JP3489912B2 - Semiconductor booster circuit - Google Patents

Semiconductor booster circuit

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JP3489912B2
JP3489912B2 JP15389895A JP15389895A JP3489912B2 JP 3489912 B2 JP3489912 B2 JP 3489912B2 JP 15389895 A JP15389895 A JP 15389895A JP 15389895 A JP15389895 A JP 15389895A JP 3489912 B2 JP3489912 B2 JP 3489912B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、EEPROM
(Electrically Erasable and ProgramableRead Only M
emory) やフラッシュメモリに用いられるチャージポン
プ回路等の半導体昇圧回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to, for example, an EEPROM.
(Electrically Erasable and Programable Read Only M
emory) and a semiconductor booster circuit such as a charge pump circuit used in a flash memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、EEPROMやフラッシュメモリ
などの半導体集積回路の単一5V電源化や単一3V電源
化に伴って、集積回路の内部で電圧の昇圧が行われるよ
うになってきており、このために、チャージポンプ回路
などの半導体昇圧回路が用いられる。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor integrated circuits such as EEPROM and flash memory have been changed to a single 5V power source or a single 3V power source, the voltage has been boosted inside the integrated circuit. For this purpose, a semiconductor booster circuit such as a charge pump circuit is used.

【0003】図7に、従来の半導体昇圧回路の構成を示
す。
FIG. 7 shows the configuration of a conventional semiconductor booster circuit.

【0004】図示のように、NチャネルMOSトランジ
スタQ120 〜Q124 が縦列接続されてn段の昇圧回路を
構成している。各トランジスタQ120 〜Q124 のゲート
端子はソース端子に接続されており、また、夫々のソー
ス端子N120 〜N124 にはキャパシタンスC120 〜C
124 を介してクロック信号φA 又はφB が入力される。
As shown in the figure, N-channel MOS transistors Q 120 to Q 124 are connected in cascade to form an n-stage booster circuit. The gate terminals of the respective transistors Q 120 to Q 124 are connected to the source terminals, and the capacitances C 120 to C are connected to the respective source terminals N 120 to N 124.
The clock signal φ A or φ B is input via 124 .

【0005】図8に示すように、クロック信号φA 、φ
B は互いに逆位相の信号であり、周期が1/fで振幅は
Vφである。このクロック信号φA 、φB は、クロック
信号CKを、図7のNAND回路ND1 、ND2 及びイ
ンバータ回路IV1 〜IV3に通して得ており、クロッ
ク信号φA 、φB の振幅Vφは電源電圧Vddと等しい。
なお、図7において、Gは接地端子である。
As shown in FIG. 8, clock signals φ A and φ
B is a signal having a mutually opposite phase, having a period of 1 / f and an amplitude of Vφ. The clock signals φ A and φ B are obtained by passing the clock signal CK through the NAND circuits ND 1 and ND 2 and the inverter circuits IV 1 to IV 3 of FIG. 7, and the amplitude Vφ of the clock signals φ A and φ B is obtained. Is equal to the power supply voltage V dd .
In addition, in FIG. 7, G is a ground terminal.

【0006】図7に示すように、この半導体昇圧回路で
は、入力信号として電源電圧VddがトランジスタQ125
のソース端子N127 から入力され、出力信号として出力
電圧VPOUTが出力端子N126 から出力される。
As shown in FIG. 7, in this semiconductor booster circuit, the power supply voltage V dd is input to the transistor Q 125 as an input signal.
Is input from the source terminal N 127, and the output voltage V POUT is output from the output terminal N 126 as an output signal.

【0007】このような半導体昇圧回路の出力電圧V
POUTは、例えば "Analysis and Modeling of On-Chip H
igh-voltage Generator Circuits for Use in EEPROM C
ircuits" (IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, vo
l.24, No.5, OCTOBER 1989) に記載されているように、
以下に示すような式で表される。 VPOUT=Vin−Vt +n〔Vφ・C/( C+Cs ) −Vt −IOUT /f( C+Cs ) 〕 …(1) Vt =VtO+K2 ・〔( Vbs+2φf )1/2−( 2φf )1/2〕 …(2) ここで、Vin :昇圧回路の入力電圧 Vφ :クロックの振幅電圧 f :クロック周波数 C :クロック信号へのカップリング容量 Cs :昇圧回路の各段での寄生容量 n :昇圧回路の段数 VPOUT:昇圧回路の最終段での出力電圧 IOUT :出力段での負荷電流 VtO :基板バイアスがない時のしきい値電圧 Vbs :基板バイアス電圧(ソースと基板又はウェルと
の電位差) φf :フェルミポテンシャル K2 :基板バイアス係数
The output voltage V of such a semiconductor booster circuit
POUT is, for example, "Analysis and Modeling of On-Chip H
igh-voltage Generator Circuits for Use in EEPROM C
ircuits "(IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, vo
(l.24, No.5, OCTOBER 1989),
It is expressed by the following formula. V POUT = V in −V t + n [Vφ · C / (C + C s ) −V t −I OUT / f (C + C s )] (1) V t = V tO + K 2 · [(V bs + 2φ f ) 1/2 − (2φ f ) 1/2 ] (2) where, V in : input voltage of booster circuit Vφ: clock amplitude voltage f: clock frequency C: coupling capacity to clock signal C s : boosting Parasitic capacitance n at each stage of the circuit: number of stages of the booster circuit V POUT : output voltage at the final stage of the booster circuit I OUT : load current at the output stage V tO : threshold voltage V bs when there is no substrate bias : Substrate bias voltage (potential difference between source and substrate or well) φ f : Fermi potential K 2 : substrate bias coefficient

【0008】(1)式から、出力電圧VPOUTは負荷電流
OUT が0で、C/( C+Cs ) ≒1の場合は、(Vφ
−Vt )と昇圧回路の段数nとに比例して大きくなるこ
とがわかる。図7に示す従来の昇圧回路においては、ク
ロックの振幅電圧Vφは電源電圧Vddに等しいので、出
力電圧VPOUTは(Vdd−Vt )の値と昇圧回路の段数n
とに比例して大きくなる。
From the equation (1), the output voltage V POUT is (Vφ when the load current I OUT is 0 and C / (C + C s ) ≈1.
It can be seen that it increases in proportion to −V t ) and the number of stages n of the booster circuit. In the conventional booster circuit shown in FIG. 7, since the amplitude voltage Vφ of the clock is equal to the supply voltage V dd, the number of stages n of values and the step-up circuit of the output voltage V POUT is (V dd -V t)
Increases in proportion to and.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
昇圧回路においては、出力電圧VPOUTが大きくなるに従
って、基板効果により、各トランジスタQ120 〜Q124
のしきい値電圧Vt が(2)式に示すように大きくなる
という現象が生じる。
However, in the conventional booster circuit, as the output voltage V POUT becomes larger, the transistors Q 120 to Q 124 are caused by the substrate effect.
There is a phenomenon that the threshold voltage V t of V becomes larger as shown in the equation (2).

【0010】このため、昇圧回路をディスクリートに構
成して基板効果が発生しないようにした場合には、出力
電圧VPOUTは昇圧回路の段数nに比例して大きくなるの
であるが、各トランジスタQ120 〜Q124 を集積化して
同一基板上に形成した場合には、基板効果が発生するた
め、(Vdd−Vt )の値は昇圧回路の段数nが大きくな
ると小さくなってしまう。
[0010] Therefore, when the substrate effect constitutes a boost circuit discrete was prevented from being generated, the output voltage V POUT is become larger in proportion to the number of stages n of the step-up circuit, the transistors Q 120 when formed on the same substrate to Q 124 are integrated, since the substrate effect occurs, the value of (V dd -V t) becomes smaller as the number of stages n of the booster circuit increases.

