半导体装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于2014年8月27日提交的日本专利申请No. 2014-172422并要求其优 先权，通过引用将其公开内容整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种半导体装置，并且例如涉及一种辅助将电源产生的电力供应到功 能电路的半导体装置。
【背景技术】
[0004] 半导体装置具备半导体装置外部的电源端子和接地端子之间的平滑电容器以抑 制电源电压的波动。需要将电力供应到半导体装置的电源电路具有在半导体装置激活时将 包括将被充电的电荷的电力供应到这种平滑电容器的能力。因此，在半导体装置激活时，暂 时需要比正常操作状态更多的电力。因此，日本未审专利申请公布No. 2001-273043中公开 了在对平滑电容器充电时将电力供应到负载电路的技术。
[0005] 在日本未审专利申请公布No. 2001-273043中公开的电源电路中，平滑电容器将 从整流电路获得的电压转换成直流电压，并且调节器1C稳定该直流电压。而且，电流旁路 电阻器设置为与调节器1C并联。
【发明内容】
[0006] 但是，根据日本未审专利申请公布No. 2001-273043,电力在激活时需要被供应至 负载电路和平滑电容器两者，且因此出现的问题是从电源开始电力供应后，负载电路激活 花费的时间（以下被称为起动时间）变长。将从本说明书以及附图的说明使其他任务和新 的特征更加显而易见。
[0007] 根据一个实施例，半导体装置包括：第一开关，其切换是否供应通过积累从电源输 出的电荷而产生的第一电源电压，作为至第一电路的第二电源电压；以及第二开关，切换是 否将抑制第二电源电压的波动的平滑电容器连接至第一电路，并且第一开关响应于第一电 源电压已经达到足够的电压而切换至导通状态，并且随后第二开关响应于第二电源电压已 经达到足够的电压而切换至导通状态。
[0008] 此外，作为本发明的方面，由根据上述实施例的装置替代而表述的方法和系统是 有效的。
[0009] 根据一个实施例，在将平滑电容器连接至半导体装置的同时，能缩短半导体装置 的起动时间。
【附图说明】
[0010] 从结合附图的某些实施例的以下说明将使上述和其他方面、优点以及特征变得更 加显而易见，其中：
[0011] 图1是根据第一实施例的半导体装置的框图；
[0012] 图2是用于解释根据第一实施例的半导体装置的操作的流程图；
[0013] 图3是用于解释根据第一实施例的半导体装置的操作的时序图；
[0014] 图4是用于解释根据第一实施例的半导体装置的比较例的框图；
[0015]图5是用于解释根据第一实施例的半导体装置的该比较例的操作的时序图；
[0016] 图6是根据第二实施例的半导体装置的框图；
[0017] 图7是根据第二实施例的半导体装置的细节的框图；
[0018] 图8是用于解释根据第二实施例的半导体装置的操作的时序图；
[0019] 图9是根据第三实施例的半导体装置的框图；
[0020] 图10是根据第四实施例的半导体装置的框图；
[0021] 图11是用于解释根据第四实施例的半导体装置的操作的时序图；
[0022] 图12是根据第五实施例的半导体装置的框图；
[0023] 图13是用于解释根据第五实施例的半导体装置的操作的流程图；
[0024] 图14是根据第六实施例的半导体装置的框图；
[0025]图15是根据第六实施例的半导体装置的变型例的框图；
[0026] 图16是根据第七实施例的半导体装置的框图；
[0027] 图17是根据第八实施例的半导体装置的框图；
[0028] 图18是用于解释根据第八实施例的半导体装置的操作的时序图；
[0029] 图19是根据第八实施例的半导体装置的变型例的框图；
[0030] 图20是根据第九实施例的半导体装置的框图。
【具体实施方式】
