专利名称：用于产生负电压的电荷泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电荷泵，更具体地说，是一种组合在诸如电子擦除及可编程只读存储器器件以及一种用于电荷泵电路的半导体结构之类的非易失性存储器器件半导体中的电荷泵。
快速擦除存储器器件是一种电子擦除及可编程只读存储器器件，以下简称为“快速EEPROM”。
图1说明了组合在快速EEPROM器件中的标准非易失性存储单元的结构。N-型源/漏区1/2被形成在p-型硅基片3上，并且隧道栅氧化物层4、浮置栅电极5、内插氧化物层6及控制栅电极7被层制在n-型源区1和n-型漏区2之间的沟道区上。
浮置栅电极5与另一导电层电绝缘，并且电子被累积在浮置栅电极5及从其上排空。如果电子累积在浮置栅电极5上，累积的电子导入沟道区中的孔中，并且存储单元相对于控制栅电极7上的电位电平具有高的阈值。另一方面，当电子从浮置栅电极5上排空时，存储单元回复到低的阈值。当存储单元被改变为擦除状态时，例如，n-型源区1和控制栅电极7被分别偏置到+5伏和-10伏，并且n-型漏区2保持在浮置状态。两种阈值相应于数据位的逻辑电平。因此，以存储单元的阈值的形式存储数据位。
图2说明了另一种非易失性存储单元。一p-型阱11被套在一n-型阱12中，n-型阱12形成于p-型半导体基片13的表面部分中。高浓度掺杂p-型区14和高浓度掺杂n-型区15分别形成于p-型阱11和n-型阱12中，两种高浓度掺杂p-型区14和高浓度掺杂n-型区15相互电连接。
n-型源区16和n-型漏区17形成于p-型阱11中并互相隔开。隧道栅氧化物层18、浮置栅电极19、内插氧化物层20及控制栅电极21被堆叠在n-型源区16和n-型漏区17之间的沟道区中。
现有技术的非易失性存储单元也基于累积在浮置栅电极19中的电子数量改变阈值。当电子从浮置栅电极排空时，负电位Vg和正电位Vb被分别施加到控制栅电极21和p-型阱11，并且累积的电子通过隧道栅氧化物层18流到p-型阱11。在本例中，负电位Vg为-10伏，正电位Vb为+5伏。
因此，现有技术的非易失性存储单元要求不同的偏置电压以重写存储在其中的数据位。地电压GND和3或5伏的正电压被提供给快速EEPROM器件，但是，在内部会产生如Vg＝-10伏的偏置电压。现有技术的快速EEPROM装有电荷泵电路，并且电荷泵电路产生负电压Vg。
在日本专利申请特开平8-103070号公报及“在三阱结构中具有行解码方案的5伏只操作0.6微米快速EEPROM”(“A5-V-Only Operation 0.6-umFlash EEPROM with Row Decoder Scheme in Triple-Well Structure”，IEEE Journal of Solid-State Circuit，卷27，No.11，1992年11月，页1540-1546)中公开了一种电荷泵电路的典型例子。下面将详细描述这些现有技术中的电荷泵电路。
图3说明了在日本专利申请中公开的现有技术的电荷泵电路。P-沟道增强型场效应晶体管MP0/MPl/MP2/MP3/MP4被串联在地线GND和输出节点Vncp之间。P-沟道增强型场效应晶体管MP0具有一个连接到其漏区节点的栅电极，并且电容器C1/C2/C3/C4和P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4相连。每个电容器C1/C2/C3/C4被连接到栅电极以及与P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4相连的漏区节点。时钟信号FA与另一时钟信号FB在相位上相差180度，并且时钟信号FA和FB被分别提供给电容器C1/C3和电容器C2/C4。
在n-型阱上制造P-沟道增强型场效应晶体管MP0/MP1/MP2，在另一n-型阱上制造其它P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4。正电压Vcc被提供给分配给P-沟道增强型场效应晶体管MP0/MP1/MP2的n-型阱，并且地线被连接到分配给其它P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4的n-型阱。把地线提供给分配给P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4的n-型阱的原因是，地电压限制了由于在P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4中的后栅偏置效应而导致的阈值的增加。结果，P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4不会大大减少升压效率。因此，通过把地电压施加到分配给P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4的n-型阱，现有技术中的电荷泵电路达到极好的升压效率。
