JP2003511003A - 集積回路に使用されるキャパシタの端子間のストレスを軽減するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＥＥＰＲＯＭのチャージ・ポンプにおいて、集積回路の第１のノードと第２のノードの間に結合されるキャパシタを横断する電圧レベルを、これらのキャパシタを横断する電圧レベルがこれらのキャパシタの絶縁破壊電圧限界を超えないように制御する方法、装置、およびシステム。集積回路の第１および第２のノードの間における電圧レベルは、集積回路が第２の電力状態から第１の電力状態に遷移するとき、第２の電圧レベルから第１の電圧レベルに変化し得る。第１のキャパシタおよび第２のキャパシタは、集積回路の第１および第２のノードの間において直列に接続され、第１および第２のキャパシタの間に中間ノードを構成する。この中間ノードの電圧レベルは、集積回路が第１の電力状態におかれるとき、第１のノードと中間ノードの間における電圧レベルが第１のキャパシタの絶縁破壊電圧を超えないように、かつ中間ノードと第２のノードの間における電圧レベルが第２のキャパシタの絶縁破壊電圧を超えないように、第３の電圧レベルにセットされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は、集積回路およびデバイスにおける電圧制御に関する。より詳細に述
べれば、本発明は、集積回路内に使用されている各種キャパシタを横断する電圧
レベルを制御し、それらのキャパシタを横断する電圧レベルが、それらのキャパ
シタのストレス限界もしくは絶縁破壊電圧限界を超えないようにするための装置
、方法、およびシステムに関する。

【０００２】 （発明の背景） 集積回路およびシステムが進歩し続け、より複雑化するに従って、回路設計お
よび実装において、集積回路およびシステムの効果的かつ効率的な電力ならびに
温度のマネジメントが、これまで以上に決定的なものとなってきている。集積回
路およびシステム内における消費電力を低減するために、これらの回路およびシ
ステムは、より低い電圧レベルで動作するように設計されている。たとえば、集
積回路およびシステムは、５ボルト、３．３ボルト、あるいはそれ以下の電圧レ
ベルが電源から供給されて動作するように設計されている。しかしながら、これ
らの集積回路またはシステム内の一部のコンポーネントもしくは回路の中には、
その動作または機能のためにより高い電圧を必要とするものもある。たとえば、
コンピュータまたはシステムに使用されている電気的に消去可能なプログラマブ
ル読み出し専用フラッシュ・メモリ（フラッシュＥＥＰＲＯＭ）デバイスは、読
み出し、消去、あるいはプログラミング動作等の各種動作を実行するために、通
常、電源から供給される電圧より高い電圧レベルを必要とする。フラッシュ・メ
モリが必要とする、電源から供給される電圧より高い電圧レベルを生成するため
に、一般にはチャージ・ポンプ回路でより低い電圧レベル源からより高い電圧レ
ベルが生成されている。通常、チャージ・ポンプ回路は、複数のポンプ・ステー
ジを含み、それらを使用してそれぞれのステージごとに逐次電圧を上昇させるこ
とによって、より低い電圧入力をより高い電圧に昇圧している。チャージ・ポン
プ回路内の複数ポンプ・ステージのそれぞれは、１つのステージから次のステー
ジに電圧レベルを上昇させるために、通常、１ないしは複数のキャパシタを使用
して電荷の蓄積および次のポンプ・ステージへのその伝達を行っている。しかし
ながら、いくつかのステージにおいて、特にチャージ・ポンプ回路の最終ステー
ジにおいて必要となる電圧レベルが、電荷の蓄積および伝達に使用される単一の
キャパシタのストレスもしくは絶縁破壊電圧限界を超える可能性がある。単一の
キャパシタのストレスもしくは絶縁破壊電圧限界を超えてしまうときには、それ
らのポンプ・ステージにおいて生成される最大電圧レベルが制限されることにな
る。この問題を克服するために、２ないしはそれ以上のキャパシタを直列に接続
し、それによって各キャパシタにかかる電圧を低減することが可能である。この
ような、２ないしはそれ以上のキャパシタの直列接続は、スタック・キャパシタ
構成と呼ばれることもある。しかしながら、２ないしはそれ以上のキャパシタを
直列に接続して使用すると、チャージ・ポンプ回路のダイ面積の増加を招く。そ
のため、回路の適正な機能に必要な数を超えてチャージ・ポンプ回路内にキャパ
シタを使用することは望ましいこととは言えない。さらに、多くのチャージ・ポ
ンプ回路においては、チャージ・ポンプ回路の出力ノードが、フラッシュ・メモ
リの１つのタイプの動作に必要な１つの電圧レベルから、フラッシュ・メモリの
別のタイプの動作に必要な別の電圧レベルにドライブされ、それが直列に接続さ
れたキャパシタのそれぞれの絶縁破壊電圧を超える合計電圧スイープを招くこと
がある。たとえば、ネガティブ・チャージ・ポンプ回路の出力ノードにおいて、
それが動作しているときには−１５ボルトまで下がり、それが停止し、適切な内
部信号に対して初期化されるときには＋１１ボルトになるというケースがありえ
る。この場合、合計電圧スイープは２６ボルトとなり、それが、直列接続された
２つのキャパシタの耐えることができる合計の最大電圧より高いという可能性は
充分にありえる。

【０００３】 したがって、チャージ・ポンプ回路内に使用されているキャパシタのストレス
限界を超えることなく、またダイ面積の不必要な増加を招くことなく、チャージ
・ポンプ回路のパフォーマンス要件、電力使用要件、およびダイ面積を効果的か
つ効率的にバランスさせる必要性が生じている。

【０００４】 （発明の要約） 集積回路の第１のノードと第２のノードの間に結合されるキャパシタを横断す
る電圧レベルを、これらのキャパシタを横断する電圧レベルがこれらのキャパシ
タの絶縁破壊電圧限界を超えないように制御する方法、装置、およびシステム。
集積回路が第２の電力状態から第１の電力状態に遷移するとき、集積回路の第１
および第２のノードの間における電圧レベルが第２の電圧レベルから第１の電圧
レベルに変化することができる。第１のキャパシタと第２のキャパシタが集積回
路の第１および第２のノードの間に直列に接続され、第１、第２のキャパシタの
間に中間ノードを構成する。第１のノードと中間ノードの間における電圧レベル
が第１のキャパシタの絶縁破壊電圧を超え、かつ中間ノードと第２のノードの間
における電圧レベルが第２のキャパシタの絶縁破壊電圧を超えないように集積回
路が第１の電力状態におかれるとき、この中間ノードの電圧レベルが第３の電圧
レベルにセットされる。

【０００５】 本発明の特徴ならびに利点は、添付図面からより完全な理解が得られることに
なろう。

【０００６】 （詳細な説明） この詳細な説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具
体的な詳細が示されている。しかしながら当業者にとっては明らかであるように
、本発明はこれらの具体的な詳細から離れても理解可能であり、かつ実施可能で
ある。

