半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请基于2014年9月3日提交的日本专利申请第2014-178835号并要求其优先权权益，在此通过引用并入其公布内容。
技术领域
[0003]本发明涉及半导体装置，更为具体而言，例如，涉及具有电荷栗电路的半导体装置。
【背景技术】
[0004]近年，从环境保护的角度，已经提出了从环境电波中收集电能以操作电路的多种能量收集技术。在能量收集技术中，从收集电源获得的电压低至0.1V到0.2V。因此，为了驱动微处理器或类似设备，需要使用升压电路将施加于负载电路的电源电压提升至大约IV。此处，在使用感应器的开关调节器的情形下，例如，需要大约0.6V或更高的控制电压来将
0.1V升压至1.0V。因此，为了实现所谓的冷启动，即，从0V的初始电压状态的升压操作，需要使用变压器或电荷栗电路产生高电位。在这些装置中，不需要附加外部装置且并不昂贵的电荷栗电路大概具有数级到十级。当其衬底电位固定至0V (接地电压GND)的NM0S晶体管采用二极管接法以形成电荷栗时，当它前进至后续级时施加反向的衬底偏压。因此，电荷栗电路的性能(升压电势和电流供给能力)退化。日本未审查专利申请公开第2005-333685号公开了基于低电压驱动的电荷栗电路的例子。
[0005]日本未审查专利申请公开第2005-333685号公开的电荷栗电路包括衬底控制M0S晶体管，该M0S晶体管对背栅电压的供给源进行转换，从而使充当整流装置的PM0S晶体管(转移M0S晶体管)的背栅电压从源极端和漏极端中具有较高电压的一端供给。
【发明内容】
[0006]然而，在日本未审查专利申请公开第2005-333685号公开的技术中，由于源极和背栅之间的电压是0V，当二极管接法晶体管(转移M0S晶体管)允许正向电流流动时，特别地，难以在输入电压的低电压区充分地供给正向电流。因此，在日本未审查专利申请公开第2005-333685号公开的技术中，难以充分地改善升压性能，例如升压时间和升压电压。根据本说明书的描述和附图，其它目的和新特征将变得明显。
[0007]根据本发明的一种实施方式，一种半导体装置包括:电荷栗电路，该电荷栗电路具有多个升压单元，所述多个升压单元在输入端和输出端之间串联连接以根据时钟信号将供给至所述输入端的电压升压，所述多个升压单元中的每一个升压单元包括:内部输入端；内部输出端；主晶体管，该主晶体管采用二极管接法以使正向电流沿着从所述内部输入端朝向所述内部输出端的方向流动；次晶体管，该次晶体管连接在所述主晶体管的第一端和所述主晶体管的背栅端之间并且具有与所述主晶体管的第二端连接的控制端；电阻器，该电阻器连接所述主晶体管的第二端和所述主晶体管的背栅端；以及电容器，该电容器连接在所述内部输出端和时钟配线之间，其中时钟信号提供至所述时钟配线。
[0008]本实施方式的装置可以表示为方法和系统，并且所述方法和系统也落入本发明的范围。
[0009]根据所述实施方式，可以改善升压性能，例如，升压时间和升压电压。
【附图说明】
[0010]根据对结合附图的一些实施方式的下述描述，上述的以及其它的方面、优势和特征将会更加明显，其中:
[0011]图1是根据第一实施方式的半导体装置的框图；
[0012]图2是根据第一实施方式的振荡器的框图；
[0013]图3是根据第一实施方式的反相器的电路图；
[0014]图4是根据第一实施方式的整流装置的框图；
[0015]图5是用于描述在根据第一实施方式的半导体装置的工作期间整流装置的偏置状态的时序图；
[0016]图6是作为根据第一实施方式的半导体装置的对比实例的半导体装置的框图；
[0017]图7是用于描绘根据第一实施方式的整流装置和根据对比实例的整流装置之间的电流特性的差别的图；
[0018]图8是用于描绘根据第一实施方式的半导体装置和根据对比实例的半导体装置之间的输出特性的差别的图；
[0019]图9是用于描绘根据第一实施方式的半导体装置的布图的图；
[0020]图10是用于描绘根据第一实施方式的电荷栗电路的布图的图；
[0021]图11是用于描绘根据第一实施方式的整流装置的布图的图；
[0022]图12是用于描绘根据第一实施方式的整流装置的垂直结构的图；
[0023]图13是用于描绘根据对比实例的整流装置的垂直结构的图；
[0024]图14是根据第二实施方式的半导体装置的框图；
[0025]图15是根据第二实施方式的整流装置的框图，其中所述整流装置使用N型半导体晶体管；
[0026]图16是根据第三实施方式的半导体装置的框图；
[0027]图17是根据第三实施方式的电源的框图；
[0028]图18是根据第三实施方式的升压电路的框图；
[0029]图19是根据第三实施方式的电压监测电路的框图；
[0030]图20是根据第三实施方式的参考电压产生电路的框图；
[0031]图21是根据第三实施方式的比较器的框图；
[0032]图22是用于描绘根据第三实施方式的半导体装置的工作的时序图。
【具体实施方式】
[0033]为了解释清楚，若需要，将省略和简化下面的描述和附图。在对应的附图中，相同的元件通过相同的附图标记表示，若需要，将不提供相同元件的冗余描述。
[0034]第一实施方式
[0035]图1举例说明了根据第一实施方式的半导体装置1的框图。根据第一实施方式的半导体装置1具有形成在半导体芯片上的电荷栗电路。图1举例说明了电荷栗电路。如图1所示，根据第一实施方式的半导体装置1包括振荡器10、升压单元BC1至BCn以及整流装置Η)Ρη+1。此处，η为表示单元或装置的数量的整数。
[0036]升压单元BC1至BCn在输入端和输出端之间串联连接。升压单元BC1至BCn根据时钟信号CK和CKB升压提供至输入端的输入电压VIN以输出输出电压V0UT。根据第一实施方式的半导体装置1具有设置于最后一级升压单元BCn和输出端之间的整流装置Η)Ρη+1。整流装置Η)Ρη+1防止从连接至输出端的平滑电容器(未示出)向升压单元BCn的电流回流。振荡器10向所述多个升压单元中的奇数编号的升压单元的电容器提供第一时钟信号CK并且向偶数编号的升压单元的电容器提供具有与第一时钟信号相反相位的第二时钟信号。
[0037]升压单元BC1至BCn中的每个都具有整流装置(例如，PDP1至PDPn)和电容器(例如，C1至Cn)。在根据第一实施方式的半导体装置1中，包括主晶体管、次晶体管和电阻器的电路用作整流装置。整流装置的细节将稍后描述。而且，整流装置ropi至ropn有时候称为整流装置rop。
[0038]升压单元的电容器具有与整流装置的输出端侧(例如，二极管接法晶体管的阴极侦υ连接的一端和被提供时钟信号的另一端。此处，时钟信号CK是经由时钟配线提供至奇数编号的升压单元的电容器的所述另一端，并且时钟信号CKB是经由时钟配线提供至偶数编号的升压单元的电容器的所述另一端。
[0039]接下来，将具体描述根据第一实施方式的振荡器10。图2举例说明了根据第一实施方式的半导体装置1的振荡器的框图。如图2所示，根据第一实施方式的振荡器10包括振荡单元20和时钟缓冲器31和32。振荡器10为环形振荡器，其中反相器21至2i (i为表示反相器的数量的整数)是以环形形式连接。时钟缓冲器31连接至设置于末级的反相器2i的输出端。而且，时钟缓冲器32连接至设置于紧接末级的前一级的反相器21-l的输出端。从时钟缓冲器31输出的时钟信号用作第一时钟信号CK，并且从时钟缓冲器32输出的时钟信号用作第二时钟信号CKB。
[0040]此处，根据第一实施方式的振荡器10使用输入电压VIN作为电源电压进行工作。输入电压VIN从例如电压值接近0.1V到0.2V的弱电源输出。因此，振荡器10使用能在低电源电压进行工作的反相电路。图3举例说明了充当振荡器10的反相器21到2i的反相器的实例的电路图。
[0041 ] 如图3所示，反相器包括PM0S晶体管ΜΡ0到MP2和NM0S晶体管ΜΝ0到丽2。PM0S晶体管ΜΡ0和MP1以及NM0S晶体管ΜΝ0和丽1在电源端和接地端之间串联连接。更为具体而言，PM0S晶体管ΜΡ0和MP1以及NM0S晶体管ΜΝ0和丽1被布置为使得PM0