專利名稱：充電泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充電泵電路，特別是涉及具有產(chǎn)生負(fù)電位的負(fù)電位產(chǎn)生充 電泵電路和產(chǎn)生正電位的正電位產(chǎn)生充電泵電路的充電泵電路。
背景技術(shù)：
一般的充電泵電路是串聯(lián)電荷傳輸MOS晶體管而構(gòu)成多級泵組并對 輸入電位進(jìn)行升壓的電路，例如在顯示裝置的驅(qū)動電路的電源電路中廣泛 使用。在驅(qū)動電路等的LSI中，有時需要以接地電位VSS為基準(zhǔn)的正電位和 負(fù)電位。該情況下，在一個P型半導(dǎo)體襯底上形成產(chǎn)生負(fù)電位的負(fù)電位產(chǎn) 生充電泵電路和產(chǎn)生正電位的正電位產(chǎn)生充電泵電路。向P型半導(dǎo)體襯底施加由負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路產(chǎn)生的負(fù)電位。此外， 在P型半導(dǎo)體襯底的表面上形成N型阱，在該N型阱中形成正電位產(chǎn)生 充電泵電路，向N型阱施加該正電位。在上述充電泵電路中，正電位產(chǎn)生充電泵電路和負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電 路同時開始工作，或者首先使正電位產(chǎn)生充電泵電路工作而產(chǎn)生正電位， 然后使用該正電位，使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路工作。在專利文獻(xiàn)l、 2中記載著充電泵電路。專利文獻(xiàn)1日本特開2001—231249號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2001—286125號公報但是，在上述充電泵電路中，有不能夠正常進(jìn)行升壓的問題。用圖14 說明其原因。在P型半導(dǎo)體襯底10的表面上形成N型阱11 ，在該N型阱 11的中間形成正電位產(chǎn)生充電泵電路的電荷傳輸MOS晶體管MP。電荷 傳輸MOS晶體管有多個，但在圖14中示出了輸出正電位產(chǎn)生充電泵電路 的輸出電位HV的最終級的電荷傳輸MOS晶體管MP。經(jīng)由形成在N型 阱11的表面上的N+擴(kuò)散層12，向N型阱11施加正電位產(chǎn)生充電泵電路的正的輸出電位HV。此外，在與N型阱11鄰接的P型半導(dǎo)體襯底10的表面上形成有N 溝道型MOS晶體管MN。該N溝道型MOS晶體管MN是例如向負(fù)電位 產(chǎn)生充電泵電路提供時鐘的時鐘驅(qū)動器的N溝道型MOS晶體管，向其源 極即N+型擴(kuò)散層13施加接地電位VSS。此外，與N溝道型MOS晶體管MN鄰接，在P型半導(dǎo)體襯底10的 表面上形成P+型擴(kuò)散層14，通過向該P(yáng)+型擴(kuò)散層14施加負(fù)電位產(chǎn)生 充電泵電路的負(fù)的輸出電位LV (以接地電位VSS為基準(zhǔn)的負(fù)的電位)， 從而向P型半導(dǎo)體襯底10施加負(fù)的輸出電位LV。在負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電 路未工作的狀態(tài)下，P型半導(dǎo)體襯底10由于N+型擴(kuò)散層13而偏壓到接 近接地電位VSS。但是，若使正電位產(chǎn)生充電泵電路工作，則寄生雙極型晶體管15導(dǎo) 通，由此襯底電流在P型半導(dǎo)體襯底10中流動，P型半導(dǎo)體襯底10的電 位從接地電位VSS向正電位側(cè)上升。這樣，就從P型半導(dǎo)體襯底IO流出 由N+型擴(kuò)散層13所形成的寄生二極管(PN結(jié))的正向電流。于是，該 正向電流成為寄生雙極型晶體管16的基極電流lB，寄生雙極型晶體管16 導(dǎo)通。該狀態(tài)是由寄生雙極型晶體管15、 16形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通 的狀態(tài)。在此，寄生雙極型晶體管15的發(fā)射極是電荷傳輸MOS晶體管MP的 漏極擴(kuò)散層，基極是N型阱ll，集電極是P型半導(dǎo)體襯底10。寄生雙極 型晶體管16的發(fā)射極是N+型擴(kuò)散層13，基極是P型半導(dǎo)體襯底IO，集 電極是N型阱ll。若上述半導(dǎo)體開關(guān)元件(thyristor)導(dǎo)通，就從正電位產(chǎn)生充電泵電 路的輸出端(輸出電位HV),經(jīng)由N阱ll和P型半導(dǎo)體襯底lO，向接 地電位VSS穩(wěn)定地流動電流，因此正電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的正電位 降低了，不能正常進(jìn)行升壓工作。此外，由于P型半導(dǎo)體襯底10的電位 上升了，故負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的輸出電位在不能下降到低于接地電位 VSS的電位的狀態(tài)下穩(wěn)定，對于負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路而言，也不能正常 進(jìn)行升壓工作。