专利名称:基片偏压发生电路的制作方法
本发明是关于为另一个集成在半导体基片上的电路产生一个偏压的电路，该电路包括有1、一个用来产生控制脉冲的振荡器;
2、至少一个充电泵。由控制脉冲倒相得到的电脉冲加到该充电泵上。该充电泵由一个电容和一个二极管串联组成。所说电脉冲加到电容的第一个极上，它的第二个极连接到与其相关的二极管上。充电泵的一个输出端连接到基片上，组成充电泵的电容和二极管的结点通过一个绝缘栅开关三极管连接到集成电路的接地点上，该绝缘栅开关三极管的绝缘栅极连接到接受控制脉冲的一个控制电路上。
美国书4，438，346公开了这样一个电路，在已有技术的电路中，连接组成充电泵的电容和二极管的结点到地点的三极管的控制极连接到两个串联的被接成二极管用的三极管的结点上，这两个三极管接在地与一个负的基片电压之间，因此，在没有控制脉冲时，只要充电泵中该结点处的电压下降到比所说的三极管低于地电位的一个阈值还高，控制极处于负电位，所以就使三极管保持在截止状态。于是，在一个泵循环期间里，有效地利用了存貯在电容器里的电荷。然而，为了给电容器充电，处在负偏压状态下的三极管必须转换成导通状态。在所说的电路里，这一点是利用控制脉冲实现的。该控制脉冲是由一个电容器加到该三极管的控制电极上，该控制脉冲的幅度要充电到超出电源电压。为了产生这样的控制脉冲，就需要有一个比较复杂的控制电路，这种电路能够借助于自举技术产生出控制脉冲所需要的电平。
然而，所说的美国书也揭示了可以不再需要由比较复杂的控制电路产生，产生控制脉冲的一些措施。通过组成充电泵的电容和二极管的结点，开关三极管的控制极连接到地点上。可是，这个本身已公知的电路，其缺点在于电容要充电达到VDD-2VTH这样的一个最大值(VDD是电源电压;VTH是场效应管的阈值电压;电容通常是由连接场效应三极管的两个主电极形成的)。然而，在电源电压较低的情况下，充电泵不能给出许多充电电荷(或者在VDD＜2VTH时根本不能充电)。
本发明的目的是要提供一个产生基片偏压的电路，这个电路不需要一个用于产生较高幅度(例如比电源电压高)控制脉冲的复杂的控制电路，并由一个即使在较低电源电压(例如高于2VTH几分之一的低电源电压)的情况下也能有效工作的充电泵组成。
为了上述目的，本发明的特征在于开关三极管以串联的方式至少与另一个其绝缘栅接受充电泵电脉冲的开关三极管相连，控制脉冲由控制电路倒相以后被加到第一个提到的开关三极管的栅极上。只要给控制电路加上一个电脉冲时，所说的控制电路就将第一个提到的开关三极管的栅极连接到它的主电极(源极)上。依照本发明的电路，充电泵的电容被充至VDD-VTH，这是有好处的，特别当电源电压较低时(例如2或3VTH)更是如此。在充电泵的泵循环期间，由于在泵循环期间被接成二极管用的两个三极管串联在一起使用，所以，可以产生一个-2VTH的电压。下面本发明可以借助于作为一个例子的附图进行更为详细的描述图1是本发明一个最优的具体方案。
图2是本发明的另一个解决方案。
如有关图中所示，一个基片偏压发生电路，它包括了一个用来产生控制脉冲的振荡器10;第一和第二两个充电泵，分别标记为1和2;还有一个控制电路3。
振荡器10是个环形振荡器，它由七级公知的倒相放大器10a、b、c、d、e和f、g组成，每个倒相放大器都由两个互补的场效应管组成，放大器a级的输出连接到第一充电泵1的电容C1的第一电极上。充电泵1还包括有一个接成二极管用的场效应三极管N1，它的控制电极(栅极)和一个主电极(漏极)以及一个输出端A连在一起。电路的输出端与另外的集成电路的基片(图中没给出)相连。出现在输出端A的负基片偏压VBB是为该集成电路产生的。电容器C1和三极管N1的联结点B被连接到充电泵2的输出端上。充电泵2是由电容C2和三极管N2组成的，三极管N2是以已知的方式被连接成二极管的。电容器C2接受从放大器10b送来的电脉冲，因而，电容C1和C2分别接受相位基本相反的控制脉冲。
