專利名稱：半導(dǎo)體器件的升壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提升由電源提供的電壓的升壓電路，更具體地講是涉及一種用于產(chǎn)生多個(gè)電源電壓的升壓電路，該升壓電路被設(shè)置在(例如)半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器中。
背景技術(shù)：
通常，在半導(dǎo)體非易失性存儲(chǔ)器中，例如在電可擦除和可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)中，當(dāng)一個(gè)信號(hào)被寫入或者從中擦除時(shí)，為了滿足對(duì)于比電源電壓高的電壓的需要，采用了一個(gè)具有串聯(lián)連接的多個(gè)升壓?jiǎn)卧纳龎弘娐贰?br> 這種升壓電路被描述于日本專利公報(bào)No.7-111095中。在此相關(guān)參考技術(shù)中，如圖16所示，一個(gè)升壓電路由在P型襯底上形成的多個(gè)N型晶體管構(gòu)成。圖1中所示的升壓電路是一個(gè)兩相(位)時(shí)鐘型升壓電路。實(shí)際上，此升壓電路包括電容器Cp(QQ1-QQ3)和轉(zhuǎn)移(transfer)晶體管M(M0-M3)。一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)#1以及它的一個(gè)倒相時(shí)鐘信號(hào)#3被供給電容器QQ1-QQ3的第一端子，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移晶體管M0-M3。轉(zhuǎn)移晶體管M0、M1、M2、M3、……和Mn串聯(lián)連接。每個(gè)升壓電容器Cp的陽(yáng)極連接至晶體管M0、M1、M2、M3、……和Mn之間的一個(gè)擴(kuò)散層。一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)被供給每個(gè)升壓電容器的陰極。
另外，一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)是作為圖17所示的時(shí)鐘信號(hào)#1和時(shí)鐘信號(hào)#3的兩相位的組合被供給的。轉(zhuǎn)移晶體管M0、M1、……和Mn為MOS晶體管。在轉(zhuǎn)移晶體管M0、M1、……和Mn的每一個(gè)中，漏極和柵極連接。每個(gè)MOS晶體管D1、D2、D3、……和Dn的源極連接至升壓電容器Cp的陽(yáng)極連接點(diǎn)P1、P2、……和Pn中的每一個(gè)上，這些MOS晶體管D1、D2、D3、……和Dn的漏極和柵極連接至電源VDD上。
在此升壓電路中，對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)#1和#3，處于當(dāng)前級(jí)的一個(gè)升壓?jiǎn)卧碾妷罕患又撂幱谇耙患?jí)的升壓?jiǎn)卧碾妷荷?。采用處于第n級(jí)的升壓?jiǎn)卧涂色@得要求的電壓。因此，為了得到所要求的提升電壓，需要多個(gè)升壓?jiǎn)卧投鄠€(gè)時(shí)鐘。于是，升壓時(shí)間變長(zhǎng)。
作為另一種相關(guān)參考技術(shù)，一種非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器被公開于日本專利公報(bào)No.5-325578中。此相關(guān)參考技術(shù)是一種如圖5所示的升壓電路。此升壓電路采用四相時(shí)鐘信號(hào)#1-#4驅(qū)動(dòng)，這些時(shí)鐘信號(hào)是有一個(gè)環(huán)形振蕩器產(chǎn)生的。此升壓電路包括D型n溝道MOS晶體管QD1-QD3和E型n溝道MOS晶體管MJ0-MJ3。D型n溝道MOS晶體管QD1-QD3被用作電容器。E型n溝道MOS晶體管MJ0-MJ3被用作傳輸門(transfer gate)。此升壓電路還包括D型n溝道MOS晶體管QD5-QD8和E型n溝道MOS晶體管NJ0-NJ3，以防止因?yàn)殡妷簩?duì)應(yīng)于閾值電壓導(dǎo)致傳輸門MJ0-MJ3的柵極電壓降低。D型n溝道MOS晶體管QD5-QD8被用作電容器。E型n溝道MOS晶體管NJ0-NJ3被用作傳輸門。
