升壓電路制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供升壓電路。涉及需要高于電源電壓的正或者負(fù)的高電壓的非易失性存儲(chǔ)器的升壓電路，本申請(qǐng)發(fā)明專利技術(shù)即使在３Ｖ以下的低電源電壓下也能夠發(fā)生１２Ｖ左右的高電壓，用同一個(gè)電路不僅能夠發(fā)生正的高電壓，還能夠發(fā)生負(fù)的高電壓，另外，通過把作為本申請(qǐng)發(fā)明專利技術(shù)的升壓電路的襯底控制型并聯(lián)電氣供給泵與串聯(lián)型電氣供給泵組合起來，能夠有效地發(fā)生兩種高電壓，能夠減小芯片面積。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及發(fā)生比動(dòng)作電壓高的電壓或負(fù)電壓的半導(dǎo)體電氣供給泵電路以及使用了該電路的半導(dǎo)體集成電路。
技術(shù)介紹
在Flash、EEPROM的非易失性存儲(chǔ)器的清除、寫入時(shí)，為了使用隧道效應(yīng)或熱電子、熱空穴技術(shù)，需要12V左右的高電壓。發(fā)生高電壓的以往的電氣供給泵(charge pump)方式的升壓電路在文獻(xiàn)IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.32，NO.8，AUGUST 1997“A Dynamic Analysis of the Dicson Charge Pump”中介紹、解析的那樣，一般已知把使電荷移動(dòng)的MOS晶體管(以后，稱為「?jìng)鬏擬OS」)連接到二極管的Dicson型電氣供給泵，由于電路構(gòu)成非常簡單，因此廣泛地被使用。在圖1、圖2中示出Dicson型電氣供給泵的結(jié)構(gòu)圖。圖1是也在上述IEEE文獻(xiàn)中記載的概念框圖，圖2是把圖1的緩沖器置換成n型MOS的例子。在圖2中，使n型MOS的漏極與柵極短路，連接在漏極與源極上的電容器的另一側(cè)施加CLK。CLK與CLKn如圖3所示，為互補(bǔ)的關(guān)系。在CLKn為“High”、CLK為“Low”時(shí)，由于1級(jí)、3級(jí)的奇數(shù)級(jí)的漏極電位比源極電位高，因此，在奇數(shù)級(jí)的n型MOS中流動(dòng)漏極電流，向C1、C3的奇數(shù)電容器充入電荷。相反，CLK為“High”、CLKn為“Low”時(shí)，2級(jí)、4級(jí)的偶數(shù)級(jí)的漏極電位比源極電位高，因此，在偶數(shù)級(jí)的n型MOS中流動(dòng)漏極電流，電荷從奇數(shù)電容器C1、C3向偶數(shù)電容器C2、C4移動(dòng)。如果把構(gòu)成該Dicson型電氣供給泵的n型MOS晶體管的閾值電壓設(shè)為Vt，則輸出電壓Vout能夠用式(1)表示。Vout＝(Vcc-Vt)×N+Vcc(1)N級(jí)數(shù)Vcc電源電壓然而，隨著接近輸出端，n型MOS晶體管的漏極、源極電壓升壓，源極襯底間電壓Vsb上升，由襯底效應(yīng)發(fā)生的NMOS晶體管的閾值電壓Vt如式(2)所示那樣上升。Vt=Vt0+γ(2φf+Vsb-2φf)---(2)]]>Vt0Vsb＝0V時(shí)的Vtγ襯底效應(yīng)系數(shù)φf襯底費(fèi)米能級(jí)進(jìn)而，由于根據(jù)式(2)，Vt＝Vcc時(shí)的Vsb可以說是升壓電壓的最大電壓，所以能夠通過式(3)計(jì)算出升壓最大電壓Vout_max。Vout_max(=Vsb)=(Vcc-Vt0γ+2φf)2-2φf---(3)]]>圖4表示了電源電壓Vcc和升壓電壓Vout的計(jì)算值。從圖4可知，在Dicson型電氣供給泵中，升壓電壓Vout_max取決于電源電壓。目前還正在研究Dicson型電氣供給泵的改良型。在特開平11-308856「電氣供給泵電路裝置」中，把n型MOS分離成多個(gè)組，通過緩慢升高襯底電位來抑制由襯底效應(yīng)引起的n型MOS的Vt上升。上述以往技術(shù)的Dicson型電氣供給泵通過伴隨著升壓，n型MOS的源極襯底間電壓Vsb上升，根據(jù)襯底效應(yīng)的影響，n型MOS的閾值電壓Vt上升，升壓電壓的最大值便被決定了。其結(jié)果，在低于3V的低電源電壓下，不能夠生成非易失性存儲(chǔ)器的清除、寫入所需要的12V左右的高電壓。另外，即使如特開平11-308856「電氣供給泵電路裝置」中那樣的通過把n型MOS分離為多個(gè)組，緩慢升高襯底電位，抑制襯底效應(yīng)的影響，在多個(gè)組中也會(huì)有達(dá)不到Vsb＝0V的n型MOS，不能夠去除全部n型MOS的襯底效應(yīng)。另外，在特開2003-45193「半導(dǎo)體電氣供給泵電路以及非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器」中，在用前兩級(jí)的充電電壓作為n型MOS的襯底電位的方式中，把每一級(jí)不同的電壓值設(shè)定為n型MOS的襯底電位，但是，Vsb至少一級(jí)部分的電壓增幅值成為Vga(＝Vcc-Vt)，發(fā)生襯底效應(yīng)。本專利技術(shù)目的在于提供沒有襯底效應(yīng)影響的電氣供給泵電路，同時(shí)，提供效率良好的電路構(gòu)成以及能夠發(fā)生正或負(fù)的高壓電壓的電氣供給泵電路。