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的充電泵電路的特征在于，具有正電位產(chǎn)生充電泵電路，其 產(chǎn)生正電位；負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生負(fù)電位；第一導(dǎo)電型的半導(dǎo) 體襯底，其被施加該負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的負(fù)電位；控制電路， 其控制上述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和上述正電位產(chǎn)生充電泵電路的工作； 第二導(dǎo)電型的阱，其形成在上述半導(dǎo)體襯底的表面上，并被施加上述正電 位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的正電位；第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散層，其形成在上述 半導(dǎo)體襯底的表面上；和鉗位用二極管，其對上述半導(dǎo)體襯底的電位進(jìn)行 鉗位，使得在上述正電位產(chǎn)生充電泵電路工作時，不從上述半導(dǎo)體襯底向 上述擴(kuò)散層流動正向電流。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于在上述正電位產(chǎn)生充電泵電路工作時，利用上述鉗 位用二極管鉗位上述半導(dǎo)體襯底的電位，因此，能夠防止寄生雙極型晶體 管導(dǎo)通。此外，本發(fā)明的充電泵電路，其特征在于，具有正電位產(chǎn)生充電泵 電路，其產(chǎn)生正電位；負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生負(fù)電位；第一導(dǎo)電 型的半導(dǎo)體襯底，其被施加該負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的負(fù)電位；控 制電路，其控制上述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和上述正電位產(chǎn)生充電泵電路 的工作；第二導(dǎo)電型的阱，其形成在上述半導(dǎo)體襯底的表面上，并被施加 上述正電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的正電位；金額第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散層， 其形成在上述半導(dǎo)體襯底的表面上，上述控制電路首先開始上述負(fù)電位產(chǎn) 生充電泵電路的工作，使其產(chǎn)生負(fù)電位，接著開始上述正電位產(chǎn)生充電泵 電路的工作，使其產(chǎn)生正電位。根據(jù)有關(guān)結(jié)構(gòu)，由于首先開始上述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的工作，使 其產(chǎn)生負(fù)電位，因此，在上述正電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作時，上述半 導(dǎo)體襯底偏壓為負(fù)電位，能夠防止寄生雙極型晶體管導(dǎo)通。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在具有產(chǎn)生負(fù)電位的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和產(chǎn)生正電 位的正電位產(chǎn)生充電泵電路的充電泵電路中，能防止寄生雙極型晶體管導(dǎo) 通，能正常地進(jìn)行充電泵電路的升壓工作。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式涉及的充電泵電路的框圖。圖2是正電位產(chǎn)生充電泵電路的電路圖。 圖3是負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的電路圖。圖4是本發(fā)明的第一實施方式涉及的充電泵電路的部分剖面圖。 圖5是本發(fā)明的第一實施方式涉及的充電泵電路的工作定時圖。 圖6是示出正電位產(chǎn)生充電泵電路的穩(wěn)定狀態(tài)中的工作的波形圖。 圖7是示出負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的穩(wěn)定狀態(tài)中的工作的波形圖。 圖8是本發(fā)明的第二實施方式涉及的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的電路圖。圖9是本發(fā)明的第二實施方式涉及的充電泵電路的工作定時圖。 圖10是示出本發(fā)明的第二實施方式涉及的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路的 穩(wěn)定狀態(tài)中的工作的波形圖。圖11是本發(fā)明的第三實施方式涉及的充電泵電路的電路圖。