[发明专利]充电泵电路及其操作方法、半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路，特别涉及操作于不同阈值电压的多级充电泵电路。

背景技术

随着对更轻薄短小、更易携带和更便宜消费电子产品的需求不断出现，驱使电子制造业去发展及制造操作于低电源供应电压的IC，以符合低功耗的目标。然而总是有装置的元件需要较高的电源供应电压。例如，像是闪存等非易失性存储器(nonvolatile memory)则需要高电压以写入或抹除存储单元。大体说来，当只有低电源供应电压时，充电泵电路用以于电路中产生高电压。然而，当装置逐渐演进至次微米尺寸，电源供应电压也会逐渐减低。这会使充电泵电路中对产生高电压的充电泵效率有不利的影响。

发明内容

因此，我们需要一个用于增加充电泵电路中充电泵效率、简单且成本合理的装置及方法。

于半导体装置中，充电泵电路用以自低电源供应电压产生出高电压。充电泵电路包括多个串接的充电泵级。充电泵级数目为N，其包括前端充电泵级(第一级)，第二充电泵级(第二级)，…，以及最末充电泵级(第N级)。充电泵级电路可配置以用于接收输入电压于前端充电泵级(第一级)和提供输出电压于最末充电泵级(第N级)。此充电泵级可推高输入电压的电压电平和提供输出电压所需的高电压电平。

此前端充电泵级可包括输入节点及输出节点，第一时钟节点和第二时钟节点。此前端充电泵级还包括第一晶体管，第二晶体管，第一电容和第二电容。该第一晶体管可包括源极耦接至该输入节点，漏极耦接至该输出节点，以及栅极耦接至该第二电容的一侧。该第二电容的另一侧可耦接至该第二时钟节点。同样的，该第一晶体管也包括本体或基体，且其基体会被Vsub后偏(back bias)。该第二晶体管可包括源极耦接至第一输入节点，漏极耦接至该第二电容器的一侧，及栅极耦接至该第一电容器的一侧。而该第一电容器可耦接于第一时钟节点。

该最末充电泵级可包括耦接至负载的输出节点。该输出节点提供该输出电压以驱动负载。该最末充电泵级相似于前端充电泵级的组态，包括第一时钟节点和第二时钟节点。该最末充电泵级还包括第一晶体管，第二晶体管，第一电容器，和第二电容器。该第一晶体管和第二晶体管，第一电容器，和第二电容器。

第一晶体管可包括源极耦接至输入节点、源极耦接至输出节点、和栅极耦接至第二电容器的一侧。该第二电容器的另一侧接至第二时钟节点。同样地，该第一晶体管可包括本体及基体，该基体会被后偏。该第二晶体管可包括源极耦接至输入节点、漏极耦接至该第二电容器的一侧，和栅极耦接至该第一电容器的一侧。该第一电容器的另一侧可耦接至该第一时钟节点。

前端充电泵级的第一晶体管用以操作于第一阈值电压，而最末充电泵级的第一晶体管用于操作有别于第一阈值电压的第二阈值电压。该第一阈值电压大于该第二阈值电压。前端充电泵级的第一晶体管较高的第一阈值电压可用于减低前端充电泵级的漏电流。最末充电泵级的第一晶体管其较低的第二阈值电压可用于增加最末充电泵级的驱动电容。另外，介于前端充电泵级(第一级)与最末充电泵级间的其他充电泵级(第二级到第N-1级)用于操作于范围介于第一阈值电压到近第二阈值电压之间的阈值电压。

第一时钟信号可提供第一时钟节点以控制前端充电泵级的第一电容充电，而第二时钟信号可提供第二时钟节点以控制前端充电泵级的第二电容充电。第三时钟信号可供应至第二充电泵级的第一时钟节点充电，而第四时钟信号可供应至第二充电泵级的第二时钟节点充电。

本发明提供了一种充电泵电路，包括至少两个相串联的充电泵级，所述两个相串联的充电泵级包括：前端充电泵级，其具有第一晶体管用以接收输入电压；以及最末充电泵级，其具有第二晶体管用以提供输出电压；其中第一晶体管配置以操作于第一阈值电压，而所述第二晶体管配置以操作于相异于所述第一阈值电压的第二阈值电压。

根据本发明的充电泵电路，其中所述第一阈值电压高于所述第二阈值电压。

根据本发明的充电泵电路，其中所述前端充电泵级还包括电容，用以储存将传递至次一个充电泵级的能量，而其中所述最末充电泵级还包括电容，用以储存将传递至负载的能量。

根据本发明的充电泵电路，其中所述第一晶体管的沟道长度较长于所述第二晶体管的沟道长度，且其中所述第一晶体管的沟道宽长比大于所述第二晶体管的沟道宽长比。

根据本发明的充电泵电路，其中所述第一晶体管及所述第二晶体管都被后偏压使得介于所述第一阈值电压和第二阈值电压之间差异量增加。