KR100706834B1 - Circuit for controlling substrate bias voltage in semiconductor memory apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압이 설정 레벨보다 떨어지는 현상을 방지하는 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로를 제시한다.The present invention provides a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device which prevents a phenomenon in which the substrate bias voltage of the semiconductor memory device falls below a set level.
본 발명의 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로는 고전위 전압(VPP)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 감지 신호를 출력하는 고전위 전압 감지 수단, 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨 초과 여부에 따라 기판 바이어스 전압 펌핑 동작을 제어하기 위한 기판 바이어스 전압 인에이블 신호를 출력하는 기판 바이어스 전압 감지 수단 및 상기 감지 신호의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 제어하는 설정 전압 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The substrate bias voltage control circuit of the semiconductor memory device of the present invention is a high potential voltage sensing means for outputting a sensing signal according to whether or not the reference level of the high potential voltage VPP is exceeded, and depending on whether the set level of the substrate bias voltage VBB is exceeded. Substrate bias voltage sensing means for outputting a substrate bias voltage enable signal for controlling a substrate bias voltage pumping operation, and setting voltage control means for controlling a set level of the substrate bias voltage VBB in response to an input of the sensing signal; It is characterized by including.
반도체 메모리 장치, 기판 바이어스 전압, 고전위 전압 Semiconductor Memory Device, Substrate Bias Voltage, High Potential Voltage
Description
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 드롭 현상을 설명하기 위한 그래프,1 is a graph illustrating a substrate bias voltage drop phenomenon in a semiconductor memory device according to the related art;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도,2 is a block diagram illustrating a configuration of a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 도시한 고전위 전압 감지 수단의 상세 구성도,3 is a detailed configuration diagram of the high potential voltage sensing means shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시한 기판 바이어스 전압 감지 수단 및 설정 레벨 제어 수단의 상세 구성도,4 is a detailed configuration diagram of the substrate bias voltage sensing means and the set level control means shown in FIG.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도,5 is a block diagram showing a configuration of a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention;
도 6은 도 4에 도시한 외부 공급전원 감지 수단의 상세 구성도,6 is a detailed configuration diagram of the external power supply detecting means shown in FIG. 4;
도 7은 도 4에 도시한 기판 바이어스 전압 제어 회로의 상세 구성도,7 is a detailed configuration diagram of the substrate bias voltage control circuit shown in FIG. 4;
도 8은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 동작을 설명하기 위한 그래프이다.8 is a graph illustrating a substrate bias voltage control operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 고전위 전압 감지 수단10: high potential voltage detection means
20/60 : 기판 바이어스 전압 감지 수단20/60: substrate bias voltage sensing means
30/70 : 설정 전압 제어 수단30/70: setting voltage control means
40 : 기판 바이어스 전압 펌프40: Substrate Bias Voltage Pump
50 : 외부 공급전원 감지 수단50: external power supply detection means
본 발명은 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압이 설정 레벨보다 떨어지는 현상을 방지하는 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device, and more particularly, to a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device which prevents a phenomenon in which the substrate bias voltage of the semiconductor memory device falls below a set level.
일반적으로 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 외부 공급전원(VDD) 및 그라운드 전압(VSS) 등의 전압을 칩의 외부로부터 공급 받아 고전위 전압(VPP) 및 기판 바이어스 전압(VBB) 등의 내부 전압을 자체적으로 생성하여 사용한다. 그러나 이 때 공급되는 상기 외부 공급전원(VDD)은 항상 정확히 일정한 레벨을 유지하지 못하고 여러 가지 요인에 의해 미세하게 값이 변화한다.In general, a dynamic random access memory (DRAM) receives voltages such as an external supply power supply (VDD) and a ground voltage (VSS) from the outside of the chip to receive internal voltages such as a high potential voltage (VPP) and a substrate bias voltage (VBB). Create and use your own. However, the external power supply VDD supplied at this time does not always maintain a precisely constant level, and the value changes minutely by various factors.
반도체 메모리 장치의 리프레쉬 동작시에는 칩 내부에서 상기 고전위 전압(VPP)의 사용량이 늘어나게 된다. 상기 외부 공급전원(VDD)의 값이 설정 레벨 이하로 떨어진 상태(이하, 로우 VDD 영역)에 리프레쉬 동작 모드에 진입하게 되면 상기 고전위 전압(VPP)의 값은 설정 레벨 이하로 떨어지게 된다. 이러한 상기 고전위 전 압(VPP)의 값의 변화는 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 레벨에 영향을 미치게 된다. 그것은 반도체 메모리 장치의 공정의 특성상 상기 두 전압 사이에 웰 캐패시턴스(Well Capacitance) 등이 발생하기 때문이다. 따라서 상기 고전위 전압(VPP)이 설정 레벨 이하로 떨어지면 상기 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨 또한 설정 레벨 이하로 떨어지는 현상이 발생한다.During the refresh operation of the semiconductor memory device, the usage amount of the high potential voltage VPP increases in the chip. When the value of the external supply power supply VDD enters the refresh operation mode when the value of the external supply voltage VDD falls below the set level (hereinafter, referred to as a low VDD region), the value of the high potential voltage VPP falls below the set level. The change in the value of the high potential voltage VPP affects the level of the substrate bias voltage VBB. This is because the well capacitance occurs between the two voltages due to the characteristics of the process of the semiconductor memory device. Therefore, when the high potential voltage VPP falls below the set level, the substrate bias voltage VBB level also falls below the set level.
