存储器电路的集成电路及应用其的方法与流程

本发明关于用于存储器电路的电源，像是电荷泵。
背景技术：
：随着非易失性存储器(像是闪存)的工艺尺寸缩小，降低存储器的功率消耗变得更加关键。存储器的功率消耗取决于电流消耗，因为功率＝电压×电流＝电流2×电阻。某些存储器电路的类型所倚赖的供给电压相较于作为包括存储器阵列的集成电路的输入的供给电压来的高。这样的电路例如包括电荷泵以及输出驱动器。电荷泵及输出驱动器可汲取相对大的峰值电流(peakcurrents)。其它可汲取相对大峰值电流的存储器电路类型例如是电压启动电路(voltageboostingcircuit)以及多相频率(multi-phaseclock)，其需或不需倚赖较高的供给电压。此类需倚赖较高供给电压(相较供给至集成电路的较低电压)的电路及/或汲取相对高峰值电流的电路是消耗变动的功率。峰值电源可能损坏包括存储器阵列的集成电路的电源。因此，有需要控制集成电路的峰值电源消耗。技术实现要素：本发明的不同实施例通过将整流后电流提供至集成电路的高电流/高功率部分，以控制峰值电源消耗。本发明的一方面提供一种集成电路，其包括供电输入接脚、芯片上电源、存有一或多个欲被芯片外供给电压及芯片上电源至少其一供电的电路的配置存储器、一或多个存储器设定以及控制电路。供电输入接脚用以接收芯片外供给电压，其可具有一可变电流。芯片上电源用来对芯片外供给电压供电。一或多个存储器设定指示该一或多个电路至少其一是否由该芯片上电源供电。控制电路响应该一或多个存储器设定，控制该一或多个电路的该至少其一者是否由该芯片上电源供电。在本发明的一实施例，一或多个电路包括由多相频率讯号驱动的电荷泵，该多相频率讯号的电压对时间(voltage-versus-time)斜率由一整流后电流决定，其可由芯片上电源提供。在本发明的不同实施例中，电荷泵包括多个串联耦接的电荷泵级，用以自这些电荷泵级的第一级将电荷汲取至最后一级。这些电荷泵级包括一输入节点、一输出节点、电性耦接该输入节点以及该输出节点的一传输晶体管、耦接该输出节点的一第一启动电容以及耦接该传输晶体管的栅极的一第二启动电容。在本发明的部分实施例中，存储器设定可指示(i)第一启动电容、(ii)第二启动电容以及(iii)第一级的该输入节点，三者至少其一是否由提供整流后电流的芯片上电源所供电。在本发明的部分实施例中，电荷泵级中的一特定级包括一第一晶体管以及一第二晶体管。第一晶体管选择性地电性耦接至该特定级的输入节点以及该特定级的输出节点。第二晶体管择性地电性耦接至该输入节点以及该第一晶体管的栅极。在本发明的部分实施例中，特定级位于由多个阱接点(wellcontact)所环绕的阱当中。在本发明的部分实施例中，输入节点由阱中的第一区域定义。输出节点由阱中的第二区域定义。第一区域以及第二区域位于第一晶体管栅极的相对两侧。第一区域与平均沿着第一区域的第一周边的阱接点的最相近者相距第一距离。第二区域与平均沿着第一区域的第二周边的阱接点的最相近者相距第二距离。第一距离是比第二距离长。在本发明的部分实施例中，输入节点由阱中的第一区域定义。输出节点由阱中的多个第二区域定义。第一区域位在这些第二区域之间。在本发明的部分实施例中，芯片上电源包括并联电流源。集成电路包括额外的一或多个存储器设定以指示这些并联电流源的一特定并联电流源是否提供包含于一整流后电流中的电流，其可由芯片上电源提供。在本发明的部分实施例中，芯片上电源包括参考电流源以及具有至少两不同宽度的多个晶体管。这些晶体管中的至少一第一者与该参考电流源串联。这些晶体管中的至少一第二者提供输出电流，该输出电流由这些晶体管中的至少该第一者及该第二者的不同宽度的比例所决定。在本发明的部分实施例中，芯片上电源包括操作放大器，操作放大器位在一回路中，该回路是从这些晶体管中至少该第一者的栅极到该参考电流源。在本发明的部分实施例中，芯片上电源具有独立于芯片外供给电压的额定输出电压(nominaloutputvoltage)。在本发明的部分实施例中，一或多个电路包括电容性启动电路。在本发明的部分实施例中，一或多个电路包括输出驱动器。在本发明的部分实施例中，一或多个电路包括频率电路。在一实施例中，更包括具有特定导电类型的半导体本体；在该半导体本体中的第一阱具有该特定导电类型；在该半导体本体中的第二阱，环绕该第一阱并具有相对该特定导电类型的相反导电类型；多个晶体管，用以响应于一或多个频率讯号将第一个晶体管的电压电平汲至最后一个晶体管，该最后一个晶体管的电压电平实质上高于或负相关于耦接这些晶体管的供给电压；以及这些晶体管至少其中之一者，具有形成在第一阱中具有该相反导电类型的源极和漏极区域，其中该第一阱、该第二阱以及该漏极区域是耦接共同电位，其中该一或多个电路包括这些晶体管。本发明的另一方面提出一种方法，包括：存取一或多个存储器设定，该一或多个存储器设定指示一或多个电路至少其一是否由提供整流后电流的芯片上电源所供电，其中经由供电输入接脚而被芯片外供给电压供电的芯片上电源具有一可变电流；以及响应于该一或多个存储器设定，控制该至少一电路是否被芯片上电源供电。