KR100268442B1

KR100268442B1 - 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법

Info

Publication number: KR100268442B1
Application number: KR1019970081000A
Authority: KR
Inventors: 정휘택; 박종민
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2000-10-16
Also published as: JPH11260078A; JP4068247B2; TW434553B; US6434052B1; KR19990060756A

Abstract

본 발명은 불 휘발성 반도체 메모리 장치에 관한것으로서, 더 구체적으로는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법에 관한 것으로서, 복수개의 워드 라인들과, 복수개의 비트 라인들을 갖고, 소오스, 드레인, 플로팅 게이트, 그리고 콘트롤 게이트를 갖는 소거 및 프로그램 가능한 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이와, 어드레스 버퍼, 행 디코더, 열 디코더, 전원전압 검출 부, 선택 제어부, 선택부, 데이터 입출력 버퍼들, 기입 구동부들, 그리고 Y 패스 게이트를 포함하는 불휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 외부로부터 전원전압을 인가받고, 이를 기준전압과 비교하여 전원전압의 레벨 검출 신호를 발생하는 단계와; 상기 검출 신호에 따라 선택 제어 신호들을 발생하는 단계와; 상기 선택 제어 신호들에 따라 선택 신호들을 발생하는 단계와; 상기 선택 신호들을 상기 기입 구동부들에 인가하여 선택된 비트 라인으로 프로그램이 실행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 방법으로 전원전압의 레벨에 따라 비트 라인을 소정 그룹으로 나누어 프로그램을 실행할 수 있다.

Description

불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법(program method of non volatile semiconductor memory device)

본 발명은 플래쉬 메모리 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 노어형 플래쉬 메모리 장치 및 프로그램 방법에 관한 것이다.

전기적으로 프로그램 및 소거, 독출 동작이 가능한 불 휘발성 반도체 메모리 장치들 중에 특히, 노어형 플래쉬 메모리 장치(NOR type flash memory device)는 프로그램 및 독출 동작시 속도가 월등히 빠르기 때문에 고속 동작을 요하는 사용자들로부터 많은 호응을 얻고 있다.

도 1은 플래쉬 메모리 셀의 단면도이다.

플래쉬 메모리 셀은 P형 반도체 기판 (2)위에 채널 영역을 사이에 두고 N⁺불순물로 형성된 소오스(3) 및 드레인(4)과, 상기 채널 영역 위에 100Å이하의 얇은 절연막(7)을 사이에 두고 형성되는 플로팅 게이트(floating gate)(6)와, 상기 절연막(예를들어 ONO막)을 사이에 두고 상기 플로팅 게이트(6)와 절연된 콘트롤 게이트(control gate)(8)가 형성되어 있다. 상기 소오스(3), 드레인(4), 플로팅 게이트(6), 콘트롤 게이트(8) 그리고 반도체 기판위(2)에는 프로그램 및 소거, 독출 동작시 요구되는 전압들을 인가하기 위한 전원 단자들(Vs), (Vg), (Vd), (Vb)이 접속되어 있다.

통상적인 플래쉬 메모리의 프로그램 동작에 의하면, 드레인 영역과 인접한 채널 영역에서 플로팅 게이트로의 핫 일렉트론 인젝션(hot electron injection)이 발생함으로써, 플래쉬 메모리셀은 프로그램된다. 상기 전자 주입은 소오스 영역(3)과 상기 P 형 반도체 기판(2)을 접지 시키고, 콘트롤 게이트 전극(Vg)에 높은 고전압(10V)을 인가하고, 그리고 상기 드레인 영역(4)에 핫 일렉트론을 발생시키기 위해 적당한 양의 전압(5V∼6V)을 인가함으로써 이루어진다. 상기와 같은 전압 인가로 인해 플래쉬 메모리 셀이 프로그램되면, 음의 전하(negative charge)가 플로팅 게이트(6)에 충분히 축적되고 상기 플로팅 게이트(6)에 축적된 음의 전하는 일련의 독출 동작이 수행되는 동안 상기 프로그램된 플래쉬 메모리 셀의 문턱 전압(threshold voltage)을 높이는 역할을 한다.

일반적으로 독출 동작의 전압인가 조건은 플래쉬 메모리 셀의 드레인 영역(4)에 양의 전압(1V)을 인가하고, 콘트롤 게이트 전극(Vg)에는 소정 전압(약 4.5V 또는 전원전압)을 인가하고, 소오스 영역(3)에 0V를 인가하는 것이다. 상기와 같은 전압 조건하에서 독출 동작이 수행되면, 상기 핫 일렉트론 인젝션 방법에 의해서 문턱 전압이 높아진 프로그램된 플래쉬 메모리 셀은 그것의 드레인 영역(4)으로부터 소오스 영역(3)으로 전류가 주입되는 것이 방지된다. 이때, 프로그램된 상기 플래쉬 메모리 셀은 ″오프″(off)되었다고 하며, 그것의 문턱 전압은 통상적으로 6V∼7V사이의 분포를 갖는다.