도 1은 종래의 기술에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 드롭 현상을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a graph illustrating a substrate bias voltage drop phenomenon in a semiconductor memory device according to the related art.
도면은 로우 VDD 영역에서의 리프레쉬 동작에 의한 고전위 전압(VPP) 및 기판 바이어스 전압(VBB)의 변화를 나타낸 것이다. 반도체 메모리 장치가 리프레쉬 모드에 진입하였음을 알리는 리프레쉬 신호(rfsh)가 인에이블 된 구간 동안 상기 고전위 전압(VPP)은 0.5V 정도 드롭(Drop)되며 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 0.3V 정도 드롭된 것을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 로우 VDD 영역에서의 리프레쉬 동작이 일어나게 되면 상기 고전위 전압(VPP)의 드롭 현상이 발생하고 그에 따라 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 설정 레벨보다 낮아지게 된다.The figure shows the change of the high potential voltage VPP and the substrate bias voltage VBB due to the refresh operation in the low VDD region. During the period in which the refresh signal rfsh indicating that the semiconductor memory device has entered the refresh mode is enabled, the high potential voltage VPP drops about 0.5V and the substrate bias voltage VBB drops about 0.3V. You can see that. As described above, when the refresh operation occurs in the low VDD region, a drop phenomenon of the high potential voltage VPP occurs, and thus the substrate bias voltage VBB becomes lower than the set level.
이와 같이 기판 바이어스 전압(VBB) 드롭 현상이 발생하면 반도체 메모리 장치에 구비되는 트랜지스터들의 문턱 전압이 높아지게 되고 그로 인해 리프레쉬 동작시 메모리 셀의 리스토어(Restore) 성능을 떨어뜨리게 되어 비트라인 센싱의 오동작이 발생하는 등의 부작용이 초래된다.As such, when the substrate bias voltage VBB drop occurs, the threshold voltage of the transistors in the semiconductor memory device is increased, thereby reducing the restore performance of the memory cell during the refresh operation, thereby causing a malfunction of the bit line sensing. Side effects such as
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 메모리 장치의 고전위 전압(VPP)의 드롭 현상이 발생할 때 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 상승시켜 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상으로 인한 전압 레벨을 보상함으로써 각 트랜지스터들의 문턱 전압 변화로 인해 발생할 수 있는 오동작을 방지하여 주는 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로를 제공하는 데에 그 기술적 과제가 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and when the drop phenomenon of the high potential voltage VPP of a semiconductor memory device occurs, the set level of the substrate bias voltage VBB is increased to drop the substrate bias voltage VBB. There is a technical problem to provide a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device that compensates a voltage level due to a phenomenon to prevent a malfunction that may occur due to a change in the threshold voltage of each transistor.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로는, 고전위 전압(VPP)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 감지 신호를 출력하는 고전위 전압 감지 수단; 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨 초과 여부에 따라 기판 바이어스 전압 펌핑 동작을 제어하는 기판 바이어스 전압 인에이블 신호를 출력하는 기판 바이어스 전압 감지 수단; 상기 감지 신호의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 제어하는 설정 전압 제어 수단; 및 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호의 입력에 대한 응답으로 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑을 지속 또는 중단하는 기판 바이어스 전압 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device, including: a high potential voltage sensing unit configured to output a sensing signal depending on whether a reference level of the high potential voltage VPP is exceeded; Substrate bias voltage sensing means for outputting a substrate bias voltage enable signal for controlling a substrate bias voltage pumping operation according to whether or not a set level of the substrate bias voltage VBB is exceeded; Setting voltage control means for controlling a setting level of the substrate bias voltage VBB in response to an input of the sensing signal; And a substrate bias voltage pump configured to continuously or stop pumping the substrate bias voltage VBB in response to an input of the substrate bias voltage enable signal.
