TWI293465B - Apparatus for generating internal voltage in test mode and its method - Google Patents

Description

1293465 * a 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種設 備，用以接收外部電路所輸入之供應電壓與藉由抑制或提 高供應電壓以產生一低或高內部電壓。 【先前技術】 一般來說，半導體元件操作在一供應電壓或一低內部電 壓以下。然而，在半導體元件的特定操作之下，一高供應 電壓（VPP)具有比供應電壓（VDD)較高的電壓位準，且應被 輸入至半導體元件。舉例來說，當快閃記憶體元件操作在 程式化（pro gram)或是抹除模式，高供應電壓VPP被輸入至 此快閃記憶體元件中。再者，用以增加高積體化之半導體 記憶元件之操作速度，高供應電壓VPP被用來致動字元 線。半導體記憶元件包括一高電壓產生器，用以產生該高 供應電壓VPP。 同時，在具有負字元線結構之半導體記憶元件中，負供 應電壓VBBW被供應用以致動或非致動在半導體記憶元件 中之字元線。因此，在半導體記憶元件中，負電壓產生器 用以產生負電壓供應電壓是必須的。 第1圖顯示內部電壓產生器，其包括在習知半導體記憶 元件，用以產生高供應電壓VPP或一負供應電壓VBBW。 之後，將描述當內部電壓產生器產生該高供應電壓VPP的 情況。 如圖所示，此內部電壓產生器包括電壓位準偵測器 110，環振盪器120與充電泵（chargepump)130。 1293465 仔細來說，電壓位準偵測器1 1 0比較一高供應電壓 VPP，其被輸出以及從充電泵130回饋，具有參考電壓 Viref。然後，該電壓位準偵測器110輸出一振盪器致動信 號ppe具有一邏輯高位準”H”至環振盪器120假如高供應電 壓VPP之位準沒有達到預定之電壓位準，例如，參考電壓 Vref之電壓位準。環振盪器120接收振盪器致動信號ppe 與產生一泵控制信號tosc以回應振盪器致動信號PPe。假 如泵控制信號to sc被致動，充電泵130推升一供應電壓 VDD至預定的電壓位準。 在此，一栗控制信號tosc之致動（activation)週期由包 括在環振盪器120中的延遲區塊所決定。一般來說，奇數 個反向器包括在延遲區塊。再者，用以控制延遲時脈的延 遲時間，延遲區塊更包括電阻與電容。 假如高供應電壓VPP達到參考電壓Vref的電壓位準， 振盪器啓動信號ppe爲邏輯高位準，其係輸出自電壓位準 偵測器11 〇。然後，環振盪器1 2 0被關閉及充電泵1 3 0則不 再被操作。 在內部電壓產生器中，一充電量用以泵供應電壓至高供 應電壓依據包括在充電泵13〇之泵電容的電容量與一泵控 制信號tosc之啓動週期。假如電容量變的較大平均充電量 用以泵供應電壓係增加。因此’從充電泵1 3 0輸出之該高 供應電壓VPP快速推升至一預定電壓準位。 然而，半導體元件的晶片尺寸變的更大用以增加電容。 此外，假如環振盪器的週期是短的’用在泵供應電壓之充 電不能完整的被傳送。 1293465 因此，半導體元件依據不同的狀況應該包括一環振盪器 用以產生一泵控制信號具有一察知（appreciate)週期，例如 半導體元件的線圈配置、製造過程的變化，例如溫度等等。 然而，環振盪器不能產生具有察知週期之泵控制信號， ~ 因爲無法去應用太多的各種情況於半導體元件之中。然 ~ 後，環振盪器一般產生泵控制信號具有週期依據實際上的 量測。也就是，泵控制信號的週期藉由物理狀況被決定， 例如包括在環振盪器中反向器的數目。在此，其花費相當 的時間去執行實際的量測用以設定精確的週期至由環振盪 鲁 器產生之泵控制信號。 再者，因爲半導體裝置只使用多數個延遲元件，這些元 件是已經設計且建立用以調整泵控制信號的週期。其係非 常困難去校正泵控制信號的週期用在反射各種不同因素由 製造步驟或實際泵控制信號操作所發生之問題。 如上所述，高供應電壓VPP所增加之程度依據泵控制 信號的週期。根據習知技藝，半導體元件中，因爲泵控制 信號之週期是藉由環振盪器之延遲値所決定，且對於瞭解 φ 高供應電壓VPP之週期變動有所限制，其係依據泵控制信 號之週期變動。 【發明內容】 據此，本發明的目的在於提供一種半導體元件用以產生 、 一內部電壓藉由推升（boosting up)供應電壓在可變循環依 _ 據泵控制信號，其中泵控制信號之週期係可更改。 