專利名稱：逆極性電壓發生電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發生與施加電壓的極性相逆的逆極性電壓的逆極性電壓發生電路。
背景技術：
逆極性電壓發生電路，作為電源電路，例如能夠應用于給有源矩陣(active martrix)型液晶顯示面板提供柵信號(gate singal)的液晶驅動電路中，可從正電壓(例如+15V)中生成負電壓(例如-15V)的電壓。
圖5是現有技術下的逆極性電壓發生電路的電路圖。該逆極性電壓發生電路，具有驅動電路11。其由N溝道型的第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR21、TR22；由這第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR21、TR22的導通關斷(ONOFF)進行控制的第1及第2電平移動(level shift)電路LS21、LS22；一個電容元件10(一般連接于IC外部的電容器)；以及，由P溝道型的第l驅動用MOS晶體管TR23、和N溝道型的第2驅動用MOS晶體管TR24組成的CMOS反相器構成。
再者，在以下的說明中，將第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR21、TR22簡記為TR21、TR22；將第1及第2驅動用MOS晶體管TR23、TR24簡記為TR23、TR24。
參照以下示例對此電路的動作進行說明。首先，用第2電平移動電路LS22令TR22關斷后，令TR23的柵輸入信號S23、TR24的柵輸入信號S24為低電平(Vss)，令TR23導通，TR24關斷。然后，用第1電平移動電路LS21令TR21導通。由此，將驅動電路11的輸出節點N23設定為電壓VH，令TR21和TR22的連接點節點N21接近于接地電壓Vss。
接下來，令TR21關斷后，令TR23的柵輸入信號S23、TR24的柵輸入信號S24為高電平(VH)，令TR23關斷，TR24導通。之后，通過令TR22導通，通過由電容元件形成的電容耦合、節點N21的電壓降低；電流從節點N22通過TR22向節點N21流動，節點N22的電壓即連接于節點N22上的輸出端子20的電壓降低。
接下來，令TR22關斷后，令TR23的柵輸入信號S23、TR24的柵輸入信號S24為低電平(Vss)，以令TR23導通、TR24關斷。然后，通過由第1電平移動電路LS21令TR21關斷返回初始狀態。通過重復該動作，節點N22就變成了電壓VH的逆極性電壓-VH。從而，利用此逆極性電壓發生電路，能夠從正電壓VH中生成負電壓-VH。
在此，令第1及第2電平移動電路LS21、LS22的輸入信號S21、S22，TR23的柵輸入信號S23，TR24的柵輸入信號S24，以設電壓VH為高電平、接地電壓Vss為低電平的電壓邏輯生成。另外，第1及第2電平移動電路LS21、LS22為了令TR21、TR22正確導通，分別將電壓VH和接地電壓Vss的電平信號，變換為電壓VH和節點N21的電壓的電平信號、電壓VH和節點N22的電壓的電平信號。另外，該電路的動作到達正常狀態時，節點N21的電壓在接地電壓Vss與-VH之間切換，節點N22的電壓變為-VH。
上述逆極性電壓發生電路，能夠用使用了N型半導體基板的CMOS工藝做成。
作為與上述技術關聯的文獻，例如為下面的專利文獻1。
專利文獻1特開2001-258241號公報發明內容通常的LSI，為向PN結合處施加逆偏壓，將供給到LSI的電壓的最低電壓施加到N溝道MOS晶體管的基板上。然而，從正電壓中發生負電壓的逆極性電壓發生電路中，由于發生比供給到LSI上的電壓更低的電壓，因此接有該電壓的N溝道MOS晶體管的基板，必須接有該發生的電壓、或者比其更低的電壓。
另外，假設以該逆極性電壓發生電路的發生電壓，將N溝道型MOS晶體管的基板電壓進行統一，源極與接地電壓Vss連接的N溝道型MOS晶體管(例如TR21，TR24)會形成反向柵偏置，導致其驅動能力降低。因此，這種N溝道型MOS晶體管，分別由P井相互分離開來。
近年，由于將逆極性電壓發生電路作為電源電路內置于LSI內的必要性變得越來越高，因而不僅是要在使用N型半導體基板的LSI中、將逆極性電壓發生電路內置于使用P型半導體基板的LSI中。
然而，假設在P型半導體基板上形成圖5所示的逆極性電壓發生電路的話，則會發生以下問題。N溝道型MOS晶體管TR21、TR22、TR24形成在P型半導體基板上。然后，這些晶體管的基板電壓就是逆極性電壓發生電路的輸出電壓(TR22的輸出電壓)。然而，電源投入時(電路啟動時)該電壓并沒有發生。于是，當電源投入時這些晶體管的基板電壓變得不穩定，一旦其基板電壓比接地電壓Vss多少有些上升的話，源極連接到接地電壓Vss的晶體管(TR21、TR24)上，就會形成反向柵偏置狀態，導致閥值電壓的降低，并產生晶體管漏電電流。