계속해서, 플래쉬 메모리 셀의 소거 동작에 의하면, 상기 반도체 기판(2), 즉 벌크 영역에서 콘트롤 게이트(8)로의 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 발생시킴으로써 플래쉬 메모리 셀이 소거된다. 상기 F-N 터널링은 음의 고전압(-10V)을 상기 콘트롤 게이트(8)에 인가하고, 상기 벌크 영역과 콘트롤 게이트(8) 사이에 F-N 터널링을 발생시키기 위하여 적당한 양의 전압(5V)을 인가함으로써 이루어진다. 이때 드레인 영역(4)은 소거의 효과를 극대화시키기 위하여 고임피던스 상태(high impedance state)(예를 들면, 플로팅 상태; floating state)로 유지된다. 상기와 같은 소거 조건에 따른 전압들을 이에 대응되는 전원 단자들(Vg), (Vd), (Vs), 그리고 (Vb)에 인가하면, 상기 콘트롤 게이트(8)와 벌크 영역 사이에 강한 전계가 형성된다. 이로 인하여 F-N 터널링이 발생하며, 그 결과 프로그램된 셀의 플로팅 게이트(6)내의 음의 전하는 소오스 영역(3)으로 방출된다.

통상적으로 F-N 터널링은 6∼7MV/cm의 전계가 절연막(7) 사이에 인가되었을 때 발생하게 되며, 이는 플로팅 게이트(6)와 벌크 영역간에 100Å이하의 얇은 절연막이 형성되어 있기 때문에 가능한 것이다. 상기의 F-N 터널링에 따른 소거 방법에 의해서 음의 전하가 플로팅 게이트(6)에서 벌크 영역으로 방출되면, 일련의 독출 동작이 수행되는 동안에 상기 소거된 플래쉬 메모리 셀의 문턱 전압이 낮아지게 된다.

일반적인 플래쉬 메모리 구성에 있어서, 각각의 벌크 영역은 메모리 장치의 고집적화를 위해 복수개의 셀들이 함께 연결되고, 이로 인해 상기와 같은 소거 방법에 의해 소거 동작이 수행될 경우 복수개의 셀들이 동시에 소거된다. 소거 단위는 각각의 벌크 영역이 분리된 영역에 따라 결정된다. {예를 들어 64K byte : 이하 섹터(sector)라 칭한다.} 일련의 독출 동작이 수행되는 동안 상기 소거 동작에 의해 문턱 전압이 낮아진 플래쉬 메모리 셀은 콘트롤 게이트(8)에 일정 전압이 인가되면, 드레인 영역으로부터 소오스 영역(3)으로 전류 통로가 형성된다. 이때 플래쉬 메모리 셀은 ″온″(on)되었다고 한다. 그것의 문턱 전압은 약 1V∼3V사이의 분포를 갖는다. 표 1은 플래쉬 메모리 셀에 대한 프로그램, 소거 및 독출 동작시 각 전원 단자들 (Vg), (Vd), (Vs) 및(Vb)에 인가되는 전압 레벨을 보여준다.

[표 1]

동작 모드	Vg	Vd	Vs	Vb
프로그램	+10V	+5V∼+6V	0V	0V
소 거	-10V	Floating	Floating	+5V
독 출	+4.5V	+1V	0V	0V

도 2a는 프로그램 동작시 전원단자에 인가되는 전압에 따른 단면도이고, 도 2b는 프로그램 동작시 플래쉬 메모리 셀의 회로도이다.

상기한 바와 같은 전압 인가 조건에 따르면, 약 5V의 전압이 인가되는 드레인 단자에서 0V가 인가되는 소오스 단자로 약 400uA정도의 전류가 흐르게 된다. 상기 전류가 발생하는 동안 채널 영역에서의 핫 일렉트론(hot electron)은 채널 영역과 플로팅 게이트(6) 사이의 터널 옥사이드(tunnel oxide)(7)를 통하여 플로팅 게이트(6)에 충전된다. 일반적으로 상기와 같은 프로그램은 도 2a에서와 같이 드레인 단자에서 소오스 단자로 400uA나 되는 많은 양의 전류가 흐름에 따라 많은 수의 비트(bit)를 한꺼번에 프로그램 하지 못하고 바이트(byte)나 워드(word) 단위로 나누어 동작을 수행하게 된다.

