專利名稱：充電泵電路及其操作方法、半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，特別涉及操作于不同閾值電壓的多級充電泵 電路。
背景技術(shù)：
隨著對更輕薄短小、更易攜帶和更便宜消費電子產(chǎn)品的需求不斷出現(xiàn)，
驅(qū)使電子制造業(yè)去發(fā)展及制造操作于低電源供應(yīng)電壓的IC，以符合低功耗的 目標。然而總是有裝置的元件需要較高的電源供應(yīng)電壓。例如，像是閃存等 非易失性存儲器(nonvolatile memory)則需要高電壓以寫入或抹除存儲單元。 大體說來，當只有低電源供應(yīng)電壓時，充電泵電路用以于電路中產(chǎn)生高電壓。 然而，當裝置逐漸演進至次微米尺寸，電源供應(yīng)電壓也會逐漸減低。這會使 充電泵電路中對產(chǎn)生高電壓的充電泵效率有不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，我們需要一個用于增加充電泵電路中充電泵效率、簡單且成本合 理的裝置及方法。
于半導(dǎo)體裝置中，充電泵電路用以自低電源供應(yīng)電壓產(chǎn)生出高電壓。充 電泵電路包括多個串接的充電泵級。充電泵級數(shù)目為N，其包括前端充電泵 級(第一級)，第二充電泵級(第二級)，…，以及最末充電泵級(第N級)。充電 泵級電路可配置以用于接收輸入電壓于前端充電泵級(第一級)和提供輸出電 壓于最末充電泵級(第N級)。此充電泵級可推高輸入電壓的電壓電平和提供 輸出電壓所需的高電壓電平。
此前端充電泵級可包括輸入節(jié)點及輸出節(jié)點，第一時鐘節(jié)點和第二時鐘 節(jié)點。此前端充電泵級還包括第一晶體管，第二晶體管，第一電容和第二電 容。該第一晶體管可包括源極耦接至該輸入節(jié)點，漏極耦接至該輸出節(jié)點， 以及柵極耦接至該第二電容的一側(cè)。該第二電容的另一側(cè)可耦接至該第二時
鐘節(jié)點。同樣的，該第一晶體管也包括本體或基體，且其基體會被Vsub后 偏(back bias)。該第二晶體管可包括源極耦接至第一輸入節(jié)點，漏極耦接至 該第二電容器的一側(cè)，及柵極耦接至該第一電容器的一側(cè)。而該第一電容器 可耦接于第一時鐘節(jié)點。
該最末充電泵級可包括耦接至負載的輸出節(jié)點。該輸出節(jié)點提供該輸出 電壓以驅(qū)動負載。該最末充電泵級相似于前端充電泵級的組態(tài)，包括第一時 鐘節(jié)點和第二時鐘節(jié)點。該最末充電泵級還包括第一晶體管，第二晶體管， 第一電容器，和第二電容器。該第一晶體管和第二晶體管，第一電容器，和 第二電容器。
第一晶體管可包括源極耦接至輸入節(jié)點、源極耦接至輸出節(jié)點、和柵極 耦接至第二電容器的一側(cè)。該第二電容器的另一側(cè)接至第二時鐘節(jié)點。同樣 地，該第一晶體管可包括本體及基體，該基體會被后偏。該第二晶體管可包 括源極耦接至輸入節(jié)點、漏極耦接至該第二電容器的一側(cè)，和柵極耦接至該 第一電容器的一側(cè)。該第一電容器的另一側(cè)可耦接至該第一時鐘節(jié)點。
前端充電泵級的第一晶體管用以操作于第一閾值電壓，而最末充電泵級 的第一晶體管用于操作有別于第一閾值電壓的第二閾值電壓。該第一閾值電 壓大于該第二閾值電壓。前端充電泵級的第一晶體管較高的第一閾值電壓可 用于減低前端充電泵級的漏電流。最末充電泵級的第一晶體管其較低的第二 閾值電壓可用于增加最末充電泵級的驅(qū)動電容。另外，介于前端充電泵級(第 一級)與最末充電泵級間的其他充電泵級(第二級到第N-1級)用于操作于范圍
介于第一閾值電壓到近第二閾值電壓之間的閾值電壓。
第一時鐘信號可提供第一時鐘節(jié)點以控制前端充電泵級的第一電容充 電，而第二時鐘信號可提供第二時鐘節(jié)點以控制前端充電泵級的第二電容充 電。第三時鐘信號可供應(yīng)至第二充電泵級的第一時鐘節(jié)點充電，而第四時鐘 信號可供應(yīng)至第二充電泵級的第二時鐘節(jié)點充電。
