專利名稱：功率分配器及具有該功率分配器的集成電路和半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率分配器及具有該功率分配器的存儲裝置。根據(jù)本發(fā)明的實施 例的功率分配器可應(yīng)用于其它半導體集成電路。
背景技術(shù)：
最近，已要求包括動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的典型半導體裝置在低電壓下并 以高速工作。若在低電壓下高速地驅(qū)動存儲器，則該存儲器可具有以下非預(yù)期的結(jié)果。亦 即，當存儲器以高速工作時，封裝或板的小電感可對供應(yīng)必要功率造成干擾。若在低供應(yīng)電 壓下驅(qū)動該存儲器以便降低其功率消耗，則低電源電壓的噪聲可改變電路延遲而使存儲器 錯誤地工作。 為了克服這些結(jié)果，需要減小低電源電壓的噪聲。亦即，需要將外部電源與芯片上 電路之間的阻抗控制得較小。舉例而言，可通過增加在芯片中周邊電路處的儲存電容器的 電容量來減小該阻抗。此處，該儲存電容器可用于功率分配器中以最小化歸因于功率消耗 的電壓降。 雖然可能通過使用具有關(guān)于射頻噪聲的小等效串聯(lián)電阻(ESR)的儲存電容器來
獲得小阻抗，但具有非常高電容量的儲存電容器可為補償?shù)皖l噪聲所需的。 同時，儲存電容器的電容量與電極的表面積成正比且與電介質(zhì)的厚度成反比。因
此，電介質(zhì)的厚度必須為薄的，以在給定面積中獲得大電容量。然而，若電介質(zhì)薄，則儲存電
容器的漏電流成為顯著問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的例示性實施例針對提供一種用于防止大儲存電容器的漏電流增加的功 率分配器。 本發(fā)明的例示性實施例針對提供一種具有功率分配器的集成電路。 本發(fā)明的例示性實施例針對提供一種具有功率分配器的存儲裝置。
根據(jù)本發(fā)明的例示性方面，提供一種功率分配器，其包括大儲存電容器；切換單
元，其連接于至少一條電源線與該大儲存電容器之間；及控制器，其基于耦接至該電源線的
電路區(qū)塊的工作狀態(tài)來接通或切斷該切換單元。 根據(jù)本發(fā)明的另一例示性方面，提供一種集成電路，其包括大儲存電容器；電路 區(qū)塊，其配置成由來自至少一條電源線的電源電壓所驅(qū)動；及切換單元，其配置成接收關(guān)于 該電路區(qū)塊被啟用還是被停用的信息并響應(yīng)于所接收的信息而控制大儲存電容器與電源 線之間的電連接。
4
該集成電路可進一步包括配置成判定電路區(qū)塊是否被啟用并接通或切斷切換單
元的傳感器。該集成電路可進一步包括配置成控制電路區(qū)塊及切換單元的控制器。
電路區(qū)塊可為在其被啟用時產(chǎn)生低頻噪聲的電路區(qū)塊。大儲存電容器可具有漏電
流，且電路區(qū)塊在其被啟用時消耗的功率比由該漏電流消耗的功率大至少100倍。
根據(jù)本發(fā)明的又一例示性方面，提供一種存儲裝置，其包括大儲存電容器；切換
單元，其配置成控制該大儲存電容器與至少一條電源線之間的電連接；及控制器，其配置成
接收外部指示命令并基于該半導體裝置的工作模式而接通或切斷該切換單元。 該大儲存電容器可具有漏電流，且在消耗比由該漏電流消耗的功率大至少100倍
的功率的工作模式下，該切換單元可被接通。可在電源切斷模式、備用模式及更新模式的一
種模式下切斷該切換單元。 電源線可包括第一 電源線及第二電源線，且該切換單元可安置于該第一 電源線及 該第二電源線的至少一個與大儲存電容器之間。 該大儲存電容器可包括具有并聯(lián)耦接的多個電容器的第一 電容器組及具有并聯(lián) 耦接的多個電容器的第二電容器組。該第一電容器組可串聯(lián)耦接至該第二電容器組。
該電容器可為通過依序地堆疊下電極導電層、電介質(zhì)層及上電極導電層而形成的 堆疊電容器。大儲存電容器具有PF等級的電容量。


圖1為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的功率分配器的圖； 圖2A及圖2B為說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的大儲存電容器的電路圖；
圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有功率分配器的集成電路的圖；
圖4為說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有功率分配器的集成電路的圖；以及
圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有功率分配器的存儲裝置的電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點通過以下描述可以被理解，并且通過參考本發(fā)明的實施 例而變得明顯。
圖1為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的功率分配器的圖。 參看圖l，根據(jù)本發(fā)明的實施例的功率分配器包括大儲存電容器160、第一切換單 元140A、第二切換單元140B及控制器180。 電源線包括具有電源電壓VDD的第一電源線120A及具有接地電壓VSS的第二電 源線120B。 第一切換單元140A耦接于該第一電源線120A與該大儲存電容器160之間。第二
切換單元140B耦接于該第二電源線120B與該大儲存電容器160之間。將典型MOS晶體管
開關(guān)用作第一切換單元140A及第二切換單元140B。雖然根據(jù)本發(fā)明的實施例的功率分配
器包括第一切換單元140A及第二切換單元140B，但本發(fā)明并不限于此。舉例而言，根據(jù)一
實施例的功率分配器可僅包括該第一切換單元及該第二切換單元中的一個。 該大儲存電容器160包括第一電容器組160A及第二電容器組160B。該第一電容
器組160A包括并聯(lián)耦接的多個電容器，且該第二電容器組160B包括并聯(lián)耦接的多個電容器。該第一電容器組160A串聯(lián)耦接至該第二電容器組160B。 儲存電容器160的單元電容器可為通過依序地堆疊下電極導電層、電介質(zhì)層及上 電極導電層而形成的堆疊電容器。電介質(zhì)為薄的，以具有諸如PF等級電容量的大電容量。
控制器180根據(jù)耦接至電源線120A及120B的預(yù)定電路區(qū)塊(未顯示)是否處于 工作中而接通或切斷第一切換單元140A及第二切換單元140B。 控制器180基于電路區(qū)塊(未顯示)的工作狀態(tài)而判定控制信號CONT及/CONT 的邏輯值，其中電源電壓經(jīng)由電源線120A及120B而供應(yīng)至該電路區(qū)塊。舉例而言，若電路 區(qū)塊在其被啟用時產(chǎn)生低頻噪聲，或若電路區(qū)塊消耗的功率比由大儲存電容器的漏電流消 耗的功率大至少100倍，則當該電路區(qū)塊被啟用時，控制器180接通第一切換單元140A及 第二切換單元140B。不然，控制器180切斷第一切換單元140A及第二切換單元140B。
可能使用具有對于射頻噪聲的小等效串聯(lián)電阻(ESR)的儲存電容器來獲得足夠 小的阻抗。然而，對于低頻噪聲，需要具有非常大電容量的儲存電容器。同時，為了實施儲 存電容器為具有有限面積內(nèi)的大電容量，必須使用具有薄電介質(zhì)的堆疊電容器。然而，具有 薄電介質(zhì)的此種大儲存電容器160可具有大的漏電流。 若被供應(yīng)來自電源線120A及120B的功率的電路區(qū)塊為產(chǎn)生低頻噪聲的區(qū)塊，則 可通過在該電路區(qū)塊被啟用時將大儲存電容器160電連接至電源線來消除低頻噪聲。相反 地，當電路區(qū)塊被停用時，可將大儲存電容器160與電源線斷開以減少漏電流。
若在電路區(qū)塊被啟用時該電路區(qū)塊消耗的功率比儲存電容器的漏電流消耗的功 率大至少100倍，則儲存電容器160可電連接至電源線，因為該儲存電容器的漏電流為可忽 略的最小值。然而，當電路區(qū)塊被停用時，儲存電容器的漏電流在整個系統(tǒng)的功率消耗中為 顯著的。因此，將儲存電容器與電源線在電學上斷開。舉例而言，若電路區(qū)塊被停用相對長 的時間，則穩(wěn)定地流經(jīng)儲存電容器的漏電流變得顯著。 根據(jù)本實施例的功率分配器可通過基于工作狀態(tài)控制電源線120A及120B與儲存 電容器160之間的電連接來防止該儲存電容器的漏電流。 圖2A及圖2B說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的儲存電容器。如圖2A中所示，儲存 電容器260A包括串聯(lián)耦接的兩個電容器260AA及260AB 。如圖2B中所示，儲存電容器260B
