2 signal is set to GND, the PMOS transistor P2 is turned OFF, and the bottom N well and the P well in the triple well are electrically connected via the PMOS transistor P1. This prevents the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well from being forward biased.

負電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。各整流素子においては、PMOSトランジスタP1をOFFするとともに、VNE1信号をGND、VNE2信号を電源電圧VCCに設定して、PMOSトランジスタP2をONすることで、トリプルウエル中のボトムNウエル電位を電源電圧VCCに設定している。ノードINが電源電圧VCCより低い限りにおいては、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることはない。負電圧出力初期のように、ノードINが一時的にGNDよりも高くなるケース(GND<ノードIN<VCC)においても、本構成では寄生ダイオードD1が順バイアスとなることはないので、実施例1よりもラッチアップの危険性は小さい。ただし、本構成においては、PMOSトランジスタP1のソース、ドレイン間電圧差が電源電圧VCCの分だけ高くなっており、トランジスタ耐圧を確保しておく必要がある。The operation when a negative voltage is output is as follows. In each rectifying element, the PMOS transistor P1 is turned OFF, the VNE1 signal is set to GND, the VNE2 signal is set to the power supply voltage VCC, and the PMOS transistor P2 is turned ON, so that the bottom N well potential in the triple well is set to the power supply voltage. Set to VCC. As long as the node IN is lower than the power supply voltage VCC, the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well are not forward biased. Even in the case where the node IN is temporarily higher than GND (GND <node IN <VCC) as in the initial negative voltage output, the parasitic diode D1 is not forward-biased in this configuration. The risk of latch-up is less than that. However, in this configuration, the voltage difference between the source and drain of the PMOS transistor P1 is increased by the power supply voltage VCC, and it is necessary to ensure the transistor breakdown voltage.

第3の実施形態に係る高電圧発生回路を図3に示す。実施例1、2を合わせた形態であり、トリプルウエル中のボトムNウエル電位を電源電圧VCCとGNDの間で制御するために、NMOSトランジスタN3、PMOSトランジスタP2の両方を挿入している。FIG. 3 shows a high voltage generation circuit according to the third embodiment. In this embodiment, both the NMOS transistor N3 and the PMOS transistor P2 are inserted in order to control the bottom N well potential in the triple well between the power supply voltages VCC and GND.

高電圧発生回路の制御としては、SW1〜SW4の制御、及びCLK信号等の制御は実施例1、2と同じである。As the control of the high voltage generation circuit, the control of SW1 to SW4 and the control of the CLK signal and the like are the same as those in the first and second embodiments.

正電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。各整流素子においては、VNE2信号を出力VP、VNE1信号及びVNE3信号をGNDに設定して、NMOSトランジスタN3及びPMOSトランジスタP2をOFFするとともに、PMOSトランジスタP1を介してトリプルウエル中のボトムNウエルとPウエルを電気的に接続することで、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることを回避している。The operation for outputting a positive voltage is as follows. In each rectifying element, the VNE2 signal is set to the output VP, the VNE1 signal and the VNE3 signal are set to GND, the NMOS transistor N3 and the PMOS transistor P2 are turned off, and the bottom N well in the triple well is connected via the PMOS transistor P1. By electrically connecting the P wells, the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well are prevented from being forward biased.

負電圧を出力する場合の動作は以下のとおりである。図9に示すように、負電圧出力時の前半、後半で動作を切り替えているのが特徴である。負電圧出力前半時は、ノードINの電位が一時的にGNDよりも高くなる場合があるので、実施例2で示しように、トリプルウエル中のボトムNウエル電位を電源電圧VCCにし、負電圧出力後半時は、ノードINの電位がGNDより低くなっているので、実施例1で示したように、トリプルウエル中のボトムNウエル電位をGNDに設定している。この2段階制御により、トリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになることを回避しつつ、PMOSトランジスタP1のソース、ドレイン間電圧差を緩和し、トランジスタ耐圧に対するマージンを十分確保できるようにしている。The operation when a negative voltage is output is as follows. As shown in FIG. 9, the operation is switched between the first half and the second half when a negative voltage is output. In the first half of the negative voltage output, the potential of the node IN may be temporarily higher than GND. Therefore, as shown in the second embodiment, the bottom N well potential in the triple well is set to the power supply voltage VCC and the negative voltage output is performed. In the second half, since the potential of the node IN is lower than GND, the bottom N well potential in the triple well is set to GND as shown in the first embodiment. This two-stage control alleviates the voltage difference between the source and drain of the PMOS transistor P1 while preventing the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well from being forward-biased, and provides a sufficient margin for the transistor breakdown voltage. We are trying to secure it.