为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：附图说明图1绘示集成电路的方块图，集成电路接收具可变电流的外部电源，并于内部产生针对高功率电路的整流后电流。图2绘示集成电路的方块图，类似于图1，该集成电路接收具可变电流的外部电源，于内部产生针对高功率电路的整流后电流，并将高功率电路的电源切换于可变电流源以及整流后电流源之间。图3绘示集成电路的方块图，类似于图1及图2，该集成电路接收具可变电流的外部电源，于内部产生整流后电流，并将只有部分的高功率电路的电源切换于可变电流源以及整流后电流源之间。图4绘示一电源的简化电路图，该电源产生缩放自整流后电流源的整流后电流。图4a绘示一例供应电压独立电流源的简化电路图，该供应电压独立电流源可用在图4及图5中的电流源。图5绘示一电源的简化电路图，该电源包括可产生缩放自整流后电流源的整流后电流的op放大器。图6绘示由整流后电流源供电的多级电荷泵的简化电路图。图7绘示由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵的简化电路图。图8绘示由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵的简化电路图，其对整流后电流源以及可变电流源的电荷泵组件配置不同于图7。图9绘示由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵的简化电路图，其对整流后电流源以及可变电流源的电荷泵组件配置是由存储器设定来控制。图10绘示由依据图7、图8或图9的整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵其中一级的简化电路图。图11绘示图10中多级电荷泵其中一级的简化布局图，其电荷泵节点对在阱外围的阱接点的距离为变动的。图12绘示图11的多级电荷泵其中一级的另一简化布局图。图13绘示集成电路的简化方块图，该集成电路接收具可变电流的外部电源，并于内部产生针对高功率电路的整流后电流能，其电路对连接垫(pad)的距离为变动的。图14绘示输出驱动器的简化电路图，其作为图1、图2或图3的集成电路中高功率电路的一例。图15绘示启动电路的简化电路图，其作为图1、图2或图3的集成电路中高功率电路的一例。图16绘示集成电路的方块图，该集成电路接收具可变电流的外部电源，并于内部产生针对高功率电路的整流后电流。图17绘示四级电荷泵的示意图。图18绘示可配合用于图17的电荷泵的频率讯号脉波频率图。图19示意地绘示三重阱nmos晶体管(triplewellnmostransistor)的剖视图。图20绘示可用于图17的电荷泵的四个三重阱晶体管的顶视图。图21a-图21c绘示图17的电荷泵在不同节点上的电压描述(profile)。【符号说明】100：供电输入接脚101、102、103、700、1050：集成电路105、311、806：可变电流能130：低功率电路140、142、1018：高功率电路114、115、116、117、118、814：整流后电流能110、720、810、301、2101：整流后电流源150、330：电源存储器设定152、320：电源控制电路vcc：供给电压201：参考电流源204、206、234、236、216、214、822、922、926：p型晶体管232、238、824、924：n型晶体管220、vref：电压参考201、211、iref：电流参考218：操作放大器300、340、350、360、2100：电荷泵302：启动驱动器304：主晶体管306：启动电容305：输入节点310：可变电流源a：针对传输晶体管的所有级的启动驱动器b：针对第一级的主晶体管c：对于所有级的启动电容412、432：电容n1、n2、n3、402、401、424、502、501、511、524、601、602、612、611、624：节点xm1、xm2、422、420、2252、2254、2282、2284：晶体管522、520、622、623、620、2260、2270、2290、2300：栅极430：反相器530：p阱区域540、640：阱接点630、631、2206、2258、2288：p阱725：高电流/高功率电路710：可变电流能连接垫715：接地参考连接垫800：输出驱动器900：启动电路925：启动电容1000：存储器阵列1009：控制器1011：数据输入线1005：总线1003：行译码器1001：列译码器1008：整流后电流源供给1002：字线1004：位线1006：区块1007：数据总线1060：外部的可变电流源2102-2110、2200：三重阱nmos晶体管2112-2119、2132-2135：标准nmos晶体管2122-2129：频率讯号2192-2195：时序2161-2168、2138：节点2202：p型基板2204、2256、2286：n阱2210、2212：n+型漏极区域2214：通道区域2216：多晶硅栅2220-2224：独立端2262、2272、2292、2302：源极区域2264、2274、2294、2304：漏极区域2361-2369：电压描述2371-2373：区域具体实施方式图1绘示集成电路的方块图，该集成电路接收具有可变电流的外部电源并于内部产生用于高功率电路的整流后电流能。