圖12是本發(fā)明的第三實施方式涉及的充電泵電路的部分剖面圖。圖13是示出本發(fā)明的第三實施方式涉及的充電泵電路的工作的波形圖。圖14是現(xiàn)有例的充電泵電路的部分剖面圖。圖中l(wèi)一正電位產(chǎn)生充電泵電路，2 —負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，3 — 控制電路，IO—P型半導(dǎo)體襯底，ll一N型阱，12—N+型擴(kuò)散層，13—N +型擴(kuò)散層，14一P+型擴(kuò)散層，15 —寄生雙極型晶體管，20 —二極管， 21—PNP寄生雙極型晶體管，22—N型阱，23—NPN寄生雙極型晶體管， lll一正電位產(chǎn)生充電泵電路，112—負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，INV1、INV2、 INV3、 INVll、 INV12—CMOS反相器，Cl、 C2、 Cll、 C12—電容器。
具體實施方式
[第一實施方式]對本發(fā)明的第一實施方式涉及的充電泵電路進(jìn)行說明。圖1是充電泵電路的框圖。該充電泵電路在P型半導(dǎo)體襯底上具有產(chǎn)生正的輸出電位 HV的正電位產(chǎn)生充電泵電路1;產(chǎn)生負(fù)的輸出電位LV的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2;控制這些負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2和正電位產(chǎn)生充電泵電路1 的工作的控制電路3。而且，向P型半導(dǎo)體襯底施加由負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2所產(chǎn)生的負(fù)的輸出電位LV。圖2是正電位產(chǎn)生充電泵電路1的電路圖。電荷傳輸P溝道型MOS 晶體管MP1、 MP2串聯(lián)，向電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP1施加正 的電源電位VDD，以作為輸入電位。電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP1 、 MP2的連接節(jié)點(diǎn)連接有電容器C1的第一端子。此外，作為時鐘驅(qū)動器， 設(shè)置輸入時鐘CLK1的CMOS反相器INV1，向電容器Cl的第二端子施 加己利用該CMOS反相器INV1對時鐘CLK1進(jìn)行反相后的時鐘*(:0^1。 電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP1、 MP2形成在P型半導(dǎo)體襯底的表面 上，分別形成在分離的N型阱內(nèi)。由于時鐘CLK1的低電平是VSS，高電平是VDD， CMOS反相器INV1 的電源電位是VDD，因此，時鐘*(:00的低電平是VSS，高電平是VDD。 控制電路3控制時鐘CLK1的供給和電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP1 、 MP2的開關(guān)。在正電位產(chǎn)生充電泵電路1的穩(wěn)定工作狀態(tài)中，從MP2的 漏極得到輸出電位HV (=2VDD)。圖3是負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2的電路圖。電荷傳輸P溝道型MOS 晶體管MP3和電荷傳輸N溝道型MOS晶體管MN1串聯(lián)，向電荷傳輸P 溝道型MOS晶體管MP3的源極施加接地電位VSS，以作為輸入電位。在形成于P型半導(dǎo)體襯底的表面上的N型阱內(nèi)形成電荷傳輸P溝道型 MOS晶體管MP3 。使MP3為P溝道型是為了向P型半導(dǎo)體襯底施加由負(fù) 電位產(chǎn)生充電泵電路2產(chǎn)生的負(fù)的輸出電位LV。電荷傳輸P溝道型MOS 晶體管MP3和電荷傳輸N溝道型MOS晶體管MN1的連接節(jié)點(diǎn)連接有電 容器C2的第一端子。此夕卜，作為時鐘驅(qū)動器，設(shè)置輸入時鐘CLK2的CMOS反相器INV2， 向電容器C2的第二端子施加利用該CMOS反相器INV2對時鐘CLK2進(jìn) 行了反相后的時鐘^LK2。用正電位產(chǎn)生充電泵電路1所產(chǎn)生的輸出電位 HV來產(chǎn)生時鐘CLK2，由于其低電平是VSS，高電平是HV， CMOS反相 器INV2的電源電位是HV，因此，時鐘WLK2的低電平是VSS，高電平 是HV。控制電路3控制時鐘CLK2的供給和電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP3、 MN1的開關(guān)。在負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2的穩(wěn)定工作狀態(tài)中， 從MN1的漏極得到輸出電位LV (二一2VDD)。圖4是在半導(dǎo)體襯底上形成了充電泵電路時的部分剖面圖。針對與圖 14相同的結(jié)構(gòu)部分標(biāo)記相同符號。正電位產(chǎn)生充電泵電路l、負(fù)電位產(chǎn)生 充電泵電路2和控制電路3都形成在P型半導(dǎo)體襯底10上。