电容C2和三极管N2的结点C经过两个串联的三极管N3和N4到接地点M。三极管N4的源极接地点M，同时，其栅极接到放大器10b的输出端。三极管N3的一个主电极(漏极)被接到结点C，其源极和三极管N4的主电极接到结点D，三极管N3的控制电极接到控制电路3的输出端，控制电路3由两个互补三极管P1和P5构成的倒相放大器组成，而且让它的输入端接到放大器10a的输出端。三极管P1的源电极接到电源电压VDD上，而三极管N5的源极接到结点D上。
所示电路的工作过程如下如果放大器10a的输出为低电平(低电位)，则控制电路3和放大器10b的输出端就是高电位(恰好低于VDD)，由于三极管N3的控制极为高电位，因而它也和控制极接受放大器10b高电平输出的晶体管N4一样被导通。因为N3和N4是导通的三极管，所以电容C2被充电。电容C2(和C1)是以公知的方式由一个两个主电极互相连接的场效应管形成的。在电容C2的充电期间，所说电容器里就貯存了一个电荷量Q，Q＝C2(VDD-VTH)，其中C2是电容C2的值;VDD是电源电压;VTH是用于构成电容C2的场效应三极管的阈值电压。如图所送，用来作为电容C1和C2的三极管的控制极最好与相应的二极管N2或N1相连。电容器C2(和C1)最好是由一个P沟道的场效应三极管构成。不可避免的寄生电容如图所示就被接到放大器10b(和10a)的输出端，而不能被接到结点C(和B)，因此，这些寄生电容就不会给充电泵2(和1)增加负载，否则是很不利的。
只要放大器10a的输出电平从低电平上升为高电平，电容C2的充电阶段就结束。控制电路3的三极管P1和N5就分别截止和导通，在三极管N3的控制电极从电源VDD上断开以后，就引起三极管N3的控制电极和源极相互连接，三极管P1和N5的比率要进行选择(例如分别为2.5/10和2/2)得在充电泵2的泵循环之前，使三极管N3的控制极和源极相互连接。放大器10b的输出电平将从高电势下降为低电势，因而实际上就将三极管N4的控制极接到了接地点M。充电泵的接点C经两个用作二极管的三极管N3和N4就连接到了地点M。在放大器10b的输出点的电位从高电平下降为低电平开始的泵循环期间，接点C处的电位会受到影响下降到地电位接地点M的电位以下的一个电平值，直到两个串联的二极管N3和N4变为导通为止。这样，接点C处的负电势就会被限制在-2VTHN上，VTHN是N沟道三极管N3和N4的阈值电压。此外，充电泵1和2是以公知的方式配合工作的。在2V电源电压VDD下，它们可以产生一个-2V的基片偏压。
图2所示是本发明的另一个具体方案，除去增加的部分3′外与图1所示的电路是一样的，因此，图1和图2中所有相对应的组成部分还都采用同样的参考数字标记。图2中，在三极管N3和N4之间增设了一个开关三极管N3′，它以与三极管N3同样的方式被控制。在电容C2的充电阶段里，开关三极管N3′，N3和N4被导通;放大器10a的输出为低电位，这样，三极管N3和N3′的控制电极分别经P通道三极管P1和P1′被连到电源VDD上。如果放大器10a的输出从低电平升到高电平，则三极管P1和P1′就截止，而三极管N5和N5′就导通，这将导致开关三极管N3和N3′的控制极分别被连到各自的源极上，结果使得接点C经连成二极管用的三极管N3，N3′和N4而被连到接地点M上，这个增加的部分3′能够使结点C处的电位在泵循环期间下降到地电位M点以下的-3VTH。这个增加的部分3′可以是两个、三个或更多，只有当电源电压满足｜VTH｜≥｜3VTH｜(4VTH或5VTH)时才有效，其中，VDD是电源电压，而3VTH(4VTH、5VTH)是C点的最大负电压，C点上三个(也可以是四个或五个等)被接成二极管的三极管(N3，N4，N3′……)在泵循环期间被导通。