本發明的逆極性電壓發生電路，具有源極接地的第1電荷傳送用MOS晶體管；源極與所述第1電荷傳送用MOS晶體管的漏極相連接的第2電荷傳送用MOS晶體管；源極上供給有電源電壓VH的第1驅動用MOS晶體管；源極與所述第1驅動用MOS晶體管的漏極相連、漏極接地的第2驅動用MOS晶體管；一端端子與所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管的連接點相連、另一端端子與所述第1及第2驅動用MOS晶體管的連接點相連的電容元件；以及，對所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管、還有所述第1及第2驅動用MOS晶體管的導通關斷進行控制的控制電路，并且從所述第2電荷傳送用MOS晶體管的漏極中、輸出將所述電源電壓VH的極性反轉后的反轉電源電壓-VH，其特征在于所述第1電荷傳送用MOS晶體管、所述第1及第2驅動用MOS晶體管用P溝道型形成；所述第2電荷傳送用MOS晶體管用N溝道型形成，且所述第2電荷傳送用MOS晶體管形成在P型半導體基板上；所述第1電荷傳送用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第1N井內，并且其源極與連接到該第1N井上；所述第1驅動用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第2N井內，并且其源極連接到該第2N井上；所述第2驅動用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第3N井內，并且其源極連接到該第3N井上。
通過本發明的逆極性電壓發生電路，則能在P型半導體基板上形成，而且能防止構成其的MOS晶體管的漏電電流，能使其動作穩定。特別是，本發明的逆極性電壓發生電路適用于給有源矩陣型液晶顯示面板提供柵信號的液晶驅動電路的電源電路。
圖1為本發明實施方式中的逆極性電壓發生電路的電路圖。
圖2為本發明實施方式中的逆極性電壓發生電路的電平移動電路的電路圖。
圖3為構成本發明實施方式中的逆極性電壓發生電路的MOS晶體管的剖面圖。
圖4為本發明實施方式中的逆極性電壓發生電路的動作時序圖。
圖5為背景技術中的逆極性電壓發生電路的電路圖。
圖中TR11-第1電荷傳送用MOS晶體管，TR12-第2電荷傳送用MOS晶體管，TR13-第1驅動用MOS晶體管，TR14-第2驅動用MOS晶體管，10-電容元件，15-EE反相器，20-輸出端子，30-定時控制電路，40-反相器，41-比較器，42-反相器具體實施方式
接下來，參照圖1對本發明實施方式中的逆極性電壓發生電路進行說明。
該逆極性電壓發生電路，形成于P型半導體基板上，其具有由EE反相器(Enhancement-Enhancement)構成的驅動電路15。該EE反相器由P溝道型的第1電荷傳送用MOS晶體管TR11、N溝道型的第2電荷傳送用MOS晶體管TR12、P溝道型的第1驅動用MOS晶體管TR13、P溝道型的第2驅動用MOS晶體管TR14構成。
另外，該電路還具有電平移動電路LS20，將在第1電源電壓Vdd和接地電壓Vss之間切換的輸入信號S10、電平移動成在第2電源電壓VH(VH＞Vdd)和接地電壓Vss之間切換的信號；定時控制電路30，基于該電平移動電路LS20的輸出，生成定時控制信號S11、S12、S13、S14，并根據這些信號，對第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR11、TR12還有第1及第2驅動用MOS晶體管TR13、TR14的導通關斷進行控制；以及，電容元件10(例如，連接于IC外部的電容器)，連接在第1電荷傳送用MOS晶體管TR11、和第2電荷傳送用MOS晶體管TR12的連接點(節點N11)以及驅動電路15的輸出節點(節點N13)之間。
然后，該電路從連接于第2電荷傳送用MOS晶體管TR12的漏極(節點12)的輸出端子20，輸出將電壓VH的極性反轉后的電壓-VH。再者，在以下的說明中，將第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR11、TR12簡記為TR11、TR12，將第1及第2驅動用MOS晶體管TR13、TR14簡記為TR13、TR14。
圖2是電平移動電路LS20的電路圖。輸入信號S10(時鐘信號)，施加于比較器41的同相輸入端子(+)；通過反相器40被反轉后的輸入信號S10，施加于該比較器41的反相輸入端子(-)。向比較器41中，供給第2電源電壓VH作為高電位一側的電源電壓，供給節點N12的電壓V12作為低電位一側的電源電壓。比較器41的輸出施加于反相器42上。向反相器42中也供給相同與比較器41相同的電源電壓VH、V12。然后，從反相器42中輸出電平移動后的電壓。若用該電平移動電路LS20，則能將在Vdd和Vss之間切換的輸入信號S10變換成在VH和節點N12的電壓V12之間切換信號。
