DE3921395A1

DE3921395A1 - Strom- und spannungsgeregelte schaltung fuer eeprom-speicherzellen

Info

Publication number: DE3921395A1
Application number: DE3921395A
Authority: DE
Inventors: Ting-Wah Wong; Raul-Adrian Cernea
Original assignee: Seeq Technology Inc
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1990-01-18
Also published as: GB2220811A; JPH0287395A; US4888738A; GB8914531D0; JP2821621B2; GB2220811B; NL8901646A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltungsaufbau zur Verwendung in integrierten Speicherschaltungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Steuerschaltungsaufbau zum Löschen von EEPROM-Speicherzellen.

Bei bekannten Speicherschaltungen wird eine Spannung zum Löschen der Speicherzellen eines EEPROM verwendet. Dabei ist auf dem integrierten Schaltungs-Chip eine Schaltung angeordnet, die den Speicher zur Erzeugung dieser Spannung aufweist. Es ist jedoch schwierig, die für das Löschen und Programmieren von EEPROM-Zellen benutzte Spannungsquelle über den Strom zu steuern.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Löschen von EEPROM-Zellen. Insbesondere weist die vorliegende Erfindung zur Lieferung eines Stromes eine Ladepumpe auf, die durch gesteuerte Stromquellen betrieben wird und an die eine Spannungsklemmschaltung angeschlossen ist. Die Source-Diffusionsbereiche der Speicherzellen, mit denen die Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung arbeitet, sind an eine Spannungsquelle Vss über einen Schalter angeschlossen, der während des Löschens geöffnet ist. Die Anwendung dieses Strompumpkreises ermöglicht ein geregeltes Löschen.

Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Stromquellenschaltung der vorliegenden Erfindung einschließlich der Speicherzellen und des Quellenwahlschalters.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Gemäß der in der Figur dargestellten Schaltung werden zwei taktgesteuerte Stromquellen von gegeneinander geschalteter Taktgeber gesteuert. Die erste Stromquelle weist eine Verarmungstransistoreinheit 12 auf, deren Drain an eine Source der Programmierspannung Vpp angeschlossen ist, und deren Source und Gate zusammen an den Drain der N-Kanal-Transistoreinheit 14 angeschlossen ist. Die Source der N-Kanal-Tranistoreinheit 14 ist an eine Spannungsquelle Vss angeschlossen, während das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 14 mit dem CLK-Ausgang eines Taktgeberkreises verbunden ist.

Die zweite taktgebergesteuerte Stromquelle ist mit der ersten identisch und weist eine Verarmungstransistoreinheit 16 auf, deren Drain mit der Spannungsquelle Vpp verbunden ist, und deren Source und Gate zusammen an den Drain der N-Kanal-Transistoreinheit 18 angeschlossen ist. Die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 18 ist an die Spannungsquelle Vss angeschlossen, und ihr Gate wird durch ein Taktsignal CLK gesteuert, das dem Taktsignal komplementär ist, welches seinerseits die erste Stromquelle steuert.

Der gemeinsame Anschlußpunkt der Source der Verarmungstransistoreinheit 12 und der N-Kanal-Transistoreinheit 14 ist mit dem Source/Drain-Diffusionsbereich eines ersten Gate-Kondensators 20 verbunden. Der gemeinsame Anschlußpunkt der Source der Verarmungstransistoreinheit 16 und der N-Kanal-Transistoreinheit 18 ist mit dem Source/Drain-Diffusionsbereich eines zweiten Gate-Kondensators 22 verbunden.

Die gateseitigen Anschlüsse der Kondensatoren 20 und 22 sind mit einem Paar über-Kreuz-gekoppelter N-Kanal-Transistoreinheiten 24 und 26 verbunden. Die Drains der N-Kanal-Transistoreinheiten 24 und 25 sind beide mit der Spannungsquelle Vpp verbunden. Die Source des N-Kanal-Transistors 24 ist an den Drain und an das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 28 angeschlossen, bei der es sich um einen als Diode geschalteten Transistor handelt. Die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 28 ist an die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 30 angeschlossen, bei der es sich um einen weiteren, als Diode geschalteten Transistor handelt. Der Drain und das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 30 sind beide mit der Source der N-Kanal-Transistoreinheit 26 verbunden. Das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 24 ist mit der Source der N-Kanal-Transistoreinheit 26 verbunden. Das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 26 ist an die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 24 angeschlossen.