만일 바이트를 단위로 프로그램을 수행한다면 3.2mA(400㎂×8)의 전류가 소모되고, 워드 단위로 프로그램을 수행하면 6.4mA(400㎂×16)의 전류가 소모된다. 그러나 프로그램 동작시 드레인 단자에 인가되는 5V 전압을 칩 내부에서 전원전압으로부터 펌프 회로를 사용하여 발생시키기 위해서는 많은 수의 챠지 펌프 회로(charge pump circuit)가 필요로 한다. 상기 챠지 펌프 회로의 수가 많아지게 되면 레이 아웃 면적이 증가하게 되고, 챠지 펌프 회로를 구동하기 위해 전원 단자에서 접지 단자로 많은 양의 전류가 소비되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMD사에서는 96 VLSI Circuits의 ″A 2.7V only 8Mb×16 NOR Flash Memory″에 기술한 바와 같이 1 워드를 4 비트씩 4번에 걸쳐 프로그램하는 방법을 제시하였다.

도 3은 플래쉬 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.

플래쉬 불 휘발성 반도체 메모리 장치는 메모리 셀 어레이(10), 어드레스 버퍼(20), 행 디코더(30), 열 디코더(40), Y 패스 게이트 회로(50), 데이터 입출력 라인들(I/O0, ‥‥, I/O15)에 대응되는 데이터 입출력 버퍼(Dinbuf0, ‥‥, Dinbuf15)들 그리고 선택 신호들(S0, ‥‥, S3)에 각각 대응되는 기입 구동 회로들(W/D 0∼3, ‥‥, W/D 12~15)을 구비하고 있다.

상기 메모리 셀 어레이(10)는 행 방향으로 워드 라인들과 열 방향으로 비트 라인들이 배열되어 있으며, 상기 비트 라인들에 각각 Y 패스 게이트 회로(50)가 연결된다. 상기 Y 패스 게이트 회로(50)는 열 디코더를 통해 비트 라인을 선택하게 되고, 선택 신호에 따라 비트 라인 구동 신호가 기입 구동 회로로 출력됨에 따라 선택된 비트 라인을 구동시키게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 불 휘발성 반도체 메모리 장치가 프로그램 동작을 수행하게 되면, 외부로부터 입출력 패드(pad)를 통하여 입력되는 16개의 데이터들은 4개를 단위로 데이터 입출력 라인에 대응되는 데이터 입력 버퍼들(Dinbuf i)에 저장된다. 이때 4 비트 단위로 프로그램 하기 위해서는 4개의 비트 라인을 동시에 선택해야만 하며, 이를 위해서는 각 기입 구동 회로마다 동일한 비트 라인 선택 신호들(S0, S1, S2, S3)을 인가해야 한다.

도 4는 프로그램 동작시 비트 라인 선택 신호들의 출력 파형도이다.

도 4를 참고하면, 선택 신호들(S0, S1, S2, S3)이 순차적으로 인에이블되어 4 비트 단위로 4번에 걸쳐서 1 워드(word)의 프로그램 동작이 수행된다. 그런데 외부 전원전압에서의 사용외에 낮은 전원전압 조건에서도 동작을 요구하는 사람들이 많아짐에 따라 low VCC나 넓은 범위(wide range)의 VCC에서도 프로그램 및 소거, 독출 동작이 요구되고 있는 추세이다.

그러나 상술한 바와 같이, 플래쉬 반도체 메모리 장치는 낮은 VCC에서 프로그램 동작을 수행할 때 요구되는 5V의 전압을 챠지 펌프를 통하여 칩 내부에서 발생시키기 위해서 전압을 펌핑하는 시간이 오래 걸려 더욱 어려워진다. 그리고 넓은 범위의 VCC에서는 낮은 VCC를 기준으로 한 번에 할 수 있는 프로그램 비트 수를 나누어 설계하면 프로그램 동작을 수행할 수 있지만, 종전보다 프로그램 동작 횟수가 증가하게 된다. 그리고 상대적으로 높은 전압에서는 낮은 VCC를 기준으로 프로그램 동작을 수행하게 되면 프로그램이 수행될 때마다 많은 양의 전류가 소비되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 전원전압의 레벨에 상관없이 보다 안정적으로 프로그램이 수행될 수 있도록 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치를 제공함에 있다.

