充電泵電路的製作方法

2023-12-03 15:53:21

專利名稱：充電泵電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及充電泵電路，特別是涉及具有產生負電位的負電位產生充 電泵電路和產生正電位的正電位產生充電泵電路的充電泵電路。
背景技術：
一般的充電泵電路是串聯電荷傳輸MOS電晶體而構成多級泵組並對 輸入電位進行升壓的電路，例如在顯示裝置的驅動電路的電源電路中廣泛 使用。在驅動電路等的LSI中，有時需要以接地電位VSS為基準的正電位和 負電位。該情況下，在一個P型半導體襯底上形成產生負電位的負電位產 生充電泵電路和產生正電位的正電位產生充電泵電路。向P型半導體襯底施加由負電位產生充電泵電路產生的負電位。此外， 在P型半導體襯底的表面上形成N型阱，在該N型阱中形成正電位產生 充電泵電路，向N型阱施加該正電位。在上述充電泵電路中，正電位產生充電泵電路和負電位產生充電泵電 路同時開始工作，或者首先使正電位產生充電泵電路工作而產生正電位， 然後使用該正電位，使負電位產生充電泵電路工作。在專利文獻l、 2中記載著充電泵電路。專利文獻1日本特開2001—231249號公報專利文獻2日本特開2001—286125號公報但是，在上述充電泵電路中，有不能夠正常進行升壓的問題。用圖14 說明其原因。在P型半導體襯底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生充電泵電路的電荷傳輸MOS電晶體MP。電荷 傳輸MOS電晶體有多個，但在圖14中示出了輸出正電位產生充電泵電路 的輸出電位HV的最終級的電荷傳輸MOS電晶體MP。經由形成在N型 阱11的表面上的N+擴散層12，向N型阱11施加正電位產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型半導體襯底10的表面上形成有N 溝道型MOS電晶體MN。該N溝道型MOS電晶體MN是例如向負電位 產生充電泵電路提供時鐘的時鐘驅動器的N溝道型MOS電晶體，向其源 極即N+型擴散層13施加接地電位VSS。此外，與N溝道型MOS電晶體MN鄰接，在P型半導體襯底10的 表面上形成P+型擴散層14，通過向該P+型擴散層14施加負電位產生 充電泵電路的負的輸出電位LV (以接地電位VSS為基準的負的電位)， 從而向P型半導體襯底10施加負的輸出電位LV。在負電位產生充電泵電 路未工作的狀態下，P型半導體襯底10由於N+型擴散層13而偏壓到接 近接地電位VSS。但是，若使正電位產生充電泵電路工作，則寄生雙極型電晶體15導 通，由此襯底電流在P型半導體襯底10中流動，P型半導體襯底10的電 位從接地電位VSS向正電位側上升。這樣，就從P型半導體襯底IO流出 由N+型擴散層13所形成的寄生二極體(PN結)的正向電流。於是，該 正向電流成為寄生雙極型電晶體16的基極電流lB，寄生雙極型電晶體16 導通。該狀態是由寄生雙極型電晶體15、 16形成的半導體開關元件導通 的狀態。在此，寄生雙極型電晶體15的發射極是電荷傳輸MOS電晶體MP的 漏極擴散層，基極是N型阱ll，集電極是P型半導體襯底10。寄生雙極 型電晶體16的發射極是N+型擴散層13，基極是P型半導體襯底IO，集 電極是N型阱ll。若上述半導體開關元件(thyristor)導通，就從正電位產生充電泵電 路的輸出端(輸出電位HV),經由N阱ll和P型半導體襯底lO，向接 地電位VSS穩定地流動電流，因此正電位產生充電泵電路所產生的正電位 降低了，不能正常進行升壓工作。此外，由於P型半導體襯底10的電位 上升了，故負電位產生充電泵電路的輸出電位在不能下降到低於接地電位 VSS的電位的狀態下穩定，對於負電位產生充電泵電路而言，也不能正常 進行升壓工作。發明內容本發明的充電泵電路的特徵在於，具有正電位產生充電泵電路，其 產生正電位；負電位產生充電泵電路，其產生負電位；第一導電型的半導 體襯底，其被施加該負電位產生充電泵電路所產生的負電位；控制電路， 其控制上述負電位產生充電泵電路和上述正電位產生充電泵電路的工作； 第二導電型的阱，其形成在上述半導體襯底的表面上，並被施加上述正電 位產生充電泵電路所產生的正電位；第二導電型的擴散層，其形成在上述 半導體襯底的表面上；和鉗位用二極體，其對上述半導體襯底的電位進行 鉗位，使得在上述正電位產生充電泵電路工作時，不從上述半導體襯底向 上述擴散層流動正向電流。根據該結構，由於在上述正電位產生充電泵電路工作時，利用上述鉗 位用二極體鉗位上述半導體襯底的電位，因此，能夠防止寄生雙極型晶體 管導通。