圖4的P溝 道型MOS晶體管MP對應(yīng)于上述電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MP2， N 溝道型MOS晶體管MN對應(yīng)于例如CMOS反相器INV1、 INV2的N溝 道型MOS晶體管。根據(jù)本實施方式，在形成于P型半導(dǎo)體襯底10的表面上的P+型擴(kuò) 散層14與接地電位VSS之間連接著鉗位用的二極管20。 二極管20的陽 極與P+型擴(kuò)散層14連接，向陰極施加接地電位。二極管20的閾值VF1 低于由P型半導(dǎo)體襯底10和N+型擴(kuò)散層13所形成的二極管的閾值VF2， 但最好將P型半導(dǎo)體襯底10鉗位到盡量低的電位。所述二極管20的閾值 VF1是在二極管20的陰極接地并向陽極施加了正電位時，向二極管20 流動正向電流(例如lpA)時的陽極與陰極間的電壓。作為這樣的二極管20，適用了肖特基勢壘二極管(VF1二大約0.3 0.4V)。對此，由P型半導(dǎo)體襯底10和N+型擴(kuò)散層13所形成的二極管 的正向的閾值VF2大約是0.7V。這樣，即使正電位產(chǎn)生充電泵電路1工作，向P型半導(dǎo)體襯底10流 動襯底電流，也可以抑制P型半導(dǎo)體襯底10的電位的上升。這樣，由于 不向由P型半導(dǎo)體襯底10和N+型擴(kuò)散層13所形成的寄生二極管流動正 向電流，因此能夠防止寄生雙極型晶體管16導(dǎo)通。從而，如圖5所示，即使在使正電位產(chǎn)生充電泵電路1先于負(fù)電位產(chǎn) 生充電泵電路2開始工作的情況下，也能夠正常地進(jìn)行充電泵電路的升壓 工作。下面，對正電位產(chǎn)生充電泵電路1和負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2的具體 工作進(jìn)行說明。首先，參照圖5和圖6，對正電位產(chǎn)生充電泵電路1的工 作進(jìn)行說明。如圖5所示，若由控制電路3在時刻tl開始時鐘CLK1的供 給和MP1、 MP2的開關(guān)，則正電位產(chǎn)生充電泵電路1開始工作。參照圖6， 對正電位產(chǎn)生充電泵電路1的穩(wěn)定工作狀態(tài)進(jìn)行說明。在時鐘TLK1是低電平時，MP1導(dǎo)通，MP2截止，通過對電容器C1 充電，從而MP1與MP2的連接節(jié)點(diǎn)的電位成為VDD。在時鐘WLK1是 高電平時，MP1截止，MP2導(dǎo)通，利用電容器Cl的電容耦合，MP1與 MP2的連接節(jié)點(diǎn)的電位從VDD變?yōu)?VDD。通過MP2輸出該2VDD的 電位。通過反復(fù)進(jìn)行該工作，作為輸出電位HV，從而得到2VDD。之后，若由控制電路3在時刻t2開始時鐘CLK2的供給和MP3、 MN1 的開關(guān)，則負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2就開始工作。如上所述，使用正電位 產(chǎn)生充電泵電路1產(chǎn)生的輸出電位HV (=2VDD)來產(chǎn)生時鐘CLK2，由 于其低電平是VSS，高電平是HV，CMOS反相器INV2的電源電位是HV， 因此，時鐘WLK2的低電平是VSS，高電平是HV。參照圖7，對負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2的穩(wěn)定工作狀態(tài)進(jìn)行說明。在時鐘*0^2是高電平時，MP3導(dǎo)通，MN1截止，通過對電容器C2 充電，MP3與MN1的連接節(jié)點(diǎn)的電位成為VSS。在時鐘TLK2是低電平 時，MP3截止，MN1導(dǎo)通，利用電容器C1的電容耦合，MP3與MN1的 連接節(jié)點(diǎn)的電位從VSS變?yōu)橐籋V(二一2VDD)。通過MN1輸出該一HV 的電位。通過反復(fù)進(jìn)行該工作，作為輸出電位LV，從而得到一HY (=— 2VDD)。[第二實施方式]對本發(fā)明的第二實施方式涉及的充電泵電路進(jìn)行說明。在第一實施方 式中，通過設(shè)置鉗位用的二極管20，將P型半導(dǎo)體襯底10的電位鉗位到 接近接地電位VSS，從而防止了寄生雙極型晶體管16的導(dǎo)通，但在本實 施方式中，通過使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2先于正電位產(chǎn)生充電泵電路1 工作，從而防止了寄生雙極型晶體管16的導(dǎo)通。這樣，就能夠不用二極 管20而實現(xiàn)成本降低。以下，參照附圖，詳細(xì)地說明本實施方式的充電泵電路。關(guān)于正電位 產(chǎn)生充電泵電路l的結(jié)構(gòu)與第一實施方式的電路(圖2)相同。負(fù)電位產(chǎn) 生充電泵電路2如圖8所示，時鐘驅(qū)動器部的結(jié)構(gòu)與第一實施方式不同。 即，除了 CMOS反相器INV2以外，還設(shè)置了被輸入時鐘CLK3的CMOS 反相器INV3。供給到CMOS反相器INV3的電源電位是VDD。 CMOS反相器INV3的輸出成為對時鐘CLK3進(jìn)行反相后的時鐘^CLK3。