JP2019092303A - Negative voltage boosting charge pump - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書中に開示されている発明は、負昇圧チャージポンプに関する。 The invention disclosed herein relates to a negative boost charge pump.
従来より、接地電圧よりも低い負の出力電圧を生成する負昇圧チャージポンプが様々なアプリケーションで利用されている。 Conventionally, negative boost charge pumps that produce negative output voltages below ground are used in a variety of applications.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1及び特許文献2を挙げることができる。
In addition,
しかしながら、従来の負昇圧チャージポンプは、その動作安定性の向上(=定量的予測の難しい寄生npnトランジスタの動作抑制)について、さらなる改善の余地があった。 However, the conventional negative boost charge pump has room for further improvement with respect to the improvement of its operation stability (= operation suppression of parasitic npn transistor of which quantitative prediction is difficult).
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、動作安定性の高い負昇圧チャージポンプを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems found by the inventor of the present application, the invention disclosed in the present specification aims to provide a negative boost charge pump with high operation stability.
本明細書中に開示されている負昇圧チャージポンプは、電荷転送トランジスタを含む負昇圧ユニットと、前記電荷転送トランジスタのバックゲートの接続先をドレイン及びソースのいずれか低電位側に切り替える低電位ホールド回路と、前記電荷転送トランジスタのバックゲートとドレインまたはソースとの間に接続されて前記電荷転送トランジスタと共にオン/オフされるホールド補助トランジスタと、を有し、接地電圧よりも低い負の出力電圧を生成する構成(第1の構成)とされている。 The negative boosting charge pump disclosed in the present specification includes a negative boosting unit including a charge transfer transistor, and a low potential hold switching the connection destination of the back gate of the charge transfer transistor to either the drain or the source. A negative auxiliary output voltage lower than the ground voltage, comprising: a circuit; and a hold assist transistor connected between the back gate and the drain or source of the charge transfer transistor and turned on / off together with the charge transfer transistor. It is set as the structure (1st structure) to produce | generate.
なお、第1の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、前記負昇圧ユニットは、前記接地電圧の入力端と前記出力電圧の出力端との間に複数段直列接続されており、位相の異なる4相のクロック信号を用いて駆動される構成(第2の構成)にするとよい。 In the negative booster charge pump having the first configuration, the negative booster unit is connected in series between the input terminal of the ground voltage and the output terminal of the output voltage in a plurality of stages, and has four phases different in phase. It is preferable to use a configuration (second configuration) driven using a clock signal of
また、上記第1または第2の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、前記負昇圧ユニットは、ドレインがユニット入力端に接続されてソースがユニット出力端に接続された前記電荷転送トランジスタと、ゲートが前記ユニット入力端に接続されてドレインが前記電荷転送トランジスタのゲートに接続されてソース及びバックゲートが前記ユニット出力端に接続された放電トランジスタと、第1端が前記ユニット出力端に接続されて第2端が第1クロック入力端に接続されたフライングキャパシタと、第1端が前記電荷転送トランジスタのゲートに接続されて第2端が第2クロック入力端に接続されたゲートキャパシタと、を含む構成(第3の構成)にするとよい。 In the negative boosting charge pump having the first or second configuration, the negative boosting unit has a gate connected to the charge transfer transistor having a drain connected to a unit input end and a source connected to a unit output end. A discharge transistor connected to the unit input end, a drain connected to the gate of the charge transfer transistor, a source and a back gate connected to the unit output end, and a first end connected to the unit output end; A flying capacitor having two ends connected to a first clock input end, and a gate capacitor having a first end connected to the gate of the charge transfer transistor and a second end connected to a second clock input end It is good to set it as (3rd structure).
また、上記第3の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、前記低電位ホールド回路は、ドレインが前記電荷転送トランジスタのドレインに接続されてゲートが前記電荷転送トランジスタのソースに接続されてソース及びバックゲートが前記電荷転送トランジスタのバックゲートに接続された第1トランジスタと、ドレインが前記電荷転送トランジスタのソースに接続されてゲートが前記電荷転送トランジスタのドレインに接続されてソース及びバックゲートが前記電荷転送トランジスタのバックゲートに接続された第2トランジスタと、を含む構成(第4の構成)にするとよい。 In the negative boosted charge pump having the third configuration, the low potential hold circuit has a drain connected to the drain of the charge transfer transistor and a gate connected to the source of the charge transfer transistor to provide a source and a back gate. A first transistor connected to the back gate of the charge transfer transistor, a drain connected to the source of the charge transfer transistor, a gate connected to the drain of the charge transfer transistor, and a source and a back gate for the charge transfer transistor And a second transistor connected to the back gate of the transistor (4).
また、上記第4の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、前記電荷転送トランジスタ、前記放電トランジスタ、前記第1トランジスタ、及び、前記第2トランジスタは、いずれも、Nチャネル型である構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the negative booster charge pump having the fourth configuration, the charge transfer transistor, the discharge transistor, the first transistor, and the second transistor are all N-channel type (fifth Configuration).
また、上記第2の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、最後段の負昇圧ユニットは、ドレインがユニット入力端に接続されてゲートとソース及びバックゲートがユニット出力端に接続されたNチャネル型の電荷転送トランジスタを含む構成(第6の構成)にするとよい。 In the negative boosting charge pump of the second configuration, the negative boosting unit at the last stage has an N-channel type in which the drain is connected to the unit input end and the gate, source and back gate are connected to the unit output end. The charge transfer transistor may be configured (sixth configuration).
また、上記第2の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、最前段の負昇圧ユニットは、ドレインがユニット入力端に接続されてゲートとソース及びバックゲートがユニット出力端に接続されたNチャネル型の電荷転送トランジスタと、第1端が前記ユニット出力端に接続されて第2端がクロック入力端に接続されたフライングキャパシタと、を含む構成(第7の構成)にするとよい。 In the negative boosting charge pump of the second configuration, the negative boosting unit at the first stage has an N-channel type in which the drain is connected to the unit input end and the gate, source and back gate are connected to the unit output end. The charge transfer transistor may have a configuration (seventh configuration) including a charge transfer transistor, and a flying capacitor having a first end connected to the unit output end and a second end connected to a clock input end.
また、上記第2の構成から成る負昇圧チャージポンプにおいて、最前段の負昇圧ユニットは、ソースとバックゲートがユニット入力端に接続されてゲートとドレインがユニット出力端に接続されたPチャネル型の電荷転送トランジスタと、第1端が前記ユニット出力端に接続されて第2端がクロック入力端に接続されたフライングキャパシタと、を含む構成(第8の構成)にするとよい。 In the negative boosting charge pump of the second configuration, the negative boosting unit at the first stage is a P-channel type in which the source and the back gate are connected to the unit input end and the gate and the drain are connected to the unit output end. The charge transfer transistor may have a configuration (eighth configuration) including a charge transfer transistor, and a flying capacitor having a first end connected to the unit output end and a second end connected to a clock input end.