接下來，參照圖3對第1及第2電荷傳送用MOS晶體管TR11、TR12，第1及第2驅動用MOS晶體管TR13、TR14的設備結構進行說明。這TR11、TR12、TR13、TR14在P型半導體基板50上形成。
TR11，在形成于P型半導體基板50的表面上的第1N井51內形成，P+型源極層53和第1N井51，通過形成于第1N井51表面上的N+層52連接起來。該TR11通過第1N井51，與P型半導體基板50和其它的晶體管電性分離開來。另外，P+型源極層53上被施加了接地電壓Vss。因此，第1N井51的電壓，不受P型半導體基板50的電壓變動或其它晶體管的影響，穩定為Vss，并能防止反相柵偏置效應。
TR12形成于P型半導體基板50的表面上，其N+型源極層55于TR11的P+型漏極層54相連接。TR12的N+型漏極層56，通過形成于P型半導體基板50的表面上的P+層57，與P型半導體基板50相連接。因此，P型半導體基板50上，雖然設定為TR12的N+型漏極層56中發生的、此逆極性電壓發生電路的輸出電壓，但由于N+型漏極層56與P型半導體基板50相連接，因此能防止反向柵偏置效應。
TR13形成于P型半導體基板50的表面上形成的第2N井58內，P+型源極層60和第2N井58，通過形成于第2N井58表面上的N+層59相連接。該TR13通過第2N井58，與P型半導體基板50和其它的晶體管電性分離開來。另外，P+型源極層60上被施加了電源電壓VH。從而，第2N井58的電壓，不受P型半導體基板50的電壓變動和其它晶體管的影響，穩定為VH，并能防止反向柵偏置效應。
TR14形成于P型半導體基板50的表面上形成的第3N井62內，P+型源極層64和第3N井62，通過形成于第3N井62表面上的N+層63相連接。該TR14通過第3N井62，與P型半導體基板50和其它的晶體管電性分離開來。因此，第3N井62的電壓，不受P型半導體基板50的電壓變動和其它晶體管的影響，并設定為P+型源極層64的電壓，防止反向柵偏置效應。
接下來，參照圖4對該電路的動作示例進行說明。圖4是該電路在定常狀態下的動作時序圖。通過定時控制電路30，將信號S12降至低電平(節點N12的電壓V12)，令TR12關斷后，令TR13的柵輸入信號S13為低電平(節點N12的電壓V12)，TR14的柵輸入信號S14為高電平(VH)，使TR13導通，TR14關斷。
然后，將信號S11降至低電平(節點N12的電壓V12)，令TR11導通。由此，驅動電路15的輸出節點13被設定為電壓VH，TR11和TR12的連接點節點11接近接地電壓Vss。這里，最初將TR12關斷，是為了通過TR12，防止引起從節點N11向節點N12電流倒流。
接下來，將信號S11升至高電平(VH)，將TR11關斷后，令TR13的柵輸入信號S13為高電平(VH)、TR14的柵輸入信號S14為低電平(節點N12的電壓)，以使TR13關斷，TR14導通。由此，驅動電路15的輸出節點N13從電壓VH變化為Vss，通過由電容元件10發生的電容耦合，降低節點N11的電壓。之后，通過將信號S12升至高電平(VH)，并令TR12關斷，電流從節點N12通過TR12流向節點N11，節點N12上的電壓V12、即連接在節點N12上的輸出端子20的電壓降低。這里，令TR11關斷后，之所以切換驅動電路15的輸出，是為了通過TR11，防止引起從接地電壓Vss向節點N11的電流倒流。
接下來，將信號S12降至低電平(節點N12的電壓)，令TR12關斷后，令TR13的柵輸入信號S13為低電平(節點N12的電壓V12)，TR14的柵輸入信號S14為高電平(VH)，使TR13導通，TR14關斷。然后，通過將信號S11降至低電平(節點N12的電壓)，并令TR11導通返回到初始狀態。通過重復此動作，節點N12變成了第2電源電壓VH的逆極性電壓-VH。
如此，通過本實施方式的極性電壓發生電路，使用P型半導體基板，能從正電壓VH中生成負電壓-VH。而且，由于P溝道型的TR11、TR13、TR14，分別形成于第1、第2、第3N井51、58、62內，相互間電性分離開來、且與P型半導體基板50電性分離開來，從而不發生反向柵偏置效應，防止受其影響而發生的漏電電流。
再者，在本實施方式中，雖然是對從正電壓(例如+15V)中生成負電壓(例如-15V)的極性電壓發生電路進行說明，但是基于同一技術思想，也能從負電壓(例如-15V)中生成正電壓(例如+15V)。這時，只要代替P型半導體基板50使用N型半導體基板，并反轉井(Well)和MOS晶體管的導電型就行。