當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)#1為“高”時(shí)(在圖5中，表示一個(gè)端子)，電源電壓Vcc的電荷被充至電容器QD1和QD3上。此外，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)#1為“高”時(shí)，電容器QD1和QD3中所充的電荷的一部分分別通過(guò)傳輸門NJ1和NJ3被轉(zhuǎn)移并充至電容器QD6和QD8上。因此，傳輸門MJ1和MJ3的柵極電壓升高。在這種狀態(tài)下，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)#3變?yōu)椤暗汀焙蜁r(shí)鐘信號(hào)#2變?yōu)椤案摺睍r(shí)，電容器QD1和QD3中所充的電荷分別通過(guò)傳輸門MJ1和MJ3被轉(zhuǎn)移并充至QD2和QD4上。這種操作重復(fù)進(jìn)行，由此得到一個(gè)提升的電壓Vpp，它是電源電壓Vcc被提升而形成的。
預(yù)定的電壓(Vcc-VTD)(這里VTD表示MOSD1-MOSD3的閾值)被預(yù)先施加至各節(jié)點(diǎn)上。因此，在升壓操作開始時(shí)，在電壓變成(Vcc-VTD)之前，不必對(duì)升壓電路進(jìn)行充電。當(dāng)電源電壓Vcc降低時(shí)，升壓電路的升壓能力有降低的趨勢(shì)。但是，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)#1-#4的頻率變高時(shí)，這種趨勢(shì)可以消除。此升壓電路使得轉(zhuǎn)移晶體管的最終輸出電壓Vout從電源電壓Vcc提升至一個(gè)高的電壓Vpp。
圖16中所示的轉(zhuǎn)移晶體管是在圖18所示的一個(gè)p型襯底上形成的n型MOS晶體管。在前一級(jí)中的一個(gè)升壓?jiǎn)卧妮敵鯬Dn連接至一個(gè)漏極擴(kuò)散層N+上。此外，一個(gè)電容器QQ1(QQ3/QQ2)連接至n型MOS晶體管的柵極。將來(lái)自n型MOS晶體管的源極的輸出PDn+1供給下一級(jí)的一個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管。
作為另一相關(guān)參考技術(shù)，圖19中所示的升壓電路是已經(jīng)知道的。在圖19所示的升壓電路中，多個(gè)充電泵(charge pump)并聯(lián)設(shè)置，并且其輸出端子共同連接，以提高升壓電路的升壓速度和電流供給能力。由于這些充電泵并聯(lián)連接并且得到輸出電壓Vout，故輸出電流可以加倍，并且由此電流供給能力可以提高。
一個(gè)開關(guān)設(shè)置在一個(gè)充電泵的輸出和另一個(gè)充電泵的輸入/輸出之間，以便根據(jù)一個(gè)信號(hào)電壓改變串聯(lián)和并聯(lián)連接的轉(zhuǎn)移晶體管的數(shù)目。在日本專利公報(bào)No.7-111095中公開的升壓電路包括多個(gè)升壓?jiǎn)卧鸵粋€(gè)連接開關(guān)電路。升壓?jiǎn)卧嵘斎腚妷翰⑻峁┨嵘碾妷?。連接開關(guān)電路選擇升壓?jiǎn)卧倪B接狀態(tài)。連接開關(guān)電路改變串聯(lián)連接的升壓?jiǎn)卧臄?shù)目和并聯(lián)連接的升壓?jiǎn)卧臄?shù)目。
但是，在常規(guī)的升壓電路中，隨著提升的電壓變高，反向柵(極)偏(壓)(back-gate bias)特性的影響變大。因此，升壓效率降低。
另一方面，當(dāng)升壓速度提高時(shí)，布局面積(layout area)變大。
下面將描述常規(guī)升壓電路的這些問(wèn)題。在圖16所示的相關(guān)參考技術(shù)中，轉(zhuǎn)移晶體管M0、M1、M2、M3、……Mn的閾值由VTM0、VTM1、VTM2、VTM3、……VTMn表示。對(duì)于其漏極和柵極連接的MOS晶體管(D1-Dn+1)的閾值VTD，降低電源電壓Vcc的電壓(Vcc-VTD)被施加至轉(zhuǎn)移晶體管M的節(jié)點(diǎn)P上。施加至每一節(jié)點(diǎn)上的電壓由Vclk表示，它對(duì)應(yīng)于供給每一電容器Cp的時(shí)鐘信號(hào)clk。
在升壓操作中，最大電壓(Vcc-VTD+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)P1上。最大電壓(Vcc-VTD+Vclk-VTM1+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)P2上。最大電壓(Vcc-VTD+Vclk-VTM1+Vclk-VTM2+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)P3上。最后的轉(zhuǎn)移晶體管Mn的源極電壓Vout被提升至最大電壓(Vcc-VTD+Vclk×n-(VTMl+VTM2+VTM3+……+VTMn))。