可為單一大電容器。 圖3說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有功率分配器的集成電路。 參看圖3，根據(jù)本發(fā)明的實施例的集成電路包括電路區(qū)塊310、傳感器350、切換單
元340及大儲存電容器360。 電路區(qū)塊310自第一電源線320A及第二電源線320B接收電源電壓。第一電源線 320A包括電源電壓VDD且第二電源線320B包括接地電壓VSS。 傳感器350檢測電路區(qū)塊310的工作狀態(tài)并輸出控制信號CONT作為檢測結(jié)果。亦 即，基于電路區(qū)塊310的啟用狀態(tài)或停用狀態(tài)來判定自傳感器350輸出的控制信號CONT的 邏輯值。 切換單元340響應(yīng)于控制信號CONT的邏輯值而控制儲存電容器360與第一電源 線320A之間的電連接。 利用耦接于第一電源線320A與儲存電容器360之間的PMOS晶體管來配置切換單 元340。然而，本發(fā)明并不限于此?？衫民罱佑诘诙娫淳€320B與大儲存電容器360之間的NM0S晶體管來配置切換單元340?；蛘?，切換單元340可包括PMOS晶體管及NMOS晶 體管兩者。 與圖3的集成電路不同，圖4中所示的集成電路包括電路區(qū)塊410、切換單元440 及控制器480。 電路區(qū)塊410自第一電源線420A及第二電源線420B接收電源電壓。第一電源線 420A包括電源電壓VDD且第二電源線420B包括接地電壓VSS。 切換單元440響應(yīng)于控制信號CONT而控制儲存電容器460與第一 電源線420A之 間的電連接。 控制器480控制切換單元440及電路區(qū)塊410。通常，可由預(yù)定控制電路來控制 操作預(yù)定電路區(qū)塊410的時間。亦即，在圖4的集成電路中，僅當電路區(qū)塊響應(yīng)于自控制器 480輸出的啟用信號EN而被啟用時，切換單元440才響應(yīng)于自控制器480輸出的被激活的 控制信號CONT而被接通。 參看圖3及圖4，電路區(qū)塊310及410各為產(chǎn)生低頻噪聲的區(qū)塊，或者是在該電路 區(qū)塊310及410被啟用時消耗了比由儲存電容器460的漏電流消耗的功率大IOO倍的來自 電源電壓的功率的區(qū)塊。在此狀況下，當電路區(qū)塊310及410被啟用時，切換單元340及 440被啟用。相反地，當電路區(qū)塊310及410被停用時，切換單元340及440被停用。
在圖3及圖4中所示的實施例中，大電容儲存電容器360及460實質(zhì)上具有與圖 1、圖2A及圖2B中所示的大電容儲存電容器160、260A及260B相同的結(jié)構(gòu)。
圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有功率分配器的半導體裝置的電路圖。
參看圖5，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導體裝置包括大儲存電容器560、切換單 元540及控制器580。切換單元540切換大儲存電容器560與第一及第二電源線520A及 520B之間的電連接?？刂破?80接收外部指示命令CS、 CAS、 RAS及WE，并基于存儲器工作 模式來接通或切斷切換單元。 舉例而言，包括DRAM的存儲裝置具有多個工作模式。在所述工作模式中，儲存電 容器可在消耗的功率可以比由該儲存電容器的漏電流消耗的功率大至少ioo倍的工作模 式下耦接至電源線。相反地，在消耗較少功率的工作模式下，可將該儲存電容器與電源線斷 開。舉例而言，消耗較少功率的存儲器工作模式為電源切斷模式、備用模式及更新模式。
存儲器工作模式由輸入至存儲器芯片的外部指示命令的組合而判定。因此，控制 信號CONT的邏輯值由指示的組合予以判定，而切換單元540接收該控制信號且通過該控制 信號CONT的經(jīng)判定的邏輯值予以控制，從而判定是否使用大電容電容器560。
