一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统的制作方法

本发明涉及存储器技术领域，特别涉及一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统。

背景技术：

随着半导体技术的发展，基于低功耗、低成本的设计要求，存储器的电源电压通常比较低。然而，为了实现存储信息的读写，通常需要远高于电源电压的编程电压和擦除电压。因此，电荷泵被广泛应用于存储器中，用于通过较低的电源电压获得较高的读取电压、编程电压以及擦除电压。

图1是现有的一种闪存单元flash电路结构示意图。在该闪存单元flash电路中，所述闪存单元为2t单元，由操作单元mn0和选择单元mn1组成，所述mn0单元栅极为sg，漏极为bl，源极连接至所述单元mn1的漏极，衬底连接至所述单元mn1的衬底spw，所述mn1单元栅极为cg，源极为sl。其中操作单元mn0的栅极到衬底之间有一个特殊的存储数据层用来存储电子或空穴，通过对所述单元sg、cg、bl、sl、spw各端口施加操作电压实现对所述闪存单元mn0的读操作、写操作以及擦除操作。

对所述闪存单元进行操作时，需要电荷泵系统同时提供正电压和负电压。所以需要正高压电荷泵系统和负高压电荷泵系统，正负高压电荷泵通常由几级串联组成，图2是现有的一种flash结构存储器正负高压电荷泵系统结构示意图，包括正电荷泵21和负电荷泵22。

对所述闪存单元进行擦写操作时，同时需要正高压电荷泵和负高压电荷泵，因为flash结构存储器的器件特性，写操作时负高压电荷泵电流负载较大，擦操作时正高压电荷泵电流负载较大，为了提供足够的驱动能力两个高压电荷泵的版图面积都很大，生产成本变高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统，具有一个公用的倍压电路和储能电容结构，在正高压需要大电流负载（擦操作）的时候给正高压用，在负高压需要大电流负载（写操作）的时候给正负压用，既可以满足读写擦的驱动要求，同时又可以节省版图面积。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统，所述共享电荷泵系统包括前驱动级电荷泵、共享级电荷泵、正高压电荷泵专用级、负高压电荷泵专用级、第一控制开关和第二控制开关，其中，共享电荷泵系统中的储能电容分为第一储能电容、第二储能电容和第三储能电容；

共享级电荷泵包括第一储能电容和倍压级电荷泵，第一储能电容的一端连接倍压级电荷泵的输入端；

正高压电荷泵专用级包括第二储能电容和正高压电荷泵，第二储能电容的一端连接正高压电荷泵的输入端；

负高压电荷泵专用级包括第三储能电容和负高压电荷泵，第三储能电容的一端连接负高压电荷泵的输入端；

第一控制开关和第二控制开关不能同时导通；

前驱动级电荷泵的输出端连接共享级电荷泵中的第一储能电容的一端，共享级电荷泵中的倍压级电荷泵的输入端连接第一控制开关和第二控制开关，第一控制开关连接正高压电荷泵专用级中的第二储能电容，正高压电荷泵输出编程所用的正高压，第二控制开关连接负高压电荷泵专用级中的第三储能电容，负高压电荷泵输出编程所用的负高压。

优选地，所述共享电荷泵系统中的储能电容采用低压mos器件和金属电容叠加方式。

优选地，所述共享级电荷泵、所述正高压电荷泵专用级、所述负高压电荷泵专用级均为一级或者是多级电荷泵。

优选地，所述前驱动级电荷泵包括一驱动反相器开关、两个电阻和两个控制开关，其中，驱动反相器开关由一pmos器件和一nmos器件连接组成，一电阻连接一pmos器件和一控制开关，另一电阻连接一nmos器件和另一控制开关，两个控制开关选择性导通控制所述前驱动级电荷泵的输出幅度。

优选地，所述共享级电荷泵包括两个pmos器件、一nmos器件和一储能电容，其中，共享电荷泵系统工作时，共享级电荷泵的输出选择性提供给正高压电荷泵专用级中的正高压电荷泵，或者提供给负高压电荷泵专用级中的负高压电荷泵，当flash存储器工作在写状态时，负高压需要较大的负载，这时第一控制开关关断，第一控制开关导通，共享级电荷泵输出的实现倍压功能信号提供给负高压电荷泵专用级中的负高压电荷泵，而正高压电荷泵专用级中的正高压电荷泵此时负载非常小，用vdd电源阈的时钟驱动即可；相反的，当flash存储器工作在擦（非写编程）状态时，正高压需要较大的负载，这时第二控制开关关断，第一控制开关导通，共享级电荷泵输出的实现倍压功能信号提供给正高压电荷泵专用级中的正高压电荷泵，而负高压电荷泵专用级中的负高压电荷泵电路此时负载非常小，用vdd电源阈的时钟驱动即可。

本发明由于采用了上述采用共享的电荷泵系统，所获得的有益效果是，基于flash结构存储器的器件特性，不同状态的正高压或负高压电荷泵使用，选择性共享一级电荷泵，有效地减小了电荷泵系统的面积，同时，也节省版图面积，降低生产成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是现有的一种闪存单元flash电路结构示意图。

图2是现有的flash结构存储器正负高压电荷泵系统结构示意图。

图3是本发明具体实施之一的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。

图4是本发明具体实施之二的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。

图5是本发明具体实施之三的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。

具体实施方式

参看图3，为本发明具体实施之一的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。该应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统包括前驱动级电荷泵31、共享级电荷泵32、正高压电荷泵专用级33、负高压电荷泵专用级34、第一控制开关s1和第二控制开关s2，其中，共享级电荷泵32包括第一储能电容c1和倍压级电荷泵doubler，第一储能电容c1的一端连接倍压级电荷泵doubler的输入端，正高压电荷泵专用级33包括第二储能电容c2和正高压电荷泵pump_pos，第二储能电容c2的一端连接正高压电荷泵pump_pos的输入端，负高压电荷泵专用级34包括第三储能电容c3和负高压电荷泵pump_neg，第三储能电容c3的一端连接负高压电荷泵pump_neg的输入端，第一控制开关s1和第二控制开关s2不能同时导通。

参看图3，该应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统中，前驱动级电荷泵31的输出端连接共享级电荷泵32中的第一储能电容c1的一端，共享级电荷泵32中的倍压级电荷泵doubler的输入端连接第一控制开关s1和第二控制开关s2，第一控制开关s1连接正高压电荷泵专用级33中的第二储能电容c2，正高压电荷泵pump_pos输出flash-flash-cell编程所用的正高压hv_vpos，第二控制开关s2连接负高压电荷泵专用级34中的第三储能电容c3，负高压电荷泵pump_neg输出flash-flash-cell编程所用的负高压hv_vneg。

参看图4，为本发明具体实施之二的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。该应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统包括前驱动级电荷泵41、共享级电荷泵42、正高压电荷泵专用级43、负高压电荷泵专用级44、第一控制开关s1和第二控制开关s2。

参看图4中，所述前驱动级电荷泵41包括驱动反相器开关pmos器件pm1、nmos器件nm1、第一电阻r1、第二电阻r2、第三控制开关s3和第四控制开关s4，其中第三控制开关s3与第四控制开关s4选择性导通控制所述前驱动级电荷泵41的输出幅度，前驱动级电荷泵41的输出端连接共享级电荷泵42的第一储能电容c1的一端，第一储能电容c1的另一端连接接共享级电荷泵42中的倍压级电荷泵doubler的输入端，ck为时钟输入信号。

参看图4中，共享级电荷泵42的输出端连接第一控制开关s1和第二控制开关s2，第一控制开关s1连接正高压电荷泵专用级43中的第二储能电容c2的一端，正高压电荷泵专用级43中的第二储能电容c2的另一端连接正高压电荷泵pump_pos的输入端，正高压电荷泵pump_pos输出flash-flash-cell编程所用的正高压hv_vpos。

参看图4中，第二控制开关s2连接负高压电荷泵专用级44中的第三储能电容c3的一端，第三储能电容c3的另一端接到负高压电荷泵pump_neg的输入端，负高压电荷泵pump_neg输出flash-flash-cell编程所用的负高压hv_vneg。

参看图5，为本发明具体实施之三的一种应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统结构示意图。该应用于flash结构存储器的共享电荷泵系统中，51为前驱动级电荷泵，ck为时钟输入信号，pm1是pmos器件，nm1是nmos器件，时钟输入信号ck连接到pmos器件pm1和nmos器件nm1的栅极上，pmos器件pm1的源极连接电源信号vdd，nmos器件nm1的源极接地线，pmos器件pm1漏极和nmos器件nm1的漏极连接到一起输出ckb信号，ckb信号为时钟输入信号ck反相后的信号,时钟输入信号ck和ckb信号的电源信号都是vdd。

参看图5中，共享级电荷泵52（倍压级）的目的是将输入为电源阈0到1vdd的信号倍压到0到2vdd的电源阈给后面的正高压电荷泵pump_pos和负高压电荷泵pump_neg使用。pm2，pm3为pmos器件，nm2为nmos器件，时钟输入信号ck接到pmos器件pm3和nmos器件nm2的栅极上，pmos器件pm3的源极接pm2的漏极，nmos器件nm2的源极接地，pmos器件pm3漏极和nmos器件nm2的漏极接到一起输出倍压功能信号ckh，倍压功能信号ckh同时接到pmos器件pm2的栅极。当初始时钟输入信号ck为高电平时，ckb信号为低电平0，输出端倍压功能信号ckh为低电平0，pmos器件pm2导通，a点慢慢冲到vdd电位；当时钟输入信号ck下降沿时，ckb上升沿，ckb上升时，a点的电位被抬到2vdd，nmos器件nm2关闭，pmos器件pm3导通，a点储存的2vdd电位通过pmos器件pm3传给输出端ckh；当时钟输入信号ck上升沿时，ckb下降沿，输出端ckh被拉倒低电平；所以，最后输出端ckh提供0到2vdd的clk信号，从而实现倍压功能。

参看图5中，共享级电荷泵52的输出选择性提供给正高压电荷泵专用级53中的正高压电荷泵pump_pos，或者提供给负高压电荷泵专用级54中的负高压电荷泵pump_neg，当flash存储器工作在写状态时，负高压hv_vneg需要较大的负载，这时第一控制开关s1关断，第一控制开关s2导通，共享级电荷泵52输出的实现倍压功能的ckh提供给负高压电荷泵专用级54中的负高压电荷泵pump_neg，而正高压电荷泵专用级53中的正高压电荷泵pump_pos此时负载非常小，用vdd电源阈的时钟驱动即可。相反的，当flash存储器工作在擦（非写编程）状态时，正高压hv_vpos需要较大的负载，这时第二控制开关s2关断，第一控制开关s1导通，共享级电荷泵52输出的实现倍压功能的ckh提供给正高压电荷泵专用级53中的正高压电荷泵pump_pos，而负高压电荷泵专用级54中的负高压电荷泵pump_neg电路此时负载非常小，用vdd电源阈的时钟驱动即可。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，针对该发明思路的其他拓展例如，同样方式对功率器件栅极电压模式的不同切换，分压电路的不同形式改变，故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求书的范围内。