本發(fā)明提供了一種充電泵電路，包括至少兩個相串聯(lián)的充電泵級，所述 兩個相串聯(lián)的充電泵級包括前端充電泵級，其具有第一晶體管用以接收輸 入電壓；以及最末充電泵級，其具有第二晶體管用以提供輸出電壓；其中第 一晶體管配置以操作于第一閾值電壓，而所述第二晶體管配置以操作于相異 于所述第一閾值電壓的第二閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的充電泵電路，其中所述第一閾值電壓高于所述第二閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的充電泵電路，其中所述前端充電泵級還包括電容，用以儲 存將傳遞至次一個充電泵級的能量，而其中所述最末充電泵級還包括電容， 用以儲存將傳遞至負載的能量。
根據(jù)本發(fā)明的充電泵電路，其中所述第一晶體管的溝道長度較長于所述 第二晶體管的溝道長度，且其中所述第一晶體管的溝道寬長比大于所述第二 晶體管的溝道寬長比。
根據(jù)本發(fā)明的充電泵電路，其中所述第一晶體管及所述第二晶體管都被 后偏壓使得介于所述第一閾值電壓和第二閾值電壓之間差異量增加。
本發(fā)明還提供了 一種用于操作充電泵電路的方法，所述充電泵包括至少 兩個充電泵級，所述方法包括配置前端充電泵級的晶體管以操作于第一閾 值電壓；配置最末充電泵級的晶體管以操作于第二閾值電壓；經(jīng)前端充電泵 級接收輸入電壓；以及經(jīng)最末充電泵級提供輸出電壓；其中所述第一閾值電 壓高于所述第二閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的用于操作充電泵電路的方法，還包括后偏壓所述前端充電 泵級的晶體管及后偏壓所述最末充電泵級的晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的用于操作充電泵電路的方法，其中配置前端充電泵級的晶 體管和配置最末充電泵級的晶體管，所述兩晶體管都無需額外的注入工藝。
本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體裝置，包括充電泵電路，所述充電泵電路包 括多個相串聯(lián)的充電泵單元，每個充電泵單元具有晶體管和電容，所述晶 體管用以傳遞儲存于電容里的能量；其中多個充電泵級包括前端充電泵單元 和最末充電泵單元，所述前端充電泵單元的晶體管具有第一閾值電壓而所述 最末充電泵單元的晶體管具有第二閾值電壓，而所述第一閾值電壓高于第二
閾ti電壓。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其中所述前端充電泵單元的晶體管包括第一 后偏電壓，而所述最末充電泵單元的晶體管包括相異于所述第一后偏電壓的 第二后偏電壓，且其中所述前端充電泵單元的晶體管包括第一溝道長度，而 所述最末充電泵單元的晶體管包括短于所述第一溝道長度的第二溝道長度。
本發(fā)明的裝置與方法能夠提高充電泵級效率。


參考實施方式及以下附圖，有助于了解本公開技術(shù)的各種觀點。需強調(diào) 的是，按照業(yè)界標準，各種特征不需要和實際等比例。事實上，圖上各種特 征的比例可被任意地放大或縮小以利說明。
圖1為具有N個充電泵級的充電泵電路。
圖2為圖1中充電泵電路的N個充電泵級的概視圖。
圖3為圖1中充電泵電路的概視圖。
圖4為圖表，表示傳統(tǒng)充電泵電路介于輸出電壓和電流負載之間的關(guān)系， 作為圖1中充電泵電路的對照。
圖5為圖表，除了相異的輸入電壓外，其余略同圖4的圖表。 其中，附圖標記說明如下-
100 充電泵電路，102 前端充電泵級，104-第二充電泵級，106~最末充 電泵級，108~輸入電壓，109 輸出電壓，202-輸入節(jié)點，204~輸出節(jié)點206~ 第一時鐘節(jié)點，208 第二時鐘節(jié)點，210 第一晶體管，212 第二晶體管，214~ 第一電容，216 第二電容，230 輸入節(jié)點，232 輸出節(jié)點，234 輸入節(jié)點， 236 輸出節(jié)點，240~負載，250 第一晶體管，252 第二晶體管，254 第一電 容，256 第二電容，260 第一時鐘節(jié)點，262-第二時鐘節(jié)點，264~基體，270~ 第三時鐘節(jié)點，272 第四時鐘節(jié)點，400~圖表，401~曲線，402~曲線，500~ 圖表，501~曲線，502~曲線