此外，本發明的充電泵電路，其特徵在於，具有正電位產生充電泵 電路，其產生正電位；負電位產生充電泵電路，其產生負電位；第一導電 型的半導體襯底，其被施加該負電位產生充電泵電路所產生的負電位；控 制電路，其控制上述負電位產生充電泵電路和上述正電位產生充電泵電路 的工作；第二導電型的阱，其形成在上述半導體襯底的表面上，並被施加 上述正電位產生充電泵電路所產生的正電位；金額第二導電型的擴散層， 其形成在上述半導體襯底的表面上，上述控制電路首先開始上述負電位產 生充電泵電路的工作，使其產生負電位，接著開始上述正電位產生充電泵 電路的工作，使其產生正電位。根據有關結構，由於首先開始上述負電位產生充電泵電路的工作，使 其產生負電位，因此，在上述正電位產生充電泵電路開始工作時，上述半 導體襯底偏壓為負電位，能夠防止寄生雙極型電晶體導通。發明效果根據本發明，在具有產生負電位的負電位產生充電泵電路和產生正電 位的正電位產生充電泵電路的充電泵電路中，能防止寄生雙極型電晶體導 通，能正常地進行充電泵電路的升壓工作。


圖1是本發明的第一實施方式涉及的充電泵電路的框圖。圖2是正電位產生充電泵電路的電路圖。 圖3是負電位產生充電泵電路的電路圖。圖4是本發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是示出正電位產生充電泵電路的穩定狀態中的工作的波形圖。 圖7是示出負電位產生充電泵電路的穩定狀態中的工作的波形圖。 圖8是本發明的第二實施方式涉及的負電位產生充電泵電路的電路圖。圖9是本發明的第二實施方式涉及的充電泵電路的工作定時圖。 圖10是示出本發明的第二實施方式涉及的負電位產生充電泵電路的 穩定狀態中的工作的波形圖。圖11是本發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是現有例的充電泵電路的部分剖面圖。圖中l一正電位產生充電泵電路，2 —負電位產生充電泵電路，3 — 控制電路，IO—P型半導體襯底，ll一N型阱，12—N+型擴散層，13—N +型擴散層，14一P+型擴散層，15 —寄生雙極型電晶體，20 —二極體， 21—PNP寄生雙極型電晶體，22—N型阱，23—NPN寄生雙極型電晶體， lll一正電位產生充電泵電路，112—負電位產生充電泵電路，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]對本發明的第一實施方式涉及的充電泵電路進行說明。圖1是充電泵電路的框圖。該充電泵電路在P型半導體襯底上具有產生正的輸出電位 HV的正電位產生充電泵電路1;產生負的輸出電位LV的負電位產生充電泵電路2;控制這些負電位產生充電泵電路2和正電位產生充電泵電路1 的工作的控制電路3。而且，向P型半導體襯底施加由負電位產生充電泵電路2所產生的負的輸出電位LV。圖2是正電位產生充電泵電路1的電路圖。電荷傳輸P溝道型MOS 電晶體MP1、 MP2串聯，向電荷傳輸P溝道型MOS電晶體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電晶體MP1 、 MP2的連接節點連接有電容器C1的第一端子。此外，作為時鐘驅動器， 設置輸入時鐘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進行反相後的時鐘*(:0^1。 電荷傳輸P溝道型MOS電晶體MP1、 MP2形成在P型半導體襯底的表面 上，分別形成在分離的N型阱內。由於時鐘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電晶體MP1 、 MP2的開關。在正電位產生充電泵電路1的穩定工作狀態中，從MP2的 漏極得到輸出電位HV (=2VDD)。圖3是負電位產生充電泵電路2的電路圖。電荷傳輸P溝道型MOS 電晶體MP3和電荷傳輸N溝道型MOS電晶體MN1串聯，向電荷傳輸P 溝道型MOS電晶體MP3的源極施加接地電位VSS，以作為輸入電位。在形成於P型半導體襯底的表面上的N型阱內形成電荷傳輸P溝道型 MOS電晶體MP3 。使MP3為P溝道型是為了向P型半導體襯底施加由負 電位產生充電泵電路2產生的負的輸出電位LV。電荷傳輸P溝道型MOS 電晶體MP3和電荷傳輸N溝道型MOS電晶體MN1的連接節點連接有電 容器C2的第一端子。此夕卜，作為時鐘驅動器，設置輸入時鐘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 行了反相後的時鐘^LK2。