在图1中，集成电路101被封装成具有编号1至n的接脚，这些接脚可收发讯号并接收电源。接脚100为接收可变电流的供电输入接脚，其典型地位在一固定的标准电压或电压范围。当集成电路101的内部电路汲取变化的电源或电流，经由接脚100所汲取的总电流也会跟着变化。经由供电输入接脚100所汲取的可变电流能105是由一或多个低功率电路130以及一或多个整流后电流源110所接收。虽然由低功率电路130所汲取的电流会随时间变化，低功率电路130所汲取的最大电流是小于整流后电流源110所产生的整流后电流。因此，低功率电路130所吸收的可变电流的峰值并不会损坏提供接脚100电源的外部供电电源。经由接脚100汲取而被整流后电流源110所消耗的电流亦是一整流后电流。一或多个高功率电路140可汲取整流后电流源110所产生的整流后电流。由于可被高功率电路汲取的电流峰值是被整流后电流限制，集成电路101的总电源消耗峰值将不会损坏提供接脚100电源的外部供电电源。当整流后电流源110产生的整流后电流不被高功率电路140消耗，其接着会停止产生电流。基于系统规格的消耗电流或最大电流峰值，集成电路101系设计让整流后电流为充足的。图2绘示集成电路102的方块图，类似于图1，集成电路102接收具有可变电流的外部电源，并于内部产生整流后电流能，以及将高功率电路的电源切换于可变电流能以及整流后电流能之间。电源存储器设定150储存是否将特定的高功率电路142或当中的部分自供电输入接脚100所提供的可变电流能105、或是自整流后电流源110所提供的整流后电流能115汲取电能的偏好。受影响的特定高功率电路142可以是高功率电路142的子集合或是全部。电源存储器设定150可以是非易失性存储器，像是熔丝存储器、闪存或氮化电荷捕捉存储单元(nitridechargetrappingcell)，或是易失性存储器，像是ram。倚赖电源存储器设定150的内容的电源控制电路152可控制是否将特定的高功率电路142或当中的部分自供电输入接脚100所提供的可变电流能105、或是自整流后电流源110所提供的整流后电流能115汲取电能。电源存储器设定150以及电源控制电路152，增加了自整流后电流源110汲取整流后电流能115的高功率电路142的数量及类型的弹性。一例示的电源控制电路包括具有多条可选电流路径的切换电路。一例示的电源存储器设定150具有存储器组件，像是融丝(fuses)或用来选择电流路径的沉积金属。图3绘示集成电路103的方块图，类似图1、图2，集成电路103接收具有可变电流的外部电源，并于内部产生整流后电流源，以及只将一些高功率电路的电源切换于可变电流能以及整流后电流能之间。集成电路103包括如图1所示的高功率电路140以及如图2所示的高功率电路142。不管电源存储器设定150的内容为何，高功率电路140可汲取产生自整流后电流源110的整流后电流117。另一方面，取决于储存于电源存储器设定150的偏好设定，高功率电路142可自供电输入接脚100汲取可变电流能105，或是自整流后电流源110汲取整流后电流能115。另一方面，电源存储器设定150及电源控制电路152增加了关于高功率电路142数量及类型的弹性，其中高功率电路142是自整流后电流源110汲取整流后电流能115。另一方面，通过固定高功率电路140以汲取产生自整流后电流源110的整流后电流117，可降低电源存储器设定150及电源控制电路152的复杂度。在部分实施例中，整流后电流源提供了一个定值的整体输出电流。在其他实施例中，整流后电流源提供多个输出电流，各输出电流为定值。该多个输出电流可具有相同或不同的值。图4绘示产生整流后电流的供电电源的简化电路图，该整流后电流是缩放自一整流后电流源。参考电流源201可产生由整流后电流源缩放的参考电流。参考电流源201可以是独立于vcc供给电压的电流源。其他的参考电流源例子包括温度无关(temperature-independent)参考及/或带隙参考。二极管连接(diode-connected)的p型晶体管204耦接在供给电压vcc与电流参考iref201之间。电流参考irff201耦接在p型晶体管204以及像是接地的参考电压之间。p型晶体管206的源极耦接供给电压vcc，栅极耦接二极管连接p型晶体管204的阴极端，漏极提供整流后电流源的输出。此电流输出可以p型晶体管206与p型晶体管204的宽度比例来缩放参考电流源201的电流。图4a绘示例示性的供给电压独立电流源的简化电路图，该供给电压独立电流源可用于像是图4、图5中的整流后电流源。例示的供给电压独立电流源在供给电压以及其他参考电压像是接地之间具有串联耦接的第一晶体管对。