具體實施例方式
本發(fā)明提供不同的實施例以公開其各種不同的特征。元件及其編排的特
例將描述于后以簡化本發(fā)明。這些僅作為范例而非用以限定本發(fā)明。此外，
本發(fā)明可能于各例當中重復(fù)多次如"和"、"或"等字眼。此重復(fù)乃為簡化
及說明的目的，而本身并不界定于文中所述各種實施及組態(tài)間的關(guān)系。另外，
下述中的第一特征與第二特征之間的關(guān)系包括其兩者之間直接連接，或者其
兩者未直接相連且尚有其他特征介于其兩者之間。
于半導(dǎo)體裝置中，充電泵電路用以自低電源供應(yīng)電壓產(chǎn)生出高電壓。參
照圖1，此為充電泵電路100的方塊圖。此充電泵電路100可包括多個串接 的充電泵級。在本發(fā)明的實施例中，充電泵級數(shù)目為N，其包括前端充電泵
級(第一級)102，第二充電泵級(第二級)，…，以及最末充電泵級(第N級)106。 充電泵級電路100可配置以用于接收輸入電壓108于前端充電泵級(第一 級)102和提供輸出電壓109于最末充電泵級(第N級)106。此充電泵級102， 104， 106可推高輸入電壓108的電壓電平和提供輸出電壓109所需的高電壓 電平。而充電泵級的數(shù)目可依特別應(yīng)用的設(shè)計需求而更動。
參照圖2，此為圖1中充電泵電路100的前端充電泵級(第一級)102的概 要圖。此前端充電泵級102可包括輸入節(jié)點(Vin)202，及輸出節(jié)點(Vout)204， 第一時鐘節(jié)點(CK1)206，和第二時鐘節(jié)點(CK2)208。此前端充電泵級102還 包括第一晶體管210，第二晶體管212，第一電容214和第二電容216。該第 一晶體管210和該第二晶體管212可分別包括N溝道MOSFET(金屬氧化物 半導(dǎo)體場效晶體管)?；蛘?，該第一晶體管210和該第二晶體管212也可任意 包括P溝道MOSFET。同樣地，該兩晶體管210和212也可包括其他已知技 術(shù)中適當?shù)木w管型。
該第一晶體管210可包括源極耦接至該輸入節(jié)點202，漏極耦接至該輸 出節(jié)點204，以及柵極耦接至該第二電容216的一側(cè)。該第二電容216的另 一側(cè)可耦接至該第二時鐘節(jié)點208。同樣的，該第一晶體管210也包括本體 和基體220，且其基體220會被Vsub后偏(back bias)，此將于其后討論。該 第二晶體管212可包括源極耦接至第一輸入節(jié)點202，漏極耦接至該第二電 容器216的一側(cè)，及柵極耦接至該第一電容器214的一側(cè)。而該第一電容器 214的另一側(cè)可耦接于第一時鐘節(jié)點206。
參照圖3，此為圖1中充電泵電路100的概要圖。如前所述，充電泵電 路100可包括N個充電泵級(第一級、第二級、…、第N級)串接而成。輸入 電壓108可被供應(yīng)于前端充電泵級(第一級)102的輸入節(jié)點202。前端充電泵 級102的輸出節(jié)點204可耦接至第二充電泵級(第二級)104的輸入節(jié)點230。 第二充電泵級104的輸出節(jié)點232可耦接至未示于圖中的第三充電泵級(第三 級)的輸入節(jié)點。這些連接持續(xù)重復(fù)，直至未示于圖中的次末充電泵級(第N-1 級)耦接至最末充電泵級(第N級)106的輸入節(jié)點234上。該最末充電泵級106 可包括耦接至負載240的輸出節(jié)點236。該輸出節(jié)點236提供該輸出電壓109 以驅(qū)動負載240。我們可以了解到，圖1中充電泵電路100的其他充電泵級 104和106除了后述的某些特征外，也含有相似于前端充電泵級102的組態(tài)。