また、本明細書中に開示されている半導体装置は、上記第5の構成から成る負昇圧チャージポンプを集積化して成り、P型半導体基板と、前記P型半導体基板に形成されたN型ウェルと、前記N型ウェルに形成された複数のP型ウェルとを有し、前記電荷転送トランジスタ、前記ホールド補助トランジスタ、前記第1トランジスタ、並びに、前記第2トランジスタは、前記複数のP型ウェルをそれぞれのバックゲートとする構成(第9の構成)とされている。 The semiconductor device disclosed in the present specification is an integrated P-type semiconductor substrate and an N-type well formed in the P-type semiconductor substrate, which is formed by integrating the negative boost charge pump having the fifth configuration. And a plurality of P-type wells formed in the N-type well, wherein the charge transfer transistor, the hold assist transistor, the first transistor, and the second transistor are configured to have the plurality of P-type wells. Each back gate is configured (ninth configuration).
また、本明細書中に開示されている不揮発性半導体記憶装置は、上記第1〜第8いずれかの構成から成る負昇圧チャージポンプを有する構成(第10の構成)とされている。 Further, the nonvolatile semiconductor memory device disclosed in the present specification has a configuration (tenth configuration) including the negative boost charge pump having any one of the first to eighth configurations.
本明細書中に開示されている発明によれば、動作安定性の高い負昇圧チャージポンプを提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in the present specification, it is possible to provide a negative boost charge pump with high operation stability.
<比較例>
負昇圧チャージポンプの新規な実施形態を説明するに先立ち、まず、これと対比される比較例について簡単に説明する。図1は、負昇圧チャージポンプの比較例を示す回路図である。本比較例の負昇圧チャージポンプ1は、複数段(例えば5段)の負昇圧ユニット10〜50と、低電位ホールド回路110〜150と、出力キャパシタCoと、を有し、接地電圧VSS(=0V)よりも低い負の出力電圧VNを生成する。なお、負昇圧ユニットの段数については、出力電圧VNの目標値に応じて任意に調整すればよい。
Comparative Example
Prior to describing the novel embodiment of the negative boost charge pump, first, a comparative example to be compared with this will be briefly described. FIG. 1 is a circuit diagram showing a comparative example of a negative boost charge pump. The negative
<負昇圧ユニット>
引き続き、図1を参照しながら、負昇圧ユニット10〜50それぞれの回路構成について個別具体的に説明する。
<Negative boost unit>
Subsequently, the circuit configuration of each of the
負昇圧ユニット10は、電荷転送トランジスタM11(NMOSFET)と、放電トランジスタM21(NMOSFET)と、フライングキャパシタC11と、ゲートキャパシタC21と、を含む。
The
電荷転送トランジスタM11のドレインは、ユニット入力端a(=負昇圧ユニット10の入力端)として、接地電圧VSSの入力端に接続されている。電荷転送トランジスタM11のソースは、ユニット出力端b(=負昇圧ユニット10の出力端)として、負昇圧ユニット20の入力端に接続されている。
The drain of the charge transfer transistor M11 is connected to the input end of the ground voltage VSS as a unit input end a (= the input end of the negative boosting unit 10). The source of the charge transfer transistor M11 is connected to the input end of the
放電トランジスタM21のゲートは、電荷転送トランジスタM11のドレイン(=ユニット入力端a)に接続されている。放電トランジスタM21のドレインは、電荷転送トランジスタM11のゲートに接続されている。放電トランジスタM21のソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM11のソース(=ユニット出力端b)に接続されている。 The gate of the discharge transistor M21 is connected to the drain (= unit input terminal a) of the charge transfer transistor M11. The drain of the discharge transistor M21 is connected to the gate of the charge transfer transistor M11. The source and the back gate of the discharge transistor M21 are both connected to the source (= unit output terminal b) of the charge transfer transistor M11.
フライングキャパシタC11の第1端は、電荷転送トランジスタM11のソース(=ユニット出力端b)に接続されている。フライングキャパシタC11の第2端は、第1クロック入力端cとして、クロック信号CLK3の入力端に接続されている。 The first end of the flying capacitor C11 is connected to the source (= unit output terminal b) of the charge transfer transistor M11. The second end of the flying capacitor C11 is connected to the input end of the clock signal CLK3 as the first clock input end c.
ゲートキャパシタC21の第1端は、電荷転送トランジスタM11のゲートに接続されている。ゲートキャパシタC21の第2端は、第2クロック入力端dとして、クロック信号CLK1の入力端に接続されている。 The first end of the gate capacitor C21 is connected to the gate of the charge transfer transistor M11. The second end of the gate capacitor C21 is connected to the input end of the clock signal CLK1 as a second clock input end d.
負昇圧ユニット20は、電荷転送トランジスタM12(NMOSFET)と、放電トランジスタM22(NMOSFET)と、フライングキャパシタC12と、ゲートキャパシタC22と、を含む。
The
電荷転送トランジスタM12のドレインは、負昇圧ユニット20の入力端として、負昇圧ユニット10の出力端に接続されている。電荷転送トランジスタM12のソースは、負昇圧ユニット20の出力端として、負昇圧ユニット30の入力端に接続されている。
The drain of the charge transfer transistor M12 is connected to the output end of the
放電トランジスタM22のゲートは、電荷転送トランジスタM12のドレインに接続されている。放電トランジスタM22のドレインは、電荷転送トランジスタM12のゲートに接続されている。放電トランジスタM22のソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM12のソースに接続されている。 The gate of the discharge transistor M22 is connected to the drain of the charge transfer transistor M12. The drain of the discharge transistor M22 is connected to the gate of the charge transfer transistor M12. The source and back gate of the discharge transistor M22 are both connected to the source of the charge transfer transistor M12.
フライングキャパシタC12の第1端は、電荷転送トランジスタM12のソースに接続されている。フライングキャパシタC12の第2端は、第1クロック入力端として、クロック信号CLK4の入力端に接続されている。 The first end of the flying capacitor C12 is connected to the source of the charge transfer transistor M12. The second end of the flying capacitor C12 is connected to the input end of the clock signal CLK4 as a first clock input end.
ゲートキャパシタC22の第1端は、電荷転送トランジスタM12のゲートに接続されている。ゲートキャパシタC22の第2端は、第2クロック入力端として、クロック信号CLK2の入力端に接続されている。 The first end of the gate capacitor C22 is connected to the gate of the charge transfer transistor M12. The second end of the gate capacitor C22 is connected to the input end of the clock signal CLK2 as a second clock input end.
負昇圧ユニット30は、電荷転送トランジスタM13(NMOSFET)と、放電トランジスタM23(NMOSFET)と、フライングキャパシタC13と、ゲートキャパシタC23と、を含む。
電荷転送トランジスタM13のドレインは、負昇圧ユニット30の入力端として、負昇圧ユニット20の出力端に接続されている。電荷転送トランジスタM13のソースは、負昇圧ユニット30の出力端として、負昇圧ユニット40の入力端に接続されている。
The drain of the charge transfer transistor M13 is connected to the output end of the
放電トランジスタM23のゲートは、電荷転送トランジスタM13のドレインに接続されている。放電トランジスタM23のドレインは、電荷転送トランジスタM13のゲートに接続されている。放電トランジスタM23のソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM13のソースに接続されている。 The gate of the discharge transistor M23 is connected to the drain of the charge transfer transistor M13. The drain of the discharge transistor M23 is connected to the gate of the charge transfer transistor M13. The source and back gate of the discharge transistor M23 are both connected to the source of the charge transfer transistor M13.
フライングキャパシタC13の第1端は、電荷転送トランジスタM13のソースに接続されている。フライングキャパシタC13の第2端は、第1クロック入力端として、クロック信号CLK3の入力端に接続されている。 The first end of the flying capacitor C13 is connected to the source of the charge transfer transistor M13. The second end of the flying capacitor C13 is connected to the input end of the clock signal CLK3 as a first clock input end.