【0011】この結果、図9に示すように、昇圧回路の
段数nが大きくなるに従い、出力電圧VPOUTは、基板効
果がない場合に得られる値よりも減少し、(Vdd
t )の値が0となったところで出力電圧VPOUTは飽和
してしまう。このことは、昇圧回路の段数nをいくら大
きくしても、得られる出力電圧VPOUTには限界があるこ
とを示している。図10に、昇圧回路の段数nを無限大
とした場合の電源電圧Vddと最大出力電圧との関係を示
す。昇圧回路の段数nを無限大とした場合、基板効果が
ない場合には、得られる出力電圧VPOUTは理論上無限大
となるが、基板効果がある場合には、電源電圧Vddによ
って決まる或る値までしか得られない。即ち、従来の昇
圧回路では、電源電圧Vddが低い場合は、昇圧回路の段
数nをどのような値に設定しても、所望の出力電圧V
POUTを得ることができないという問題があった。
As a result, as shown in FIG. 9, as the number of stages n of the booster circuit increases, the output voltage V POUT decreases from the value obtained when there is no substrate effect, and (V dd
When the value of V t ) becomes 0, the output voltage V POUT becomes saturated. This shows that the obtained output voltage V POUT has a limit no matter how large the number n of the booster circuits is. FIG. 10 shows the relationship between the power supply voltage V dd and the maximum output voltage when the number of stages n of the booster circuit is infinite. When the number of stages n of the booster circuit is infinite, the output voltage V POUT obtained is theoretically infinite when there is no substrate effect, but when there is a substrate effect, it is determined by the power supply voltage V dd . You can only get up to a certain value. That is, in the conventional booster circuit, when the power supply voltage V dd is low, the desired output voltage V is set regardless of the number of stages n of the booster circuit.
There was a problem that I could not get POUT .

【0012】例えば、図7に示す従来の昇圧回路におい
て、電源電圧Vddが2.5V、基板効果がないとした時
のしきい値電圧VtOが0.6V(基板バイアスが0V)
の場合、昇圧回路の段数nを20段にした時に、出力電
圧VPOUTとして20Vを得ることができたが、電源電圧
ddが2.0Vの時は、昇圧回路の段数nを100段に
しても、出力電圧VPOUTとして12Vしか得ることがで
きなかった。
For example, in the conventional booster circuit shown in FIG. 7, the power supply voltage V dd is 2.5 V, and the threshold voltage V tO when there is no substrate effect is 0.6 V (substrate bias is 0 V).
In the case of, the output voltage V POUT of 20V could be obtained when the number n of the booster circuits was set to 20, but the number n of the booster circuits was set to 100 when the power supply voltage V dd was 2.0V. However, only 12 V could be obtained as the output voltage V POUT .

【0013】一方、特開昭61−254078号公報に
は、基板効果の著しい後段側のMOSトランジスタのし
きい値電圧Vt を前段側のMOSトランジスタのしきい
値電圧Vt よりも低くすることにより、基板効果による
出力電圧の低下を改善したコックロフト型昇圧回路が開
示されている。
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 61-254078, the threshold voltage V t of the MOS transistor on the rear side where the substrate effect is remarkable is made lower than the threshold voltage V t of the MOS transistor on the front side. Discloses a Cockloft-type booster circuit in which the reduction of the output voltage due to the substrate effect is improved.

【0014】しかしながら、この構成においても、基板
効果によるしきい値電圧Vt の上昇そのものは抑制でき
ず、例えば、電源電圧Vddが半分程度になった場合(V
dd=1〜1.5V)には、昇圧回路の段数nをどのよう
な値に設定しても、所望の出力電圧VPOUTを得ることが
できない。また、MOSトランジスタのしきい値電圧V
t を複数設定するために例えば余分なフォトマスク及び
イオン注入の工程を追加する必要があり、製造工程が複
雑になるという欠点も有する。
However, even in this configuration, the rise in the threshold voltage V t itself due to the substrate effect cannot be suppressed, and for example, when the power supply voltage V dd becomes about half (V
dd = 1 to 1.5 V), the desired output voltage V POUT cannot be obtained no matter what value the number of stages n of the booster circuit is set to. Also, the threshold voltage V of the MOS transistor
To set a plurality of t , for example, it is necessary to add an extra photomask and ion implantation process, which also has a drawback that the manufacturing process becomes complicated.

【0015】そこで、本発明の目的は、特に複雑な製造
工程を必要とせずに、電源電圧が低い場合でも所望の出
力電圧が得られる半導体昇圧回路を提供することであ
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor booster circuit which can obtain a desired output voltage even when the power supply voltage is low, without requiring a particularly complicated manufacturing process.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の半導体昇圧回路では、各段が、第1の
MOSトランジスタと、前記第1のMOSトランジスタ
のドレイン端子に一端が接続された第1のキャパシタン
スと、前記第1のMOSトランジスタのゲート端子に一
端が接続された第2のキャパシタンスとを備え、前記第
1のMOSトランジスタが縦列接続されることによって
各段が接続されており、各段における前記第1のMOS
トランジスタのソース端子と基盤部とが互いに電気的に
接続されるとともに、前記基板部が他段の前記第1のM
OSトランジスタの基盤部と電気的に絶縁されており、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子とソース
端子とが第2のMOSトランジスタを介して互いに接続
されており、前記第2のMOSトランジスタのゲート端
子が前記第1のMOSトランジスタのソース端子に接続
されており、各段において、前記第1のMOSトランジ
スタのゲート端子とソース端子とが、並列に配された第
3のMOSトランジスタ及び第4のMOSトランジスタ
を介して互いに接続されており、前記第3のMOSトラ
ンジスタのゲート端子が前記第1のキャパシタンスの前
記一端に接続され、前記第4のMOSトランジスタのゲ
ート端子が前記第1のMOSトランジスタのソース端子
に接続されており、連続する2段の前記第1のキャパシ
タンスの他端に互いに逆相の一対の第1のクロック信号
が夫々入力されるとともに、連続する2段の前記第2の
キャパシタンスの他端に互いにパルスタイミングが異な
る一対の第2のクロック信号が夫々入力されることを特
徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, in the semiconductor booster circuit of the present invention, each stage has one end connected to the first MOS transistor and the drain terminal of the first MOS transistor. And a second capacitance whose one end is connected to the gate terminal of the first MOS transistor, wherein the first MOS transistors are connected in cascade to connect each stage. And the first MOS in each stage
The source terminal of the transistor and the base portion are electrically connected to each other, and the substrate portion is the first M of another stage.
It is electrically insulated from the base of the OS transistor,
A drain terminal and a source terminal of the first MOS transistor are connected to each other via a second MOS transistor, and a gate terminal of the second MOS transistor is connected to a source terminal of the first MOS transistor. In each stage, the gate terminal and the source terminal of the first MOS transistor are connected to each other through a third MOS transistor and a fourth MOS transistor arranged in parallel, The gate terminal of the MOS transistor is connected to the one end of the first capacitance, the gate terminal of the fourth MOS transistor is connected to the source terminal of the first MOS transistor, and the two consecutive stages are connected. A pair of first clock signals having opposite phases are input to the other end of the first capacitance, respectively. Both the second clock signal of a pair of pulse timing from each other to the other end of said second capacitance of the two-stage continuous different is characterized in that it is respectively input.

【0017】 本発明の一態様では、前記第1のMOS
トランジスタがN型ウェル領域に形成されたPチャネル
MOSトランジスタであり、前記N型ウェル領域が各段
毎に電気的に絶縁分離されていることを特徴としてい
る。
In one aspect of the present invention, the first MOS
The transistor is a P-channel MOS transistor formed in the N-type well region, and the N-type well region is electrically insulated and separated for each stage.

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を実施例につき図1〜図6を参
照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments with reference to FIGS.

【0023】図1に本発明の一実施例による半導体昇圧
回路の構成を示す。
FIG. 1 shows the configuration of a semiconductor booster circuit according to an embodiment of the present invention.