最末充電泵級106可包括第一時鐘節(jié)點260和第二時鐘節(jié)點262。該最 末充電泵級106還包括第一晶體管250，第二晶體管252，第一電容器254， 和第二電容器256。該第一晶體管250和第二晶體管252，第一電容器254, 和第二電容器256。該第一晶體管250和第二晶體管252各包括N溝道 MOSFET?；蛘?，該二晶體管250和252亦可包括P溝道MOSFET。同樣地， 該二晶體管250和252也可包括其他悉知技術(shù)中適當?shù)木w管型。
第一晶體管250可包括源極耦接至輸入節(jié)點234、源極耦接至輸出節(jié)點 236、和柵極耦接至第二電容器256的一側(cè)。該第二電容器256的另一側(cè)接 至第二時鐘節(jié)點262。同樣地，該第一晶體管250可包括本體及基體264， 該基體264會被Vsub后偏將于后述。該第二晶體管252可包括源極耦接至 輸入節(jié)點234、漏極耦接至該第二電容器256的一側(cè)，和柵極耦接至該第一 電容器254的一側(cè)。該第一電容器254的另一側(cè)可耦接至該第一時鐘節(jié)點 260。
于本實施例中，前端充電泵級102的第一晶體管210用以操作于第一閾 值電壓，而最末充電泵級106的第一晶體管250用于操作有別于第一閾值電 壓的第二閾值電壓。該第一閾值電壓大于該第二閾值電壓。前端充電泵級102 的第一晶體管210較高的第一閾值電壓可用于減低前端充電泵級的漏電流。 最末充電泵級106的第一晶體管250其較低的第二閾值電壓可用于增加最末 充電泵級的驅(qū)動能力。另外，介于前端充電泵級(第一級)102與最末充電泵 級106間的其他充電泵級(第二級到第N-l級)用于操作于范圍介于第一閾值 電壓到近第二閾值電壓之間的閾值電壓。
第一及第二閾值電壓的設(shè)置，形成不同晶體管間源漏區(qū)時，可以不需額 外的注入工藝(例如額外光掩模)。例如，前端充電泵級102的第一晶體管 210可關(guān)聯(lián)于較高的第一閾值電壓而配置第一溝道長度，最末充電泵級106 可關(guān)聯(lián)于較低的第二閾值電壓而配置第二溝道長度。該第一溝道長度可長于 該第二溝道長度，故該第一閾值電壓可高于該第二閾值電壓。晶體管的溝道 長度可以控制晶體管多晶硅柵極結(jié)構(gòu)的形態(tài)尺寸的方式，精準的控制該晶體 管的溝道長度。在本發(fā)明的實施例當中，第一溝道長度大約為1.5"m而第 二溝道長度大約為0.9Pm(兩者有同樣約為10um的溝道寬度)。相應(yīng)地，前 端充電級102的第一晶體管210可具有大約10/1.5的寬長比，而最末充電級 106的第一晶體管250可具有大約10/0.9的寬長比。己知的是，溝道的長度 與寬度可依個別的應(yīng)用而做改變。
另外我們也觀察到，改變晶體管本體的后偏電壓，則該晶體管的閾值電 壓也會隨的改變。就該現(xiàn)象而言，前端充電級102的第一晶體管210的第一 閾值電壓可以后偏該第一晶體管210的本體220至第一電位，而后端充電級 106的第一晶體管250的第二閾值電壓可以后偏該第一晶體管250的本體220 至第二電位。該第一 電位及該第二電位可大致相同或彼此相異。
于操作中，低電源供應(yīng)電壓可提供低于2伏特的電壓至輸入電壓108。 第一時鐘信號(CLOCK l)可提供第一時鐘節(jié)點206以控制前端充電泵級102 的第一電容214充電，而第二時鐘信號(CL0CK2)可提供第二時鐘節(jié)點208 以控制前端充電泵級的第二電容216充電。在本公開的實施例中，充電泵電 路100可配置成四相充電泵電路。就該例而言，第三時鐘信號(CLOCK 3)可 供應(yīng)至第二充電泵級104的第一時鐘節(jié)點270充電，而第四時鐘信號(CLOCK 4)可供應(yīng)至第二充電泵級104的第二時鐘節(jié)點272充電。四相充電泵的時鐘 信號已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所悉知，故于此不再贅述。