第4の実施形態に係る高電圧発生回路を図4に示す。実施例1、2、3とは異なり、トリプルウエル中のボトムNウエル電位をフローティングにしていることを特徴とする。FIG. 4 shows a high voltage generation circuit according to the fourth embodiment. Unlike the first, second, and third embodiments, the bottom N-well potential in the triple well is floating.

高電圧発生回路の制御としては、SW1〜SW4の制御、及びCLK信号等の制御は実施例1〜3と同じである。As the control of the high voltage generation circuit, the control of SW1 to SW4 and the control of the CLK signal and the like are the same as those of the first to third embodiments.

正電圧、負電圧どちらを出力する場合においても、トリプルウエル中のボトムNウエル電位をフローティングにしているので、各動作モードでトリプルウエル中の各ウエル間の寄生ダイオードD1、D2が順バイアスになるケースがある。ただ、DC的に流れるリーク電流ではなく、充放電電流であるので、動作期間の中で自己整合的に順バイアス状態は解消されていくこととなる。トリプルウエル中のボトムNウエル電位が充放電電流に応じて変動するので、ラッチアップ対策でウエル固定は補強しておく必要があるが、トランジスタ素子数、制御容易性の観点で実施例1〜3より有利となる。Regardless of whether a positive voltage or a negative voltage is output, the bottom N-well potential in the triple well is floating, so that the parasitic diodes D1 and D2 between the wells in the triple well are forward-biased in each operation mode. There is a case. However, since it is not a leak current flowing in a DC manner but a charge / discharge current, the forward bias state is eliminated in a self-aligned manner during the operation period. Since the bottom N well potential in the triple well fluctuates according to the charge / discharge current, it is necessary to reinforce the well fixing as a countermeasure for latch-up. However, the first to third embodiments are preferred in terms of the number of transistor elements and controllability. More advantageous.

第5の実施形態に係る高電圧発生回路を図5に示す。実施例1からNMOSトランジスタN1のゲートと接続されていたNMOSトランジスタ及び容量素子Cgを削除し、その代わりにコンダクタンス改善のために、NMOSトランジスタN1のしきい値電圧を0V程度まで下げていることを特徴とする。また、NMOSトランジスタN1のゲートとソースはダイオード接続されている。FIG. 5 shows a high voltage generation circuit according to the fifth embodiment. The NMOS transistor and the capacitive element Cg connected to the gate of the NMOS transistor N1 are deleted from the first embodiment, and instead the threshold voltage of the NMOS transistor N1 is lowered to about 0V in order to improve conductance. Features. The gate and source of the NMOS transistor N1 are diode-connected.

各整流素子は直列に接続され、容量素子Cmainを制御する相補信号CLK、ICLKが各々交互に接続される構成となる。実施例1とは異なり容量素子Cgを制御する相補信号CLKG、ICLKGが不要となるThe rectifying elements are connected in series, and complementary signals CLK and ICLK for controlling the capacitive element Cmain are alternately connected. Unlike the first embodiment, complementary signals CLKG and ICLKG for controlling the capacitive element Cg are not required.

高電圧発生回路における次段への電荷転送は以下の方法で行われる。実施例1ではCLK、ICLK、CLKG、ICLKGの4相クロックが必要であったが、本実施例において、CLK、ICLKの2相クロックで動作が可能である。CLK、ICLKは相補の信号であり、直列に接続された整流素子を交互に動作させることで、前段から次段へ徐々に電荷が転送される。Charge transfer to the next stage in the high voltage generation circuit is performed by the following method. In the first embodiment, the four-phase clocks CLK, ICLK, CLKG, and ICLKG are necessary. However, in this embodiment, the operation is possible with the two-phase clocks CLK and ICLK. CLK and ICLK are complementary signals, and charges are gradually transferred from the previous stage to the next stage by alternately operating rectifying elements connected in series.