ゲートキャパシタC23の第1端は、電荷転送トランジスタM13のゲートに接続されている。ゲートキャパシタC23の第2端は、第2クロック入力端として、クロック信号CLK1の入力端に接続されている。 The first end of the gate capacitor C23 is connected to the gate of the charge transfer transistor M13. The second end of the gate capacitor C23 is connected to the input end of the clock signal CLK1 as a second clock input end.
負昇圧ユニット40は、電荷転送トランジスタM14(NMOSFET)と、放電トランジスタM24(NMOSFET)と、フライングキャパシタC14と、ゲートキャパシタC24と、を含む。
電荷転送トランジスタM14のドレインは、負昇圧ユニット40の入力端として、負昇圧ユニット30の出力端に接続されている。電荷転送トランジスタM14のソースは、負昇圧ユニット40の出力端として、負昇圧ユニット50の入力端に接続されている。
The drain of the charge transfer transistor M <b> 14 is connected to the output end of the
放電トランジスタM24のゲートは、電荷転送トランジスタM14のドレインに接続されている。放電トランジスタM24のドレインは、電荷転送トランジスタM14のゲートに接続されている。放電トランジスタM24のソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM14のソースに接続されている。 The gate of the discharge transistor M24 is connected to the drain of the charge transfer transistor M14. The drain of the discharge transistor M24 is connected to the gate of the charge transfer transistor M14. The source and back gate of the discharge transistor M24 are both connected to the source of the charge transfer transistor M14.
フライングキャパシタC14の第1端は、電荷転送トランジスタM14のソースに接続されている。フライングキャパシタC14の第2端は、第1クロック入力端として、クロック信号CLK4の入力端に接続されている。 The first end of the flying capacitor C14 is connected to the source of the charge transfer transistor M14. The second end of the flying capacitor C14 is connected to the input end of the clock signal CLK4 as a first clock input end.
ゲートキャパシタC24の第1端は、電荷転送トランジスタM14のゲートに接続されている。ゲートキャパシタC24の第2端は、第2クロック入力端として、クロック信号CLK2の入力端に接続されている。 The first end of the gate capacitor C24 is connected to the gate of the charge transfer transistor M14. The second end of the gate capacitor C24 is connected to the input end of the clock signal CLK2 as a second clock input end.
負昇圧ユニット50は、電荷転送トランジスタM15(NMOSFET)と、放電トランジスタM25(NMOSFET)と、ゲートキャパシタC25と、を含む。
The
電荷転送トランジスタM15のドレインは、負昇圧ユニット50の入力端として、負昇圧ユニット40の出力端に接続されている。電荷転送トランジスタM15のソースは、負昇圧ユニット50の出力端として、出力電圧VNの出力端に接続されている。
The drain of the charge transfer transistor M15 is connected to the output end of the
放電トランジスタM25のゲートは、電荷転送トランジスタM15のドレインに接続されている。放電トランジスタM25のドレインは、電荷転送トランジスタM15のゲートに接続されている。放電トランジスタM25のソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM15のソースに接続されている。 The gate of the discharge transistor M25 is connected to the drain of the charge transfer transistor M15. The drain of the discharge transistor M25 is connected to the gate of the charge transfer transistor M15. The source and back gate of the discharge transistor M25 are both connected to the source of the charge transfer transistor M15.
ゲートキャパシタC25の第1端は、電荷転送トランジスタM15のゲートに接続されている。ゲートキャパシタC25の第2端は、クロック入力端として、クロック信号CLK1の入力端に接続されている。 The first end of the gate capacitor C25 is connected to the gate of the charge transfer transistor M15. The second end of the gate capacitor C25 is connected as the clock input end to the input end of the clock signal CLK1.
出力キャパシタCoの第1端は、出力電圧VNの出力端に接続されている。出力キャパシタCoの第2端は、接地電圧VSSの印加端に接続されている。 The first end of the output capacitor Co is connected to the output end of the output voltage VN. The second end of the output capacitor Co is connected to the application end of the ground voltage VSS.
このように、負昇圧ユニット10〜50は、接地電圧VSSの入力端と出力電圧VNの出力端との間に直列接続されており、位相の異なる4相のクロック信号CLK1〜CLK4を用いて駆動される。
Thus, negative boosting
<4相クロック駆動>
図2は、4相クロック駆動を示すタイミングチャートであり、上から順に、クロック信号CLK1〜CLK4が描写されている。クロック信号CLK1〜CLK4は、いずれもハイレベル(例えば電源電圧VCC)とローレベル(例えば接地電圧VSS)との間で、パルス駆動される。
<4 phase clock drive>
FIG. 2 is a timing chart showing four-phase clock driving, in which the clock signals CLK1 to CLK4 are depicted in order from the top. The clock signals CLK1 to CLK4 are all pulsed between a high level (for example, the power supply voltage VCC) and a low level (for example, the ground voltage VSS).
なお、本図の例において、クロック信号CLK1は、時刻t4でハイレベルに立ち上がり、時刻t5でローレベルに立ち下がる。クロック信号CLK2は、時刻t1でローレベルに立ち下がり、時刻t8でハイレベルに立ち上がり、時刻t9でローレベルに立ち下がる。クロック信号CLK3は、時刻t2でハイレベルに立ち上がり、時刻t7でローレベルに立ち下がる。クロック信号CLK4は、時刻t3でローレベルに立ち下がり、時刻t6でハイレベルに立ち上がる。 In the example of this figure, the clock signal CLK1 rises to high level at time t4, and falls to low level at time t5. The clock signal CLK2 falls to low level at time t1, rises to high level at time t8, and falls to low level at time t9. The clock signal CLK3 rises to high level at time t2 and falls to low level at time t7. The clock signal CLK4 falls to low level at time t3 and rises to high level at time t6.
期間T1(=時刻t1〜t2)では、クロック信号CLK1〜CLK3がローレベルとなり、クロック信号CLK4がハイレベルとなる。なお、時刻t1におけるクロック信号CLK2の立下りに伴い、ゲートキャパシタC22を介して電荷転送トランジスタM12のゲート・ソース間電圧が低下するので、電荷転送トランジスタM12がオフする。電荷転送トランジスタM14についても同様である。 In the period T1 (= time t1 to t2), the clock signals CLK1 to CLK3 are at low level, and the clock signal CLK4 is at high level. Since the gate-source voltage of the charge transfer transistor M12 decreases via the gate capacitor C22 with the falling of the clock signal CLK2 at time t1, the charge transfer transistor M12 is turned off. The same applies to the charge transfer transistor M14.
期間T2(=時刻t2〜t3)では、クロック信号CLK1及びCLK2がローレベルとなり、クロック信号CLK3及びCLK4がハイレベルとなる。なお、時刻t2におけるクロック信号CLK3の立上りに伴い、フライングキャパシタC11を介して放電トランジスタM22のゲート・ソース間電圧が上昇するので、放電トランジスタM22がオンする。放電トランジスタM24についても同様である。一方、クロック信号CLK3がハイレベルに立ち上がると、フライングキャパシタC11を介して放電トランジスタM21のゲート・ソース間電圧が低下するので、放電トランジスタM21がオフする。 In the period T2 (= time t2 to t3), the clock signals CLK1 and CLK2 become low level, and the clock signals CLK3 and CLK4 become high level. Since the gate-source voltage of the discharge transistor M22 rises via the flying capacitor C11 with the rise of the clock signal CLK3 at time t2, the discharge transistor M22 is turned on. The same applies to the discharge transistor M24. On the other hand, when the clock signal CLK3 rises to the high level, the voltage between the gate and the source of the discharge transistor M21 decreases via the flying capacitor C11, and the discharge transistor M21 turns off.