在最末充電泵級106中，第一時鐘節(jié)點260可提供CLOCK 1或CLOCK 3，而第二時鐘節(jié)點262可提供CLOCK 2或CLOCK 4，其乃依照充電泵電 路100中的充電泵級總數(shù)。舉例而言，當充電泵級總數(shù)N是一奇數(shù)則CLOCK 1提供至第一時鐘節(jié)點260而CLOCK 2提供于第二時鐘節(jié)點262。當N為一 偶數(shù)時則CLOCK 3提供至第一時鐘節(jié)點260而CLOCK 4提供至第二時鐘節(jié) 點262。操作該充電泵電路100的四個時鐘信號可任意地配置，而此四相充 電泵電路為本領(lǐng)域技術(shù)人員所悉知，故于此不再贅述。另外，充電泵電路100 可任意配置成二相充電泵電路以取代四相充電泵電路。
觀察前端充電泵級102的操作法式可以理解充電泵電路100的操作方 式。當CLOCKl走高，第一電容214會被充電而使輸出節(jié)點204的電壓電 平得以提高。這將使第二晶體管212得以開啟，且使提供于源極的輸入電壓 109也同樣提供于第二晶體管212的漏極。當CLOCK 1走低而CLOCK 2走 高，則第二電容216會被充電且使第二晶體管212漏極的電壓電平得以提高。 這將使第一晶體管210得以開啟，且使提供于源極的輸入電壓109也同樣提 供于第一晶體管210的漏極的輸入節(jié)點204。當CLOCK 1走高，則第一電容
器214可被充電而使輸出節(jié)點204的電壓電平得以提高，故輸出節(jié)點204的 電壓電平將被提高至高于輸入節(jié)點108的電壓電平。
于前端充電泵級102的輸出節(jié)點204上的加壓電壓隨后可被提供至第二 充電泵級104的輸入節(jié)點230，除了第二充電泵級104的加壓由CLOCK 3 和CLOCK4所控制外，其操作方式略同。于最末充電泵級106，提供于輸入 節(jié)點236的輸出電壓109可用于驅(qū)動負載240。例如，負載240可包括可編 程和復(fù)位快閃存儲器電路中存儲單元的控制線。上述的所有的電壓皆為參考 接地的電位，此點己為本領(lǐng)域技術(shù)人員所悉知。
參照圖4，此圖表400中，兩曲線401和402分別表示兩個五級充電泵 電路于1.8伏特(如Vcc)輸入電壓時，其輸出電壓(Volts)對電流(u Amps)負載 的關(guān)系圖。該兩個五級充電泵電路除了下述特征外，其余與圖1中的充電泵 電路100相似。關(guān)聯(lián)于第一曲線401的充電泵電路配置有五充電泵級，每充 電泵級有第一晶體管，其具有相同的溝道長度且操作于大體相同的閾值電 壓。關(guān)聯(lián)于第二曲線402的充電泵配置有五級充電級，其前三級的第一晶體 管配置同圖3所述的第一溝道長度，而后兩級的第一晶體管配置同圖3所述 的第二溝道長度。就上述而言，具有第一溝道長度的第一晶體管比具有第二 溝道長度的第 一 晶體管能操作于較高的閾值電壓。
從圖表400中，第二曲線402的輸出電壓較第一曲線401的輸出電壓在 整個電流負載中有較高的電平。因此，關(guān)聯(lián)于第二曲線402的充電泵電路較 關(guān)聯(lián)于第一曲線401的充電泵電路有較高的充電效率。同樣地，該兩曲線401 及402于電壓輸出間的差異也隨著電流負載增加而增加。因此，關(guān)聯(lián)于第二 曲線402的充電泵電路較關(guān)聯(lián)于第一曲線401的充電泵電路有較高的驅(qū)動能 力。
參照圖5，此圖表500中，其兩曲線501和502分別表示兩個五級充電 泵電路于1.5伏特(如Vcc)輸入電壓時，其輸出電壓(Volts)對電流(ixAmps) 負載的關(guān)系圖。該兩個五級充電泵電路除了下述特征外，其余與圖l中的充 電泵電路100相似。關(guān)聯(lián)于第一曲線501的充電泵電路配置有五充電泵級， 每一充電泵級的第一晶體管具有相同的溝道長度且操作于大體相同的閾值 電壓。關(guān)聯(lián)于第二曲線502的充電泵配置有五級充電級，其前三級的第一晶 體管配置同圖3所述的第一溝道長度，而后兩級的第一晶體管配置同圖3所述的第二溝道長度。就上述而言，具有第一溝道長度的第一晶體管比具有第 二溝道長度的第一晶體管能操作于較高的閾值電壓。