Der Ausgang des Gate-Kondensators 20 ist an die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 24, und der Ausgang des Gate-Kondensators 22 ist an die Source der N-Kanal-Transistoreinheit 26 angeschlossen. Die Sources der als Dioden geschalteten N-Kanal-Transistoreinheiten 28 und 30 sind zusammen mit dem Knoten 60 und mit dem Drain der N-Kanal-Klemmtransistoreinheit 32 verbunden. Das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 32 ist an eine Konstantspannung von vorzugsweise etwa 18 V angeschlossen, die über eine Zenerdiode, mit festgelegtem Gate, versorgt wird, welche in der Zeichnung als N-Kanal-Transistoreinheit 34 dargestellt ist. Das Gate und die Source dieser Einheit ist mit der Spannungsquelle Vss verbunden, während ihr Drain an das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 32 und an eine Stromquelle 36 angeschlossen ist. Die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 34 mit geerdetem Gate kann auf etwa 18 V eingestellt werden. Fachleuten ist klar, daß auch andere Konstantspannungsquellen verwendet werden können.

Die Klemmschaltungseinheit 32 schaltet ab, wenn die Spannung an ihrer Source, d.h. die an den Drains der Transistoreinheiten erscheinende Spannung der Spannung an ihren Gates gleicht, vermindert um 1 Vt. Diese Maßnahme verhindert eine übermäßige Löschung, die die Programmierzeiten im nächsten Zyklus vergrößern würde.

Die beschriebene Steuerschaltung ist an zwei Y-Wahltransistoreinheiten 38 und 40 angeschlossen, die durch die Symbole Y _n und Y _(n+1) gekennzeichnet sind. Die Y-Wahltransistoreinheit 38 ist für die Auswahl von beispielsweise drei EEPROM-Speicherzellentransistoren 42, 44 und 46 bestimmt, die mit ihren Gates jeweils an die Wortleitungen WL 1, WL 2, WL 3 angeschlossen sind. Die Y-Wahltransistoreinheit 40 ist beispielweise an die drei EEPROM-Speicherzellentransistoren 48, 50 und 52 angeschlossen, deren Gates jeweils mit den Wortleitungen WL 1, WL 2 und WL 3 verbunden sind. Die Sources der Speicherzellentransistoren 42, 44, 46, 48, 50 und 52 sind zusammen an den Drain der Quellen-Wahl-Transistoreinheit 54 angeschlossen. Die Source der Quellen-Wahl-Transistoreinheit 54 ist mit der Spannungsquelle Vss verbunden, während an ihr Gate ein geeignetes Triggersignal angelegt ist. Die Funktion der Quellen-Wahl-Transistoreinheit wird unter Bezugnahme auf die Betriebsweise der in der Zeichnung dargestellten Steuerschaltung erläutert.

Die Wirkungweise der Stromquellen-Ladepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist folgende. Anfänglich arbeitet die Schaltung bei inaktiven Taktgebern und CLK=0 bzw. CLK=1 mit der Spannung Vpp am Source-/Drain-Diffusionsende des Kondensators 20 und mit einer Spannung von annähernd null Volt am Source-/Drain-Diffusionsende des Kondensators 22. Die Knoten 56 und 58 schwimmen und können durch Ableitung beide an Erde liegen. Es fließt kein Wirkstrom durch die Pumpe.

Die komplementären Taktsignale CLK und CLK mit einer Frequenz zwischen etwa 1 bis 30 MHz, vorzugsweise etwa 10 MHz, steuern die Stromquellen mit der Verarmungstransistoreinheit 12 und der Verarmungstransistoreinheit 16. Nach einigen Taktzyklen, wenn das CLK-Eingabesignal am Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 14 klein ist, arbeitet die Verarmungstransistoreinheit 12 als Konstantstromquelle und lädt den Gate-Kondensator 20 auf. Da die Verarmungstransistoreinheit 12 als Konstantstromquelle arbeitet, ist der durch den Gate-Kondensator 20 fließende Strom wahrend des Ladens relativ konstant. Dieser Strom fließt in den Knoten 56, also dem gemeinsamen Anschluß der Source der N-Kanal-Transistoreinheit 24 und dem Drain der N-Kanal-Transistoreinheit 28. Die Einheit 24 ist ausgeschaltet. Da der Knoten 56 an einer Spannung liegt, die nicht größer ist als die Schwellenspannung am Knoten 60, fließt der Strom vom Gate-Kondensator 20, unabhängig von der Spannung am Knoten 60, in den Knoten 56. Das Gate der N-Kanal-Transistoreinheit 26 ist an den Knoten 56 angeschlossen, so daß sich dieser Transistor einschaltet und das Auftreten einer Spannung in Höhe von Vpp oder das Auftreten der am Knoten 56 liegenden Spannung, minus 1Vt, an Knoten 58 ermöglicht. Da die Spannung an der Source der N-Kanal-Transistoreinheit 24 größer ist als deren Gate-Spannung, bleibt die Einheit ausgeschaltet. Während dieser Taktphase lädt der Kondensator 21, dessen Source-/Drain-Diffusionsende durch den N-Kanal-Transistor 18 effektiv an Erde liegt, bis auf die am Knoten 58 liegende Spannung auf.