또한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로는, 외부 공급전원(VDD)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 감지 신호를 출력하는 외부 공급전원 감지 수단; 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨 초과 여부에 따라 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑 동작을 제어하는 기판 바이어스 전압 인에이블 신호를 출력하는 기판 바이어스 전압 감지 수단; 상기 감지 신호 및 리프레쉬 동작 모드로의 진입을 알리는 리프레쉬 신호의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 제어하는 설정 전압 제어 수단; 및 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호의 입력에 대한 응답으로 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑을 지속 또는 중단하는 기판 바이어스 전압 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the substrate bias voltage control circuit of the semiconductor memory device of the present invention, the external power supply sensing means for outputting a detection signal in accordance with whether or not the reference level of the external power supply (VDD); Substrate bias voltage sensing means for outputting a substrate bias voltage enable signal for controlling a pumping operation of the substrate bias voltage VBB according to whether or not the set level of the substrate bias voltage VBB is exceeded; Setting voltage control means for controlling a setting level of the substrate bias voltage VBB in response to an input of the detection signal and a refresh signal informing the entry into the refresh operation mode; And a substrate bias voltage pump configured to continuously or stop pumping the substrate bias voltage VBB in response to an input of the substrate bias voltage enable signal.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
상기 기판 바이어스 전압 제어 회로는 고전위 전압(VPP)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 제 1 감지 신호(det_1)를 출력하는 고전위 전압 감지 수단(10), 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨 초과 여부에 따라 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑 동작을 제어하기 위한 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 출력하는 기판 바이어스 전압 감지 수단(20), 상기 제 1 감지 신호(det_1)의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 제어하는 설정 전압 제어 수단(30) 및 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)의 입력에 대한 응답으로 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑을 지속 또는 중단하는 기판 바이어스 전압 펌프(40)로 구성된다.The substrate bias voltage control circuit includes a high potential voltage sensing means 10 for outputting a first sensing signal det_1 according to whether a reference level of the high potential voltage VPP is exceeded, and a setting level of the substrate bias voltage VBB is exceeded. The substrate bias voltage sensing means 20 for outputting a substrate bias voltage enable signal VBB_enb for controlling a pumping operation of the substrate bias voltage VBB according to the input of the first sensing signal det_1. The pumping of the substrate bias voltage VBB is continued or stopped in response to an input of the set voltage control means 30 for controlling the set level of the substrate bias voltage VBB and the substrate bias voltage enable signal VBB_enb. And a substrate
이와 같이 구성된 기판 바이어스 전압 제어 회로의 동작은 이하의 도면을 통해 설명하기로 한다.The operation of the substrate bias voltage control circuit configured as described above will be described with reference to the following drawings.
도 3은 도 2에 도시한 고전위 전압 감지 수단의 상세 구성도이다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the high potential voltage sensing unit shown in FIG. 2.
상기 고전위 전압 감지 수단(10)은 상기 고전위 전압(VPP)을 분배하여 제 1 분배 전압(Vdiv_1)을 구하기 위한 전압 분배부(110), 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)의 레벨과 제 1 기준 전압(Vref_1)의 레벨을 비교하기 위한 비교부(120) 및 상기 비교부(120)의 비교 결과 출력되는 신호를 구동하여 상기 제 1 감지 신호(det_1)를 출력하는 구동부(130)로 구성된다.The high potential voltage detecting means 10 divides the high potential voltage VPP to obtain a first divided voltage Vdiv_1 and a level of the first divided voltage Vdiv_1 and a level of the first divided voltage Vdiv_1.
여기에서 상기 전압 분배부(110)는 직렬 연결되는 복수 개의 저항의 조합인 저항 어레이로 구성되며, 구하고자 하는 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)의 레벨에 따라 노드 1(N1)의 위치를 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)이 상기 고전위 전압(VPP)의 2분의 1에 해당하는 레벨을 갖는 전압이라면 상기 노드 1(N1)의 위치는 양단의 저항값이 같은 곳에 위치하게 된다.Here, the
상기 비교부(120)는 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)과 상기 제 1 기준 전압(Vref_1)을 입력으로 하고 상기 고전위 전압(VPP) 및 그라운드 전압(VSS)이 각각 인가되는 4개의 트랜지스터로 구현되는 차동 증폭기 형태로 구성된다.The
이 때 상기 제 1 기준 전압(Vref_1)은 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)과 비교하기 위한 전압이다. 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)은 상기 고전위 전압(VPP)으로부터 분배된 전압이므로 상기 제 1 기준 전압(Vref_1)은 상기 고전위 전압(VPP)의 기준 레벨 초과 여부를 측정하기 위한 전압이 되는 것이다.In this case, the first reference voltage Vref_1 is a voltage for comparing with the first division voltage Vdiv_1. Since the first division voltage Vdiv_1 is a voltage divided from the high potential voltage VPP, the first reference voltage Vref_1 is a voltage for measuring whether the reference level of the high potential voltage VPP is exceeded. .