[0031] 为了说明的清楚，将选择性省略并简化以下说明和附图。此外，在各个附图中，相 同元件将被赋予相同的参考数字，且在必要时将省略其重复说明。
[0032] 图1是根据第一实施例的半导体装置1的框图。图1示出由电源10、控制芯片11、 控制电路12、充电电容器Cx以及平滑电容器C1构造的系统的一个实例。这些模块中的电 源10的一部分、控制芯片11以及控制电路12形成在一个半导体芯片上。将参考图1说明 形成在单独的芯片上的电源10、控制芯片11以及控制电路12的实例。但是，可形成在半导 体芯片上的电路可形成在同一半导体芯片上。当下述多个模块形成在半导体芯片上时，作 为外部端子的下述端子为内部端子。此外，充电电容器Cx和平滑电容器C1设置在半导体 芯片外部。
[0033] 电源10主要输出用于操作控制电路12的电力。在第一实施例中，对于电源10来 说，采用微电力源，例如热电偶、接收微波的天线或低照度下的太阳能电池，其仅能提供比 负载电路低的诸如几uW的电力。即，根据第一实施例的半导体装置1采用收集在环境下获 得的能量并输出电力的电源10。此外，半导体装置1在充电电容器Cx中积累由电源10输 出的电荷并获得第一电源电压Vx。
[0034] 控制芯片11包括控制电路12、第一开关（例如开关SWx)、第二开关（例如开关 SW1)、第一端子（例如输入端子TVx)、第二端子（例如输出TVDD)，以及第三端子（例如平 滑电容连接端子TC)。
[0035] 输入端子TVx与充电电容器Cx的一端连接。这种充电电容器Cx连接在接地端子 和连接电源10与输入端子TVx的布线之间。输出端子TVDD与将第二电源电压VDD供应到 第一电路（例如负载芯片13)的电源布线的一端连接。平滑电容连接端子TC与平滑电容 器C1的一端连接。平滑电容器C1是抑制第二电源电压VDD的波动的电容器。平滑电容器 C1连接在接地端子和平滑电容连接端子TC之间。
[0036] 开关SWx连接在输入端子TVx和输出端子TVDD之间。开关SW1连接在输出端子 TVDD和平滑电容连接端子TC之间。控制电路12控制开关SWx和开关SW1的导通/断开状 态。更具体地，在将开关SWx从断开状态切换至导通状态之后，控制电路12响应于第二电 源电压VDD已经满足一定条件的而将开关SW1从断开状态切换至导通状态。此外，控制电 路12响应于第一电源电压Vx已经达到第一设定电压而将开关SWx从断开状态切换至导通 状态，并且响应于第一电源电压Vx已经达到低于第一设定值的第二设定值而将开关SWx从 断开状态切换至导通状态。此外，控制电路12响应于第二电源电压VDD已经达到第三设定 电压将开关SW1从断开状态切换至导通状态，且响应于第二电源电压VDD已经达到低于第 三设定电压的第四设定电压而将开关SW1从断开状态切换至导通状态。将在下文详细说明 第一设定电压至第四设定电压。
[0037] 此外，在第一实施例中，将说明控制电路12根据第一电源电压Vx和第二电源电压 VDD的电压值控制开关的实例。但是，控制电路可根据来自计时器或负载芯片13中的负载 电路14的指令而控制开关。
[0038] 负载芯片13是半导体芯片，其上形成需要通过半导体装置1执行而实现功能的功 能电路（例如负载电路14)。图1示出作为负载芯片13的端子的电源端子TPWR。但是，负 载芯片13也包括未示出的其它端子。
[0039] 以下将说明根据第一实施例的半导体装置1的操作。此外，以下开关处于阻断状 态的状态将被表述成断开状态，且开关传导的状态将被表述成导通状态。
[0040] 图2是用于解释根据第一实施例的半导体装置1激活时的操作的流程图。如图2 中所示，根据第一实施例的半导体装置1在开关SWx和SW1切换至断开状态的状态（步骤 S10和步骤S11中的分支为否）下对充电电容器Cx充电。因此，第一电源电压Vx上升。此 外，开关SWx响应于第一电源电压Vx已经达到第一设定电压Vth_SWx_0N或更大（步骤SI1 中的分支为是）而切换至导通状态（步骤S12)。
