(57)【要約】【課題】キャパシタとトランジスタのブレークダウンを防ぎ正常な操作を維持するフラッシュメモリのチャージポンプを提供する。【課題手段】導電回路と、第１、第２、第３の充電素子とによってチャージポンプを構成する。該導電回路は第１、第２、第３出力端と、複数の導電素子を含む。該複数の導電素子の一は、プラス端とマイナス端を有し、それぞれ該第１出力端と第２出力端とに接続し、該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端が該第２出力端と第３出力端とに接続し、該充電素子は両端を有し、該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続し、該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、該第３充電素子の他端は、該第１出力端に接続して該第１出力端と実質的に短絡を形成し、かつ該第１充電素子に電荷を保存した後、該第３充電素子の該第１出力端に接続する一端の電圧が実質的に該第１充電素子の該第１出力端に接続しない一端の電圧と異なるようにする。【選択図】　　図３
2004135414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電回路と、第１、第２、第３の充電素子とを具えてなるチャージポンプにおいて、
該導電回路は第１、第２、第３の出力端と、複数の導電素子を含み、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端を有し、それぞれのプラス端の電圧が該マイナス端に比して高くなり所定値を超えた場合、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第１出力端と第２出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第２出力端と第３出力端とに接続し、
該第１、第２、第３充電素子は、それぞれ両端を有し、一端が電流を受けた後、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該両端の間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続し、該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、該第３充電素子の他端は、該第１出力端に接続して該第１出力端と実質的に短絡を形成し、
該第１充電素子に電荷を保存した後、該第３充電素子の該第１出力端に接続する一端の電圧が実質的に該第１充電素子の該第１出力端に接続しない一端の電圧と異なるようにすることを特徴とするチャージポンプ。
【請求項２】
前記それぞれの導電素子がダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ。
【請求項３】
前記それぞれの導電素子がトランジスタであって、該トランジスタはゲートと、ソースと、ドレインとを含んでなり、該ソースは該導電素子のプラス端となり、該ゲートは該ドレインに接続して該導電素子のマイナス端となることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ。
【請求項４】
前記トランジスタはｐ型金属酸化膜トランジスタであることを特徴とする請求項３に記載のチャージポンプ。
【請求項５】
前記第１、第２、及び第３充電素子が、いずれもキャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ。
【請求項６】
前記キャパシタが、トランジスタを連接してなることを特徴とする請求項５に記載のチャージポンプ。
【請求項７】
前記導電回路は、外部接続方式でロード素子と接続するロード出力端をさらに具え、また別途該導電回路の導電素子は、該第３出力端と該ロード出力端とにそれぞれ接続するプラス端とマイナス端とを具え、該ロード素子の一端が該ロード出力端に接続し、他端が接地端に接続し、かつ該ロード素子の一端に電流が入力されると該ロード素子に該電流に対応する電荷を保存し、該ロード素子の両端間から出力電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ。
【請求項８】
前記導電回路は、別途導電素子のプラス端が該第２出力端に接続し、該導電素子のマイナス端が該ロード出力端に接続することを特徴とする請求項７に記載のチャージポンプ。
【請求項９】
前記チャージポンプは、さらに第２導電回路と及び第４、第５、第６充電素子とを含んでなり、
該第２導電回路は、第４出力端と、第５出力端と、第６出力端と、第２ロード端と、及び複数の導電素子を具え、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端とを具え、該導電素子のプラス端の電圧が、該マイナス端の電圧より高くなり、所定の数値を超えると、該導電素子が該マイナス端を介して電流を供給し、
該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなると、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一はプラス端とマイナス端が、それぞれ該第４出力端と第５出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第５出力端と第６出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第６出力端と該第２ロード端とに接続し、
該第４、第５、及び第６充電素子は、それぞれ両端を具え、かつ電流が一端に入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第４充電素子の一端は、該第４出力端に接続し、該第５充電素子の一端は、該第５出力端に接続し、該第６充電素子の一端は、該第６出力端に接続し、かつ該第２ロード端は、該ロード出力端に接続することを特徴とする請求項７に記載のチャージポンプ。
【請求項１０】
前記第６充電素子が該第６出力端の一端に接続することなく、該第４出力端に接続することを特徴とする請求項９に記載のチャージポンプ。
【請求項１１】
導電回路と、第１充電素子及び第２充電素子とを具えてなるチャージポンプにおいて、
該導電回路は、第１出力端、及び第２出力端とロード出力端と、複数の導電素子を具え、
該ロード出力端はロード素子に接続し、該ロード素子は該ロード出力端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該ロード出力端は出力電圧を出力し、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端を有し、それぞれのプラス端の電圧が該マイナス端に比して高くなり所定値を超えた場合、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第１出力端と該第２出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端とがそれぞれ該第２出力端及び該ロード出力端に接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端とがそれぞれ該第１出力端と該ロード出力端に接続し、