【０００７】 以下の議論の中においては、本発明の教示が用いられて、集積回路内に使用さ
れているキャパシタを横断する電圧レベルを動的に制御する方法および装置が具
体化されており、その結果、各個別のキャパシタの絶縁破壊電圧を超えることが
なくなっている。それに加えて、本発明の教示は、出力電圧レベルに関するパフ
ォーマンス要件、キャパシタ上のストレスもしくは絶縁破壊電圧限界、および集
積回路のダイ面積を効果的かつ効率的にバランスさせる方法および装置の実装に
も使用される。一実施形態においては、集積回路内の第１のノードと第２のノー
ドの間の最大電圧が決定される。一実施形態においては、集積回路が第１の電力
状態から第２の電力状態に遷移するとき、これらの第１のノードと第２のノード
の間の電圧が、第１のレベルから第２のレベルに変化することができる。最大電
圧が、単一の第１のタイプのキャパシタの絶縁破壊電圧より大きい場合には、集
積回路の第１のノードと第２のノードの間に、少なくとも２つの第１のタイプの
キャパシタが接続されて、各単一のキャパシタを横断する電圧が低減される。一
実施形態においては、集積回路が第２の電力状態にあるとき、第１および第２の
キャパシタの間の中間ノードに基準電圧源が接続され、集積回路が第１の電力状
態にあるとき、その基準電圧源から切り離される。

【０００８】 本発明の教えは、電源の電圧レベルより高い電圧を生成する任意のチャージ・
ポンプ回路に適用することができる。しかしながら本発明が、チャージ・ポンプ
回路に限定されることはなく、単一のキャパシタの必要電圧がそのキャパシタの
絶縁破壊電圧限界を超えることがありえるこのほかの集積回路およびシステムに
適用することが可能である。

【０００９】 図１は、集積回路内、たとえばチャージ・ポンプ回路内の２つのノード間に接
続される、電荷の蓄積および伝達のための単一のキャパシタＣを含む単一キャパ
シタ構成を示している。この例において、ノード１の電圧Ｖ（つまり、キャパシ
タＣの電圧）が、キャパシタＣのストレス限界または絶縁破壊電圧を超えるレベ
ルまで上昇し得るとする。この問題を回避するため、図２に示されるようなスタ
ック・キャパシタ構成を使用し、直列に接続された個別のキャパシタの電圧を低
減することができる。図２に示されているように、各個別のキャパシタのストレ
スを低減するために、２つのキャパシタＣ１およびＣ２を直列に接続することが
できる。ここでこの構成において、Ｃ１の電圧（つまり、ノード１と中間ノード
Ｍの間の電圧）をＶ１と呼び、Ｃ２の電圧（つまり、中間ノードＭとグラウンド
・レベルの間の電圧）をＶ２と呼ぶ。２つのキャパシタＣ１およびＣ２を横断す
る電圧は、次式により示されるように、個別のキャパシタの電圧の算術的な合計
になる。 Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２

【００１０】 図１におけるキャパシタＣの等価キャパシタンスの逆数は、図２におけるキャ
パシタＣ１およびＣ２それぞれの等価キャパシタンスの逆数の和に等しく、次式
に示されるとおりとなる。 １／Ｃ＝１／Ｃ１＋１／Ｃ２

【００１１】 一実施形態においては、電圧Ｖが、好ましくは２つのキャパシタＣ１およびＣ
２それぞれに等しく分割され、各個別のキャパシタのストレスが等しくなること
が望ましい。すなわち、次式の関係がある。 Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ／２ Ｃ１＝Ｃ２＝２Ｃ

【００１２】 たとえば、Ｖｍａｘ＝−１５ボルトを仮定する。その場合、Ｖ１＝Ｖ２＝−７
．５ボルトになる。

【００１３】 図３は、中間ノードＭの電圧レベルが動的に制御されてキャパシタの過渡的な
ストレスが回避されるスタック・キャパシタ構成を例示している。過渡的なスト
レスは、スタック・キャパシタ構成内であっても、個別のキャパシタのストレス
限界を超える可能性がある。過渡的なストレスは、集積回路が一方の電力状態で
の１つのレベルから、回路が他方の電力状態での別のレベルに電圧レベルＶが変
化したときに生じる。たとえばここで、図３に示したノード１を、フラッシュ・
メモリの消去用もしくはプログラミング動作用の−１５ボルトを生成するように
設計されたネガティブ・チャージ・ポンプにおける最終ポンプ・ステージの出力
ノードであるとする。またＣ１＝Ｃ２＝２Ｃ、およびＶ１＝Ｖ２＝Ｖ／２を仮定
する。さらにノード１は、特定のフラッシュ・メモリの動作、たとえばプログラ
ム動作用に充分な正の電圧レベルを生成するように設計された別のチャージ・ポ
ンプ回路の出力ノードにも接続されるものとする。この場合、ノード１における
電圧レベルは、このチャージ・ポンプ回路が動作しているときの−１５ボルトの
負の電圧から、それが停止し、適切な内部信号に対して初期化されるときの＋１
１ボルトまで変化し得る。ここで、図３に示した各キャパシタのストレス限界ま
たは絶縁破壊電圧レベルは、−１２．５ボルトであったとする。この例において
は、ノード１が−１５ボルトから＋１１ボルトに変化するときの合計電圧スイー
プが２６ボルトとなり、中間ノードはストレス限界である−１２．５ボルトを超
える。したがって、図２に示したスタック構成は、上記のような過渡的なストレ
スがある場合のストレス限界の問題を完全に解決するものとはなっていない。

【００１４】 図３は、上記の過渡的なストレスの問題点を克服するための電圧制御メカニズ
ムを伴うスタック・キャパシタ構成を示している。この図３に示されるように、
キャパシタＣ１とキャパシタＣ２の間の中間ノードＭに、電圧源Ｖｉｎｉｔに接
続された制御デバイス３１１が接続されている。一実施形態における制御デバイ
ス３１１は、入力制御信号３２１に基づいてスイッチ・オンまたはオフを切り替
えるスイッチとして動作する。一実施形態においては、回路が第１の電力状態（
たとえば低電力状態）にあるとき、入力制御信号３２１が第１の値にセットされ
、回路が第２の電力状態（たとえば高電力状態）にあるとき、第２の値にセット
される。一実施形態においては、制御信号３２１が第１の値（たとえば正の電圧
）にセットされているとき、制御デバイス３１１がオンに切り替えられて、中間
ノードＭを電圧源Ｖｉｎｉｔに接続する。制御デバイス３１１は、制御信号３２
１が第２の値（たとえばグラウンド）にセットされているとき、オフに切り替え
られて、中間ノードＭを電圧源Ｖｉｎｉｔから切り離す。したがって、中間ノー
ドＭの電圧レベルを制御することによって、過渡的なストレスが存在する場合で
あっても、個別のキャパシタの電圧レベルを、その個別のキャパシタの絶縁破壊
電圧またはストレス限界未満に抑えることができる。一実施形態においては、回
路が１つの状態から別の状態に遷移し、前述した過渡的なストレスを生じるとき
、電圧Ｖｉｎｉｔが、図３に示されるスタック・キャパシタ構成の上側ノード１
と同じ電圧レベルにセットされる。その場合、回路が第１の電力状態（たとえば
シャット・ダウン）に遷移するとき、中間ノードが上側ノード１と同じ電圧レベ
ルのＶｉｎｉｔにセットされることから、キャパシタＣ１の電圧レベルＶ１は、
Ｖ（ノード１）−Ｖ（ノード１）＝０となる。キャパシタＣ２の電圧レベルＶ２
は、Ｖ（ノード１）−グラウンド＝Ｖ（ノード１）になる。前述した例によれば
、遷移のピークにおいてＶ（ノード１）が＋１１ボルトになり、遷移が終了し、
回路が安定した後においては、たとえば＋５ボルトに下がる。このように、Ｃ１
の電圧レベルおよびＣ２の電圧レベルが、スタック構成におけるそれぞれのキャ
パシタの絶縁破壊電圧レベル（たとえば１２．５ボルト）より低くなる。ここで
は例示の目的から、特定の例および数を用いて本発明を説明しているが、当業者
であれば、このほかの構成、変形、およびスタック・キャパシタ構成の実施形態
に対しても本発明の教示が完全に適用可能であることを認識され、かつ理解され
るであろう。たとえば、電圧Ｖは、各個別のキャパシタの電圧レベルが、それぞ
れのキャパシタの絶縁破壊電圧レベルを超えない限り、任意の比を用いて個別の
キャパシタの端子間に分配することができる。それに加えて、各個別のキャパシ
タの過渡的なストレスがそれぞれのキャパシタのストレス限界または絶縁破壊電
圧レベルを超えない限り、電圧Ｖｉｎｉｔを、ノード１における電圧以外の別の
電圧にセットすることもできる。さらに、別の実施形態においては、Ｖｉｎｉｔ
が、制御デバイス３１１に対する電圧源および制御信号の両方として機能するこ
とが可能であり、独立した制御信号３２１を有する必要性が除去される。たとえ
ば、Ｖｉｎｉｔが１つのレベル（たとえばグラウンド）にセットされているとき
は、それが制御デバイス３１１をオフに切り替え、その結果、中間ノードＭがＶ
ｉｎｉｔから分離または絶縁される。Ｖｉｎｉｔが別のレベル（たとえば＋１１
ボルトまたは５ボルト等）にセットされているときには、それが制御デバイス３
１１をオンに切り替え、中間ノードをＶｉｎｉｔに接続する。