此串联耦接的第一晶体管对包括第一p型晶体管234以及第一n型晶体管232。此例示的供给电压独立电流源在供给电压及接地之间亦具有串联耦接的第二晶体管对。此串联耦接的第二晶体管对包括第二p型晶体管236以及第二n型晶体管238。第一n型晶体管232的源极接地。第一n型晶体管232的栅极和漏极互相耦接，并耦接至第二n型晶体管238的栅极以及第一p型晶体管234的漏极。第一p型晶体管234的源极耦接供给电压，栅极耦接至第二p型晶体管236的栅极和漏极。第二p型晶体管236的源极耦接供给电压。第二p型晶体管236的栅极和漏极互相耦接，并耦接至第一p型晶体管234的栅极以及第二n型晶体管238的漏极。第二n型晶体管238的源极接地，栅极耦接第一n型晶体管232的栅极和漏极，漏极耦接第二p型晶体管236的栅极和漏极。此例示的供给电压独立电流源可搭配在第二p型晶体管236与供给电压之间的串联电阻、及/或第二n型晶体管238与地之间的串联电阻来定义电流。图5绘示包括一op放大器的供电源的简化电路图，该op放大器可产生被整流后电流源缩放的整流后电流。参考电流源211可产生被整流后电流源缩放的参考电流。参考电流源211可以是vcc供给电压独立电流源。其他例子的参考电流源可包括温度无关参考及/或带隙参考。p型晶体管214串联耦接在供给电压vcc与电流参考iref211之间。电流参考iref211耦接在p型晶体管214以及像是接地的参考电压之间。p型晶体管216的源极耦接供给电压vcc，栅极耦接p型晶体管214的栅极，漏极提供整流后电流源的输出。此电流输出可以p型晶体管216与p型晶体管214的宽度比例来缩放参考电流源211的电流。操作放大器218的反向输入耦接电压参考vref220，非反向输入耦接电流参考iref211和p型晶体管214漏极之间的一节点，输出则是耦接p型晶体管216和p型晶体管214的栅极。一例示的电压参考vref220包括带隙参考或带隙参考的一缩放后输出。图6绘示由整流后电流源所供电的多级电荷泵300的简化电路图。多级电荷泵是高功率电路的一例，可由整流后电流源301来供电。典型电荷泵级的细节是搭配图10作讨论。电荷泵的各级包括针对由电流源所供电的传输晶体管的启动驱动器(boostdrive)302(亦标记为a)、泵节点以及主晶体管304(亦标记为b)、以及由电流源供电的启动电容306(亦标记为c)。需注意一个电荷泵级中的启动驱动器302以及启动电容306是针对高功率/高电流消耗，并自整流后电流源301汲取电能。又，电荷泵的第一级具有输入节点305，其是针对高功率/高电流消耗，亦可自整流后电流源301汲取电能。图7绘是由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵340的简化电路图。不像图6的多级电荷泵，多级电荷泵中只有一些高功率/高电流的部分会自整流后电流源301汲取电能。电荷泵的第一级具有输入节点305，可自整流后电流源301汲取电能。针对所有级的启动电容(boostcapacitor)306(标记为c)亦可自整流后电流源301汲取电能。然而，针对传输晶体管的所有级的启动驱动器302(标记为a)则是自可变电流源310汲取电能。图8绘示由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵350的简化电路图，其中电荷泵组件对整流后电流源以及可变电流源的配置(assignment)是不同于图7。电荷泵的第一级具有输入节点305，其可自整流后电流源301汲取电能。然而，针对传输晶体管的所有级的启动驱动器302(亦标记为a)是从可变电流源310汲取电能。并且，对于所有级的启动电容306(亦标记为c)亦会从可变电流源310汲取电能。其他实施例是关于电荷泵组件对整流后电流源以及可变电流源的其他配置组合。图9绘示由整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵360的简化电路图，其中电荷泵组件对整流后电流源以及可变电流源的配置是由存储器设定控制。电源存储器设定150储存是否让特定的电荷泵电路自可变电流源310或是整流后电流源301汲取电能的偏好，响应电源存储器设定330，电源控制电路320控制是否对传输晶体管的所有级的启动驱动器302(亦标记为a)、汲取节点以及针对第一级的主晶体管304(亦标记为b)以及针对所有级的启动电容306(亦标记为c)自可变电流源310或是整流后电流源301汲取电能。在其他实施例中，部分的电荷泵响应电源存储器设定330汲取电源的电能，而其他部分的电荷泵则是持续地自可变电流源310汲取电能。或者，部分的电荷泵响应电源存储器设定330汲取电源的电能，而其他部分的电荷泵则是持续地自整流后电流源301汲取电能。在进一步替代实施例中，部分的电荷泵响应电源存储器设定330汲取电源的电能，其他部分的电荷泵是持续地自可变电流源310汲取电能，而又其他部分的电荷泵是持续地自整流后电流源301汲取电能。