以本發明之一觀點來看，本發明之另一目的在於提供半 導體元件用以調整泵控制信號的週期藉由使用測試模式信 1293465 號。 從本發明另一觀點來看，本發明之另一目的在於提供半 導體元件用以調整泵控制信號的週期依據外部電路所輸入 之時脈信號。 - 本發明之另一目的在於提供一種半導體元件，用以調整 、 泵控制信號之週期依據外部電路所輸入之時脈信號之週期 以回應一測試模式信號。 根據本發明之一觀點來看，在此提供一種設備用以接收 一第一供應電壓，用以產生一內部電壓，包括一控制信號 鲁 產生時脈，用以接收一控制致動信號與一時脈信號並產生 一泵控制信號具有一由控制啓動信號其中之一之週期所決 定以及時脈信號以回應測試模式信號；與一充電泵區塊， 用以轉變該第一供應電壓成爲該內部電壓以回應該泵控制 信號。 根據本發明之另一觀點來看，本發明提供一種用以接收 一第一供應電壓之方法，該方法用以產生一內部電壓，包 括下列步驟：（a)接收一控制致動信號與一時脈信號與產生 馨 一具有一週期之泵控制信號，該週期係由該控制致動信號 其中之一所決定與該時脈信號以回應一測試模式信號；以 及（b)轉換該第一供應電壓成爲該內部電壓，以回應該泵控 制信號。 · 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯 、 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 【實施方式】 1293465 應圖 供合 一 配 第將 一 後 收隨 接且 以並 用， 備明 設發 一 本 有據 具根 件壓 元電。 體部明 導內說 半一的 一 生步 ， 產 一 著以進 接用更 壓做 電示 第2圖爲根據本發明描述包括在半導體元件之內部電 壓產生器之方塊圖，其係用以接收第一供應電壓用以產生 內部電壓。 如圖所示，內部電壓產生器包括控制信號產生區塊200 與充電泵區塊1 3 0 ’。 控制信號產生區塊200接收控制致動信號ppe與內部 時脈信號CLKi，以產生泵控制信號tosc。在此，泵控制信 號tosc具有一週期，其係由此控制致動信號ppe與內部時 脈信號CLKi之一所決定，以回應測試模式信號tm_en與控 制致動信號ppe。此測試模式信號從外部電路被輸入以測 試半導體元件的效能。此充電泵區塊1 3 0 ’用以轉換第一供 應電壓成爲內部電壓以回應泵控制信號to sc。第一供應電 壓係供應電壓VDD其中之一與接地供應VSS係從外部電路 供應至內部電壓產生器。 此外，此內部電壓產生器包括比較區塊1 1 〇 ’與緩衝器 140。此比較區塊1 10’係用以比較內部電壓之準位與參考電 壓VREF之準位，藉以產生控制致動信號ppe依據該比較 結果。緩衝器140接收一外部電路之時脈信號CLK以及緩 衝時脈信號CLK以產生內部時脈信號CLKi。 更仔細的來說，控制信號產生區塊200包括環振盪器 210、時脈脈衝區塊220與信號選擇區塊230。 環振盪器210接收比較區塊110’輸出之控制致動信號 1293465 ppe，以產生第一控制信號osc jing。時脈脈衝區塊220接 收內部緩衝器140輸出之時脈信號CLKi用以產生一第二控 制信號〇sc_clk以回應測試模式信號tm_en與控制致動信 號。之後，信號選擇區塊230選擇第一與第二控制信號 osc_ring與ring_clk其中之一以回應測試模式信號tm_en 用以輸出已選擇信號作爲泵控制信號to sc。 在此，內部電壓爲高供應電壓VPP假如第一供應電壓 被輸入至內部電壓產生器爲供應電壓VDD。此外，該內部 電壓爲負供應電壓VBBW假如第一供應電壓爲接地電壓 VSS。 第3圖爲包括在如第2圖所示之內部電壓產生器中之 控制信號產生區塊200之電路圖。 如上所述，控制信號產生區塊包括環振盪器2 1 0、時 脈脈衝區塊220與信號選擇區塊23 0。 環振盪器2 1 0用以產生第一控制信號〇sc_ring包括第 一 NAND閘，一延遲區塊INV6與第一反向器。第一 NAND 閘用以接收控制致動信號ppe，以產生第一脈衝信號。延 遲區塊IN V6具有多數個反向器延遲從第一脈衝信號輸出 之第一脈衝信號以回饋第一脈衝信號至第一 NAND閘。在 此延遲區塊INV6之延遲値決定第一控制信號oscjing之 週期。再者，延遲區塊具有奇數個反向器，例如三個反向 器。