在操作时，时钟信号FA/FB在正电压Vcc和地电平GND之间交变，如图4所示。当时钟信号FA从地电平GND改变到正电压Vcc，或其后反过来时，另一时钟信号FB从正电压Vcc改变到地电平或者相反。因此，时钟信号FA在相位上与另一时钟信号FB相差180度。电容器C1/C2/C3/C4分别与P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4的寄生电容器相配合，并且电容器C1-C4与相关的P-沟道增强型场效应晶体管MP1-MP4形成四个升压段。时钟信号FA/FB使四个段逐步升高到漏区节点的电位电平，并且升压段在输出节点Vncp产生一个负电压。
图5说明了在“IEEE Journal of Solid-State”中公开的现有技术中的电荷泵电路。P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4/MP5被串联在地线GND和输出节点Vncp之间，并且其它P-沟道增强型场效应晶体管MP11/MP12/MP13/MP14/MP15被连接在P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4和与其相关的漏区节点之间。电容器C1/C2/C3/C4和P-沟道增强型场效应晶体管MP11/MP12/MP13/MP14的栅电极相连并连接到P-沟道增强型场效应晶体管MP2/MP3/MP4/MP5的漏区节点。其它电容器C11/C12/C13/C14被分别连接到P-沟道增强型场效应晶体管MP1/MP2/MP3/MP4的栅电极。
时钟信号F1/F2/F3/F4被分别提供给电容器C2/C4，电容器C11/C13，电容器C1/C3及电容器C12/C14。时钟信号F1/F2/F3/F4的工作系数相互不同(见图6)，并且时钟信号F1/F2相对于其它时钟信号F3/F4在正电压Vcc和地电平之间相对改变。
比较图5和图3，图5中所示的第二现有技术中的电荷泵电路相当复杂。电容器C1-C4和P-沟道增强型场效应晶体管MP11-MP14被加入到了图3所示的第一现有技术中的电荷泵电路之中。电容器C1-C4和P-沟道增强型场效应晶体管MP11-MP14使第二现有技术中的电荷泵电路的电路结构变得复杂。但是，这些增加的电路元件C1-C4和MP11-MP14允许时钟信号F2/F4大幅变动P-沟道增强型场效应晶体管MP11-MP14的栅电极的栅电位，并且大幅变动的栅电位部分补偿了由于P-沟道增强型场效应晶体管MP1-MP4的后栅偏置效应导致的阈值的增加。因此，增加的电路元件C1-C4和MP11-MP14防止了P-沟道增强型场效应晶体管MP11-MP14由于后栅偏置效应导致的升压效率的严重降低。
两种现有技术中的电荷泵电路都达到了相当好的升压效率。但是，地电压GND和增加的电路元件C1-C4/MP11-MP14不能很好的补偿由于P-沟道增强型场效应晶体管的后栅偏置效应导致的阈值的增加。即使地电压GND被施加到分配给P-沟道增强型场效应晶体管MP3/MP4的n-型阱，-10伏的负的升高电压相当于在最后的P-沟道增强型场效应晶体管MP4中的10伏的后栅偏置电压，并且不能忽略升压效率的降低。尽管增加的电路元件C1-C4/MP11-MP14增加了栅电位的幅度，也不可能很好的补偿由于后栅偏置效应导致的阈值的增加。
负的升高电压越大，升压效率的降低也越大。而且，当电路设计者减少了时钟信号的幅度时，升压效率的降低也变得严重起来。
因此，本发明的一个重要目的是提供一种在升压性能上改进的电荷泵电路。
为了实现上述目的，本发明建议把场效应晶体管的后栅相互绝缘以独立地改变后栅处的电位电平。
按照本发明的一个方面，所提供的一种电荷泵电路包括多个电位电平独立变化的节点，一包括连接在多个节点中的一个节点和恒定电压源之间的第一场效应晶体管的二极管电路并具有一连接到所述多个节点中的一个节点且提供用于限制第一场效应晶体管中的后栅偏置效应的第一电位的第一后栅，一连接到所述多个节点中的一个节点且响应于第一电位以产生一从所述多个节点中的一个节点到恒定电压源的第一电流回路的第一栅电极，多个串联连接在多个节点间的升压段且响应于第一时钟信号以选择性地升高多个节点处的电位及选择性地向二极管电路释放电位，多个升压段中的每一个包括一连接在从多个节点中选出的两个节点之间的第二场效应晶体管且具有一个与第一后栅电绝缘的第二后栅，第二后栅连接到比两个节点中的另一个节点离所述多个节点中的一个节点更远的两个节点中的一个节点并提供用于限制第二场效应晶体管中的后栅偏置效应的独立变化的第二电位，一连接到所述两个节点中的一个节点且响应于第二电位以产生一从所述两个节点中的一个节点到两个节点中另一个节点的第二电流回路的第二栅电极，一连接到两个节点中的另一个节点且响应于一个第一时钟信号以升高两个节点中的另一个节点的电位的电容器。