图10绘示由依据图7、图8或图9的整流后电流源以及可变电流源所供电的多级电荷泵其中一级的简化电路图。晶体管xm1422选择性地电性耦接输入节点n2401以及输出节点n1402。晶体管xm2420选择性地电性耦接输入节点n2401以及晶体管xm1的栅极，节点n3424。电容412为针对节点n3的启动驱动器，其由电流源进行供电。电容432为针对节点n1402的启动电容，其由电流源进行供电。电容432是由反相器430驱动。图11绘示图10中多级电荷泵其中一级的简化布局图，其电荷泵节点对在阱区域外围的阱接点的距离为变动的。多级电荷泵的一级是由针对p阱区域530的p阱接点540所围绕。晶体管xm1的栅极522选择性电性耦接位在栅极522相对两侧的节点n1502及节点n2501。晶体管xm2的栅极520选择性电性耦接位在栅极520相对两侧的节点n2511及节点n3524。节点n2501至一最接近阱接点的距离(平均分布在节点n2501的周边)是长于节点n1502至另一最接近阱接点的距离(节点n1502周边的平均)。节点n2511至一最接近阱接点的距离(节点n2511周边的平均)是长于节点n3524至另一最接近阱接点的距离(节点n3524周边的平均)。一最接近的阱接点是一最接近对应节点的阱接点，平均来说，为对应节点周边的平均。图12绘示图11的多级电荷泵其中一级的另一简化布局图。晶体管xm1的第一栅极622选择性电性耦接至位在第一栅极622相对两侧的节点n1602和n2601。晶体管xm1的第二栅极623选择性电性耦接至位在第二栅极623相对两侧的节点n1612和n2601。输入节点n2601是在输出节点n1602和输出节点n1612之间。晶体管xm2的栅极620选择性电性耦接至位在栅极620相对两侧的节点n2611和n3624。多级电荷泵的一级是由针对p阱630及631的p阱接点640所围绕。晶体管xm1及xm2各自被阱接点640环绕，使得部分的阱接点640位在晶体管xm1和xm2之间。图13绘示集成电路的简化方块图，该集成电路接收具可变电流的外部电源，并于内部产生针对高功率电路的整流后电流能，其电路对连接垫(pad)的距离取决于特定的连接垫。集成电路700包括整流后电流源720以及高电流/高功率电路725，像是电荷泵。整流后电流源720自可变电流能连接垫vdd710汲取电能，并耦接至接地参考连接垫gnd715。可变电流能连接垫vdd710以及接地参考连接垫gnd715转而耦接至ic封装的各自接脚。整流后电流源720相较于接地参考连接垫gnd715更加靠近可变电流能连接垫vdd710。高电流/高功率电路725相较于接地参考连接垫gnd715亦更加靠近可变电流能连接垫vdd710。图14绘示输出驱动器800的简化电路图，其作为图1、图2或图3的集成电路中高功率电路的一例。可变电流能806由整流后电流源810所接收。整流后电流源810转而产生整流后电流能814。拉升p型晶体管822以及拉降n型晶体管824串联耦接在整流后电流源810和参考电压(像是接地)之间。在拉升p型晶体管822与拉降n型晶体管824串联间的一节点是输出驱动器800的输出。图15绘示启动电路900的简化电路图，其作为图1、图2或图3的集成电路中高功率电路的一例。可变电流源806是由整流后电流源810接收。并转而由整流后电流源810产生整流后电流功率814。包括p型晶体管922以及n型晶体管924的反相器是耦接在整流后电流源810以及参考电压(像是地)之间。启动电容925耦接在反相器的输出以及启动电路900的输出之间。致能电路包括p型晶体管926，其耦接于整流后电流源810以及启动电路900的输出之间。p型晶体管926接收可选择性致能启动电路900的讯号en。其他汲取整流后电流的高功率电路包括集成电路上相对其他晶体管具有大尺寸的晶体管。图16绘示一集成电路的方块图，该集成电路接收具可变电流的外部电源，并于内部产生针对高功率电路的整流后电流。集成电路1050包括存储器阵列1000，像是非易失性存储单元阵列。字线译码器1001与多条字线1002耦接并电性沟通，此些字线1002在存储器阵列1000中是沿着列方向配置。位线(行)译码器1003与多条位线1004电性沟通，此些位线1004在阵列1000中是沿着行方向配置。在总线1005上是提供地址至字线译码器1001及位线译码器1003。区块1006中的感测电路(感测放大器)和包括电压及/或电流源的数据输入结构，是经由数据总线1007耦接至位线译码器1003。数据经由数据输入线1011从集成电路1050上的输入/输出端，或是从集成电路1050的其他内部或外部数据源，而被提供至数据输入结构1006。其他电路可包含于集成电路1050，像是通用目的处理器(generalpurposeprocessor)或特定目的应用电路，或是提供阵列1000支持的芯片上系统(system-on-a-chip)功能的模块的组合。数据经由数据输出线1015，自区块1006中的感测放大器而被提供至集成电路1050上的输入/输出端，或是被提供至集成电路1050内部或外部的其他数据终端。