因為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的存儲裝置的電源線520A及520B、切換單元540及 儲存電容器560具有與上文所描述的實施例中的電源線、切換單元及儲存電容器相同的結(jié) 構(gòu)，所以省略了其詳細描述。 如上文所描述，具有PF等級的電容量的大電容儲存電容器可用于消除低頻噪 聲。此大電容儲存電容器可實施為通過依序堆疊下電極導電層、電介質(zhì)及上電極導電層而 形成的堆疊電容器。電介質(zhì)必須為薄的，以便增加有限面積內(nèi)的電容量。因此，大電容電容 器可具有大的漏電流。 因此，在根據(jù)本發(fā)明的功率分配器及具有該功率分配器的集成電路中，可通過控 制在電源線與大電容儲存電容器之間的電連接來阻擋該大電容儲存電容器的漏電流。
7
亦即，若自電源線接收電源電壓的電路區(qū)塊為具有低頻噪聲的區(qū)塊，則當電路區(qū)
塊被啟用時可將大電容儲存電容器電連接至電源線。相反地，當電路區(qū)塊被停用時，可將大
電容儲存電容器與電源線斷開。同樣，若電路區(qū)塊在其被啟用時消耗的功率比由儲存電容
器的漏電流消耗的功率大至少100倍，則在該電路區(qū)塊被啟用時可將儲存電容器電連接至
電源線，因為該儲存電容器的漏電流可小得足以被忽略。相反地，當電路區(qū)塊被停用時，可
將儲存電容器與電源線斷開，因為該儲存電容器的漏電流可能變得顯著。 包括DRAM的半導體裝置具有多個工作模式。根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有功率分
配器的半導體裝置可在這樣一種工作模式下將儲存電容器連接至電源線，即，該工作模式
下消耗比任何其它工作模式下消耗的功率大100倍的功率。相反地，若工作模式需要較少
功率消耗，則可將儲存電容器與電源線斷開。因此，可能通過將根據(jù)本發(fā)明的使用儲存電容
器的功率分配器應(yīng)用于存儲器來防止漏電流。 雖然已針對特定實施例而對本發(fā)明進行了描述，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的 是，在不脫離如在所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神及范疇的情況下，可進行各種變 化及修改。
8
權(quán)利要求
一種功率分配器，包括大儲存電容器；切換單元，連接于至少一條電源線與所述大儲存電容器之間；及控制器，配置成基于連接至所述電源線的電路區(qū)塊的工作狀態(tài)來接通或切斷所述切換單元。
2. 如權(quán)利要求l的功率分配器，其中所述至少一條電源線包括第一電源線及第二電源 線，且所述切換單元耦接于所述第一電源線和所述第二電源線中的至少一個與所述大儲存 電容器之間。
3. 如權(quán)利要求2的功率分配器，其中所述大儲存電容器包括串聯(lián)耦接的兩個電容器。
4. 如權(quán)利要求2的功率分配器，其中所述大儲存電容器包括 第一電容器組，其具有并聯(lián)耦接的多個電容器；及 第二電容器組，其具有并聯(lián)耦接的多個電容器，其中所述第一 電容器組及所述第二電容器組串聯(lián)耦接。
5. 如權(quán)利要求3的功率分配器，其中所述電容器為通過依序地堆疊下電極導電層、電 介質(zhì)層及上電極導電層而形成的堆疊電容器。
6. 如權(quán)利要求l的功率分配器，其中所述大儲存電容器具有PF等級的電容量。
7. 如權(quán)利要求1的功率分配器，其中所述電路區(qū)塊配置成在該電路區(qū)塊被啟用時產(chǎn)生 低頻噪聲。
8. 如權(quán)利要求1的功率分配器，其中所述大儲存電容器具有漏電流，且所述電路區(qū)塊 配置成在其被啟用時消耗的來自所述電源線的功率比由所述漏電流消耗的功率大至少100 倍。
9. 如權(quán)利要求7的功率分配器，其中所述切換單元配置成在所述電路區(qū)塊被啟用時被 接通，且所述切換單元配置成在所述電路區(qū)塊被停用時被切斷。