對(duì)應(yīng)于通過(guò)電容器QD的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，施加至轉(zhuǎn)移晶體管M的漏極上的電壓幅度的最大值Vclk由下式表示Vclk＝(Cp/(Cp+Cj))×Vcc(其中Cj為晶體管的擴(kuò)散層和半導(dǎo)體襯底之間的電容)但是，在升壓電路工作之后，節(jié)點(diǎn)P1、P2、P3、……和Pn處的電壓升高。因此，在每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管M的源極和半導(dǎo)體襯底之間存在一個(gè)電位。由于反向柵極特性，轉(zhuǎn)移晶體管M的閾值與其電壓成比例。相應(yīng)地，最后的轉(zhuǎn)移晶體管Mn的閾值VTMn如下式所表示的VTMn Vclk換句話說(shuō)，提升的電壓具有一個(gè)上限。此外，在最后輸出一側(cè)，電流供給能力降低，并且由此升壓效率降低。即，升壓速度降低。圖17顯示出圖16所示的升壓電路的時(shí)鐘信號(hào)#1和#3的波形以及由時(shí)鐘信號(hào)#1和#3驅(qū)動(dòng)的輸出電壓Vout的波形。
圖20顯示出升壓電路的電流供給能力。在圖20中，水平軸表示升壓電路的輸出電壓Vout，垂直軸表示升壓電路的輸出電流Iout。在圖20中，級(jí)數(shù)表示升壓?jiǎn)卧募?jí)數(shù)。在這種情況下，級(jí)數(shù)表示升壓電容器Cp的數(shù)目。正如圖20中清楚顯示出的，隨著級(jí)數(shù)變大，升壓電路的電流供給能力降低，因此提升的電壓受到限制。
下面將描述升壓速度增大的情況。
為了提高升壓速度，電流供給能力應(yīng)當(dāng)提高。為此，必需增加并聯(lián)連接的充電泵的數(shù)目。在圖21中，水平軸表示升壓電路的輸出電壓Vout，垂直軸表示從升壓電路獲得的電流Iout。圖21示出了一個(gè)充電泵和兩個(gè)并聯(lián)連接的充電泵的特性。因此，為了提高充電速度，布局面積變大。這個(gè)趨勢(shì)與升壓電路的電流供給能力成反比。
在日本專利公報(bào)No.7-111095中公開的升壓電路中，一個(gè)開關(guān)設(shè)置在充電泵的部分輸出和其它輸出電路的輸入/輸出之間。當(dāng)串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)移晶體管的數(shù)目和并聯(lián)連接的充電泵的數(shù)目變化時(shí)，控制此開關(guān)的電路變得復(fù)雜。此外，布局面積變大。
在日本專利公報(bào)No.8-103070、9-266281和9-331671中，公開了多種升壓電路。但是，在這些相關(guān)參考技術(shù)中，沒(méi)有考慮反向柵偏置特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提高升壓電路的電流供給能力，提高升壓效率，并且適當(dāng)?shù)卦龃笊龎核俣取?br> 本發(fā)明提供了一種升壓電路，具有至少三個(gè)充電泵，每個(gè)充電泵具有至少一個(gè)用于提升電壓的升壓?jiǎn)卧?，其特征在于一個(gè)晶體管是按照下述結(jié)構(gòu)設(shè)置的第一充電泵的輸出端子連接至該晶體管的漏極，第二充電泵的輸入端子連接至該晶體管的源極，第三充電泵的輸出端子連接至該晶體管的柵極，第一充電泵的輸出端子連接至第二充電泵的輸出端子。
優(yōu)選地，在所述升壓電路中，將第一充電泵的輸出端子、第二充電泵的輸出端子和第三充電泵的輸出端子連接起來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明，施加至被充電的轉(zhuǎn)移晶體管的反向柵極的電壓和其源極之間的電位最大為一個(gè)pn型二極管的閾值電壓(例如0.6V)。因此，與相關(guān)參考技術(shù)相比，反向柵偏置特性的影響減弱了。
在升壓電路的升壓工作開始時(shí)，由于輸出電壓低，故串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)移晶體管的數(shù)目少。代之以串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)移晶體管的數(shù)目多。因此，升壓速度增大。在升壓電路的升壓工作結(jié)束時(shí)，由于輸出電壓變高，串聯(lián)連接的轉(zhuǎn)移晶體管的數(shù)目變少。因此，可以獲得要求的高電壓。
此外，由于不需要控制開關(guān)的電路，布局面積不會(huì)顯著增大。