正電圧及び負電圧を出力する場合のトリプルウエル中のボトムNウエル電位制御は実施例1と同じである。電圧発生効率はNMOSトランジスタN1のしきい値電圧に依存し、しきい値電圧を低くするほど、電圧発生効率を改善できる。トランジスタ素子数、制御容易性の観点では、実施例1より有利である。The bottom N well potential control in the triple well in the case of outputting the positive voltage and the negative voltage is the same as that in the first embodiment. The voltage generation efficiency depends on the threshold voltage of the NMOS transistor N1, and the voltage generation efficiency can be improved as the threshold voltage is lowered. From the viewpoint of the number of transistor elements and controllability, it is more advantageous than the first embodiment.

第6の実施形態に係る高電圧発生回路を図6に示す。実施例2からNMOSトランジスタN1のゲートと接続されていたNMOSトランジスタ及び容量素子Cgを削除し、その代わりにコンダクタンス改善のために、NMOSトランジスタN1のしきい値電圧を0V程度まで下げていることを特徴とする。また、NMOSトランジスタN1のゲートとソースはダイオード接続されている。A high voltage generating circuit according to the sixth embodiment is shown in FIG. The NMOS transistor and the capacitive element Cg connected to the gate of the NMOS transistor N1 are deleted from the second embodiment, and instead the threshold voltage of the NMOS transistor N1 is lowered to about 0 V in order to improve conductance. Features. The gate and source of the NMOS transistor N1 are diode-connected.

正電圧及び負電圧を出力する場合のトリプルウエル中のボトムNウエル電位制御は実施例2と同じである。電圧発生効率はNMOSトランジスタN1のしきい値電圧に依存し、しきい値電圧を低くするほど、電圧発生効率を改善できる。トランジスタ素子数、制御容易性の観点では、実施例2より有利である。The bottom N well potential control in the triple well in the case of outputting the positive voltage and the negative voltage is the same as that of the second embodiment. The voltage generation efficiency depends on the threshold voltage of the NMOS transistor N1, and the voltage generation efficiency can be improved as the threshold voltage is lowered. From the viewpoint of the number of transistor elements and controllability, it is more advantageous than the second embodiment.

第7の実施形態に係る高電圧発生回路を図7に示す。実施例3からNMOSトランジスタN1のゲートと接続されていたNMOSトランジスタ及び容量素子Cgを削除し、その代わりにコンダクタンス改善のために、NMOSトランジスタN1のしきい値電圧を0V程度まで下げていることを特徴とする。また、NMOSトランジスタN1のゲートとソースはダイオード接続されている。FIG. 7 shows a high voltage generation circuit according to the seventh embodiment. The NMOS transistor and the capacitive element Cg connected to the gate of the NMOS transistor N1 are deleted from the third embodiment, and instead, the threshold voltage of the NMOS transistor N1 is lowered to about 0 V in order to improve conductance. Features. The gate and source of the NMOS transistor N1 are diode-connected.

正電圧及び負電圧を出力する場合のトリプルウエル中のボトムNウエル電位制御は実施例3と同じである。電圧発生効率はNMOSトランジスタN1のしきい値電圧に依存し、しきい値電圧を低くするほど、電圧発生効率を改善できる。トランジスタ素子数、制御容易性の観点では、実施例3より有利である。The bottom N well potential control in the triple well in the case of outputting the positive voltage and the negative voltage is the same as that in the third embodiment. The voltage generation efficiency depends on the threshold voltage of the NMOS transistor N1, and the voltage generation efficiency can be improved as the threshold voltage is lowered. From the viewpoint of the number of transistor elements and controllability, it is more advantageous than the third embodiment.

第8の実施形態に係る高電圧発生回路を図8に示す。実施例4からNMOSトランジスタN1のゲートと接続されていたNMOSトランジスタ及び容量素子Cgを削除し、その代わりにコンダクタンス改善のために、NMOSトランジスタN1のしきい値電圧を0V程度まで下げていることを特徴とする。また、NMOSトランジスタN1のゲートとソースはダイオード接続されている。FIG. 8 shows a high voltage generation circuit according to the eighth embodiment. The NMOS transistor and the capacitive element Cg connected to the gate of the NMOS transistor N1 are deleted from the fourth embodiment, and instead the threshold voltage of the NMOS transistor N1 is lowered to about 0 V in order to improve conductance. Features. The gate and source of the NMOS transistor N1 are diode-connected.