从下面结合附图的描述中，电荷泵的特征和优点将更易于理解。
图1是显示组合在现有技术中的快速EEPROM器件中的非易失性存储单元的结构的横截面图；图2是显示现有技术中的另一非易失性存储单元的结构的横截面图；图3是显示在日本专利申请特开平8-103070中公开的现有技术中的电荷泵电路的电路结构的电路图；图4是显示现有技术中的电荷泵电路的电路特性的时序图；图5是显示在“IEEE Journal of Solid-State Circuit”中公开的现有技术中的电荷泵电路的电路结构的电路图；图6是显示现有技术中的电荷泵电路的电路特性的时序图；图7是显示本发明的电荷泵电路的电路结构的电路图；图8是显示具有电荷泵电路的半导体集成电路的结构的横截面图；图9是显示组合在本发明的电荷泵电路中电容器结构的横截面图；图10是显示本发明的电荷泵电路的电路特性的时序图；图11是显示组合在电荷泵电路中的升压段另一结构的平面图；图12是沿图11中的线A-A的横截面图并且示出了升压段的结构；图13是显示组合在电荷泵电路中的升压段又一结构的平面图；图14是沿图13中的线B-B的横截面图并且示出了升压段的结构；图15是显示在n-型阱中的结构的平面图；图16是沿图15中的线C-C的横截面图并且示出了n-型阱中的半导体结构；图17是显示本发明的另一电荷泵电路的电路结构的电路图；图18是显示电荷泵电路的电路特性的时序图；以及图19是显示本发明的又一电荷泵电路的电路结构的电路图。
第一实施例图7说明了本发明的具体的电荷泵电路。电荷泵电路包括一输入二极管电路31和多个串联在地线GND和一输出节点Vncp之间的升压段32/33/34。参考序号A1表示在输入二极管电路31和升压段32之间的升压节点，并且在升压段32/33/34之间的升压节点被分别表示为A2/A3。输入二极管电路31从升压节点A1向地线GND释放电荷，并且阻止从地线GND向升压节点A1释放电荷。因此，输入二极管电路31允许电荷从升压节点A1向地线GND流动。另一方面，每一升压段32/33/34在升压节点A1/A2/A3处升高了电位电平，并且作为在升压节点A1和A2，A2和A3或升压节点A3和输出节点Vncp之间的二极管电路。即，升压段32/33/34允许电荷从升压节点A2/A3或输出节点Vncp向升压节点A1/A2/A3流动，并阻止电荷从另一升压节点A1/A2/A3向升压节点A2/A3或输出节点Vncp流动。
电荷泵电路形成电子擦除和可编程只读存储单元的一部分。电子擦除和可编程只读存储单元的结构与图1或图2中所示的现有技术存储单元的结构类似。并且电荷泵电路向电子擦除和可编程只读存储单元的控制栅电极提供负电位以排空累积的电子。电子擦除和可编程只读存储单元的其它外围电路对本领域技术熟练人员来说是公知的，下面不作进一步的描述。
输入二极管电路31包括一n-沟道增强型场效应晶体管MN0和一二极管D1。n-沟道增强型场效应晶体管MN0具有一栅电极以及一连接到其漏区节点的后栅。二极管D1被连接在后栅和正电压线Vcc。正极和负极被分别连接到后栅和正电压线Vcc。
升压段32/33/34的电路结构相互类似。升压段32/33/34包括一n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3，一连接到与n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3相关的源区节点的电容器C1/C2/C3，以及一连接在相关的n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的后栅和正电压线Vcc之间的二极管D2/D3/D4。n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的栅电极和后栅被连接到其漏区节点。二极管D2/D3/D4的正极和负极被分别连接到后栅和正电压线Vcc。时钟信号FA/FB被分别提供给电容器C1/C3及电容器C2，并且在相位上彼此相差180度。
图8说明了集成在半导体基片40上的电荷泵电路的结构。电荷泵电路形成诸如快速EEPROM器件之类集成电路器件的一部分。此时，半导体基片40由p-型硅形成。在半导体基片40的表面形成n-型阱41，在n-型阱41中形成p-型阱42/43。n-型阱41使p-型阱42/43与p-型半导体基片40电绝缘。p-型阱42/43相互隔开，选择性地生长一厚场氧化物层44以便在n-型阱41和p-型阱42和43之间形成电绝缘。
p-型阱42/43被分别分配给输入二极管电路31和升压段32。尽管在n-型阱41中还形成用于其它升压段33/34的p-型阱42/43，但为了简化的缘故，图8中并没有示出。在n-型阱41的另一表面部分形成一高浓度掺杂n-型杂质区41a。正电压Vcc被通过高浓度掺杂n-型杂质区41a提供给n-型阱41。在n-型阱41和p-型阱42之间的p-n结45a作为二极管D1，p-型阱42本身作为n-沟道增强型场效应晶体管MN0的后栅。在p-型阱42中形成N-型杂质区42a/42b并相互隔开。一薄栅绝缘层46a生长于在n-型杂质区42a/42b之间的p-型阱42上，并且一导电线47a在薄栅绝缘层46a上延伸。n-型杂质区42a/42b和导电线47a的一部分作为n-沟道增强型场效应晶体管MN0的源/漏节点和栅电极。地线GND被连接到n-型杂质区42a。
在p-型阱42的另一表面部分形成一高浓度掺杂p-型杂质区42c，并且电容器C1被连接到导电线47a，n-型杂质区42b和高浓度掺杂p-型杂质区42c。时钟信号FA被提供给电容器C1的另一电极。
p-型阱43和n-型阱41一起形成另一p-n结45b，并且p-n结45b作为二极管D2。p-型阱43本身作为n-沟道增强型场效应晶体管MN1的后栅。在p-型阱43中形成N-型杂质区43a/43b并相互隔开。一薄栅绝缘层46b生长于在n-型杂质区43a/43b之间的p-型阱43上，并且一导电线47b在薄栅绝缘层46b上延伸。n-型杂质区43a/43b和导电线47b的一部分作为n-沟道增强型场效应晶体管MN1的源/漏节点和栅电极。n-型杂质区42b还被连接到n-型杂质区43a。
在p-型阱43的另一表面部分形成一高浓度掺杂p-型杂质区43c，并且电容器C2被连接到导电线47b，n-型杂质区43b和高浓度掺杂p-型杂质区43c。时钟信号FB被提供给电容器C2的另一电极。
电容器C1/C2/C3分别由在n-型阱41中形成的p-沟道耗尽型场效应晶体管实现。一种p-沟道耗尽型场效应晶体管如图9所示。在n-型阱41的另一表面部分形成一p-型阱48，并且在p-型阱48中高浓度掺杂p-型杂质区48a/48b相互隔开。一薄栅绝缘层48c生长于在高浓度掺杂p-型杂质区48a和48b之间的p-型阱48上，并且一栅电极48d被层制在薄栅绝缘层48c上。例如，栅电极48c被连接到升压节点A1，并且时钟信号FA被提供给高浓度掺杂p-型杂质区48a/48b。栅电位并不消耗在用于产生反转层的耗尽型场效应晶体管中，大量的电荷累积在耗尽沟道48和栅电极48d之间。
下面参照图10描述本发明的电荷泵电路的电路特性。虽然仅示出并描述了升压节点A1/A2处的电位电平，但在其它升压节点A3和输出节点Vncp处的电位变化是类似的。
在时间t0时，时钟信号FA和FB为地电平。在时间t1时，时钟信号FA升高，另一时钟信号FB保持低电位。N-沟道增强型场效应晶体管MN1被关闭，在升压节点A2的电位电平不变化。另一方面，时钟信号FA使电容器C1在升压节点A1的电位电平升高。在升压节点A1的电位电平VA1由公式1给出。
VA1(t1)＝0伏+5伏×(C1+Ca1) ......公式1其中VA1(t1)是在时间t1时的电位电平VA1，C1是电容器C1的电容，Ca1是耦合到升压节点A1的寄生电容。为了简化，寄生电容Ca1被假设为零。然后，在时间t1电位电平VA1升高到5伏。
电位电平VA1不仅仅被施加到栅电极47a和n-型漏区42c，而且被施加到高浓度掺杂p-型杂质区42c。N-沟道增强型场效应晶体管MN0打开，并且在p-型阱42和n-型源区42a之间的p-n结向前偏置。电流通过两个电流回路(即n-沟道增强型场效应晶体管MN0的导电沟道和向前偏置的p-n结)流到地线GND。p-型阱42高于n-型源区42a，并且后栅偏压被相对施加到n-沟道增强型场效应晶体管MN0。为此，n-沟道增强型场效应晶体管MN0不增加阈值。而且，p-型阱42和n-型源区42a之间的p-n结不受后栅偏置效应的影响，并且相应地，p-型阱42的电位电平和升压节点A1的电位电平向p-n结处的前偏电压减少。前偏电压和n-沟道增强型场效应晶体管MN0的阈值被假设为1伏。升压节点A1处的电位电平从5伏减少到1伏。
在时间t2时，时钟信号FA从5伏变化为0伏，并且同时时钟信号FB从0伏变化为5伏。电容器C1抑制在升压节点A1的电位电平，在时间t2时的电位电平VA1被表达为VA1(t2)＝1伏-5伏×C1/(C1+Ca1)＝-4伏......公式2
其中VA1(t2)是在时间t2时的电位电平VA1。在时间t2时的电位电平VA2由公式3给出。
VA2(t2)＝0伏+5伏×C2/(C2+Ca2)＝5伏 ......公式3其中VA2(t2)是在时间t2时升压节点A2的电位电平VA2，C2是电容器C2的电容，Ca2是耦合到升压节点A2的寄生电容。此时，为了简化，寄生电容Ca2被假设为零。
电位电平VA2(t2)通过高浓度掺杂p-型杂质区43c被施加到栅电极47b，n-型漏区43b及p-型阱43。N-沟道增强型场效应晶体管MN1打开，并且在p-型阱43和n-型源区43a之间的p-n结向前偏置。电流通过n-沟道增强型场效应晶体管MN1和向前偏置的p-n结从升压节点A2流到升压节点A1。结果，升压节点A2处的电位电平从5伏减少到1伏，升压节点A1处的电位电平从-4伏升高到0伏。