時鐘CLK2、 *CLK2的低電平是VSS，高電平是HV (正電位產(chǎn)生充 電泵電路l的輸出電位)，但時鐘CLK3、 *CLK3的低電平是VSS，高電 平是VDD。此外，在各自的輸出端設(shè)置有開關(guān)SW1、 SW2，用于選擇性 地向電容器C2的第二端子施加CMOS反相器INV2、 INV3的輸出。利用 圖1的控制電路3控制開關(guān)SW1、 SW2的開關(guān)。接著，對該充電泵電路的工作進(jìn)行說明。如圖9所示，若控制電路3 在時刻t3開始時鐘CLK3的供給和MP1、 MN1的開關(guān)，則負(fù)電位產(chǎn)生充 電泵電路2就開始工作。這時，設(shè)定開關(guān)SW1導(dǎo)通，幵關(guān)SW2截止，通 過反相器INV3，向電容器C2的第二端子施加時鐘CLK3。參照圖10，對 這時的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2的穩(wěn)定工作狀態(tài)進(jìn)行說明。在時鐘tCLK3是高電平(VDD)時，MP3導(dǎo)通，MN1截止，通過對 電容器C2充電，從而MP3與MN1的連接節(jié)點(diǎn)的電位成為VSS。在時鐘 WLK3是低電平(VSS)時，MP3截止，MN1導(dǎo)通，利用電容器C2的電 容耦合，MP3與MN1的連接節(jié)點(diǎn)的電位從VSS變?yōu)橐籚DD。通過MN1 輸出該一VDD的電位。通過反復(fù)進(jìn)行該工作，作為輸出電位LV，從而輸 出一VDD。這樣，由于通過P+型擴(kuò)散層14，向P型半導(dǎo)體襯底10施加 輸出電位LV (參照圖4)，因此，P型半導(dǎo)體襯底IO偏壓為一VDD。之后，若利用控制電路3在時刻t4開始時鐘CLK1的供給和MP1、 MP2的開關(guān)，則正電位產(chǎn)生充電泵電路1就開始工作。因為正電位產(chǎn)生充 電泵電路l的工作而導(dǎo)致襯底電流流動，但由于利用負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電 路2， P型半導(dǎo)體襯底10偏壓為低于VSS的所謂一VDD的電位，因此， 可以防止寄生雙極型晶體管16導(dǎo)通。這樣，正電位產(chǎn)生充電泵電路1正 常地工作，輸出2VDD作為其輸出電位HV (參見圖6)。在正電位產(chǎn)生充電泵電路l的輸出電位HV達(dá)到了2VDD后的時刻t5， 設(shè)定開關(guān)SW1截止，開關(guān)SW2導(dǎo)通。這樣，就通過反相器INV2向電容 器C2的第二端子施加時鐘CLK2。使用正電位產(chǎn)生充電泵電路1產(chǎn)生的 輸出電位HV產(chǎn)生時鐘CLK2，由于其低電平是VSS，高電平是HV， CMOS 反相器INV2的電源電位是HV，因此，時鐘WLK2的低電平是VSS，高 電平是HV。這樣，由于負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2基于振幅大的時鐘CLK2進(jìn)行工 作，因此，其輸出電位LV被升壓到更高的負(fù)的高電位，得到一HV(二一 2VDD)這樣負(fù)的輸出電位LV。這樣，最終P型半導(dǎo)體襯底IO的電位達(dá) 到—HV。[第三實施方式]本實施方式與第二實施方式同樣，通過使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2先 于正電位產(chǎn)生充電泵電路l進(jìn)行工作，從而防止寄生雙極型晶體管的導(dǎo)通。 與第二實施方式的不同點(diǎn)在于，負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2對正電位產(chǎn)生充 電泵電路1所產(chǎn)生的正的輸出電位HV (=2VDD)進(jìn)行反相，產(chǎn)生一HV (二一2VDD)這樣負(fù)的輸出電位LV。以下詳細(xì)地說明本實施方式的充電泵電路。圖11是該充電泵電路的 電路圖。正電位產(chǎn)生充電泵電路111基本上與第二實施方式的正電位產(chǎn)生 充電泵電路l相同。電荷傳輸P溝道型MOS晶體管MPll、 MP12串聯(lián)， 向MPll的源極施加正的電源電位VDD作為輸入電位。在穩(wěn)定工作狀態(tài) 中，從MP12的漏極得到輸出電位HV (=2VDD)。MPll、 MP12的連接節(jié)點(diǎn)連接有電容器C11的第一端子C1A。此夕卜， 作為時鐘驅(qū)動器，設(shè)置了 CMOS反相器INVll，其輸出連接著電容器Cll 的第二端子C1B。CMOS反相器INV11構(gòu)成為在電源電位VDD與接地電位VSS之 間串聯(lián)著P溝道型MOS晶體管MP13和N溝道型MOS晶體管MNll， 向MP13的柵極施加時鐘CLKll，向MNll的柵極施加時鐘CLKI2。時 鐘CLKll、 12是相同的時鐘，其高電平是VDD，低電平是VSS。向MP11的柵極施加來自電平移相器LSI的時鐘CLK13，向MP12 的柵極施加來自電平移相器LS2的時鐘CLK14。時鐘CLK13和時鐘 CLK14是反相的時鐘，MP11和MP12互補(bǔ)地進(jìn)行開關(guān)。時鐘CLK13和 時鐘CLK14的高電平是HV (二2VDD)，低電平是VSS。