Der als Diode geschaltete N-Kanal-Transistor 28 ist in Durchlaßrichtung vorgespannt und leitet Strom an den Knoten 60, während der als Diode geschaltete N-Kanal-Transistor 30 in Sperrichtung vorgespannt ist und keinen Strom leitet.

Wenn der Taktübergang auftritt und das CLK-Eingangssignal zur N-Kanal-Transistoreinheit 14 nach oben geht, schaltet die N-Kanal-Transistoreinheit 14 ein und zieht das Drain-/Source-Diffusionsende des Gate-Kondensators 20 an Erde. Während diser Taktphase lädt der Kondensator 20, dessen Source-/Drain-Diffusionsende durch den N-Kanal-Transistor 14 effektiv an Erde liegt, bis auf die am Knoten 56 liegende Spannung auf, welche der am Knoten 58 liegenden Spannung, minus 1Vt, oder der Spannung Vpp entspricht, je nachdem, welche von beiden niedriger ist.

Jetzt ist das -Eingabesignal klein. Es schaltet die N-Kanal-Transistoreinheit 18 ab und ermöglicht es der Konstantstromquellen-Verarmungstransistoreinheit 16, einen Strom durch den Gate-Kondensator 22 an den Knoten 58 fließen zu lassen. In diesem Zeitpunkt steht der Knoten 56 unter einer Spannung, die annähernd der Spannung am Knoten 58, minus 1Vt, oder der Spannung Vpp entspricht, je nachdem, welche von beiden niedriger ist. Die als Diode geschaltete N-Kanal-Transistoreinheit 30 ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt und leitet den Strom unabhängig von ihrer Spannung in den Knoten 60 weiter.

Der Effekt zweier, durch gegeneinandergeschaltete Taktgeber gesteuerter Stromquellen sowie der über-Kreuz-gekoppelten Einheiten 24 und 26 besteht darin, daß der von diesen Stromquellen gepumpte Strom mehr als ein Gleichstrom wirkt als ein gepulster Strom, was der Fall wäre, wenn nur eine einzige Ladepumpe benutzt würde. Hierdurch werden ein effizienteres Löschen der EEPRROM-Speicherzellen sowie weitere Vorteile ermöglicht.

Die Klemmschaltungseinheit 32 klemmt die durch die Strompumpe erzeugte Spannung auf einen Wert fest, der sicherstellt, daß die EEPROM-Speicherzellen nicht übermäßig gelöscht werden. Übermäßiges Löschen der Speicherzellen verursacht bestenfalls längere Programmierzeiten für die betreffenden Zellen, beschädigt oder zerstört aber die Speichereinheiten schlimmstenfalls. Wenn eine Speicherzelle gelöscht ist, steigt die an ihrem Drain liegende Spannung. Wenn die Spannung am Drain der Speicherzelle eine Höhe erreicht, bei der die Spannung an der Source der Klemmschaltungseinheit 22 der Spannung an ihrem Gate, minus 1Vt, entspricht, schaltet die Klemmschaltungseinheit 32 ab, womit das Ende des Löschzyklus angezeigt und ein übermäßiges Löschen verhindert wird. Die an das Gate der Klemmschaltungseinheit 32 angelegte Spannung ist so gewählt, daß sie der von einer völlig gelöschten Speicherzelle dargebotenen Spannung entspricht.