10. —種集成電路，包括 大儲存電容器；電路區(qū)塊，配置成由自至少一條電源線提供的電源電壓予以驅(qū)動；及 切換單元，配置成接收關(guān)于所述電路區(qū)塊被啟用還是被停用的信息并響應(yīng)于所接收的 信息而控制在所述大儲存電容器與所述電源線之間的電連接。
11. 如權(quán)利要求10的集成電路，進一步包括傳感器，配置成判定所述電路區(qū)塊是否被 啟用并接通或切斷所述切換單元。
12. 如權(quán)利要求10的集成電路，進一步包括控制器，配置成控制所述電路區(qū)塊及所述 切換單元。
13. 如權(quán)利要求10的集成電路，其中所述電路區(qū)塊配置成在其被啟用時產(chǎn)生低頻噪聲°
14. 如權(quán)利要求10的集成電路，其中所述大儲存電容器具有漏電流，且所述電路區(qū)塊 配置成在其被啟用時消耗的功率比由所述漏電流消耗的功率大至少100倍。
15. 如權(quán)利要求13的集成電路，其中所述切換單元配置成在所述電路區(qū)塊被啟用時予 以接通，且所述切換單元配置成在所述電路區(qū)塊被停用時予以切斷。
16. 如權(quán)利要求10的集成電路，其中所述至少一條電源線包括第一電源線及第二電源線，且所述切換單元耦接于所述第一電源線和所述第二電源線中的至少一個與所述大儲存 電容器之間。
17. 如權(quán)利要求16的集成電路，其中所述大儲存電容器包括串聯(lián)連接的兩個電容器。
18. 如權(quán)利要求16的集成電路，其中所述大儲存電容器包括 第一電容器組，其具有并聯(lián)連接的多個電容器；及 第二電容器組，其具有并聯(lián)連接的多個電容器，其中所述第 一 電容器組串聯(lián)耦接至所述第二電容器組。
19. 如權(quán)利要求17的集成電路，其中所述電容器為通過依序地堆疊下電極導電層、電 介質(zhì)層及上電極導電層而形成的堆疊電容器。
20. 如權(quán)利要求IO的集成電路，其中所述大儲存電容器具有PF等級的電容量。
21. —種半導體裝置，包括 大儲存電容器；切換單元，配置成響應(yīng)于控制信號而控制在所述大儲存電容器與至少一條電源線之間 的電連接；及控制器，配置成接收外部指示命令并基于所述半導體裝置的工作模式來輸出所述控制 信號以接通或切斷所述切換單元。
22. 如權(quán)利要求21的半導體裝置，其中所述大儲存電容器具有漏電流，且所述切換單 元配置成在消耗比由所述漏電流消耗的功率大至少100倍的功率的工作模式下被接通。
23. 如權(quán)利要求21的半導體裝置，其中所述切換單元配置成在電源切斷模式、備用模 式及更新模式中的一種模式下被切斷。
24. 如權(quán)利要求21的半導體裝置，其中所述電源線包括第一電源線及第二電源線，且 所述切換單元耦接于所述第一電源線和所述第二電源線的至少一個與所述大儲存電容器 之間。
25. 如權(quán)利要求24的半導體裝置，其中所述大儲存電容器包括串聯(lián)連接的至少兩個電 容器。
26. 如權(quán)利要求24的半導體裝置，其中所述大儲存電容器包括 第一電容器組，其具有并聯(lián)耦接的多個電容器；及 第二電容器組，其具有并聯(lián)耦接的多個電容器，其中所述第一 電容器組與所述第二電容器組串聯(lián)耦接。
27. 如權(quán)利要求25的半導體裝置，其中所述電容器為通過依序地堆疊下電極導電層、 電介質(zhì)層及上電極導電層而形成的堆疊電容器。
28. 如權(quán)利要求21的半導體裝置，其中所述大儲存電容器具有yF等級的電容量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率分配器及具有該功率分配器的集成電路和半導體裝置。功率分配器包括大儲存電容器；開關(guān)，其耦接于至少一條電源線與該大儲存電容器之間；及控制器，其配置成基于連接至該電源線的電路區(qū)塊是否處于工作中而接通或切斷該開關(guān)。本發(fā)明通過控制在電源線與大電容儲存電容器之間的電連接，可阻擋大電容儲存電容器的漏電流。
文檔編號G11C11/34GK101770801SQ200910139788
公開日2010年7月7日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者樸根雨 申請人:海力士半導體有限公司