借助于對(duì)附圖中顯示的最佳實(shí)施例所做的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路圖；圖2是一個(gè)剖視圖，用于顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的時(shí)序圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的特性的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路圖；圖6是一個(gè)剖視圖，用于顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的時(shí)序圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的概念性方框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電路圖；圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的特性的曲線圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的概念性方框圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電路圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的概念性方框圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電路圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的特性的曲線圖；圖16是根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的電路圖；圖17是根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的時(shí)序圖；圖18是一個(gè)剖視圖，用于顯示根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的半導(dǎo)體襯底；圖19是根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的概念性方框圖；圖20是顯示根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的特性的曲線圖；以及圖21是顯示根據(jù)相關(guān)參考技術(shù)的特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明的一個(gè)特征是，轉(zhuǎn)移晶體管形成在三重阱(triple-well)上。輔助轉(zhuǎn)移晶體管連接至每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的漏極(在最后輸出的相對(duì)一側(cè))。圖2是一個(gè)剖視圖，它示出了在三重阱上形成的晶體管的結(jié)構(gòu)。一個(gè)N型阱區(qū)形成在一個(gè)P型半導(dǎo)體襯底上。一個(gè)P型阱形成在N型阱上。一個(gè)N型MOS晶體管形成在一個(gè)P型阱上。當(dāng)晶體管的漏極、P型阱和N型阱共同連接時(shí)，可以形成一個(gè)N型晶體管，其中輔助轉(zhuǎn)移晶體管連接至轉(zhuǎn)移晶體管的漏極。對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管，N型阱是采用例如LOCOS分離的。
(第一實(shí)施例)圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。第一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)與圖18中所示的相關(guān)參考技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)是相同的。
在圖1中，升壓?jiǎn)卧ㄞD(zhuǎn)移晶體管MD0-MD3、電容器C11-C13和MOS晶體管D1-D3。將每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的輸入端子、漏極和柵極連接起來(lái)。每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的源極是輸出端子。每個(gè)電容器的第一端子連接至每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的源極。一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)被供給每個(gè)電容器的第二端子。將每個(gè)MOS晶體管的漏極、柵極和電源連接起來(lái)。每個(gè)MOS晶體管的源極連接至每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的源極。多個(gè)升壓?jiǎn)卧谴?lián)連接的。一個(gè)電源Vcc被供給第一級(jí)中的升壓?jiǎn)卧妮斎攵俗印?br> 升壓?jiǎn)卧霓D(zhuǎn)移晶體管MD0-MD3中的每一個(gè)均由圖2中所示的一個(gè)三重阱半導(dǎo)體構(gòu)成。此三重阱半導(dǎo)體包括N型的第一阱110和P型的第二阱120。N型的第一阱110形成在一個(gè)P型的半導(dǎo)體襯底100上。P型的第二阱120形成在N型的第一阱110上。轉(zhuǎn)移晶體管MD0-MD3中的每一個(gè)的半導(dǎo)體襯底100均連接至一個(gè)參考電壓。將前一級(jí)中的升壓?jiǎn)卧妮敵龆俗覲Dn、第一阱110中的N+擴(kuò)散層111、第二阱120中的P+擴(kuò)散層121、第二阱120中的N+擴(kuò)散層122、電容器C1的第一端子以及每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管MD0-MD3的柵極連接起來(lái)。第一阱110的導(dǎo)電類型與N+擴(kuò)散層111的導(dǎo)電類型是相同的。第二阱120的導(dǎo)電類型與P+擴(kuò)散層121的導(dǎo)電類型是相同的。第二阱120的導(dǎo)電類型不同于N+擴(kuò)散層122的導(dǎo)電類型。第二阱120中的N+擴(kuò)散層123是此升壓?jiǎn)卧妮敵龆俗覲Dn+1。
一個(gè)同相時(shí)鐘信號(hào)#1和一個(gè)倒相時(shí)鐘信號(hào)#3被供給升壓?jiǎn)卧碾娙萜鰿11-C13。如圖3所示，輸出電壓Vout由每個(gè)升壓?jiǎn)卧龎骸?br> 在這個(gè)例子中，轉(zhuǎn)移晶體管MD0、MD1、MD2、MD3、…和MDn的閾值分別由VTMD0、VTMD1、對(duì)應(yīng)于閾值VTD的電壓的VTMD2、VTMD3、…和VTMDn表示。電源電壓降低了的電壓(Vcc-VTD)施加至轉(zhuǎn)移晶體管MD的節(jié)點(diǎn)。最大電壓(Vcc-VTD+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)PD1。最大電壓(Vcc-VTD+Vclk-VTMD1+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)PD2。最大電壓(Vcc-VTD+Vclk-VTMD1+Vclk-VTMD2+Vclk)施加至節(jié)點(diǎn)PD3。最后的轉(zhuǎn)移晶體管Mn的源極電壓(Vout)的最大電壓由下式表示Vout＝Vcc-VTD+Vclk×n-(VTMD1+VTMD2+VTMD3+…+VTMDn)其中Vclk為施加至每個(gè)節(jié)點(diǎn)PD的電壓，它對(duì)應(yīng)于供給每個(gè)電容器C的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)clk#；n為轉(zhuǎn)移晶體管的級(jí)數(shù)。
在這個(gè)例子中，施加至與此時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移晶體管的漏極的電壓幅度的最大電壓Vclk按下式被提升Vclk＝(Cp/(Cp+Cj))×Vcc其中Cj為晶體管之間的擴(kuò)散層的電容。
在升壓電路工作后，節(jié)點(diǎn)P1、P2、P3、…和Pn的電壓升高。但是，輔助轉(zhuǎn)移晶體管的電壓與相關(guān)轉(zhuǎn)移晶體管的源極之間的電位至多為一個(gè)pn二極管的閾值VTMD(例如0.6V)。因此，反向柵偏置特性的影響是小的。最后的轉(zhuǎn)移晶體管Mn的源極電壓(Vout)被提升至Vout＝Vcc-VTD+Vclk×n-VTMD×n如圖3所示，對(duì)應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)#1和#3，輸出電壓Vout與升壓?jiǎn)卧臄?shù)目成比例地急劇升高。
因此，在最后輸出側(cè)，每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的電流供給能力不會(huì)降低。此外，升壓效率提高了，升壓速度增大。
圖4是顯示升壓電路的電流供給能力的曲線圖。在圖4中，水平軸表示輸出電壓Vout，垂直軸表示輸出電流Iout。隨著升壓?jiǎn)卧募?jí)數(shù)的增加，輸出電流線性地增大。換句話說(shuō)，圖4顯示出功率具有線性特性。另外，即使級(jí)數(shù)增加，電流供給能力也不會(huì)降低，并且提升的電壓也不受限制。
(第二實(shí)施例)下面將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在圖5所示的一個(gè)四相時(shí)鐘升壓電路中，電流供給能力、升壓效率和升壓速度優(yōu)于圖1中所示的兩相型時(shí)鐘升壓電路的相應(yīng)特性。
圖5中所示的升壓電路的電路結(jié)構(gòu)與圖1中所示的電路結(jié)構(gòu)基本相同。即，轉(zhuǎn)移晶體管MJn和轉(zhuǎn)移晶體管NJn為三重阱晶體管。每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管MJn和NJn的漏極連接至一個(gè)相關(guān)的輔助轉(zhuǎn)移晶體管。
圖6是一個(gè)剖視圖，它示出了圖5中所示的每個(gè)升壓?jiǎn)卧慕Y(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)際例子。如圖6所示，每個(gè)升壓?jiǎn)卧ㄒ粋€(gè)三重阱半導(dǎo)體器件。每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管MJn包括一個(gè)N型的第一阱210和一個(gè)P型的第二阱220。N型的第一阱210形成在一個(gè)P型的半導(dǎo)體襯底200上。P型的第二阱220形成在N型的第一阱210上。每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管NJn包括一個(gè)N型的第一阱310和一個(gè)P型的第二阱320。N型的第一阱310形成在一個(gè)P型的半導(dǎo)體襯底300上。P型的第二阱320形成在N型的第一阱310上。
P型半導(dǎo)體襯底200和300均連接至一個(gè)參考電壓。將第一阱210和310中的N+擴(kuò)散層211和311、第二阱220和320中的P+擴(kuò)散層221和321、第二阱220和320中的N+擴(kuò)散層(漏極)以及電容器QD1和QD2的第一端子直接連接起來(lái)。第一阱210和310的導(dǎo)電類型與N+擴(kuò)散層211和311的導(dǎo)電類型是相同的。第二阱220和320的導(dǎo)電類型與P+擴(kuò)散層221和321的導(dǎo)電類型是相同的。第二阱220和320的導(dǎo)電類型不同于N+擴(kuò)散層(漏極)222和322的導(dǎo)電類型。
將轉(zhuǎn)移晶體管NJ0-NJ3的N+擴(kuò)散層(源極)323、轉(zhuǎn)移晶體管MJ0-MJ3的柵極224以及電容器QD5和QD6的第一端子直接連接起來(lái)。轉(zhuǎn)移晶體管NJ0-NJ3的柵極324與轉(zhuǎn)移晶體管MJ0-MJ3的N+擴(kuò)散層(源極)223連接。第二阱220的一個(gè)擴(kuò)散層223是升壓?jiǎn)卧囊粋€(gè)輸出端子。
同相時(shí)鐘信號(hào)#1和倒相時(shí)鐘信號(hào)#3交替地供給升壓?jiǎn)卧碾娙萜鱍D1、QD2和QD3。同樣，同相時(shí)鐘信號(hào)#2和倒相時(shí)鐘信號(hào)#4交替地供給升壓?jiǎn)卧碾娙萜鱍D5、QD6和QD7。如圖7所示，輸出電壓Vout是由每個(gè)升壓?jiǎn)卧嵘?。時(shí)鐘信號(hào)#1-#4按圖7中所示的時(shí)序供給。因此，可以有效地獲得輸出電壓。
采用圖5所示的電路結(jié)構(gòu)和三重阱轉(zhuǎn)移晶體管，如圖7中的時(shí)序圖所示，輸出電壓Vout可以相應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)#1-#4被準(zhǔn)確地提升，不會(huì)飽和。
如上所述，圖5中所示的升壓電路是一個(gè)四相時(shí)鐘型升壓電路。正如圖1中所示的升壓電路一樣，每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管形成在一個(gè)三重阱上。每個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管的漏極連接至一個(gè)相關(guān)的輔助轉(zhuǎn)移晶體管。
(第三實(shí)施例)下面參照?qǐng)D8描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖8是一個(gè)概念性方框圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。在圖8中，一個(gè)升壓電路包括一個(gè)充電泵3、一個(gè)充電泵4、一個(gè)MOS晶體管MN1和一個(gè)輸出端子。充電泵3是由三重阱轉(zhuǎn)移晶體管構(gòu)成的。同樣，充電泵4也是由三重阱轉(zhuǎn)移晶體管構(gòu)成的。MOS晶體管MN1的漏極連接至充電泵3的最后一級(jí)。MOS晶體管MN1的源極連接至充電泵4的第一級(jí)。MOS晶體管MN1的柵極連接至輸出端子。充電泵3和充電泵4的輸出電壓是從輸出端子獲得的。
概念性地講，在升壓工作開始時(shí)，充電泵3和4輸出被提升的電壓Vout。當(dāng)電壓Vout變成MOS晶體管MN1的閾值時(shí)，MOS晶體管MN1開始工作。因此，充電泵4的輸出電壓逐漸升高。結(jié)果，可以獲得一個(gè)高提升的電壓。當(dāng)MOS晶體管MN1導(dǎo)通時(shí)，充電泵3和4被連接，如同它們串聯(lián)連接。因此，可以獲得所要求的高電壓。
圖9是一個(gè)電路圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的升壓電路的實(shí)際結(jié)構(gòu)。在圖9中，充電泵3包括一個(gè)電源Vcc、轉(zhuǎn)移晶體管MJ0-MJ3、輔助轉(zhuǎn)移晶體管NJ0-NJ3、MOS晶體管D1-D4、電容器C11-C14以及電容器C21-C24。轉(zhuǎn)移晶體管MJ4的源極連接至一個(gè)輸出端子。同樣，充電泵4包括一個(gè)電源Vcc、轉(zhuǎn)移晶體管MK0-MK3、輔助轉(zhuǎn)移晶體管NK0-NK3、MOS晶體管D1-D4、電容器C16-C19以及電容器C26-C29。轉(zhuǎn)移晶體管MK4的源極連接至一個(gè)輸出端子P1。在這個(gè)例子中，轉(zhuǎn)移晶體管MK0-MK3和輔助轉(zhuǎn)移晶體管NK0-NK3中的每一個(gè)均由一個(gè)N型的晶體管構(gòu)成，其中在三重阱上的一個(gè)輸入側(cè)漏極擴(kuò)散層、一個(gè)P阱和一個(gè)N阱是共同連接的。此外，供給圖7中所示的四相時(shí)鐘信號(hào)。因此，得到一個(gè)四相時(shí)鐘型升壓電路。
另外，在充電泵3的輸出側(cè)上的轉(zhuǎn)移晶體管MJ4的漏極節(jié)點(diǎn)PJ4和在充電泵4的輸入側(cè)上的轉(zhuǎn)移晶體管MK0的漏極節(jié)點(diǎn)PK0通過(guò)N型晶體管MN1連接。
但是，供給連接至節(jié)點(diǎn)PJ4的升壓電容器C14的時(shí)鐘信號(hào)#3的相位不同于供給連接至轉(zhuǎn)移晶體管MK0的源極的升壓電容器C16的時(shí)鐘信號(hào)#1的相位，其相位差為180°，轉(zhuǎn)移晶體管MK0的漏極連接至節(jié)點(diǎn)PK0。N型晶體管MN1的柵極連接至輸出端子P1，此端子輸出充電泵3和4的輸出電壓Vout。
(第三實(shí)施例的工作原理)下面描述第三實(shí)施例的工作原理。由于Vout的低電壓和反偏置特性，在升壓工作開始時(shí)，MOS晶體管MN1截止。此時(shí)，兩個(gè)并聯(lián)連接的充電泵(四級(jí)升壓?jiǎn)卧?)的電荷被提供作為最后的輸出電壓Vout。
在升壓工作的中間，由于輸出端子P1處的電壓Vout升高，晶體管MN1導(dǎo)通。但是，由于柵極電壓不夠高，晶體管MN1的電荷轉(zhuǎn)移能力是低的。換句話說(shuō)，充電泵4處于過(guò)渡狀態(tài)，其中并聯(lián)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)狀態(tài)(八級(jí)升壓?jiǎn)卧?)。因此，升壓電路的電流供給能力處于(四級(jí)升壓?jiǎn)卧?)的電流供給能力和(八級(jí)升壓?jiǎn)卧?)的電流供給能力的中間。
在升壓工作的最后，電壓Vout升高，晶體管MN1的柵極電壓升高，并且電荷轉(zhuǎn)移能力提高。因此，充電泵4的升壓?jiǎn)卧耆?lián)連接。相應(yīng)地，充電泵4按(八級(jí)升壓?jiǎn)卧?)工作。
圖10是一個(gè)曲線圖，它示出了電壓Vout與電流供給能力Iout的關(guān)系。在升壓工作的前半部分，當(dāng)輸出電壓Vout從低電壓升至中等電壓時(shí)，電流供給能力優(yōu)于常規(guī)的電流供給能力。在升壓工作的后半部分，當(dāng)輸出電壓Vout從中等電壓升至高電壓時(shí)，電流供給能力與常規(guī)的電流供給能力相同。因此，輸出電壓Vout被提升至所要求的電壓。
在升壓工作的前半部分，升壓速度可以增大。在升壓工作的后半部分，輸出電壓Vout可以被自動(dòng)地提升至要求的電壓。
此外，由于所提升的電壓Vout直接施加至晶體管MN1的柵極，不需要采用開關(guān)的控制電路，故布局面積不會(huì)明顯增大。
(第四實(shí)施例)圖11是一個(gè)概念性方框圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的升壓電路的結(jié)構(gòu)。在圖11中，升壓電路包括充電泵3、4和5、一個(gè)MOS晶體管MN1以及一個(gè)輸出端子。充電泵3、4和5的升壓?jiǎn)卧獮槿刳遛D(zhuǎn)移晶體管。MOS晶體管MN1的漏極連接至充電泵3的最后一級(jí)。MOS晶體管MN1的源極連接至充電泵4的第一級(jí)。MOS晶體管MN1的柵極連接至充電泵5的一個(gè)輸出端子P2。充電泵3和4的輸出電壓Vout從輸出端子獲得。
概念性地講，在升壓工作開始時(shí)，充電泵3和4獨(dú)立地提升電壓，并且獲得輸出電壓Vout2。當(dāng)充電泵5的輸出電壓變成MOS晶體管MN1的閾值時(shí)，MOS晶體管MN1開始工作。因此，充電泵4的輸出電壓逐漸升高。結(jié)果，可以獲得高提升的電壓。當(dāng)MOS晶體管MN1導(dǎo)通時(shí)，充電泵3和4連接，如同它們并聯(lián)連接一樣。因此，可以從輸出端子P1獲得所要求的高壓作為輸出電壓Vout2。此外，可以獲得充電泵5的輸出電壓Vout1。
圖12是一個(gè)電路圖，它示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的升壓電路的實(shí)際結(jié)構(gòu)。在圖12中，充電泵5是作為一個(gè)方框畫出的。在此第四實(shí)施例中，正如圖9中所示的結(jié)構(gòu)一樣，采用了一個(gè)四相時(shí)鐘型升壓電路。在此四相時(shí)鐘型升壓電路中，采用了N型晶體管，其中在一個(gè)三重阱上的一個(gè)輸入側(cè)漏極擴(kuò)散層、一個(gè)P阱和一個(gè)N阱共同連接。圖12中所示的升壓電路的結(jié)構(gòu)不同于圖1中所示的結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于一個(gè)輸出電壓(Vout1)被施加至N型晶體管(MN1)的柵極，此輸出電壓來(lái)自于另一充電泵5，而不是來(lái)自充電泵3和4。
(第四實(shí)施例的工作原理)第四實(shí)施例的基本工作原理與第三實(shí)施例相同。為簡(jiǎn)單起見，將省略重復(fù)性的說(shuō)明。在此第四實(shí)施例中，除了第三實(shí)施例的效果之外，由于充電泵5的輸出電壓被施加至N型晶體管的柵極，充電泵4從并聯(lián)狀態(tài)(四級(jí)升壓?jiǎn)卧?)到串聯(lián)狀態(tài)(八級(jí)升壓?jiǎn)卧?)的過(guò)渡狀態(tài)可以得到控制。此外，當(dāng)充電泵5的結(jié)構(gòu)與充電泵3和4的結(jié)構(gòu)相同時(shí)，即使充電泵3和4中的一個(gè)失效，它也可以容易地被替換。另外，由于可以獲得兩個(gè)提升的電壓Vout1和Vout2，改善了控制半導(dǎo)體器件的自由度。
作為第四實(shí)施例的一種變型，當(dāng)充電泵3、4和5的輸出電壓Vout1和Vout2如圖13中所示共同連接時(shí)，布局面積與相關(guān)參考技術(shù)中是相同的。但是，如圖14中所示，由于充電泵是按照四級(jí)升壓?jiǎn)卧?連接的，電流供給能力優(yōu)于相關(guān)參考技術(shù)。因此，如圖15所示，升壓速度增大了。
根據(jù)本發(fā)明，由于采用了三重阱型晶體管，可以獲得一種受反向柵偏置特性影響較小的升壓電路。
此外，隨著輸出電壓升高，并聯(lián)的升壓?jiǎn)卧臄?shù)目和串聯(lián)的升壓?jiǎn)卧臄?shù)目可以自動(dòng)地改變。由此，可以供給半導(dǎo)體電路多種電源電壓。
另外，根據(jù)本發(fā)明，電流供給能力提高了。再者，升壓速度增大了。
雖然已經(jīng)參照最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出上述的和各種其它的形式和細(xì)節(jié)方面的變更、刪減和增設(shè)。
權(quán)利要求
1.一種升壓電路，具有至少三個(gè)充電泵，每個(gè)充電泵具有至少一個(gè)用于提升電壓的升壓?jiǎn)卧?，其特征在于一個(gè)晶體管是按照下述結(jié)構(gòu)設(shè)置的第一充電泵的輸出端子連接至該晶體管的漏極，第二充電泵的輸入端子連接至該晶體管的源極，第三充電泵的輸出端子連接至該晶體管的柵極，第一充電泵的輸出端子連接至第二充電泵的輸出端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的升壓電路，其特征在于將第一充電泵的輸出端子、第二充電泵的輸出端子和第三充電泵的輸出端子連接起來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種升壓電路，它具有至少三個(gè)充電泵，每個(gè)充電泵具有至少一個(gè)用于提升電壓的升壓?jiǎn)卧?，其特征在于一個(gè)晶體管是按照下述結(jié)構(gòu)設(shè)置的第一充電泵的輸出端子連接至該晶體管的漏極，第二充電泵的輸入端子連接至該晶體管的源極，第三充電泵的輸出端子連接至該晶體管的柵極，第一充電泵的輸出端子連接至第二充電泵的輸出端子。優(yōu)選地，可以將第一充電泵的輸出端子、第二充電泵的輸出端子和第三充電泵的輸出端子連接起來(lái)。本發(fā)明的升壓電路可以提高電流供給能力，提高升壓效率，并且適當(dāng)?shù)卦龃笊龎核俣取?br> 文檔編號(hào)H02M3/07GK1516197SQ0312310
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者三木淳范 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司