正電圧及び負電圧を出力する場合のトリプルウエル中のボトムNウエル電位制御は実施例4と同じである。電圧発生効率はNMOSトランジスタN1のしきい値電圧に依存し、しきい値電圧を低くするほど、電圧発生効率を改善できる。トランジスタ素子数、制御容易性の観点では、実施例4より有利である。The bottom N well potential control in the triple well in the case of outputting the positive voltage and the negative voltage is the same as that of the fourth embodiment. The voltage generation efficiency depends on the threshold voltage of the NMOS transistor N1, and the voltage generation efficiency can be improved as the threshold voltage is lowered. From the viewpoint of the number of transistor elements and controllability, it is more advantageous than the fourth embodiment.

以上の実施例1〜8で説明した高電圧発生回路は図11の不揮発性半導体記憶装置において書き込み及び消去動作時に用いる。The high voltage generation circuit described in the first to eighth embodiments is used at the time of writing and erasing operations in the nonvolatile semiconductor memory device of FIG.

本件発明は、不揮発性半導体記憶装置における書き込み及び消去動作に必要な高電圧発生回路に適用できる。The present invention can be applied to a high voltage generation circuit necessary for writing and erasing operations in a nonvolatile semiconductor memory device.

本発明の実施例1にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。1 is a configuration and control method of a high voltage generation circuit according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例2にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。4 shows a configuration and control method of a high voltage generation circuit according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例3にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。10 shows a configuration and control method of a high voltage generation circuit according to Example 3 of the present invention. 本発明の実施例4にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。7 shows a configuration and a control method of a high voltage generation circuit according to Example 4 of the present invention. 本発明の実施例5にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。10 shows a configuration and a control method of a high voltage generation circuit according to Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施例6にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。10 shows a configuration and a control method of a high voltage generation circuit according to Embodiment 6 of the present invention. 本発明の実施例7にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。12 shows a configuration and a control method of a high voltage generation circuit according to Example 7 of the present invention. 本発明の実施例8にかかる高電圧発生回路の構成及び制御方法である。10 shows a configuration and a control method of a high voltage generation circuit according to an eighth embodiment of the present invention. 本発明の実施例3、7にかかる負電圧出力時の制御タイミング例である。It is an example of the control timing at the time of the negative voltage output concerning Examples 3 and 7 of the present invention. 本発明の実施例1〜8にかかる高電圧発生回路を構成するトランジスタの断面構造例である。It is an example of a section structure of a transistor which constitutes a high voltage generating circuit concerning Examples 1-8 of the present invention. 本発明の実施例1〜8にかかる高電圧発生回路を含んだ不揮発性半導体記憶装置のブロック図である。1 is a block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device including a high voltage generation circuit according to Embodiments 1 to 8 of the present invention. FIG. 従来例(特許文献1)における負高電圧発生回路の回路構成例である。It is a circuit structural example of the negative high voltage generation circuit in a prior art example (patent document 1). 従来例(特許文献2)における正負高電圧発生回路の回路構成例である。It is a circuit structural example of the positive / negative high voltage generation circuit in a prior art example (patent document 2). 従来例(特許文献2)における正負高電圧発生回路の構成及び制御方法である。It is a structure and control method of the positive / negative high voltage generation circuit in a prior art example (patent document 2).

P1、P2 PMOSトランジスタ
N1、N2、N3 NMOSトランジスタ
Cmain、Cg キャパシタ
D1、D2 寄生ダイオード
P1, P2 PMOS transistors N1, N2, N3 NMOS transistors Cmain, Cg Capacitors D1, D2 Parasitic diodes

Claims (5)