用正電位產生充電泵電路1所產生的輸出電位 HV來產生時鐘CLK2，由於其低電平是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電晶體MP3、 MN1的開關。在負電位產生充電泵電路2的穩定工作狀態中， 從MN1的漏極得到輸出電位LV (二一2VDD)。圖4是在半導體襯底上形成了充電泵電路時的部分剖面圖。針對與圖 14相同的結構部分標記相同符號。正電位產生充電泵電路l、負電位產生 充電泵電路2和控制電路3都形成在P型半導體襯底10上。圖4的P溝 道型MOS電晶體MP對應於上述電荷傳輸P溝道型MOS電晶體MP2， N 溝道型MOS電晶體MN對應於例如CMOS反相器INV1、 INV2的N溝 道型MOS電晶體。根據本實施方式，在形成於P型半導體襯底10的表面上的P+型擴 散層14與接地電位VSS之間連接著鉗位用的二極體20。 二極體20的陽 極與P+型擴散層14連接，向陰極施加接地電位。二極體20的閾值VF1 低於由P型半導體襯底10和N+型擴散層13所形成的二極體的閾值VF2， 但最好將P型半導體襯底10鉗位到儘量低的電位。所述二極體20的閾值 VF1是在二極體20的陰極接地並向陽極施加了正電位時，向二極體20 流動正向電流(例如lpA)時的陽極與陰極間的電壓。作為這樣的二極體20，適用了肖特基勢壘二極體(VF1二大約0.3 0.4V)。對此，由P型半導體襯底10和N+型擴散層13所形成的二極體 的正向的閾值VF2大約是0.7V。這樣，即使正電位產生充電泵電路1工作，向P型半導體襯底10流 動襯底電流，也可以抑制P型半導體襯底10的電位的上升。這樣，由於 不向由P型半導體襯底10和N+型擴散層13所形成的寄生二極體流動正 向電流，因此能夠防止寄生雙極型電晶體16導通。從而，如圖5所示，即使在使正電位產生充電泵電路1先於負電位產 生充電泵電路2開始工作的情況下，也能夠正常地進行充電泵電路的升壓 工作。下面，對正電位產生充電泵電路1和負電位產生充電泵電路2的具體 工作進行說明。首先，參照圖5和圖6，對正電位產生充電泵電路1的工 作進行說明。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，則正電位產生充電泵電路1開始工作。參照圖6， 對正電位產生充電泵電路1的穩定工作狀態進行說明。在時鐘TLK1是低電平時，MP1導通，MP2截止，通過對電容器C1 充電，從而MP1與MP2的連接節點的電位成為VDD。在時鐘WLK1是 高電平時，MP1截止，MP2導通，利用電容器Cl的電容耦合，MP1與 MP2的連接節點的電位從VDD變為2VDD。通過MP2輸出該2VDD的 電位。通過反覆進行該工作，作為輸出電位HV，從而得到2VDD。之後，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，則負電位產生充電泵電路2就開始工作。如上所述，使用正電位 產生充電泵電路1產生的輸出電位HV (=2VDD)來產生時鐘CLK2，由 於其低電平是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，對負電位產生充電泵電路2的穩定工作狀態進行說明。在時鐘*0^2是高電平時，MP3導通，MN1截止，通過對電容器C2 充電，MP3與MN1的連接節點的電位成為VSS。在時鐘TLK2是低電平 時，MP3截止，MN1導通，利用電容器C1的電容耦合，MP3與MN1的 連接節點的電位從VSS變為一HV(二一2VDD)。通過MN1輸出該一HV 的電位。通過反覆進行該工作，作為輸出電位LV，從而得到一HY (=— 2VDD)。[第二實施方式]對本發明的第二實施方式涉及的充電泵電路進行說明。在第一實施方 式中，通過設置鉗位用的二極體20，將P型半導體襯底10的電位鉗位到 接近接地電位VSS，從而防止了寄生雙極型電晶體16的導通，但在本實 施方式中，通過使負電位產生充電泵電路2先於正電位產生充電泵電路1 工作，從而防止了寄生雙極型電晶體16的導通。這樣，就能夠不用二極 管20而實現成本降低。以下，參照附圖，詳細地說明本實施方式的充電泵電路。關於正電位 產生充電泵電路l的結構與第一實施方式的電路(圖2)相同。負電位產 生充電泵電路2如圖8所示，時鐘驅動器部的結構與第一實施方式不同。 即，除了 CMOS反相器INV2以外，還設置了被輸入時鐘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進行反相後的時鐘^CLK3。