本发明的一个产生基片偏压的电路最好被用在一个被集成在半导体基片上的电路中，该电路，至少一部分是已造在一个P型半导体的N阱上，并在低电源电压，例如2V的情况下仍能继续工作，特别是在集成的静态存貯电路情况下，该存貯电路由高阻值的电阻器和N沟道的三极管构成。使用本发明的电路是很有好处的，由于能在低电压下工作，有的存貯单元里的信息内容不会象在TTU电路中出现的那样被呈现不希望的负电压峰值(例如到-1或-1.5V的尖峰)输入信号所干扰。
权利要求
1.一个为集成在半导体基片上的另一个电路产生一个偏置电压的电路，这第一个提到的电路包括有一个产生控制脉冲的振荡器和至少一个充电泵。由控制脉冲得来的电脉冲被加到充电泵上，该充电泵由一个电容和一个二极管串联组成，所说的电脉冲被加到该电容的第一个极上，该电容的第二个极连接到与电容相连的二极管上。充电泵的一个输出端连接到基片和电容的结点上。充电泵的二极管经过一个绝缘栅开关三极管的通道被连接到集成电路的接地点上。绝缘栅三极管的栅极被连接到一个接受控制脉冲的控制电路上。其特征在于开关三极管至少要与另外的一个开关三极管串联连接。这另外的开关管的绝缘控制极接受充电泵送来的电脉冲，控制脉冲由控制电路倒相后被加到第一个提到的开关三极管的控制极上，当给控制电路加上一个控制脉冲时控制电路就将这第一个提到的开关三极管的控制极和它的主电极(源极)相互连接在一起。
2.一个如权利要求
1所规定的电路，其特征在于电容是由一个被接到该二极管上的绝缘栅三极管构成的，脉冲被加到这两个互相连接的主电极上。
3.一个如权利要求
2所规定的电路，其特征在于电容是由一个P导电型的三极管形成的。
4.一个如权利要求
1、2或3所规定的电路，其特征在于二极管是由连接成二极管用的三极管构成的，这种三极管如同第一个提到的和在该电路中其它开关三极管一样是N导电型的，控制电路是一个倒相放大器，这个放大器的一个N型输出三极管的沟道将一个提到的开关三极管的控制极接到其主电极上。
5.一个如权利要求
4所规定的电路，其特征在于该倒相放大器还包括一个P导电型的三极管，这个三极管的沟道被接到第一个提到的开关三极管的控制极上和电源端上。构成倒相放大器的P沟道和N沟道三极管的控制极都被接到所说的振荡器的第一个输出端上，该振荡器是一个环形振荡器，由奇数个倒相放大器组成，倒相放大器由互补的绝缘栅三极管组成，所说的电脉冲借助于单互补放大器把控制脉冲倒相形成的。
6.一个如上述任何一个权利要求
所规定的电路，其特征在于还有一个由一个电容和一个二极管串联组成的充电泵，电容与二极管的结点连到第一个充电泵的输出端，在那里所说的控制脉冲被加到电容上，而所说的第二个充电泵的输出端被连接到基片上。
7.一个具有如前面任何一个权项所规定的基片偏压发生电路的半导体基片上的集成电路。
8.一个如权利要求
7所规定的集成电路，其特征在于该电路至少部分是在一个P型半导体基片上的一个N阱(或N型槽区)上形成的。
9.一个如权利要求
8所规定的集成电路，其特征在于该集成电路包括有低阻记忆单元和N沟道导电型三极管组成的存貯单元。
专利摘要
一个基片偏压发生电路，充电泵的电容和二极管的结点，经过两个以上三极管的串联被接到该电路的接地点上(这个接地点也是集成在基片上的另一个电路的接地点，偏压就是为该基片而产生的)。在电容的充电阶段里，该三极管完全导通，因为导通的三极管不引起(几乎不引起)任何压降，所以电压就以最佳方式被充电。在充电泵循环期间所有的三极管全都被连成二极管，相对于地点来说，在该结点上产生一个负电压。这个负电压被限制在这些被连接成二极管用的三极管的阈值电压总和的范围里。
文档编号H03L1/00GK85101845SQ85101845
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者范生堂·安德利安鲁斯·得恩尼斯 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan