升压电路制造技术

本发明专利技术提供升压电路。涉及需要高于电源电压的正或者负的高电压的非易失性存储器的升压电路，本申请发明专利技术即使在３Ｖ以下的低电源电压下也能够发生１２Ｖ左右的高电压，用同一个电路不仅能够发生正的高电压，还能够发生负的高电压，另外，通过把作为本申请发明专利技术的升压电路的衬底控制型并联电气供给泵与串联型电气供给泵组合起来，能够有效地发生两种高电压，能够减小芯片面积。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发生比动作电压高的电压或负电压的半导体电气供给泵电路以及使用了该电路的半导体集成电路。
技术介绍
在Flash、EEPROM的非易失性存储器的清除、写入时，为了使用隧道效应或热电子、热空穴技术，需要12V左右的高电压。发生高电压的以往的电气供给泵(charge pump)方式的升压电路在文献IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.32，NO.8，AUGUST 1997“A Dynamic Analysis of the Dicson Charge Pump”中介绍、解析的那样，一般已知把使电荷移动的MOS晶体管(以后，称为「传输MOS」)连接到二极管的Dicson型电气供给泵，由于电路构成非常简单，因此广泛地被使用。在图1、图2中示出Dicson型电气供给泵的结构图。图1是也在上述IEEE文献中记载的概念框图，图2是把图1的缓冲器置换成n型MOS的例子。在图2中，使n型MOS的漏极与栅极短路，连接在漏极与源极上的电容器的另一侧施加CLK。CLK与CLKn如图3所示，为互补的关系。在CLKn为“High”、CLK为“Low”时，由于1级、3级的奇数级的漏极电位比源极电位高，因此，在奇数级的n型MOS中流动漏极电流，向C1、C3的奇数电容器充入电荷。相反，CLK为“High”、CLKn为“Low”时，2级、4级的偶数级的漏极电位比源极电位高，因此，在偶数级的n型MOS中流动漏极电流，电荷从奇数电容器C1、C3向偶数电容器C2、C4移动。如果把构成该Dicson型电气供给泵的n型MOS晶体管的阈值电压设为Vt，则输出电压Vout能够用式(1)表示。Vout＝(Vcc-Vt)×N+Vcc(1)N级数Vcc电源电压然而，随着接近输出端，n型MOS晶体管的漏极、源极电压升压，源极衬底间电压Vsb上升，由衬底效应发生的NMOS晶体管的阈值电压Vt如式(2)所示那样上升。Vt=Vt0+γ(2φf+Vsb-2φf)---(2)]]>Vt0Vsb＝0V时的Vtγ衬底效应系数φf衬底费米能级进而，由于根据式(2)，Vt＝Vcc时的Vsb可以说是升压电压的最大电压，所以能够通过式(3)计算出升压最大电压Vout_max。Vout_max(=Vsb)=(Vcc-Vt0γ+2φf)2-2φf---(3)]]>图4表示了电源电压Vcc和升压电压Vout的计算值。从图4可知，在Dicson型电气供给泵中，升压电压Vout_max取决于电源电压。目前还正在研究Dicson型电气供给泵的改良型。在特开平11-308856「电气供给泵电路装置」中，把n型MOS分离成多个组，通过缓慢升高衬底电位来抑制由衬底效应引起的n型MOS的Vt上升。上述以往技术的Dicson型电气供给泵通过伴随着升压，n型MOS的源极衬底间电压Vsb上升，根据衬底效应的影响，n型MOS的阈值电压Vt上升，升压电压的最大值便被决定了。其结果，在低于3V的低电源电压下，不能够生成非易失性存储器的清除、写入所需要的12V左右的高电压。另外，即使如特开平11-308856「电气供给泵电路装置」中那样的通过把n型MOS分离为多个组，缓慢升高衬底电位，抑制衬底效应的影响，在多个组中也会有达不到Vsb＝0V的n型MOS，不能够去除全部n型MOS的衬底效应。另外，在特开2003-45193「半导体电气供给泵电路以及非易失性半导体存储器」中，在用前两级的充电电压作为n型MOS的衬底电位的方式中，把每一级不同的电压值设定为n型MOS的衬底电位，但是，Vsb至少一级部分的电压增幅值成为Vga(＝Vcc-Vt)，发生衬底效应。本专利技术目的在于提供没有衬底效应影响的电气供给泵电路，同时，提供效率良好的电路构成以及能够发生正或负的高压电压的电气供给泵电路。
技术实现思路