期間T3(=時刻t3〜t4)では、クロック信号CLK1、CLK2及びCLK4がローレベルとなり、クロック信号CLK3がハイレベルとなる。なお、時刻t3におけるクロック信号CLK4の立下りに伴い、フライングキャパシタC12を介して放電トランジスタM23のゲート・ソース間電圧が低下するので、放電トランジスタM23がオフする。放電トランジスタM25についても同様である。 In the period T3 (= time t3 to t4), the clock signals CLK1, CLK2 and CLK4 are at low level, and the clock signal CLK3 is at high level. Since the voltage between the gate and the source of the discharge transistor M23 decreases via the flying capacitor C12 with the falling of the clock signal CLK4 at time t3, the discharge transistor M23 is turned off. The same applies to the discharge transistor M25.
期間T4(=時刻t4〜t5)では、クロック信号CLK2及びCLK4がローレベルとなり、クロック信号CLK1及びCLK3がハイレベルとなる。なお、時刻t4におけるクロック信号CLK1の立上りに伴い、ゲートキャパシタC21を介して電荷転送トランジスタM11のゲート・ソース間電圧が上昇するので、電荷転送トランジスタM11がオンする。電荷転送トランジスタM13及びM15についても同様である。 In the period T4 (= time t4 to t5), the clock signals CLK2 and CLK4 become low level, and the clock signals CLK1 and CLK3 become high level. Since the gate-source voltage of the charge transfer transistor M11 rises via the gate capacitor C21 with the rise of the clock signal CLK1 at time t4, the charge transfer transistor M11 is turned on. The same applies to the charge transfer transistors M13 and M15.
期間T5(=時刻t5〜t6)では、クロック信号CLK1、CLK2及びCLK4がローレベルとなり、クロック信号CLK3がハイレベルとなる。なお、時刻t5におけるクロック信号CLK1の立下りに伴い、ゲートキャパシタC21を介して電荷転送トランジスタM11のゲート・ソース間電圧が低下するので、電荷転送トランジスタM11がオフする。電荷転送トランジスタM13及びM15についても同様である。 In the period T5 (= time t5 to t6), the clock signals CLK1, CLK2 and CLK4 are at low level, and the clock signal CLK3 is at high level. Since the gate-source voltage of the charge transfer transistor M11 decreases via the gate capacitor C21 with the falling of the clock signal CLK1 at time t5, the charge transfer transistor M11 is turned off. The same applies to the charge transfer transistors M13 and M15.
期間T6(=時刻t6〜t7)では、クロック信号CLK1及びCLK2がローレベルとなり、クロック信号CLK3及びCLK4がハイレベルとなる。なお、時刻t6におけるクロック信号CLK4の立上りに伴い、フライングキャパシタC12を介して放電トランジスタM23のゲート・ソース間電圧が上昇するので、放電トランジスタM23がオンする。放電トランジスタM25についても同様である。 In the period T6 (= time t6 to t7), the clock signals CLK1 and CLK2 become low level, and the clock signals CLK3 and CLK4 become high level. Since the gate-source voltage of the discharge transistor M23 rises via the flying capacitor C12 with the rise of the clock signal CLK4 at time t6, the discharge transistor M23 turns on. The same applies to the discharge transistor M25.
期間T7(=時刻t7〜t8)では、クロック信号CLK1〜CLK3がローレベルとなり、クロック信号CLK4がハイレベルとなる。なお、時刻t7におけるクロック信号CLK3の立下りに伴い、フライングキャパシタC11を介して放電トランジスタM22のゲート・ソース間電圧が低下するので、放電トランジスタM22がオフする。放電トランジスタM24についても同様である。一方、クロック信号CLK3がローレベルに立ち下がると、フライングキャパシタC11を介して放電トランジスタM21のゲート・ソース間電圧が上昇するので、放電トランジスタM21がオンする。 In the period T7 (= time t7 to t8), the clock signals CLK1 to CLK3 are at low level, and the clock signal CLK4 is at high level. Since the voltage between the gate and the source of the discharge transistor M22 is lowered via the flying capacitor C11 with the fall of the clock signal CLK3 at time t7, the discharge transistor M22 is turned off. The same applies to the discharge transistor M24. On the other hand, when the clock signal CLK3 falls to a low level, the voltage between the gate and the source of the discharge transistor M21 rises via the flying capacitor C11, and the discharge transistor M21 turns on.
期間T8(=時刻t8〜t9)では、クロック信号CLK1及びCLK3がローレベルとなり、クロック信号CLK2及びCLK4がハイレベルとなる。なお、時刻t8におけるクロック信号CLK2の立上りに伴い、ゲートキャパシタC22を介して電荷転送トランジスタM12のゲート・ソース間電圧が上昇するので、電荷転送トランジスタM12がオンする。電荷転送トランジスタM14についても同様である。 In the period T8 (= time t8 to t9), the clock signals CLK1 and CLK3 are at low level, and the clock signals CLK2 and CLK4 are at high level. Since the voltage between the gate and the source of the charge transfer transistor M12 rises via the gate capacitor C22 with the rise of the clock signal CLK2 at time t8, the charge transfer transistor M12 is turned on. The same applies to the charge transfer transistor M14.
上記したように、位相の異なる4相のクロック信号CLK1〜CLK4に同期して、期間T1〜T8が繰り返されることにより、接地電圧VSS(=0V)よりも低い負の出力電圧VNが生成される。 As described above, by repeating the periods T1 to T8 in synchronization with the four phase clock signals CLK1 to CLK4 different in phase, the negative output voltage VN lower than the ground voltage VSS (= 0 V) is generated. .
