专利名称：产生负电压的电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个用于产生负电压的电路装置，其具有第一个晶体管，它的第一个接头与电路的输入端并且第二个接头与电路的输出端相连接，并且它的栅极通过第一个电容与第一个时钟信号接头相连接；并且具有一个第二个晶体管，它的第一个接头与第一个晶体管的栅极，第二个接头与第一个晶体管的第二个接头相连接，并且它的栅极与第一个晶体管的第一个接头相连接；并且具有一个电容，它的第一接头与第一个晶体管的第二个接头而它的第二个接头与第二个时钟信号接头相连接，其中的晶体管至少是一个三重槽(triple-well)构成的MOS晶体管。
一个这样的电路装置从DE 196 01 369 C1中进行了公开。该晶体管作为n沟道的晶体管实现在p槽中。该p槽在其一侧构成在一个深的绝缘的n槽中，其设置在一个p衬底之中。
原则上该电路装置以此方式也通过p-MOS晶体管实现在一个n衬底上。
该深的n槽同样如p衬底与地电势相连接。如果现在该p槽的负电压作为最负的电压施加在第一个晶体管的漏极或者源极上，在该电路的振荡状态中也可以没有泄电流通过该寄生的槽衬底双极晶体管。如此例如构成了通过NMOS晶体管的n+-漏极区域的npn晶体管，该漏极区域起发射极的作用，该p槽构成基极而n槽构成集电极。当作为NMOS晶体管的漏极区域作为槽电势为负的时，该寄生的npn晶体管导通，而充电泵的效率受到负面的影响。
已知的作为充电泵工作的电路装置的原理在于，电荷从一个与第一个晶体管的漏极相连接的电容被“泵压”到一个与其源极相连接的电容，其中一个电压交变地施加在另外一个电容端子。当N个这样的电路装置相互连接时，第一个电路装置的输入端和与输出端相连接的电容的另外一端与地电势相连接，理论上实现了|(N-1)U0|的输出电压，其中的U0是在时钟信号端子上的电压。
该充电过程是一个动态的过程，其中在电路装置的第一个晶体管的源极和漏极上的电压一直在改变，以致于该寄生的双极晶体管能够有规则地接通。
为了解决这个问题，DE19601369C1建议了其中设置有晶体管的该槽分别与晶体管的各个源极端子相连接，因为在振荡状态中那里存在负电压。这种措施实际上是用于充电泵电路的静态的结束状态，该状态实际上不会自己出现，因为该充电泵一直通过一个负载提取电荷。
已经在接通时在已知的电路上该槽相对于漏极端子在时钟信号电压上具有相应高的电势并且以此该双极晶体管接通，这引起了较大的效率损失，因为以此该充电泵一方面在理论上没有达到最大的输出电压并且另一方面非常缓慢地达到目标的输出电压。
上述发明的任务在于以较高的效率给出用于产生负电压的电路装置。
此任务通过按照权利要求1的电路装置解决。有利的另外的改进在从属权利要求中给出。
在本发明的电路装置中以及由多个这样的电路装置所构成的充电泵中含有第三个晶体管，当源极端子上的电势负性地作为在第一个晶体管的漏极端子上的电势时，其使该槽只与第一个(充电)晶体管的源极端子相连接。在此情况下，该槽电容只通过两个槽之间的pn势垒层构成，该槽电容被充电到源电势，并且当第三个晶体管再一次被截止时，该槽在此电势上保持足够长的时间，因为该漏极端子电势被负性地作为它的源极端子电势。
在本发明的另外的实施例中含有第四个晶体管，当该漏极端子电势相对于第一个晶体管的源极端子电势时负性的时，其使该槽与第一个晶体管的漏极端子相连接。在此实施例中，该槽电容也一直充电到放电势，以致于没有静态出现，其中该槽相对于第一个晶体管的一个端子是正的，并且以此一个寄生的双极晶体管导通。
在本发明的另外的有利的实施例中在第一个晶体管的漏极端子和该槽之间含有一个电容。此电容在第三个电容接通期间同样如槽电容被充电到源极端子电势并且在第三个晶体管的截止状态期间与槽电容进行串联连接，以致于在漏极端子电势下降时，槽电容上的电压被移动到负值。该槽以此能够作为在第一个晶体管的源极端子上的纯充电是负性的。
通过本发明的电路装置的相继的连接能够构成一个充电泵，其可以产生-12V或者甚至-20V的电压，例如其可以用于非易失存储器的编程和/或擦除，尤其是闪电EPROM存储器所必需的，在芯片电源电压的情况下只需要2.5V。
在一个这样的充电泵中，奇数的电路装置被施加第一个和第二个时钟信号，而偶数的电路装置被施加第三个和第四个时钟信号，其与第三个和第四个时钟信号具有相同的曲线，但是移动半个周期。在有利的改进中在电路装置的第二个时钟信号端子上的时钟信号具有大于0.5的占空比，以致于第二个和第四个时钟信号重叠。以此第一个晶体管被充电，这导致了效率提高。
本发明下面借助于附图详细解释了本发明的实施例。
图1本发明的电路装置的一个详细的电路图，图2以三波技术在p衬底中实现这样的电路装置的原理性表示，图3一个充电泵的第一个实施例，图4一个充电泵的第二个实施例，图5一个充电泵的第三个实施例，以及图6时钟信号的时间曲线。
按照图1，本发明的电路装置作为多级充电泵中的一级考虑能够用于产生一个负电压，在输入端E和输出端A之间连接有一个第一个NMOS晶体管Tx2。
如图2所示，第一个晶体管Tx2形成在一个p槽中，其在该侧设置在一个深的绝缘的n槽中。此深的n槽设置在p衬底中。该n槽以及p衬底连接到大地。
第一个晶体管Tx2的栅极通过第一个电容Cb2能够与第一个时钟信号端子相连接，其上能够施加第一个时钟信号F1。该第一个晶体管Tx2的源极端子与第二个电容Cp2的第一个端子相连接，它的第二个端子与第二个时钟信号端子相连接，其上能够施加第二个时钟信号F2。
该电路装置的输入端E能够与另外同样的电路装置的输出端相连接，如图3所示，并且在图1中通过第二个电容Cp1示出了此另外的电路装置。
如图6所示，第二个和第四个时钟信号F2、F4具有相同的时间曲线，只是相互移动了半个周期。通过将正电压交变地施加在第二个和第四个时钟信号端子上，电荷被从按照图3的一个电路装置的一个链接的另外的或者预先含有的电路装置的第二个电容Cp1通过第一个晶体管Tx2泵压到下面的在图1中示出的电路装置的第二个电容Cp2。此栅极在泵压期间通过具有如图6所示出的时间曲线的第一个时钟信号F1达到一个相对于第一个晶体管Tx2的源极端子的正电压。以有利的方式，该时钟信号F2和F4有一些重叠，以致于在其通过第一个时钟信号F1导通之前，第一个晶体管被充电。
通过将电荷泵压到第二个电容Cp2，该电容被充电并且在第二个时钟信号F2断开之后该输出端子A以及与此相连接的第一个晶体管Tx2的源极端子是负性的。该源极端子作为第一个晶体管Tx2的栅极端子变为负性的，与此它没有被截止，并且第二个电容Cp2能够再一次放电。以此在第一个晶体管Tx2的栅极和源极端子之间连接有一个第二个晶体管Ty2，它的栅极与第一个晶体管Tx2的漏极端子相连接。通过这个第二个晶体管Ty2，第一个晶体管Tx2的栅极具有第一个晶体管Tx2的源极的电压，以致于它被截止。
为了避免第二个电容Cp2通过第二个晶体管Ty2和第一个时钟信号端子进行放电，含有第一个电容Cb2。
按照本发明的方式在第一个晶体管Tx2的源极端子和其中设置有晶体管Tx2的该槽Kw的一个端子之间连接有第三个晶体管Tz2，它的栅极同样与第一个晶体管Tx2的漏极端子相连接。
如图2所示，第二个和第三个晶体管Ty2、Tz2设置在其中形成有第一个晶体管Tx2的p槽之中。如点划线所示，其也可以形成在自己的槽中，其中该槽以有利的方式通过导线进行相互的连接。
通过第三个晶体管Tz2，该在图1中以点Kw表示的槽保持在负电势上，以致于在p槽和n槽之间的pn结在截止方向上被极性化并且没有泄电流能够流过。通过第三个晶体管Tz2，该槽-槽-截止层电容Cw被另外进行充电，以致于p槽也在第三个晶体管Tz2截止时保持在负电势。
在图2中另外示出了一个寄生的npn晶体管Tp，其通过第一个晶体管Tx2的n+-漏极区域构成p槽以及n槽。此寄生的晶体管Tp也示出在图1之中。其中可以清楚地看出，当p槽相对于第一个晶体管Tx2的漏极端子是正的时，此晶体管能够导通并且产生泄电流。这通过按照本发明的第三个晶体管被极大地避免了。
如上所述，多个这样的按照本发明的电路装置能够相继地进行连接，以不仅产生负电压，而且产生一个与电源电压相比较高的负电压，例如其是对于闪电EPROM存储器的编程和擦除所必需的。
在图3中N个这样的电路装置按照图1进行相互的连接。该第一个晶体管通过Tx1到TxN进行表示。其他的电路组件以相似的方式进行表示。第n个电路装置的第二个电容CpN没有被施加以时钟信号电压，因为在其上应该截取了负的高电压。通过一个这样的充电泵，例如如图3所示由N个泵级所组成，能够产生(N-1)NO的电压，这是当第一个泵级的输入端被施加地电压并且UO是时钟信号的电平。以此该时钟信号F1…F4具有如图6所示的时间曲线。该时钟信号F3和F4各自具有如时钟信号F1和F2的时间曲线，只是移动了半个周期。
充电泵的奇数的泵级按照图3被施加了时钟信号F3和F4，并且偶数的泵级被施加了时钟信号F1和F2。
图4示出了本发明的另外的实施例。在这个在此所描述的充电泵的电路装置中有第四个NMOS晶体管Tza1…TzaN设置在第一个晶体管Tx1…TxN的漏极端子和该槽之间。该第四个晶体管Tza1…TzaN的栅极端子分别与第一个晶体管Tx1…TxN的源极端子相连接。该第三个晶体管在此通过Tzb1…TzbN进行表示。
该第四个晶体管Tza1…TzaN是用于，即在此情况下，即在第一个晶体管Tx1…TxN的漏极端子上存在比在源极端子上低的电势，这使最低的电势接通到该槽，并且该槽以此一直位于两个电势的最低的一个上。
代替第四个晶体管Tza1…TzaN，在有利的按照图1的电路装置以及按照图3的充电泵的改进中，在第一个晶体管Tx1…TxN的漏极端子和该槽Kw之间连接有一个第三个电容C3。这示出在图5中。该第三个电容C3与槽槽电容Cw(在图5中没有详细示出)进行连接以使槽电势继续降低。
在图3到5中示出的按照本发明的充电泵的特征在于高效率，以致于在大约2.5V的较小的电源电压的情况下也能够提供-20V的输出电压。
权利要求
1.用于产生负电压的电路装置，-具有第一个晶体管(Tx2)，它的第一个端子与电路装置的一个输入端(E)而它的第二个端子与电路装置的一个输出端(A)相连接，并且它的栅极通过第一个电容(Cb2)与第一个时钟信号端子相连接，-具有第二个晶体管(Ty2)，它的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的栅极端子相连接，它的第二个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接，并且它的栅极端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子相连接，并且-具有第二个电容(Cp2)，它的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接，并且它的第二个端子与第二个时钟信号端子相连接，-其中该晶体管(Tx2，Ty2)是在一个三重槽(Triple-well)中构成的MOS晶体管，其特征在于，第三个晶体管(Tz2)的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接，第三个晶体管(Tz2)的第二个端子与含有该晶体管(Tx2，Ty2，Tz2)的槽(Kw)相连接，并且第三个晶体管(Tz2)的栅极端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子相连接。
2.如权利要求1的电路装置，其特征在于，第四个晶体管(Tza2)的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子相连接，第四个晶体管(Tza2)的第二个端子与含有该晶体管(Tx2，Ty2，Tza2，Tzb2)的槽相连接，并且第四个晶体管(Tza2)的栅极端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接。
3.如权利要求1的电路装置，其特征在于，第三个电容(C3)的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子并且第三个电容(C3)的第二个端子与含有该晶体管(Tx2，Ty2，Tz2)的槽(Kw)相连接。
4.用于产生负电压的充电泵，其中至少两个电路装置按照权利要求1到3之一进行串联，并且第一个此电路装置的输入端与地电势相连接。
5.用于运行按照权利要求4的充电泵的方法，其特征在于，在一个具体的电路装置的时钟信号端子上的时钟信号(F1，F2以及F3，F4)相对于预先存在的电路装置的时钟信号(F3，F4以及F1，F2)移动了半个周期。
6.如权利要求5的方法，其特征在于，至少在第二个时钟信号端子上的时钟信号(F2，F4)的占空比大于0.5。
全文摘要
用于产生负电压的电路装置,具有第一个晶体管(Tx2),它的第一个端子与电路装置的一个输入端(E)而它的第二个端子与电路装置的一个输出端(A)相连接,并且它的栅极通过第一个电容(Cb2)与第一个时钟信号端子相连接,具有第二个晶体管(Ty2),它的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的栅极端子相连接,它的第二个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端于相连接,并且它的栅极端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子相连接,并且具有第二个电容(Cp2),它的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接,并且它的第二个端子与第二个时钟信号端子相连接,并且其中该晶体管(Tx2,Ty2)是在一个三重槽(TriPIe－well)中构成的MOS晶体管,第三个晶体管(Tz2)的第一个端子与第一个晶体管(Tx2)的第二个端子相连接,第三个晶体管(Tz2)的第二个端子与含有该晶体管(Tx2,Ty2,Tz2)的槽(Kw)相连接,并且第三个晶体管(Tz2)的栅极端子与第一个晶体管(Tx2)的第一个端子相连接。
文档编号H02M3/07GK1245595SQ97181534
公开日2000年2月23日 申请日期1997年9月23日 优先权日1997年1月24日
发明者M·布罗赫, C·劳特巴赫 申请人:西门子公司