時鐘CLK2、 *CLK2的低電平是VSS，高電平是HV (正電位產生充 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，在各自的輸出端設置有開關SW1、 SW2，用於選擇性 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SW1、 SW2的開關。接著，對該充電泵電路的工作進行說明。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，則負電位產生充 電泵電路2就開始工作。這時，設定開關SW1導通，幵關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 這時的負電位產生充電泵電路2的穩定工作狀態進行說明。在時鐘tCLK3是高電平(VDD)時，MP3導通，MN1截止，通過對 電容器C2充電，從而MP3與MN1的連接節點的電位成為VSS。在時鐘 WLK3是低電平(VSS)時，MP3截止，MN1導通，利用電容器C2的電 容耦合，MP3與MN1的連接節點的電位從VSS變為一VDD。通過MN1 輸出該一VDD的電位。通過反覆進行該工作，作為輸出電位LV，從而輸 出一VDD。這樣，由於通過P+型擴散層14，向P型半導體襯底10施加 輸出電位LV (參照圖4)，因此，P型半導體襯底IO偏壓為一VDD。之後，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，則正電位產生充電泵電路1就開始工作。因為正電位產生充 電泵電路l的工作而導致襯底電流流動，但由於利用負電位產生充電泵電 路2， P型半導體襯底10偏壓為低於VSS的所謂一VDD的電位，因此， 可以防止寄生雙極型電晶體16導通。這樣，正電位產生充電泵電路1正 常地工作，輸出2VDD作為其輸出電位HV (參見圖6)。在正電位產生充電泵電路l的輸出電位HV達到了2VDD後的時刻t5， 設定開關SW1截止，開關SW2導通。這樣，就通過反相器INV2向電容 器C2的第二端子施加時鐘CLK2。使用正電位產生充電泵電路1產生的 輸出電位HV產生時鐘CLK2，由於其低電平是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，由於負電位產生充電泵電路2基于振幅大的時鐘CLK2進行工 作，因此，其輸出電位LV被升壓到更高的負的高電位，得到一HV(二一 2VDD)這樣負的輸出電位LV。這樣，最終P型半導體襯底IO的電位達 到—HV。[第三實施方式]本實施方式與第二實施方式同樣，通過使負電位產生充電泵電路2先 於正電位產生充電泵電路l進行工作，從而防止寄生雙極型電晶體的導通。 與第二實施方式的不同點在於，負電位產生充電泵電路2對正電位產生充 電泵電路1所產生的正的輸出電位HV (=2VDD)進行反相，產生一HV (二一2VDD)這樣負的輸出電位LV。以下詳細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。正電位產生充電泵電路111基本上與第二實施方式的正電位產生 充電泵電路l相同。電荷傳輸P溝道型MOS電晶體MPll、 MP12串聯， 向MPll的源極施加正的電源電位VDD作為輸入電位。在穩定工作狀態 中，從MP12的漏極得到輸出電位HV (=2VDD)。MPll、 MP12的連接節點連接有電容器C11的第一端子C1A。此夕卜， 作為時鐘驅動器，設置了 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構成為在電源電位VDD與接地電位VSS之 間串聯著P溝道型MOS電晶體MP13和N溝道型MOS電晶體MNll， 向MP13的柵極施加時鐘CLKll，向MNll的柵極施加時鐘CLKI2。時 鍾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互補地進行開關。時鐘CLK13和 時鐘CLK14的高電平是HV (二2VDD)，低電平是VSS。該正電位產生充電泵電路111的工作如下在第一狀態(時鐘CLKll、 CLK12二高電平)中，MP13截止，MN11導通，MP11導通，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(時鐘CLKll、 CLK12二低電平)中，MP13導通，MN11 截止，MP11截止，MP12導通，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。通過重複第一狀態和第二狀態， 從而輸出電位HV就成為2VDD。下面，對負電位產生充電泵電路112的結構進行說明。