【００１５】 図４は、前述したようにキャパシタの過渡的なストレスをもたらす、一方の状
態から他方の状態への回路の遷移時に、中間ノードにおける電圧レベルを制御す
るための制御デバイス３１１としてＰタイプのトランジスタ・デバイス４１１を
使用するスタック・キャパシタ構成の一実施形態を示したブロック図である。一
実施形態においては、トランジスタ４１１のゲートがグラウンド・レベルに接続
されている。スタック・キャパシタの中間ノードＭは、トランジスタ４１１のド
レイン端子に接続されている。ＮＷＥＬＬはＶｉｎｉｔに接続され、それは、回
路が一方の状態（たとえば高電力状態）にあるとき、１つのレベル（たとえばグ
ラウンド）にセットされ、回路が他方の状態（たとえば低電力状態）にあるとき
、別のレベル（たとえばノード１の電圧レベル）にセットされる。この実施形態
においてはトランジスタ４１１がスイッチング・トランジスタとして動作し、Ｖ
ｉｎｉｔの電圧レベルに基づいて、中間ノードＭをＶｉｎｉｔに接続したり、切
り離したりする。したがって、回路が第２の電力状態（たとえば動作中）にある
ときには、Ｖｉｎｉｔがグラウンドにセットされて、トランジスタ４１１をオフ
に切り替え、その結果、中間ノードＭがＶｉｎｉｔから絶縁または切り離される
。回路が第１の電力状態（たとえばシャット・ダウン）にあるときには、Ｖｉｎ
ｉｔが上側のノード１の電圧レベルに対応する電圧レベルにセットされて、トラ
ンジスタ４１１をオンに切り替え、その結果、中間ノードＭがＶｉｎｉｔならび
に上側のノード１と同じレベルにセットされる。

【００１６】 図５は、本発明の教示に従ったシステムの一実施形態を示したブロック図であ
る。システム５００は、電源５０１、位相ジェネレータ５１１、および複数のポ
ンプ・ステージ５３１を含むチャージ・ポンプ回路５２１、フラッシュ・メモリ
・デバイス５４１、および電圧制御デバイス５５１を含んでいる。電源５０１は
、チャージ・ポンプ回路５２１に結合されており、チャージ・ポンプ回路５２１
に対して入力電圧および電流を供給する。チャージ・ポンプ回路５２１は、この
実施形態においては、直列に接続された複数のポンプ・ステージを含んでいる。
各ポンプ・ステージの出力ノードは、次のポンプ・ステージの入力ノードに接続
されており、電源からの低い入力電圧レベルを、フラッシュ・メモリ・デバイス
５４１の特定の動作に必要となる、より高い電圧レベルに昇圧している。一実施
形態においては、１番目のポンプ・ステージ５３１（１）の入力ノードが電源５
０１に接続されて、入力電圧および電流を受け取る。一実施形態においては、最
後のポンプ・ステージ５３１（Ｎ）の出力がフラッシュ・メモリ・デバイス５４
１に接続されており、フラッシュ・メモリ・デバイス５４１に必要な電圧および
電流レベルを提供する。すでに説明したように、フラッシュ・メモリ・デバイス
５４１は、消去もしくはプログラム動作といった特定の動作を実行するために電
源５０１の電圧レベルより高い電圧レベルを必要とする。位相ジェネレータ５１
１は、チャージ・ポンプ回路５２１に接続されて、各ポンプ・ステージが適正に
機能するために必要なクロック信号を提供する。この明細書においては、チャー
ジ・ポンプ回路５２１がネガティブ・チャージ・ポンプ回路であることを仮定し
ているが、ここで論じているすべてのことは、等しく、ポジティブ・チャージ・
ポンプ回路にも適用することができる。同様に、本発明の教示は、回路の２つの
ノード間における電圧が、単一キャパシタのストレス限界または絶縁破壊電圧レ
ベルを超えるおそれのある別の集積回路に対しても等しく適用される。チャージ
・ポンプ回路５２１の出力ノードにおいて必要とされるより高い電圧レベルを生
成するために、電源５０１からの入力電圧がチャージ・ポンプ回路５２１の各ポ
ンプ・ステージを介して連続的に昇圧される。一実施形態は、説明および例示を
目的として、チャージ・ポンプ回路５２１内において電荷の蓄積ならびに伝達の
ために使用することが可能な異なる２つのタイプのキャパシタがあることを仮定
しているが、当業者であれば、ここで論じているすべてのことが、単一タイプの
キャパシタもしくは異なる２以上のタイプのキャパシタを使用する別の回路配置
および構成に対しても等しく適用できることを理解し、認識する必要がある。一
実施形態においては、ポンプ・ステージ用に、ＯＮＯキャパシタ（酸化物−窒化
物−酸化物を用いるポリ２／ポリ１サンドウィッチ）またはＭＯＳ（金属酸化膜
半導体）キャパシタのいずれを用いることもできる。例示および説明を目的とし
て、チャージ・ポンプ回路５２１の出力電圧は、約−１５ボルトとなることを仮
定する。チャージ・ポンプ回路５２１の出力ノードは、図３および４との関係か
ら前述したように、チャージ・ポンプ回路５２１の動作時における−１５ボルト
の負の電圧から、チャージ・ポンプ回路５２１が停止し、適切な電圧レベル、た
とえば５ボルトに初期化されるときにおける＋１１ボルトまで変化し得る。つま
り、チャージ・ポンプ回路が一方の状態（たとえば、動作中またはフル・パワー
状態）から他方の状態（たとえば、シャット・ダウンまたはパワー・オフ状態）
に遷移するとき、２６ボルトの合計電圧スイープまたは過渡的なストレスが存在
する。一実施形態においては、チャージ・ポンプ回路５２１内に使用されている
ＯＮＯキャパシタが、−１２．５ボルトのストレス限界または絶縁破壊電圧レベ
ルを有しているものとする。したがって、各単一のＯＮＯキャパシタの電圧は−
１２．５ボルトを超えてはいけない。ここでの議論において、ＭＯＳキャパシタ
は、ＯＮＯキャパシタより高いストレス（たとえば−１５．５ボルト）に耐える
ことができるが、それでもネガティブ・チャージ・ポンプ回路５２１によって要
求される−２６ボルトのストレスには耐えることができない。しかもＭＯＳキャ
パシタは、ＯＮＯキャパシタより大きなダイ面積を有する。一実施形態において
は、制御ロジック５５１（電圧初期化および制御と呼ぶこともある）がチャージ
・ポンプ回路５２１の出力ノード、および最後の２つのポンプ・ステージ、すな
わちポンプ・ステージ５３１（Ｎ−１）および５３１（Ｎ）に結合されている。
この実施形態においては、最後の２つのステージの出力電圧が単一キャパシタの
ストレス限界または絶縁破壊電圧レベルを超えることが仮定されており、そのた
め、最後の２つのポンプ・ステージ内においては、これら最後の２つのポンプ・
ステージ内の各個別のキャパシタのストレスを低減するために前述したようなス
タック・キャパシタ構成が使用されている。一実施形態においては、チャージ・
ポンプ回路５２１の最後の２つのポンプ・ステージ内に使用されるスタック・キ
ャパシタ構成が、直列に接続された２つのＯＮＯキャパシタを含んでいる。電圧
レベルが単一キャパシタのストレス限界を超えない残りのポンプ・ステージ内に
おいては、単一キャパシタ構成が使用されている。単一キャパシタ構成内におい
ては、ＯＮＯまたはＭＯＳキャパシタのいずれを使用することも可能である。一
実施形態においては、図５に示されるように制御ロジック５５１が、制御信号５
５５に基づいて、チャージ・ポンプ回路５２１が一方の電力状態（たとえば低電
力状態）にあるとき、スタック・キャパシタの中間ノードを電圧レベルＶｉｎｉ
ｔに接続し、チャージ・ポンプ回路が他方の電力状態（たとえば高電力）にある
とき、スタック・キャパシタの中間ノードを電圧レベルＶｉｎｉｔから切り離す
スイッチとして機能する。一実施形態においては、チャージ・ポンプ回路が第１
の状態（たとえばパワー・ダウン、スタンバイ等）にあるとき、制御信号５５５
が第１のレベル（たとえば正の電圧レベル）にセットされ、チャージ・ポンプ回
路５２１が第２の状態（たとえばアクティブ）にあるとき、第２のレベル（たと
えばグラウンド・レベル）にセットされる。その実施形態においては、制御信号
５５５が第１のレベル（たとえば正の電圧レベル）にセットされると、制御デバ
イス５５１がオンに切り替えられ、スタック・キャパシタの中間ノードを電圧源
Ｖｉｎｉｔに接続する。また、制御信号５５５が第２のレベル（たとえばグラウ
ンド・レベル）にセットされると、制御デバイス５５１がオフに切り替えられ、
中間ノードを電圧源Ｖｉｎｉｔから絶縁し、あるいは切り離す。それに代えて、
電圧Ｖｉｎｉｔを制御信号５５５として機能させて、制御デバイス５５１をオン
またはオフに切り替えることも可能であり、それによって制御信号５５５を独立
に有する必要性が除去される。

【００１７】 図６は、本発明の教示に従ったスタック・キャパシタ構成を実装するネガティ
ブ・チャージ・ポンプ回路内のチャージ・ポンプ・ステージ６００の一実施形態
を示した回路図である。一実施形態におけるチャージ・ポンプ・ステージ６００
は、入力ノード６０１および出力ノード６９１を含んでいる。入力ノード６０１
は、先行するポンプ・ステージ（図示せず）の出力ノードに結合されている。こ
の実施形態においては、チャージ・ポンプ・ステージ６００がネガティブ・チャ
ージ・ポンプ回路の最終ポンプ・ステージであり、したがって出力ノード６９１
がフラッシュ・メモリ・デバイスに結合されることが仮定されているが、ここで
論じているすべてのことは、チャージ・ポンプ・ステージ６００がチャージ・ポ
ンプ回路の最終ステージとならない場合、したがって出力ノード６９１が次のポ
ンプ・ステージの入力ノードに結合される場合にも等しく適用することが可能で
ある。チャージ・ポンプ・ステージ６００は、スイッチング・トランジスタ６１
１を含んでいる。このスイッチング・トランジスタは、一実施形態においてＰタ
イプの電界効果トランジスタであるが、Ｐ’タイプのデバイスを使用することも
できる。スイッチング・トランジスタ６１１のソース端子は入力ノード６０１に
、そのドレイン端子は出力ノード６９１にそれぞれ結合されている。またチャー
ジ・ポンプ・ステージ６００は、プルダウン・トランジスタ６２１を含んでいる
。このプルダウン・トランジスタ６２１は、一実施形態においてＰ’タイプの電
界効果トランジスタであるが、Ｐタイプのデバイスを使用することもできる。Ｐ
’タイプのデバイスは、Ｐタイプのデバイスより低いスレッショルド電圧を有し
ている。プルダウン・トランジスタ６２１のドレイン端子は、スイッチング・ト
ランジスタ６１１のゲート端子に接続されている。この実施形態においては、プ
ルダウン・トランジスタ６２１がダイオード接続になっており、プルダウン・ト
ランジスタ６２１のソース端子およびゲート端子がスイッチング・トランジスタ
６１１のソース端子に接続されている。さらにチャージ・ポンプ・ステージ６０
０には、プルアップ・トランジスタ６２５も備わっている。一実施形態において
は、このプルアップ・トランジスタ６２５がＰタイプの電界効果トランジスタで
ある。プルアップ・トランジスタ６２５のソース端子は、スイッチング・トラン
ジスタ６１１のソース端子に接続されている。この実施形態においては、プルア
ップ・トランジスタ６２５がダイオード接続になっており、プルアップ・トラン
ジスタ６２５のドレイン端子およびゲート端子がスイッチング・トランジスタ６
１１のゲート端子に接続されている。

【００１８】 図６に示されるように、チャージ・ポンプ・ステージ６００は、直列に接続さ
れた２つのキャパシタＣ２ＡおよびＣ２Ｂを使用して各個別のキャパシタのスト
レスを低減するスタック・キャパシタ構成を含んでいる。この実施形態において
は、ノード６９１の電圧レベルが特定の負の電圧レベル（たとえば−１５ボルト
）に到達し得るが、それは単一ＯＮＯまたはＭＯＳキャパシタのストレス限界ま
たは絶縁破壊電圧レベルを超えることになる。この実施形態においては、キャパ
シタＣ２ＡおよびＣ２ＢがＯＮＯキャパシタであり、それが耐えることができる
ストレスはＭＯＳキャパシタより低いが、ダイ面積がそれより小さい。ＯＮＯキ
ャパシタは、ダイ面積がより小さく、しかも図示のように直列に接続したときス
トレスに耐え得ることから、このスタック・キャパシタ構成に使用されている。
ストレージ・キャパシタＣ２ＡおよびＣ２Ｂは、スイッチング・トランジスタ６
１１のドレイン端子とクロック信号ＣＬＫ２（６６２）の間に直列に接続されて
いる。ストレージ・キャパシタＣ２Ａの第１のエンドは、スイッチング・トラン
ジスタ６１１のドレイン端子に接続されている（さらにそれは、チャージ・ポン
プ・ステージ６００の出力ノードにも結合されている）。ストレージ・キャパシ
タＣ２Ａの第２のエンドは、ストレージ・キャパシタＣ２Ｂの第１のエンドに接
続されている。ストレージ・キャパシタＣ２Ｂの第２のエンドは、クロック信号
ＣＬＫ２（６６２）に接続されている。

【００１９】 図６の実施形態は、さらにスイッチング・トランジスタ６１１のゲート端子と
クロック信号ＣＬＫ１（６５２）の間に直列に接続された２つのブート・ノード
・キャパシタＣ１ＡおよびＣ１Ｂからなるスタック・キャパシタ構成を含んでい
る。この実施形態においては、Ｃ１ＡおよびＣ１ＢがＯＮＯキャパシタである。
ＯＮＯキャパシタは、ダイ面積がより小さく、しかも図示のように直列に接続し
たときストレスに耐え得ることから、このスタック・キャパシタ構成に使用され
ている。Ｃ１Ａキャパシタの第１のエンドはスイッチング・トランジスタ６１１
のゲート端子に接続されており、Ｃ１Ａキャパシタの第２のエンドはＣ１Ｂキャ
パシタの第１のエンドに接続されている。Ｃ１Ｂキャパシタの第２のエンドは、
クロック信号ＣＬＫ１（６５２）に接続されている。

【００２０】 図６を参照すると、このチャージ・ポンプ・ステージ６００は、中間ノードＩ
ＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２における電圧レベルを制御し、チャージ・ポンプ回路
が一方の電力状態（たとえばアクティブ、動作中、その他）から他方の電力状態
（たとえばシャット・ダウン、スタンバイ、その他）に遷移するときの前述した
過渡的なストレスの問題を解決するスイッチとして機能する制御デバイス６４１
を含んでいる。この実施形態においては、出力ノード６９１の電圧レベルが、チ
ャージ・ポンプ回路の動作時における特定の負の電圧レベル（たとえば−１５ボ
ルト）から、チャージ・ポンプ回路がシャット・ダウンされて、適正な電圧レベ
ル、たとえば＋５ボルトに初期化されるときの特定の正の電圧レベル（たとえば
＋１１ボルト）まで変化する。制御デバイス６４１は、一実施形態において、２
つのＰタイプの電界効果制御トランジスタ６４３および６４５を含んでいるが、
それに代えてＰ’タイプのデバイスを使用することも可能である。制御トランジ
スタ６４３のドレイン端子は、中間ノードＩＮＩＴ１に接続されている。制御ト
ランジスタ６４３のゲート端子は、グラウンドに接続されている。制御トランジ
スタ６４３のソース端子は、ＤＩＮＩＴＰＣＷと呼んでいる制御電圧レベルに接
続されている。制御トランジスタ６４５のドレイン端子は、中間ノードＩＮＩＴ
２に接続されている。制御トランジスタ６４５のゲート端子は、グラウンドに接
続されている。制御トランジスタ６４５のソース端子は、制御電圧レベルＤＩＮ
ＩＴＰＣＷに接続されている。制御トランジスタ６４３および６４５の動作のさ
らに詳しい説明は、この後に述べる。

【００２１】 図７は、チャージ・ポンプ・ステージ６００との関連から使用されるクロック
信号６５２および６６２のタイミング・チャートの一例を示している。一実施形
態において、クロック信号６５２および６６２は、ハイ・フェーズの間はＶｃｃ
に、ロー・フェーズの間はグラウンドになる。クロック信号６５２がローになる
と、スイッチング・トランジスタ６１１がオンに転じ、入力ノード６０１に蓄積
されている電荷がキャパシタＣ２ＡおよびＣ２Ｂに移動する。ダイオード接続の
プルアップ・トランジスタ６２５は、出力ノード６９１の電圧レベルが入力ノー
ド６０１の電圧レベルより負の方向にさらに大きくなった場合に、出力ノード６
９１から入力ノード６０１に向かう逆向きのフローを防止する働きをする。前述
したように、この実施形態において、チャージ・ポンプ回路がアクティブのとき
の出力ノード６９１の電圧レベルは約−１５ボルトである。この実施形態におい
ては、Ｃ２ＡのキャパシタンスがＣ２Ｂのキャパシタンスと概略で等しい。その
結果、出力ノード６９１における電圧レベル（たとえば−１５ボルト）は、キャ
パシタＣ２ＡおよびＣ２Ｂにほぼ等しく分配される。したがって回路の動作中は
、Ｃ２Ａの電圧が約−７．５ボルトになる。同様に、回路の動作中は、Ｃ２Ｂの
電圧が約−７．５ボルトになる。言い換えると、回路の動作中は、中間ノードＩ
ＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２における電圧レベルが約−７．５ボルトになる。この
例から、直列に接続された各キャパシタを横断する電圧が、回路内に使用されて
いる単一のキャパシタのストレス限界または絶縁破壊電圧レベル（たとえば、Ｏ
ＮＯキャパシタの場合は−１２．５ボルト）未満に低減されることがわかる。

【００２２】 一実施形態においては、チャージ・ポンプ回路が動作しているとき、ＮＷＥＬ
ＬおよびＤＩＮＩＴＰＣＷがともにグラウンドにセットされて制御トランジスタ
６４３および６４５をオフにするため、中間ノードＩＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２
が電圧ＤＩＮＩＴＰＣＷから切り離され、あるいは絶縁される。一実施形態にお
いては、チャージ・ポンプ回路がシャット・ダウンされると、ＮＷＥＬＬおよび
ＤＩＮＩＴＰＣＷが正の電圧レベルにセットされ、制御トランジスタ６４３およ
び６４５をオンに転ずることから、中間ノードＩＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２がＤ
ＩＮＩＴＰＣＷ電圧に接続される。一実施形態においては、チャージ・ポンプ回
路がシャット・ダウンされるとき、ＤＩＮＩＴＰＣＷが出力ノード６９１と同じ
電圧レベルにセットされる。中間ノードＩＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２における電
圧レベルを、制御トランジスタ６４３および６４５を介して制御することによっ
て、チャージ・ポンプ回路が一方の状態（たとえば動作中）から他方の状態（た
とえばシャット・ダウン）に遷移するときに生じる過渡的なストレスの問題が解
決される。

【００２３】 図８は、ＯＮＯキャパシタに代えてＭＯＳキャパシタを用いたスタック・キャ
パシタ構成を使用するチャージ・ポンプ・ステージ８００の一実施形態を示した
回路図である。このチャージ・ポンプ・ステージ８００の機能ならびに動作は、
チャージ・ポンプ・ステージ６００に関して前述したものと基本的に同じである
。ＭＯＳストレージ・キャパシタＣ２ＡおよびＣ２Ｂは、直列に接続されており
、各個別のキャパシタのストレス・レベルが低減されている。同様にブート・ノ
ード・キャパシタＣ１ＡおよびＣ１Ｂも直列に接続されており、Ｃ１ＡおよびＣ
１Ｂのストレス・レベルが低減されている。制御デバイス８４１は、チャージ・
ポンプ回路が一方の電力状態（たとえばシャット・ダウン）にあるとき、中間ノ
ードＩＮＩＴ１およびＩＮＩＴ２を電圧ＤＩＮＩＴＰＣＷに接続し、チャージ・
ポンプ回路が他方の電力状態（たとえば動作中）にあるとき、中間ノードＩＮＩ
Ｔ１およびＩＮＩＴ２を電圧ＤＩＮＩＴＰＣＷから切り離し、あるいは絶縁する
ためのスイッチとして使用される。この制御デバイス８４１は、一実施形態にお
いて、２つのＰタイプの電界効果制御トランジスタ８４３および８４５を含んで
いるが、それに代えてＰ’タイプのデバイスを使用することも可能である。制御
トランジスタ８４３のドレイン端子は中間ノードＩＮＩＴ１に接続されている。
制御トランジスタ８４３のゲート端子は、グラウンドに接続されている。制御ト
ランジスタ８４３のソース端子は、ＤＩＮＩＴＰＣＷと呼んでいる制御電圧レベ
ルに接続されている。制御トランジスタ８４５のドレイン端子は、中間ノードＩ
ＮＩＴ２に接続されている。制御トランジスタ８４５のゲート端子はグラウンド
に接続されている。制御トランジスタ８４５のソース端子は、制御電圧レベルＤ
ＩＮＩＴＰＣＷに接続されている。制御トランジスタ８４３および８４５の動作
は、制御トランジスタ６４３および６４５に関して説明したものと基本的に同じ
である。

【００２４】 図９は、集積回路内に使用されているキャパシタのストレスを低減するための
方法９００の一実施形態を示したフローチャートである。ここでは、この集積回
路において、当該集積回路内の２つのノード間（たとえば第１のノードと第２の
ノードの間）に少なくとも１つの容量性デバイスを接続することが必要とされる
ものとする。また、説明ならびに例示の目的から、第１のノードと第２のノード
の間における容量性デバイスとして、異なる２つのタイプのキャパシタが使用さ
れると仮定する。ここでは、２つのタイプの一方をタイプ１のキャパシタ（第１
のタイプ）と呼び、他方のタイプをタイプ２のキャパシタ（第２のタイプ）と呼
ぶ。この実施形態においては、タイプ２のキャパシタは、タイプ１のキャパシタ
より大きなストレスに耐え得るが、タイプ１のキャパシタより大きなダイ面積を
有するものと仮定する。一実施形態においては、タイプ１のキャパシタがＯＮＯ
キャパシタになり、タイプ２のキャパシタがＭＯＳキャパシタになる。前述した
ように、ＭＯＳキャパシタは、ＯＮＯキャパシタに比べるとより大きなストレス
に耐えることができる。しかしながら、ＭＯＳキャパシタは、より大きなダイ面
積を占有する。この方法９００は、ブロック９０１において開始し、ブロック９
０５に進む。ブロック９０５においては、第１のノードと第２のノードの間の最
大電圧レベルが決定される。続いて方法９００は、ブロック９０９に進む。判断
ブロック９０９において、ブロック９０５により決定された最大電圧レベルが、
単一のタイプ１のキャパシタ（たとえばＯＮＯ）のストレス限界を超えていない
と判断されると、この方法９００はそこからブロック９１３に進む。超えている
場合には、ブロック９１７に進む。ブロック９１３においては、最大電圧が単一
のタイプ１のキャパシタのストレス限界を超えないことから、第１のノードと第
２のノードの間の容量性デバイスとして、単一のタイプ１のキャパシタが使用さ
れる。判断ブロック９１７において、最大電圧レベルが単一のタイプ２のキャパ
シタのストレス限界または絶縁破壊電圧レベルを超えないと判断されると、方法
９００がブロック９２１に進み、第１のノードと第２のノードの間の容量性デバ
イスとして、単一のタイプ２のキャパシタが使用されることになる。超えている
場合には、方法９００がブロック９２５に進む。ブロック９２５においては、第
１のノードと第２のノードの間にわたる最大電圧レベルが、単一のタイプ１のキ
ャパシタのストレス限界を超えており、かつ単一のタイプ２のキャパシタのスト
レス限界を超えていることから、２ないしはそれ以上のキャパシタを有するスタ
ック構成が、各個別のキャパシタのストレス限界を低減するために必要になる。
この例においては、タイプ１もしくはタイプ２のいずれかのキャパシタを２つ用
いれば、第１および第２のノードの間の最大電圧に充分に耐えることができるも
のとする。２つのキャパシタを直列に接続してもストレスに対する充分な耐性が
得られない場合には、必要に応じてスタック・キャパシタ構成に含ませるキャパ
シタ数をさらに増加する。タイプ１のキャパシタの方が、タイプ２のキャパシタ
より小さいダイ面積を有していることから、ストレスに耐えられるのであれば、
タイプ１のキャパシタをスタック・キャパシタ構成に使用する方が好ましい。ブ
ロック９２５においては、第１および第２のノード間に２ないしはそれ以上のキ
ャパシタを直列に接続し、最大電圧レベルを個別のキャパシタに分配する。前述
したように、電圧は次式のように分配される。 Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２

【００２５】 これにおいて、Ｖは第１および第２のノード間における最大電圧であり、Ｖ１
は、スタック・キャパシタ構成における第１のキャパシタの電圧、Ｖ２は第２の
キャパシタの電圧である。一実施形態においては、第１および第２のキャパシタ
が同一のキャパシタンスを有しており、したがってＶ１＝Ｖ２になる。

【００２６】 その後、この方法は、ブロック９２５からブロック９２９に進む。ブロック９
２９においては、集積回路が高電力状態（たとえばアクティブ、フル・パワー、
動作中等）から低電力状態（たとえばシャット・ダウン、パワー・オフ、スタン
バイ等）に遷移するときに生じる過渡的なストレスを防止するために、直列に接
続された第１および第２のキャパシタの間の中間ノードを、この集積回路が低電
力状態に遷移するときの過渡的なストレスを充分に低減することができる制御電
圧レベルにセットする。回路が高電力状態（たとえばアクティブ）にあるときに
は、中間ノードがこの制御電圧レベルから切り離され、あるいは絶縁される。一
実施形態においては、前述したように、スイッチング・トランジスタ等の制御デ
バイスを使用し、集積回路の個々の電力状態に基づいて、中間ノードを制御電圧
レベルに接続し、あるいはそれから切り離すことができる。その後、方法９００
は、ブロック９９１に進んで終了する。

【００２７】 図１０は、システム・パフォーマンス要件（たとえば出力電圧要件）とチャー
ジ・ポンプ回路内におけるシステムの制約（たとえばダイ面積、キャパシタのス
トレス限界）をバランスさせる方法１０００を示したフローチャートである。こ
の実施形態におけるチャージ・ポンプ回路は、直列に接続された複数のポンプ・
ステージを含んでいる。各ポンプ・ステージは、入力ノードおよび出力ノードを
含む。各ステージの出力ノードは、次のステージの入力ノードに結合されている
。１番目のポンプ・ステージの入力ノードは、電源に接続されており、そこから
入力電圧を受け取る。最後のポンプ・ステージの出力は、電源から供給される電
圧レベルより高い電圧レベルを必要とするデバイス（たとえばフラッシュ・メモ
リ・デバイス）に接続されている。説明および例示の目的から、チャージ・ポン
プ回路内のストレージおよびブート・ノード・キャパシタとして異なる２つのタ
イプ（たとえばタイプ１およびタイプ２）のキャパシタが使用できるものと仮定
する。また、この実施形態においては、タイプ２のキャパシタは、タイプ１のキ
ャパシタより大きなストレスに耐え得るが、タイプ１のキャパシタより大きなダ
イ面積を有することを仮定する。一実施形態においては、タイプ１のキャパシタ
がＯＮＯキャパシタになり、タイプ２のキャパシタがＭＯＳキャパシタになる。
ＭＯＳキャパシタは、ＯＮＯキャパシタに比べるとより大きなストレスに耐える
ことができる。しかしながら、ＭＯＳキャパシタは、より大きなダイ面積を占有
する。この方法１０００は、ブロック１００１で開始し、ブロック１００５に進
む。ブロック１００５においては、チャージ・ポンプ回路内の各ポンプ・ステー
ジの出力ノードにおける電圧レベルが決定される。判断ブロック１００９におい
て、それぞれの出力ノードの出力電圧レベルが、単一のタイプ１のキャパシタ（
たとえばＯＮＯ）のストレス限界または絶縁破壊電圧レベルを超えていないと判
断されると、そこからこの方法１０００はブロック１０１３に進む。超えている
場合には、方法１０００が判断ブロック１０１７に進む。ブロック１０１３にお
いては、単一のタイプ１のキャパシタ（ＯＮＯ）がストレスに耐えられることか
ら、それをストレージ・キャパシタとして使用する。単一のタイプ１のキャパシ
タ（ＯＮＯ）は、ブート・ノード・キャパシタとしても使用される。判断ブロッ
ク１０１７において、それぞれの出力ノードの出力電圧レベルが、単一のタイプ
２のキャパシタ（たとえばＭＯＳキャパシタ）のストレス限界を超えないと判断
されると、この方法１０００がブロック１０２１に進む。超えている場合には、
方法１０００がブロック１０２３に進む。ブロック１０２１においては、単一の
タイプ２のキャパシタ（たとえばＭＯＳキャパシタ）をストレージ・キャパシタ
として使用し、またそれぞれのポンプ・ステージ内のブート・ノード・キャパシ
タとしても単一のタイプ２のキャパシタを使用する。ブロック１０２３において
は、それぞれの出力ノードの出力電圧レベルが、単一のタイプ１のキャパシタお
よび単一のタイプ２のキャパシタのストレス限界をともに超えていることから、
各個別のキャパシタの電圧を下げるために、２ないしはそれ以上の直列に接続さ
れたキャパシタを含むスタック構成が必要になる。この実施形態においては、タ
イプ１のキャパシタの方が、タイプ２のキャパシタより小さいダイ面積を有して
いることから、タイプ１のキャパシタを用いたスタック・キャパシタ構成が使用
される。スタック構成内において直列に接続するタイプ１のキャパシタの数は、
それぞれの出力ノードの最大電圧レベルに依存する。この例においては、２つの
キャパシタを直列に接続すれば充分であると仮定する。一実施形態においては、
直列に接続されたキャパシタが、それぞれ等しいキャパシタンスを有し、各個別
のキャパシタの端子間にわたって、電圧を等しく分配する。その後この方法は、
ブロック１０２３からブロック１０２５に進む。ブロック１０２５においては、
チャージ・ポンプ回路が一方の電力状態（たとえばフル・パワー、動作中等）か
ら他方の電力状態（たとえばシャット・ダウン、パワー・オフ、スタンバイ等）
に遷移するときに生じる過渡的なストレスを回避するために、直列に接続された
第１および第２のキャパシタの間における中間ノードを、この集積回路が高電力
状態から低電力状態に遷移するときの過渡的なストレスを充分に低減することが
できる制御電圧レベルにセットする。一実施形態においては、前述したように、
チャージ・ポンプ回路内の少なくとも最終段の出力ノードは、このチャージ・ポ
ンプ回路が動作しているときの負の電圧レベル（たとえば−１５ボルト）から、
このチャージ・ポンプ回路がシャット・ダウンされ、続いて適切な電圧レベル、
たとえば＋５ボルトに初期化されるときの正の電圧レベル（たとえば＋１１ボル
ト）まで変化し得る。この遷移が生じた場合には、合計の電圧スイープまたは過
渡的なストレスが２６ボルトとなり、スタック構成であってもキャパシタのスト
レス限界を超えることになる。この過渡的なストレスを防止するために、直列に
接続された２つのキャパシタの間の中間ノードにおける電圧レベルを、前述した
ように動的に制御する。判断ブロック１０２５において、このチャージ・ポンプ
回路が低電力状態（たとえばシャット・ダウン）にあると判断されると、方法１
０００がブロック１０２９に進む。その状態になければ、この方法１０００はブ
ロック１０３３に進む。ブロック１０２９においては、過渡的なストレスをキャ
パシタのストレス限界未満に下げる上で充分な制御電圧レベルを中間ノードに接
続する。ブロック１０３３においては、中間ノードが制御電圧レベルから切り離
され、あるいは絶縁される。一実施形態においては、前述したように、チャージ
・ポンプ回路の現在の状態に基づいて（たとえば、シャット・ダウンされている
か、あるいは動作中であるかに応じて）、中間ノードを制御電圧レベルに接続し
、あるいはそれから切り離すための手段としてスイッチング・トランジスタを使
用することができる。その後ブロック１０９１において、この方法１０００が終
了する。

【００２８】 以上、好ましい実施形態との関係から本発明について説明してきた。しかしな
がら、これまでの説明に照らして考えれば、各種の代用、修正、変形および用法
は、当業者にとって明らかなものとなろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 単一キャパシタの構成を示している。

【図２】 ２つのキャパシタが直列に接続されたスタック・キャパシタ構成を示している
。

【図３】 キャパシタの過渡的なストレスを防止するための電圧制御メカニズムを伴うス
タック・キャパシタ構成を示している。

【図４】 電圧制御メカニズムとしてトランジスタを使用するスタック・キャパシタ構成
を示している。

【図５】 本発明の教示を具体化したシステムの一実施形態を示したブロック図である。

【図６】 スタック・キャパシタ構成を有するチャージ・ポンプ・ステージの一実施形態
を示した回路図である。

【図７】 図６に示したチャージ・ポンプ・ステージとの関連で用いられる各種のクロッ
ク信号のタイミング・チャートの一例を示している。

【図８】 スタック・キャパシタ構成を有するチャージ・ポンプ・ステージの一実施形態
を示した回路図である。

【図９】 集積回路内に使用されるキャパシタのストレスを低減するための方法の一実施
形態を示したフローチャートである。

【図１０】 出力電圧要件を含むシステム・パフォーマンス要件と、キャパシタのストレス
限界および集積回路のダイ面積を含むその他のシステムの制約をバランスさせる
ための方法の一実施形態を示したフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5F038 AC00 BG05 BG08 DF17 EZ20 5H730 AA12 AA20 BB02 BB08 BB57 BB86 BB89 DD04 DD26 DD32 EE07 FD01 XX03 XX04 XX12 XX23 XX24 XX32 XX42 【要約の続き】

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路が第２の電力状態から第１の電力状態に遷移すると
   き、第１および第２のノードの間の電圧レベルが第２の電圧レベルから第１の電
   圧レベルに変化するようになっているその集積回路の第１のノードと第２のノー
   ドの間に結合されるキャパシタを横断する電圧レベルを、これらのキャパシタを
   横断する電圧レベルがこれらのキャパシタの絶縁破壊電圧限界を超えないように
   制御する方法であって、 前記集積回路の前記第１および第２のノードの間に第１のキャパシタおよび第
   ２のキャパシタを直列に接続し、前記第１および第２のキャパシタの間に中間ノ
   ードを構成するステップ、および、 前記集積回路が前記第１の電力状態におかれるとき、前記第１のノードと前記
   中間ノードの間における電圧レベルが前記第１のキャパシタの絶縁破壊電圧を超
   えないように、かつ前記中間ノードと前記第２のノードの間における電圧レベル
   が前記第２のキャパシタの絶縁破壊電圧を超えないように前記中間ノードの電圧
   レベルを第３の電圧レベルにセットするステップ、 を含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記第１の電力状態が低電力状態に対応し、前記第２の電力
   状態が高電力状態に対応することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記中間ノードの電圧レベルをセットするステップは、 前記集積回路が前記第１の電力状態におかれていることを示す制御信号に応答
   して前記中間ノードを前記第３の電圧レベルに対応する電圧源に接続するステッ
   プを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 さらに、 前記集積回路が前記第２の電力状態におかれていることを示す制御信号に応答
   して前記中間ノードを前記電圧源から切り離すステップを含むことを特徴とする
   請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記集積回路が第１の電力状態にあるとき前記制御信号が第
   １の値にセットされ、前記集積回路が第２の電力状態にあるとき前記制御信号が
   第２の値にセットされることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 前記中間ノードを前記電圧源に接続するステップが、 スイッチング・デバイスをオンに切り替え、前記中間ノードを前記電圧源に接
   続するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 【請求項７】 前記中間ノードを前記電圧源から切り離すステップが、 前記スイッチング・デバイスをオフに切り替え、前記中間ノードを前記電圧源
   から切り離すステップを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 前記スイッチング・デバイスが、トランジスタを含むことを
   特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 前記第１および第２のキャパシタが、酸化物−窒化物−酸化
   物（ＯＮＯ）キャパシタおよび金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）キャパシタを含むグ
   ループから選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記第１のキャパシタのキャパシタンスが前記第２のキャ
    パシタのキャパシタンスと概略において等しいことを特徴とする請求項１記載の
    方法。
11. 【請求項１１】 前記第３の電圧レベルが、前記集積回路が前記第１の電力
    状態におかれているときの前記第１のノードの電圧レベルに対応することを特徴
    とする請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記集積回路が前記第１の電力状態におかれているとき、
    スイッチング・デバイスを介して前記中間ノードが前記第１のノードに接続され
    ることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記集積回路が前記第２の電力状態におかれているとき、
    前記スイッチング・デバイスを介して前記中間ノードが前記第１のノードから切
    り離されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記集積回路が前記第１の電力状態におかれていることを
    示す制御信号に応答して前記スイッチング・デバイスがオンに切り替えられ、前
    記集積回路が前記第２の電力状態におかれていることを示す制御信号に応答して
    オフに切り替えられることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記スイッチング・デバイスがトランジスタを含むことを
    特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 【請求項１６】 直列に接続された複数のポンプ・ステージを有するチャー
    ジ・ポンプであって、前記ポンプ・ステージの少なくとも１つは、容量性デバイ
    スを介して対応するクロック信号に結合される少なくとも１つのノードを含み、
    前記少なくとも１つのノードは、前記チャージ・ポンプが第１の電力状態にある
    とき第１の電圧を有し、かつ前記チャージ・ポンプが第２の電力状態にあるとき
    第２の電圧を有するチャージ・ポンプにおいて、前記少なくとも１つのノードに
    おける電圧要件と、前記容量性デバイスのストレス限界ならびにダイ面積をバラ
    ンスさせる方法において、 前記第１の電圧ならびに前記第２の電圧が単一の第１のタイプのキャパシタの
    ストレス限界を超えない場合には、前記少なくとも１つのノードと前記対応する
    クロック信号の間における前記容量性デバイスとして、単一の前記第１のタイプ
    のキャパシタを使用するステップ、 前記第２の電圧が単一の前記第１のタイプのキャパシタのストレス限界を超え
    、前記第１の電圧ならびに前記第２の電圧が単一の第２のタイプのキャパシタの
    ストレス限界を超えていなければ、前記少なくとも１つのノードと前記対応する
    クロック信号の間の前記容量性デバイスとして、単一の前記第２のタイプのキャ
    パシタを使用し、単一の第２のタイプのキャパシタは単一の前記第１のタイプの
    キャパシタよりストレス限界が大きく、かつダイ面積が大きい、ステップ、およ
    び、 前記第２の電圧が単一の前記第２のタイプのキャパシタのストレス限界を超え
    、前記第１の電圧ならびに前記第２の電圧が２つの前記第１のタイプのキャパシ
    タの合成したストレス限界を超えていなければ、前記少なくとも１つのノードと
    前記対応するクロック信号の間における前記容量性デバイスとして、直列に接続
    した２つの前記第１のタイプのキャパシタを使用するステップ、 を含むことを特徴とする方法。
17. 【請求項１７】 それぞれが入力ノードおよび出力ノードを有する、直列に
    接続された複数のポンプ・ステージを有するチャージ・ポンプ回路において、少
    なくとも１つのポンプ・ステージが、 ゲート、第１の端子、および第２の端子を有し、前記第１の端子がそれぞれの
    ポンプ・ステージの入力ノードに結合され、前記第２の端子がそれぞれのポンプ
    ・ステージの出力ノードに結合されているスイッチング・トランジスタ、 第１のエンドおよび第２のエンドを有する第１のキャパシタであって、前記第
    １のキャパシタの前記第１のエンドが前記スイッチング・トランジスタの前記ゲ
    ートに結合されている第１のキャパシタ、 第１のエンドおよび第２のエンドを有する第２のキャパシタであって、前記第
    ２のキャパシタの前記第１のエンドが前記第１のキャパシタの前記第２のエンド
    に結合されて第１の中間ノードを構成し、かつ前記第２のキャパシタの前記第２
    のエンドが第１のクロック信号に結合されている第２のキャパシタ、 第１のエンドおよび第２のエンドを有する第３のキャパシタであって、前記第
    ３のキャパシタの前記第１のエンドがそれぞれのポンプ・ステージの出力ノード
    に結合されている第３のキャパシタ、および、 第１のエンドおよび第２のエンドを有する第４のキャパシタであって、前記第
    ４のキャパシタの前記第１のエンドが前記第３のキャパシタの前記第１のエンド
    に結合されて第２の中間ノードを構成し、かつ前記第４のキャパシタの前記第２
    のエンドが第２のクロック信号に結合されている第４のキャパシタ、 を含むことを特徴とするチャージ・ポンプ回路。
18. 【請求項１８】 チャージ・ポンプ回路内のチャージ・ポンプ・ステージに
    おいて、 ゲート、第１の端子、および第２の端子を有し、前記第１の端子が前記チャー
    ジ・ポンプ・ステージの入力ノードに結合され、前記第２の端子が前記チャージ
    ・ポンプ・ステージの出力ノードに結合されている第１のスイッチング・トラン
    ジスタ、 前記第１のスイッチング・トランジスタの前記ゲートと第１のクロック信号の
    間に直列に接続される少なくとも２つのキャパシタであって、２つのキャパシタ
    の間に第１の中間ノードを構成する少なくとも２つのキャパシタ、 前記出力ノードと第２のクロック信号の間に直列に接続される少なくとも２つ
    のキャパシタであって、２つのキャパシタの間に第２の中間ノードを構成する少
    なくとも２つのキャパシタ、および、 前記チャージ・ポンプ回路が第１の電力状態にあるとき前記第１および第２の
    中間ノードを第１の電圧源に接続し、前記チャージ・ポンプ回路が第２の電力状
    態にあるとき前記第１および第２の中間ノードを前記第１の電圧源から切り離す
    制御デバイス、 を含むことを特徴とするチャージ・ポンプ・ステージ。