第一反向器是用以反向第一 NAND閘輸出之第一脈衝 信號用以產生作爲第一控制信號〇sc_ring。 時脈脈衝區塊220用以產生第二控制信號〇sc_c lk包 括第二NAND閘與多數個反向器。第二NAND閘接收內部 1293465 時脈信號CLKi用以產生第二時脈信號以回應測試模式信 號tm_en與控制致動信號ppe。多數個反向器用以反向第二 NAND閘輸出之第二脈衝信號以產生作爲第二控制信號 〇SC_c lk。也就是，在這裡有奇數個反向器。 最後，信號選擇區塊23 0包括多數個NAND閘。首先’ 第二反向器用以反向測試模式信號tm_en。一第三NAND 閘接收一第二反向器輸出之反向器測試模式信號與第一控 制信號〇sc_ring用以輸出反向第一控制信號用以輸出反向 第一控制信號以回應反向測試模式信號。同樣地，第四 NAND閘用以接收測試模式信號tm_en與第二控制信號並 輸出一反向第一控制信號以回應測試模式信號tm_en。 然後，第五NAND閘接收反向第一脈衝信號與反向第 二脈衝信號，其係個別地從第三與第四NAND閘輸出並執 行一邏輯NAND操作。第三反向器用以反向第五NAND閘 的輸出信號；第四反向器用以反向第三反向器的輸出信號 輸出以作爲泵控制信號tosc。 也就是，假如測試模式信號tm_en爲邏輯高準位，信 號選擇區塊230輸出從時脈脈衝區塊220輸出之第二控制 信號oscjlk作爲泵控制信號tosc。此外，也就是，假如測 試模式信號tm_en爲邏輯低準位，信號選擇區塊23 0輸出 從環振盪器210輸出之第一控制信號oscjing作爲泵控制 信號tosc 。 同時，控制信號產生區塊200能夠被用來評估充電泵 區塊130’的效能。舉例來說，假如各種時脈信號個別地具 有不同週期被輸入至控制信號產生區塊200於不需比較區 1293465 . 塊1 10’，其可能去瞭解泵範圍以回應泵控制信號to sc的週 期。 此外，用以瞭解充電泵操作的最大效能就連續地實行 主動預充電操作來說，其消耗高電壓，一控制信號用以控 制主動預充電操作，其被輸入至時脈脈衝區塊220代替控 制致動信號p p e。 第4圖爲一時脈圖，其根據測試模式信號tm_en之啓 動或非啓動描述內部電壓產生器之操作。 如圖所示，根據測試模式信號tm_en的主動或非主 動，內部電壓產生器產生泵控制信號to sc具有不同的週 期。假如測試模式信號tm_en爲邏輯低準位”L”，由環振盪 器所產生之第一控制信號〇sc_ring被輸出作爲泵控制信號 tosc。此外，假如測試模式信號tm_en爲邏輯高準位”η”， 第二控制信號依據時脈信號CLK被輸出作爲泵控 制信號tosc。 根據本發明，不需要去設計與實行多數個內部電壓產 生器用以評估充電泵區塊的效能。再者，用以增強充電泵 區塊的效能藉由反射各種在製造階段所發生的因素或者是 充電泵區塊的實際操作情況，校正泵控制信號的週期是容 易的，其操作充電泵區塊。因爲，時間與花費用以發展具 有內部電壓產生器半導體裝置能夠減少。 本發明包含之課題係有關於在2004年6月30日於韓 國專利局相關之韓國專利案第2004-49849號，全部的內容 在此係藉由範例所整合在一起。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 -12- 1293465 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 【圖式簡單說明】 ， 第1圖爲顯示包括在習知半導體元件之內部電壓產生 _ 器之區塊圖； 第2圖爲根據本發明之描述包括在半導體元件之內部 電壓產生器之方塊圖； 第3圖爲包括在如第2圖所示之內部電壓產生器中之 0 控制信號產生區塊之電路圖； 第4圖爲一時脈圖，其根據測試模式信號之啓動或非 啓動描述內部電壓產生器之操作。 【主要元件符號說明】 110， 110’ 感 測 器 120 環 振 盪 器 130， 130’ 充 電 泵 140 緩 衝 器 200 控 制 信 號 產 生區塊 210 環 振 盪 器 220 時 脈 脈 衝 塊 230 信 號 選 擇 塊 INV6 延 遲 Ts ldrt 塊 -13-

Claims (1)