实现于此例中的控制器1009，利用偏压安排状态机，控制整流后电流源供给1008对高功率电路1018的应用，高功率电路1018像是电荷泵电路、输出驱动器以及启动电路。控制器1009可响应电源存储器设定决定高功率电路1018中的特定一或多者是否自整流后电流源供给1008汲取电能。控制器1009亦控制偏压配置的施加，包括针对字线及位线的读取、编程、擦除、擦除验证以及编程验证电压及/或电流的施加。控制器1009可用本领域已知的特定目的逻辑电路来实现。在另一实施例中，控制器1009包括通用目的处理器，其可实现于相同的集成电路以执行计算机程序以控制装置的操作。又一实施例中，特定目的逻辑电路及通用目的处理器的组合可用来实现控制器1009。外部的可变电流源1060可对集成电路1050提供外部电源。改良的电荷泵设计系被揭露。此电荷泵包括至少一汲取晶体管，其具有三重阱配置{triplewellarrangement)。此三重汲取晶体管具有第一导电类型的源极和漏极区域，其形成在具有相反导电类型的第一阱上。具有第一导电类型的第二阱形成在第一阱的外部。源极区域、第一阱以及第二阱被设定成具有实质上相同的电平。此配置的一方面在于，第一阱与漏极区域形成半导体二极管。此配置的另一方面在于，晶体管的本体效应(bodyeffect)被减轻了。本体效应的减轻降低了晶体管的阈电压。可发现上述的二极管及阈电压降低，无论是单独地或组合地，可使电荷泵操作更有效率。电荷泵是一种可产生输出电压高于提供至电荷泵的电压的电路。电荷泵之一应用是产生用以擦除或编程部分类型非易失性半导体记忆装置(像是电子擦除编程只读存储器(electricalerasableprogrammablereadonlymemory，eeprom)和闪存)的电压。操作这些记忆装置的一方法是透过热电子注入以进行编程，并透过傅勒-诺得翰穿隧(fowler-nordheimtunneling)以进行擦除。此存储单元的编程及擦除需要电流以通过环绕浮栅电极(floatinggateelectrode)的介电质。因此，通常需要高电压。一些已知的非易失性半导体记忆装置除了需要5伏特的供给电压，还需施加外部高电压(如12伏特)。这样的配置是不良的，因为其复杂且会浪费电路板上的实际资源。近来，许多非易失性半导体记忆装置制造商会将电荷泵放置在芯片上以产生擦除及编程所需的高电压。这样的发展受到许多消费者欢迎，并增加非易失性半导体记忆装置的销售。随着非易失性半导体记忆装置中存储单元数量的增加，擦除及编程所需的电流也随之增加。因此，有需要提供有效率的电荷泵，例如更快、可产生更多电流的电荷泵。本发明有关于利用三重阱晶体管以增加电荷泵的效率。所发明的电荷泵包括多个汲取晶体管，用以增加电压电平，或是响应施加至此些汲取晶体管的频率讯号，将电压从第一个汲取晶体管推至最后一个汲取晶体管以送至反向阈(negationvalve)。此些汲取晶体管的至少其一具有第一导电类型的源极和漏极区域，其形成在具有相反导电类型的第一阱上。具有第一导电类型的第二阱可形成在第一阱的外部。第二阱被制造在基板上。此晶体管设计一般被称之为「三重阱(triplewell)」晶体管。源极区域、第一阱以及第二阱较佳地被设成具有实质相同的电位。在一实施例中，第二阱可被设成电荷泵中的最高正电位。此配置的一方面在于，第一阱与漏极区域形成一半导体二极管。相较于传统结构的汲取晶体管，此二极管允许更多的电流流过汲取晶体管。此配置的另一方面在于，其减少了三重阱晶体管的本体效应。因此，晶体管的阈电压被降低了。阈电压的降低可让晶体管更快速地被开启。可发现上述的二极管及阈电压降低，无论是单独地或组合地，可使电荷泵操作更有效率。改善效率的例子包括增加输出电流、降低供给电压电平以及增加操作频率。三重汲取晶体管可用于正电压及负电压电荷泵。本发明有关一种新型的电荷泵系统。图17绘示四级电荷泵2100的示意图。电荷泵2100包括九个三重阱nmos晶体管2102-2110以及十二个标准nmos晶体管2112-2119、2132-2135。此些标准nmos晶体管较佳地为自身n通道装置，具有低阈电压。标准nmos晶体管2132-2135是作为拉升(pullup)晶体管。标准nmos晶体管2112-2119是作为电容，并耦接频率讯号2122-2129。整流后电流源2101具有输出频率讯号总线，可产生频率讯号2122-2129。频率讯号经由晶体管2112-2119的电容性作用耦接至对应的三重阱nmos晶体管。虽然有八个频率讯号，但它们被分组安排为：(2122，2124)、(2123，2125)、(2126，2128)以及(2127，2129)。一组中的各频率讯号具有相同的讯号时序，但不同组具有不同的讯号时序。频率讯号绘示于图18，其中时序2192-2195分别对应频率讯号组(2127，2129)、(2122，2125)、(2126，2128)以及(2123，2125)。频率讯号的电压对时间斜率(像是2191)是由芯片上电源所产生的整流后电流决定。此些讯号交替地对电容的栅极升压(boostup)。这使得电压电平逐级增加。汲升电压的方式与传统电荷泵类似。在一实施例中，在三重阱nmos2110源极端的输出电压大约为10.5伏特，而提供至电荷泵2100的电压只有3伏特。如底下所解释，相较于已知的四级电荷泵，三重阱晶体管的使用(代替标准nmos晶体管)增强了电荷泵2100的性能与效率。需注意，电荷泵较佳地包括其他相关电路，例如预充及电压整流电路。此些电路为本发明