【0024】図1に示すように、n個の第1のPチャネ
ルMOSトランジスタQ1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q
17が縦列接続されるとともに、それらと各段において並
列的に、n個の第2のPチャネルMOSトランジスタQ
3 、Q7 、Q11、Q15、…、Q19が縦列接続されてn段
の昇圧回路を構成している。第1のトランジスタQ1
5 、Q9 、Q13、…、Q17の基板部は互いに電気的に
分離されるとともに、それらの基板部は夫々第1のトラ
ンジスタQ1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17のソース端
子及び第2のトランジスタQ3 、Q7 、Q11、Q15
…、Q19のソース端子に接続されている。そして、第1
のトランジスタQ1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17のド
レイン端子と第2のトランジスタQ3 、Q7 、Q11、Q
15、…、Q19のドレイン端子とは夫々電気的に接続され
ており(ノードN1 、N3 、N5 、N7 、…、N9 で示
される。)、夫々のドレイン端子にキャパシタンスC
1 、C3 、C5 、C7 、…、C9 を介して、図3に示す
クロック信号φ1A又はφ1Bが入力される。
As shown in FIG. 1, n first P-channel MOS transistors Q 1 , Q 5 , Q 9 , Q 13 , ..., Q are provided.
17 are connected in cascade, and in parallel with them, n second P-channel MOS transistors Q
3 , Q 7 , Q 11 , Q 15 , ..., Q 19 are cascade-connected to form an n-stage booster circuit. The first transistor Q 1 ,
The substrate parts of Q 5 , Q 9 , Q 13 , ..., Q 17 are electrically isolated from each other, and these substrate parts are respectively connected to the first transistors Q 1 , Q 5 , Q 9 , Q 13 ,. The source terminal of Q 17 and the second transistors Q 3 , Q 7 , Q 11 , Q 15 ,
..., connected to the source terminal of Q 19 . And the first
, Q 17 , the drain terminals of the transistors Q 1 , Q 5 , Q 9 , Q 13 , ..., and the second transistors Q 3 , Q 7 , Q 11 , Q
15, ..., and the drain terminal of Q 19 are each electrically connected (node N 1, N 3, N 5 , N 7, ..., represented by N 9.), The capacitance C to the drain terminal of the respective
The clock signal φ 1A or φ 1B shown in FIG. 3 is input via 1 , C 3 , C 5 , C 7 , ..., C 9 .

【0025】また、第1のトランジスタQ1 、Q5 、Q
9 、Q13、…、Q17のゲート端子(ノードN2 、N4
6 、N8 、…、N10で示される。)には夫々キャパシ
タンスC2 、C4 、C6 、C8 、…、C10を介して、図
3に示すクロック信号φ2A又はφ2Bが入力される。
Further, the first transistors Q 1 , Q 5 , Q
9 , Q 13 , ..., Q 17 gate terminals (nodes N 2 , N 4 ,
N 6, N 8, ..., represented by N 10. 3) are input to the clock signals φ 2A or φ 2B shown in FIG. 3 via capacitances C 2 , C 4 , C 6 , C 8 , ..., C 10 , respectively.

【0026】更に、第2のトランジスタQ3 、Q7 、Q
11、Q15、…、Q19のゲート端子は夫々のソース端子に
接続されている。
Further, the second transistors Q 3 , Q 7 , Q
The gate terminals of 11 , Q 15 , ..., Q 19 are connected to their respective source terminals.

【0027】また、第1のトランジスタQ1 、Q5 、Q
9 、Q13、…、Q17のゲート端子N2 、N4 、N6 、N
8 、…、N10とソース端子(ノードN3 、N5 、N7
11、…、N12で示される。)との間には、第3のPチ
ャネルMOSトランジスタQ 2 、Q6 、Q10、Q14
…、Q18及び第4のPチャネルMOSトランジスタ
4、Q8 、Q12、Q16、…、Q20が並列に夫々接続さ
れている。そして、第3のトランジスタQ2 、Q6 、Q
10、Q14、…、Q18のゲート端子は第1のトランジスタ
1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17のドレイン端子N
1 、N3 、N5 、N7 、…、N9 に夫々接続され、第4
のトランジスタQ4 、Q8 、Q12、Q16、…、Q20のゲ
ート端子は第1のトランジスタQ1 、Q5 、Q9
13、…、Q17のソース端子N3 、N5 、N7 、N11
…、N12に夫々接続されている。
Further, the first transistor Q1 , QFive, Q
9, Q13, ..., Q17Gate terminal N2 , NFour , N6 , N
8 , ..., NTenAnd source terminal (node N3 , NFive , N7 ,
N11, ..., N12Indicated by. ) And the third P
Channel MOS transistor Q 2 , Q6, QTen, Q14,
…, Q18And a fourth P-channel MOS transistor
QFour, Q8, Q12, Q16, ..., Q20Are connected in parallel
Has been. And the third transistor Q2 , Q6, Q
Ten, Q14, ..., Q18The gate terminal of the first transistor
Q1 , QFive, Q9, Q13, ..., Q17Drain terminal N
1 , N3 , NFive , N7 , ..., N9 Respectively connected to the 4th
Transistor QFour, Q8, Q12, Q16, ..., Q20Ge of
The terminal is the first transistor Q1 , QFive, Q9,
Q13, ..., Q17Source terminal N3 , NFive , N7 , N11,
…, N12Connected to each.

【0028】本実施例の昇圧回路では、入力信号とし
て、電源電圧Vddが、NチャネルMOSトランジスタQ
22及びQ23のソース端子(ノードN0 で示される。)か
らトランジスタQ1 、Q3 及びQ5 、Q7 のドレイン端
子N1 、N3 に夫々入力され、出力信号として、出力電
圧VPOUTが、PチャネルMOSトランジスタQ21を介し
て出力端子(ノードN13で示される。)から出力され
る。図示の如く、トランジスタQ22、Q23のゲート端子
は夫々ソース端子N0 に接続されている。また、トラン
ジスタQ21のドレイン端子(ノードN12で示される。)
には、キャパシタンスC11を介して、図3に示すクロッ
ク信号φ1Aが入力される。更に、トランジスタQ21のゲ
ート端子はソース端子(ノードN13で示される。)に接
続されている。
In the booster circuit of this embodiment, the power supply voltage V dd is the N-channel MOS transistor Q as the input signal.
22 and Q 23 source terminals (indicated by a node N 0 ) are input to the drain terminals N 1 and N 3 of the transistors Q 1 , Q 3 and Q 5 , Q 7 , respectively, and output as an output signal V POUT. Are output from the output terminal (shown by the node N 13 ) via the P-channel MOS transistor Q 21 . As shown, the gate terminals of the transistors Q 22 and Q 23 are connected to the source terminal N 0 , respectively. Further, the drain terminal of the transistor Q 21 (indicated by the node N 12 )
The clock signal φ 1A shown in FIG. 3 is input to the capacitor via the capacitance C 11 . Furthermore, the gate terminal of the transistor Q 21 is connected to the source terminal (. Represented by the node N 13).

【0029】図3に示すように、クロック信号φ1A、φ
1Bは互いに逆位相の信号であり、クロック信号φ2A、φ
2Bは、クロック信号φ1A、φ1Bが夫々オンの期間内にオ
フとなるパルス状の信号である。
As shown in FIG. 3, clock signals φ 1A , φ
1B are signals having opposite phases, and clock signals φ 2A and φ 2A
2B is a pulsed signal that is turned off while the clock signals φ 1A and φ 1B are on.

【0030】次に、この実施例による半導体昇圧回路の
動作を図2〜図5を参照して説明する。
Next, the operation of the semiconductor booster circuit according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0031】図2は、図1の半導体昇圧回路の連続する
2段(第1段及び第2段)を示す回路図である。また、
図4は、図3に示す(I)〜(VI)の期間における図2
の回路のノードNA 〜ND での電圧波形を示すものであ
る。更に、図5は、各期間(I)〜(VI)における図2
のトランジスタM1 〜M8 の導通状態を説明するための
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing two consecutive stages (first stage and second stage) of the semiconductor booster circuit of FIG. Also,
FIG. 4 is a diagram of FIG. 2 in the periods (I) to (VI) shown in FIG.
3 shows voltage waveforms at nodes N A to N D of the circuit of FIG. Further, FIG. 5 is a diagram of FIG. 2 in each period (I) to (VI).
3 is a circuit diagram for explaining the conduction states of the transistors M 1 to M 8 of FIG.