1293465 十、申請專利範圍： 1. 一種用以接收一第一供應電壓以產生一內部電壓之設 備，包括： 一控制信號產生區塊，用以接收一控制致動信號與一 — 時脈信號與產生一具有一週期之一泵控制信號，該週期 - 由任一該控制致動信號與該時脈信號所決定以回應一測 試模式信號：以及 一充電泵區塊，用以轉變該第一供應電壓成爲該內部 電壓以回應該泵控制信號。 # 2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中更包括一比較區塊， 用以比較參考電壓準位（level)與內部電壓準位，並依據 該比較結果產生該控制致動信號。 3 ·如申請專利範圍第2項之設備，其中該時脈信號係從外 部電路被輸入。 4·如申請專利範圍第3項之設備，其中該控制信號產生區 塊包括： 一環振盪器，用以接收該控制致動信號以產生一第一 g 控制信號= 一時脈脈衝區塊，用以接收該時脈信號以產生一第二 控制信號以回應該測試模式信號與該控制致動信號：以 及 一信號選擇區塊’用以選擇該第一與該第二控制信號 其中之一以回應該測試模式信號以輸出作爲該泵控制信 號。 5 ·如申請專利範圍第4項之設備，其中該環振盪器包括： -14- 1293465 一第一 NAND閘，用以接收該控制致動信號以產生一 第一脈衝信號； 一延遲區塊，具有多數個反向器用以延遲該第一脈衝 信號與回饋該第一脈衝信號至該第一 NAND閘；以及 一第一反向器，用以反向自該第一 NAND閘輸出之該 第一脈衝信號以產生作爲該第一控制信號。 6 ·如申請專利範圍第5項之設備，其中該延遲區塊具有奇 數個反向器。 7 ·如申請專利範圍第5項之設備，其中該時脈脈衝區塊包 括： 一第二NAND閘，用以接收該時脈信號以產生一第二 脈衝信號以回應該測試模式信號與該控制致動信號；以 及 多數個反向器，用以反向輸出自該第二NAND閘之該 第二脈衝信號以產生作爲該第二控制信號。 8 .如申請專利範圍第7項之設備，其中該信號選擇區塊包 括·· 一第二反向器，用以反向該測試模式信號； 一第三NAND閘，用以接收一自該第二反向器輸出之 反向測試模式信號與該第一控制信號與輸出一反向第一 控制信號以回應該反向測試模式信號； 一第四NAND閘，用以接收該測試模式信號與該第二 控制信號與輸出一反向第一控制信號以回應該測試模式 信號； 一第五NAND閘，用以接收該反向第一控制信號與該 1293465 反向第二控制信號並實行一邏輯NAND操作； 一第三反向器，用以反向該第五N AND閘之輸出信號； 以及 一第四反向器，用以反向該第三反向器之輸出信號以 輸出作爲該泵控制信號。 9.如申請專利範圍第1項之設備，其中該內部電壓是高供 應電壓假如該第一供應電壓爲供應電壓。 1 〇·如申請專利範圍第1項之設備，其中假如該第一供應電 壓接地，該內部電壓爲負供應電壓。 1 1 · 一種用以接收一第一供應電壓之方法，該方法用以產生 一內部電壓，包括下列步驟： a) 接收一控制致動信號與一時脈信號與產生一具有一 週期之泵控制信號，該週期係由該控制致動信號其中之 一所決定與該時脈信號以回應一測試模式信號；以及 b) 轉換該第一供應電壓成爲該內部電壓以回應該泵控 制信號。 12. 如申請專利範圔第11項之方法，其中更包括下列步驟： Ο比較該內部電壓與參考電壓之位準；以及 d)產生該控制致動信號依據該比較結果。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該步驟a)包括： a-1 )接收該控制致動信號以產生一第一控制信號藉由 使用一延遲區塊； a-2)接收該時脈信號以產生一第二控制信號以回應該 測試模式信號與該控制致動信號；以及 a-3)選擇該第一與第二控制信號其中之一以回應該測 1293465 . 試模式信號以輸出作爲泵控制信號。 14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該時脈信號係從 外部電路被輸入。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該延遲區塊具有 ， 奇數個反向器。 16. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該內部電壓爲高 供應電壓假如該第一供應電壓爲供應電壓。 17. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該內部電壓爲負 供應電壓假如該第一供應電壓接地。

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