<低電位ホールド回路>
図1に戻り、低電位ホールド回路110〜150それぞれの回路構成について、個別具体的に説明する。
<Low potential hold circuit>
Returning to FIG. 1, the circuit configuration of each of the low
低電位ホールド回路110は、トランジスタM30及びM31(いずれもNMOSFET)を含む。トランジスタM30のドレインとトランジスタM31のゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM11のドレインに接続されている。トランジスタM30のゲートとトランジスタM31のドレインは、いずれも電荷転送トランジスタM11のソースに接続されている。トランジスタM30及びM31それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM11のバックゲートに接続されている。
Low
低電位ホールド回路120は、トランジスタM32及びM33(いずれもNMOSFET)を含む。トランジスタM32のドレインとトランジスタM33のゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM12のドレインに接続されている。トランジスタM32のゲートとトランジスタM33のドレインは、いずれも電荷転送トランジスタM12のソースに接続されている。トランジスタM32及びM33それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM12のバックゲートに接続されている。
Low
低電位ホールド回路130は、トランジスタM34及びM35(いずれもNMOSFET)を含む。トランジスタM34のドレインとトランジスタM35のゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM13のドレインに接続されている。トランジスタM34のゲートとトランジスタM35のドレインは、いずれも電荷転送トランジスタM13のソースに接続されている。トランジスタM34及びM35それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM13のバックゲートに接続されている。
Low
低電位ホールド回路140は、トランジスタM36及びM37(いずれもNMOSFET)を含む。トランジスタM36のドレインとトランジスタM37のゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM14のドレインに接続されている。トランジスタM36のゲートとトランジスタM37のドレインは、いずれも電荷転送トランジスタM14のソースに接続されている。トランジスタM36及びM37それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM14のバックゲートに接続されている。
Low
低電位ホールド回路150は、トランジスタM38及びM39(いずれもNMOSFET)を含む。トランジスタM38のドレインとトランジスタM39のゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM15のドレインに接続されている。トランジスタM38のゲートとトランジスタM39のドレインは、いずれも電荷転送トランジスタM15のソースに接続されている。トランジスタM38及びM39それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも電荷転送トランジスタM15のバックゲートに接続されている。
Low
例えば、電荷転送トランジスタM11のソースがドレインよりも低電圧である場合、トランジスタM30がオフしてトランジスタM31がオンする。従って、電荷転送トランジスタM11のバックゲートは、トランジスタM31を介して電荷転送トランジスタM11のソースに接続される。これとは反対に、電荷転送トランジスタM11のドレインがソースよりも低電圧である場合、トランジスタM30がオンしてトランジスタM31がオフする。従って、電荷転送トランジスタM11のバックゲートは、トランジスタM30を介して電荷転送トランジスタM11のドレインに接続される。 For example, when the voltage of the source of the charge transfer transistor M11 is lower than that of the drain, the transistor M30 is turned off and the transistor M31 is turned on. Therefore, the back gate of the charge transfer transistor M11 is connected to the source of the charge transfer transistor M11 via the transistor M31. On the contrary, when the drain of the charge transfer transistor M11 has a voltage lower than that of the source, the transistor M30 is turned on and the transistor M31 is turned off. Therefore, the back gate of the charge transfer transistor M11 is connected to the drain of the charge transfer transistor M11 via the transistor M30.
すなわち、低電位ホールド回路110は、電荷転送トランジスタM11のバックゲートの接続先をドレイン及びソースのいずれか低電位側に切り替える。低電位ホールド回路120〜150についても同様である。
That is, the low
次に、低電位ホールド回路110〜150の導入意義について、図3〜図5を参照しながら詳細に説明する。
Next, the significance of introducing the low
図3及び図4は、それぞれ、負昇圧チャージポンプ1に低電位ホールド回路110〜150が導入されておらず、電荷転送トランジスタM15のバックゲートとソースとの間がショートされているという仮定の下、電荷転送トランジスタM15に寄生素子が付随する様子を示す回路図及び縦断面図である。
3 and 4, under the assumption that the low
両図で示すように、低電位ホールド回路150が未導入である場合、電荷転送トランジスタM15には、寄生ダイオードD1とnpn型の寄生トランジスタQ1が付随する。
As shown in both figures, when the low
なお、寄生ダイオードD1は、電荷転送トランジスタM15のバックゲートBGに相当するP型ウェル204(ないしはP型不純物拡散層221)をアノードとし、電荷転送トランジスタM15のドレインDに相当するN型不純物拡散層215をカソードとするように付随している。 The parasitic diode D1 uses the P-type well 204 (or P-type impurity diffusion layer 221) corresponding to the back gate BG of the charge transfer transistor M15 as an anode and an N-type impurity diffusion layer corresponding to the drain D of the charge transfer transistor M15. It is attached to make 215 a cathode.
一方、寄生トランジスタQ1は、P型ウェル204(ないしP型不純物拡散層221)をベースとし、N型不純物拡散層215をエミッタとし、P型ウェル204を内包するN型ウェル201をコレクタとするように付随している。
On the other hand, parasitic transistor Q1 is based on P-type well 204 (or P-type impurity diffusion layer 221), N-type
ここで、P型半導体基板200には、所定の基板電圧(例えば接地電圧VSS)が印加されており、N型ウェル201には、基板電圧以上の一定電圧(例えば接地電圧VSSまたは電源電圧VDD)が印加されている。
Here, a predetermined substrate voltage (for example, ground voltage VSS) is applied to P-
基本的に、電荷転送トランジスタM15のソース電圧VS(=出力電圧VN)は、ドレイン電圧VDよりも低いので、P型ウェル204とN型不純物拡散層205とのPN接合が順バイアスになることはない。
Basically, since the source voltage VS (= output voltage VN) of the charge transfer transistor M15 is lower than the drain voltage VD, the PN junction between the P-
しかしながら、何らかの要因で、電荷転送トランジスタM15のバックゲート電位が持ち上がり、上記のPN接合が順バイアスになると、寄生ダイオードD1及び寄生トランジスタQ1のラッチアップが生じる。 However, if the back gate potential of the charge transfer transistor M15 rises due to any factor and the PN junction becomes forward biased, latchup of the parasitic diode D1 and the parasitic transistor Q1 occurs.
このようなラッチアップが生じると、寄生トランジスタQ1のコレクタ電流により、フライングキャパシタC14の第1端に現れるノード電圧(=電荷転送トランジスタM15のドレイン電圧VD)が充電される。その結果、電荷転送トランジスタM15のドレインDからソースSに受け渡される電荷転送量が減少するので、負昇圧チャージポンプ1の効率が低下してしまう。
When such latchup occurs, the collector current of the parasitic transistor Q1 charges the node voltage (= the drain voltage VD of the charge transfer transistor M15) appearing at the first end of the flying capacitor C14. As a result, the amount of charge transfer transferred from the drain D to the source S of the charge transfer transistor M15 decreases, so the efficiency of the negative
なお、図3及び図4では、最後段の電荷転送トランジスタM15のみに着目したが、複数段の負昇圧ユニット10〜50を備えた負昇圧チャージポンプ1では、図5で示すように、全ての電荷転送トランジスタM11〜M15に寄生ダイオードD1及び寄生トランジスタQ1が付随しているので、それぞれに上記と同様の課題がある。
In FIGS. 3 and 4, although only the charge transfer transistor M15 of the last stage is focused on, in the negative charge
そこで、負昇圧チャージポンプ1では、先にも述べたように、電荷転送トランジスタM11〜15それぞれのバックゲートの接続先を、それぞれのドレイン及びソースのいずれか低電位側に切り替える低電位ホールド回路110〜150が導入されている。
Therefore, in the negative
図6は、低電位ホールド回路150における低電位ホールド動作を示す波形図であり、上から順に、クロック信号CLK1〜CLK4、並びに、電荷転送トランジスタM15のゲート電圧VG(実線)、ドレイン電圧VD(小破線)、ソース電圧VS(大破線)、及び、バックゲート電圧VBG(太い実線)が描写されている。なお、本図における時刻t1〜t9は、それぞれ、図2のそれと対応している。
FIG. 6 is a waveform diagram showing low potential hold operation in low
本図で示したように、低電位ホールド回路150の導入により、電荷転送トランジスタM15のバックゲート電圧VBGを、ドレイン電圧VD及びソース電圧VSのいずれか低い方(より正確には、これをトランジスタM38またはM39のドレイン・ソース間電圧だけさらに引き下げた電圧)に切り替えることができる(特に時刻t3〜t4を参照)。なお、低電位ホールド回路110〜140についても、上記と同様に理解すればよい。
As shown in the figure, the introduction of the low
このように、低電位ホールド回路110〜150が導入された比較例の負昇圧チャージポンプ1であれば、寄生ダイオードD1及び寄生トランジスタQ1のラッチアップを抑制することができるので、その効率を高めることが可能となる。
As described above, in the case of the negative boosted
ただし、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのオン期間には、それぞれのドレイン・ソース間が短絡されるので、それぞれのドレイン電圧VDとソース電圧VSとの電圧差が小さくなる。その結果、低電位ホールド回路110〜150では、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのバックゲート電圧VBGを低インピーダンスでホールドすることができなくなるので、負昇圧チャージポンプ1の安定動作を保証することが難しくなる。以下では、上記の課題を解消することのできる実施形態について説明する。
However, since the drain and source of each of the charge transfer transistors M11 to M15 are short-circuited during the on period, the voltage difference between the drain voltage VD and the source voltage VS decreases. As a result, in the low
<第1実施形態>
図7は、負昇圧チャージポンプ1の第1実施形態を示す回路図である。本実施形態の負昇圧チャージポンプ1は、先出の比較例(図1)をベースとしつつ、ホールド補助トランジスタM41〜M45(NMOSFET)が追加されている。そこで、比較例と同様の構成要素については、図1と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では第1実施形態の特徴部分について重点的な説明を行う。
First Embodiment
FIG. 7 is a circuit diagram showing a first embodiment of the negative
本図で示すように、ホールド補助トランジスタM41〜M45それぞれのドレインは、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのドレインに接続されている。ホールド補助トランジスタM41〜M45それぞれのソース及びバックゲートは、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのバックゲートに接続されている。 As shown in the drawing, the drains of the hold assist transistors M41 to M45 are connected to the drains of the charge transfer transistors M11 to M15, respectively. The source and back gate of each of the hold assist transistors M41 to M45 are connected to the back gate of each of the charge transfer transistors M11 to M15.