【0032】まず、期間(I)においては、図3に示す
ように、クロック信号φ1Aが接地電位0Vから電源電圧
ddになり、図2に示すトランジスタM1 のドレイン端
子NA の電位は、図4(a)に示すように、電源電圧V
ddの電圧分上昇する。
First, in the period (I), as shown in FIG. 3, the clock signal φ 1A changes from the ground potential 0 V to the power supply voltage V dd , and the potential of the drain terminal N A of the transistor M 1 shown in FIG. , As shown in FIG. 4 (a), the power supply voltage V
It rises by the voltage of dd .

【0033】また、クロック信号φ1Bが電源電圧Vdd
ら接地電位0Vになり、トランジスタM1 のソース端子
B の電位は、図4(b)に示すように、電源電圧Vdd
の電圧分下降する。
Further, the clock signal φ 1B changes from the power supply voltage V dd to the ground potential 0 V, and the potential of the source terminal N B of the transistor M 1 becomes the power supply voltage V dd as shown in FIG. 4B.
The voltage drops by.

【0034】この時、トランジスタM1 のソース端子N
B に接続されているキャパシタンスCA2には、前段から
運ばれてきた電荷が蓄積されており、トランジスタM1
のソース端子NB の電位は、このキャパシタンスCA2
蓄積されている電荷の電圧分だけ昇圧されている。
At this time, the source terminal N of the transistor M 1
The electric charge carried from the previous stage is accumulated in the capacitance C A2 connected to B , and the transistor M 1
The potential of the source terminal N B of the above is boosted by the voltage of the charge accumulated in the capacitance C A2 .

【0035】また、トランジスタM2 のゲート端子NA
の電位はソース端子NB の電位よりも高くなり、トラン
ジスタM2 は、図5(I)に示すように、オン状態→オ
フ状態となる。
Further, the gate terminal N A of the transistor M 2
Potential becomes higher than the potential of the source terminal N B , and the transistor M 2 is turned on → off as shown in FIG. 5 (I).

【0036】そして、トランジスタM5 は、トランジス
タM1 のドレイン端子NA とソース端子NB との電位差
がトランジスタM5 のしきい値電圧より大きくなった時
にオフ状態→オン状態となり、ソース端子NB の電位及
びソース端子NB に接続されたトランジスタM1 、M5
の基板部の電位は、ドレイン端子NA の電位からトラン
ジスタM5 のしきい値電圧を引いた電位に保持される。
The transistor M 5 is turned off when the potential difference between the drain terminal N A and the source terminal N B of the transistor M 1 is larger than the threshold voltage of the transistor M 5 , and the source terminal N 5 is turned on. Transistors M 1 and M 5 connected to the potential of B and the source terminal N B
The potential of the substrate portion of is held at the potential of the drain terminal N A minus the threshold voltage of the transistor M 5 .

【0037】また、図4(c)に示すように、トランジ
スタM1 のゲート端子NC の電位は、ソース端子NB
電位にトランジスタM6 のしきい値電圧を加えた電位に
保持され、トランジスタM1 は、図5(I)に示すよう
に、オフ状態のままである。
Further, as shown in FIG. 4C, the potential of the gate terminal N C of the transistor M 1 is maintained at the potential of the source terminal N B plus the threshold voltage of the transistor M 6 , The transistor M 1 remains off, as shown in FIG.

【0038】また、クロック信号φ1Aが接地電位0Vか
ら電源電圧Vddになるのに伴って、トランジスタM3
ソース端子ND の電位は、図4(d)に示すように、電
源電圧Vddの電圧分上昇する。
Further, as the clock signal φ 1A changes from the ground potential 0V to the power supply voltage V dd , the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 becomes, as shown in FIG. It rises by the voltage of dd .

【0039】この時、キャパシタンスCA3には、前段か
ら運ばれてきた電荷が蓄積されており、トランジスタM
3 のソース端子ND の電位は、キャパシタンスCA3に蓄
積されている電荷の電圧分だけ昇圧されている。
At this time, the charge carried from the previous stage is accumulated in the capacitance C A3 , and the transistor M
The source potential of the terminal N D 3 is boosted by the voltage of the charge stored in the capacitance C A3.

【0040】また、クロック信号φ1Bが電源電圧Vdd
ら接地電位0Vになった時に、トランジスタM4 のゲー
ト端子NB の電位は下降して、トランジスタM4 がオフ
状態→オン状態となるので、トランジスタM3 のゲート
端子NE の電位は、トランジスタM3 のソース端子ND
の電位と同電位となる。この時、図5(I)に示すよう
に、トランジスタM3 はオフ状態のままである。
Further, when the clock signal phi 1B becomes the power supply voltage V dd to the ground potential 0V, the potential of the gate terminal N B of the transistor M 4 is lowered, the transistor M 4 is turned OFF → ON state , the potential of the gate terminal N E of the transistor M 3 are, the source terminal N D of the transistor M 3
It becomes the same potential as. At this time, the transistor M 3 remains off, as shown in FIG.

【0041】更に、この時、トランジスタM1 のソース
端子NB の電位は、トランジスタM3 のソース端子ND
の電位より低いので、トランジスタM7 はオフ状態であ
り、トランジスタM3 のゲート端子NE の電位とソース
端子ND の電位とが同電位であるので、トランジスタM
8 もオフ状態である。
Further, at this time, the potential of the source terminal N B of the transistor M 1 is equal to that of the source terminal N D of the transistor M 3.
Since the potential of the transistor M 7 is off, the potential of the gate terminal N E and the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 are the same.
8 is also off.

【0042】次に、期間(II)において、クロック信号
φ2Aが電源電圧Vddから接地電位0Vになり、トランジ
スタM1 のゲート端子NC の電位は、図4(c)に示す
ように、電源電圧Vddの電圧分下降する。
Next, in the period (II), the clock signal φ 2A changes from the power supply voltage V dd to the ground potential 0 V, and the potential of the gate terminal N C of the transistor M 1 becomes as shown in FIG. 4 (c). The voltage drops by the power supply voltage V dd .

【0043】このため、図5(II)に示すように、トラ
ンジスタM1 はオン状態となり、トランジスタM1 のド
レイン端子NA からソース端子NB に、ドレイン端子N
A とソース端子NB との電位が等しくなるまで電流が流
れる。
Therefore, as shown in FIG. 5 (II), the transistor M 1 is turned on, and the drain terminal N A to the source terminal N B of the transistor M 1 is changed to the drain terminal N B.
The current flows until the potentials of A and the source terminal N B become equal.

【0044】即ち、キャパシタンスCA1からキャパシタ
ンスCA2に電荷の受け渡しが行われ、図4(a)に示す
ように、トランジスタM1 のドレイン端子NA の電位は
下降し、図4(b)に示すように、トランジスタM1
ソース端子NB の電位は上昇する。
That is, the charge is transferred from the capacitance C A1 to the capacitance C A2, and the potential of the drain terminal N A of the transistor M 1 drops as shown in FIG. As shown, the potential of the source terminal N B of the transistor M 1 rises.

【0045】また、トランジスタM3 のソース端子ND
についても、トランジスタM1 のドレイン端子NA の場
合と同様となり、図4(d)に示すように、ソース端子
Dの電位は下降する。
Further, the source terminal N D of the transistor M 3
The same applies to the case of the drain terminal N A of the transistor M 1 , and the potential of the source terminal N D drops as shown in FIG. 4 (d).

【0046】この時、トランジスタM1 をオン状態とす
るためのクロック信号φ2Aは、キャパシタンスCB1を介
して外部から供給され、トランジスタM1 をオン状態と
した時のドレイン端子NA とソース端子NB との間で電
圧降下は発生しないので、従来に比べて昇圧能力が向上
する。即ち、この状態は、前述の(1)式において、括
弧内のVt =0Vとみなした状態に当り、格段に効率よ
く昇圧を行うことができる。
[0046] At this time, the clock signal phi 2A for the transistors M 1 to the ON state is supplied from the outside via the capacitance C B1, the drain terminal N A and the source terminal when the transistor M 1 in an on state Since no voltage drop occurs with N B , the boosting capability is improved as compared with the conventional case. That is, this state corresponds to the state where V t = 0 V in the parentheses in the above-mentioned formula (1) is satisfied, and the voltage can be boosted significantly efficiently.

【0047】次に、期間(III) において、クロック信号
φ2Aが接地電位0Vから電源電圧Vddになり、トランジ
スタM1 のゲート端子NC の電位は、図4(c)に示す
ように、電源電圧Vddの電圧分上昇する。
Next, in the period (III), the clock signal φ 2A changes from the ground potential 0V to the power supply voltage V dd , and the potential of the gate terminal N C of the transistor M 1 becomes as shown in FIG. 4 (c). The voltage rises by the power supply voltage V dd .

【0048】このため、図5(III) に示すように、トラ
ンジスタM1 はオフ状態となる。
Therefore, as shown in FIG. 5 (III), the transistor M 1 is turned off.

【0049】また、図4(a)(b)(d)に示すよう
に、トランジスタM1 のドレイン端子NA 、ソース端子
B 、トランジスタM3 のソース端子ND の電位は変わ
らない。
Further, as shown in FIG. 4 (a) (b) ( d), the drain terminal N A of the transistor M 1, a source terminal N B, the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 unchanged.

【0050】次に、期間(IV)において、クロック信号
φ1Aが電源電圧Vddから接地電位0Vになり、トランジ
スタM1 のドレイン端子NA の電位は、電源電圧Vdd
電圧分下降しようとするが、第1段においては、図1の
トランジスタQ22がオン状態となるため、図4(a)に
示すように、(Vdd−Vt )の電位となる。
Next, in the period (IV), the clock signal φ 1A changes from the power supply voltage V dd to the ground potential 0 V, and the potential of the drain terminal N A of the transistor M 1 tries to drop by the voltage of the power supply voltage V dd. However, in the first stage, since the transistor Q 22 of FIG. 1 is turned on, the potential becomes (V dd −V t ) as shown in FIG. 4A.

【0051】また、クロック信号φ1Bが接地電位0Vか
ら電源電圧Vddになり、トランジスタM1 のソース端子
B の電位は、図4(b)に示すように、電源電圧Vdd
の電圧分上昇する。
[0051] Further, since the clock signal phi 1B from the ground potential 0V to the power supply voltage V dd, the potential of the source terminal N B of the transistor M 1, as shown in FIG. 4 (b), the power supply voltage V dd
Voltage rises.

【0052】この時、キャパシタンスCA2には、前段か
ら運ばれてきた電荷が蓄積されているので、トランジス
タM1 のソース端子NB の電位は、キャパシタンスCA2
に蓄積されている電荷の電圧分だけ昇圧されている。
[0052] At this time, the capacitance C A2 is the charge that has been carried from the previous stage is accumulated, the potential of the source terminal N B of the transistor M 1 is the capacitance C A2
The voltage is boosted by the voltage of the electric charge stored in.

【0053】また、トランジスタM2 のゲート端子NA
の電位はソース端子NB の電位よりも低くなり、トラン
ジスタM2 は、図5(IV)に示すように、オフ状態→オ
ン状態となる。
Further, the gate terminal N A of the transistor M 2
Potential becomes lower than the potential of the source terminal N B , and the transistor M 2 is turned off → on as shown in FIG. 5 (IV).

【0054】このため、トランジスタM1 のゲート端子
C の電位は、図4(c)に示すように、トランジスタ
1 のソース端子NB の電位と同電位となるまで上昇す
る。
[0054] Therefore, the potential of the gate terminal N C of the transistor M 1, as shown in FIG. 4 (c), rises to the same potential as the source terminal N B of the transistor M 1.

【0055】また、クロック信号φ1Aが電源電圧Vdd
ら接地電位0Vになるのに伴って、トランジスタM3
ソース端子ND の電位は、図4(d)に示すように、電
源電圧Vddの電圧分下降する。
Further, as the clock signal φ 1A changes from the power supply voltage V dd to the ground potential 0 V, the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 changes to the power supply voltage V d as shown in FIG. 4 (d). It drops by the voltage of dd .

【0056】この時、キャパシタンスCA3には、前段か
ら運ばれてきた電荷が蓄積されており、ソース端子ND
の電位は、キャパシタンスCA3に蓄積されている電荷の
電圧分だけ昇圧されている。
At this time, the charge carried from the previous stage is accumulated in the capacitance C A3 , and the source terminal N D
The potential of is boosted by the voltage of the charge stored in the capacitance C A3 .

【0057】このため、トランジスタM4 のドレイン端
子NB の電位はソース端子ND の電位よりも高くなり、
トランジスタM4 は、図5(IV)に示すように、オン状
態→オフ状態となる。
Therefore, the potential of the drain terminal N B of the transistor M 4 becomes higher than the potential of the source terminal N D ,
The transistor M 4 goes from the on state to the off state as shown in FIG. 5 (IV).

【0058】また、前述したトランジスタM5 の場合と
同様、トランジスタM7 は、トランジスタM3 のドレイ
ン端子NB とソース端子ND との電位差がトランジスタ
7のしきい値電圧より大きくなった時にオフ状態→オ
ン状態になり、ノードND に接続されたトランジスタM
3 及びM7 の基板部の電位は、トランジスタM3 のドレ
イン端子NB の電位からトランジスタM7 のしきい値電
圧を引いた電位に保持される。また、トランジスタM3
のゲート端子NE の電位は、トランジスタM3のソース
端子ND の電位にトランジスタM8 のしきい値電圧を加
えた電位に保持される。
As in the case of the transistor M 5 described above, the transistor M 7 operates when the potential difference between the drain terminal N B and the source terminal N D of the transistor M 3 becomes larger than the threshold voltage of the transistor M 7. Transistor M connected from the off state to the on state and connected to the node N D
The potentials of the substrate portions of 3 and M 7 are held at the potential of the drain terminal N B of the transistor M 3 minus the threshold voltage of the transistor M 7 . Also, the transistor M 3
The potential of the gate terminal N E of the transistor M 3 is held at the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 plus the threshold voltage of the transistor M 8 .

【0059】次に、期間(V)において、クロック信号
φ2Bが電源電圧Vddから接地電位0Vになり、トランジ
スタM3 のゲート端子NE の電位は、電源電圧Vddの電
圧分下降する。
Next, in the period (V), the clock signal φ 2B changes from the power supply voltage V dd to the ground potential 0 V, and the potential of the gate terminal N E of the transistor M 3 drops by the power supply voltage V dd .

【0060】このため、図5(V)に示すように、トラ
ンジスタM3 はオン状態となり、トランジスタM3 のド
レイン端子NB からソース端子ND に、ドレイン端子N
B とソース端子ND の電位が等しくなるまで電流が流れ
る。
Therefore, as shown in FIG. 5 (V), the transistor M 3 is turned on and the drain terminal N B of the transistor M 3 is changed to the drain terminal N D.
The current flows until the potentials of B and the source terminal N D become equal.

【0061】即ち、キャパシタンスCA2からキャパシタ
ンスCA3に電荷の受け渡しが行われ、図4(b)に示す
ように、トランジスタM3 のドレイン端子NB の電位は
下降し、図4(d)に示すように、トランジスタM3
ソース端子ND の電位は上昇する。
That is, the charge is transferred from the capacitance C A2 to the capacitance C A3 , the potential of the drain terminal N B of the transistor M 3 drops as shown in FIG. 4 (b), and FIG. 4 (d). As shown, the potential of the source terminal N D of the transistor M 3 rises.

【0062】また、トランジスタM2 はオン状態のまま
であり、トランジスタM1 のゲート端子NC とトランジ
スタM3 のドレイン端子NB は同電位であるので、図4
(c)に示すように、トランジスタM1 のゲート端子N
C の電位は下降する。
Further, since the transistor M 2 remains in the ON state and the gate terminal N C of the transistor M 1 and the drain terminal N B of the transistor M 3 are at the same potential, FIG.
As shown in (c), the gate terminal N of the transistor M 1
The potential of C drops.

【0063】この時、トランジスタM3 をオン状態とす
るためのクロック信号φ2Bは、キャパシタンスCB2を介
して外部から供給され、トランジスタM3 をオン状態と
した時のドレイン端子NB とソース端子ND との間で電
圧降下は発生しないので、従来に比べて昇圧能力が向上
する。
[0063] At this time, the clock signal phi 2B for the transistor M 3 and the ON state is supplied from the outside via the capacitance C B2, the drain terminal N B and the source terminal when the transistor M 3 to the ON state Since no voltage drop occurs with N D , the boosting capability is improved as compared with the conventional case.

【0064】次に、期間(VI)において、クロック信号φ
2Bが接地電位0Vから電源電圧Vddになり、トランジス
タM3 のゲート端子NE の電位は、電源電圧Vddの電圧
分上昇する。
Next, in the period (VI), the clock signal φ
2B changes from the ground potential 0V to the power supply voltage V dd , and the potential of the gate terminal N E of the transistor M 3 rises by the power supply voltage V dd .

【0065】このため、図5(VI)に示すように、トラン
ジスタM3 はオフ状態となる。
Therefore, as shown in FIG. 5 (VI), the transistor M 3 is turned off.

【0066】また、図4(a)〜(d)に示すように、
ノードNA 〜ND の電位は変わらない。
Further, as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d),
The potentials of the nodes N A to N D do not change.

【0067】以上に説明した動作において、各トランジ
スタM1 、M3 のソース端子は後段に行くほど昇圧され
るので、本来であれば、基板効果が発生して、前述の
(2)式に示すように、各トランジスタM1 、M3 のし
きい値電圧Vt は上昇しようとする。しかしながら、本
実施例においては、図2に示すように、各トランジスタ
1 、M3 の基板部をソース端子に接続しているので、
基板効果が発生することがなく、前段から後段への電荷
の受け渡しが効率よく行われる。
In the above-described operation, the source terminals of the transistors M 1 and M 3 are boosted in the subsequent stages, so that the substrate effect should occur and the equation (2) should be taken. Thus, the threshold voltage V t of each of the transistors M 1 and M 3 tends to rise. However, in this embodiment, as shown in FIG. 2, since the substrate portion of each of the transistors M 1 and M 3 is connected to the source terminal,
The substrate effect does not occur, and the charge is efficiently transferred from the former stage to the latter stage.

【0068】図6は、図2のトランジスタM1 、M3
部分の素子構造を示すための概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing the element structure of the transistors M 1 and M 3 of FIG.

【0069】図6に示すように、P型半導体基板10に
互いに絶縁されたNウェル領域11が夫々形成され、各
Nウェル領域11には、ゲート酸化膜15を介して形成
された多結晶シリコン層16をゲート電極として有し、
+ 拡散層12をソース/ドレインとして有するMOS
トランジスタが形成されている。
As shown in FIG. 6, N well regions 11 isolated from each other are formed in a P-type semiconductor substrate 10, and in each N well region 11, polycrystalline silicon formed via a gate oxide film 15 is formed. Having the layer 16 as a gate electrode,
MOS having P + diffusion layer 12 as source / drain
A transistor is formed.

【0070】各トランジスタのソース側のP+ 拡散層1
2は、N+ 拡散層14を介して、そのトランジスタが形
成されているNウェル領域11と電気的に接続され、前
段のトランジスタのソースは後段のトランジスタのドレ
インと接続されている。
Source side P + diffusion layer 1 of each transistor
2 is electrically connected to the N well region 11 in which the transistor is formed via the N + diffusion layer 14, and the source of the transistor at the front stage is connected to the drain of the transistor at the rear stage.

【0071】このことによって、各トランジスタの基板
部となるNウェル領域11は、各トランジスタのソース
電位に固定され、基板効果が防止される。
As a result, the N well region 11 serving as the substrate portion of each transistor is fixed to the source potential of each transistor, and the substrate effect is prevented.

【0072】また、各トランジスタのドレイン側のP+
拡散層12とNウェル領域11との間に形成されるPN
接合が、図5(I)又は(IV)の状態の時に、順方向バ
イアスされ、このPN接合を通じて、基板部のNウェル
領域11からN+ 拡散層14を介し、ノードNA
B 、NB →ND の電荷の受け渡しを行うことができ
る。この場合には、MOSトランジスタのしきい値電圧
t とは独立したPN接合の順接合バイアス電圧V
F (通常0.7V程度)の電位差を昇圧に利用すること
になり、前述の(1)(2)式のVt の代わりにVF
使うことになる。このPN接合の順接合バイアス電圧V
F は基板効果の影響を受けないので、昇圧回路の段数が
増えても基板効果による昇圧能力の低下を生じない昇圧
回路を実現することができる。
Further, P + on the drain side of each transistor
PN formed between the diffusion layer 12 and the N well region 11
When the junction is in the state of FIG. 5 (I) or (IV), it is forward-biased and passes through this PN junction from the N well region 11 of the substrate portion through the N + diffusion layer 14 to the node N A
It is possible to transfer charges of N B and N B → N D. In this case, the forward junction bias voltage V of the PN junction independent of the threshold voltage V t of the MOS transistor
The potential difference of F (usually about 0.7 V) is used for boosting, and V F is used instead of V t in the above equations (1) and (2). Forward junction bias voltage V of this PN junction
Since F is not affected by the substrate effect, it is possible to realize a booster circuit in which the boosting capability does not decrease due to the substrate effect even if the number of stages of the booster circuit increases.

【0073】しかしながら、上述したPN接合の順接合
バイアス電圧VF を利用して昇圧回路を構成する場合に
は、P+ 拡散層12とNウェル領域11とP型基板10
との間に寄生的に形成されるPNP型のバイポーラトラ
ンジスタがオン状態とならないようにする必要がある。
この場合、バイポーラトランジスタのエミッタ端子がP
+ 拡散層12に、ベース端子がNウェル領域11に、コ
レクタ端子がP型基板10に夫々相当する。そして、昇
圧回路の動作時には、ベース端子に対しエミッタ端子の
電位が高くなり、エミッタ端子からベース端子に電流が
注入される。一般に、バイポーラトランジスタの場合、
ベース−エミッタ間の電位差乃至電流が大きくなるほ
ど、エミッタ−コレクタ間はオン状態になり易くなる。
また、一般的に、ベース領域の不純物濃度が低くなるほ
ど、また、ベース幅が狭いほど、エミッタ−コレクタ間
はオン状態になり易い。従って、PN接合が充分にオン
状態になると、上述したPNP型のバイポーラトランジ
スタがオン状態となって、P+ 拡散層12からP型基板
10に電流が流れ、昇圧回路が首尾よく動作しなくなる
ことがあり得る。
However, when the booster circuit is constructed using the forward junction bias voltage V F of the PN junction, the P + diffusion layer 12, the N well region 11 and the P type substrate 10 are formed.
It is necessary to prevent the PNP-type bipolar transistor parasitically formed between and from turning on.
In this case, the emitter terminal of the bipolar transistor is P
The + diffusion layer 12, the base terminal corresponds to the N well region 11, and the collector terminal corresponds to the P type substrate 10. When the booster circuit operates, the potential of the emitter terminal becomes higher than that of the base terminal, and current is injected from the emitter terminal to the base terminal. In general, for bipolar transistors,
The larger the potential difference between the base and the emitter or the current, the easier the ON state between the emitter and the collector.
In general, the lower the impurity concentration of the base region and the narrower the base width, the more easily the emitter-collector is turned on. Therefore, when the PN junction is sufficiently turned on, the PNP-type bipolar transistor described above is turned on, current flows from the P + diffusion layer 12 to the P-type substrate 10, and the booster circuit does not operate successfully. Can be.

【0074】そこで、図1に示した本実施例の昇圧回路
においては、第2のトランジスタQ3 、Q7 、Q11、Q
15、…、Q19及び第4のトランジスタQ4 、Q8
12、Q16、…、Q20を夫々設けることにより、図5
(I)又は(II)の状態の時に、PN接合を介しての電
流が流れないように防止している。
Therefore, in the booster circuit of this embodiment shown in FIG. 1, the second transistors Q 3 , Q 7 , Q 11 and Q are used.
15 , ..., Q 19 and fourth transistors Q 4 , Q 8 ,
By providing Q 12 , Q 16 , ..., Q 20 respectively , FIG.
In the state of (I) or (II), the current is prevented from flowing through the PN junction.

【0075】以上説明したように、本実施例による半導
体昇圧回路では、図1の第1のMOSトランジスタQ
1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17の基板部を互いに電気
的に絶縁分離するとともに、夫々の基板部をソース端子
3 、N5 、N7 、N11、…、N12に電気的に接続する
ことにより、基板効果によるしきい値電圧Vt の増大を
防止している。従って、昇圧回路の段数nに比例して増
大する出力電圧VPOUTを得ることができ、従来よりも昇
圧能力の高い半導体昇圧回路を提供することができる。
As described above, in the semiconductor booster circuit according to this embodiment, the first MOS transistor Q of FIG.
1 , Q 5 , Q 9 , Q 13 , ..., Q 17 are electrically isolated from each other, and the respective substrate parts are separated by source terminals N 3 , N 5 , N 7 , N 11 ,. By electrically connecting to 12 , the increase of the threshold voltage V t due to the substrate effect is prevented. Therefore, it is possible to obtain the output voltage V POUT which increases in proportion to the number of stages n of the booster circuit, and it is possible to provide a semiconductor booster circuit having a higher boosting capability than the conventional one.

【0076】また、本実施例の構成は、図6に示すよう
に、各トランジスタが形成されるNウェル領域11を分
離して形成するとともに、各Nウェル領域11のN+
純物領域14と各トランジスタのソース側のP+ 不純物
領域12とを電気的に接続すればよく、従来のような各
トランジスタのしきい値電圧を異ならせるための工程が
必要ないので、製造工程がそれ程増大することはない。
Further, in the structure of this embodiment, as shown in FIG. 6, the N well region 11 in which each transistor is formed is formed separately, and the N + impurity region 14 of each N well region 11 and each N well region 11 are formed separately. It suffices if the source side P + impurity region 12 of the transistor is electrically connected, and there is no need for a step for differentiating the threshold voltage of each transistor as in the conventional case. Absent.

【0077】また、図1に示すように、第1のMOSト
ランジスタQ1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17に対し並
列に第2のMOSトランジスタQ3 、Q7 、Q11
15、…、Q19を夫々設けて、第1のMOSトランジス
タQ1 、Q5 、Q9 、Q13、…、Q17のドレインとNウ
ェル領域との境界に形成されるPN接合に多大の電流が
流れないようにすることにより、寄生的なバイポーラト
ランジスタがオンすることがなくなり、製造工程に依存
しない安定的な動作を実現することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the second MOS transistors Q 3 , Q 7 , Q 11 are arranged in parallel with the first MOS transistors Q 1 , Q 5 , Q 9 , Q 13 , ..., Q 17. ,
Q 15, ..., a Q 19 respectively provided, the first MOS transistor Q 1, Q 5, Q 9 , Q 13, ..., great to PN junction formed at the boundary between the drain and the N-well region of Q 17 By preventing the current from flowing, it is possible to prevent the parasitic bipolar transistor from turning on, and to realize stable operation independent of the manufacturing process.

【0078】また、図5に示すように、各トランジスタ
1 、M3 のゲート端子NC 、NEには、ドレイン端子
A 、NB に入力されるクロック信号φ1A、φ1Bとは独
立のクロック信号φ2A、φ2Bを入力して、各トランジス
タM1 、M3 のソースとドレインの間に電位差が発生し
ないようにしてトランジスタをオン状態とさせることが
できるので、昇圧回路における次段への電荷の送り出し
時において、ソースとドレインの間の電位差分の電圧降
下が起こらないような電荷の送り出しが可能となる。こ
のため、(1)式において、しきい値電圧Vt を0とお
くことができるので、従来回路に比べて効率よく昇圧で
き、昇圧回路の段数n及び電源電圧Vddが従来回路と同
一の場合でも、より高い出力電圧VPOUTを得ることがで
きる。また、出力電圧VPOUTが同じでよい場合には、本
実施例の昇圧回路の方がより大きな負荷電流IOUT をと
れる。
As shown in FIG. 5, the gate signals N C and N E of the transistors M 1 and M 3 are different from the clock signals φ 1A and φ 1B input to the drain terminals N A and N B , respectively. Since independent clock signals φ 2A and φ 2B can be input to turn on the transistors so that no potential difference is generated between the sources and drains of the transistors M 1 and M 3 , the transistors in the booster circuit can be turned on. It is possible to send out the charges such that the voltage drop due to the potential difference between the source and the drain does not occur when the charges are sent to the stage. Therefore, in equation (1), since the threshold voltage V t can be put to zero, can boost efficiency as compared with the conventional circuit, the number of stages n and the power supply voltage V dd of the booster circuit is the circuit identical to the prior art Even in this case, a higher output voltage V POUT can be obtained. When the output voltage V POUT is the same, the booster circuit of this embodiment can take a larger load current I OUT .

【0079】例えば、電源電圧Vddが2.5Vで、昇圧
回路の段数nが20段の場合において、容量比C/( C
+Cs ) を0.9、しきい値電圧の絶対値|Vt |を
0.6V、出力段での負荷電流IOUT を0と仮定する
と、従来回路では出力電圧VPOUTとして20Vしか得る
ことができなかったが、本実施例による回路では47V
程度の値を得ることができた。
For example, when the power supply voltage V dd is 2.5 V and the number of step-up circuits n is 20, the capacitance ratio C / (C
Assuming that + C s ) is 0.9, the absolute value of threshold voltage | V t | is 0.6 V, and the load current I OUT in the output stage is 0, only 20 V is obtained as the output voltage V POUT in the conventional circuit. However, in the circuit according to the present embodiment, it is 47V.
I was able to get a value of the degree.

【0080】また、本実施例による半導体昇圧回路で
は、従来回路では昇圧不可能な低い電源電圧Vddにおい
ても、所望の出力電圧を得ることができる。即ち、従来
回路では、図10に示すように、昇圧回路の段数nをど
のような値に設定しても、電源電圧Vddによって最大出
力電圧は所定の値に制限されるが、本実施例による半導
体昇圧回路においては、実質上、そのような制限はな
い。
Further, in the semiconductor booster circuit according to this embodiment, a desired output voltage can be obtained even at a low power supply voltage V dd which cannot be boosted by the conventional circuit. That is, in the conventional circuit, as shown in FIG. 10, the maximum output voltage is limited to a predetermined value by the power supply voltage V dd regardless of the value of the number of stages n of the booster circuit. In the semiconductor booster circuit according to the above, there is practically no such limitation.

【0081】例えば、電源電圧Vddが2.0Vの場合に
おいて、容量比C/( C+Cs ) を0.9、しきい値電
圧の絶対値|Vt |を0.6V、出力段での負荷電流I
OUTを0とすると、従来回路では、昇圧回路の段数nが
50段においても出力電圧VPOUTは12Vしか得ること
ができなかったが、本実施例による回路では、昇圧回路
の段数nが20段において37V程度の値を得ることが
でき、昇圧回路の段数nが50段においては91V程度
の値を得ることができた。
For example, when the power supply voltage V dd is 2.0 V, the capacity ratio C / (C + C s ) is 0.9, the absolute value of the threshold voltage | V t | is 0.6 V, and the output stage Load current I
When OUT is set to 0, in the conventional circuit, the output voltage V POUT can obtain only 12V even when the number n of the booster circuits is 50. However, in the circuit according to the present embodiment, the number n of the booster circuits is 20. A value of about 37 V can be obtained, and a value of about 91 V can be obtained when the number n of boosting circuits is 50.

【0082】なお、本実施例の半導体昇圧回路におい
て、しきい値電圧の絶対値|Vt |を0.6Vとした場
合、昇圧可能な電源電圧Vddの下限は0.7V程度とな
る。
In the semiconductor booster circuit of this embodiment, if the absolute value | V t | of the threshold voltage is 0.6V, the lower limit of the boostable power supply voltage V dd is about 0.7V.

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明によれば、各段を構成する第1の
MOSトランジスタの基板部を互いに電気的に絶縁分離
するとともに、その基板部をその第1のMOSトランジ
スタのソース端子に電気的に接続しているため、基板効
果を防止することができて、高い昇圧能力を得ることが
できる。
According to the present invention, the substrate portions of the first MOS transistors forming each stage are electrically isolated from each other, and the substrate portions are electrically connected to the source terminals of the first MOS transistors. Since it is connected to, the substrate effect can be prevented and a high boosting capability can be obtained.

【0084】 これに加えて、各段を構成する第1のM
OSトランジスタと並列に第2のMOSトランジスタが
設けられているため、第1のMOSトランジスタのドレ
イン端子及びソース端子と基板部との間に寄生的に存在
するPN接合が昇圧回路の動作時にオン状態となること
が防止され、基板部分への不必要な電荷の注入が抑制さ
れる。
In addition to this, the first M that constitutes each stage
Since the second MOS transistor is provided in parallel with the OS transistor, the PN junction parasitically present between the drain terminal and the source terminal of the first MOS transistor and the substrate section is turned on during the operation of the booster circuit. Is prevented, and unnecessary injection of charges into the substrate portion is suppressed.

【0085】 さらに、これらに加えて、連続する2段
の第1のキャパシタンスの他端に、互いに逆相の一対の
第1のクロック信号を夫々入力するとともに、連続する
2段の第2のキャパシタンスの他端に、互いにパルスタ
イミングが異なる一対の第2のクロック信号を夫々入力
するため、従来と同一の昇圧能力を得る場合、従来に比
べて昇圧回路の段数を減少することができる。
Further, in addition to these, a pair of first clock signals having mutually opposite phases are input to the other ends of the continuous two-stage first capacitances, and the continuous two-stage second capacitances are input. Since a pair of second clock signals having mutually different pulse timings are respectively input to the other end of, the number of stages of the booster circuit can be reduced as compared with the conventional case when the same boosting capability as the conventional case is obtained.

【0086】 また、本発明の他の特徴によれば、前記
第1のMOSトランジスタをN型ウェル領域に形成され
たPチャネルMOSトランジスタとし、前記N型ウェル
領域を各段毎に電気的に絶縁分離するようにしたので、
複雑な製造工程を不要にすることができる。
According to another feature of the present invention, the first MOS transistor is a P-channel MOS transistor formed in an N-type well region, and the N-type well region is electrically isolated in each stage. I decided to separate them,
A complicated manufacturing process can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による半導体昇圧回路の構成
を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor booster circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による半導体昇圧回路の連続
する2段の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of two consecutive semiconductor booster circuits according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による半導体昇圧回路のクロ
ックタイミングを示す波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing clock timing of the semiconductor booster circuit according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例による半導体昇圧回路の各ノ
ードの電圧波形を示す波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing voltage waveforms at respective nodes of the semiconductor booster circuit according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例による半導体昇圧回路の動作
を説明するための概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the operation of the semiconductor booster circuit according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例による半導体昇圧回路の素子
構造を示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing an element structure of a semiconductor booster circuit according to an embodiment of the present invention.

【図7】従来の半導体昇圧回路の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional semiconductor booster circuit.

【図8】従来の半導体昇圧回路のクロックタイミングを
示す波形図である。
FIG. 8 is a waveform diagram showing clock timing of a conventional semiconductor booster circuit.

【図9】従来の半導体昇圧回路の段数と出力電圧との関
係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number of stages of a conventional semiconductor booster circuit and the output voltage.

【図10】従来の半導体昇圧回路の電源電圧と最大出力
電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the power supply voltage and the maximum output voltage of the conventional semiconductor booster circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 〜Q21、M1 〜M8 PチャネルMOSトランジス
タ Q22、Q23 NチャネルMOSトランジスタ C1 〜C11、CA1〜CA3、CB1、CB2 キャパシタンス N0 〜N13、NA 〜NE ノード Vdd 電源電圧 Vpout 出力電圧 φ1A、φ1B、φ2A、φ2B クロック信号 10 P型半導体基板 11 Nウェル領域 12 P+ 不純物領域 14 N+ 不純物領域 15 ゲート酸化膜 16 多結晶シリコン層
Q 1 ~Q 21, M 1 ~M 8 P -channel MOS transistor Q 22, Q 23 N-channel MOS transistor C 1 ~C 11, C A1 ~C A3, C B1, C B2 capacitance N 0 ~N 13, N A ~ N E node V dd power supply voltage V pout output voltage φ 1A , φ 1B , φ 2A , φ 2B clock signal 10 P type semiconductor substrate 11 N well region 12 P + impurity region 14 N + impurity region 15 gate oxide film 16 multi Crystalline silicon layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/07 G11C 17/00 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 29/78 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 3/07 G11C 17/00 H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 29/78

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 各段が、第1のMOSトランジスタと、
前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子に一端が
接続された第1のキャパシタンスと、前記第1のMOS
トランジスタのゲート端子に一端が接続された第2のキ
ャパシタンスとを備え、 前記第1のMOSトランジスタが縦列接続されることに
よって各段が接続されており、 各段における前記第1のMOSトランジスタのソース端
子と基盤部とが互いに電気的に接続されるとともに、前
記基板部が他段の前記第1のMOSトランジスタの基盤
部と電気的に絶縁されており、 前記第1のMOSトランジスタのドレイン端子とソース
端子とが第2のMOSトランジスタを介して互いに接続
されており、前記第2のMOSトランジスタのゲート端
子が前記第1のMOSトランジスタのソース端子に接続
されており、 各段において、前記第1のMOSトランジスタのゲート
端子とソース端子とが、並列に配された第3のMOSト
ランジスタ及び第4のMOSトランジスタを介して互い
に接続されており、前記第3のMOSトランジスタのゲ
ート端子が前記第1のキャパシタンスの前記一端に接続
され、前記第4のMOSトランジスタのゲート端子が前
記第1のMOSトランジスタのソース端子に接続されて
おり、 連続する2段の前記第1のキャパシタンスの他端に互い
に逆相の一対の第1のクロック信号が夫々入力されると
ともに、連続する2段の前記第2のキャパシタンスの他
端に互いにパルスタイミングが異なる一対の第2のクロ
ック信号が夫々入力されることを特徴とする半導体昇圧
回路。
1. Each stage comprises a first MOS transistor,
A first capacitance having one end connected to a drain terminal of the first MOS transistor;
A second capacitance whose one end is connected to the gate terminal of the transistor, wherein the first MOS transistors are connected in cascade to connect each stage, and the source of the first MOS transistor in each stage is connected. The terminal and the base portion are electrically connected to each other, and the substrate portion is electrically insulated from the base portion of the first MOS transistor in another stage, and the drain terminal of the first MOS transistor is provided. A source terminal is connected to each other via a second MOS transistor, a gate terminal of the second MOS transistor is connected to a source terminal of the first MOS transistor, and the first terminal in each stage is connected to the first terminal. The third MOS transistor and the fourth MO transistor in which the gate terminal and the source terminal of the MOS transistor are arranged in parallel. They are connected to each other through an S transistor, the gate terminal of the third MOS transistor is connected to the one end of the first capacitance, and the gate terminal of the fourth MOS transistor is connected to the first MOS transistor. A pair of first clock signals, which are connected to the source terminal and have opposite phases, are input to the other ends of the first capacitances in two consecutive stages, and the second capacitances in two consecutive stages are connected to each other. A semiconductor booster circuit, wherein a pair of second clock signals having different pulse timings are input to the other end of the semiconductor booster circuit.
【請求項2】 前記第1のMOSトランジスタがN型ウ
ェル領域に形成されたPチャネルMOSトランジスタで
あり、前記N型ウェル領域が各段毎に電気的に絶縁分離
されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体昇
圧回路。
2. The first MOS transistor is a P-channel MOS transistor formed in an N-type well region, and the N-type well region is electrically isolated for each stage. The semiconductor booster circuit according to claim 1.
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