[0041] 此外，当开关SWx切换至导通状态时，开始到负载电路14的电力供应（步骤S13)。 随后，半导体装置1将开关SW1切换至导通状态（步骤S14)，且将平滑电容器C1连接至负 载芯片13 (步骤S15)。随后，根据第一实施例的半导体装置1响应于第二电源电压VDD已 经达到第三设定电压Vth_SWl_0N而将开关SW1从断开状态切换至导通状态。
[0042] 以下将采用时序图说明根据第一实施例的半导体装置1的操作。图3是用于解释 根据第一实施例的半导体装置1激活时的操作的时序图。图3示出设定电压REF1和REF2。 在包括图3的附图中，"起动时段"是指从到负载电路的电力供应开始时至负载电路的操作 稳定时的时段。此外，"起动时间"是指从到系统的电力供应开始时至负载电路的操作稳定 时的时段。第一设定电压Vth_SWx_0N和第三设定电压Vth_SWl_0N对应于设定电压REF1。 第一设定电压Vth_SWx_0N是比第三设定电压Vth_SWl_0N高的电压。此外，第二设定电压 Vth_SWx_0FF和第四设定电压Vth_SWl_0FF对应于设定电压REF2。而且，图3中所示的Vmin 表示负载电路14的最小操作电源电压。第二设定电压Vth_SWx_OFF低于第四设定电压Vth_SW1_0FF且低于第一设定电压Vth_SWx_ON。此外，第二设定电压Vth_SWx_OFF和第四设定 电压Vth_SWl_OFF都是高于最小操作电源电压Vmin的电压。
[0043] 根据第一实施例的半导体装置1执行将开关SWx保持在导通状态，直至第一电源 电压Vx达到第一设定电压Vth_SWx_0N且随后低于第二设定电压Vth_SWx_0FF的控制。此 外，根据第一实施例的半导体装置1执行将开关SW1保持在导通状态，直至第二电源电压 VDD达到第三设定电压Vth_SWl_0N且随后低于第四设定电压Vth_SWl_0FF的控制。在图 3中所示的时序图中，简化了设定电压和电源电压之间的关系，且关注诸如电源电压的各个 电压的波动。
[0044] 如图3中所示，根据第一实施例的半导体装置1在充电时段中对充电电容器Cx充 电，且将第一电源电压Vx升高至设定电压REF1。此外，开关SWx响应于第一电源电压Vx已 经达到第一设定电压Vth_SWx_0N而切换至导通状态。因此，充电时段切换至起动时段。
[0045] 在起动时段期间，将第二电源电压VDD通过开关SWx施加至负载电路14。在这种 情况下，第二电源电压VDD根据充电电容器Cx中积累的电荷以及电源10输出的电力逐渐 从0V上升。同时，在起动时段期间，第一电源电压Vx下降，因为充电电容器Cx中积累的电 荷量下降。随后，当到负载电路14的电力供应满足特定程度时，第一电源电压Vx以及第二 电源电压VDD上升。
[0046] 此外，半导体装置1响应于第二电源电压VDD已经达到第三设定电压Vth_SWl_0N 而将开关SW1从断开状态切换至导通状态。因此，半导体电容器Cl连接至负载芯片13,且 半导体装置1转变至稳定操作时段。稳定操作时段是指其中平滑电容器C1在平滑电容器 C1连接至负载芯片13的状态下进行操作的时段。在这种情况下，随时间经过，由充电至平 滑电容器C1的电荷产生的电压VI上升。当电压VI被充电至与第二电源电压VDD相同的 电压时，平滑电容器C1开始作为负载电路的平滑电容器C1起作用。
[0047] 以下，将说明根据比较例的半导体装置100以进一步阐明根据第一实施例的半导 体装置1的操作。图4是根据比较例的半导体装置100的框图。
[0048] 如图4中所示，在根据比较例的半导体装置100中，开关SWx设置在连接电源10 和负载芯片13的电源布线上。此外，充电电容器Cx设置在接地端子和连接开关SWx和电 源10的布线之间。平滑电容器C1设置在接地端子和连接开关SWx与负载芯片13的布线 之间。此外，在根据比较例的半导体装