半導体基板上に設けられるチャージポンプ回路であって、第1の電源電位を受ける第1の電源ノードと、前記第1の電源ノードと第1の内部ノードとの間に接続される第1のスイッチ手段と、第1の出力電位を出力する第1の出力ノードと、前記第1の内部ノードと前記第1の出力ノードとの間に接続される第2のスイッチ手段と、前記第1の電源電位よりも低い第2の電源ノードと、前記第2の電源ノードと第2の内部ノードとの間に接続される第3のスイッチ手段と、第2の出力電位を出力する第2の出力ノードと、前記第2の内部ノードと前記第2の出力ノードとの間に接続される第4のスイッチ手段と、前記第1の内部ノードと前記第2の内部ノードとの間に接続され、前記第1の内部ノードの電位よりも前記第2の内部ノードの電位を高くする電圧発生手段とを備え、前記電圧発生手段は、前記第1の内部ノードから前記第2の内部ノードへ向けて電流を流すように設けられる直列に接続された第1のNMOSトランジスタと、前記直列接続された第1のNMOSトランジスタの接続ノードに一方の電極が接続され、他方の電極にクロック信号が与えられる第1のキャパシタを含み、第1の動作モードにおいては、前記第2のスイッチ手段、前記第3のスイッチ手段は導通状態とされ、前記第1のスイッチ手段、前記第4のスイッチ手段は開放状態とされ、第2の動作モードにおいては、前記第1のスイッチ手段、前記第4のスイッチ手段は導通状態とされ、前記第2のスイッチ手段、前記第3のスイッチ手段は開放状態とされる、チャージポンプ回路。  A charge pump circuit provided on a semiconductor substrate, the first power supply node receiving a first power supply potential, and a first switch connected between the first power supply node and a first internal node Means, a first output node for outputting a first output potential, a second switch means connected between the first internal node and the first output node, and the first power supply A second power supply node lower than the potential, a third switch connected between the second power supply node and the second internal node, and a second output node for outputting a second output potential And a fourth switch means connected between the second internal node and the second output node, connected between the first internal node and the second internal node, The electric power of the second internal node is higher than the electric potential of the first internal node. Voltage generating means for increasing the voltage, and the voltage generating means includes a first NMOS transistor connected in series provided to flow current from the first internal node to the second internal node; , Including a first capacitor having one electrode connected to a connection node of the first NMOS transistors connected in series and a clock signal applied to the other electrode. In the first operation mode, the second capacitor The switch means and the third switch means are turned on, the first switch means and the fourth switch means are opened, and in the second operation mode, the first switch means, The charge pump circuit, wherein the fourth switch means is in a conductive state, and the second switch means and the third switch means are in an open state. 請求項1記載のチャージポンプ回路において、前記第1のNMOSトランジスタは周辺及び底面をNウエルで囲まれたPウエル内に形成され、前記第1のNMOSトランジスタのゲート端子とソース端子との間に接続され、前記第1のNMOSトランジスタが形成されるPウエルと同じ電位のPウエル内に形成される第2のNMOSトランジスタと、前記第1のNMOSトランジスタのゲート端子に一方の電極が接続され、他方の電極にクロック信号が与えられる第2のキャパシタと、前記Nウエルの端子と前記第2の電源ノードとの間に接続される第3のNMOSトランジスタと、前記Nウエル内に形成され、前記Pウエルの端子と前記Nウエルの端子との間に接続される第1のPMOSトランジスタとを含む、チャージポンプ回路。  2. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the first NMOS transistor is formed in a P well whose periphery and bottom are surrounded by an N well, and between the gate terminal and the source terminal of the first NMOS transistor. A second NMOS transistor formed in a P-well having the same potential as the P-well in which the first NMOS transistor is formed, and one electrode connected to the gate terminal of the first NMOS transistor; A second capacitor to which a clock signal is applied to the other electrode; a third NMOS transistor connected between a terminal of the N-well and the second power supply node; and the N-well. A charge pump circuit including a first PMOS transistor connected between a terminal of a P well and a terminal of the N well. 請求項1記載のチャージポンプ回路において、前記第1のNMOSトランジスタは周辺及び底面をNウエルで囲まれたPウエル内に形成され、前記第1のNMOSトランジスタのゲート端子とソース端子は接続され、前記Nウエルの端子と前記第2の電源ノードとの間に接続される第2のNMOSトランジスタと、前記Nウエル内に形成され、前記Pウエルの端子と前記Nウエルの端子との間に接続される第1のPMOSトランジスタとを含む、チャージポンプ回路。  2. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the first NMOS transistor is formed in a P-well having a periphery and a bottom surrounded by an N-well, and a gate terminal and a source terminal of the first NMOS transistor are connected, A second NMOS transistor connected between the N-well terminal and the second power supply node, and formed in the N-well, connected between the P-well terminal and the N-well terminal. And a first PMOS transistor. 請求項3記載のチャージポンプ回路において、前記第1のNMOSトランジスタのしきい値電圧が前記第2のNMOSトランジスタのしきい値電圧より低いことを特徴とするチャージポンプ回路。  4. The charge pump circuit according to claim 3, wherein a threshold voltage of the first NMOS transistor is lower than a threshold voltage of the second NMOS transistor. 請求項1に記載のチャージポンプ回路によって発生される高電圧を用いて書き込み及び消去が行われる不揮発性半導体記憶装置。  A nonvolatile semiconductor memory device in which writing and erasing are performed using a high voltage generated by the charge pump circuit according to claim 1.
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