該正電位產(chǎn)生充電泵電路111的工作如下在第一狀態(tài)(時鐘CLKll、 CLK12二高電平)中，MP13截止，MN11導(dǎo)通，MP11導(dǎo)通，MP12截止， 電容器Cll的第二端子C1B的電位是VSS，電容器Cll的第一端子C1A在第二狀態(tài)(時鐘CLKll、 CLK12二低電平)中，MP13導(dǎo)通，MN11 截止，MP11截止，MP12導(dǎo)通，電容器Cll的第二端子C1B的電位是 VDD，電容器Cll的第一端子C1A的電位是2VDD。通過MP12向輸出 電容器Coutl充電第一端子C1A的電荷。通過重復(fù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)， 從而輸出電位HV就成為2VDD。下面，對負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。電荷傳輸P溝 道型MOS晶體管MP14、 MP15串聯(lián)，通過在MP14的源極上連接正電位 產(chǎn)生充電泵電路lll的MP12的漏極，從而可以向MP14的源極施加正電 位產(chǎn)生充電泵電路111的輸出電位HV。 MP15的漏極接地。此外，在接地電位VSS與輸出端之間串聯(lián)連接有電荷傳輸P溝道型 MOS晶體管MP16和電荷傳輸N溝道型MOS晶體管MN12。在MP14和 MP15的連接點(diǎn)與MP16和MN12的連接點(diǎn)之間連接著電容器C12。艮P， 電容器C12的第一端子C2A與MP16和MN12的連接點(diǎn)連接，電容器C12 的第二端子C2B與MP14和MP15的連接點(diǎn)連接。向MP14的柵極施加來自電平移相器LS3的時鐘CLK19，向MP15 的柵極施加來自電平移相器LS4的時鐘CLK20。時鐘CLK19和時鐘 CLK20是反相的時鐘，MP14和MP15互補(bǔ)地進(jìn)行開關(guān)。時鐘CLK19和 時鐘CLK20的高電平是HV (=2VDD)，低電平是VSS。此外，向MP16的柵極施加來自電平移相器LS5的時鐘CLK17，向 MN12的柵極施加來自電平移相器LS6的時鐘CLK18。時鐘CLK17和時 鐘CLK18是相同的時鐘，MP16和MN12互補(bǔ)地進(jìn)行開關(guān)。另外，設(shè)置CMOS反相器INV12，將其輸出通過被控制信號ST控制 的傳輸門TG，與電容器C12的第二端子C2B連接。CMOS反相器INV12 構(gòu)成為在VDD和VSS之間連接P溝道型MOS晶體管MP17和N溝道 型MOS晶體管MN13。向MP17的柵極施加時鐘CLK15，向MN13的柵 極施加時鐘CLK16。時鐘CLK15、 16是相同的時鐘，其高電平是VDD， 低電平是VSS。該負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112具有2種工作模式。在第一工作模式中， MP14、 MP15停止開關(guān)工作，通過將控制信號ST設(shè)定為高電平，從而傳輸門TG導(dǎo)通。然后，利用MP16、 MP17、 MN12、 MN13的開關(guān)，作為 輸出電位LV，產(chǎn)生一VDD。該工作與第一、第二實施方式的負(fù)電位產(chǎn)生 充電泵電路2的工作相同。艮P，在第一狀態(tài)(時鐘CLK15、 CLK16二低電平)中，MP17導(dǎo)通， MN13截止，MP16導(dǎo)通，MN12截止，電容器C12的第二端子C2B的電 位是VDD，電容器C12的第一端子C2A的電位(MP16、 MN12的連接點(diǎn) 的電位)是VSS。在第二狀態(tài)(時鐘CLK15、 CLK16二高電平)中，MP17截止，MN13 導(dǎo)通，MP16截止，MN12導(dǎo)通，電容器C12的第二端子C2B的電位是 VSS，電容器C12的第一端子C2A的電位是一VDD。通過MN12向輸出 電容器Cout2充電第一端子C2A的電荷。通過重復(fù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)， 從而輸出電位LV就成為一 VDD。另一方面，在第二工作模式中，對正電位產(chǎn)生充電泵電路lll所產(chǎn)生 的正的輸出電位HV (二2VDD)進(jìn)行反相，產(chǎn)生一HV。 MP17、 MN13停 止開關(guān)工作，通過將控制信號ST設(shè)定為低電平，從而傳輸門TG截止。 在第一狀態(tài)中，通過使MP16導(dǎo)通、MN12截止、MP14導(dǎo)通、MP15截止， 從而電容器C12的第二端子C2B的電位成為HV，第一端子C2A的電位 成為VSS。在第二狀態(tài)中，通過使MP16截止、MN12導(dǎo)通、MP14截止、 MP15導(dǎo)通，從而第二端子C2B的電位成為VSS，第一端子C2A的電位 成為一HV。通過重復(fù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，從而輸出電位LV就成為一 HV。在正電位產(chǎn)生充電泵電路111和負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112中，將N 溝道型MOS晶體管MNll、 MN12、 MN13形成在P型半導(dǎo)體襯底10上。 