また、ホールド補助トランジスタM41〜M45それぞれのゲートは、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのゲートに接続されている。このような接続により、ホールド補助トランジスタM41〜M45は、それぞれ、電荷転送トランジスタM11〜M15と同期してオン/オフされる。 The gates of the hold assist transistors M41 to M45 are connected to the gates of the charge transfer transistors M11 to M15. By such connection, the hold assist transistors M41 to M45 are turned on / off in synchronization with the charge transfer transistors M11 to M15, respectively.
図8は、負昇圧チャージポンプ1(特に、最後段の電荷転送トランジスタM15と、これに接続されるトランジスタM38及びM39、並びに、ホールド補助トランジスタM45)の縦断面図である。 FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the negative boost charge pump 1 (in particular, the charge transfer transistor M15 of the final stage, the transistors M38 and M39 connected thereto, and the hold assist transistor M45).
本図で示すように、負昇圧チャージポンプ1が集積化される半導体装置のP型半導体基板200(P−sub)には、N型埋設層(B/L[buried layer])に相当するN型ウェル201が形成されている。なお、P型半導体基板200には、所定の基板電圧(例えば接地電圧VSS)が印加されており、N型ウェル201には、基板電圧以上の一定電圧(例えば接地電圧VSSまたは電源電圧VDD)が印加されている。
As shown in the figure, the P-type semiconductor substrate 200 (P-sub) of the semiconductor device in which the negative
N型ウェル201には、4つのP型ウェル202〜205が形成されている。なお、P型ウェル202〜205は、それぞれ、ホールド補助トランジスタM45、トランジスタM38、電荷転送トランジスタM15、及び、トランジスタM39それぞれのバックゲートに相当する。
In the N-
また、N型ウェル201には、P型ウェル202〜205それぞれの周囲において、N型不純物拡散層206〜210が形成されている。なお、N型不純物拡散層206〜210は、それぞれ、N型埋設層のコンタクトに相当する。
In the N-
P型ウェル202〜205には、それぞれ、N型不純物拡散層211及び212、N型不純物拡散層213及び214、N型不純物拡散層215及び216、並びに、N型不純物拡散層217及び218が形成されている。
N-type impurity diffusion layers 211 and 212, N-type impurity diffusion layers 213 and 214, N-type impurity diffusion layers 215 and 216, and N-type impurity diffusion layers 217 and 218 are formed in the P-
なお、N型不純物拡散層211及び212、N型不純物拡散層213及び214、N型不純物拡散層215及び216は、並びに、N型不純物拡散層217及び218は、それぞれ、ホールド補助トランジスタM45、トランジスタM38、電荷転送トランジスタM15、及び、トランジスタM39それぞれのドレイン及びソースに相当する。 The N-type impurity diffusion layers 211 and 212, the N-type impurity diffusion layers 213 and 214, and the N-type impurity diffusion layers 215 and 216, and the N-type impurity diffusion layers 217 and 218 are the hold assist transistor M45 and the transistor, respectively. It corresponds to the drain and source of M38, charge transfer transistor M15, and transistor M39, respectively.
また、P型ウェル202〜205には、それぞれ、P型不純物拡散層219〜222が形成されている。なお、P型不純物拡散層219〜222は、それぞれ、P型ウェル202〜205のコンタクトに相当する。
In addition, P-type impurity diffusion layers 219 to 222 are formed in the P-
さらに、P型ウェル202〜205それぞれのチャネル領域上には、ホールド補助トランジスタM45、トランジスタM38、電荷転送トランジスタM15、及び、トランジスタM39それぞれのゲート223〜226が形成されている。
Further, on the channel region of each of the P-
ホールド補助トランジスタM45、トランジスタM38、及び、電荷転送トランジスタM15それぞれのドレイン(N型不純物拡散層211、213、215)と、トランジスタM39のゲート226は、いずれも、ドレイン電圧VDの印加端に接続されている。
The drains (N-type impurity diffusion layers 211, 213, and 215) of the hold assist transistor M45, the transistor M38, and the charge transfer transistor M15, and the
トランジスタM38のゲート224、電荷転送トランジスタM15のソース(N型不純物拡散層216)と、トランジスタM39のドレイン(N型不純物拡散層217)は、いずれも、ソース電圧VS(=出力電圧VN)の印加端に接続されている。
The
ホールド補助トランジスタM45のゲート223と、電荷転送トランジスタM15のゲート225は、いずれも、ゲート電圧VGの印加端に接続されている。
The
ホールド補助トランジスタM45のソースとバックゲート(N型不純物拡散層212、P型不純物拡散層219)、トランジスタM38のソースとバックゲート(N型不純物拡散層214、P型不純物拡散層220)、電荷転送トランジスタ15のバックゲート(P型不純物拡散層221)、及び、トランジスタM39のソースとバックゲート(N型不純物拡散層218、P型不純物拡散層222)は、いずれも、バックゲート電圧VBGの印加端に接続されている。
Source and back gate (N-type
なお、電荷転送トランジスタM15には、寄生ダイオードD1及びD2が付随する。より具体的に述べると、寄生ダイオードD1は、P型ウェル204をアノードとし、N型不純物拡散層215をカソードとするように付随している。一方、寄生ダイオードD2は、P型ウェル204をアノードとし、N型不純物拡散層216をカソードとするように付随している。
The charge transfer transistor M15 is accompanied by parasitic diodes D1 and D2. More specifically, the parasitic diode D1 is attached such that the P-
また、P型ウェル202〜205とN型ウェル201との間、及び、P型半導体基板201とN型ウェル201との間にも、それぞれ、寄生ダイオードD11及びD12が付随する。より具体的に述べると、寄生ダイオードD11は、P型ウェル202〜205それぞれをアノードとし、N型ウェル201をカソードとするように付随している。一方、寄生ダイオードD12は、P型半導体基板200をアノードとし、N型ウェル201をカソードとするように付随している。
In addition, parasitic diodes D11 and D12 are additionally provided between the P-
このような寄生素子の存在を鑑みると、先出の図7は、図9のように書き改めることができる。ただし、N型ウェル201とP型ウェル202〜205を省略し、P型半導体基板200自体をホールド補助トランジスタM45、トランジスタM38、電荷転送トランジスタM15、及び、トランジスタM39それぞれのバックゲートとしても構わない。
In view of the existence of such a parasitic element, FIG. 7 described above can be rewritten as shown in FIG. However, the N-
上記したように、本実施形態の負昇圧チャージポンプ1には、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのバックゲートとドレインとの間に接続されて、電荷転送トランジスタM11〜M15と共にオン/オフされるホールド補助トランジスタM41〜M45が追加されている。以下では、ホールド補助トランジスタM45のホールド補助動作を例示してその作用効果を説明する。
As described above, in the negative
図10は、ホールド補助トランジスタM45のホールド補助動作を示す波形図である。なお、本図の上段には、クロック信号CLK1〜CLK4が描写されている。また、本図の中段と下段には、それぞれ、ホールド補助トランジスタM45の導入時/未導入時における各部電圧の挙動として、電荷転送トランジスタM15のゲート電圧VG(実線)、ドレイン電圧VD(小破線)、ソース電圧VS(大破線)、及び、バックゲート電圧VBG(太い実線)が描写されている。なお、本図における時刻t1〜t8は、それぞれ、図2または図6のそれと対応している。 FIG. 10 is a waveform diagram showing the hold assist operation of the hold assist transistor M45. Clock signals CLK1 to CLK4 are depicted in the upper part of the figure. Also, in the middle and lower parts of the figure, the gate voltage VG (solid line) and the drain voltage VD (small broken line) of the charge transfer transistor M15 are shown as the behavior of the voltage of each part when the hold assist transistor M45 is introduced / not introduced, respectively. , Source voltage VS (large dashed line) and back gate voltage VBG (thick solid line) are depicted. Times t1 to t8 in this figure correspond to those in FIG. 2 or FIG. 6, respectively.