도 1은 플래쉬 메모리 셀의 구조를 보여주는 단면도:

도 2a는 플래쉬 메모리 셀 전압 인가시 동작을 보여주는 회로도:

도 2b는 플래쉬 메모리 셀 전압 인가시 단면도:

도 3은 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도:

도 4는 도 3의 프로그램 동작시 선택 신호들의 동작 파형도:

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 구성을 보여주는 블록도:

도 6은 도 5의 전원 전압 검출 회로의 구성을 보여주는 회로도:

도 7a는 도 5의 선택 제어 회로의 구성을 보여주는 회로도:

도 7b는 선택 회로의 구성을 보여주는 회로도:

도 8은 도 5의 프로그램 동작시 선택 신호들의 출력 파형도:

도 9는 도 5의 프로그램 동작시 선택 신호들의 출력 파형도:

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명

100 : 메모리 셀 어레이 110 : 어드레스 버퍼

120 : 행 디코더 130 : 열 디코더

140 : Y 패스 게이트 회로 150 : 전원전압 검출 회로

160 : 선택 제어 회로 170 : 선택 회로

(구성)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 일 특징에 의하면, 복수개의 워드 라인들과, 복수개의 비트 라인들을 갖고, 소오스, 드레인, 플로팅 게이트, 그리고 콘트롤 게이트를 갖는 소거 및 프로그램 가능한 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이와, 어드레스 버퍼, 행 디코더, 열 디코더, 전원전압 검출부, 선택 제어부, 선택 부, 데이터 입출력 버퍼들, 기입 구동부들, 그리고 Y 패스 게이트들을 포함하는 불휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 외부로부터 전원 전압을 인가받고, 이를 기준 전압과 비교하여 전원전압의 레벨 검출 신호를 발생하는 단계와; 상기 검출 신호에 따라 선택 제어 신호들을 발생하는 단계와; 상기 선택 제어 신호들에 따라 선택 신호들을 발생하는 단계와; 상기 선택 신호들을 상기 기입 구동부들에 인가하여 선택된 비트 라인으로 프로그램이 실행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전원전압 검출부는 일입력단에 프로그램 동작을 알리는 신호가 인가되고, 이입력단에 칩 인에이블 신호가 인가되는 노어 게이트와; 전원전압이 인가되는 전원 단자와 제 1 노드 사이에 접속되는 제 1 저항과; 일단이 상기 제 1 노드에 접속되는 제 2 저항과; 게이트가 상기 노어 게이트의 출력단에 접속되고, 드레인은 상기 제 2 저항의 타단에, 소오스는 접지 전압이 인가되는 접지단자에 접속되는 NMOS 트랜지스터와; 비반전 단자가 상기 제 1 노드에 접속되고, 비반전 단자에 기준 전압이 인가되는 비교기와; 상기 비교기의 출력단에 입력단이 연결되어 검출 신호를 출력하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전원 전압 검출부는 전원 전압이 기준 전압보다 클때는 하이레벨의 검출 신호를 발생하고, 상기 전원 전압이 기준 전압보다 작을때는 로우레벨의 검출 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 선택 제어부는 하이레벨의 상기 검출 신호를 인가받을 때, 하나만 인에이블되고 나머지는 모두 비활성화되는 선택 제어 신호들을 출력하고, 로우 레벨의 검출 신호를 인가받을 때, 모두 비활성화 되는 선택 제어 신호들을 출력하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 선택부는 상기 검출 신호가 하이레벨일 때, 상기 선택 제어 신호들에 응답하여 순차적으로 한쌍씩 인에이블되는 선택 신호들을 발생하고, 상기 검출 신호가 로우레벨일 때, 순차적으로 인에이블되는 선택 신호들을 발생하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 기입 구동부는 상기 동시에 인에이블되는 한쌍의 선택 신호들을 인가받아 이에 해당되는 4비트의 비트 라인을 구동하고, 순차적으로 인에이블되는 선택 신호들을 인가받아 이에 해당되는 2비트의 비트 라인을 각각 구동하기 위한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 복수개의 행 라인들과 복수개의 열 라인들과; 소오스, 드레인, 플로팅 게이트, 콘트롤 게이트를 갖는 메모리 셀들과; 전원전압의 레벨을 검출하는 전원전압 검출부와; 전원 전압 검출부로부터 발생된 검출 신호를 인가받아 선택 신호를 출력하는 선택부와; 데이터를 외부로부터 인가받아 이를 저장하는 데이터 입출력 버퍼와; 상기 선택 신호를 인가받아 열 라인을 구동하기 위한 구동부와; 구동된 열 라인에 대응되는 비트 라인을 선택하기 위한 Y 패스 게이터를 포함하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서, 인가된 전원 전압을 기준 전압과 비교하여 전원전압 레벨 검출 신호를 출력하는 제 1 단계와; 상기 검출 신호에 따라 선택 신호를 출력하는 제 2 단계 및; 상기 선택 신호에 응답하여 비트 라인을 구동하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 선택 신호들은 상기 검출 신호가 하이레벨일 때, 한쌍씩 동시에 인에이블됨으로써, 4비트의 비트 라인들이 선택되도록 하고, 상기 검출 신호가 로우레벨일 때, 순차적으로 인에이블되어 2비트씩 비트 라인이 선택되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 방법에 의해서 전압레벨에 따라 각기 다른 레벨의 비트라인 선택신호가 출력되도록하여 프로그램 동작을 정확하게 수행할 수 있다.