此外，將P溝道型MOS晶體管MPll、 MP12、 MP13、 MP14、 MP15、 MP16、 MP17形成在P型半導(dǎo)體襯底10的表面上，分別形成在相互分離 的N型阱上。在此，使MPll、 MP15成為P溝道型是為了向P型半導(dǎo)體 襯底IO施加由負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112產(chǎn)生的負(fù)的輸出電位LV。要按 N溝道型來形成它們，就需要有與P型半導(dǎo)體襯底10的負(fù)電位切斷的源 極電位，因此就需要形成有別于形成了 P溝道型MOS晶體管的N型阱的 另外的N型阱，在該N型阱的中間形成P型阱，在該P(yáng)型阱的中間形成N溝道型MOS晶體管。圖12是充電泵電路的部分剖面圖。圖中示出了圖11的電荷傳輸P溝 道型MOS晶體管MP12、 MP16。正電位產(chǎn)生充電泵電路111 一工作，PNP 寄生雙極型晶體管21就導(dǎo)通，從N型阱22向P型半導(dǎo)體襯底10流動襯 底電流。利用該襯底電流，P型半導(dǎo)體襯底IO的電位上升，NPN寄生雙 極型晶體管23導(dǎo)通，由PNP寄生雙極型晶體管21和NPN寄生雙極型晶 體管23所形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通，正電位產(chǎn)生充電泵電路111的正 的輸出電位HV降低。因此，在本實施方式中，通過使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵 電路112先于正電位產(chǎn)生充電泵電路111工作，將P型半導(dǎo)體襯底10的 電位降到VSS以下(一VDD)，就防止了 NPN寄生雙極型晶體管23導(dǎo) 通。以下，參照圖13的工作波形圖，對充電泵電路的工作進(jìn)行說明。首 先，使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112按照上述第一工作模式工作，產(chǎn)生一 VDD作為輸出電位LV。由于將該輸出電位LV施加到P型半導(dǎo)體襯底10 上，因此P型半導(dǎo)體襯底IO的電位成為一VDD。之后， 一邊使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路112繼續(xù)工作， 一邊開始正電位 產(chǎn)生充電泵電路111的工作。由于P型半導(dǎo)體襯底10的電位成為一VDD， 因此，正電位產(chǎn)生充電泵電路lll正常地工作。然后，在正電位產(chǎn)生充電 泵電路111的輸出電位HV變?yōu)?VDD之后，使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路 112按照上述第二工作模式(HV的反相工作)工作。這樣，負(fù)電位產(chǎn)生 充電泵電路112的輸出電位LV就成為一HV ( = —2VDD) ， P型半導(dǎo)體 襯底10的電位變?yōu)橐籋V。再有，在第一、第二實施方式中，正電位產(chǎn)生充電泵電路l和負(fù)電位 產(chǎn)生充電泵電路2的電荷傳輸MOS晶體管的數(shù)量是2個，正電位產(chǎn)生充 電泵電路1進(jìn)行2倍升壓，負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路2進(jìn)行一1倍升壓，但 不限于此，也可以進(jìn)一步增加電荷傳輸MOS晶體管的數(shù)量，提高升壓能 力。此外，在第三實施方式中，正電位產(chǎn)生充電泵電路111的電荷傳輸 MOS晶體管的數(shù)量是2個，但不限于此，也可以進(jìn)一步增加電荷傳輸MOS晶體管的數(shù)量，提高升壓能力。
權(quán)利要求
1. 一種充電泵電路，其具備正電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生正電位；負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生負(fù)電位；第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，其被施加該負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的負(fù)電位；控制電路，其控制所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和所述正電位產(chǎn)生充電泵電路的工作；第二導(dǎo)電型的阱，其形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上，并被施加所述正電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的正電位；第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散層，其形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上；和鉗位用二極管，其對所述半導(dǎo)體襯底的電位進(jìn)行鉗位，以便在所述正電位產(chǎn)生充電泵電路工作時，不從所述半導(dǎo)體襯底向所述擴(kuò)散層流動正向電流。
2、 如權(quán)利要求l所述的充電泵電路，其特征在于， 所述鉗位用二極管的閾值低于由所述擴(kuò)散層和所述半導(dǎo)體襯底所形成的二極管的閾值。
3、 如權(quán)利要求2所述的充電泵電路，其特征在于， 所述鉗位用二極管是肖特基勢壘二極管。
4、 如權(quán)利要求l所述的充電泵電路，其特征在于，所述控制電路首先使所述正電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作，產(chǎn)生所述 正電位，之后使用所述正電位，使所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作。
5、 如權(quán)利要求2所述的充電泵電路，其特征在于，所述控制電路首先使所述正電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作，產(chǎn)生所述 正電位，之后使用所述正電位，使所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作。
6、 如權(quán)利要求3所述的充電泵電路，其特征在于， 所述控制電路首先使所述正電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作，產(chǎn)生所述正電位，之后使用所述正電位，使所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作。
7、 一種充電泵電路，其具備正電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生正電位； 負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路，其產(chǎn)生負(fù)電位；第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底，其被施加所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn) 生的負(fù)電位；控制電路，其控制所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和所述正電位產(chǎn)生充電 泵電路的工作；第二導(dǎo)電型的阱，其形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上，并被施加所述正電位產(chǎn)生充電泵電路所產(chǎn)生的正電位；和第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散層，其形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面上， 所述控制電路首先使所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路開始工作，產(chǎn)生負(fù)電位，接著開始所述正電位產(chǎn)生充電泵電路的工作，使其產(chǎn)生正電位。
8、 如權(quán)利要求7所述的充電泵電路，其特征在于，所述控制電路開始所述正電位產(chǎn)生充電泵電路的工作，使其產(chǎn)生正電 位，之后使用該正電位，使所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路工作。
9、 如權(quán)利要求8所述的充電泵電路，其特征在于， 所述負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路使所述正電位反相后產(chǎn)生負(fù)電位。
全文摘要
本發(fā)明提供一種充電泵電路，其具有產(chǎn)生負(fù)電位的負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路和產(chǎn)生正電位的正電位產(chǎn)生充電泵電路，可以防止寄生雙極型晶體管導(dǎo)通，正常地進(jìn)行充電泵電路的升壓工作。首先，使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路(112)工作，產(chǎn)生-VDD作為輸出電位LV。由于將輸出電位LV施加到P型半導(dǎo)體襯底(10)上，因此P型半導(dǎo)體襯底(10)的電位成為-VDD。之后，一邊使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路(112)繼續(xù)工作，一邊開始正電位產(chǎn)生充電泵電路(111)的工作。由于P型半導(dǎo)體襯底(10)的電位成為-VDD，因此，正電位產(chǎn)生充電泵電路(111)正常地進(jìn)行工作。在正電位產(chǎn)生充電泵電路(111)的輸出電位HV變?yōu)?VDD之后，使負(fù)電位產(chǎn)生充電泵電路(112)按照第二工作模式(HV的反相工作)工作。
文檔編號H02M3/07GK101272091SQ20081009634
公開日2008年9月24日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者后藤賢介, 木村大樹 申請人:三洋電機(jī)株式會社;三洋半導(dǎo)體株式會社