상기 구동부(130)는 직렬 연결되는 복수 개의 인버터의 조합인 인버터 어레이로 구성된다. 여기에서는 상기 인버터 어레이가 홀수 개의 인버터로 구현되는 것을 예로 들어 나타내었다.The
상기 고전위 전압(VPP)이 기준 레벨 이상이면 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1) 은 상기 제 1 기준 전압(Vref_1)보다 높은 레벨을 갖게 된다. 이 때 상기 비교부(120)의 노드 2(N2)에는 로우 레벨(Low Level)의 전압이 인가된다. 이후 상기 노드 2(N2)의 전압은 다시 상기 구동부(130)에서 구동되어 하이 레벨(High Level)의 상기 제 1 감지 신호(det_1)로 출력된다.When the high potential voltage VPP is higher than or equal to the reference level, the first division voltage Vdiv_1 has a higher level than the first reference voltage Vref_1. At this time, a low level voltage is applied to the node 2 N2 of the
한편 상기 고전위 전압(VPP)이 소정 레벨 이하이면 상기 제 1 분배 전압(Vdiv_1)은 상기 제 1 기준 전압(Vref_1)보다 낮은 레벨을 갖게 된다. 이 때 상기 비교부(120)의 노드 2(N2)에는 하이 레벨의 전압이 인가된다. 이후 상기 노드 2(N2)의 전압은 다시 상기 구동부(130)에서 구동되어 로우 레벨의 상기 제 1 감지 신호(det_1)로 출력된다.Meanwhile, when the high potential voltage VPP is less than or equal to a predetermined level, the first division voltage Vdiv_1 has a level lower than the first reference voltage Vref_1. At this time, a high level voltage is applied to the node 2 N2 of the
도 4는 도 2에 도시한 기판 바이어스 전압 감지 수단 및 설정 레벨 제어 수단의 상세 구성도이다.4 is a detailed configuration diagram of the substrate bias voltage sensing means and the set level control means shown in FIG.
도시한 바와 같이, 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(20)은 구동 전압(Vdrv)을 노드 3(N3)에 공급하기 위한 구동 전압 공급부(210), 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 상기 노드 3(N3)의 전압 레벨을 제어하는 감지 신호 제어부(220) 및 상기 노드 3(N3)의 전압을 구동하여 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 출력하는 구동부(230)로 구성된다.As shown in the drawing, the substrate bias voltage sensing means 20 may determine whether the driving
이 때 상기 구동 전압(Vdrv)은 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 생성하기 위한 전압으로서, 코어 전압(Vcore)으로 구현 가능하나 이에 한정되지는 않는다.In this case, the driving voltage Vdrv is a voltage for generating the substrate bias voltage enable signal VBB_enb and may be implemented as a core voltage Vcore, but is not limited thereto.
또한 상기 구동 전압 공급부(210)는 직렬 연결되는 복수 개의 저항인 저항 어레이 또는 직렬 연결되는 복수 개의 트랜지스터인 트랜지스터 어레이로 구현 가능하다.In addition, the driving
그리고 상기 감지 신호 제어부(220)는 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 레벨에 따라 상기 노드 3(N3)에 인가되는 전압을 상기 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크시키거나 유지시키는 트랜지스터 어레이로 구성된다. 여기에서 상기 트랜지스터 어레이의 복수 개의 트랜지스터 사이에 노드 4(N4)가 존재하여 상기 설정 전압 제어 수단(30)과 연결된다. 상기 노드 4(N4)는 상기 제 1 감지 신호(det_1)의 인에이블 여부에 따라 상기 감지 신호 제어부(220)의 저항값을 변화시킨다. 그러므로 상기 노드 4(N4)의 위치에 의해 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 상승시키기 위한 타이밍이 결정된다.The
그리고 상기 구동부(230)는 직렬 연결되는 복수 개의 인버터의 조합인 인버터 어레이로 구성된다. 여기에서는 상기 인버터 어레이가 홀수 개의 인버터로 구현되는 것을 예로 들어 나타내었다.In addition, the
상기 설정 전압 제어 수단(30)은 상기 고전위 전압 감지 수단(10)으로부터 전달되는 상기 제 1 감지 신호(det_1)의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(20)의 상기 노드 4(N4)의 전압을 상기 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크시키나 유지시키는 스위칭 트랜지스터(302)로 구성된다.The set voltage control means 30 is the node 4 (N4) of the substrate bias voltage detection means 20 in response to the input of the first detection signal det_1 transmitted from the high potential voltage detection means 10. The switching
상기 제 1 감지 신호(det_1)가 하이 레벨일 때 즉 상기 고전위 전압(VPP)이 소정 레벨 이상일 때 상기 설정 전압 제어 수단(30)의 상기 스위칭 트랜지스터(302)는 턴 오프(turn off) 된다. 따라서 상기 설정 전압 제어 수단(30)은 상기 기 판 바이어스 전압 감지 수단(20)에 아무런 영향을 끼치지 못하고 상기 노드 4(N4)의 전압 레벨은 일정 레벨 이상으로 유지된다.When the first detection signal det_1 is at a high level, that is, when the high potential voltage VPP is higher than or equal to a predetermined level, the switching
이 때 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(20)의 상기 감지 신호 제어부(220)의 모든 트랜지스터의 문턱 전압의 합의 절대값 이상 하강하게 되면 상기 노드 3(N3)의 전압 레벨은 로우 레벨이 된다. 상기 노드 3(N3)에 인가되는 로우 레벨의 전압은 상기 구동부(230)에서 구동되어 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)로 출력된다. 상기 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)는 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)에 전달되어 상기 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추는 펌핑 동작을 중단시킨다.At this time, when the substrate bias voltage VBB falls above an absolute value of the sum of threshold voltages of all the transistors of the