在时间t3时，时钟信号FA从0伏升高到5伏，另一时钟信号FB从5伏减少到0伏。在时间t3时的电位电平VA1/VA2被表达为VA1(t3)＝0伏+5伏×C1/(C1+Ca1)＝5伏 ......公式4其中VA1(t3)是在时间t3时的电位电平VA1。
VA2(t3)＝1伏-5伏×C2/(C2+Ca2)＝-4伏......公式5其中VA2(t3)是在时间t3时升压节点A2的电位电平VA2。
电流通过n-沟道增强型场效应晶体管MN0和向前偏置的p-n结从升压节点A1流到地线GND，类似于时间t1时的电流。升压节点A1处的电位电平减少到1伏，升压节点A2处的电位电平保持在-4伏。
在时间t4时，时钟信号FA从5伏下降到0伏，另一时钟信号FB同时从0伏升高到5伏。在时间t4时的电位电平VA1/VA2被表达为VA1(t4)＝1伏-5伏×C1/(C1+Ca1)＝-4伏......公式6其中VA1(t4)是在时间t4时的电位电平VA1。
VA2(t4)＝-4伏+5伏×C2/(C2+Ca2)＝1伏......公式7其中VA2(t4)是在时间t4时的电位电平VA2。电流从升压节点A2流到升压节点A1，类似于时间t2时的电流。升压节点A2处的电位电平从1伏减少到-1伏，升压节点A1处的电位电平从-4伏升高到-1伏。
时间t4后，电位电平VA2在负方向上逐步变化。时间t7后，电位电平VA1与时钟信号FA/FB同时分别在1伏至-4伏之间和-3伏至-8伏之间变化。即使电荷泵电路仅具有输入二极管电路31和单一升压段32，电荷泵电路也产生-8伏负的电位电平。电荷泵电路和三个升压段32/33/34一起在输出节点Vncp能产生-8伏负电压。
从下面的描述中更易于理解，本发明的电荷泵电路不受由于后栅偏置效应而导致的阈值的减少的影响，可达到很高的升压效率。
可使用不同的用于电荷泵电路MN1的半导体结构。图11说明了升压段32的结构，图12示出了沿线A-A的横截面图。升压段32的杂质区和导电线与使用在图8中的相应的杂质区和导电线的标号相同。尽管杂质区和导电线被内层绝缘层51所覆盖(见图12)，但在图11中从结构中去除了内层绝缘层51以便更清楚的看见结构。
p-型阱43占用了n-型阱41中的一矩形区域，并且n-型杂质区43a/43b在该矩形区域中被分配了并一正方形区域。高浓度掺杂p-型杂质区43c沿分配给p-型阱41矩形区域的周围被分配了一类似框架区域，并且矩形区域的周围在后场氧化物层44下面。后场氧化物层44生长在类似框架区域和正方形区域之间，并在n-型杂质区43a/43b和高浓度掺杂p-型杂质区43c之间形成电绝缘。
栅电极47b位于n-型杂质区43a和43b之间的沟道区上，并且栅电极47b被内层绝缘层51所覆盖。在内层绝缘层51中形成接触孔52a/52b/52c，并且n-型杂质区43a，n-型杂质区43b和高浓度掺杂p-型杂质区43c被分别暴露给接触孔52a，52b和52c。尽管用于高浓度掺杂p-型杂质区43c的八个接触孔仅被标注为52c，但沿类似框架区域也形成接触孔52c。
导电层53在内层绝缘层51上延伸，并且通过接触孔52a与n-型杂质区43固定接触。导电层53的另一端被连接到升压节点A1。升压节点A2被连接到导电层54，导电层54被分叉以便沿类似框架的高浓度掺杂p-型杂质区43c延伸。导电层54通过接触孔52b与n-型杂质区43b以及通过接触孔52c与高浓度掺杂p-型杂质区43c固定接触。在内层绝缘层51上还形成另一接触孔52d，并且在导电层54和栅电极47b之间提供电连接。
分配给n-型杂质区43a的正方形区域被类似框架的高浓度掺杂p-型杂质区43c包围。该特征适用于通过在p-型阱43c和高浓度掺杂杂质区43a之间的p-n结的电流回路，因为电流回路是如此之宽以致于电阻很小。结果，电位电平VA2减少的很快。
图13和图14显示了另一种结构。在n-沟道增强型场效应晶体管MN1的结构中，图13所示的升压段32与图11所示的不同。n-沟道增强型场效应晶体管MN1具有两个与n-型杂质区43b隔开的n-型杂质区43a，并且相应的，栅电极47b被分叉以便在两个在n-型型杂质区43a和n-型杂质区43b之间的沟道区延伸。图13所示的杂质区，导电层和接触孔与图11和图12所示的升压段32的相应的元件标号相同，不再赘述。两个n-型杂质区43a加宽了经由高浓度掺杂p-型杂质区43c的电流回路，并减小了电阻。结果，电位电平VA2比图8中所示的电荷泵电路的电位电平VA2减少的更快。
如上所述，在n-型阱41中间隔形成p-型阱42/43。在p-型阱42/43和n-型阱41的周围之间可形成n-型沟道阻蚀层61。n-沟道增强型场效应晶体管MN0/MN1和高浓度掺杂p-型杂质区42c/43c被安排在图8、11/12或图13/14所示的p-型阱42/43中。n-型沟道阻蚀层61具有与n-型阱41相同的偏置电压。此时，偏置电压等于正电压Vcc。n-型沟道阻蚀层61可有效防止p-型阱42/43和p-型半导体基片40的表面漏电流。
