Brevet FR2549999A1 — publié le 19850201

La présente invention concerne une cellule de mémoire du type RAM qui comprend un élément de riêmoire non volatil électriquement programmable. Dans certaines applications, il est nécessaire 5 de conserver l'information emmagasinée dans une cellule de mémoire RAM lorsque l'alimentation électrique du réseau est interrompue ou, de toute façon, à la suite de l'actionnement de dispositifs de commande appropriés. Cette fonction peut être assurée, après qu'il s'est manifesté une chute de tension de la ligne, en conservant une certaine charge électrique, par exemple, au moyen d'un élément capacitif, pendant un temps suffisamment long pour permettre le transfert et la mémorisation de l'information dans un élément de mémoire non volatil 15 approprié. On connaît déjà des cellules RAM équipées d'un élément de mémoire non volatil, par exemple, par le brevet des E U A n 4 207 615 mais ces cellules ne sont pas entièrement satisfaisantes, surtout parce qu'elles 20 ont besoin de courants de programmation excessivement élevés, non compatibles avec l'utilisation dans les circuits à basse tension et qu'elles possèdent en conséquence une capacité de débit de courant limitée, par l'intermédiaire de multiplicateurs internes, aux hautes ten25 sions exigées par les éléments non volatils. Le but de la présente invention est donc de réaliser une cellule de mémoire du type RAM équipes d'un élément de mémoire non volatil électriquement program L:able, dans laquelle la programmation puisse s'effectuer 30 sans absorption de courant appréciable. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'une cellule de mémoire du type RAM qui comprend un circuit bistable à deux branches interconnectées, qui est alternativement l'une conductrice et l'autre bloquée, 35 l'une de ces branches comprenant un élément de mémoire non volatil pouvant être programmé dans l'un ou dans l'autre de deux états électriques différents en fonction de l'état dans lequel ledit circuit bistable se trouve au moment de l'extinction de l'alimentation de la ligne, ou bien lorsqu'on actionne des dispositifs de commande 5 appropriés, et est en outre en mesure de provoquer le rétablissement dudit état du circuit bistable au moment du réallumage de l'alimentation de la ligne, caractérisée en ce que chaque branche dudit circuit bistable comprend en outre un élément interrupteur de commande, commandé à 10 son tour par l'état de ladite alimentation et par celui de l'autre branche du circuit bistable de manière que l'extinction de ladite alimentation de la ligne permette à la branche bloquée du circuit bistable de provoquer le blocage de la branche conductrice du même circuit bista15 ble pour assurer la programmation consécutive dudit élément de mémoire non volatil sans absorption de courant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip20 tion qui va suivre d'un exemple de réalisation donné uniquement à titre d'exemple en regard du dessin annexé qui montre un schéma détaillé de cet exemple. Sur le dessin, on a représenté une cellule de mémoire à accès aléatoire (RAM) de type non volatil, réa25 lisée selon une technologie métal-oxydesemi-conducteur (MOS). Le circuit de ladite cellule se compose essentiellement de deux parties A et B dont la première définit un circuit bistable muni d'un élément de mémoire non 30 volatil et dont la deuxième est affectée au passage de l'état de fonctionnement normal bistable à celui de programmation de l'élément non volatil (avec mémorisation consécutive de l'information relative à l'état du circuit bistable) puis à celle de rétablissement de I'infor35 mation mémorisée. Le circuit bistable, c'est-à-dire la partie A, comprend de la façon habituelle deux branches de circuit interconnectées qui se développent entre une ligne d'alimentation V et la masse L'une de ces branches comprend la série des transistors 3, 8 et 9, dont le deuxième est 5 du type à couche de jonction (ou à appauvrissement) et constitue l'un des transistors de charge du circuit bistable tandis que le troisième constitue l'un des transistors de pilotage ou d'attaque du même circuit; le transistor 3 travaille au contraire comme transistor de com10 mande dans la phase de programmation, ainsi que ceci sera expliqué dans la suite L'autre branche du circuit bistable comprend à son tour la série de transistors 4, 5, 7 et 11, dont le premier, le troisième et le quatrième correspondent respectivement aux transistors 3, 8 et 15 9 de l'autre branche, avec laquelle l'interconnexion du type bistable est réalisée grâce aux connexions croisées entre l'électrode de commande du transistor 9 et un noeud de circuit 16 interposé entre les transistors 7 et ll de l'autre branche et entre l'électrode de commande 20 du transistor 11 et un noeud de circuit 15 interposé entre les transistors 8 et 9 de la