반면에 상기 제 1 감지 신호(det_1)가 로우 레벨일 때 즉 상기 고전위 전압(VPP)이 소정 레벨 이하일 때 상기 설정 전압 제어 수단(30)의 상기 스위칭 트랜지스터(302)는 턴 온(turn on) 된다. 따라서 상기 노드 4(N4)의 전압 레벨은 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크된다.On the other hand, when the first detection signal det_1 is at a low level, that is, when the high potential voltage VPP is below a predetermined level, the switching
이 때 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(20)의 상기 감지 신호 제어부(220)의 상기 노드 3(N3)과 상기 노드 4(N4) 사이에 존재하는 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값 이상 하강하기만 하면 상기 노드 3(N3)의 전압 레벨은 로우 레벨이 된다. 즉 상술한 상기 제 1 감지 신호(det_1)가 하이 레벨인 경우보다 빠른 타이밍에 상기 노드 3(N3)의 전압 레벨이 로우 레벨이 되는 것이다. 이후 상기 노드 3(N3)에 인가되는 로우 레벨의 전압은 상기 구동부(230)에서 구동되어 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)로 출력된다. 상기 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)는 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)에 전달되어 상기 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추는 펌핑 동작을 중단시킨다.At this time, the substrate bias voltage VBB is equal to the threshold voltage of the transistor existing between the node 3 (N3) and the node 4 (N4) of the
이와 같이 상기 고전위 전압(VPP)이 기준 레벨 이하의 값을 갖는 경우 상기 고전위 전압(VPP)이 기준 레벨 이상의 값을 가질 때보다 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 빠른 타이밍에 인에이블 시켜 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)의 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추기 위한 펌핑 동작을 빠른 타이밍에 중단시킨다.As such, when the high potential voltage VPP has a value below the reference level, the substrate bias voltage enable signal VBB_enb is enabled at a faster timing than when the high potential voltage VPP has a value above the reference level. The pumping operation for lowering the substrate bias voltage VBB level of the substrate
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로의 구성을 나타낸 블록도로서, 외부 공급전원(VDD) 및 리프레쉬 신호(rfsh)의 인에이블 여부에 따라 기판 바이어스 전압(VBB)이 제어되는 경우에 대한 실시예이다.FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a substrate bias voltage control circuit of a semiconductor memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. VBB) is an embodiment for the case where it is controlled.
상기 기판 바이어스 전압 제어 회로는 외부 공급전원(VDD)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 제 2 감지 신호(det_2)를 출력하는 외부 공급전원 감지 수단(50), 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨 초과 여부에 따라 기판 바이어스 전압(VBB)의 펌핑 동작을 제어하는 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 출력하는 기판 바이어스 전압 감지 수단(60), 상기 제 2 감지 신호(det_2) 및 리프레쉬 동작 모드로의 진입을 알리는 리프레쉬 신호(rfsh)의 입력에 대응하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 제어하는 설정 전압 제어 수단(70) 및 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)의 입력에 대한 응답으로 상기 기판 바이어스 전 압(VBB)의 펌핑을 지속 또는 중단하는 기판 바이어스 전압 펌프(40)로 구성된다.The substrate bias voltage control circuit may include an external power supply sensing means 50 for outputting a second detection signal det_2 and a set level of the substrate bias voltage VBB according to whether the reference level of the external power supply VDD is exceeded. The substrate bias voltage sensing means 60 for outputting the substrate bias voltage enable signal VBB_enb for controlling the pumping operation of the substrate bias voltage VBB, the second sensing signal det_2 and the refresh operation mode In response to the input of the refresh signal (rfsh) for notifying the input voltage control means 70 for controlling the setting level of the substrate bias voltage (VBB) and the input of the substrate bias voltage enable signal (VBB_enb) And a substrate
이와 같이 구성된 기판 바이어스 전압 제어 회로의 동작은 이하의 도면을 통해 설명하기로 한다.The operation of the substrate bias voltage control circuit configured as described above will be described with reference to the following drawings.
도 6은 도 4에 도시한 외부 공급전원 감지 수단의 상세 구성도이다.FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the external power supply sensing means shown in FIG. 4.
상기 외부 공급전원 감지 수단(50)은 상기 외부 공급전원(VDD)을 분배하여 제 2 분배 전압(Vdiv_2)을 구하기 위한 전압 분배부(510), 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)의 레벨과 제 2 기준 전압(Vref_2)의 레벨을 비교하기 위한 비교부(520) 및 상기 비교부(520)의 비교 결과 출력되는 신호를 구동하여 상기 제 2 감지 신호(det_2)를 출력하는 구동부(530)로 구성된다.The external power supply sensing means 50 divides the external power supply VDD to obtain a second divided voltage Vdiv_2, and a level and a second level of the second divided voltage Vdiv_2.