電荷傳輸P溝 道型MOS電晶體MP14、 MP15串聯，通過在MP14的源極上連接正電位 產生充電泵電路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與輸出端之間串聯連接有電荷傳輸P溝道型 MOS電晶體MP16和電荷傳輸N溝道型MOS電晶體MN12。在MP14和 MP15的連接點與MP16和MN12的連接點之間連接著電容器C12。艮P， 電容器C12的第一端子C2A與MP16和MN12的連接點連接，電容器C12 的第二端子C2B與MP14和MP15的連接點連接。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互補地進行開關。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 鍾CLK18是相同的時鐘，MP16和MN12互補地進行開關。另外，設置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 構成為在VDD和VSS之間連接P溝道型MOS電晶體MP17和N溝道 型MOS電晶體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。該負電位產生充電泵電路112具有2種工作模式。在第一工作模式中， MP14、 MP15停止開關工作，通過將控制信號ST設定為高電平，從而傳輸門TG導通。然後，利用MP16、 MP17、 MN12、 MN13的開關，作為 輸出電位LV，產生一VDD。該工作與第一、第二實施方式的負電位產生 充電泵電路2的工作相同。艮P，在第一狀態(時鐘CLK15、 CLK16二低電平)中，MP17導通， MN13截止，MP16導通，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 的電位)是VSS。在第二狀態(時鐘CLK15、 CLK16二高電平)中，MP17截止，MN13 導通，MP16截止，MN12導通，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。通過重複第一狀態和第二狀態， 從而輸出電位LV就成為一 VDD。另一方面，在第二工作模式中，對正電位產生充電泵電路lll所產生 的正的輸出電位HV (二2VDD)進行反相，產生一HV。 MP17、 MN13停 止開關工作，通過將控制信號ST設定為低電平，從而傳輸門TG截止。 在第一狀態中，通過使MP16導通、MN12截止、MP14導通、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。在第二狀態中，通過使MP16截止、MN12導通、MP14截止、 MP15導通，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。通過重複第一狀態和第二狀態，從而輸出電位LV就成為一 HV。在正電位產生充電泵電路111和負電位產生充電泵電路112中，將N 溝道型MOS電晶體MNll、 MN12、 MN13形成在P型半導體襯底10上。 此外，將P溝道型MOS電晶體MPll、 MP12、 MP13、 MP14、 MP15、 MP16、 MP17形成在P型半導體襯底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型半導體 襯底IO施加由負電位產生充電泵電路112產生的負的輸出電位LV。要按 N溝道型來形成它們，就需要有與P型半導體襯底10的負電位切斷的源 極電位，因此就需要形成有別於形成了 P溝道型MOS電晶體的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型阱的中間形成N溝道型MOS電晶體。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電晶體MP12、 MP16。正電位產生充電泵電路111 一工作，PNP 寄生雙極型電晶體21就導通，從N型阱22向P型半導體襯底10流動襯 底電流。利用該襯底電流，P型半導體襯底IO的電位上升，NPN寄生雙 極型電晶體23導通，由PNP寄生雙極型電晶體21和NPN寄生雙極型晶 體管23所形成的半導體開關元件導通，正電位產生充電泵電路111的正 的輸出電位HV降低。因此，在本實施方式中，通過使負電位產生充電泵 電路112先於正電位產生充電泵電路111工作，將P型半導體襯底10的 電位降到VSS以下(一VDD)，就防止了 NPN寄生雙極型電晶體23導 通。以下，參照圖13的工作波形圖，對充電泵電路的工作進行說明。