第二实施例参照图17，本发明另一个具体的电荷泵电路包括一输入二极管电路71和多个串联在地线GND和一输出节点Vncp之间的升压段72/73/74。升压节点A1在输入二极管电路71和升压段72之间，升压节点A2/A3在升压段72、73和74之间。
输入二极管电路71与输入二极管电路31的电路结构类似，并且输入二极管电路71的电路元件与输入二极管电路31的相应的电路元件的标号相同，不再赘述。
升压段72/73/74的电路结构相互类似。每个升压段72/73/74包括一连接在相关的节点A1/A2/A3和A2/A3/Vncp之间的n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3，一连接到升压节点A1/A2/A3的电容器C1/C2/C3，以及一连接在n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的后栅和正电压线Vcc之间的二板管D2/D3/D4。这些电路元件类似于第一实施例，下面不再赘述。
升压段72/73/74还包括一连接在节点A2/A3/Vncp和n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的栅电极之间的n-沟道增强型场效应晶体管MN11/MN12/MN13以及一连接到n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的栅电极的电容器C11/C12/C13。升压节点A1/A2/A3被连接到n-沟道增强型场效应晶体管MN11/MN12/MN13的栅电极，并且时钟信号FC和FD被提供给电容器C11/13和电容器C12。时钟信号FA/FB/FC/FD被周期性的改变，如图18所示，并且n-沟道增强型场效应晶体管MN11/MN12/MN13和电容器C11/C12/C13的特性与图5中所示的现有技术的p-沟道增强型场效应晶体管MP11-MP14和电容器C11-C14类似。n-沟道增强型场效应晶体管MN11/MN12/MN13使相关的n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3的栅电极保持比其源/漏节点的电位电平高以便改进升压段72/73/74的电流驱动能力。
结合第一实施例描述的结构和结构可被应用于图17所示的电荷泵电路。
输入二极管电路71和升压段71/72/73提供了两条回路，即n-沟道增强型场效应晶体管MN0/MN1/MN2/MN3的导电沟道以及在p-型阱和n-型源区之间的p-n结，并改进了电荷泵电路的升压效率。由于附加电路元件MN11和MN13及C11-C13的作用，第二实施例中的电荷泵电路的电流驱动能力比第一实施例中电荷泵电路强。
第三实施例图19示出了本发明的又一具体的电荷泵电路。第三实施例的电荷泵电路包括一输入二极管电路81和多个串联在地线GND和一输出节点Vncp之间的升压段82/83/84。输入二极管电路81与输入二极管电路31的电路结构类似，并且输入二极管电路81的电路元件与输入二极管电路31的相应的电路元件的标号相同，不再赘述。
除了n-沟道增强型场效应晶体管MN21/MN22/MN23外，升压段82/83/84的电路结构与升压段72/73/74类似。为此，其它电路元件与升压段72/73/74的相应的电路元件的标号相同，不再赘述。
n-沟道增强型场效应晶体管MN21/MN22/MN23保证了n-沟道增强型场效应晶体管MN11/MN12/MN13的特性。假设升压段82从升压节点A2向升压节点A1放电，时钟信号FA，FB和FC被分别变化到低电平，高电平和高电平。n-沟道增强型场效应晶体管MN1打开，并且电荷从升压节点A2流向升压节点A1。接着，时钟信号FC被变化到低电平，电容器C11拉下升压节点A11的电位电平。时钟信号FA保持在高电平，并且时钟信号FB变化为低电平。于是，n-沟道增强型场效应晶体管MN11使节点A11处的电位电平回落到节点A2处的电位电平。n-沟道增强型场效应晶体管MN11关闭以便截止相反的电流。然而，如果升压节点A1为低电位电平，则节点A11处的电位电平不能达到目标电平。此时，相反的不希望的电流流经n-沟道增强型场效应晶体管MN1。n-沟道增强型场效应晶体管MN21/MN22/MN23充分拉下节点A11/A12/A13的电位电平，并且不管升压节点A1/A2/A3的电位电平如何都使n-沟道增强型场效应晶体管MN1/MN2/MN3完全打开。换句话说，相反的电流不能流动。
从上面的描述容易理解，n-沟道增强型场效应晶体管MN0-MN3具有各个相互绝缘的后栅，并且漏节点偏置后栅到可限制后栅偏置效应的地步。为此，升压节点A1/A2/A3和输出节点Vncp的电位电平被拉下，本发明的电荷泵电路达到很高的升压效率。