여기에서 상기 전압 분배부(510)는 직렬 연결되는 복수 개의 저항의 조합인 저항 어레이로 구성되며, 구하고자 상기 제 3 분배 전압(Vdiv_3)의 레벨에 따라 노드 5(N5)의 위치를 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)이 상기 외부 공급전원(VDD)의 2분의 1에 해당하는 레벨을 갖는 전압이라면 상기 노드 5(N5)의 위치는 양단의 저항값이 같은 곳에 위치하게 된다.The
상기 비교부(520)는 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)과 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)을 입력으로 하고 상기 외부 공급전원(VDD) 및 상기 그라운드 전압(VSS)이 각각 인가되는 4개의 트랜지스터로 구현되는 차동 증폭기 형태로 구성된다.The
이 때 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)은 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)과 비교하기 위한 전압이다. 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)은 상기 외부 공급전원(VDD)으로부터 분배된 전압이므로 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)은 상기 외부 공급전원(VDD) 의 기준 레벨 초과 여부를 측정하기 위한 전압이 되는 것이다.In this case, the second reference voltage Vref_2 is a voltage for comparing with the second division voltage Vdiv_2. Since the second divided voltage Vdiv_2 is a voltage distributed from the external power supply VDD, the second reference voltage Vref_2 is a voltage for measuring whether or not the reference level of the external power supply VDD is exceeded. .
상기 구동부(530)는 직렬 연결되는 복수 개의 인버터의 조합인 인버터 어레이로 구성된다. 여기에서는 상기 인버터 어레이가 홀수 개의 인버터로 구현되는 것을 예로 들어 나타내었다.The driving
상기 외부 공급전원(VDD)이 기준 레벨 이상이면 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)은 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)보다 높은 레벨을 갖게 된다. 이 때 상기 비교부(520)의 노드 6(N6)에는 로우 레벨의 전압이 인가된다. 이후 상기 노드 6(N6)의 전압은 다시 상기 구동부(530)에서 구동되어 하이 레벨의 상기 제 2 감지 신호(det_2)로 출력된다.When the external supply power source VDD is equal to or greater than the reference level, the second division voltage Vdiv_2 has a higher level than the second reference voltage Vref_2. At this time, a low level voltage is applied to the node 6 N6 of the
한편 상기 외부 공급전원(VDD)이 소정 레벨 이하이면 상기 제 2 분배 전압(Vdiv_2)은 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)보다 낮은 레벨을 갖게 된다. 이 때 상기 비교부(520)의 노드 6(N6)에는 하이 레벨의 전압이 인가된다. 이후 상기 노드 6(N6)의 전압은 다시 상기 구동부(530)에서 구동되어 로우 레벨의 상기 제 2 감지 신호(det_2)로 출력된다.Meanwhile, when the external supply power source VDD is less than or equal to a predetermined level, the second division voltage Vdiv_2 has a level lower than the second reference voltage Vref_2. At this time, a high level voltage is applied to the node 6 N6 of the
도 7은 도 4에 도시한 기판 바이어스 전압 감지 수단 및 설정 레벨 제어 수단의 상세 구성도이다.FIG. 7 is a detailed configuration diagram of the substrate bias voltage sensing means and the set level control means shown in FIG. 4.
도시한 바와 같이, 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(60)은 구동 전압(Vdrv)을 노드 7(N7)에 공급하기 위한 구동 전압 공급부(610) 및 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 기준 레벨 초과 여부에 따라 상기 노드 7(N7)의 전압 레벨을 제어하는 감지 신호 제어부(620) 및 상기 노드 7(N7)의 전압을 구동하여 상기 기판 바 이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 출력하는 구동부(630)로 구성된다.As shown in the drawing, the substrate bias
이 때 상기 구동 전압(Vdrv)은 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 생성하기 위한 전압으로서, 코어 전압(Vcore)으로 구현 가능하나 이에 한정되지는 않는다.In this case, the driving voltage Vdrv is a voltage for generating the substrate bias voltage enable signal VBB_enb and may be implemented as a core voltage Vcore, but is not limited thereto.