從圖表500中，第二曲線502的輸出電壓較第一曲線501的輸出電壓在 整個電流負載中有較高的電平。因此，關(guān)聯(lián)于第二曲線502的充電泵電路較 關(guān)聯(lián)于第一曲線501的充電泵電路有較高的充電效率。同樣地，該兩曲線501 及502于電壓輸出間的差異也隨著電流負載增加而增加。因此，關(guān)聯(lián)于第二 曲線502的充電泵電路較關(guān)聯(lián)于第一曲線501的充電泵電路有較高的驅(qū)動能 力。
因此，所提供者為充電泵電路至少有兩充電泵級相連成串，包括前端 充電泵級，其具有用以接收輸入電壓的第一晶體管的；以及最末充電泵級， 其具有用以提供輸出電壓的第二晶體管。該第一晶體管用于操作于第一閾值 電壓而該第二晶體管用于操作于相異于第一閾值電壓的第二閾值電壓。于某 些實施例中，第一閾值電壓較第二閾值電壓高。于某些其他的實施例中，前 端充電泵級還包括電容以儲存能量并傳送至下一個充電泵級，而最末充電泵 級還包括電容以儲存能量并傳送至下一個負載。
于其他實施例中，第一晶體管的溝道長度較第二晶體管第溝道長度長。 于某些實施例中，第一晶體管的溝道寬長比較第二晶體管第溝道寬長比高。 又在其他實施例中，第一和第二晶體管被后偏壓以致第一和第二閾值電壓間 的差量隨的增加。在某些實施例中，其輸入電壓將低于2伏特。在其他實施 例中，第一及第二晶體管為MOSFET。在某些其他的實施例中，充電泵電路 乃配置成一四相充電泵電路。
同樣提供的是一種操作充電泵電路的方法，其包括至少兩串聯(lián)的充電泵 級。其方法包括步驟為配置前端充電級晶體管用以操作于第一閾值電壓； 配置最末充電泵級晶體管用以操作于第二閾值電壓；經(jīng)前端充電泵級的晶體 管接收輸入電路；及經(jīng)最末充電泵級的晶體管提供輸出電壓。該第一閾值電 壓較第二閾值電壓為高。在某些實施例中，配置前端充電泵級的晶體管的步 驟也包括配置第一溝道長度于該晶體管，而配置最末充電泵級的晶體管的步 驟也包括配置第二溝道長度于該晶體管。第一溝道長度長于第二溝道長度。
在其他實施例中，經(jīng)過前端充電泵級的晶體管而接收輸入電壓的步驟 中，包括接收低于2伏特的輸入電壓。在其他實施例中，方法包括后偏壓前
端充電泵級的晶體管和后偏最末充電泵級的晶體管。在另外的實施例中，于 設(shè)定前端充電泵級晶體管及最末充電泵級晶體管的步驟中，兩晶體管皆無需 設(shè)定額外的注入工藝。在另外的實施例中，設(shè)定晶體管的步驟中，亦包括設(shè)
定其包含MOSFET。
此外，本發(fā)明所提供為一半導(dǎo)體裝置包括充電泵電路包括串聯(lián)的充電泵 級，每一充電泵級包括晶體管和電容，而晶體管用以傳遞儲存于電容的能量。 多個充電泵單元包括前端充電泵單元和最末充電泵單元，該前端充電泵單元 的晶體管具有第一閾值電壓，而該最末充電泵單元的晶體管具有第二閾值電 壓。在某些實施例中，該前端充電泵單元的晶體管接收低于2伏特的輸入電 壓。在某些其他實施例中，最末充電泵單元的晶體管驅(qū)動具有高于2伏特的 輸出電壓。在某些其他實施例中，前端充電泵單元的晶體管包括第一后偏電 壓，而最末充電泵單元的晶體管包括異于第一后偏電壓的第二后偏電壓。在 又另外實施例中，前端充電泵單元的晶體管包括第一溝道長度，而最末充電 泵單元的晶體管包括一短于第一溝道長度的第二溝道長度。
前文已闡明幾個實施例的特征，故本領(lǐng)域技術(shù)人員能更加清楚了解其后 的詳細描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可無困難的利用本發(fā)明，作為設(shè)計或修改其 他能產(chǎn)生相同目得和(或)能達成與本發(fā)明實施例相同優(yōu)點的工藝與方法。本 領(lǐng)域技術(shù)人員也可了解在不脫離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)可作各種改變、取代 或置換。
這些實施例中存在數(shù)種不同的優(yōu)點。此外提供能提高充電泵級效率的有 效且具經(jīng)濟效益的裝置與方法，此處公開的裝置與方法可被輕易地整合至現(xiàn) 有的半導(dǎo)體工藝設(shè)備及方法。此外，本發(fā)明的充電泵電路也討論關(guān)于前端充 電泵級的漏電流。再者，本發(fā)明的裝置及方法增加充電泵級的驅(qū)動能力，故 能增加充電泵電路的扇出數(shù)目。
權(quán)利要求
1.一種充電泵電路，包括至少兩個相串聯(lián)的充電泵級，所述兩個相串聯(lián)的充電泵級包括前端充電泵級，其具有第一晶體管用以接收輸入電壓；以及最末充電泵級，其具有第二晶體管用以提供輸出電壓；其中第一晶體管配置以操作于第一閾值電壓，而所述第二晶體管配置以操作于相異于所述第一閾值電壓的第二閾值電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的充電泵電路，其中所述第一閾值電壓高于所述第 二閾值電壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的充電泵電路，其中所述前端充電泵級還包括電 容，用以儲存將傳遞至次一個充電泵級的能量，而其中所述最末充電泵級還 包括電容，用以儲存將傳遞至負載的能量。
4. 如權(quán)利要求1所述的充電泵電路，其中所述第一晶體管的溝道長度較 長于所述第二晶體管的溝道長度，且其中所述第一晶體管的溝道寬長比大于 所述第二晶體管的溝道寬長比。
5. 如權(quán)利要求1所述的充電泵電路，其中所述第一晶體管及所述第二晶 體管都被后偏壓使得介于所述第一閾值電壓和第二閾值電壓之間差異量增 加。
6. —種用于操作充電泵電路的方法，所述充電泵包括至少兩個充電泵 級，所述方法包括配置前端充電泵級的晶體管以操作于第一閾值電壓； 配置最末充電泵級的晶體管以操作于第二閾值電壓； 經(jīng)前端充電泵級接收輸入電壓；以及 經(jīng)最末充電泵級提供輸出電壓； 其中所述第一閾值電壓高于所述第二閾值電壓。
7. 如權(quán)利要求6所述的用于操作充電泵電路的方法，還包括后偏壓所述 前端充電泵級的晶體管及后偏壓所述最末充電泵級的晶體管。
8. 如權(quán)利要求6所述的用于操作充電泵電路的方法，其中配置前端充電 泵級的晶體管和配置最末充電泵級的晶體管，所述兩晶體管都無需額外的注 入工藝。
9. 一種半導(dǎo)體裝置，包括充電泵電路，所述充電泵電路包括 多個相串聯(lián)的充電泵單元，每個充電泵單元具有晶體管和電容，所述晶體管用以傳遞儲存于電容里的能量；其中多個充電泵級包括前端充電泵單元和最末充電泵單元，所述前端充 電泵單元的晶體管具有第一閾值電壓而所述最末充電泵單元的晶體管具有 第二閾值電壓，而所述第一閾值電壓高于第二閾值電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述前端充電泵單元的晶體 管包括第一后偏電壓，而所述最末充電泵單元的晶體管包括相異于所述第一 后偏電壓的第二后偏電壓，且其中所述前端充電泵單元的晶體管包括第一溝 道長度，而所述最末充電泵單元的晶體管包括短于所述第一溝道長度的第二 溝道長度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種充電泵電路及其操作方法和半導(dǎo)體裝置，其中充電泵電路包括至少兩個充電泵級串接，其中第一充電泵級有第一晶體管用以接收輸入電壓，其中第二充電泵級有第二晶體管用以提供輸出電壓。第一晶體管用于操作第一閾值電壓，而第二晶體管用于操作相異于第一閾值電壓的第二閾值電壓。本發(fā)明提供了一種增加充電泵電路中充電泵效率、簡單且成本合理的裝置及方法。
文檔編號H02M3/07GK101373927SQ200810087119
公開日2009年2月25日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者才永軒, 朱國偉, 朱文定, 王志誠, 郭政雄 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司