(실시예)

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 참고도면들 도 5 내지 도 6, 도 7a, 도 7b , 도 8, 도 9에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 신규한 노어형 플래쉬 메모리 장치는 전원전압의 레벨에 따라 각기 다른 비트 라인 선택 신호들이 인에이블되어 프로그램 동작이 수행되도록 한다. 그러므로 낮은 전원전압이 인가될 때는 별도의 챠지 펌프 회로를 설계하지 않아도 되며, 상대적으로 높은 전원전압이 인가될 때는 비트 라인을 세분화하지 않고 4 비트씩 나누어 프로그램을 실행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 장치의 구성을 상세하게 보여주는 블록도이다.

플래쉬 메모리 장치는 메모리 셀 어레이(100), 어드레스 버퍼(110), 행 디코더(120), 열 디코더(130), Y 패스 게이트 회로(140), 전원전압 검출 회로(150), 선택 제어 회로(160), 선택 회로(170), 데이터 입력 버퍼들, 그리고 기입 구동 회로들을 구비하고 있다. 상기 메모리 셀 어레이(100)는 행 방향으로 신장하는 워드 라인들과 열 방향으로 신장하는 비트 라인들이 교차되어 있으며, 일 비트 라인에 드레인이 접속되고 일 비트 라인에 인접하는 이 비트 라인에 소오스가 접속되는 셀 트랜지스터들이 병렬로 연결되어 있다. 상기와 같은 셀 구조를 노어 구조로 된 셀 어레이라 한다. 어드레스 버퍼(110)는 외부로부터 소정 어드레스를 인가받아 워드 라인을 위한 어드레스 신호와 비트 라인을 위한 어드레스 신호를 출력한다. 행 디코더(120)는 상기 어드레스 신호를 디코딩하여 워드 라인을 선택하며, 열 디코더(130)는 상기 어드레스 버퍼(110)로부터 전달되는 어드레스 신호를 디코딩하여 이에 해당되는 비트 라인을 선택한다.

Y 패스 게이트 회로(140)는 상기 열 디코더(130)에 의해 비트 라인을 선택하며, 상기 전원전압 검출 회로(150)는 외부로부터 인가되는 VCC를 기준 전압(Vref)과 비교하여 검출 신호(VCC_det)를 출력한다. 이는 선택 제어 회로(160)에 인가되어 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥, 4bitsel3)을 발생한다. 상기 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥, 4bitsel3)은 비트 라인 선택 회로(160)에 인가되어 선택 신호들(S0, S1,‥‥, S7)을 출력한다. 계속해서, 데이터 입출력 버퍼들은 4개의 그룹으로 분리되고, 이들에 대응되어 순차적으로 4개를 한 단위로 이루는 데이터 입출력 라인들(I/O0,‥‥, I/O15)로부터 데이터를 전달받아 이를 소정 시간 저장한다. 상기 저장된 데이터는 선택 신호들(S0, S1, ‥‥, S7)에 각각 대응되는 기입 구동 회로들(W/D 0∼1, W/D 2∼3, ‥‥, W/D 14∼15)에 전달된다. 그러면, 선택 신호(Si)에 의해 선택된 기입 구동 회로(W/D j)는 Y 패스 게이트 회로(140)를 통해 비트 라인을 구동시킨다.

도 6은 전원전압 검출 회로의 구성을 상세하게 보여주는 회로도이다.

도 7a는 제 1 비트 라인 선택 회로의 구성을 보여주는 회로도이고, 도 7b는 제 2 비트 라인 선택 회로의 구성을 보여주는 회로도이다.

전원전압 검출 회로(150)는 프로그램 동작 신호

와 칩 인에이블 신호

를 조합하여 출력하는 노어 게이트(NO1)와, 전원전압(VCC)이 인가되는 전원 단자(1)와 제 1 노드(N1) 사이에 제 1 저항(R1)이 연결되고, 상기 제 1 노드(N1)에 일단이 연결되는 제 2 저항(R2)과, 게이트에 상기 노어 게이트(NO1)의 출력단에 접속되고, 드레인과 소오스가 상기 제 2 저항(R2)의 타단과 접지 전압(VSS)이 인가되는 접지 단자(2)에 각각 연결되는 모오스 트랜지스터(MN1)를 구비하고 있다. 그리고 반전 단자가 상기 제 1 노드(N1)에 접속되고, 비반전 단자에 기준 전압(Vref)이 인가되는 비교기(C)와 입력단이 상기 비교기(C)의 출력단에 연결되는 인버터(I1)를 포함한다.

상기 전원전압 검출 회로(140)는 인에이블되는 프로그램 신호

와 칩 인에이블 신호

를 인가받는 시점부터 NMOS 트랜지스터(MN1)에 인가됨으로써 전원 단자(1)와 접지 단자 사이(2)에 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)이 직렬 연결되도록 한다. 그로 인해 상기 저항들에 전원전압(VCC)이 분배되고, 기준 전압(Vref)이 인가되는 비교기(C)에 의해 상기 전원 전압의 레벨이 검출된다. 이는 다시 인버터(I1)를 통해 반전되어 전원전압 검출 신호(VCC_det)가 출력된다. 상기 전원전압(VCC)레벨이 기준 전압(Vref)보다 클 때는 하이레벨의 검출 신호(VCC_det)를 출력하며, 전원전압(VCC)이 기준 전압(Vref)보다 작을 때는 로우레벨의 검출 신호(VCC_det)를 출력한다.

상기 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥, 4bitsel3)이 인가되고, 타단에 짝수번째 선택 신호들(S0, S2, S4 ,S6)이 인가되는 낸드 게이트들(D1, D2, D3, D4)과 이에 직렬 연결되는 인버터들(I2, I3, I4, I5)이 각각 한 쌍을 이루어 이에 대응되는 4개의 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥, 4bitsel3)이 출력된다. 그리고 선택 회로(170)는 입력단들에 소정 신호들이 인가되는 낸드 게이트(D5, D8, D11, D14)와 이에 직렬 연결되어 짝수번째 선택 신호들(S0, S2, S4, S6)을 출력하는 인버터들(I6, I8, I10, I12)을 포함한다. 그리고 일입력단이 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥, 4bitsel3)이 인가되는 인버터들(I7, I9, I11, I13)의 출력단에 연결되고, 이입력단은 입력단들에 소정 신호들이 인가되는 낸드 게이트들(D6, D9, D12, D15)의 출력단에 연결되어 홀수번째 선택 신호들(S1, S3, S5, S7)을 출력하는 낸드 게이트들(D7, D10, D13, D16)을 구비하고 있다.

예를 들면, 전원전압 VCC의 범위가 2V∼4V일 때 특정 VCC(예를 들면, VCC=2.5V)를 전원전압 검출 회로(150)가 검출함으로써, VCC 〉2.5V 라면, 4비트를 단위로 4 번에 걸쳐 프로그램 동작을 수행한다. 그리고 VCC〈 2.5V라면, 낮은 VCC영역에서는 챠지 펌프의 용량 한계로 인해 2비트를 단위로 8번에 걸쳐 프로그램 동작이 수행된다. 상기 제 1 경우로서, VCC가 2.5V보다 커서 전원전압 검출 회로(150)로부터 ″H″의 신호가 출력되면, 이는 선택 제어 회로(160)의 각 낸드 게이트에 인가된다. 상기 낸드 게이트들(D1, D2, D3, D4)은 타단에 인가되는 짝수번째 선택 신호들(S0, S2, S4, S6)의 상태에 의해 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥ , 4bitsel3)의 출력 레벨이 결정된다.

만일 이때, 선택 신호 S0가 인에이블되면 낸드 게이트의 특성상 선택 제어 신호들(4bitsel0, ‥‥ , 4bitsel3)중에 4bitsel0만 ″H″가 되고, 나머지 선택 신호들(4bitsel1, 4bitsel2, 4bitsel3) 은 모두 ″L″로 유지된다. 상기 ″H″의 4bitsel0은 선택 회로(170)에 인가되고, 이는 인버터(I7)를 거쳐 ″L″로 바뀌어 낸드 게이트(D7)에 전달되며, 상기 낸드 게이트(D7)는 타단의 입력 신호 레벨에 상관없이 ″H″의 S1 신호를 출력한다. 즉 S0이 인에이블될 때 S1도 동시에 인에이블됨으로써 제 1 기입 구동 회로(W/D 0∼1)와 제 2 기입 구동 회로(W/D 2∼3)가 각각 2비트 씩 총 4 비트의 비트 라인들을 동시에 구동시키게 된다. 그 다음, 상기 선택 제어 회로(160)에 S2를 인에이블 시키면, 선택 회로(170)로부터 S2와 동시에 인에이블되는 S3가 발생하게 된다. 이는 제 3 기입 구동 회로(W/D 4∼5) 및 제 4기입 구동 회로(W/D 6∼7)에 인가됨으로써 4비트의 비트 라인들을 구동시킨다. 결과적으로는 선택 신호들이 순차적으로 한 쌍씩 S0∼S1, S2∼S3, S4∼S5, S6∼S7 인에이블됨으로써 4번에 걸쳐 4비트씩 프로그램이 실행된다.