为了解决上述的课题，通过添加控制输送电荷的n型MOS的衬底的MOS，如果是n型MOS，则通过始终在漏极或源极电位的某一个低电位上设定衬底电位，取作Vsb＝0V，去除衬底效果影响。在成为Vsb＝0V时，式(2)的第2项能够为0，但是残留第1项的Vt0。为了使该n型MOS的Vt0成为0V，在n型MOS的栅极上通过电容器Cg施加大于(电源电压+Vt0)电压的同时，用在该n型MOS上设定的栅极电压控制下一级n型MOS的栅极电位，提高充电传递效率。附图说明图1是以往的Dicson型电气供给泵的结构图。图2是以往的Dicson型电气供给泵的电路图。图3表示时钟波形。图4是表示Dicson型电气供给泵升压电压计算值的曲线。图5是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的整体电路图。图6是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的部分电路图。图7是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的CLK X1期间的电路说明图。图8是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的CLK X2期间的电路说明图。图9是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的定时图。图10是本专利技术第1实施例的电气供给泵电路的仿真电路图。图11是表示本专利技术电气供给泵电路仿真结果的曲线。图12是2倍压CLK发生电路。图13是本专利技术第2实施例的负高压电压发生电气供给泵的电路图。图14是本专利技术第2实施例的电气供给泵电路的CLK X1期间的电路说明图。图15是本专利技术第2实施例的电气供给泵电路的CLK X2期间的电路说明图。图16是表示本专利技术第3实施例的正高压电压发生电气供给泵的电路图。图17是表示本专利技术第4实施例的负高压电压发生电气供给泵的电路图。图18是表示本专利技术第5实施例的正负高压电压发生电气供给泵的电路图。图19是表示本专利技术第6实施例的高压电压发生电气供给泵的电路结构图。图20是表示本专利技术第7实施例的串联型电气供给泵的电路图。图21是搭载本专利技术的电气供给泵电路的IC卡的硬件结构图。具体实施例方式以下，根据附图说明本专利技术的实施例。本申请专利技术对电路元件没有限制，由众所周知的Si半导体集成电路实现。在本申请的附图中，反向栅极具有向内的箭头表示n型MOSFET。另外，反向栅极具有外侧箭头并且在栅极上加上了圆圈标记的表示p型MOSFET。本申请的说明书中，把MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)简称为MOS。另外，本申请一般能够适用于MISFET。在图5中表示了作为本专利技术的电气供给泵电路的第1实施例的发生正高电压的整体电路，图6中表示抽取出电气供给泵级的一部分。本申请的电气供给泵电路串联多级连接了包括4个n型MOS和2个电容器的基本泵单元。基本泵单元由把电荷输送到下一级的传输MOS(TMOS)、起到把TMOS的衬底(称为阱)连接到传输MOS的漏极或源极上的连接电路作用的衬底控制MOS、起到把传输MOS的栅极电位连接到漏极上的连接电路作用的栅极电压设定MOS、将从TMOS输送的电荷进行充入的充电电容器(C)、把2VCLK或2VCLKn的电位传送给TMOS的栅极的传输栅极电容器(Cg)构成。另外，TMOS的栅极连接在下一级的栅极电压设定MOS的栅极。但是，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压电路，该升压电路连接了Ｎ级基本泵单元进行升压，其特征在于：上述基本泵单元至少具有第１ＭＩＳＦＥＴ、第２ＭＩＳＦＥＴ、第３ＭＩＳＦＥＴ和第１电容器，上述第１ＭＩＳＦＥＴ的反向栅极连接于第１节点，其源漏路径连接在第２节点 与第３节点之间，上述第２ＭＩＳＦＥＴ的反向栅极连接于上述第１节点，其源漏路径连接在上述第１节点与第２节点之间，上述第３ＭＩＳＦＥＴ的反向栅极连接于上述第１节点，其源漏路径连接在上述第１节点与上述第３节点之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山添孝德，金井健男，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]