Die Verwendung der Strompumpe der vorliegenden Erfindung bei der Löschung von EEPROM-Speicherzellen kann aus der Zeichnung ersehen werden. Nachdem der Pumpstrom von Knoten 60 durch die Klemmschaltungseinheit 32 geflossen ist, ist er den Y-Wahleinheiten zugänglich. Wenn der Y _n-Wahleingang offen (true) und der Y _(n+1)-Wahleingang geschlossen (false) ist, ist die Y-Wahl-Transistoreinheit 38 eingeschaltet und die Y-Wahl-Transistoreinheit 40 ausgeschaltet. Der Strom, der durch die Klemmschaltungseinheit 22 geflossen ist, fließt durch die N-Kanal-Y-Wahl-Transistoreinheit 38. Falls der Speicherzellentransistor 42 zur Löschung ausgewählt wurde, geht sein Gate, die Wortleitung WL 1, an Erde.

Um die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Transistoren mit schwimmendem Gate zu löschen, sollte der Source-Anschluß eines derartigen Transistors zur Verhinderung von Rücksprüngen schwimmend gehalten bleiben. Deshalb wird während des Löschbetriebs die Quellen-Wahl-Transistoreinheit 54 durch Absenken der an ihrem Gate liegenden Spannung abgeschaltet.

Der von der Stromquelle durch die Klemmschaltungseinheit 32 und durch die Y-Wahleinheit 38 fließende Strom gelangt in den Drain des Speicherzellentransistors 42 und beginnt mit der Löschung der Einheit über ihr Gate. Anfänglich liegen etwa 9 V am Drain des Speicherzellentransistors 42. Diese Spannung wird solange "streiken", d.h. anwachsen, bis sie etwa 18 V erreicht. Dieser Anstieg wird durch die Y-Wahleinheit 38 abgekoppelt und an der Source der Klemmschaltungseinheit 32 auftreten. In dem Zeitpunkt, in dem die Spannung an der Source der Klemmschaltungseinheit 32 den Klemmspannungspegel überschreitet, schaltet die Klemmschaltungseinheit 32 ab und stellt die Lieferung von Löschstrom ein.

Wenn hier auch besondere Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, ist es Fachleuten doch klar, daß es viele andere Variationen gibt, ohne vom Erfindungskonzept abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht beschränkter ausgelegt werden, als es dem Sinn der beigefügten Patentansprüche entspricht.

Claims

1. Speicherschaltung (zum Löschen), mit einer Vielzahl von EEPROM-(Speicher-)Transistoren, von denen jeder eine Source und ein Drain aufweist, sowie mit einer Löschschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschschaltung als Bestandteile aufweist:

- erste und zweite (geschaltete) Konstantspannungsquellen (die durch gegeneinander geschaltete Taktgeber gesteuert werden);
- Mittel zur abwechselnden Aktivierung der ersten und zweiten Stromquelle;
- erste Stromankopplungsmittel zum Ankoppeln der Ströme der ersten und der zweiten Konstantstromquelle jeweils an erste und zweite Knoten (zur Erzeugung eines Löschstromes an diesen ersten und zweiten Knoten);
- zweite Stromankopplungsmittel zur Vereinigung des genannten Stromes in einem Löschstrom an einem dritten Knoten;
- Mittel zur Auswahl eines zu löschenden EEPROM-Transistors;
- (zweite Stromkopplungs-)Mittel zum Ankoppeln des Löschstromes an den Drain des (eines der) ausgewählten EEPROM-(Speicher-)Transistors(en);
- (Erfassungs-)Mittel zur Erfassung der Spannung am Drain des ausgewählten EEPROM-Transistors und zum (Abschalten des Löschstromes) Inaktivieren der Mittel zum Ankoppeln des Löschstromes, wenn die (erfaßte) Spannung am Drain des ausgwählten EEPROM-Transistors einen vorbestimmten Wert erreicht.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Stromankopplungsmittel MOS-Gate-Kondensatoren sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel ein als Spannungsklemmer geschalteter MOS-Transistor ist.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Stromankopplungsmittel als Diode geschaltete MOS-Transistoren sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung weiter Mittel zum (Abtrennen) Schwimmenlassen der Source eines (des zu löschenden EEPROM-Speicher-Transistors) zu löschenden ausgewählten EEPROM-Transistors aufweist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Schwimmenlassen eine Transistoreinheit umfassen, die zwischen die Source des ausgewählten EEPROM-Speicher-Transistors und eine Spannungsversorgungsquelle geschaltet ist.