제 2 경우로서, VCC〈 2.5V이면 ″L″의 검출 신호(VCC_det)가 전원전압 검출 회로(150)로부터 발생되면 이는 선택 제어 회로(160)에 인가되고, 상기 낸드 게이트들(D1, D2, D3, D4)은 그 특성상 ″L″의 신호가 입력되면 짝수번째 선택 신호들(S0, S2, S4, S6)과는 상관없이 무조건 ″H″의 신호를 인버터들(I2, I3, I4, I5)에 전달함으로써 모두 ″L″의 동일한 선택 제어 신호들(4bitsel0, 4bitsel1, 4bitsel2, 4bitsel3)을 출력한다. 상기 선택 제어 신호들(4bitsel0, 4bitsel1, 4bitsel2, 4bitsel3)은 선택 회로(170)의 인버터들(I7, I9, I11, I13)에 인가되며, 그 출력은 삼입력단자를 갖는 낸드 게이트의 출력 신호와의 조합에 의해 낸드 게이트들(D7, D10, D13, D16)로부터 각 선택 신호가 독립적으로 그리고 순차적으로 인에이블되어 출력된다. 그러므로 S0∼S7들에 대응되는 기입 구동 회로들(W/D 0∼1, W/D 2∼3, W/D 4∼5, W/D 6∼7, W/D 8∼9, W/D 10∼11, W/D 12∼13, W/D 14∼15)이 선택되어 2 비트씩 8번에 걸쳐 프로그램이 실행된다.

도 8은 전원전압이 기준 전압보다 클 때의 선택 신호들의 출력 파형도이며, 도 9는 전원전압이 기준 전압보다 작을 때의 선택 신호들의 출력 파형도이다.

VCC가 2.5보다 큰 경우로서 제 1 프로그램 사이클에서 제 1 선택 신호(S0)와 제 2 선택 신호(S1)가 동시에 인에이블됨으로써, 제 1 기입 구동 회로(W/D 0∼1)및 제 2 기입 구동 회로(W/D 2∼3)들이 동시에 선택된다. 그로 인해 4 비트가 프로그램되며, 다음 제 2 프로그램 사이클에서는 제 3 선택 신호(S2)및 제 4 선택 신호(S3)에 의해 제 3 기입 구동 회로(W/D 4∼5)및 제 4 기입 구동 회로(W/D 6∼7)들이 선택되어 4 비트가 프로그램 된다. 계속해서 제 5 선택 신호(S4)및 제 6 선택 신호(S5)가 동시에 인에이블됨에 따라 다음 제 5 기입 구동 회로(W/D 8∼9) 및 제 6 기입 구동 회로(W/D 10∼11)가 선택되어 상기와 같이 4 비트가 프로그램되며, 마지막으로 제 7 선택 신호(S6)및 제 8 선택 신호(S7)가 인에이블됨에 따라 역시 마지막 한 쌍의 제 7 기입 구동 회로(W/D 12∼13)및 제 8 기입 구동 회로(W/D 14∼15)가 선택되어 4 비트의 프로그램 동작이 실행한다. 이는 프로그램 실행의 저하없이 한 번에 4비트를 기준으로 4번에 걸쳐 프로그램 동작이 수행된다.

도 9를 참고하면, VCC가 2.5V보다 작은 경우로서 선택 신호들(S0, S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7)이 순차적으로 인에이블된다. 먼저 제 1 프로그램 사이클에서 제 1 선택 신호(S0)가 인에이블됨에 따라 제 1 기입 구동 회로(W/D 0∼1)가 선택되어 2비트를 프로그램하고, 그 다음에는 제 2 선택 신호(S1)가 인에이블되어 제 2 기입 구동 회로(W/D 2∼3)가 선택되고 2 비트에 해당되는 비트 라인이 선택되어 프로그램이 실행된다. 상기와 같이 프로그램 사이클에 따라 선택 신호들이 순차적으로 인에이블됨에 따라 한 번에 2비트를 단위로 8 번에 걸쳐 프로그램 동작이 수행됨을 알 수 있다. 이로써, 프로그램 동작이 수행되는 불 휘발성 반도체 메모리 장치는 데이터 입출력 라인(I/O)을 통해 입력되는 데이터들을 복수개의 그룹(group)으로 나누어 프로그램 할 때, VCC의 범위가 넓은 경우는 어느 소정 전압 레벨을 기준으로 낮은 VCC에서는 챠지 펌프 회로를 필요로 하지 않고도 프로그램을 실행할 수 있도록 하고, 비교적 높은 VCC에서는 4비트씩 프로그램을 실행하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은, 불 휘발성 반도체 메모리 장치는 VCC 레벨에 따라 프로그램 하는 방법을 달리하여 높은 VCC에서는 프로그램 동작 손실이 없고, 낮은 VCC에서는 챠지 펌프 회로의 도움 없이도 프로그램을 실행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

복수개의 워드 라인들과, 복수개의 비트 라인들을 갖고, 소오스, 드레인, 플로팅 게이트, 그리고 콘트롤 게이트를 갖는 소거 및 프로그램 가능한 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이와, 어드레스 버퍼, 행 디코더, 열 디코더, 전원전압 검출 수단, 선택 제어 수단, 선택 수단, 데이터 입출력 버퍼들, 기입 구동 수단들, 그리고 Y 패스 게이트 수단을 포함하는 불휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서,

외부로부터 전원전압을 인가받고, 이를 기준전압과 비교하여 전원전압의 레벨 검출 신호를 발생하는 단계와;

상기 검출 신호에 따라 선택 제어 신호들을 발생하는 단계와;

상기 선택 제어 신호들에 따라 선택 신호들을 발생하는 단계와;

상기 선택 신호들을 상기 기입 구동 수단들에 인가하여 선택된 비트 라인으로 프로그램이 실행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전원 전압 검출 수단은

일입력단에 프로그램 동작을 알리는 신호가 인가되고, 이입력단에 칩 인에이블 신호가 인가되는 노어 게이트와;

전원전압이 인가되는 전원 단자와 제 1 노드 사이에 접속되는 제 1 저항과;

일단이 상기 제 1 노드에 접속되는 제 2 저항과;

게이트가 상기 노어 게이트의 출력단에 접속되고, 드레인은 상기 제 2 저항의 타단에, 소오스는 접지 전압이 인가되는 접지단자에 접속되는 NMOS 트랜지스터와;

비반전 단자가 상기 제 1 노드에 접속되고, 비반전 단자에 기준전압이 인가되는 비교기와;

상기 비교기의 출력단에 입력단이 연결되어 검출 신호를 출력하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전원전압 검출 수단은

전원전압이 기준전압보다 클때는 하이레벨의 검출 신호를 발생하고, 상기 전원전압이 기준전압보다 작을때는 로우레벨의 검출 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선택 제어 수단은

하이레벨의 상기 검출 신호를 인가받을 때, 하나만 인에이블되고 나머지는 모두 비활성화되는 선택 제어 신호들을 출력하고,

로우 레벨의 검출 신호를 인가받을 때, 모두 비활성화 되는 선택 제어 신호들을 출력하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선택 수단은

상기 검출 신호가 하이레벨일 때, 상기 선택 제어 신호들에 응답하여 순차적으로 한쌍씩 인에이블되는 선택 신호들을 발생하고, 상기 검출 신호가 로우레벨일 때, 순차적으로 인에이블되는 선택 신호들을 발생하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기입 구동 수단은

상기 동시에 인에이블되는 한쌍의 선택 신호들을 인가받아 이에 해당되는 4비트의 비트 라인을 구동하고,

순차적으로 인에이블되는 선택 신호들을 인가받아 이에 해당되는 2비트의 비트 라인을 각각 구동하기 위한 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
복수개의 행 라인들과 복수개의 열 라인들과; 소오스, 드레인, 플로팅 게이트, 콘트롤 게이트를 갖는 메모리 셀들과; 전원전압의 레벨을 검출하는 전원전압 검출 수단과; 전원전압 검출 수단으로부터 발생된 검출 신호를 인가받아 선택 신호를 출력하는 선택 수단과; 데이터를 외부로부터 인가받아 이를 저장하는 데이터 입출력 버퍼와; 상기 선택 신호를 인가받아 열 라인을 구동하기 위한 구동 수단과; 구동된 열 라인에 대응되는 비트 라인을 선택하기 위한 Y 패스 게이터 수단을 포함하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서,

인가된 전원 전압을 기준 전압과 비교하여 전원전압 레벨 검출 신호를 출력하는 제 1 단계와;

상기 검출 신호에 따라 선택 신호를 출력하는 제 2 단계 및;

상기 선택 신호에 응답하여 비트 라인을 구동하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선택 신호들은

상기 검출 신호가 하이레벨일 때, 한쌍씩 동시에 인에이블됨으로써, 4비트의 비트 라인들이 선택되도록 하고, 상기 검출 신호가 로우레벨일 때, 순차적으로 인에이블되어 2비트씩 비트 라인이 선택되는 것을 특징으로 하는 불 휘발성 반도체 메모리 장치의 프로그램 방법.