該第１、第２充電素子は、それぞれ両端を有し、一端が電流を受けた場合、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、かつ該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続することを特徴とするチャージポンプ。
【請求項１２】
前記導電回路は、別途第３出力端を具え、該導電回路はさらに他の一つ導電素子のプラス端とマイナス端とがそれぞれ該第３出力端と該第１出力端とに接続し、
また該チャージポンプは、別途第３充電素子を具え、該第３充電素子は両端を有し、その内の一端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力し、電荷の保存量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、かつ該第２充電素子の該第２出力端に接続しない一端が該第３出力端に接続することを特徴とする請求項１１に記載のチャージポンプ。
【請求項１３】
前記電荷ポチャージは、さらに第２導電回路と、及び第４、第５充電素子とを含んでなり、
該第２導電回路は、第４出力端と、第５出力端と、第２ロード端と、及び複数の導電素子とを具え、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端とを具え、該導電素子のプラス端の電圧が、該マイナス端の電圧より高くなり、所定の数値を超えると、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、
該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第４出力端と該第５出力端に接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第５出力端と第ロード端に接続し、
該第４、第５充電素子は、それぞれ両端を具え、かつ該充電素子の一端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第４充電素子の一端は、該第４出力端に接続し、該第５充電素子の一端は、該第５出力端に接続し、かつ該第２ロード端は、該ロード出力端に接続することを特徴とする請求項１１に記載のチャージポンプ。
【請求項１４】
前記第２導電回路は、該複数の導電素子の他の一は、さらにプラス端が該第４出力端に接続し、マイナス端が該第２ロード端に接続することを特徴とする請求項１３に記載のチャージポンプ。
【請求項１５】
前記第２導電回路は、さらに第６出力端を有し、該第２導電回路は、該導電素子の一のプラス端とマイナス端がそれぞれ該第６出力端と該第４出力端に接続し、
また、該チャージポンプは両端を有する第６充電素子を別途具え、該第６充電素子の一端に電流が入力されると該電流に対応する電荷が保存され、かつ該両端間から保存された電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第６充電素子の一端は該第６出力端に接続し、かつ該第５充電素子の該第５出力端に接続しない一端が該第６出力端に接続することを特徴とする請求項１３に記載のチャージポンプ。
【請求項１６】
前記導電回路がいずれもダイオードであることを特徴とする請求項１１に記載のチャージポンプ。
【請求項１７】
前記ダイオードがｐ型金属酸化膜半導体を接続してなることを特徴とする請求項１６に記載のチャージポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はフラッシュメモリのチャージポンプに関し、特にキャパシタを直列し、キャパシタの酸化層のブレークダウンを防ぐチャージポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の記憶媒体において、フラッシュメモリは電子を応用して読み取り、書き込みにアクセスすることができるため、目下電子産業において最も重要視される記憶媒体となっている。フラッシュメモリは、フローティングゲートを具える複数の金属酸化膜半導体によってディジタルデータを保存する。フローティングゲートは金属酸化膜半導体の酸化層に形成され、フラッシュメモリにデータを書き込む場合、電子が酸化層をトンネルしてフローティングゲートに保存され、不揮発性のデータ保存の目的を達成する。即ち、フラッシュメモリは電子を応用してアクセスするのであって、例えばハードディスクのように機械的動作を必要としない。よって、フラッシュメモリは体積が小さくて、かつ高速操作が得られるなどの特徴を有する。
【０００３】
但し、フラッシュメモリは、データを書き込むため電子に酸化層をトンネルさせてフローティングゲートに注入する場合においても、もしくはデータを消去するために電子をフローティングゲートから移動させる場合においても、かなり高い駆動電圧を有し、はじめて電子を駆動させるトンネル効果が得られる。通常かかる駆動電圧は、一般のディジタル・ロジック回路を駆動する場合のバイアスより高い。よって、フラッシュメモリは、特別な回路によるチャージポンプ回路で高駆動電圧を発生させなければならない。一般にはフラッシュメモリ内のロジック回路を駆動するバイアスは約３Ｖか、もしくはこれよりも低い。但し、電子を駆動させて、トンネルさせるための電圧は１０Ｖに至るか、もしくはこれよりも高い。よって、高駆動電圧を発生させるためのチャージポンプは特殊な構造を有する。
【０００４】
図１に従来のフラッシュメモリのチャージポンプ１０の回路を開示する。チャージポンプ１０は導電回路１２と、充電素子となる複数のキャパシタ図１においては４つのキャパシタＣｐ１〜Ｃｐ４を開示すると、ロード効果をシミュレートし、等価ロード素子となるキャパシタＣＬｐとを含む。また、Ｃｐ１〜Ｃｐ４及び、ＣＬｐの５つのキャパシタに合わせ、導電回路１２には５つのｎ型金属酸化膜半導体トランジスタＴ１〜Ｔ５を設ける。それぞれのトランジスタはダイオードの形式に接続し、導電素子となる。それぞれのトランジスタのドレインはゲートに接続してプラス端となり、ソースはマイナス端となるとともに導電回路１２の出力端となる。すなわち、導電回路１２は５つの出力端を有し、すなわちノートＮｐ１〜Ｎｐ５である。それぞれの出力端は図１に開示するようにキャパシタの一端に接続する。
キャパシタＣｐ１、Ｃｐ３の他端はクロックＣＫ＋に接続し、キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４は別のクロックＣＫ−に接続する。また、トランジスタＴ１のドレインはバイアス用の直流電源に接続し、電圧Ｖｄｄでバイアスを行う。ノードＮｐ５はロード出力端となり、キャパシタＣＬｐの一端に接続し、キャパシタＣＬｐの他端は接地端に接続する。また、キャパシタＣＬｐを跨ぐ電圧Ｖｐ０がチャージポンプ１０の提供する駆動電圧となる。
【０００５】
導電回路１２におけるそれぞれの出力端の間に導電素子とするトランジスタが接続されてあり、それぞれの出力端の間に所定の対応関係が発生する。例えば、ノードＮｐ１はノードＮｐ２に対応し、ノードＮｐ１の電圧がノードＮｐ２の電圧より高くなり、かつノードＮｐ１とノードＮｐ２との電圧の差がトランジスタＴ２の閾電圧Ｖｔを超えた場合、トランジスタＴ２は通電状態となり、電流がノードＮｐ１からＮｐ２に流れる。逆にノードＮｐ１とノードＮｐ２との電圧の差が閾電圧を超えない場合、もしくはノードＮｐ２の電圧がノードＮｐ１の電圧より大きい場合、トランジスタＴ２は通電状態にならず電流はノードＴ２からノードＴ１に流れない。即ち、ノードＮｐ１、Ｎｐ２、Ｎｐ３、Ｎｐ４の電圧がそれぞれＮｐ２、Ｎｐ３、Ｎｐ４、Ｎｐ５の電圧より高くなり、かつそれぞれの電圧差が閾電圧Ｖｔの幅を超える場合、通電状態となるそれぞれのトランジスタＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を介してノードＮｐ２、Ｎｐ３、Ｎｐ４、Ｎｐ５に電流が提供される。逆にノードＮｐ２、Ｎｐ３、Ｎｐ４、Ｎｐ５は逆バイアスのトランジスタＴ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を介して電流をノードＮｐ１、Ｎｐ２、Ｎｐ３、Ｎｐ４に逆流させることができない。