首 先，使負電位產生充電泵電路112按照上述第一工作模式工作，產生一 VDD作為輸出電位LV。由於將該輸出電位LV施加到P型半導體襯底10 上，因此P型半導體襯底IO的電位成為一VDD。之後， 一邊使負電位產生充電泵電路112繼續工作， 一邊開始正電位 產生充電泵電路111的工作。由於P型半導體襯底10的電位成為一VDD， 因此，正電位產生充電泵電路lll正常地工作。然後，在正電位產生充電 泵電路111的輸出電位HV變為2VDD之後，使負電位產生充電泵電路 112按照上述第二工作模式(HV的反相工作)工作。這樣，負電位產生 充電泵電路112的輸出電位LV就成為一HV ( = —2VDD) ， P型半導體 襯底10的電位變為一HV。再有，在第一、第二實施方式中，正電位產生充電泵電路l和負電位 產生充電泵電路2的電荷傳輸MOS電晶體的數量是2個，正電位產生充 電泵電路1進行2倍升壓，負電位產生充電泵電路2進行一1倍升壓，但 不限於此，也可以進一步增加電荷傳輸MOS電晶體的數量，提高升壓能 力。此外，在第三實施方式中，正電位產生充電泵電路111的電荷傳輸 MOS電晶體的數量是2個，但不限於此，也可以進一步增加電荷傳輸MOS電晶體的數量，提高升壓能力。
權利要求
1. 一種充電泵電路，其具備正電位產生充電泵電路，其產生正電位；負電位產生充電泵電路，其產生負電位；第一導電型的半導體襯底，其被施加該負電位產生充電泵電路所產生的負電位；控制電路，其控制所述負電位產生充電泵電路和所述正電位產生充電泵電路的工作；第二導電型的阱，其形成在所述半導體襯底的表面上，並被施加所述正電位產生充電泵電路所產生的正電位；第二導電型的擴散層，其形成在所述半導體襯底的表面上；和鉗位用二極體，其對所述半導體襯底的電位進行鉗位，以便在所述正電位產生充電泵電路工作時，不從所述半導體襯底向所述擴散層流動正向電流。
2、 如權利要求l所述的充電泵電路，其特徵在於， 所述鉗位用二極體的閾值低於由所述擴散層和所述半導體襯底所形成的二極體的閾值。
3、 如權利要求2所述的充電泵電路，其特徵在於， 所述鉗位用二極體是肖特基勢壘二極體。
4、 如權利要求l所述的充電泵電路，其特徵在於，所述控制電路首先使所述正電位產生充電泵電路開始工作，產生所述 正電位，之後使用所述正電位，使所述負電位產生充電泵電路開始工作。
5、 如權利要求2所述的充電泵電路，其特徵在於，所述控制電路首先使所述正電位產生充電泵電路開始工作，產生所述 正電位，之後使用所述正電位，使所述負電位產生充電泵電路開始工作。
6、 如權利要求3所述的充電泵電路，其特徵在於， 所述控制電路首先使所述正電位產生充電泵電路開始工作，產生所述正電位，之後使用所述正電位，使所述負電位產生充電泵電路開始工作。
7、 一種充電泵電路，其具備正電位產生充電泵電路，其產生正電位； 負電位產生充電泵電路，其產生負電位；第一導電型的半導體襯底，其被施加所述負電位產生充電泵電路所產 生的負電位；控制電路，其控制所述負電位產生充電泵電路和所述正電位產生充電 泵電路的工作；第二導電型的阱，其形成在所述半導體襯底的表面上，並被施加所述正電位產生充電泵電路所產生的正電位；和第二導電型的擴散層，其形成在所述半導體襯底的表面上， 所述控制電路首先使所述負電位產生充電泵電路開始工作，產生負電位，接著開始所述正電位產生充電泵電路的工作，使其產生正電位。
8、 如權利要求7所述的充電泵電路，其特徵在於，所述控制電路開始所述正電位產生充電泵電路的工作，使其產生正電 位，之後使用該正電位，使所述負電位產生充電泵電路工作。
9、 如權利要求8所述的充電泵電路，其特徵在於， 所述負電位產生充電泵電路使所述正電位反相後產生負電位。
全文摘要
本發明提供一種充電泵電路，其具有產生負電位的負電位產生充電泵電路和產生正電位的正電位產生充電泵電路，可以防止寄生雙極型電晶體導通，正常地進行充電泵電路的升壓工作。首先，使負電位產生充電泵電路(112)工作，產生-VDD作為輸出電位LV。由於將輸出電位LV施加到P型半導體襯底(10)上，因此P型半導體襯底(10)的電位成為-VDD。之後，一邊使負電位產生充電泵電路(112)繼續工作，一邊開始正電位產生充電泵電路(111)的工作。由於P型半導體襯底(10)的電位成為-VDD，因此，正電位產生充電泵電路(111)正常地進行工作。在正電位產生充電泵電路(111)的輸出電位HV變為2VDD之後，使負電位產生充電泵電路(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 優先權日2007年2月28日
發明者後藤賢介, 木村大樹 申請人:三洋電機株式會社;三洋半導體株式會社