本図の下段で示すように、ホールド補助トランジスタM45の未導入時には、電荷転送トランジスタM15のオン期間(=時刻t4〜t5)において、電荷転送トランジスタM15のバックゲートが高インピーダンスとなり、バックゲート電圧VBGが不定となる。 As shown in the lower part of the figure, when the hold assist transistor M45 is not introduced, the back gate of the charge transfer transistor M15 has a high impedance during the on period (= time t4 to t5) of the charge transfer transistor M15, and the back gate voltage VBG. Becomes indeterminate.
一方、本図の中段で示すように、ホールド補助トランジスタM45の導入時には、電荷転送トランジスタM15のオン期間(=時刻t4〜t5)において、ホールド補助トランジスタM45がオンするので、電荷転送トランジスタM15のバックゲートがドレインと短絡される。その結果、バックゲート電圧VBGは、ドレイン電圧VDに固定される。 On the other hand, as shown in the middle part of the figure, when the hold assist transistor M45 is introduced, the hold assist transistor M45 is turned on during the on period (= time t4 to t5) of the charge transfer transistor M15. The gate is shorted to the drain. As a result, the back gate voltage VBG is fixed to the drain voltage VD.
なお、本図では、ホールド補助トランジスタM45のホールド補助動作を例示したが、ホールド補助トランジスタM41〜M44においても、上記と同様の作用効果を享受することができる。 Although the hold assist operation of the hold assist transistor M45 is illustrated in the drawing, the same function and effect as those described above can be obtained in the hold assist transistors M41 to M44.
このように、ホールド補助トランジスタM41〜M45を導入することにより、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのオン期間には、ホールド補助トランジスタM41〜M45がオンするので、電荷転送トランジスタM11〜M15のバックゲートを低インピーダンスに維持することができる。その結果、定量的予測の難しい寄生トランジスタQ1(図3または図5を参照)の動作を効果的に抑制することができるので、負昇圧チャージポンプ1の動作安定性を向上することが可能となる。
Thus, by introducing the hold assist transistors M41 to M45, the hold assist transistors M41 to M45 are turned on during the on period of each of the charge transfer transistors M11 to M15, and thus the back gates of the charge transfer transistors M11 to M15 are It can be maintained at low impedance. As a result, since the operation of parasitic transistor Q1 (see FIG. 3 or FIG. 5) which is difficult to quantitatively predict can be effectively suppressed, the operation stability of negative
なお、特許文献1のトランジスタM1は、あくまで、スタートアップ直前にオンしてラッチアップを防止するものであり、チャージポンプ動作時にはオフされているので、上記のホールド補助トランジスタM41〜M45に相当するものではない。
The transistor M1 of
また、特許文献2のゲート電圧設定MOSは、あくまで、トランスファーMOSの「ゲート電位」をドレインに接続する接続回路の役割を果たすものであり、上記のホールド補助トランジスタM41〜M45に相当するものではない。
Further, the gate voltage setting MOS of
<第2実施形態>
図11は、負昇圧チャージポンプ1の第2実施形態を示す回路図である。本実施形態で示したように、ホールド補助トランジスタM41〜M45それぞれのドレインは、電荷転送トランジスタM11〜M15それぞれのソースに接続しても構わない。
Second Embodiment
FIG. 11 is a circuit diagram showing a second embodiment of the negative
<第3実施形態>
図12は、負昇圧チャージポンプ1の第3実施形態を示す回路図である。本実施形態で示したように、最後段の負昇圧ユニット50は、ドレインがユニット入力端aとして負昇圧ユニット140の出力端に接続され、ゲートとソース及びバックゲートがユニット出力端bとして出力電圧VNの出力端に接続されたNチャネル型の電荷転送トランジスタM15のみを含む構成としてもよい。このように接続された電荷転送トランジスタM15は、カソードがユニット入力端aに接続されて、アノードがユニット出力端bに接続されたダイオードと等価な電荷転送スイッチとして機能する。
Third Embodiment
FIG. 12 is a circuit diagram showing a third embodiment of the negative
<第4実施形態>
図13は、負昇圧チャージポンプ1の第4実施形態を示す回路図である。本実施形態で示したように、最前段の負昇圧ユニット60は、ドレインがユニット入力端aとして接地電圧VSSの入力端に接続され、ゲートとソース及びバックゲートがユニット出力端bとして負昇圧ユニット10の入力端に接続された電荷転送トランジスタM16(NMOSFET)と、第1端がユニット出力端bに接続されて第2端がクロック入力端cとしてクロック信号CLK4の入力端に接続されたフライングキャパシタC16と、を含む構成としてもよい。なお、上記のように接続された電荷転送トランジスタM16は、カソードがユニット入力端aに接続されて、アノードがユニット出力端bに接続されたダイオードと等価な電荷転送スイッチとして機能する。
Fourth Embodiment
FIG. 13 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the negative
<第5実施形態>
図14は、負昇圧チャージポンプ1の第5実施形態を示す回路図である。本実施形態で示したように、最前段の負昇圧ユニット60は、ソースとバックゲートがユニット入力端aとして接地電圧VSSの入力端に接続され、ゲートとドレインがユニット出力端bとして負昇圧ユニット10の入力端に接続された電荷転送トランジスタM16P(PMOSFET)と、第1端がユニット出力端bに接続されて第2端がクロック入力端cとしてっクロック信号CLK4の入力端に接続されたフライングキャパシタC16と、を含む構成としてもよい。なお、上記のように接続された電荷転送トランジスタM16Pは、カソードがユニット入力端aに接続されて、アノードがユニット出力端bに接続されたダイオードと等価な電荷転送スイッチとして機能する。
Fifth Embodiment
FIG. 14 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the negative
<不揮発性半導体記憶装置>
なお、上記の負昇圧チャージポンプ1は、不揮発性半導体記憶装置に内蔵することが可能である。例えば、電気的にデータの書き換えが可能なフラッシュメモリは、データの書き込み時に正負の高電圧を必要とする。従って、フラッシュメモリの負電圧生成手段として、負昇圧チャージポンプ1を内蔵すれば、装置外部から供給される電源電圧を負昇圧することにより、装置内部で所望の負電圧を生成することが可能となる。
<Nonvolatile Semiconductor Memory Device>
The above-mentioned negative
<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other Modifications>
In addition to the embodiments described above, various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the scope of the technical creation. That is, the above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and claims It is to be understood that the scope and equivalent meaning and all modifications that fall within the scope are included.
本明細書中に開示されている負昇圧チャージポンプは、例えば、不揮発性半導体記憶装置の負電圧生成手段として利用することが可能である。 The negative boost charge pump disclosed in the present specification can be used, for example, as a negative voltage generation means of a nonvolatile semiconductor memory device.
1 負昇圧チャージポンプ
10〜60 負昇圧ユニット
110〜150 低電位ホールド回路
M11〜M16 電荷転送トランジスタ(NMOSFET)
M16P 電荷転送トランジスタ(PMOSFET)
M21〜M25 放電トランジスタ(NMOSFET)
M30〜M39 第1トランジスタ、第2トランジスタ(NMOSFET)
M41〜M45 ホールド補助トランジスタ(NMOSFET)
C11〜C14、C16 フライングキャパシタ
C21〜C25 ゲートキャパシタ
Co 出力キャパシタ
D1、D2、D11、D12 寄生ダイオード
Q1 寄生トランジスタ(npn型)
a ユニット入力端
b ユニット出力端
c 第1クロック入力端
d 第2クロック入力端
200 P型半導体基板
201 N型ウェル(N型埋設層)
202〜205 P型ウェル(バックゲート)
206〜210 N型不純物拡散層(N型埋設層のコンタクト)
211〜218 N型不純物拡散層(ソース、ドレイン)
219〜222 P型不純物拡散層(バックゲートのコンタクト)
223〜226 ゲート
1 negative
M16P charge transfer transistor (PMOSFET)
M21 to M25 Discharge transistor (NMOSFET)
M30 to M39 First transistor, second transistor (NMOSFET)
M41 to M45 Hold assist transistor (NMOSFET)
C11 to C14, C16 Flying capacitor C21 to C25 Gate capacitor Co Output capacitor D1, D2, D11, D12 Parasitic diode Q1 Parasitic transistor (npn type)
a unit input end b unit output end c first clock input end d second clock input end 200 P type semiconductor substrate 201 N type well (N type buried layer)
202-205 P type well (back gate)
206 to 210 N-type impurity diffusion layer (contact of N-type buried layer)
211 to 218 N-type impurity diffusion layers (source, drain)
219 to 222 P-type impurity diffusion layer (contact of back gate)
223-226 gates
Claims (10)
前記電荷転送トランジスタのバックゲートの接続先をドレイン及びソースのいずれか低電位側に切り替える低電位ホールド回路と、
前記電荷転送トランジスタのバックゲートとドレインまたはソースとの間に接続されて前記電荷転送トランジスタと共にオン/オフされるホールド補助トランジスタと、
を有し、
接地電圧よりも低い負の出力電圧を生成することを特徴とする負昇圧チャージポンプ。 A negative boost unit including a charge transfer transistor;
A low potential hold circuit that switches the connection destination of the back gate of the charge transfer transistor to either the drain or the source, whichever is lower;
A hold assist transistor connected between the back gate and the drain or source of the charge transfer transistor and turned on / off with the charge transfer transistor;
Have
A negative boost charge pump characterized by producing a negative output voltage lower than the ground voltage.
ドレインがユニット入力端に接続されてソースがユニット出力端に接続された前記電荷転送トランジスタと、
ゲートが前記ユニット入力端に接続されてドレインが前記電荷転送トランジスタのゲートに接続されてソース及びバックゲートが前記ユニット出力端に接続された放電トランジスタと、
第1端が前記ユニット出力端に接続されて第2端が第1クロック入力端に接続されたフライングキャパシタと、
第1端が前記電荷転送トランジスタのゲートに接続されて第2端が第2クロック入力端に接続されたゲートキャパシタと、
を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の負昇圧チャージポンプ。 The negative boost unit is
The charge transfer transistor having a drain connected to the unit input end and a source connected to the unit output end;
A discharge transistor having a gate connected to the unit input end, a drain connected to the gate of the charge transfer transistor, and a source and a back gate connected to the unit output end;
A flying capacitor whose first end is connected to the unit output end and whose second end is connected to the first clock input end;
A gate capacitor having a first end connected to the gate of the charge transfer transistor and a second end connected to a second clock input end;
The negative boost charge pump according to claim 1 or 2, comprising
ドレインが前記電荷転送トランジスタのドレインに接続されてゲートが前記電荷転送トランジスタのソースに接続されてソース及びバックゲートが前記電荷転送トランジスタのバックゲートに接続された第1トランジスタと、
ドレインが前記電荷転送トランジスタのソースに接続されてゲートが前記電荷転送トランジスタのドレインに接続されてソース及びバックゲートが前記電荷転送トランジスタのバックゲートに接続された第2トランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の負昇圧チャージポンプ。 The low potential hold circuit
A first transistor having a drain connected to the drain of the charge transfer transistor, a gate connected to the source of the charge transfer transistor, and a source and a back gate connected to the back gate of the charge transfer transistor;
A second transistor having a drain connected to the source of the charge transfer transistor, a gate connected to the drain of the charge transfer transistor, and a source and a back gate connected to the back gate of the charge transfer transistor;
The negative boost charge pump according to claim 3, comprising
P型半導体基板と、
前記P型半導体基板に形成されたN型ウェルと、
前記N型ウェルに形成された複数のP型ウェルと、
を有し、
前記電荷転送トランジスタ、前記ホールド補助トランジスタ、前記第1トランジスタ、並びに、前記第2トランジスタは、前記複数のP型ウェルをそれぞれのバックゲートとすることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device formed by integrating the negative boost charge pump according to claim 5;
P-type semiconductor substrate,
An N-type well formed on the P-type semiconductor substrate;
A plurality of P-type wells formed in the N-type well;
Have
A semiconductor device characterized in that the charge transfer transistor, the hold auxiliary transistor, the first transistor, and the second transistor use the plurality of P-type wells as back gates, respectively.
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