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述的課題，通過添加控制輸送電荷的n型MOS的襯底的MOS，如果是n型MOS，則通過始終在漏極或源極電位的某一個(gè)低電位上設(shè)定襯底電位，取作Vsb＝0V，去除襯底效果影響。在成為Vsb＝0V時(shí)，式(2)的第2項(xiàng)能夠?yàn)?，但是殘留第1項(xiàng)的Vt0。為了使該n型MOS的Vt0成為0V，在n型MOS的柵極上通過電容器Cg施加大于(電源電壓+Vt0)電壓的同時(shí)，用在該n型MOS上設(shè)定的柵極電壓控制下一級(jí)n型MOS的柵極電位，提高充電傳遞效率。附圖說明圖1是以往的Dicson型電氣供給泵的結(jié)構(gòu)圖。圖2是以往的Dicson型電氣供給泵的電路圖。圖3表示時(shí)鐘波形。圖4是表示Dicson型電氣供給泵升壓電壓計(jì)算值的曲線。圖5是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的整體電路圖。圖6是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的部分電路圖。圖7是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的CLK X1期間的電路說明圖。圖8是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的CLK X2期間的電路說明圖。圖9是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的定時(shí)圖。圖10是本專利技術(shù)第1實(shí)施例的電氣供給泵電路的仿真電路圖。圖11是表示本專利技術(shù)電氣供給泵電路仿真結(jié)果的曲線。圖12是2倍壓CLK發(fā)生電路。圖13是本專利技術(shù)第2實(shí)施例的負(fù)高壓電壓發(fā)生電氣供給泵的電路圖。圖14是本專利技術(shù)第2實(shí)施例的電氣供給泵電路的CLK X1期間的電路說明圖。圖15是本專利技術(shù)第2實(shí)施例的電氣供給泵電路的CLK X2期間的電路說明圖。圖16是表示本專利技術(shù)第3實(shí)施例的正高壓電壓發(fā)生電氣供給泵的電路圖。圖17是表示本專利技術(shù)第4實(shí)施例的負(fù)高壓電壓發(fā)生電氣供給泵的電路圖。圖18是表示本專利技術(shù)第5實(shí)施例的正負(fù)高壓電壓發(fā)生電氣供給泵的電路圖。圖19是表示本專利技術(shù)第6實(shí)施例的高壓電壓發(fā)生電氣供給泵的電路結(jié)構(gòu)圖。圖20是表示本專利技術(shù)第7實(shí)施例的串聯(lián)型電氣供給泵的電路圖。圖21是搭載本專利技術(shù)的電氣供給泵電路的IC卡的硬件結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖說明本專利技術(shù)的實(shí)施例。本申請(qǐng)專利技術(shù)對(duì)電路元件沒有限制，由眾所周知的Si半導(dǎo)體集成電路實(shí)現(xiàn)。在本申請(qǐng)的附圖中，反向柵極具有向內(nèi)的箭頭表示n型MOSFET。另外，反向柵極具有外側(cè)箭頭并且在柵極上加上了圓圈標(biāo)記的表示p型MOSFET。本申請(qǐng)的說明書中，把MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)簡稱為MOS。另外，本申請(qǐng)一般能夠適用于MISFET。在圖5中表示了作為本專利技術(shù)的電氣供給泵電路的第1實(shí)施例的發(fā)生正高電壓的整體電路，圖6中表示抽取出電氣供給泵級(jí)的一部分。本申請(qǐng)的電氣供給泵電路串聯(lián)多級(jí)連接了包括4個(gè)n型MOS和2個(gè)電容器的基本泵單元。基本泵單元由把電荷輸送到下一級(jí)的傳輸MOS(TMOS)、起到把TMOS的襯底(稱為阱)連接到傳輸MOS的漏極或源極上的連接電路作用的襯底控制MOS、起到把傳輸MOS的柵極電位連接到漏極上的連接電路作用的柵極電壓設(shè)定MOS、將從TMOS輸送的電荷進(jìn)行充入的充電電容器(C)、把2VCLK或2VCLKn的電位傳送給TMOS的柵極的傳輸柵極電容器(Cg)構(gòu)成。另外，TMOS的柵極連接在下一級(jí)的柵極電壓設(shè)定MOS的柵極。但是，第本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種升壓電路，該升壓電路連接了Ｎ級(jí)基本泵單元進(jìn)行升壓，其特征在于：上述基本泵單元至少具有第１ＭＩＳＦＥＴ、第２ＭＩＳＦＥＴ、第３ＭＩＳＦＥＴ和第１電容器，上述第１ＭＩＳＦＥＴ的反向柵極連接于第１節(jié)點(diǎn)，其源漏路徑連接在第２節(jié)點(diǎn) 與第３節(jié)點(diǎn)之間，上述第２ＭＩＳＦＥＴ的反向柵極連接于上述第１節(jié)點(diǎn)，其源漏路徑連接在上述第１節(jié)點(diǎn)與第２節(jié)點(diǎn)之間，上述第３ＭＩＳＦＥＴ的反向柵極連接于上述第１節(jié)點(diǎn)，其源漏路徑連接在上述第１節(jié)點(diǎn)與上述第３節(jié)點(diǎn)之間。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：山添孝德，金井健男，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：株式會(huì)社瑞薩科技，
類型：發(fā)明
國別省市：JP[日本]