尽管上面描述并显示了本发明的具体的实施例，但同领域技术熟练人员可进行各种变化和修改，这些变化和修改都包含于本发明的宗旨和范围之内。
例如，图1所示的非易失性存储单元可应用电容器C1/C2/C3。此时，浮置栅电极5可连接到升压节点A1，并且时钟信号FA被提供给控制栅电极7。浮置栅电极5被连接到升压节点A1的原因是，其电容大于连接到升压节点A1的控制栅电极7的电容。浮置栅电极通常由低浓度n-型多晶硅形成。如果在浮置栅电极5上施加正电位，低浓度n-型多晶硅被部分耗尽，并且耗尽层减少了浮置栅电极5和控制栅电极7之间的电容。另一方面，连接到升压节点A1的浮置栅电极5不受耗尽层的影响，并且电容比相对连接的电容器的电容大。
电荷泵电路可产生正的升高电压。p-沟道型场效应晶体管可与电容器一起形成电荷泵电路。
n-沟道增强型场效应晶体管MN0可具有类似于图11或图13所示的n-沟道增强型场效应晶体管MN1的结构。
权利要求
1.一种电荷泵电路包括多个电位电平独立变化的节点(A1/A2/A3/Vncp)；一包括连接在所述多个节点中的一个节点(A1)和恒定电压源(GND)之间的第一场效应晶体管(MN0)的二极管电路(31；71；81)；以及多个串联连接在所述多个节点间的升压段(32-34；72-74；82-84)且响应于第一时钟信号(FA/FB)以选择性地升高所述多个节点处的电位及选择性地向所述二极管电路(32；72；82)释放所述电位电平，多个升压段中的每一个包括一连接在从所述多个节点中选出的两个节点(A1/A2；A2/A3；A3/Vncp)之间的第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)以便从所述两个节点(A2/A3/Vncp)中的一个节点向所述两个节点中的另一节点释放电位，以及一连接到所述两个节点中的所述另一个节点且响应于一个所述第一时钟信号以升高所述两个节点中的所述另一个节点的电位电容器(C1/C2/C3)，其特征在于，所述第一场效应晶体管(MN0)具有一连接到所述多个节点中的所述一个节点(A1)且提供用于限制所述第一场效应晶体管中的后栅偏置效应的第一电位(VA1)的第一后栅(42)，以及一连接到所述多个节点中的所述一个节点(A1)且响应于所述第一电位以产生一从所述多个节点中的所述一个节点(A1)到所述恒定电压源(GND)的第一电流回路的第一栅电极(47a)，并且所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)具有一个与所述第一后栅(42)电绝缘的第二后栅(43)，第二后栅(43)连接到比所述两个节点中的所述另一个节点(A1/A2/A3)离所述多个节点中的所述一个节点(A1)更远的所述两个节点中的所述一个节点(A2/A3/Vncp)并提供用于限制所述第二场效应晶体管中的所述后栅偏置效应的独立变化的第二电位，以及一连接到所述两个节点中的所述一个节点(A2/A3/Vncp)且响应于第二电位以产生一从所述两个节点中的所述一个节点到所述两个节点中所述另一个节点的第二电流回路的第二栅电极(47b)。
2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，在导电性与作为所述第一电流回路的第一导电沟道相反的第一阱(42)和与所述第一阱电绝缘且在导电性与作为所述第二电流回路的第二导电沟道相反的第二阱(43)上分别制造所述第一场效应晶体管(MN0)和所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)，所述第一阱(42)和第二阱(43)分别作为所述第一后栅和所述第二后栅。
3.如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一场效应晶体管(MN0)和所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)在增强型模式下是可操作的以便由一供体独立产生所述第一导电沟道和所述第二导电沟道，并且在作为输出节点的所述多个节点的另一个节点(Vncp)处产生一负电压。
4.如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一阱(42)和所述第二阱(43)分别与所述第一场效应晶体管(MN0)第一源区(42a)和所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)的第二源区(43a)一起形成第一p-n结和第二p-n结，所述第一p-n结和第二p-n结向前偏置所述第一电位和所述第二电位以便所述第一阱(42)和所述第二阱(43)分别提供平行于所述第一电流回路和第二电流回路的第三电流回路和第四电流回路。