또한 상기 구동 전압 공급부(610)는 직렬 연결되는 복수 개의 저항인 저항 어레이 또는 직렬 연결되는 복수 개의 트랜지스터인 트랜지스터 어레이로 구현 가능하다.In addition, the driving
그리고 상기 감지 신호 제어부(620)는 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 레벨에 따라 상기 노드 7(N7)에 인가되는 전압을 상기 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크시키거나 유지시키는 트랜지스터 어레이로 구성된다. 여기에서 상기 트랜지스터 어레이의 복수 개의 트랜지스터 사이에 노드 8(N8)이 존재하여 상기 설정 전압 제어 수단(70)과 연결된다. 상기 노드 8(N8)은 상기 제 2 감지 신호(det_2)의 인에이블 여부에 따라 상기 감지 신호 제어부(620)의 저항값을 변화시킨다. 그러므로 상기 노드 8(N8)의 위치에 의해 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 상승시키기 위한 타이밍이 결정된다.The
그리고 상기 구동부(630)는 직렬 연결되는 복수 개의 인버터의 조합인 인버터 어레이로 구성된다. 여기에서는 상기 인버터 어레이가 홀수 개의 인버터로 구현되는 것을 예로 들어 나타내었다.In addition, the driving
상기 설정 전압 제어 수단(70)은 상기 외부 공급전원 감지 수단(50)으로부터 전달되는 상기 제 2 감지 신호(det_2)와 리프레쉬 동작 모드임을 알리는 리프레쉬 신호(rfsh)를 입력 받아 상기 두 신호의 인에이블 여부에 대응되는 신호를 출력하는 노어게이트(702) 및 상기 노어게이트(702)에서 출력되는 신호를 입력 받아 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(60)의 상기 노드 8(N8)의 전압을 상기 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크시키거나 유지시키는 스위칭 트랜지스터(704)로 구성된다.The set voltage control means 70 receives the second detection signal det_2 transmitted from the external supply power detection means 50 and a refresh signal rfsh indicating that the refresh operation mode is enabled. The voltage of the node 8 (N8) of the substrate bias voltage sensing means 60 is received by the NOR
도시한 바에 따르면 상기 제 2 감지 신호(det_2)와 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 인에이블 되었다는 것은 상기 두 신호가 로우 레벨의 전압값을 갖을 때에 해당한다.As shown in the drawing, the second detection signal det_2 and the refresh signal rfsh are enabled when the two signals have a low voltage value.
상기 제 2 감지 신호(det_2) 또는 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 하이 레벨일 때 즉 상기 외부 공급전원(VDD)이 소정 레벨 이상이거나 상기 반도체 메모리 장치가 리프레쉬 모드에 진입하지 않았을 때 상기 설정 전압 제어 수단(70)의 상기 스위칭 트랜지스터(804)는 턴 오프(turn off) 된다. 따라서 상기 설정 전압 제어 수단(70)은 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(60)에 아무런 영향을 끼치지 못하고 상기 노드 8(N8)의 전압 레벨은 일정 레벨 이상으로 유지된다.The set voltage control means when the second detection signal det_2 or the refresh signal rfsh is at a high level, that is, when the external power supply VDD is above a predetermined level or the semiconductor memory device does not enter the refresh mode. The switching transistor 804 of 70 is turned off. Therefore, the set voltage control means 70 has no influence on the substrate bias voltage detection means 60, and the voltage level of the node 8 N8 is maintained above a predetermined level.
이 때 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(60)의 상기 감지 신호 제어부(620)의 모든 트랜지스터의 문턱 전압의 합의 절대값 이상 하강하게 되면 상기 노드 7(N7)의 전압 레벨은 로우 레벨이 된다. 상기 노드 7(N7)에 인가되는 로우 레벨의 전압은 상기 구동부(630)에서 구동되어 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)로 출력된다. 상기 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)는 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)에 전달되어 상기 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추는 펌핑 동작을 중단시킨다.At this time, when the substrate bias voltage VBB falls below an absolute value of the sum of threshold voltages of all the transistors of the
반면에 상기 제 2 감지 신호(det_2)와 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 로우 레벨일 때 즉 상기 외부 공급전원(VDD)이 소정 레벨 이하이고 상기 반도체 메모리 장치가 리프레쉬 모드에 진입했을 때 상기 설정 전압 제어 수단(70)의 상기 스위칭 트랜지스터(704)는 턴 온 된다. 따라서 상기 노드 8(N8)의 전압 레벨은 그라운드 전압(VSS) 레벨로 싱크된다.On the other hand, when the second detection signal det_2 and the refresh signal rfsh are at a low level, that is, when the external power supply VDD is below a predetermined level and the semiconductor memory device enters a refresh mode, the set voltage control is performed. The switching
이 때 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 상기 기판 바이어스 전압 감지 수단(60)의 상기 감지 신호 제어부(620)의 상기 노드 7(N7)과 상기 노드 8(N8) 사이에 존재하는 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값 이상 하강하기만 하면 상기 노드 7(N7)의 전압 레벨은 로우 레벨이 된다. 즉 상술한 상기 제 2 감지 신호(det_2) 또는 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 하이 레벨인 경우보다 빠른 타이밍에 상기 노드 7(N7)의 전압 레벨이 로우 레벨이 되는 것이다. 이후 상기 노드 7(N7)에 인가되는 로우 레벨의 전압은 상기 구동부(630)에서 구동되어 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)로 출력된다. 상기 하이 레벨의 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)는 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)에 전달되어 상기 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추는 펌핑 동작을 중단시킨다.At this time, the substrate bias voltage VBB is equal to the threshold voltage of the transistor existing between the node 7 (N7) and the node 8 (N8) of the