技术领域：
具有通常知识者所已知，故不另赘述。图19示意地绘示三重阱nmos晶体管(triplewellnmostransistor)2200的剖视图，三重阱nmos晶体管2200可作图17的晶体管2102-2110。晶体管2200制造在p型基板2202上。n阱2204形成在基板2202中，而p阱2206形成在n阱2204中。n+型漏极区域2210形成在p阱2206中，如n+型源极区域2212。通道区域2214定义在p阱2206的源极和漏极区域之间。多晶硅栅2216位在通道区域2214之上。薄栅极氧化物沉积于于栅极2216和通道区域2214之间。漏极区域2210、栅极2216、源极区域2212、p阱2206以及n阱2204分别耦接至独立端2220-2224。因此，三重阱晶体管2200可视为一种五端装置。在一实施例中，当电荷泵被启动，n+源极和n+漏极式可互换的，因为任一端的电位会比另一端高。在一实施例中，源极区域2212、p阱2206以及n阱2204的电位被设成相同值。达成此条件的一方法是电性连接端点2222、2223及2224。基板2202的电位一般被设成接地。此配置在p阱2206和漏极区域2210之间创造一pn二极管。此二极管固有地位在此三重阱结构中，且不会占用任何额外的硅区域。此二极管亦可在其开启后导通大量的电流，因此可增加一条到nmos晶体管的极低电阻路径。在此应用中，此二极管被称为「额外二极管(extradiode)」。如底下更详细的说明，此额外二极管具有以下的有利效果：(1)三重阱nmos晶体管2102-2109的通过栅(passgate)尺寸可被减小，因为一些对下一级nmos电容(即晶体管2112-2119)充电的电流可由额外二极管来传导。(2)由于nmos晶体管2102-2109的尺寸可被缩小，其寄生电容值可被降低。因此，可消耗较低的功率，并增加汲取输出电流。(3)低电阻额外二极管路径增加了前进传导电流(forwardconductioncurrent)。由于电荷可更快速地被累积，故可增加汲取频率。(4)额外二极管传导路径可将输出晶体管110的峰值电压摆幅(peakvoltageswing)从vdd+vout伏特降至0.7+vout伏特，其中vdd是供给电压，vout是电荷泵2100的输出端2138上的输出电压。因此，可减轻电荷泵的内部电压压力。由于上述优点，电荷泵2100的性能通过该二极管的存在而获得巨大的改善。此益处可在不需任何实际硅资源的情况下被达成。此配置的另一优点在于，可抑制本体效应。本体效应发生于源极和基板的结为逆偏。已知nmos晶体管的阈电压为：其中vt0为没有基板偏压时的阈电压，vbs为源极和本体之间的电位，vbi为在没有施加外部电压的情况下(即，零偏压)，p-n结的电压差。vt0、vbi以及γ的典型值分别为0.7伏特、0.7伏特以及0.4伏特。从上式可看出对源极-基板结施加逆偏压倾向使晶体管的阈电压增加。在三重阱晶体管中，vbs被限制在0.7伏特的p-n结截止电压(cut-involtage)内。这是因为当启动汲取，电荷会经由通道2214以及由阱2206及区域2210创造的额外二极管，从n+扩散区域2212流至n+扩散区域2210。因此，较低电位的n+扩散区域2210，其作为源极，是承受最小化的基板偏压约0.7伏特，其相较于已知的正规nmos电荷泵的10伏特基板偏压是小得多。在电荷泵电路中，产生高前进传导电流使得电荷得以快速累积相当重要。低阈电压允许nmos通道更快地被开启，因此可增加汲取频率。由于三重阱nmos晶体管的阈电压非常低，本发明的电荷泵的汲取频率可高出已知的电荷泵许多。在一实施例中，电荷泵可有效率地操作在22mhz，而已知的电荷泵典型上是操作在10mhz。图20绘示四个三重阱晶体管的顶视图2250。其绘示两个形成在p阱2258及n阱2256内部的两个晶体管2252及2254。晶体管2252更包括栅极2260、源极区域2262以及漏极区域2264。晶体管2252可对应图17的晶体管2102。晶体管2254更包括栅极2270、源极区域2272以及漏极区域2274。晶体管2254可对应图17的晶体管2106。图20绘示亦绘示两个形成在p阱2288及n阱2286内部的两个晶体管2282及2284。晶体管2282更包括栅极2290、源极区域2292以及漏极区域2294。晶体管2282可对应图17的晶体管2103。晶体管2284更包括栅极2280、源极区域2282以及漏极区域2284。晶体管2284可对应图17的晶体管2107。