具體來說，第1電荷傳送用MOS晶體管TR11、第1及第2電荷驅動用MOS晶體管TR13、TR14由N溝道型構成，這些晶體管形成于被分離開的P井內。另外，對于第2電荷傳送用MOS晶體管TR12來說，由P溝道型構成，并形成于N型半導體基板表面上。然后，電平移動電路LS20，設計變更為將輸入信號S10電平移動到在負電壓(-15V)和節點N12的電壓V12之間切換的信號。
由此，可基于定時控制電路30的輸出信號S11、S12、S13、S14，對這些晶體管的導通關斷進行控制。再有，第1驅動用MOS晶體管TR13的漏極可與接地電壓Vss相連接，第2驅動用MOS晶體管TR14的源極可與負電壓(-15V)相連接。這樣，便能從第2電荷傳送用MOS晶體管TR12的漏極中生成正電壓(+15V)了。
權利要求
1.一種逆極性電壓發生電路，具有源極接地的第1電荷傳送用MOS晶體管；源極與所述第1電荷傳送用MOS晶體管的漏極相連接的第2電荷傳送用MOS晶體管；源極上供給有電源電壓VH的第1驅動用MOS晶體管；源極與所述第1驅動用MOS晶體管的漏極相連、漏極接地的第2驅動用MOS晶體管；一端端子與所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管的連接點相連、另一端端子與所述第1及第2驅動用MOS晶體管的連接點相連的電容元件；以及，對所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管、還有所述第1及第2驅動用MOS晶體管的導通關斷進行控制的控制電路，并從所述第2電荷傳送用MOS晶體管的漏極中、輸出將所述電源電壓VH的極性反轉后的反轉電源電壓-VH，其特征在于所述第1電荷傳送用MOS晶體管、所述第1及第2驅動用MOS晶體管用P溝道型形成；所述第2電荷傳送用MOS晶體管用N溝道型形成，且所述第2電荷傳送用MOS晶體管形成在P型半導體基板上；所述第1電荷傳送用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第1N井內，并且其源極與連接到該第1N井上；所述第1驅動用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第2N井內，并且其源極連接到該第2N井上；所述第2驅動用MOS晶體管形成于所述P型半導體基板表面上形成的第3N井內，并且其源極連接到該第3N井上。
2.根據權利要求1所述的逆極性電壓發生電路，其特征在于所述第1、第2及第3N井被相互分離。
3.根據權利要求1所述的逆極性電壓發生電路，其特征在于所述第2電荷傳送用MOS晶體管的漏極連接于所述P型半導體基板上。
4.根據權利要求1所述的逆極性電壓發生電路，其特征在于通過所述控制電路，在令所述第2電荷傳送用MOS晶體管關斷的狀態下，通過令所述第1電荷傳送用MOS晶體管導通、令所述第1驅動用MOS晶體管導通、并令所述第2驅動用MOS晶體管關斷，將所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管的連接點的電壓設定為接地電壓；然后，通過所述控制電路，在令所述第1電荷傳送用MOS晶體管關斷的狀態下，通過令所述第2電荷傳送用MOS晶體管導通、令所述第1驅動用MOS晶體管關斷、并且令所述第2驅動用MOS晶體管導通，從而通過所述電容的電容耦合，將所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管的連接點的電壓從接地電壓起降低。
5.根據權利要求4所述的逆極性電壓發生電路，其特征在于，所述控制電路，具有電平移動電路，通過令輸入其中的時鐘信號在所述電源電壓VH和從所述第2電荷傳送用MOS晶體管的漏極輸出的所述反轉電源電壓之間切換實施電平移動；和，定時控制電路，控制此電平移動電路的輸出時刻，并向所述第1及第2電荷傳送用MOS晶體管、還有所述第1及第2驅動用MOS晶體管的各柵極上施加所述定時控制電路的輸出。
全文摘要
在P型半導體基板(50)的表面上，形成第1及第2電荷傳送用MOS晶體管(TR11)、(TR12)，第1及第2驅動用MOS晶體管(TR13)、(TR14)。(TR11)、(TR13)、(TR14)為P溝道型，分別形成于P型半導體基板表面上形成的第1、第2及第3N井(51)、(58)、(62)內。(TR12)為N溝道型，形成于P型半導體基板(50)的表面上。給(TR13)的源極上施加電源電壓VH，并從(TR12)的漏極中產生反轉后的電壓－VH。從而提供一種逆極性電壓發生電路，該電路能在P型半導體基板上形成，而且防止構成該電路的MOS晶體管的漏電電流，使其動作穩定化。
文檔編號H01L27/04GK1658484SQ20051000708
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月7日 優先權日2004年2月19日
發明者山瀨真也 申請人:三洋電機株式會社