이와 같이 상기 외부 공급전원(VDD)이 기준 레벨 이하의 값을 갖는 경우 상기 외부 공급전원(VDD)이 기준 레벨 이상의 값을 가질 때보다 상기 기판 바이어스 전압 인에이블 신호(VBB_enb)를 빠른 타이밍에 인에이블 시켜 상기 기판 바이어스 전압 펌프(40)의 기판 바이어스 전압(VBB) 레벨을 낮추기 위한 펌핑 동작을 빠른 타이밍에 중단시킨다.As such, when the external power supply VDD has a value equal to or less than a reference level, the substrate bias voltage enable signal VBB_enb is enabled at a faster timing than when the external power supply VDD has a value greater than or equal to the reference level. The pumping operation for lowering the substrate bias voltage VBB level of the substrate
도 8은 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 동작을 설명하기 위한 그래프이다.8 is a graph illustrating a substrate bias voltage control operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
도면은 로우 VDD 영역에서의 리프레쉬 동작에 의한 고전위 전압(VPP) 및 기판 바이어스 전압(VBB)의 변화를 나타낸 것이다. 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 인에이블 된 구간 동안 상기 고전위 전압(VPP)은 0.5V 정도 드롭(Drop)되나 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 드롭되지 않은 것을 확인할 수 있다. 상술한 바와 같이, 로우 VDD 영역에서의 리프레쉬 동작시 상기 고전위 전압(VPP)은 드롭되지만 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 설정 레벨이 상기 리프레쉬 신호(rfsh)가 인에이블 됨과 동시에 일정 레벨 상승하므로 드롭 현상이 발생하여도 원래 상기 기판 바이어스 전압(VBB)에 설정된 레벨에 근접한 값을 갖게 되는 것이다.The figure shows the change of the high potential voltage VPP and the substrate bias voltage VBB due to the refresh operation in the low VDD region. During the period in which the refresh signal rfsh is enabled, the high potential voltage VPP drops about 0.5V, but the substrate bias voltage VBB is not dropped. As described above, during the refresh operation in the low VDD region, the high potential voltage VPP is dropped, but the substrate bias voltage VBB is dropped because a set level rises at a constant level as the refresh signal rfsh is enabled. Even if a phenomenon occurs, the value is close to the level originally set at the substrate bias voltage VBB.
이처럼 상기 고전위 전압(VPP) 레벨의 드롭 현상으로 인한 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상 발생시 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 높여 주면 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상을 방지할 수 있다. 또한 상기 고전위 전압(VPP) 레벨의 드롭 현상의 원인이 되는 로우 VDD 영역에서의 리프레쉬 모드 진입시에도 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 상승시킴으로써 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상을 방지할 수 있다. 따라서 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상으로 인한 트랜지스터의 문턱 전압 변화로 인해 야기되는 오동작을 사전에 차단할 수 있다.As such, when the setting level of the substrate bias voltage VBB is increased when the drop of the substrate bias voltage VBB occurs due to the drop of the high potential voltage VPP level, the drop of the substrate bias voltage VBB is prevented. can do. Also, when the refresh mode is entered in the low VDD region that causes the drop of the high potential voltage VPP level, the set level of the substrate bias voltage VBB is increased to prevent the drop of the substrate bias voltage VBB. can do. Therefore, the malfunction caused by the change of the threshold voltage of the transistor due to the drop of the substrate bias voltage VBB can be blocked in advance.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것 을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 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. do.
이상에서 설명한 본 발명의 반도체 메모리 장치의 기판 바이어스 전압 제어 회로는 반도체 메모리 장치의 고전위 전압(VPP)의 드롭 현상이 발생할 때 기판 바이어스 전압(VBB)의 설정 레벨을 상승시켜 기판 바이어스 전압(VBB)의 드롭 현상으로 인한 전압 레벨을 보상함으로써 각 트랜지스터들의 문턱 전압 변화로 인해 발생할 수 있는 오동작을 방지하는 효과가 있다.The substrate bias voltage control circuit of the semiconductor memory device of the present invention described above increases the set level of the substrate bias voltage VBB when the drop phenomenon of the high potential voltage VPP of the semiconductor memory device occurs, thereby increasing the substrate bias voltage VBB. By compensating for the voltage level due to the drop phenomenon of, there is an effect of preventing a malfunction that may occur due to the change in the threshold voltage of each transistor.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050129740A KR100706834B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Circuit for controlling substrate bias voltage in semiconductor memory apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020050129740A KR100706834B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Circuit for controlling substrate bias voltage in semiconductor memory apparatus |
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ID=38161703
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KR1020050129740A KR100706834B1 (en) | 2005-12-26 | 2005-12-26 | Circuit for controlling substrate bias voltage in semiconductor memory apparatus |
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KR (1) | KR100706834B1 (en) |
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2005
- 2005-12-26 KR KR1020050129740A patent/KR100706834B1/en not_active IP Right Cessation
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20110325 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |