JP2011181577A - Boosting circuit, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a boosting circuit capable of reducing a chip area of a semiconductor chip. <P>SOLUTION: A boosting circuit 100 includes N (N is a natural number of 2 or more) capacitive elements (capacitive elements C0-C3). A K-th (1<K<N, K is a natural number) capacitive element (the capacitive element C2) among the N capacitive elements receives a (K-1)th boosted voltage boosted by a (K-1)th capacitive element (the capacitive element C1), and generates a K-th boosted voltage obtained by further boosting the (K-1)th boosted voltage to supply to a (K+1)th capacitive element (the capacitive element C3). An N-th boosted voltage is generated from one end (an output terminal OUT) of an N-th capacitive element. Among the N capacitive elements, at least one capacitive element (the capacitive elements C0 and C1) is formed in a second chip (a semiconductor chip CHIP1) different from a first chip (a semiconductor chip CHIP2) in which other capacitive elements (the capacitive elements C2 and C3) are formed, wherein the first and second chips are laminated with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、昇圧回路及び半導体装置に関する。   The present invention relates to a booster circuit and a semiconductor device.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)に代表される半導体装置においては、半導体装置外部から供給される直流電圧より高い電圧を、装置を構成する半導体チップ内に存在する内部回路に供給する場合がある。ここで、上記内部回路としては、例えばメモリセルを駆動するワード線に高電圧を供給する昇圧回路、或いはNチャネル型MOSトランジスタが形成される半導体基板をマイナス電圧にするバックバイアスジェネレータなどがある。   In a semiconductor device typified by a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a voltage higher than a DC voltage supplied from the outside of the semiconductor device may be supplied to an internal circuit existing in a semiconductor chip constituting the device. Here, examples of the internal circuit include a booster circuit that supplies a high voltage to a word line that drives a memory cell, or a back bias generator that makes a semiconductor substrate on which an N-channel MOS transistor is formed a negative voltage.

ところで、昇圧回路としては、コッククロフト・ウォールトン回路が知られている(例えば、特許文献1、2を参照)。コッククロフト・ウォールトン回路は、容量素子と整流素子とを組み合わせて多段直列接続した整流昇圧回路であり、その一端をトランスの二次巻線で駆動し、反対端より直流高電圧を取り出すようにしたものである。即ち、コッククロフト・ウォールトン回路によればトランスの二次巻線に形成される交流電圧が半波ごとに整流され、容量素子と整流素子とを組み合わせた多段直列回路により整流電圧が順次加算され、多段直列回路の最終段より直流高電圧が取り出される。   By the way, as a booster circuit, a Cockcroft-Wallton circuit is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The Cockcroft-Wallton circuit is a rectifier booster circuit in which a capacitive element and a rectifier element are combined and connected in series in multiple stages. One end of the circuit is driven by the secondary winding of the transformer, and a DC high voltage is extracted from the opposite end. Is. That is, according to the Cockcroft-Walton circuit, the AC voltage formed in the secondary winding of the transformer is rectified every half wave, and the rectified voltage is sequentially added by a multistage series circuit combining a capacitive element and a rectifying element, A high DC voltage is taken from the final stage of the multistage series circuit.

特開2006−286302号公報JP 2006-286302 A 特開平11−8159号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-8159

半導体チップ上にコッククロフト・ウォールトン回路を形成すれば、高電圧を発生させて内部回路に供給することが可能である。しかしながら、高電圧を発生させるためには、容量素子と整流素子とを組み合わせて多段直列接続することにより、半導体チップのチップ面積が大きくなる。また、内部回路へ安定的に電流を供給するためには、容量素子及び整流素子各々のサイズも大きくなり、半導体チップのチップ面積が大きくなる。すなわち、コッククロフト・ウォールトン回路のように高電圧を発生する回路を、半導体チップ上に形成することは、チップ面積の増大を招くという問題があった。   If a Cockcroft-Wallton circuit is formed on a semiconductor chip, a high voltage can be generated and supplied to the internal circuit. However, in order to generate a high voltage, a chip area of a semiconductor chip is increased by combining a capacitor element and a rectifying element and connecting them in multistage series. Further, in order to stably supply current to the internal circuit, the size of each of the capacitive element and the rectifying element is increased, and the chip area of the semiconductor chip is increased. That is, forming a circuit that generates a high voltage on a semiconductor chip, such as a Cockcroft-Walton circuit, has a problem of increasing the chip area.

本発明は、N個(Nは2以上の自然数)の容量素子を備え、N個の容量素子のうち第K番目(1<K<N、Kは自然数)の容量素子は第(K−1)番目の容量素子によって昇圧された第(K−1)番目の昇圧電圧を受けて、第(K−1)番目の昇圧電圧を更に昇圧した第K番目の昇圧電圧を発生して第(K+1)番目の容量素子に供給し、第N番目の容量素子の一端から第N番目の昇圧電圧を発生する昇圧回路であって、N個の容量素子の内、少なくとも1つの容量素子は他の容量素子が形成された第1のチップとは異なる第2のチップに形成され、第1及び第2のチップは互いに積層されていることを特徴とする昇圧回路である。   The present invention includes N capacitive elements (N is a natural number of 2 or more), and the Kth capacitive element (1 <K <N, K is a natural number) among the N capacitive elements is (K−1). ) Receiving the (K-1) th boosted voltage boosted by the (th) capacitive element, generating a Kth boosted voltage by further boosting the (K-1) th boosted voltage, and (K + 1) ) A booster circuit that supplies the Nth capacitive element and generates the Nth boosted voltage from one end of the Nth capacitive element, and at least one of the N capacitive elements is another capacitor. The booster circuit is formed on a second chip different from the first chip on which the element is formed, and the first and second chips are stacked on each other.

本発明によれば、コッククロフト・ウォールトン回路のように高電圧を発生する回路を、少なくとも2チップ以上の複数の半導体チップ上に形成するので、チップ面積を小さくできる効果がある。   According to the present invention, since a circuit that generates a high voltage, such as a Cockcroft-Wallton circuit, is formed on a plurality of semiconductor chips of at least two chips, the chip area can be reduced.

本発明の昇圧回路の論理回路図である。It is a logic circuit diagram of the booster circuit of the present invention. 図1の論理回路図を半導体基板上に形成した際の断面構造を表わす図である。It is a figure showing the cross-sectional structure at the time of forming the logic circuit diagram of FIG. 1 on a semiconductor substrate. 本発明の他の実施形態による昇圧回路の論理回路図である。FIG. 6 is a logic circuit diagram of a booster circuit according to another embodiment of the present invention. 図3の論理回路図を半導体基板上に形成した際の断面構造を表わす図である。It is a figure showing the cross-sectional structure at the time of forming the logic circuit diagram of FIG. 3 on a semiconductor substrate. 本発明の他の実施形態による昇圧回路の論理回路図である。FIG. 6 is a logic circuit diagram of a booster circuit according to another embodiment of the present invention. 本発明の昇圧回路を組み込んだシステムを表わす構造図である。It is a structural diagram showing the system incorporating the booster circuit of the present invention.

本発明の課題を解決する技術思想の代表的な一例は、以下に示される。但し、本発明の請求内容はこの技術思想に限られず、本発明の請求項に記載の内容であることは言うまでもない。
昇圧回路(例えばコッククロフト・ウォールトン回路)は、2個ずつの整流素子と容量素子との組み合わせを1段として、これをn段直列接続する構成を取ると、振幅V0(波高値は±V0/2となる)の交流入力に対して、出力端子からn×V0の直流出力電圧を出力する回路である。そして、昇圧回路の出力端子には、負荷として用途に応じた種々の回路が接続される。昇圧回路が、出力端子に接続される回路に安定した直流電圧を供給するためには、上記回路整流素子及び容量素子のサイズを大きくするなどして、昇圧回路の駆動能力を高める必要がある。
A typical example of the technical idea for solving the problems of the present invention is shown below. However, it goes without saying that the claimed contents of the present invention are not limited to this technical idea, but are the contents described in the claims of the present invention.
A booster circuit (for example, a Cockcroft-Wallton circuit) has a combination of two rectifier elements and a capacitor element as one stage, and has an n-stage series connection, the amplitude V0 (the peak value is ± V0 / 2) is a circuit that outputs a DC output voltage of n × V0 from the output terminal. Various circuits are connected to the output terminal of the booster circuit as a load depending on the application. In order for the booster circuit to supply a stable DC voltage to the circuit connected to the output terminal, it is necessary to increase the drive capability of the booster circuit, for example, by increasing the size of the circuit rectifier element and the capacitor element.

しかし、昇圧回路を、1つの半導体チップ各々の上に設けることは、整流素子と容量素子の回路定数を大きくする必要が生じ、半導体チップのチップサイズも増大する。そこで、複数の半導体チップを積層して組み立てられた、例えばMCP構造の半導体装置においては、積層される半導体チップ全体で、上記昇圧回路を構成することが考えられる。このように昇圧回路を積層される半導体チップに分散させれば、半導体チップ各々において、サイズの大きい昇圧回路を設ける必要はなくなる。
すなわち、本発明の技術思想は、複数の容量素子を用いてチャージポンプ電圧を累積的に昇圧させた昇圧電圧の発生回路であって、該複数の容量素子を互いに積層された複数のチップに分散させて配置することを技術思想とする。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
However, providing the booster circuit on each semiconductor chip requires increasing the circuit constants of the rectifier element and the capacitor element, and increases the chip size of the semiconductor chip. Therefore, in a semiconductor device having, for example, an MCP structure assembled by stacking a plurality of semiconductor chips, it is conceivable that the booster circuit is configured by the entire stacked semiconductor chips. If the booster circuits are dispersed in the stacked semiconductor chips in this way, it is not necessary to provide a large booster circuit in each semiconductor chip.
That is, the technical idea of the present invention is a circuit for generating a boosted voltage obtained by cumulatively boosting a charge pump voltage using a plurality of capacitive elements, and the plurality of capacitive elements are distributed over a plurality of stacked chips. The technical idea is to arrange them.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る昇圧回路100の論理回路図である。図1において、昇圧回路100は、半導体チップCHIP1(第2のチップ)と半導体チップCHIP2(第1のチップ)各々に設けられた容量素子と整流素子により構成される。ここで、破線L1とL2との間の領域が半導体チップCHIP1の領域であり、破線L2とL3との間の領域が半導体チップCHIP2の領域である。昇圧回路100は、半導体チップCHIP1及び半導体チップCHIP2が積層されることにより構成されるものである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a logic circuit diagram of a booster circuit 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the booster circuit 100 includes a capacitive element and a rectifying element provided in each of a semiconductor chip CHIP1 (second chip) and a semiconductor chip CHIP2 (first chip). Here, a region between the broken lines L1 and L2 is a region of the semiconductor chip CHIP1, and a region between the broken lines L2 and L3 is a region of the semiconductor chip CHIP2. The booster circuit 100 is configured by stacking a semiconductor chip CHIP1 and a semiconductor chip CHIP2.

半導体チップCHIP1は、ノード1A及びノード1Bから、交流電圧が入力され、ノード2A及びノード2Bから昇圧電圧を出力し、半導体チップCHIP2は、半導体チップCHIP1から供給される昇圧電圧を更に昇圧し、ノード3A及びノード3Bへ出力する。このうち、ノード3Bが出力端子OUTとなる。   The semiconductor chip CHIP1 receives an alternating voltage from the node 1A and the node 1B and outputs a boosted voltage from the node 2A and the node 2B. The semiconductor chip CHIP2 further boosts the boosted voltage supplied from the semiconductor chip CHIP1, Output to 3A and node 3B. Among these, the node 3B becomes the output terminal OUT.

半導体チップCHIP1は、ノード1Aとノード2Aとの間に容量素子C0、ノード1Bとノード2A(図1においてはノード1C)との間に整流素子(ダイオードD0)、ノード1Cとノード2Bとの間に整流素子(ダイオードD1)、及びノード1B(図1においてはノード1D)とノード2Bとの間に容量素子C1を備える。ダイオードD0は、アノードがノード1Bに、カソードがノード1Cに接続される。また、ダイオードD1は、アノードがノード1Cに、カソードがノード2Bに接続される。   The semiconductor chip CHIP1 includes a capacitive element C0 between the node 1A and the node 2A, a rectifier element (diode D0) between the node 1B and the node 2A (node 1C in FIG. 1), and between the node 1C and the node 2B. Are provided with a rectifying element (diode D1) and a capacitor C1 between the node 1B (node 1D in FIG. 1) and the node 2B. The diode D0 has an anode connected to the node 1B and a cathode connected to the node 1C. The diode D1 has an anode connected to the node 1C and a cathode connected to the node 2B.

半導体チップCHIP2は、ノード2Aとノード3Aとの間に容量素子C2、ノード2Bとノード3A(図1においてはノード2C)との間に整流素子(ダイオードD2)、ノード2Cとノード3Bとの間に整流素子(ダイオードD3)、及びノード2B(図1においてはノード2D)とノード3Bとの間に容量素子C3を備える。ダイオードD2は、アノードがノード2Bに、カソードがノード2Cに接続される。また、ダイオードD3は、アノードがノード2Cに、カソードがノード3Bに接続される。   The semiconductor chip CHIP2 includes a capacitive element C2 between the node 2A and the node 3A, a rectifier element (diode D2) between the node 2B and the node 3A (node 2C in FIG. 1), and between the node 2C and the node 3B. Are provided with a rectifying element (diode D3) and a capacitive element C3 between the node 2B (node 2D in FIG. 1) and the node 3B. The diode D2 has an anode connected to the node 2B and a cathode connected to the node 2C. The diode D3 has an anode connected to the node 2C and a cathode connected to the node 3B.

半導体チップCHIP1は、チップを積層して昇圧回路100を形成する場合、最下層のチップに相当する。そして、半導体チップCHIP1のノード1A及びノード1Bは、それぞれ交流電圧が供給されるノードA及びノードBに接続されている。ここで、図1において符号Tsは、交流発生部を示しており、ノードA及びノードBの間に、例えば正弦波を発生する。すなわち、交流発生部Tsは、ノードA及びノードBに、互いに位相が180度反転した信号を供給する。以下の昇圧回路100の動作説明においては、交流発生部Tsは、1サイクル毎に負電圧(−E)から正電圧(+E)の間で電圧が変化する波高値Eの交流電圧(振幅は2E)を、ノードA及びノードBに供給するものとする。   The semiconductor chip CHIP1 corresponds to a lowermost chip when the booster circuit 100 is formed by stacking chips. The node 1A and the node 1B of the semiconductor chip CHIP1 are connected to the node A and the node B to which an alternating voltage is supplied, respectively. Here, the symbol Ts in FIG. 1 indicates an AC generator, and generates, for example, a sine wave between the node A and the node B. That is, the AC generation unit Ts supplies the nodes A and B with signals whose phases are inverted by 180 degrees. In the following description of the operation of the booster circuit 100, the AC generator Ts has an AC voltage with a peak value E (amplitude is 2E) in which the voltage changes between a negative voltage (−E) and a positive voltage (+ E) every cycle. ) To the node A and the node B.

つまり、半導体チップCHIP1は、第1の信号が入力される第1入力端(ノード1A)と第1出力端(ノード2A)との間に接続される容量素子C0と、第1の信号と位相が180度反転した信号が入力される第2入力端(ノード1B)と第2出力端(ノード2B)との間に接続される容量素子C1と、第2入力端(ノード1B)と第1出力端(ノード2A)との間に接続される整流素子(ダイオードD0)と、第1出力端(ノード2A)と第2出力端(ノード2B)との間に接続される整流素子(ダイオードD1)と、の組合せから構成される昇圧回路の1段(第1段目)を構成する。   That is, in the semiconductor chip CHIP1, the capacitive element C0 connected between the first input terminal (node 1A) and the first output terminal (node 2A) to which the first signal is input, the first signal and the phase , A capacitive element C1 connected between the second input terminal (node 1B) and the second output terminal (node 2B) to which a signal inverted by 180 degrees is input, the second input terminal (node 1B) and the first A rectifying element (diode D0) connected between the output terminal (node 2A) and a rectifying element (diode D1) connected between the first output terminal (node 2A) and the second output terminal (node 2B). ) And a first stage (first stage) of a booster circuit constituted by a combination.

また、半導体チップCHIP2は、半導体チップCHIP1の第1出力端(ノード2A)に接続される第1入力端(ノード2A)と第1出力端(ノード3A)との間に接続される容量素子C2と、半導体チップCHIP1の第2出力端(ノード2B)に接続される第2入力端(ノード2B)と第2出力端(ノード3B)との間に接続される容量素子C3と、第2入力端(ノード2B)と第1出力端(ノード3A)との間に接続される整流素子(ダイオードD2)と、第1出力端(ノード3A)と第2出力端(ノード3B)との間に接続される整流素子(ダイオードD3)と、の組合せから構成される昇圧回路の1段(第2段目)を構成する。   Further, the semiconductor chip CHIP2 has a capacitive element C2 connected between the first input terminal (node 2A) connected to the first output terminal (node 2A) of the semiconductor chip CHIP1 and the first output terminal (node 3A). A capacitive element C3 connected between the second input terminal (node 2B) connected to the second output terminal (node 2B) and the second output terminal (node 3B) of the semiconductor chip CHIP1, and a second input A rectifier (diode D2) connected between the end (node 2B) and the first output end (node 3A), and between the first output end (node 3A) and the second output end (node 3B) This constitutes one stage (second stage) of a booster circuit composed of a combination of a rectifying element (diode D3) to be connected.

このように、昇圧回路100を構成する第1段目は、半導体チップCHIP1に設けられ、第1段目と同一構成である第2段目は半導体チップCHIP2に設けられている。すなわち、昇圧回路100は、複数のチップ(この場合、CHIP1及びCHIP2の2チップ)に分散させて配置されている。
次に、以上のように構成された昇圧回路100の動作について説明する。
Thus, the first stage constituting the booster circuit 100 is provided in the semiconductor chip CHIP1, and the second stage having the same configuration as the first stage is provided in the semiconductor chip CHIP2. That is, the booster circuit 100 is arranged in a distributed manner on a plurality of chips (in this case, two chips CHIP1 and CHIP2).
Next, the operation of the booster circuit 100 configured as described above will be described.

整流素子(ダイオードD0)は、半導体チップCHIP1に交流電圧が供給されると、最初の負の半サイクル(ノードAの電圧レベルがノードBの電圧レベルより低いサイクル)において、容量素子C0を電圧レベルEまで充電する。容量素子C0〜C3各々の、容量値をCとし、交流発生部Ts側の端子を(−)端子、出力端子OUT側の端子を(+)端子とすると、容量素子C0には(E×C)の電荷が充電される。   When an AC voltage is supplied to the semiconductor chip CHIP1, the rectifier element (diode D0) causes the capacitor element C0 to be at the voltage level in the first negative half cycle (cycle in which the voltage level at the node A is lower than the voltage level at the node B) Charge to E. When the capacitance value of each of the capacitive elements C0 to C3 is C, the terminal on the AC generation unit Ts side is the (−) terminal, and the terminal on the output terminal OUT side is the (+) terminal, the capacitive element C0 includes (E × C ) Is charged.

次に、整流素子(ダイオードD1)は、上述の負の半サイクルに続く正の半サイクルにおいて、容量素子C0に充電された電荷を、容量素子C1に移動させ、容量素子C1を充電する。この半サイクルにおいて、ダイオードD0のアノード・カソード間には逆バイアスが印加されるので、容量素子C0の電荷が交流電源側に流れることはない。また、容量素子C0は、(−)端子が電圧レベルE、(+)端子が電圧レベル2Eとなり、これによって容量素子C1の(+)端子と(−)端子間の電圧レベルの差は2Eとなる。   Next, the rectifying element (diode D1) moves the charge charged in the capacitive element C0 to the capacitive element C1 and charges the capacitive element C1 in the positive half cycle following the negative half cycle described above. In this half cycle, a reverse bias is applied between the anode and cathode of the diode D0, so that the charge of the capacitive element C0 does not flow to the AC power supply side. Further, the capacitive element C0 has a voltage level E at the (−) terminal and a voltage level 2E at the (+) terminal, whereby the difference in voltage level between the (+) terminal and the (−) terminal of the capacitive element C1 is 2E. Become.

次に、整流素子(ダイオードD2)は、上述の正の半サイクルに続く負の半サイクルにおいて、容量素子C1に充電された電荷を、容量素子C2に移動させ、容量素子C2を充電する。この半サイクルにおいては、ダイオードD1のアノード・カソード間には逆バイアスが印加されるので、容量素子C1の電荷が容量素子C0側に流れることはない。また、容量素子C1は、(−)端子が電圧レベルE、(+)端子が電圧レベル3Eとなり、これによって容量素子C2の(+)端子と(−)端子間の電圧レベルの差はEとなる。   Next, in the negative half cycle following the positive half cycle described above, the rectifying element (diode D2) moves the charge charged in the capacitive element C1 to the capacitive element C2, and charges the capacitive element C2. In this half cycle, since a reverse bias is applied between the anode and cathode of the diode D1, the charge of the capacitive element C1 does not flow to the capacitive element C0 side. In addition, the capacitive element C1 has a voltage level E at the (−) terminal and a voltage level 3E at the (+) terminal, whereby the difference in voltage level between the (+) terminal and the (−) terminal of the capacitive element C2 is E and Become.

次に、整流素子(ダイオードD3)は、上述の負の半サイクルに続く正の半サイクルにおいて、容量素子C2に充電された電荷を、容量素子C3に移動させ、容量素子C3を充電する。この半サイクルにおいて、ダイオードD2のアノード・カソード間には逆バイアスが印加されるので、容量素子C2の電荷が交流電源側に流れることはない。また、容量素子C2は、(−)端子が電圧レベルE、(+)端子が電圧レベル3Eとなり、これによって容量素子C3の(+)端子と(−)端子間の電圧レベルの差は2Eとなる。
つまり、交流電圧の波高値をEとした場合、ノード2Bの電圧レベルは2E、ノード3Bの電圧レベルは4Eとなる。本実施形態においてはコッククロフト・ウォールトン回路を2段で構成する場合であるが、一般的にn段で構成するとした場合は、出力端子OUTから取りだすことのできる直流電圧のレベルは、理想的には2×n×Eとなる。
Next, in the positive half cycle following the negative half cycle described above, the rectifying element (diode D3) moves the charge charged in the capacitive element C2 to the capacitive element C3, and charges the capacitive element C3. In this half cycle, a reverse bias is applied between the anode and cathode of the diode D2, so that the charge of the capacitive element C2 does not flow to the AC power supply side. Further, the capacitive element C2 has a voltage level E at the (−) terminal and a voltage level 3E at the (+) terminal, whereby the difference in voltage level between the (+) terminal and the (−) terminal of the capacitive element C3 is 2E. Become.
That is, when the peak value of the AC voltage is E, the voltage level of the node 2B is 2E, and the voltage level of the node 3B is 4E. In this embodiment, the Cockcroft-Walton circuit is configured in two stages. However, in general, in the case where it is configured in n stages, the level of the DC voltage that can be taken out from the output terminal OUT is ideally Is 2 × n × E.

このように、上記動作説明においては、昇圧回路100を構成する各段を構成する2つの容量素子のうち、先に電圧レベルが昇圧されて、充電された電荷を同じ段の他方の容量素子へ移動させる容量素子は、第1入力端と第1出力端との間に接続された容量素子(容量素子C0またはC2)である。上記説明では、第1段においては、容量素子C0が先に昇圧されて、容量素子C1へ電荷を移動させる。また、第2段においては、容量素子C2が先に昇圧されて、容量素子C3へ電荷を移動させる。もちろん、第1段と第2段は接続されて昇圧回路を構成するので、第1段と第2段の間においては、前段の容量素子(容量素子C1)が先に電圧レベルが昇圧されて、充電された電荷を後段の容量素子(容量素子C2)へ移動させる。   As described above, in the above description of the operation, of the two capacitive elements constituting each stage constituting the booster circuit 100, the voltage level is first boosted, and the charged charge is transferred to the other capacitive element in the same stage. The capacitive element to be moved is a capacitive element (capacitive element C0 or C2) connected between the first input terminal and the first output terminal. In the above description, in the first stage, the capacitive element C0 is boosted first, and charges are transferred to the capacitive element C1. In the second stage, the capacitive element C2 is first boosted to move charges to the capacitive element C3. Of course, since the first stage and the second stage are connected to form a booster circuit, the voltage level of the previous stage capacitive element (capacitance element C1) is boosted first between the first stage and the second stage. Then, the charged electric charge is moved to the subsequent capacitor element (capacitor element C2).

すなわち、昇圧回路100は、一般的には、N個(Nは2以上の自然数)の容量素子を備え、N個の容量素子のうち第K番目(1<K<N、Kは自然数)の容量素子は第(K−1)番目の容量素子によって昇圧された第(K−1)番目の昇圧電圧を受けて、第(K−1)番目の昇圧電圧を更に昇圧した第K番目の昇圧電圧を発生して第(K+1)番目の容量素子に供給し、第N番目の容量素子の一端(出力端子OUT)から第N番目の昇圧電圧を発生する昇圧回路である。ここで、上記実施形態の説明においては、N=4であり、第1番目の容量素子C0、第2番目の容量素子C1、第3番目の容量素子C2、第4番目の容量素子C3の順に、昇圧され、次の容量素子へ電荷を移動させていく。この繰り返しにより、各容量素子について最高電圧として電圧レベル2Eまで充電され、出力端子OUTから昇圧された直流電圧(電圧レベル4E)を取り出すことが可能になる。   That is, the booster circuit 100 generally includes N (N is a natural number greater than or equal to 2) capacitive elements, and the Kth (1 <K <N, K is a natural number) of the N capacitive elements. The capacitive element receives the (K-1) th boosted voltage boosted by the (K-1) th capacitive element, and further boosts the (K-1) th boosted voltage. This is a booster circuit that generates a voltage, supplies it to the (K + 1) th capacitor element, and generates an Nth boosted voltage from one end (output terminal OUT) of the Nth capacitor element. Here, in the description of the above embodiment, N = 4, and the first capacitive element C0, the second capacitive element C1, the third capacitive element C2, and the fourth capacitive element C3 are arranged in this order. Then, the voltage is boosted to move the charge to the next capacitor element. By repeating this, it is possible to charge each capacitive element to the voltage level 2E as the maximum voltage and take out the boosted DC voltage (voltage level 4E) from the output terminal OUT.

また、昇圧回路100を、2個ずつの容量素子及び整流素子を備えたM個(Mは2以上の自然数)の半導体チップで構成するとした場合、昇圧回路100の第1段及び第L段(1<L≦M、Lは自然数)段の、上記素子の接続関係は以下のように表わすことができる。
昇圧回路100を構成する第1段は、最下層に位置する第1番目の半導体チップ上に形成され、第1の信号が入力される第1入力端(ノード1A)と第1出力端(ノード2A)との間に接続される第1番目の容量素子C0と、第1の信号と位相が180度反転した信号が入力される第2入力端(ノード1B)と第2出力端(ノード2B)との間に接続される第2番目の容量素子C1と、第2入力端(ノード1B)と第1出力端(ノード2A)との間に接続される第1番目の整流素子(ダイオードD0)と、第1出力端(ノード2A)と第2出力端(ノード2B)との間に接続される第2番目の整流素子(ダイオードD1)と、の組合せから構成される。
Further, when the booster circuit 100 is configured by M semiconductor chips (M is a natural number of 2 or more) each including two capacitor elements and rectifier elements, the first and Lth stages ( 1 <L ≦ M, where L is a natural number), the connection relationship of the above elements can be expressed as follows.
The first stage constituting the booster circuit 100 is formed on the first semiconductor chip located at the lowest layer, and has a first input terminal (node 1A) to which a first signal is input and a first output terminal (node). 2A), a second input terminal (node 1B) and a second output terminal (node 2B) to which a signal whose phase is inverted by 180 degrees from the first signal is input. ) And a first rectifier element (diode D0) connected between the second input terminal (node 1B) and the first output terminal (node 2A). ) And a second rectifying element (diode D1) connected between the first output terminal (node 2A) and the second output terminal (node 2B).

また、昇圧回路100を構成する第L段は、最下層に位置する第1番目のチップから数えて第L番目の半導体チップ上に形成され、第(L−1)番目の半導体チップの第1出力端(ノードLA)に接続される第1入力端(ノードLAとする)と第1出力端(ノード(L+1)Aとする)との間に接続される第(2L−1)番目の容量素子C(2L−2)と、第(L−1)番目の半導体チップの第2出力端(ノードLB)に接続される第2入力端(ノードLB)と第2出力端(ノード(L+1)B)との間に接続される第(2L)番目の容量素子C(2L−1)と、第2入力端(ノードLB)と第1出力端(ノード(L+1)A)との間に接続される第(2L−1)番目の整流素子(ダイオードD(2L−2))と、第1出力端(ノード(L+1)A)と第2出力端(ノード(L+1)B)との間に接続される第(2L)番目の整流素子(ダイオードD(2L−1))と、の組合せから構成される。   The Lth stage constituting the booster circuit 100 is formed on the Lth semiconductor chip counted from the first chip located in the lowest layer, and the first of the (L−1) th semiconductor chips. The (2L-1) th capacitor connected between the first input terminal (referred to as node LA) connected to the output terminal (node LA) and the first output terminal (referred to as node (L + 1) A). A second input terminal (node LB) and a second output terminal (node (L + 1)) connected to the element C (2L-2) and the second output terminal (node LB) of the (L-1) th semiconductor chip. B) and the (2L) th capacitive element C (2L-1) connected between the second input terminal (node LB) and the first output terminal (node (L + 1) A). (2L-1) th rectifier element (diode D (2L-2)) and the first output terminal (node (L + ) A) and the second output terminal (node (L + 1) B) second is connected between the (2L) th rectifying element (diode D (2L-1)), it consists of a combination of.

このような構成により、図1に示す半導体チップCHIP1及びCHIP2を2層積層した場合、すなわち2段のコッククロフト・ウォールトン回路においては、2段目の出力である出力端子OUTから、2×(2E)の昇圧電圧を取りだすことができる。ここで、半導体チップをMチップ積層した場合を考えると、上記動作を3段目以降においても繰り返し、出力端子OUTから、M×(2E)の昇圧電圧を取りだすことができる。   With such a configuration, when two layers of the semiconductor chips CHIP1 and CHIP2 shown in FIG. 1 are stacked, that is, in a two-stage Cockcroft-Wallton circuit, 2 × (2E ) Can be taken out. Here, considering the case where M chips are stacked as the semiconductor chip, the above operation can be repeated in the third and subsequent stages to extract M × (2E) boosted voltage from the output terminal OUT.

なお、図1において、昇圧回路100を、破線L1、L2及びL3で示す範囲において、半導体チップCHIP1及びCHIP2の2チップで構成することとした。すなわち、昇圧回路の第1段目と第2段目とを、2チップ上に形成することとした。これによって1チップ上で昇圧回路100を形成した場合に比べ、容量素子及び整流素子が占める表面積を減ずることが可能となる。   In FIG. 1, the booster circuit 100 is composed of two chips, semiconductor chips CHIP1 and CHIP2, within a range indicated by broken lines L1, L2, and L3. That is, the first stage and the second stage of the booster circuit are formed on two chips. This makes it possible to reduce the surface area occupied by the capacitive element and the rectifying element as compared with the case where the booster circuit 100 is formed on one chip.

なお、この1段分を、さらに2つの組に分けて、合計4チップ上に形成することも可能である。例えば、図1において、破線L1と一点鎖線L1Hとの間、一点鎖線L1Hと破線L2との間、破線L2と一点鎖線L2Hとの間、及び一点鎖線L2Hと破線L3との間、で示す範囲によって、4つのチップに分けることも可能である。   Note that this one-stage portion can be further divided into two groups and formed on a total of four chips. For example, in FIG. 1, ranges shown between the dashed line L1 and the dashed line L1H, between the dashed line L1H and the dashed line L2, between the dashed line L2 and the dashed line L2H, and between the dashed line L2H and the dashed line L3. Can be divided into four chips.

つまり、昇圧回路は、それぞれ最下層から第1番目のチップ〜第M番目(Mは2以上の自然数)のチップ上に形成される、第1段〜第M段から構成される。
ここで、第1段は、第1の信号が入力される第1入力端と第1出力端との間に接続される第1番目の容量素子と、第1の信号と位相が180度反転した信号が入力される第2入力端と第1出力端との間に接続される第1番目の整流素子と、の組合せから構成され、第2入力端と第2出力端との間は直結される。
また、第2段は、第1番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第2出力端との間に接続される第2番目の容量素子と、第1番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と自身の第2出力端との間に接続される第2番目の整流素子と、の組合せから構成され、自身の第1入力端と自身の第1出力端との間は直結される。
That is, the booster circuit includes first to M-th stages formed on the first to M-th (M is a natural number of 2 or more) chips from the bottom layer.
Here, the first stage has a first capacitive element connected between the first input terminal to which the first signal is input and the first output terminal, and the phase of the first signal is inverted by 180 degrees. And a first rectifier connected between the second input terminal and the first output terminal to which the received signal is input, and the second input terminal and the second output terminal are directly connected. Is done.
The second stage includes a second capacitive element connected between the second input terminal of the first chip connected to the second output terminal of the first chip and the second output terminal of the first chip; A first rectifier element connected between the first input terminal of the first chip connected to the first output terminal of the first chip and the second output terminal of the first chip; A direct connection is made between one input end and its first output end.

また、第3段以降は、すなわち第1段〜第M段のうちの第L段(2<L≦M)は、Lが奇数の場合と偶数の場合で次のように表わすことができる。
すなわち、Lが奇数の場合、第L段は、第(L−1)番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と自身の第1出力端との間に接続される第(L)番目の容量素子と、第(L−1)番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第1出力端との間に接続される第(L)番目の整流素子と、の組合せから構成され、自身の第2入力端と自身の第2出力端との間は直結される。
一方、Lが偶数の場合、第L段は、第(L−1)番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第2出力端との間に接続される第(L)番目の容量素子と、第(L−1)番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と自身の第2出力端との間に接続される第(L)番目の整流素子と、の組合せから構成され、自身の第1入力端と第1出力端との間は直結される。
Further, the third and subsequent stages, that is, the L-th stage (2 <L ≦ M) of the first to M-th stages can be expressed as follows depending on whether L is an odd number or an even number.
That is, when L is an odd number, the L-th stage is connected between its first input terminal connected to the first output terminal of the (L−1) -th chip and its first output terminal. The (L) th capacitive element and the second output terminal connected to the second output terminal of the (L-1) th chip and the first output terminal connected to the first output terminal of the first (L-1) th chip. (L) It is comprised from the combination with the rectifier, and between its 2nd input terminal and its 2nd output terminal is connected directly.
On the other hand, when L is an even number, the L-th stage is connected between its second input terminal connected to the second output terminal of the (L-1) -th chip and its second output terminal. A first (L) -th capacitive element and a first input terminal connected to the first output terminal of the (L-1) -th chip and a second output terminal connected to the second output terminal. (L) It is comprised from the combination with the rectifier, and between its 1st input terminal and 1st output terminal is connected directly.

また、Mが奇数の場合、第M番目のチップの第1出力端から、Mが偶数の場合、第M番目のチップの第2出力端から、昇圧電圧を出力する。
この場合、各チップ上には容量素子及びダイオードを一つずつ形成すればよいので、1チップ上で容量素子及びダイオードが占める表面積をさらに減ずることが可能となる。
Further, when M is an odd number, the boosted voltage is output from the first output terminal of the Mth chip, and when M is an even number, the boosted voltage is output from the second output terminal of the Mth chip.
In this case, since it is sufficient to form one capacitive element and one diode on each chip, it is possible to further reduce the surface area occupied by the capacitive element and the diode on one chip.

次に、図1で示した論理回路を、半導体基板上に実現した実施例について説明する。
図2は、図1の論理回路図を構造図に表わした図であり、同一構成を有する半導体チップCHIP1及びCHIP2を積層し、昇圧回路100を形成したときの半導体チップの断面図を表している。
図2において、半導体チップCHIP1の領域は、破線L1及びL2との間で示す範囲の領域であり、半導体チップCHIP2の領域は、破線L2及びL3との間で示す範囲の領域である。また、半導体チップCHIP1は、半導体チップCHIP2に対して下層に設けられ、2つのチップはバンプ電極BP31とバンプ電極BP12、バンプ電極BP41とバンプ電極BP22、バンプ電極BPSS21とバンプ電極BPSS12により接続される。ここで、バンプ電極BP31とバンプ電極BP12との接続点が、図1で示したノード2Aに、バンプ電極BP41とバンプ電極BP22との接続点が、図1で示したノード2Bに相当する。
Next, an embodiment in which the logic circuit shown in FIG. 1 is realized on a semiconductor substrate will be described.
FIG. 2 is a structural diagram of the logic circuit diagram of FIG. 1, and represents a cross-sectional view of the semiconductor chip when the booster circuit 100 is formed by stacking semiconductor chips CHIP1 and CHIP2 having the same configuration. .
In FIG. 2, the region of the semiconductor chip CHIP1 is a region in the range shown between the broken lines L1 and L2, and the region of the semiconductor chip CHIP2 is a region in the range shown between the broken lines L2 and L3. The semiconductor chip CHIP1 is provided below the semiconductor chip CHIP2, and the two chips are connected by a bump electrode BP31 and a bump electrode BP12, a bump electrode BP41 and a bump electrode BP22, and a bump electrode BPSS21 and a bump electrode BPSS12. Here, the connection point between the bump electrode BP31 and the bump electrode BP12 corresponds to the node 2A shown in FIG. 1, and the connection point between the bump electrode BP41 and the bump electrode BP22 corresponds to the node 2B shown in FIG.

また、半導体チップCHIP1におけるバンプ電極BP11及びバンプ電極BP21は、図1における破線L1において、昇圧回路100が搭載される例えばパッケージ基板上の配線とそれぞれ接続される。そして、バンプ電極BP11と基板上の配線との接続点が、図1で示したノードAに、バンプ電極BP21と基板上の配線との接続点が、図1で示したノードBに、それぞれ相当する。そして、ノードA及びノードBは、図2においては不図示の交流発生部Tsにそれぞれ接続される。また、バンプ電極BPSS11は、P型半導体基板PSUBに接地電圧VSSを供給するための電極である。   Further, the bump electrode BP11 and the bump electrode BP21 in the semiconductor chip CHIP1 are respectively connected to, for example, a wiring on the package substrate on which the booster circuit 100 is mounted, on the broken line L1 in FIG. The connection point between the bump electrode BP11 and the wiring on the substrate corresponds to the node A shown in FIG. 1, and the connection point between the bump electrode BP21 and the wiring on the substrate corresponds to the node B shown in FIG. To do. Then, the node A and the node B are respectively connected to an AC generator Ts (not shown in FIG. 2). The bump electrode BPSS11 is an electrode for supplying the ground voltage VSS to the P-type semiconductor substrate PSUB.

バンプ電極は、P型半導体基板PSUBを貫く貫通電極により、P型半導体基板PSUB表面のコンタクトと接続される。貫通電極は、基板の裏面に形成されたバンプ電極に供給される信号を、基板の表面側に伝達する電極であり、P型半導体基板PSUBとは電気的に絶縁されている。また、貫通電極は、半導体チップの上方にも設けられ、チップ内のコンタクトとバンプ電極とを電気的に接続する。
例えば、バンプ電極BP11は、貫通電極PE11を介して、P型半導体基板PSUBの表面側にあるコンタクトCT11に接続される。同様に、バンプ電極BP21は、貫通電極PE21を介して、P型半導体基板PSUBの表面側にあるコンタクトCT21に接続される。また、バンプ電極BPSS11は、貫通電極PESS11を介して、P型半導体基板PSUBの表面側にあるコンタクトCT161に接続される。
The bump electrode is connected to a contact on the surface of the P-type semiconductor substrate PSUB by a through electrode penetrating the P-type semiconductor substrate PSUB. The through electrode is an electrode that transmits a signal supplied to the bump electrode formed on the back surface of the substrate to the front surface side of the substrate, and is electrically insulated from the P-type semiconductor substrate PSUB. The through electrode is also provided above the semiconductor chip, and electrically connects the contact in the chip and the bump electrode.
For example, the bump electrode BP11 is connected to the contact CT11 on the surface side of the P-type semiconductor substrate PSUB via the through electrode PE11. Similarly, the bump electrode BP21 is connected to the contact CT21 on the surface side of the P-type semiconductor substrate PSUB via the through electrode PE21. Further, the bump electrode BPSS11 is connected to a contact CT161 on the surface side of the P-type semiconductor substrate PSUB via the through electrode PESS11.

次に、半導体チップCHIP1の内部構造について説明する。
図2において、P型半導体基板PSUBの表面側における縦方向の配線は所謂コンタクト、横方向の配線は所謂配線層に相当する。
図1における容量素子C0は、P型半導体基板PSUB上に形成されるMOS型トランジスタのデプレッション型を用いている。容量素子C0は、ゲート電極GP51、N型拡散層ND31及びN型拡散層ND41から構成される。N型拡散層ND31及びN型拡散層ND41は、それぞれコンタクトCT31及びコンタクトCT41を介して、配線LN11に接続される。配線LN11は、コンタクトCT11、貫通電極PE11を介して、上述のバンプ電極BP11と接続される。バンプ電極BP11は、交流発生部Tsから、第1の信号が入力される。
また、ゲート電極GP51は、コンタクトCT51を介して、配線LN31に接続される。配線LN31は、コンタクトCT131、貫通電極PE31を介して、バンプ電極BP31と接続される。ここで、コンタクトCT131は、半導体チップCHIP1を上方から平面視した場合、上記コンタクトCT11と同一位置に位置する。バンプ電極BP31は、上層の半導体チップCHIP2のバンプ電極BP12と接続される。
Next, the internal structure of the semiconductor chip CHIP1 will be described.
In FIG. 2, the vertical wiring on the surface side of the P-type semiconductor substrate PSUB corresponds to a so-called contact, and the horizontal wiring corresponds to a so-called wiring layer.
A capacitive element C0 in FIG. 1 uses a depletion type MOS transistor formed on a P-type semiconductor substrate PSUB. The capacitive element C0 includes a gate electrode GP51, an N-type diffusion layer ND31, and an N-type diffusion layer ND41. The N type diffusion layer ND31 and the N type diffusion layer ND41 are connected to the wiring LN11 via the contact CT31 and the contact CT41, respectively. The wiring LN11 is connected to the bump electrode BP11 described above via the contact CT11 and the through electrode PE11. The bump signal BP11 receives the first signal from the AC generator Ts.
The gate electrode GP51 is connected to the wiring LN31 via the contact CT51. The wiring LN31 is connected to the bump electrode BP31 via the contact CT131 and the through electrode PE31. Here, the contact CT131 is located at the same position as the contact CT11 when the semiconductor chip CHIP1 is viewed from above. The bump electrode BP31 is connected to the bump electrode BP12 of the upper semiconductor chip CHIP2.

また、図1における容量素子C1は、ゲート電極GP121、N型拡散層ND101及びN型拡散層ND111から構成される。N型拡散層ND101及びN型拡散層ND111は、それぞれコンタクトCT101及びコンタクトCT111を介して、配線LN21に接続される。配線LN21は、コンタクトCT21、貫通電極PE21を介して、上述のバンプ電極BP21と接続される。バンプ電極BP21は、交流発生部Tsから、第2の信号が入力される。
また、ゲート電極GP121は、コンタクトCT121を介して、配線LN41に接続される。配線LN41は、コンタクトCT141、貫通電極PE41を介して、バンプ電極BP41と接続される。ここで、コンタクトCT141は、半導体チップCHIP1を上方から平面視した場合、上記コンタクトCT21と同一位置に位置する。バンプ電極BP41は、上層の半導体チップCHIP2のバンプ電極BP22と接続される。
なお、容量素子C0、C1は、この構成に限定されるものではなく、例えば、ゲート電極直下にN型拡散層を囲むN型ウェルを形成することで、ゲート電極とNウェル間に形成される容量素子としても良い。
Further, the capacitive element C1 in FIG. 1 includes a gate electrode GP121, an N-type diffusion layer ND101, and an N-type diffusion layer ND111. The N type diffusion layer ND101 and the N type diffusion layer ND111 are connected to the wiring LN21 via the contact CT101 and the contact CT111, respectively. The wiring LN21 is connected to the bump electrode BP21 through the contact CT21 and the through electrode PE21. The bump signal BP21 receives the second signal from the AC generator Ts.
Further, the gate electrode GP121 is connected to the wiring LN41 via the contact CT121. The wiring LN41 is connected to the bump electrode BP41 via the contact CT141 and the through electrode PE41. Here, the contact CT141 is located at the same position as the contact CT21 when the semiconductor chip CHIP1 is viewed from above. The bump electrode BP41 is connected to the bump electrode BP22 of the upper semiconductor chip CHIP2.
The capacitive elements C0 and C1 are not limited to this configuration. For example, the capacitive elements C0 and C1 are formed between the gate electrode and the N well by forming an N type well surrounding the N type diffusion layer immediately below the gate electrode. A capacitor element may be used.

整流素子(ダイオードD0)は、P型拡散層PD61(アノード電極)、P型拡散層PD61を取り囲むようにP型半導体基板PSUB内に形成されたN型拡散層ND71(カソード電極が)から構成される。P型拡散層PD61は、コンタクトCT61を介して、配線LN21に接続される。また、N型拡散層ND71は、コンタクトCT71を介して、配線LN31に接続される。
また、整流素子(ダイオードD1)は、P型拡散層PD81(アノード電極)、P型拡散層PD81を取り囲むようにP型半導体基板PSUB内に形成されたN型拡散層ND91(カソード電極が)から構成される。P型拡散層PD81は、コンタクトCT81を介して、配線LN31に接続される。また、N型拡散層ND91は、コンタクトCT91を介して、配線LN41に接続される。
The rectifying element (diode D0) includes a P-type diffusion layer PD61 (anode electrode) and an N-type diffusion layer ND71 (cathode electrode) formed in the P-type semiconductor substrate PSUB so as to surround the P-type diffusion layer PD61. The P-type diffusion layer PD61 is connected to wiring LN21 through contact CT61. The N-type diffusion layer ND71 is connected to the wiring LN31 via the contact CT71.
The rectifying element (diode D1) is formed from a P-type diffusion layer PD81 (anode electrode) and an N-type diffusion layer ND91 (cathode electrode) formed in the P-type semiconductor substrate PSUB so as to surround the P-type diffusion layer PD81. Composed. P-type diffusion layer PD81 is connected to wiring LN31 via contact CT81. The N-type diffusion layer ND91 is connected to the wiring LN41 via the contact CT91.

P型半導体基板PSUB内に形成されたP型拡散層PD151は、P型半導体基板PSUBに接地電圧を供給するための拡散層であり、CT151を介して、配線LN51に接続される。配線LN51は、コンタクトCT161、貫通電極PESS11を介して、バンプ電極BPSS11と接続され、接地される。また、コンタクトCT161は、貫通電極PESS21を介して、バンプ電極BPSS21と接続され、上層の半導体チップCHIP2のバンプ電極BPSS12と接続される。   The P-type diffusion layer PD151 formed in the P-type semiconductor substrate PSUB is a diffusion layer for supplying a ground voltage to the P-type semiconductor substrate PSUB, and is connected to the wiring LN51 via the CT151. The wiring LN51 is connected to the bump electrode BPSS11 via the contact CT161 and the through electrode PESS11 and grounded. Further, the contact CT161 is connected to the bump electrode BPSS21 through the through electrode PESS21 and is connected to the bump electrode BPSS12 of the upper semiconductor chip CHIP2.

図2において、半導体チップCHIP1に積層される半導体チップCHIP2は、半導体チップCHIP1と同一の内部構造とすることができる。なぜなら、上述の通り、半導体チップCHIP1において、入力端に接続されるコンタクトCT11と出力端に接続されるコンタクトCT131の位置が、チップ上方から平面視して同一位置に位置する。また、入力端に接続されるコンタクトCT21と出力端に接続されるコンタクトCT141の位置が、チップ上方から平面視して同一位置に位置する。そのため、半導体チップCHIP1と同一の内部構造を有する半導体チップを、半導体チップCHIP1にバンプ電極の位置を合わせて積層するだけで、半導体チップCHIP2は、自身の入力端から半導体チップCHIP1が生成した昇圧電圧を取り込むことができるからである。
図2において貫通電極、バンプ電極以外のトランジスタ等の各素子については、半導体チップCHIP1と同一の符号を付しており、その説明は省略する。
バンプ電極BP12は、半導体チップCHIP1のバンプ電極BP31と接続される。バンプ電極BP12は、貫通電極PE12、コンタクトCT11及び配線LN11を介して、容量素子C2と接続される。従って、図1の論理回路に示すように、容量素子C0の(+)端子と容量素子C2の(−)端子が接続される。また、容量素子C2の(+)端子は、配線LN31、コンタクトCT131及び貫通電極PE32を介してバンプ電極BP32へと接続される。バンプ電極BP32は、図1におけるノード3Aに相当する。
In FIG. 2, the semiconductor chip CHIP2 stacked on the semiconductor chip CHIP1 can have the same internal structure as the semiconductor chip CHIP1. This is because, as described above, in the semiconductor chip CHIP1, the positions of the contact CT11 connected to the input end and the contact CT131 connected to the output end are located at the same position in plan view from above the chip. Further, the position of the contact CT21 connected to the input end and the position of the contact CT141 connected to the output end are located at the same position in plan view from above the chip. For this reason, the semiconductor chip CHIP2 has a boosted voltage generated by the semiconductor chip CHIP1 from its input terminal only by stacking the semiconductor chip having the same internal structure as that of the semiconductor chip CHIP1 with the bump electrodes positioned on the semiconductor chip CHIP1. It is because it can be taken in.
In FIG. 2, each element such as a transistor other than the through electrode and the bump electrode is assigned the same reference numeral as that of the semiconductor chip CHIP <b> 1, and the description thereof is omitted.
The bump electrode BP12 is connected to the bump electrode BP31 of the semiconductor chip CHIP1. The bump electrode BP12 is connected to the capacitive element C2 via the through electrode PE12, the contact CT11, and the wiring LN11. Therefore, as shown in the logic circuit of FIG. 1, the (+) terminal of the capacitive element C0 and the (−) terminal of the capacitive element C2 are connected. Further, the (+) terminal of the capacitive element C2 is connected to the bump electrode BP32 through the wiring LN31, the contact CT131, and the through electrode PE32. The bump electrode BP32 corresponds to the node 3A in FIG.

また、バンプ電極BP22は、半導体チップCHIP1のバンプ電極BP41と接続される。バンプ電極BP22は、貫通電極PE22、コンタクトCT21及び配線LN21を介して、容量素子C3と接続される。従って、図1の論理回路に示すように、容量素子C1の(+)端子と容量素子C3の(−)端子が接続される。また、容量素子C3の(+)端子は、配線LN41、コンタクトCT141及び貫通電極PE42を介してバンプ電極BP42へと接続される。バンプ電極BP42は、図1におけるノード3Bに相当するとともに、出力端子OUTに相当する。   The bump electrode BP22 is connected to the bump electrode BP41 of the semiconductor chip CHIP1. The bump electrode BP22 is connected to the capacitive element C3 through the through electrode PE22, the contact CT21, and the wiring LN21. Accordingly, as shown in the logic circuit of FIG. 1, the (+) terminal of the capacitive element C1 and the (−) terminal of the capacitive element C3 are connected. Further, the (+) terminal of the capacitive element C3 is connected to the bump electrode BP42 via the wiring LN41, the contact CT141, and the through electrode PE42. The bump electrode BP42 corresponds to the node 3B in FIG. 1 and also corresponds to the output terminal OUT.

また、バンプ電極BPSS12は、半導体チップCHIP1のバンプ電極BPSS21と接続される。バンプ電極BPSS12は、貫通電極PESS12、コンタクトCT161、配線LN51及びコンタクトCT151を介して、P型拡散層PD151と接続される。これにより、P型半導体基板PSUBは接地電圧が供給される。また、コンタクトCT161は、貫通電極PESS22を介して、バンプ電極BPSS22へと接続される。   The bump electrode BPSS12 is connected to the bump electrode BPSS21 of the semiconductor chip CHIP1. The bump electrode BPSS12 is connected to the P-type diffusion layer PD151 through the through electrode PESS12, the contact CT161, the wiring LN51, and the contact CT151. Thereby, the ground voltage is supplied to the P-type semiconductor substrate PSUB. Further, the contact CT161 is connected to the bump electrode BPSS22 through the through electrode PESS22.

本実施形態においては、昇圧回路100は、半導体チップCHIP1及びCHIP2の2チップから構成される場合を説明している。そのため、半導体チップCHIP2のバンプ電極BP32、BP42及びBPSS22に接続される上層チップのバンプ電極は存在しない。3チップ以上の積層構造をとる場合、対応する容量素子が接続されるように、3チップ目以降のバンプ電極が接続される。すなわち、第K番目の容量素子は、第(K+2)番目の容量素子と接続され、最上位置のチップまで直列に接続される。また、第(K−1)番目の容量素子は、第(K+1)番目の容量素子と接続され、最上位置のチップまで直列に接続される。   In the present embodiment, a case is described in which the booster circuit 100 includes two chips, semiconductor chips CHIP1 and CHIP2. Therefore, there is no bump electrode of the upper layer chip connected to the bump electrodes BP32, BP42 and BPSS22 of the semiconductor chip CHIP2. When a stacked structure of three chips or more is adopted, bump electrodes on and after the third chip are connected so that the corresponding capacitive elements are connected. That is, the Kth capacitive element is connected to the (K + 2) th capacitive element, and is connected in series up to the topmost chip. The (K-1) th capacitive element is connected to the (K + 1) th capacitive element, and is connected in series up to the topmost chip.

このように、本発明の昇圧回路は、N個(Nは2以上の自然数)の容量素子(例えばN=4とした場合の容量素子C0〜C3)を備え、N個の容量素子のうち第K番目(1<K<N、Kは自然数)の容量素子(例えばK=2とした場合の容量素子C2)は第(K−1)番目の容量素子(容量素子C1)によって昇圧された第(K−1)番目の昇圧電圧を受けて、第(K−1)番目の昇圧電圧を更に昇圧した第K番目の昇圧電圧を発生して第(K+1)番目の容量素子(容量素子C3)に供給し、第N番目の容量素子の一端(出力端子OUT)から第N番目の昇圧電圧を発生する昇圧回路(昇圧回路100a)であって、N個の容量素子の内、少なくとも1つの容量素子(容量素子C0及びC1)は他の容量素子(容量素子C2及びC3)が形成された第1のチップ(半導体チップCHIP2)とは異なる第2のチップ(半導体チップCHIP1)に形成され、第1及び第2のチップは互いに積層されていることを特徴とする昇圧回路である。   As described above, the booster circuit of the present invention includes N (N is a natural number of 2 or more) capacitive elements (for example, capacitive elements C0 to C3 when N = 4). The Kth (1 <K <N, K is a natural number) capacitive element (for example, the capacitive element C2 when K = 2) is boosted by the (K−1) th capacitive element (capacitor C1). In response to the (K-1) th boosted voltage, a (K + 1) th capacitive element (capacitor C3) is generated by generating a Kth boosted voltage by further boosting the (K-1) th boosted voltage. And a booster circuit (boost circuit 100a) that generates an Nth boosted voltage from one end (output terminal OUT) of the Nth capacitor element, and includes at least one capacitor among the N capacitor elements. The elements (capacitance elements C0 and C1) are formed by other capacitance elements (capacitance elements C2 and C3). Is formed by the first chip second chip different from the (semiconductor chip CHIP2) (semiconductor chip CHIP1), first and second chips are boosting circuit, characterized in that it is laminated together.

本発明によれば、コッククロフト・ウォールトン回路のように高電圧を発生する回路を、少なくとも2チップ以上の複数の半導体チップ上に形成することができるので、昇圧回路を搭載する半導体チップのチップサイズを小さくできる効果がある。   According to the present invention, since a circuit that generates a high voltage, such as a Cockcroft-Walton circuit, can be formed on a plurality of semiconductor chips of at least two chips, the chip size of the semiconductor chip on which the booster circuit is mounted There is an effect that can be reduced.

また、積層される第1及び第2のチップにおける下層チップ(半導体チップCHIP1)の容量素子のうち、一端が上層チップ(半導体チップCHIP2)の容量素子(容量素子C2及びC3)へと接続される容量素子(容量素子C0及びC1)は、チップにおける最上部の第1のコンタクト(コンタクトCT131及びCT141)へと接続される。また、上層チップ(半導体チップCHIP2)の容量素子のうち、一端が下層チップの容量素子へと接続される容量素子は、チップにおける最下部の第2のコンタクト(コンタクトCT11及びCT21)へと接続される。そして、第1のコンタクト(コンタクトCT131及びCT141)と第2のコンタクト(コンタクトCT11及びCT21)は接続されている。
また、上述の通り、第1のコンタクトと第2のコンタクトは、チップ上方からの平面視において同一位置に位置しているので、バンプ電極の位置を合わせて積層するだけで、昇圧回路100を構成することができる。つまり、貫通電極及びバンプ電極を用いて、下層チップの出力端と上層チップ入力端を接続するだけで昇圧回路100を構成することができるので、第1の半導体チップCHIP1と第2の半導体チップCHIP2とを、同一の構造を有するチップとすることができる。これにより、第1の半導体チップと第2の半導体チップを形成するための製造工程を共通化することが可能となり、昇圧回路100の製造コストを低減できる。なお、上で説明した図1、2の構成はいわば半導体装置を用いて構成される電源部であり、半導体装置に限らず、一般的な電源として様々な用途に利用可能なものである。
Further, one end of the capacitor elements of the lower layer chip (semiconductor chip CHIP1) in the first and second chips to be stacked is connected to the capacitor elements (capacitance elements C2 and C3) of the upper layer chip (semiconductor chip CHIP2). Capacitance elements (capacitance elements C0 and C1) are connected to the top first contact (contacts CT131 and CT141) in the chip. In addition, among the capacitive elements of the upper layer chip (semiconductor chip CHIP2), the capacitive element having one end connected to the capacitive element of the lower layer chip is connected to the lowermost second contact (contacts CT11 and CT21) in the chip. The The first contact (contacts CT131 and CT141) and the second contact (contacts CT11 and CT21) are connected.
Further, as described above, since the first contact and the second contact are located at the same position in plan view from above the chip, the booster circuit 100 is configured simply by aligning the bump electrodes and stacking them. can do. That is, since the booster circuit 100 can be configured by simply connecting the output terminal of the lower layer chip and the input terminal of the upper layer chip using the through electrode and the bump electrode, the first semiconductor chip CHIP1 and the second semiconductor chip CHIP2 Can be chips having the same structure. As a result, it is possible to share the manufacturing process for forming the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, and the manufacturing cost of the booster circuit 100 can be reduced. 1 and 2 described above is a power supply unit configured using a semiconductor device, and is not limited to the semiconductor device, and can be used for various purposes as a general power supply.

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図3及び図4は、それぞれ本願発明の他の実施形態における昇圧回路100aの論理回路及び断面図である。図3は図1に、図4は図2にそれぞれ対応するため、それぞれ同一の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図3において、図1と異なる点は、第2の半導体チップCHIP2のノード3Bから出力される昇圧電圧SVTを、第1の半導体チップCHIP1内の内部回路A1及び第2の半導体チップCHIP2の内部回路A2に供給している点である。図4は、図3で示した論理回路を、半導体基板上に実現した実施例を示す。昇圧電圧SVTを、第1の半導体チップCHIP1内の内部回路A1及び第2の半導体チップCHIP2の内部回路A2に供給するためには、図4に示すように、接続ワイヤー(配線LNSV)を第2の半導体チップCHIP2上に設けることで実現可能である。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
3 and 4 are a logic circuit and a cross-sectional view, respectively, of a booster circuit 100a according to another embodiment of the present invention. Since FIG. 3 corresponds to FIG. 1 and FIG. 4 corresponds to FIG. 2, the same reference numerals are given to the same parts, and the description thereof is omitted.
3 is different from FIG. 1 in that the boosted voltage SVT output from the node 3B of the second semiconductor chip CHIP2 is converted into the internal circuit A1 in the first semiconductor chip CHIP1 and the internal circuit of the second semiconductor chip CHIP2. The point is that it is supplied to A2. FIG. 4 shows an embodiment in which the logic circuit shown in FIG. 3 is realized on a semiconductor substrate. In order to supply the boosted voltage SVT to the internal circuit A1 in the first semiconductor chip CHIP1 and the internal circuit A2 in the second semiconductor chip CHIP2, as shown in FIG. 4, the connection wire (wiring LNSV) is secondly connected. This can be realized by providing on the semiconductor chip CHIP2.

昇圧電圧SVTは、例えば、第1及び第2の半導体チップが半導体記憶装置であって、不良メモリセルの冗長救済回路(内部回路)用に電気ヒューズを備えている場合の、該電気ヒューズをショートするための昇圧電圧SVTとして用いる事が可能である。なお、電気ヒューズとしては、内部回路を構成するノード間を電気的に接続するアンチヒューズであっても、ノード間を電気的に非接続とするヒューズであってもよい。
特に、例えば貫通電極を用いて1GBitの容量である同じ製造工程を経て製造された半導体記憶装置を8チップ用いて、8GBitの半導体記憶装置を形成する場合を考える。この場合、昇圧電圧SVTが9V必要とすると、1Vを振幅とする交流電圧を用いれば理想的には各チップで1Vずつ昇圧し、9Vの電圧が得られる。この9Vの昇圧電圧SVTを、各チップで、例えば上記ヒューズのプログラミングに用いる電圧とするためには、図4に示すように、最上層のチップから各チップへ供給できる構造をとる必要がある。なお、図4においては、半導体チップCHIP2を最上層のチップとする。
The boosted voltage SVT is short-circuited when, for example, the first and second semiconductor chips are semiconductor memory devices and have an electrical fuse for a redundant relief circuit (internal circuit) for a defective memory cell. Therefore, it can be used as a boosted voltage SVT. Note that the electric fuse may be an antifuse that electrically connects nodes constituting the internal circuit or a fuse that electrically disconnects nodes.
In particular, consider a case where an 8 GBit semiconductor memory device is formed by using 8 chips of a semiconductor memory device manufactured through the same manufacturing process having a capacity of 1 GBit using, for example, a through electrode. In this case, if the boosted voltage SVT needs 9V, if an AC voltage having an amplitude of 1V is used, the voltage is ideally boosted by 1V at each chip, and a voltage of 9V is obtained. In order to use the 9V boosted voltage SVT as a voltage used for programming the fuse in each chip, for example, as shown in FIG. 4, it is necessary to adopt a structure that can be supplied from the uppermost chip to each chip. In FIG. 4, the semiconductor chip CHIP2 is the uppermost chip.

昇圧電圧SVTは、半導体チップCHIP2のバンプ電極BP42から取りだされる。バンプ電極BP42は、配線LNSVを介してバンプ電極BPSV22に接続される。
バンプ電極BPSV22は、貫通電極PESV22、コンタクトCT171及び配線LN171を介して、内部回路A2に接続される。内部回路A2は、昇圧電圧SVTを使用する回路である。内部回路A2は、例えば、アンチヒューズを備え、昇圧電圧を供給して該ヒューズを切断することにより、0または1の情報を不揮発で保持するヒューズプログラム回路である。
また、コンタクトCT171は、貫通電極PESV12を介して、半導体チップCHIP2の裏面のバンプ電極BPSV12へ接続される。バンプ電極BPSV12は、半導体チップCHIP1のバンプ電極BPSV21と接続される。バンプ電極BPSV21は、貫通電極PESV21、コンタクトCT171及び配線LN171を介して、内部回路A1に接続される。内部回路A1は、内部回路A2と同一構成の回路であり、昇圧電圧SVTを用いて、内部回路A2とは、個別にプログラミングされる。また、半導体チップCHIP1のコンタクトCT171は、貫通電極PESV11を介して、半導体チップCHIP1の裏面のバンプ電極BPSV11へと接続される。
The boosted voltage SVT is taken from the bump electrode BP42 of the semiconductor chip CHIP2. The bump electrode BP42 is connected to the bump electrode BPSV22 via the wiring LNSV.
The bump electrode BPSV22 is connected to the internal circuit A2 via the through electrode PESV22, the contact CT171, and the wiring LN171. The internal circuit A2 is a circuit that uses the boosted voltage SVT. The internal circuit A2 is, for example, a fuse program circuit that includes an antifuse and holds information of 0 or 1 in a nonvolatile manner by supplying a boosted voltage and cutting the fuse.
The contact CT171 is connected to the bump electrode BPSV12 on the back surface of the semiconductor chip CHIP2 through the through electrode PESV12. The bump electrode BPSV12 is connected to the bump electrode BPSV21 of the semiconductor chip CHIP1. The bump electrode BPSV21 is connected to the internal circuit A1 through the through electrode PESV21, the contact CT171, and the wiring LN171. The internal circuit A1 is a circuit having the same configuration as the internal circuit A2, and is programmed individually with the internal circuit A2 using the boosted voltage SVT. Further, the contact CT171 of the semiconductor chip CHIP1 is connected to the bump electrode BPSV11 on the back surface of the semiconductor chip CHIP1 through the through electrode PESV11.

このような構成を取ることで、昇圧回路100aは、最上位置の半導体チップにおいて発生させた昇圧電圧SVTを、昇圧回路を構成する各チップに供給し、昇圧電圧SVTを使用する各チップの内部回路へ供給することができる。   With such a configuration, the booster circuit 100a supplies the boosted voltage SVT generated in the uppermost semiconductor chip to each chip constituting the booster circuit, and the internal circuit of each chip using the boosted voltage SVT. Can be supplied to.

次に、各半導体チップにおける整流素子の配置についての変形例について説明する。
図5は、本願発明の昇圧回路100bを半導体チップに分散させた場合、1チップにおける容量素子及び整流素子の論理回路図である。図1においては、1つの半導体チップ内に、2つの容量素子と2つの整流素子(ダイオード)、または1つの容量素子と1つの整流素子(ダイオード)の構成を開示した。図5においては、1つの半導体チップCHIP1A内に2つの容量素子と3つの整流素子(ダイオード)の構成となっている。なお、容量素子については、図1と同一構成であるので同一の符号を付し、その説明を省略する。図5において、整流素子は、ダイオードDA、ダイオードDB及びダイオードDCとなっている。ここで、ダイオードDA、ダイオードDB及びダイオードDCの電流駆動能力を示すサイズ比(大きいほど電流供給能力が高くなる)は、0.5:1:0.5となっている。図5に示す半導体チップCHIP1Aを上部チップ、下部チップと組み合わすことで、ダイオードDAは下部チップのダイオードDCと、ダイオードDCは上部チップのダイオードDAと、それぞれ並列に接続されることとなり、ダイオードDBと同じサイズが実現されるものである。
Next, a modified example of the arrangement of rectifying elements in each semiconductor chip will be described.
FIG. 5 is a logic circuit diagram of a capacitor element and a rectifier element in one chip when the booster circuit 100b of the present invention is dispersed in a semiconductor chip. FIG. 1 discloses the configuration of two capacitor elements and two rectifier elements (diodes) or one capacitor element and one rectifier element (diode) in one semiconductor chip. In FIG. 5, two capacitor elements and three rectifier elements (diodes) are configured in one semiconductor chip CHIP1A. Since the capacitive element has the same configuration as that shown in FIG. 1, the same reference numerals are given and description thereof is omitted. In FIG. 5, the rectifier elements are a diode DA, a diode DB, and a diode DC. Here, the size ratio indicating the current drive capability of the diode DA, the diode DB, and the diode DC (the larger the current supply capability, the higher the current supply capability) is 0.5: 1: 0.5. By combining the semiconductor chip CHIP1A shown in FIG. 5 with the upper chip and the lower chip, the diode DA is connected in parallel with the diode DC of the lower chip, and the diode DC is connected in parallel with the diode DA of the upper chip. The same size is realized.

また、上で説明した昇圧回路100を組み込んだ電源供給システムについて、図6を用いて以下に説明する。図6に示すように、電源供給システムは、基板S0上に配置された電源発生部61、昇圧回路100、動作回路63及びコントローラ64を備える。昇圧回路100は、半田ボールSB65〜SB68、及び基板S2を介して基板S0上に搭載されている。また、動作回路63は、半田ボールSB69〜SB71、及び基板S3を介して基板S0上に搭載されている。また、コントローラ64は、半田ボールSB72等、及び基板S4を介して基板S0上に搭載されている。
昇圧回路100は、電源発生部61から受ける交流電圧を昇圧し、その昇圧電圧SVTを動作回路63へ供給する構成である。
A power supply system incorporating the booster circuit 100 described above will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the power supply system includes a power generation unit 61, a booster circuit 100, an operation circuit 63, and a controller 64 arranged on the substrate S0. The booster circuit 100 is mounted on the substrate S0 via the solder balls SB65 to SB68 and the substrate S2. The operation circuit 63 is mounted on the substrate S0 via the solder balls SB69 to SB71 and the substrate S3. The controller 64 is mounted on the substrate S0 via the solder ball SB72 and the substrate S4.
The booster circuit 100 is configured to boost the AC voltage received from the power supply generation unit 61 and supply the boosted voltage SVT to the operation circuit 63.

図6において、電源発生部61は、AC電源から入力される交流電力を電力変換し、半田ボールSB61及び半田ボールSB62から、それぞれ基板S0上の配線L61及び配線L62を介して、交流電圧を昇圧回路100へ供給する。また、電源発生部61は、内部のAC−DC変換器(A−Dコンバータ61a)により交流電圧を直流電圧に変換し、半田ボールSB63及び配線L63を介して、直流電圧を昇圧回路100及び動作回路63へ供給する。昇圧回路100及び動作回路63は、それぞれ半田ボールSB67及び半田ボールSB69から直流電圧を供給され、動作する。   In FIG. 6, a power generation unit 61 converts AC power input from an AC power source and boosts the AC voltage from the solder balls SB61 and SB62 via the wiring L61 and the wiring L62 on the substrate S0, respectively. Supply to circuit 100. Further, the power generation unit 61 converts an AC voltage into a DC voltage by an internal AC-DC converter (AD converter 61a), and converts the DC voltage to the boost circuit 100 and the operation via the solder ball SB63 and the wiring L63. Supply to circuit 63. The booster circuit 100 and the operation circuit 63 are supplied with a DC voltage from the solder ball SB67 and the solder ball SB69, respectively, and operate.

昇圧回路100は、半導体チップCHIP1〜CHIPnを積層して構成され、半田ボールSB65及び半田ボールSB66から入力される交流電圧を昇圧し、昇圧電圧SVTを、半田ボールSB68を介して、配線L64へ出力する。
動作回路63は、配線L64が接続される半田ボールSB70から昇圧電圧SVTが入力され、内部回路の動作に用いる。なお、コントローラ64は、半田ボールSB72、配線L65及び半田ボールSB71を介して動作回路63に対して制御信号を出力し、動作回路63の動作モードに応じて、上記内部回路に昇圧電圧SVTの使用を、許可または禁止する。
ここで、動作回路63は、例えばメモリセルの消去動作に直流高電圧を使用するフラッシュメモリである。また、上記内部回路は、昇圧電圧SVTを使用する例えばメモリセルが形成されるP型ウェル領域を高電圧へと駆動する駆動回路である。なお、このような昇圧電圧SVTを用いるものであれば、フラッシュメモリ等の半導体装置に限られるものではなく、半導体装置以外の高電圧を使用する装置であってもよい。
The booster circuit 100 is configured by stacking semiconductor chips CHIP1 to CHIPn, boosts the AC voltage input from the solder balls SB65 and SB66, and outputs the boosted voltage SVT to the wiring L64 via the solder balls SB68. To do.
The operation circuit 63 receives the boosted voltage SVT from the solder ball SB70 to which the wiring L64 is connected, and is used for the operation of the internal circuit. The controller 64 outputs a control signal to the operation circuit 63 via the solder ball SB72, the wiring L65, and the solder ball SB71, and uses the boosted voltage SVT in the internal circuit according to the operation mode of the operation circuit 63. Is allowed or prohibited.
Here, the operation circuit 63 is, for example, a flash memory that uses a DC high voltage for the erase operation of the memory cell. The internal circuit is a drive circuit that drives, for example, a P-type well region in which a memory cell using the boosted voltage SVT is formed to a high voltage. As long as the boosted voltage SVT is used, the semiconductor device is not limited to a semiconductor device such as a flash memory, and may be a device using a high voltage other than the semiconductor device.

100,100a,100b…昇圧回路、
CHIP1,CHIP2,CHIP1A…半導体チップ、
C,C0,C1,C2,C3…容量素子、
D,D0,D1,D2,D3,DA,DB,DC…ダイオード、
Ts…交流発生部、
A,B,1A,1B,1C,1D,2A,2B,2C,2D,3A,3B,LA,LB…ノード、OUT…出力端子、
BP11,BP31,BP12,BP32,BP21,BP41,BP22,BP42,BPSS11,BPSS21,BPSS12,BPSS22,BPSV11,BPSV21,BPSV12,BPSV22…バンプ電極、
PE11,PE31,PE12,PE32,PE21,PE41,PE22,PE42,PESS11,PESS21,PESS12,PESS22,PESV11,PESV21,PESV12,PESV22…貫通電極、
CT11,CT21,CT31,CT41,CT51,CT61,CT71,CT81,CT91,CT101,CT111,CT121,CT131,CT141,CT151,CT161,CT171…コンタクト、
LN11,LN21,LN31,LN41,LN51,LNSV,LN171,L61,L62,L63,L64,L65…配線、
GP51,GP121…ゲート電極、
ND31,ND41,ND71,ND91,ND101,ND111…N型拡散層、
PD61,PD81,PD151…P型拡散層、PSUB…P型半導体基板、
SVT…昇圧電圧、A1,A2…内部回路、61…電源発生部、63…動作回路、
64…コントローラ、
SB61,SB62,SB63,SB65,SB66,SB67,SB68,SB69,SB70,SB71,SB72…半田ボール、
S0,S2,S3,S4…基板
100, 100a, 100b ... booster circuit,
CHIP1, CHIP2, CHIP1A ... Semiconductor chip,
C, C0, C1, C2, C3 ... capacitive elements,
D, D0, D1, D2, D3, DA, DB, DC ... diode,
Ts ... AC generator,
A, B, 1A, 1B, 1C, 1D, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, LA, LB ... node, OUT ... output terminal,
BP11, BP31, BP12, BP32, BP21, BP41, BP22, BP42, BPSS11, BPSS21, BPSS12, BPSS22, BPSV11, BPSV21, BPSV12, BPSV22 ... bump electrodes,
PE11, PE31, PE12, PE32, PE21, PE41, PE22, PE42, PESS11, PESS21, PESS12, PESS22, PESV11, PESV21, PESV12, PESV22...
CT11, CT21, CT31, CT41, CT51, CT61, CT71, CT81, CT91, CT101, CT111, CT121, CT131, CT141, CT151, CT161, CT171 ... contact,
LN11, LN21, LN31, LN41, LN51, LNSV, LN171, L61, L62, L63, L64, L65 ... wiring,
GP51, GP121 ... gate electrode,
ND31, ND41, ND71, ND91, ND101, ND111 ... N-type diffusion layer,
PD61, PD81, PD151 ... P-type diffusion layer, PSUB ... P-type semiconductor substrate,
SVT: Boosted voltage, A1, A2 ... Internal circuit, 61 ... Power source generator, 63 ... Operation circuit,
64 ... Controller,
SB61, SB62, SB63, SB65, SB66, SB67, SB68, SB69, SB70, SB71, SB72 ... solder balls,
S0, S2, S3, S4 ... Substrate

Claims (13)

N個(Nは2以上の自然数)の容量素子を備え、前記N個の容量素子のうち第K番目(1<K<N、Kは自然数)の前記容量素子は第(K−1)番目の前記容量素子によって昇圧された第(K−1)番目の昇圧電圧を受けて、前記第(K−1)番目の昇圧電圧を更に昇圧した第K番目の昇圧電圧を発生して第(K+1)番目の前記容量素子に供給し、第N番目の前記容量素子の一端から第N番目の昇圧電圧を発生する昇圧回路であって、
前記N個の容量素子の内、少なくとも1つの前記容量素子は他の容量素子が形成された第1のチップとは異なる第2のチップに形成され、前記第1及び第2のチップは互いに積層されていることを特徴とする昇圧回路。
N capacitive elements are provided (N is a natural number of 2 or more), and the Kth capacitive element (1 <K <N, K is a natural number) among the N capacitive elements is the (K−1) th capacitive element. The (K-1) th boosted voltage boosted by the capacitor element is received, and the Kth boosted voltage is generated by further boosting the (K-1) th boosted voltage to generate the (K + 1) th And a booster circuit for supplying an Nth boosted voltage from one end of the Nth capacitive element,
Among the N capacitive elements, at least one capacitive element is formed on a second chip different from the first chip on which the other capacitive elements are formed, and the first and second chips are stacked on each other. A booster circuit characterized by the above.
積層される前記第1及び第2のチップにおける下層チップの容量素子のうち、一端が上層チップの容量素子へと接続される容量素子は、該一端が前記下層チップにおける最上部の第1のコンタクトへと接続され、
前記上層チップの容量素子のうち、一端が前記下層チップの容量素子へと接続される容量素子は、該一端が前記上層チップにおける最下部の第2のコンタクトへと接続され、
前記第1のコンタクトと前記第2のコンタクトは接続されることを特徴とする請求項1記載の昇圧回路。
Among the capacitor elements of the lower layer chip in the first and second chips to be stacked, the capacitor element having one end connected to the capacitor element of the upper layer chip has one end connected to the uppermost first contact in the lower layer chip Connected to
Among the capacitive elements of the upper layer chip, one end of the capacitive element connected to the lower layer chip capacitive element is connected to the lowermost second contact in the upper layer chip,
2. The booster circuit according to claim 1, wherein the first contact and the second contact are connected.
前記第1及び第2のチップは同一構成のチップであって、該チップにおいて前記第1のコンタクトと前記第2のコンタクトが、チップ上方からの平面視において同一位置に位置することを特徴とする請求項2記載の昇圧回路。   The first and second chips are chips having the same configuration, wherein the first contact and the second contact are located at the same position in plan view from above the chip. The booster circuit according to claim 2. 前記第N番目の昇圧電圧は、前記第1及び第2のチップにおける同一構成の内部回路にそれぞれ供給されることを特徴とする請求項3に記載の昇圧回路。   4. The booster circuit according to claim 3, wherein the Nth boosted voltage is supplied to internal circuits having the same configuration in the first and second chips, respectively. 前記昇圧回路は、それぞれ最下層から第1番目のチップ〜第M番目(Mは2以上の自然数)のチップ上に形成される、第1段〜第M段から構成され、
前記第1段は、
第1の信号が入力される第1入力端と第1出力端との間に接続される第1番目の容量素子と、
前記第1の信号と位相が180度反転した信号が入力される第2入力端と第2出力端との間に接続される第2番目の容量素子と、
前記第2入力端と前記第1出力端との間に接続される第1番目の整流素子と、
前記第1出力端と前記第2出力端との間に接続される第2番目の整流素子と、
の組合せから構成され、
前記第1段〜第M段のうちの第L段(1<L≦M)は、
第(L−1)番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と自身の第1出力端との間に接続される第(2L−1)番目の容量素子と、
第(L−1)番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第2出力端との間に接続される第(2L)番目の容量素子と、
前記自身の第2入力端と前記自身の第1出力端との間に接続される第(2L−1)番目の整流素子と、
前記自身の第1出力端と前記自身の第2出力端との間に接続される第(2L)番目の整流素子と、
の組合せから構成され、
前記第M番目のチップの第2出力端から昇圧電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路。
Each of the booster circuits is composed of a first stage to an Mth stage formed on a first chip to an Mth chip (M is a natural number of 2 or more) from the lowest layer,
The first stage includes:
A first capacitive element connected between a first input terminal to which a first signal is input and a first output terminal;
A second capacitor connected between a second input terminal and a second output terminal to which a signal whose phase is inverted by 180 degrees from the first signal is input;
A first rectifier element connected between the second input end and the first output end;
A second rectifying element connected between the first output end and the second output end;
Consisting of a combination of
The L-th stage (1 <L ≦ M) of the first to M-th stages is:
A (2L-1) th capacitive element connected between its first input terminal connected to the first output terminal of the (L-1) th chip and its first output terminal;
A (2L) th capacitive element connected between its second input terminal connected to the second output terminal of the (L-1) th chip and its second output terminal;
A (2L-1) th rectifying element connected between the second input end of the device and the first output end of the device;
A (2L) th rectifying element connected between the first output terminal of the self and the second output terminal of the self;
Consisting of a combination of
2. The booster circuit according to claim 1, wherein the booster voltage is output from a second output terminal of the Mth chip.
前記昇圧回路は、それぞれ最下層から第1番目のチップ〜第M番目(Mは2以上の自然数)のチップ上に形成される、第1段〜第M段から構成され、
前記第1段は、
第1の信号が入力される第1入力端と第1出力端との間に接続される第1番目の容量素子と、
前記第1の信号と位相が180度反転した信号が入力される第2入力端と前記第1出力端との間に接続される第1番目の整流素子と、
の組合せから構成され、前記第2入力端と第2出力端との間は直結されており、
前記第2段は、
前記第1番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第2出力端との間に接続される第2番目の容量素子と、
前記第1番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と前記自身の第2出力端との間に接続される第2番目の整流素子と、の組合せから構成され、前記自身の第1入力端と自身の第1出力端との間は直結されており、
前記第1段〜第M段のうちの第L段(2<L≦M)は、
Lが奇数の場合、
第(L−1)番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と自身の第1出力端との間に接続される第(L)番目の容量素子と、
第(L−1)番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と前記自身の第1出力端との間に接続される第(L)番目の整流素子と、
の組合せから構成され、前記自身の第2入力端と自身の第2出力端との間は直結されており、
Lが偶数の場合、
第(L−1)番目のチップの第2出力端に接続される自身の第2入力端と自身の第2出力端との間に接続される第(L)番目の容量素子と、
第(L−1)番目のチップの第1出力端に接続される自身の第1入力端と前記自身の第2出力端との間に接続される第(L)番目の整流素子と、
の組合せから構成され、前記自身の第1入力端と第1出力端との間は直結されており、
Mが奇数の場合、前記第M番目のチップの第1出力端から、Mが偶数の場合、前記第M番目のチップの第2出力端から、昇圧電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の昇圧回路。
Each of the booster circuits is composed of a first stage to an Mth stage formed on a first chip to an Mth chip (M is a natural number of 2 or more) from the lowest layer,
The first stage includes:
A first capacitive element connected between a first input terminal to which a first signal is input and a first output terminal;
A first rectifier element connected between a second input terminal to which a signal whose phase is inverted by 180 degrees from the first signal is input and the first output terminal;
The second input end and the second output end are directly connected,
The second stage includes:
A second capacitive element connected between its second input terminal connected to the second output terminal of the first chip and its second output terminal;
It is composed of a combination of a first input terminal connected to the first output terminal of the first chip and a second rectifier element connected between the second output terminal of the first chip, The first input terminal of the self and the first output terminal of the self are directly connected,
The L-th stage (2 <L ≦ M) of the first to M-th stages is
If L is odd,
A (L) th capacitive element connected between its first input terminal connected to the first output terminal of the (L-1) th chip and its first output terminal;
A (L) -th rectifying element connected between its second input terminal connected to the second output terminal of the (L-1) -th chip and its own first output terminal;
The own second input end and the second output end of the own are directly connected,
If L is an even number,
A (L) th capacitive element connected between its second input terminal connected to the second output terminal of the (L-1) th chip and its second output terminal;
A (L) -th rectifying element connected between its first input terminal connected to the first output terminal of the (L-1) -th chip and its second output terminal;
The first input terminal and the first output terminal of the self are directly connected,
The boosted voltage is output from a first output terminal of the Mth chip when M is an odd number, and from a second output terminal of the Mth chip when M is an even number. 2. The booster circuit according to 1.
前記第1番目のチップから第M番目のチップ各々における前記第1入力端と前記第1出力端、前記第1番目のチップから第M番目のチップ各々における前記第2入力端と前記第2出力端とは、それぞれチップを平面視して同一位置に位置し、前記第1番目のチップから第M番目のチップは積層され、下層チップの第1出力端と上層チップの第1入力端、下層チップの第2出力端と上層チップの第2入力端それぞれが積層順に従って縦列接続されることを特徴とする請求項5または請求項6いずれか一項に記載の昇圧回路。   The first input terminal and the first output terminal in each of the first chip to the Mth chip, and the second input terminal and the second output of each of the first chip to the Mth chip. The ends are located at the same position in plan view, the first to Mth chips are stacked, the first output end of the lower layer chip, the first input end of the upper layer chip, the lower layer chip 7. The booster circuit according to claim 5, wherein the second output terminal of the chip and the second input terminal of the upper chip are respectively connected in cascade according to a stacking order. 前記第M番目のチップから出力される昇圧電圧は、前記第1番目のチップから第M番目のチップ各々における同一構成の内部回路にそれぞれ供給されることを特徴とする請求項5乃至請求項7いずれか一項に記載の昇圧回路。   8. The boosted voltage output from the Mth chip is supplied to the internal circuit having the same configuration in each of the Mth chip from the first chip. The booster circuit according to any one of the above. 前記内部回路は、前記昇圧電圧が供給されると、0または1の論理レベルを不揮発に記憶するヒューズ素子を有することを特徴とする請求項4または請求項8いずれか一項に記載の昇圧回路。   9. The booster circuit according to claim 4, wherein the internal circuit includes a fuse element that stores a logic level of 0 or 1 in a nonvolatile manner when the boosted voltage is supplied. . 第1の電圧が供給され、前記第1の電圧よりも大きい第2の電圧を発生する第1の電圧発生回路を備えた第1のチップと、
前記第1のチップに積層され、前記第2の電圧を前記第1のチップから供給され、前記第2の電圧よりも大きい第3の電圧を発生する第2の電圧発生回路を備えた第2のチップと、
を備え、前記第1及び第2の電圧発生回路は其々のチップ内において互いに等しい位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
A first chip provided with a first voltage generation circuit that is supplied with a first voltage and generates a second voltage that is greater than the first voltage;
A second voltage generation circuit that is stacked on the first chip, is supplied with the second voltage from the first chip, and generates a third voltage larger than the second voltage; Chips and
The semiconductor device is characterized in that the first and second voltage generating circuits are arranged at equal positions in each chip.
前記第1及び第2の電圧発生回路は互いに等しい回路構成であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the first voltage generation circuit and the second voltage generation circuit have the same circuit configuration. 前記第1のチップは第1及び第2の面を有するものであって、
前記第1の面に前記第1の電圧が供給される第1の端子と、
前記第2の面に前記第2の電圧が供給される第2の端子と、を備え、
前記第2のチップは第3及び第4の面を有するものであって、
前記第3の面に前記第2の電極と接続される第3の端子と、
前記第4の面に前記第3の電圧が供給される第4の端子と、を備える
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
The first chip has first and second surfaces, and
A first terminal to which the first voltage is supplied to the first surface;
A second terminal to which the second voltage is supplied to the second surface,
The second chip has third and fourth surfaces, and
A third terminal connected to the second electrode on the third surface;
The semiconductor device according to claim 10, further comprising: a fourth terminal to which the third voltage is supplied to the fourth surface.
前記第1のチップは前記第1のチップを貫通する第1の貫通電極と、
前記第1の貫通電極と接続される第5及び第6の端子を前記第1及び第2の面に其々有し、
前記第2のチップは前記第2のチップを貫通する第2の貫通電極と、
前記第2の貫通電極と接続される第7及び第8の端子を前記第3及び第4の面に其々有するものであって、
前記第1のチップの前記第6の端子は前記第2のチップの前記第7の端子と接続され、前記第7の端子には前記第3の電圧が供給されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
The first chip includes a first through electrode penetrating the first chip;
The first and second surfaces have fifth and sixth terminals connected to the first through electrode, respectively.
The second chip includes a second through electrode penetrating the second chip;
The seventh and eighth terminals connected to the second through electrode on the third and fourth surfaces, respectively,
The sixth terminal of the first chip is connected to the seventh terminal of the second chip, and the third voltage is supplied to the seventh terminal. 10. The semiconductor device according to 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015023781A (en) * 2013-07-24 2015-02-02 株式会社日立ハイテクノロジーズ High-voltage generation device and charged particle beam device using the same

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