【０００６】
また、クロックＣＫ＋及び、クロックＣＫ−は互いに相反する高周波クロックである。すなわち、クロックＣＫ＋の電圧が高レベルの場合、クロックＣＫ−の電圧は低レベルとなる。また、クロックＣＫ＋の電圧が低レベルの場合、クロックＣＫ−の電圧は高レベルになる。通常この２つのクロックの高レベル電圧は電源の電圧Ｖｄｄであって、低レベルは接地端の電圧（すなわち、電圧が０である）である。
【０００７】
図１と合わせ、図２について以下に説明する。図２はチャージポンプ１０を駆動した場合のノードにおける電圧の時間的変化を表す表である。図２の縦軸は時間を表し、カラム１４Ａ〜１４Ｅに各ノードＮｐ１〜Ｎｐ５の電圧をそれぞれ開示する。また、「Ｈ」「Ｌ」によってクロックＣＫ＋及び、ＣＫ−のレベル状態が高レベル（すなわち電圧Ｖｄｄ）であるか、低レベル（電圧０）であるかを表す。該２つのクロックの電圧が高レベルと低レベルの間に一回移り返る時間を周期Ｔとする。仮に時点ｔｐ０の前において、それぞれのキャパシタに電荷が保存されてない。時点ｔｐ０において、クロックＣＫ−は電圧が上昇して高レベル「Ｈ」となり、電圧が上昇した瞬間キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４に作用し、該キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４の両端の電圧を同時に上昇させて電圧Ｖｄｄにする。よって、ノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧は瞬時に上昇して電圧Ｖｄｄとなる。また、クロックＣＫ＋は低レベル「Ｌ」となり、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ３のそれぞれの両端における電圧は変わらない。この場合、トランジスタＴ１のドレインの電圧、及びノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧はそれぞれノードＮｐ１、Ｎｐ３、及びＮｐ５の電圧よりも高くなり、トランジスタＴ１、Ｔ３、Ｔ５が通電状態となり、それぞれノードＮｐ１、Ｎｐ３、及びＮｐ５からキャパシタＣｐ１、Ｃｐ３、及びＣＬｐに電流が提供されて充電され、キャパシタ内の電荷が増加し、ノードＮｐ１、Ｎｐ３、及びＮｐ５の電圧は電圧ｄＶの幅を増加する。チャージポンプ１０はクロックＣＫ＋、ＣＫ−のレベル変動によって瞬時にそれぞれのキャパシタ両端の電圧を同期して上昇させる。さらに導電回路１２を利用し、それぞれの出力端間の電圧の差によって充電を蓄積する。よって、クロックＣＫ＋、ＣＫ−の周波数はかなり高くなり、高低レベル間の変化の周期が短くなって、はじめてレベル変動を頻繁に利用して瞬時に電圧差を発生させることができる。即ち、クロックＣＫ−が時点ｔｐ０〜ｔｐ１の間において高レベルを維持する時間は短い。このためキャパシタＣｐ１、Ｃｐ３、ＣＬｐには、電圧ｄＶに対応する電荷（通常電圧ｄＶは電圧Ｖｄｄ及び閾電圧Ｖｔより遥かに低い）を低い幅で充電するしかない。
【０００８】
時点ｔｐ１に至ると、クロックＣＫ＋は高レベルになり、クロックＣＫ−は低レベルになる。この場合、クロックＣＫ＋はキャパシタＣｐ１、Ｃｐ３両端の電圧を同期して電圧Ｖｄｄの幅で上昇させて、ノードＮｐ１、Ｎｐ３の電圧を瞬時に上昇させてＶｄｄ＋ｄｖとする。（電圧ｄＶはキャパシタＣｐ１、Ｃｐ３が時点ｔｐ０からｔｐ１に至る間に充電される電荷に対応する電圧である）また、相対的にクロックＣＫ−はＣｐ２、Ｃｐ４に作用し、両端の電圧を同期して下降させ、時点ｔｐ１前の電圧Ｖｄｄから電圧Ｖｄｄの幅だけ下降させて０電圧とする。この場合、ノードＮｐ１、Ｎｐ３の電圧はそれぞれノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧より高くなり、トランジスタＴ２、Ｔ４は通電状態となり、ノードＮｐ２、Ｎｐ４はそれぞれキャパシタＣｐ２、Ｃｐ４に流れる充電電流を得て充電が行われる。この場合、ノードＮｐ４の電圧は、ノードＮｐ５の電圧より高くなり、その電圧差が閾電圧Ｖｔの幅を超えることはない。よってトランジスタＴ５が通電状態とならず、ノードＮｐ５に接続するキャパシタＣＬｐは充電されない。
【０００９】
ｔ２ｂの時点に至ると、キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４にもそれぞれ電圧ｄＶに対応する電荷が注入される。キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４のクロックＣＫ−に接続する一端は低レベル（０電圧）であり、さらにキャパシタ内に電荷が保存されて電圧が発生することによって、ノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧は、やや上昇して電圧ｄＶとなる。時点ｔｐ２において、クロックＣＫ＋は、再度低レベルに転じ、クロックＣＫ−は再度上昇して高レベルとなる。クロックＣＫ＋はキャパシタＣｐ１、Ｃｐ３に作用して、その両端の電圧を同期して電圧Ｖｄｄの幅だけ下降させ、ノードＮｐ１、Ｎｐ３の電圧を時点ｔｐ１における電圧ｄＶに戻るまで下降させる。相対的に、クロックＣＫ−はキャパシタＣｐ２、Ｃｐ４の両端の電圧を同期して電圧Ｖｄｄの幅だけ上昇させ、キャパシタＣｐ２、Ｃｐ４の時点ｔｐ１からｔｐ２に至る間に保存した電荷に対応する電圧ｄＶとともに、ノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧をＶｄｄ＋ｄＶに至るまで上昇させる。この場合、ノードＮｐ１、Ｎｐ３及びＮｐ５の電圧が再度下降し、ノードＮｐ２、Ｎｐ４の電圧が再度上昇するため、再度トランジスタＴ１、Ｔ３、及びＴ５が通電状態となり、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ３、及びＣＬｐは電圧ｄＶの幅だけ
充電される。即ち、時点ｔｐ０からｔｐ１に至る間に注入された電荷とともに、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ３、及びＣＬｐに保存された電荷に対応する電圧が増加して電圧２ｄＶに至る。
【００１０】
クロックＣＫ＋、ＣＫ−の絶え間ないレベルの変更に伴いチャージポンプ１０内のそれぞれのキャパシタも、導電回路１２のそれぞれの出力端と、これらに対応する出力端との電圧差が閾電圧Ｖｔより低くなるまで、絶え間なく電荷を蓄積させる。例えば、時点ｔｐ３において、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ３、及びＣＬｐ内には電圧Ｖｄｄ−Ｖｔに対応する電荷がすでに注入されている。時点ｔｐ４に至ると、トランジスタＴ１の両端の電圧差はすでに閾電圧Ｖｔを超えることがなくなり、キャパシタＣｐ１に対して充電しなくなる。この場合、キャパシタＣｐ１内の電荷は安定した状態に至る。故に、キャパシタＣｐ１における安定した飽和電荷に対応する電圧は、Ｖｄｄ−Ｖｔである。但し、時点ｔｐ４において、ノードＮｐ２の電圧はクロックＣＫ−の高レベルの作用を受けて上昇し、ノードＮｐ３の電圧より高くなり、その電圧差が閾電圧Ｖｔを超える。故に、トランジスタＴ３は通電状態となり、電流を流通させてＣｐ３を充電する。
【００１１】
同様に、トランジスタＴ５も通電状態となり、キャパシタＣＬｐが継続して充電される。時点ｔｐ５に至るとキャパシタＣｐ２に保存された電荷に対応する電圧がすでに２Ｖｄｄ−２Ｖｔに至る。即ち、ノードＮｐ１の電圧がクロックＣＫ＋の作用によって上昇して電圧２Ｖｄｄ−Ｖｔに至っても、ノードＮｐ１とＮＰ２との間の電圧差も閾電圧Ｖｔを超えなくなり、キャパシタＣｐ２に保存された電荷が安定した飽和状態となり、継続して増加することが無くなる。同様に、キャパシタＣｐ３、Ｃｐ４に保存された電荷も順に安定した飽和状態になる。
【００１２】
時点ｔｐ６に至ると、それぞれのキャパシタの電荷が安定した飽和状態になる、クロックＣＫ−はノードＮｐ２、Ｎｐ４に作用して電圧を上昇させるが、但し、ノードＮｐ３、Ｎｐ５との電圧の差は閾電圧を超えることがなく、キャパシタＣｐ３、ＣＬｐを充電しなくなる。同様に、時点ｔｐ７に至ると、クロックＣＫ＋はノードＮｐ１、Ｎｐ３に作用して電圧を上昇させるが、但し、この両ノードは、それぞれＮｐ２、Ｎｐ４との電圧の差が、いずれも閾電圧Ｖｔを超えることがなく、トランジスタＴ２、Ｔ４も、引き続いて通電状態によってキャパシタＣＰ２、Ｃｐ４を充電することがなくなる。以上をまとめると、それぞれのキャパシタは、保存された電荷が安定した飽和状態に達すると、キャパシタＣｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ３、ＣＰ４に保存された電荷に対応する電圧は、それぞれＶｄｄ−Ｖｔ、２（Ｖｄｄ−Ｖｔ）、３（Ｖｄｄ−Ｖｔ）、４（Ｖｄｄ−Ｖｔ）となる。また等価ロードのキャパシタＣＬｐにおいては、電圧５（Ｖｄｄ−Ｖｔ）に至るまで蓄積され、チャージポンプ１０が提供する出力電圧となる。通常、電圧５（Ｖｄｄ−Ｖｔ）は、バイアスとされる電圧Ｖｄｄより高くなる。仮に出力電圧を増加させるのであれば、充電回路に充電素子となるキャパシタと、該キャパシタに対応するトランジスタをさらに設ける。
【００１３】
図１に開示する従来のチャージポンプ１０は、次に掲げる欠点を有する。先ず、充電回路１０におけるそれぞれの充電素子となるキャパシタＣｐ１からＣｐ４は、それぞれのキャパシタに保存しなければならない安定状態の電荷が次々と増加し、Ｃｐ４に至るとＣｐ４に保存される電荷に対応する電圧が、すでに４（Ｖｄｄ−Ｖｔ）に達する。仮にチャージポンプ１０に、さらにその他充電素子設けられていれば、ロード出力端に近づくほどキャパシタにはさらに多くの電荷が注入されることになり、安定状態の飽和電荷も多くなる。当業者が熟知するように、電荷は酸化層が両導電層を隔離することによって発生する。キャパシタに保存される電荷が多くなればなるほど、両導電層の電圧差が大きくなり、電圧差が一定の程度を超えると酸化層のブレークダウンが発生し、酸化層の絶縁作用が毀損されるためチャージポンプ１０が正確に作動できなくなる。
【００１４】
また、従来のチャージポンプ１０はｎ型金属酸化膜半導体トランジスタＴ１からＴ５を導電素子とする。当業者が熟知するように、ｎ型金属酸化膜半導体は、一般に共用ｐ型基板に形成される。即ち、該ｐ型基板は、それぞれのｎ型金属酸化膜半導体トランジスタが共用するボディであって、通常にかかるボディは接地端に接続する。図１に開示するようにそれぞれのトランジスタＴ１〜Ｔ５のベースは同一のｐ型ボディを介して接地端に接続する。かかる構造は、ボディエフェクト（ｂｏｄｙ　ｅｆｆｅｃｔ）を発生させるためそれぞれのトランジスタＴ１〜Ｔ５の閾電圧がいずれも異なり、回路の設計と、作動上の困難を招くことになる。さらには、トランジスタのブレークダウンを容易に招くという重大な欠点を有する。ロード出力端に最も近いトランジスタＴ５を例に挙げれば、トランジスタＴ５のソース（ノードＮｐ５に接続する）の電圧は、最高値が電圧５（Ｖｄｄ−Ｖｔ）に達する。（図２参照）またトランジスタＴ５のドレイン（ノードＮｐ４に接続する）の電圧は、最高値が電圧５Ｖｄｄ―４Ｖｔに達する。但しトランジスタＴ５のボディは、相対的に接地の０電圧を維持する。このためトランジスタＴ５において、ソースとボディ、及びドレインとボディとの間の電圧差が過大となり、トランジスタＴ５のブレークダウンが発生し損傷を受けることになる。このような現象が発生すると、従来のチャージポンプ１０は正常に作動することができなくなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、キャパシタとトランジスタのブレークダウンを効果的に防ぎキャパシタの正常な操作を維持することのできるフラッシュメモリのチャージポンプを提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、導電回路と、第１、第２、第３の充電素子とによってチャージポンプを構成し、該導電回路は第１、第２、第３の出力端と、複数の導電素子を含み、該複数の導電素子は、それぞれがプラス端とマイナス端を有し、それぞれのプラス端の電圧が該マイナス端に比して高くなり、その電圧差が所定値を超えた場合、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぐ。また、該導電素子の一はプラス端とマイナス端がそれぞれ該第１出力端と第２出力端とに接続し、該導電素子の他の一はプラス端とマイナス端がそれぞれ該第２出力端と第３出力端とに接続し、該第１充電素子は両端を有し、一端が電流を受けた後、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該両端の間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにする。さらに、該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続し、該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、該第３充電素子の他端は、該第１出力端に接続して該第１出力端と実質的に短絡を形成し、かつ該第１充電素子に電荷を保存した後、該第３充電素子に接続する第１出力端の一端の電圧が実質的に該第１充電素子の該第１出力端の一端に接続しない一端の電圧と異なるようにする構造によって、課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて、本発明を完成させた。
【００１７】
以下、この発明について具体的に説明する。
【００１８】
請求項１に記載するチャージポンプは、導電回路と、第１、第２、第３の充電素子とを具えてなるチャージポンプにおいて、
該導電回路は第１、第２、第３の出力端と、複数の導電素子を含み、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端を有し、それぞれのプラス端の電圧が該マイナス端に比して高くなり所定値を超えた場合、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第１出力端と第２出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第２出力端と第３出力端とに接続し、
該第１、第２、第３充電素子は、それぞれ両端を有し、一端が電流を受けた後、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該両端の間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続し、該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、該第３充電素子の他端は、該第１出力端に接続して該第１出力端と実質的に短絡を形成し、
該第１充電素子に電荷を保存した後、該第３充電素子の該第１出力端に接続する一端の電圧が実質的に該第１充電素子の該第１出力端に接続しない一端の電圧と異なるようにする。
【００１９】
請求項２に記載するチャージポンプは、請求項１におけるそれぞれの導電素子がダイオードである。
【００２０】
請求項３に記載するチャージポンプは、請求項１におけるそれぞれの導電素子がトランジスタであって、該トランジスタはゲートと、ソースと、ドレインとを含んでなり、該ソースは該導電素子のプラス端となり、該ゲートは該ドレインに接続して該導電素子のマイナス端となる。
【００２１】
請求項４に記載するチャージポンプは、請求項３におけるトランジスタがｐ型金属酸化膜トランジスタである。
【００２２】
請求項５に記載するチャージポンプは、請求項１における第１、第２、及び第３充電素子が、いずれもキャパシタである。
【００２３】
請求項６に記載するチャージポンプは、請求項５におけるキャパシタが、トランジスタを連接してなる。
【００２４】
請求項７に記載するチャージポンプは、請求項１における導電回路が、外部接続方式でロード素子と接続するロード出力端をさらに具え、また別途該導電回路の導電素子は、該第３出力端と該ロード出力端とにそれぞれ接続するプラス端とマイナス端とを具え、該ロード素子の一端が該ロード出力端に接続し、他端が接地端に接続し、かつ該ロード素子の一端に電流が入力されると該ロード素子に該電流に対応する電荷を保存し、該ロード素子の両端間から出力電圧を出力する。
【００２５】
請求項８に記載するチャージポンプは、請求項７における導電回路が、別途導電素子のプラス端が該第２出力端に接続し、該導電素子のマイナス端が該ロード出力端に接続する。
【００２６】
請求項９に記載するチャージポンプは、請求項７におけるチャージポンプが、さらに第２導電回路と及び第４、第５、第６充電素子とを含んでなり、
該第２導電回路は、第４出力端と、第５出力端と、第６出力端と、第２ロード端と、及び複数の導電素子を具え、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端とを具え、該導電素子のプラス端の電圧が、該マイナス端の電圧より高くなり、所定の数値を超えると、該導電素子が該マイナス端を介して電流を供給し、
該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなると、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一はプラス端とマイナス端が、それぞれ該第４出力端と第５出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第５出力端と第６出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第６出力端と該第２ロード端とに接続し、
該第４、第５、及び第６充電素子は、それぞれ両端を具え、かつ電流が一端に入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第４充電素子の一端は、該第４出力端に接続し、該第５充電素子の一端は、該第５出力端に接続し、該第６充電素子の一端は、該第６出力端に接続し、かつ該第２ロード端は、該ロード出力端に接続する。
【００２７】
請求項１０に記載するチャージポンプは、請求項９における第６充電素子が該第６出力端の一端に接続することなく、該第４出力端に接続する。
【００２８】
請求項１１に記載するチャージポンプは、導電回路と、第１充電素子及び第２充電素子とを具えてなるチャージポンプにおいて、
該導電回路は、第１出力端、及び第２出力端とロード出力端と、複数の導電素子を具え、
該ロード出力端はロード素子に接続し、該ロード素子は該ロード出力端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該ロード出力端は出力電圧を出力し、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端を有し、それぞれのプラス端の電圧が該マイナス端に比して高くなり所定値を超えた場合、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第１出力端と該第２出力端とに接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端とがそれぞれ該第２出力端及び該ロード出力端に接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端とがそれぞれ該第１出力端と該ロード出力端に接続し、
該第１、第２充電素子は、それぞれ両端を有し、一端が電流を受けた場合、該電流に対応する電荷を保存し、かつ該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、かつ該第１充電素子の一端は、該第１出力端に接続し、該第２充電素子の一端は、該第２出力端に接続する。
【００２９】
請求項１２に記載するチャージポンプは、請求項１１における導電回路が、別途第３出力端を具え、該導電回路はさらに他の一つ導電素子のプラス端とマイナス端とがそれぞれ該第３出力端と該第１出力端とに接続し、
また該チャージポンプは、別途第３充電素子を具え、該第３充電素子は両端を有し、その内の一端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力し、電荷の保存量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第３充電素子の一端は、該第３出力端に接続し、かつ該第２充電素子の該第２出力端に接続しない一端が該第３出力端に接続する。
【００３０】
請求項１３に記載する前記電荷ポチャージは、さらに請求項１１における第２導電回路と、及び第４、第５充電素子とを含んでなり、
該第２導電回路は、第４出力端と、第５出力端と、第２ロード端と、及び複数の導電素子とを具え、
該複数の導電素子は、それぞれプラス端とマイナス端とを具え、該導電素子のプラス端の電圧が、該マイナス端の電圧より高くなり、所定の数値を超えると、該導電素子は該マイナス端を介して電流を提供し、
該マイナス端の電圧が該プラス端の電圧より高くなった場合、該導電素子は電流が該マイナス端から該プラス端に流れることを防ぎ、
該導電素子の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第４出力端と該第５出力端に接続し、
該導電素子の他の一は、プラス端とマイナス端がそれぞれ該第５出力端と第ロード端に接続し、
該第４、第５充電素子は、それぞれ両端を具え、かつ該充電素子の一端に電流が入力されると、該電流に対応する電荷を保存し、該両端間から保存した電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第４充電素子の一端は、該第４出力端に接続し、該第５充電素子の一端は、該第５出力端に接続し、かつ該第２ロード端は、該ロード出力端に接続する。
【００３１】
請求項１４に記載するチャージポンプは、請求項１３における第２導電回路が、該複数の導電素子の他の一は、さらにプラス端が該第４出力端に接続し、マイナス端が該第２ロード端に接続する。
【００３２】
請求項１５に記載するチャージポンプは、請求項１３における第２導電回路が、さらに第６出力端を有し、該第２導電回路は、該導電素子の一のプラス端とマイナス端がそれぞれ該第６出力端と該第４出力端に接続し、
また、該チャージポンプは両端を有する第６充電素子を別途具え、該第６充電素子の一端に電流が入力されると該電流に対応する電荷が保存され、かつ該両端間から保存された電荷に対応する電圧を出力して保存する電荷量の差によって対応する電圧も異なるようにし、
該第６充電素子の一端は該第６出力端に接続し、かつ該第５充電素子の該第５出力端に接続しない一端が該第６出力端に接続する。
【００３３】
請求項１６に記載するチャージポンプは、請求項１１における導電回路がいずれもダイオードである。
【００３４】
請求項１７に記載するチャージポンプは、請求項１６における前記ダイオードがｐ型金属酸化膜半導体を接続してなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
この発明はフラッシュメモリのチャージポンプに関し、特にキャパシタを直列し、キャパシタの酸化層のブレークダウンを防ぐチャージポンプを提供するものであって、導電回路と、第１、第２、第３の充電素子とを含み構成される。
【００３６】
かかるチャージポンプの構造と特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。
【００３７】
【第１の実施例】
図３、この発明の一実施例であるチャージポンプ２０の回路を開示する。チャージポンプ２０は、導電回路２２と、充電素子となるキャパシタＣ１〜Ｃ４、及びロード素子となり、チャージポンプ２０の等価ローディングをシミュレートするキャパシタＣＬとを含んでなり、キャパシタＣＬを跨ぐ電圧がチャージポンプ２０の提供する出力電圧Ｖ０となる。それぞれのキャパシタに対応させて、導電回路２２内にｐ型金属酸化膜半導体トランジスタＭ１〜Ｍ５を設ける。それぞれのトランジスタは導電素子として接続してダイオードとなり、ソースを正極端とするとともに、ドレインをゲートに接続して負極端とする。ボディがドレインに接続してもよい。
【００３８】
それぞれのトランジスタによって形成される導電素子は、プラス端の電圧がマイナス端に比して高く、その差がそれぞれのトランジスタの閾電圧を超えた場合、トランジスタは通電状態となり、電流がプラス端からマイナス端に流れる。逆に、導電素子のプラス端の電圧がマイナス端に比して高いが、その差が閾電圧を超えない場合、導電素子は通電状態にならない。
【００３９】
トランジスタＭ１のドレイン（プラス端）は、電圧Ｖｄｄの直流バイアス電源に接続し、それぞれの導電素子のマイナス端は導電回路２２の出力端となる。よって、導電回路２２内のノードＮ１〜Ｎ５が出力端となる。ノードＮ１〜Ｎ４はそれぞれキャパシタＣ１〜Ｃ４の一端に接続し、ノードＮ５はロード出力端となり、ロード素子に接続する。キャパシタＣ１の他端は、クロックＣＫ＋に接続し、キャパシタＣ２の他端はクロックＣＫ−に接続する。
【００４０】
実施例のチャージポンプ２０と、従来の技術との違いについて、キャパシタＣ３の他端はクロックに接続することなく、ノードＮ１に接続する、また、キャパシタＣ４の他端はノードＮ２に接続する。クロックＣＫ＋及びクロックＣＫ−は従来のチャージポンプ１０に用いられるクロックと同様に、互いに相反するものとなる。
【００４１】
従来のチャージポンプ１０を運用する場合と同様に、この発明によるチャージポンプ２０も、クロックＣＫ＋、クロックＣＫ−が交互にそれぞれのノードに作用して、ノードの電圧を瞬時に変化させ、それぞれの導電素子のプラス、マイナス端の電圧の差を導電素子であるトランジスタの閾電圧Ｖｔより高くしてトランジスタを通電状態とし、さらにマイナス端に向かって充電する電流を伝送して、キャパシタＣ１〜Ｃ４のそれぞれに充電するとともに、それぞれのノードの電圧を高める。それぞれの導電素子のプラス、マイナス端の電圧の差が閾電圧を超えなくなると、導電素子は通電しない状態となり、それぞれのキャパシタの充電は飽和状態を達する。
【００４２】
図４は、チャージポンプ２０におけるそれぞれのキャパシタの電荷が安定した飽和状態に至った後、それぞれのノードＮ１〜Ｎ５の電圧がクロックに従って変化する状況を表わす。図示によれば、クロックＣＫ＋が低レベル（記号「Ｌ」で表示する）の０電圧で、クロックＣＫ−が高レベル（記号「Ｈ」で表示する）の電圧Ｖｄｄであった場合、ノードＮ１〜Ｎ５の電圧は、それぞれ（Ｖｄｄ−Ｖｔ）、（３Ｖｄｄ−２Ｖｔ）、（３Ｖｄｄ−３Ｖｔ）、（５Ｖｄｄ−４Ｖｔ）、及び（５Ｖｄｄ−５Ｖｔ）となる。逆に、クロックＣＫ＋が高レベルとなり、クロックＣＫ−が低レベルとなった場合、ノードＮ１〜Ｎ５の電圧はそれぞれ（２Ｖｄｄ−Ｖｔ）、（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）、（４Ｖｄｄ−３Ｖｔ）、（４Ｖｄｄ−４Ｖｔ）、及び（５Ｖｄｄ−５Ｖｔ）となる。それぞれのキャパシタの電荷が安定状態に至ると、チャージポンプ２０のそれぞれのノードの電圧は、従来のチャージポンプ１０の電圧と同様の状況になる。但し、この発明におけるチャージポンプ２０におけるそれぞれのキャパシタに保存される安定状態の電荷は大幅に減少して充電素子であるそれぞれのキャパシタのブレークダウンを効果的に防ぐことができる。チャージポンプ２０におけるノードＮ３はキャパシタＣ３、Ｃ１を介し、さらにクロックＣＫ＋に接続する。ノードＮ３の電圧は、キャパシタＣ３、Ｃ１を跨ぐ電圧にクロックＣＫ＋を駆動する電圧レベルを加えた電圧に等しい。よって、ノードＮ３の電圧が電圧（４Ｖｄｄ−３Ｖｔ）に至るまで上昇しても、実際にはキャパシタＣ３に保存された安定した電荷に対応する電圧は（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）である。同様にノードＮ４の電圧は、キャパシタＣ４にキャパシタＣ２をまたぐ電圧とクロックＣＫ−を駆動させるレベルを加えて得られる。ノードＮ４の電圧が最高値である（５Ｖｄｄ−４Ｖｄ）に達したとしてもキャパシタＣ４に保存される安定状態の電荷に対応する電圧はわずかに（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）である。以上をまとめると、この発明によるチャージポンプ２０におけるキャパシタＣ１〜Ｃ４に保存される安定状態の電荷に対する電圧は、それぞれ（Ｖｄｄ−Ｖｔｔ）、（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）、（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）、及び（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）となる。
【００４３】
ここで注意すべき点は、ロード出力端に最も近いキャパシタＣ４としても、保存される最大の電荷に対応する電圧についても、僅か（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）にしかならない点である。但し従来のチャージポンプ１０に於いては、キャパシタＣｐ１からＣｐ４に保存される安定状態の電荷に対応する電圧は、それぞれ（Ｖｄｄ−Ｖｔ）、（２Ｖｄｄ−２Ｖｔ）、（３Ｖｄｄ−３Ｖｔ）、（４Ｖｄｄ−４Ｖｔ）となる。両者を比較した場合、この発明におけるチャージポンプの充電素子は、保存する電荷を高くすることなく効果的に高い出力電圧を提供できることがわかる。
【００４４】
図５に、一般的な接続の方法で構成したこの発明によるチャージポンプの回路を開示する。図示によればチャージポンプ２０Ｂは、導電回路２２ＢにＫ個のダイオードの形式で接続するトランジスタＭ１、Ｍ２、Ｍ３等を設けて導電素子とし、ロード出力端となるノードＮｋに至るまでのノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３等を出力端とし、ロード素子となるキャパシタＣＬ０至るまでのキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電素子とする。また、それぞれのキャパシタは対応する出力端に接続する。例えば、ロード出力端に接続するキャパシタＣＬ０に至るまでのキャパシタＣ１はノードＮ１に接続し、キャパシタＣ２はノードＮ２に接続し、第ｋ個のキャパシタＣｋはノードＮｋに接続する。キャパシタＣ１Ｃ２の他端はそれぞれクロックＣＫ＋、ＣＫ−に接続する。但し、これ以外の第ｋ個のキャパシタＣｋの他端はノードＮｋ−２に接続する。このためキャパシタＣｋは、実際にはノードＮｋとノードＮｋ−２とにそれぞれ接続する。言い換えれば、ロード出力端以外の第ｋ個のノードＮｋはキャパシタＣｋ、キャパシタＣｋ−２、キャパシタＣｋ−４等からキャパシタＣ１に至るまで仮にｋが奇数であれば、もしくはキャパシタＣ２に至るまで仮にｋが偶数であればを介してクロックＣＫ＋か、クロックＣＫ−に接続する。よってクロックがこれらキャパシタを介してノードＮｋに作用し、電圧を上昇させるか、もしくは下降させて逐一電荷を蓄積する目的を達成する。
またそれぞれのノードＮｋにおける電圧の蓄積は複数の充電素子であるキャパシタが各自蓄積した電荷を加算した総計によって得られる。よって単一のキャパシタに保存される電荷の量が多量でなくてもそれぞれのノードに高電圧を蓄積し、ロード出力端は高圧の出力電圧を蓄積することができる。ノードＮｋがロード出力端に近づけば近づく程、即ちｋ値が大きくなれば大きくなる程、数多くのキャパシタＣｋ−２、Ｃｋ−４等の直列を介してクロックに接続する。よってノードＮｋはロード出力端に近づけば近づく程、電圧が高くなるが、但しさらに多くのキャパシタによって電圧を分担する。この発明において充電素子となるキャパシタをいくつ設けようともそのロード出力端に最も近い充電素子は最大であっても僅か電圧（２Ｖｄｔ−２Ｖｔ）に対応する安定状態の電荷を保存するだけでよい。
（前述のチャージポンプ２０に関する説明の通り）但し従来のチャージポンプにおける充電素子はいずれも直接クロックに接続する。仮に従来のチャージポンプにＬ個の充電素子を設けたとすればロード出力端に最も近いキャパシタは保存する電荷に対応する電圧がＬ（Ｖｄｔ−Ｖｔ）となる。図１に開示する従来のチャージポンプ１０のように、充電素子が増えるにつれて、それぞれのノードに電圧を蓄積するために保存する電荷も増えなければならないことになる。このため最終的にそれぞれの充電素子は極めて容易にブレークダウンが発生する。
【００４５】
【第２の実施例】
図６に、第２の実施例を開示する。第２の実施例によるチャージポンプ３０は４つの充電素子となるキャパシタＣｂ１〜Ｃｂ４と、及びロード効果をシミュレートするロード素子であるキャパシタＣＬ２とを具える。該４つの充電素子に合わせ導電回路３２は６つのダイオード形式で接続するｐ型金属酸化膜半導体トランジスタＱ１〜Ｑ６を設けて導電素子とする。ノードＮｂ１〜Ｎｂ５は出力端であって、Ｎｂ１〜Ｎｂ４は、一端がそれぞれキャパシタＣｂ１〜Ｃｂ４の一端に接続する。ノードＮｂ５はロード出力端であって、キャパシタＣＬ２に接続する。チャージポンプ２０に類似した接続方式によって、これら素子を接続する。即ちキャパシタＣｂ１、Ｃｂ２はそれぞれクロックＣＫ＋、ＣＫ−に接続しキャパシタＣｂ３、Ｃｂ４はそれぞれノードＮｂ１、Ｎｂ２に接続する。第２の実施例のチャージポンプ３０は、導電素子となるトランジスタＱ６がノードＮｂ３とロード出力端のノードＮｂ５との間に接続する。この点が前記チャージポンプ２０と異なる。かかる接続の特徴はロード素子であるキャパシタＣＬ２の充電速度を高めることができる。図３に開示するチャージポンプ２０は通電状態にあるトランジスタＭ５しかロードとするキャパシタＣＬを充電できない。但し図６に開示するチャージポンプ３０は、２つのトランジスタＭｂ５、Ｍｂ６がロードとするキャパシタＣＬ２を充電する。それぞれのキャパシタＣｂ１〜Ｃｂ４と、及びロードとするキャパシタＣＬ２を充電する過程において、クロックＣＫ−が低レベルとなった場合、トランジスタＱ５のノードＮｂ４における電圧がノードＮｂ５の電圧より低くなる。この場合、トランジスタＱ５は通電状態となってキャパシタＣＬ２に充電電流を伝送することができない。但し、この場合クロックＣＫ＋が高レベルとなり、ノードＮｂ３に作用してレベルを上昇させ、トランジスタＱ６が通電状態となりＣＬ２を充電する。
【００４６】
同様に、クロックＣＫ−が高レベルに転移し、クロックＣＫ＋が低レベルに転移した場合、トランジスタＱ６はノードＮｂ３の電圧が低下して通電しなくなるが、ただし、トランジスタＱ５のノードＮｂ４はクロックＣＫ−の作用を受けて電圧が上昇し、トランジスタＱ５が通電状態となってキャパシタＣＬ２が充電される。よって、クロックの高低レベルが互いに転移する一周期において、周期の前半であろうと後半であろうと、それぞれのキャパシタが保存する電荷が安定した飽和状態に至るまで、１トランジスタが通電状態となってロードとするキャパシタＣＬ２を充電する。
【００４７】
図７は、図６に開示するチャージポンプ３０について、実際にトランジスタを充電素子とした場合の回路を開示する。図６において、充電素子となるキャパシタＣｂ１〜Ｃｂ４は、図７において、それぞれｐ型金属酸化膜半導体トランジスタＱＣ１〜ＱＣ４によって形成する。該ｐ型金属酸化膜半導体トランジスタＱＣ１〜ＱＣ４において、ゲートをキャパシタの一端とし、ソース、ドレイン、ボディは互いに接続してキャパシタの他端とする。上述のとおり、この発明におけるそれぞれのキャパシタは、電荷を多く保存する必要がない。よって、トランジスタを接続してなるキャパシタを充電素子とする構造に適する。
【００４８】
【第３の実施例】
図８に第３の実施例を開示する。第３の実施例によるチャージポンプ４０は、２つの導電回路４２Ａ、４２Ｂを具える。導電回路４２ＡはトランジスタＫ１〜Ｋ６をダイオード形式の導電素子とし、ノードＮｂ１〜Ｎｂ４を出力端として充電素子であるキャパシタＣｃ１〜Ｃｃ４に接続する。ノードＮｃ５はロード出力端とし、ロード効果を代表するためのキャパシタＣＬ３に接続する。キャパシタＣＬ３の両端を跨ぐ電圧が、すなわちチャージポンプ４０の提供する出力電圧である。トランジスタＫ６は、図６に開示するチャージポンプと同様にノードＮｃ３とＮｃ５との間に設けられる。同様のレイアウトによって、導電回路４２Ｂは、トランジスタＤ１〜Ｄ６をダイオード形式の導電素子とし、ノードＮｄ１〜Ｎｄ４を出力端として充電素子となるキャパシタＣｄ１〜Ｃｄ４に接続する。ノードＮｄ５は、他のロード出力端とし、ノードＮｃ５とともにキャパシタＣＬ３に接続する。キャパシタＣｃ３、Ｃｃ４、Ｃｄ３、Ｃｄ４の他端はそれぞれノードＮｅ１、Ｎｅ２、Ｎｄ１、Ｎｄ２に接続する。
【００４９】
また、ここで注意すべき点は、クロックＣＫ＋がキャパシタＣｃ１、Ｃｄ２を介して２つの導電回路をそれぞれ制御し、クロックＣＫ−はキャパシタＣｃ２、Ｃｄ１を介して２つの導電回路に電気的に接続する点である。チャージポンプ４０は、等価ロードのキャパシタＣＬ３に対する充電速度をさらに高めることができる。例えば、それぞれの充電素子に安定した飽和状態の電荷を充電する過程において、クロックＣＫ＋が高レベルでクロックＣＫ−が低レベルの場合、ノードＮｃ３、Ｎｄ４の電圧はクロックＣＫ＋の作用によって上昇し、トランジスタＫ６、Ｄ５が通電状態となり、同時にロードとするキャパシタＣＬ３を充電する。
クロックＣＫ＋が低レベルでクロックＣＫ−高レベルの場合、ノードＮｃ４、Ｎｄ３の電圧はクロックＣＫ−の作用によって上昇し、トランジスタＫ５、Ｄ６が通電状態となり、それぞれの充電素子の電荷が安定状態に達するまでキャパシタＣＬ３を充電する。よって、それぞれの充電素子が充電され、電荷を安定させる過程において、クロックの高低のレベルが転移する一周期の前半であろうと後半であろうと最大２個のトランジスタがキャパシタＣＬ３を充電する。
【００５０】
また、前述の通り、チャージポンプはフラッシュメモリの書き込み、もしくは消去のステップにおいて、高電圧の出力電圧を提供する。該出力電圧は、駆動電圧としてトンネル効果を発生させるために用いられる。実際に操作する場合、チャージポンプは高出力電圧を提供する以外にある程度の電流駆動能力を提供しなければならない。言い換えれば、等価ロード素子であるキャパシタＣＬ３は電荷を損失して電流を駆動する。キャパシタＣＬ３が一旦電荷を損失すると、その両端を跨ぐ電圧が降下する。この場合、チャージポンプ４０は、再度キャパシタＣＬ３を充電する。チャージポンプ４０は、チャージポンプ２０及び３０のようにそれぞれの充電素子に安定状態の飽和電荷が保存されると、それぞれのノードＮｃ１〜Ｎｃ４、Ｎｄ１〜Ｎｄ４は最大電圧に達する。そのじつ図４に開示するようにチャージポンプ２０のノードＮ１〜Ｎ４が最大電圧に達する場合と同様である。それぞれのキャパシタに保存された電荷が安定した飽和状態に達すると、例えばキャパシタＣＬ３の両端を跨ぐ電圧が再度電圧５Ｖｄｄ−６Ｖｔに下がった場合、図３に開示するチャージポンプであろうと図６に開示するチャージポンプであろうと、ロード出力端に最も近いトランジスタＭ５かＱ５が、クロックＣＫ−が高レベルに転移することによって、キャパシタＣＬ３を充電する。言い換えれば、クロックが高低レベルに転移する一周期において、周期の半分しかの時間内にロードとするキャパシタに電荷が補充されない。但し、同様の状況が図８に開示するチャージポンプ４０に発生した場合、クロックＣＫ＋が高レベルに転移すると（一周期の前半）、ノードＮｄ４の電圧は、駆動されて電圧５Ｖｄｄ−４Ｖｔに至り、トランジスタＤ５を通電状態にしてロードとするキャパシタＣＬ３を充電する。また、クロックＣＫ＋が低レベルに転移すると（一周期の後半）、クロックＣＫ−は、逆に高レベルに転移し、ノードＮｃ４に作用して電圧を５Ｖｄｄ−４Ｖｔに上昇させ、トランジスタＫ５を通電状態にしてロードとするキャパシタＣＬ３を充電する。よって、クロックが高低に転移する一周期において、それが前半であろうと後半であろうと、いずれも少なくも一トランジスタが充電電流を伝送し、キャパシタＣＬ３を再充電し、キャパシタＣＬ３の電圧回復の速度を高める。
【００５１】
従来の技術によるチャージポンプは、それぞれの導電素子がｎ型金属酸化膜半導体トランジスタを接続してなる。よって、容易にボディエフェクト（ｂｏｄｙ　ｅｆｆｅｃｔ）が発生し、さらに電極間の電圧の差が過大になり、トランジスタの損傷を招く場合がある。甚だしくは、従来のチャージポンプにおけるそれぞれの充電素子は、いずれも直接クロックに接続されるため、大量の電荷を保存して電圧を蓄積し、高出力電圧を発生させることから大量の電荷を保存するキャパシタに酸化層のブレークダウンが極めて容易に発生して毀損を招く。この場合、従来のチャージポンプは作動できなくなる。但しこの発明によるチャージポンプはｐ型金属酸化膜半導体トランジスタを採用する。ｐ型金属酸化膜半導体トランジスタは、ｎ型ウェルをボディとする。よって、ｐ型金属酸化膜半導体トランジスタは、ドレインを高電圧に接続することができ、ボディエフェクトの発生を防ぐとともに、トランジスタのブレークダウンを防ぐことができる。さらにこの発明においては、チャージポンプにおけるそれぞれの充電素子（即ちキャパシタ）を直列で接続し、高電圧を蓄積する。即ち単一の充電素子に保存される電荷の量は多くないが、それぞれの直列される充電素子を結合することによって高出力電圧を蓄積することができる。しかも充電素子であるキャパシタのブレークダウンが発生することなく、チャージポンプの正常な作動を確保することができる。またこの発明は、異なる実施例を開示することによって充電を加速し、高速で出力電圧を発生させ、ロードで流失した電荷を高速で補充できる技術を提供する。
【００５２】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲の範囲に属するものとする。
【００５３】
【発明の効果】
この発明によるチャージポンプは、キャパシタとトランジスタのブレークダウンを効果的に防ぎ、正常な操作を維持する効果を有する。また、この発明によるチャージポンプは、ロードとするキャパシタの電荷の流失を高速で補充することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のチャージポンプの構造を表わす説明図である。
【図２】図１に開示するチャージポンプを作動させる場合の、関連するノードの電圧にかかる時間の経過による変化を表わす表である。
【図３】この考案によるチャージポンプの構造を表わす説明図である。
【図４】図３に開示するチャージポンプの充電が安定した状態における各ノードの電圧を表わす表である。
【図５】図３に開示するチャージポンプを応用した態様を表わす説明図である。
【図６】第２の実施例によるチャージポンプ構造を表わす説明図である。
【図７】図６に開示するチャージポンプを応用した態様を表わす説明図である。
【図８】第３の実施例によるチャージポンプ構造を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０　　　　　　　　チャージポンプ
１２、２２、３２　　　　　　　　導電回路
１４Ａ〜１４Ｅ　　　　　　　　　カラム
ＣＫ＋、ＣＫ−　　　　　　　　　クロック
Ｖｄｄ、ｄＶ　　　　　　　　　　電圧
Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　周期
ｔｐ０〜ｔｐ７　　　　　　　　　時点
Ｖｔ　　　　　　　　　　　　　　閾電圧
Ｖｐ０、Ｖ０　　　　　　　　　　出力電圧
Ｃｐ１〜Ｃｐ４、ＣＬｐ、Ｃ１〜Ｃ４、Ｃｂ１〜Ｃｂ４、Ｃｃ１〜Ｃｃ４、Ｃｄ１〜Ｃｄ４、ＣＬ、ＣＬ０、ＣＬ２、ＣＬ３
キャパシタ
Ｎｐ１〜Ｎｐ５、Ｎ１〜Ｎ５、Ｎｂ１〜Ｎｂ５、Ｎｃ１〜Ｎｃ５、
Ｎｄ１〜Ｎｄ５　　　　　　　　　ノード
Ｔ１〜Ｔ５、Ｍ１〜Ｍ５、Ｑ１〜Ｑ６、ＱＣ１〜ＱＣ４、Ｋ１〜Ｋ６、Ｄ１〜Ｄ６　　　　　　　　　　　　　　　トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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