同时参考图17及20图，晶体管2102的源极端2141和晶体管2106的源极端2142连接vdd。因此，晶体管2252及2254的源极区域2262及2272分别具有相同的电位(即vdd)。如上所述，p阱2258及n阱2256应具有和源极区域2262和2272相同的电位。因此，这两个阱亦具有相同的电位(vdd)。图17绘示晶体管2102的栅极端2144连接晶体管2106的漏极端2145、晶体管2103的源极端2146以及晶体管2107的源极端2147。如上所述，p阱2288和n阱2286应具有和源极区域2292和2302相同的电位(其耦接至源极端2146和2147)。因此在图20，栅极2260、漏极区域2274、源极区域2292及2302、n阱2286和p阱2288皆具有相同的电位。图17绘示晶体管2102的漏极端2150连接至晶体管2106的栅极2151。因此在图20，漏极区域2264和栅极2270具有相同的电位。图17绘示晶体管2103的栅极端2153连接至晶体管2107的漏极端2154(还由晶体管2104及2108的源极端2155及2156)。因此在图20，栅极2290和漏极区域2304有相同的电位。图17亦绘示晶体管2103的漏极端2158连接至晶体管2107的栅极2159。因此在图20，漏极区域2294与栅极2300具有相同的电位。在图20中，九个包括电荷泵的三重阱nmos晶体管中只有四个被绘示出来。晶体管2104-2105及2108-2109的结构类似于图20所示的结构。晶体管2110的结构类似于图20中晶体管2254的结构。在一实施例中，所有三重阱晶体管的通道长度皆为1.2μm。晶体管2252及2282的通道宽度(对应图17的晶体管2102及2103)为6μm，而晶体管2254及2284的通道宽度(对应图17的晶体管2106及2107)为18μm。晶体管2104及2105与晶体管2102及2103分别具有相同的结构。因此，这两个晶体管也具有1.2μm的通道长度以及6μm的通道宽度。晶体管2108及2109与晶体管2106及2107分别具有相同的结构。因此，这两个晶体管也具有1.2μm的通道长度以及18μm的通道宽度。针对图17的输出晶体管2110，其通道宽度为15μm。相同实施例中标准晶体管2112-2119及2132-2135的尺寸如表1所示。表1晶体管通道长度(μm)通道宽度(μm)2112101821131018211420182115202421161206021171206021181206021191206021321.2421331.2421341.2421351.24电荷泵中的三重阱晶体管对标准晶体管的改进，示于以下四张显示汲取负载线(pumploadline)的表中。在各表中，右侧两栏对应使用较佳的三重阱晶体管的电荷泵结构的负载线。此两右侧栏的左侧两栏对应相同结构下，使用标准晶体管的电荷泵的负载线。可看出本发明的电荷泵几乎在所有电压电平皆具有较高的电流。表2汲取负载线，vdd＝2伏特，温度＝25度ciout以方均根(root-mean-square)测量，单位为ma表3汲取负载线，vdd＝2伏特，温度＝25度ciout以平均量测，单位为ma表4汲取负载线，vdd＝3伏特，温度＝25度ciout以方均根测量，单位为ma表5汲取负载线，vdd＝3伏特，温度＝25度ciout以平均量测，单位为ma表2-5所示的结果显示如下：(1)电荷泵在低vdd电压下有效率地工作。举例来说，本发明的电荷泵相较已知电荷泵在vdd＝2伏特的性能改善比在vdd＝3伏特时来得好。可发现本发明的电荷泵可有效率地操作在1.5伏特。(2)电荷泵可有效率地操作在22mhz。举例来说，表2绘示针对本发明的电荷泵的输出电流在22mhz时约是在7.3mhz时的2.5倍(vout＝7伏特)。另一方面，已知电荷泵的输出电流在22mhz和7.3mhz时只有些微的差异。现在说明电荷泵2100的操作。图21a-图21c绘示在图17的节点2161-2168及2138上的电压描述(profile)。图21a绘示四个频率讯号，其和图18的讯号2124、2125、2128及2129相同。此些频率讯号再度地绘示于此以提供理解电压描述的参考。图21b绘示分别在节点2165-2168及2138上的电压描述2361-2365。图21c绘示分别在节点2161-2164上的电压描述2366-2369。可看出在图21b的区域2371-2373，当三重阱晶体管2107-2109被开启，电荷是被汲至随后的一级。因此，两邻接级的电压在此些区域中是相等。此汲取效应被额外二极管增强，并降低对应三重阱晶体管的阈电压。其他三重阱晶体管的改善效应可被本发明领域具有通常知识者轻易地分析出来，故不另赘述。综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属
技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。当前第1页1 2 3