5.如权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一阱(42)和所述第二阱(43)通过第一接触区(42c)和第二接触区(43c)分别与所述多个节点中的所述一个节点(A1)和所述两个节点中的所述一个节点(A2/A3/Vncp)电连接，并且所述第一场效应晶体管(MN0)和所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)分别被所述第一接触区(42c)和所述第二接触区(43c)包围。
6.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一和第二栅电极(47a/47b)中的一个被分叉以便在所述第一和第二场效应晶体管中的一个的漏区(42b/43b)和形成在所述漏区的两侧上的所述第一和第二源区中的一个的两个副源区之间提供一个所述第一和第二导电沟道。
7.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一栅电极(47a)被分叉以便在所述第一场效应晶体管的第一漏区(42b)和形成在所述第一漏区的两侧上的所述第一源区(42a)的两个副源区之间提供一个所述第一导电沟道，并且所述第二栅电极(47b)被分叉以便在所述第二场效应晶体管的第二漏区(43b)和形成在所述第二漏区的两侧上的所述第二源区(43a)的两个副源区之间提供一个所述第二导电沟道。
8.如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，在导电性与所述第一和第二阱相反的第三阱(41)的第一表面部分和第二表面部分形成所述第一阱(42)和所述第二阱(43)并相互隔开，所述第三阱(41)形成于半导体基片(40)的表面部分中，在所述第一和第二阱(42/43)和所述第三阱(41)之间的p-n结被反向偏置。
9.如权利要求8所述的电荷泵电路，其特征在于，形成在所述第三阱(41)中的沟道阻蚀层(61)包围住所述第一阱(42)和所述第二阱(43)以便限制从所述第一和第二阱向所述半导体基片的表面漏电流。
10.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述多个升压段(72/73/74；82/83/84)中每一个还包括一连接到所述第二栅电极的第二电容器(C11/C12/C13)并且响应于第二时钟信号(FC/FD)中的一个以便周期性地升高在所述第二栅电极的电位电平，以及一连接在所述第二栅电极和所述两个节点中的所述一个节点之间的第三场效应晶体管(MN11/MN12/MN13)并且响应于在用于连接所述第二栅电极和所述两个节点中的所述一个节点的所述两个节点中的所述另一个节点的电位电平。
11.如权利要求10所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一场效应晶体管(MN0)，所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)和第三场效应晶体管(MN11/MN12/MN13)在增强型模式下是可操作的以便由一供体产生导电沟道。
12.如权利要求10所述的电荷泵电路，其特征在于，所述多个升压段(82/83/84)中所述每一个还包括一连接在所述两个节点中的所述一个节点和所述第二栅电极之间的第四场效应晶体管(MN21/MN22/MN23)并且响应于在用于连接所述第二栅电极和所述两个节点中的所述一个节点的所述第二栅电极的电位电平。
13.如权利要求10所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一场效应晶体管(MN0)，所述第二场效应晶体管(MN1/MN2/MN3)，第三场效应晶体管(MN11/MN12/MN13)和所述第四场效应晶体管(MN21/MN22/MN23)在增强型模式下是可操作的以便由一供体产生导电沟道。
14.如权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述负电压被提供给一电子擦除只读存储单元(1/2/4/5/6/7/；11/12/14/15/16/17/18/19/20/21)。
全文摘要
电荷泵电路的升压段具有一连接到升压节点的电容器及一连接在升压节点和其它节点之间的n－沟道增强型场效应晶体管并在连接到和其它节点的p－型阱(43)上制造,n－沟道增强型场效应晶体管打开以便通过导电沟道和p－型阱与n－型源节点之间的p－n结从其它节点向升压节点放电,这样在p－型阱上电位电平限制了后栅偏置效应,从而加宽了其它节点处的电位电平摆动幅度。
文档编号H02M3/04GK1229302SQ9910333
公开日1999年9月22日 申请日期1999年3月16日 优先权日1998年3月16日
发明者神保敏且 申请人:日本电气株式会社