branche opposée Il convient toutefois de remarquer que la longueur du transistor 7 est à peu près égale à la moitié de celle du transistor 8, de sorte que ledit transistor 7 tend à imposer 25 dans sa branche respective un courant double de celui de l'autre branche En outre, le transistor 11 est plus long que le transistor 9 de sorte que, à égalité de tension d'électrode de commande et de courant de drain, il aura une tension de drain supérieure à celle du transli30 tor 9 Cette asymétrie ne perturbe pas le fonctionnement du circuit bistable mais influence le positionnement de ce dernier au moment du réallumage, ainsi que ceci sera expliqué dans la suite. Le transistor 5 du type à enrichissement (ou à 35 accroissement) présente à son tour, en parallèle, aux noeuds de drain 20 ou de source 19 un élément de mémoire 254 999 non volatil électriquement programmable 6 qui est illustré, à titre d'exemple, sous la forme d'un élément du type à électrode de commande flottante 18 et électrode de commande de programmation 21 connectée à un noeud 17 in5 termédiaire entre les transistors 3 et 8 de la branche de circuit opposée Plus précisément, l'élément de mémoire non volatil 6 peut être considéré, à titre d'exemple, comme constitué par un transistor du type représenté dans le brevet des E U A n 4 203 158, c'est-à-dire 10 basé sur la présence d'une couche très mince ( 100 A) d'oxyde de silicum interposée entre l'électrode de drain 20 et l'électrode de commande flottante 18, avec la possibilité de devenir conducteur et, par conséquent, de charger (positivement ou négativement) l'électrode de 15 commande flottante 18 s'il est soumis à un champ électrique d'une intensité appropriée (effet Fowler-Nordheim). Il dépend par ailleurs de la charge de l'électrode de commande flottante 18 que l'élément non volatil 6 soit ou ne soit pas en mesure de courtcircuiter le transis20 tor 5, avec des effets qui seront expliqués dans la suite De toute façon, lorsqu'il n'est pas court-circuité, le transistor 5 n'influence pas le fonctionnement bistable par sa chute de tension mais il dégrade seulement le niveau haut de tension (" 1 " logique) présent au noeud 16 25 Les ordres de commutation sont imprimés au circuit bistable par des "lignes de bits" 22 et 23 respectivement à travers des transistors 10 et 12 qui sont munis d'électrodes de commande commandées par une ligne de mots 24. La partie B ou partie de programmation ou précharge de la cellule RAM comprend à son tour deux paires de transistors parallèles 1-2 et 13-14 interposées entre les électrodes de commande des transistors 3 et 4 et une ligne de programmation ou pré-charge W Les électrodes 35 de commande des transistors 1 et 13 sont connectées aux électrodes de commande des transistors d'attaque 9 et 11 respectivement du circuit bistable Les transistors 2 et 14 du type à enrichissement ont leurs électrodes de commande connectées aux électrodes de drain correspondantes. Finalement, entre les lignes d'alimentation V et de programmation ou précharge W et la ligne d'alimentation principale L sont interposes des dispositifs de différentes natures M et N qui ont pour fonction de modifier les niveaux de tension des lignes V et W en fonc10 tion de l'état de la ligne principale L Plus précisément, dans des conditions de tension normale sur la ligne L et, par conséquent, dans l'état normal de fonctionnement de la cellule RAM qui travaille alors comme cellule statique normale, la ligne W transporte une tension 15 d'environ 18 V et la ligne V transporte une tension d'environ 5 V Au contraire, en cas d'extinction de la ligne principale L ou, de toute façon, lorsqu'on veut effectuer une programmation, la tension de la ligne W tombe à 0 V tandis que celle de la ligne s'élève momentanément à 20 environ 20 V, conserve cette valeur au moins pendant environ 10 ms et retombe ensuite éventuellement à 0 V. Le mode de fonctionnement de la cellule RAM non volatile représentée sur le dessin, qui est décrit dans la suite, ressort de ce qui précède. Dans les conditions normales de fonctionnement bistable, la tension de 18 V de la ligne W est appliquée aux électrodes de commande des transistors 3 et 4, avec une chute d'environ 2 V due aux transistors 2 et 4 (du type à enrichissement) La tension résultante de 16 V 30 rend extrêmement conducteurs les transistors 3 et 4 qui, dans ce cas, se comportent pratiquement comme des courtscircuits, en connectant à la ligne V ( à 5 V) les électrodes 21 et 20 du transistor non volatil 6 Dans ces conditions, le circuit travaille dans le mode bistable 35 habituel, qui, ainsi qu'on l'a déjà dit, n'est pas influencé par la présence du transistor 5. Dans le cas d'extinction de la tension de la ligne L ou à la suite d'ordres appropriés imposés aux dispositifs de commande extérieurs M et N, on observe au contraire le type de fonctionnement suivant, qui provo5 que la mémorisation de l'information relative à l'état du circuit bistable, c'est-à-dire ce qu'on appelle la programmation de l'élément de mémoire non volatil 6. La chute de la tension dans la ligne L, ou un ordre approprié envoyé aux dispositifs M et N entraîne 10 la chute correspondante de la tension de la ligne de programmation W et, aussitôt après, l'élévation momentanée de la tension de la ligne d'alimentation V Selon l'état électrique dans lequel se trouve le circuit bistable (c'est-à-dire la branche 7-11 bloquée et, par consé15 quent, le noeud 16 à un niveau haut et la branche 8-9 en état de conduction et par conséquent le noeud 15 à un niveau bas, ou inversement), l'un des transistors 1-13 a d'autre part son électrode de commande à un niveau haut et l'autre transistor son électrode de commande à un ni20 veau bas, c'est-à-dire que l'un est conducteur et l'autre bloqué Il en résulte que l'un des transistors 3-4 a son électrode de commande connectée à la masse (tension 0 V de la ligne W) à travers celui des deux transistors 1-13 qui est conducteur et il est donc bloqué tandis que 25 l'autre conserve sensiblement sa propre tension de l'électrode de commande (grâce à la capacité de l'électrode de commande du transistor lui-même et à la capacité de diffusion associée au noeud de circuit correspondant) et est donc conducteur Les transistors 2 et 14 30 n'influencent pas ce comportement, puisqu'ils ont une tension électrode de commande-source nulle et qu'ils se comportent donc comme des diodes en polarisation inverse Les deux branches 3-8-9 et 4-7-11 sont donc bloquées et il n'y a donc pas absorption de courant par la ligne 35 V, qui est maintenant à environ 20 V. Dans cet état, la programmation de l'élément de mémoire non volatil 6 se produit comme suit. Si, au moment de l'extinction de l'alimentation, le circuit bistable se trouvait dans l'état comportant la branche 4-7-11 bloquée et la branche 38-9 à 5 l'état conducteur, l'électrode de commande de progra 3 niation 21 de l'élément non volatil, étant connectée au noeud 17, se trouve au potentiel de la masse tandis que l'électrode de drain 20 du même élément non volatil s'élève au potentiel de la ligne V, grâce à la conduc10 tion assurée au transistor 4 par le maintien de la tension de l'électrode de commande de ce transistor à une valeur élevée Le résultat est que, si l'électrode de commande flottante de l'élément non volatil 6 avait été précédemment chargée négativement, on observe un passage 15 de courant de 20 à 18, courant qui charge positivement l'électrode de commande flottante 18 Si, au contraire, cette dernière était déjà chargée positivement, tout reste comme auparavant, c'est-à-dire qu'il n'y a pas passage de courant Ce résultat est très important parce 20 qu'il limite le phénomène de vieillissement de l'élément ioatil, qui se produit chaque fois que l'on doit changer le type de conductivité avec passage consécutif de charges à travers la mince couche d'oxyde. Si, au contraire, au moment de l'extinction de 25 l'alimentation, le circuit bistable se trouvait dans l'état comportant la branche 4-7-11 en conduction et 1 e branche 3-8-9 bloquée, l'électrode de commande de programmation 21 de l'élément non volatil 6 s'élève au potentiel de la ligne V à travers le transistor 3 (qui est 30 conducteur dans ce cas), tandis que le drain 20 du même élément non volatil tombe au potentiel de la masse à travers les transistors 7 et 11 En conséquence, l'électrode de commande flottante 18 se charge négativement si elle ne l'était pas déjà, sous l'effet du passage d'u An 35 courant entre cette électrode de commande 18 et le drain 20. En définitive, selon l'état du circuit bistable, L'élément non volatil 6 se présente avec une charge positive ou négative sur l'électrode de commande flottante 18, ainsi qu'on l'a déjà indiqué, sans absorption de 5 courant sans changement obligatoire de charge et de conductibilité (comme cela se produirait au contraire s'il était nécessaire de procéder, comme dans certains exemples de la technique antérieure, à l'effacement de l'état de charge précédent). Le rétablissement de l'état au moment du réallumage dépend de l'état de la charge pris par l'élément non volatil 6, c'est-à-dire de sa programmation en fonction-de l'état du circuit bistable En effet, si la charge sur l'électrode de commande flottante 18 est positi15 ve, l'élément non volatil 6 court-circuite le transistor , en assurant au transistor de charge 7 un courant plus élevé qui, en se combinant à la plus grande longueur (et par conséquent la plus grande résistivité) du transistor d'attaque ou de pilotage 11, fait monter le niveau de -20 tension du noeud 16 avant celui du noeud 15 En conséquence, le circuit bistable revient à l'état initial, dans lequel la branche 8-9 est conductrice et la branche 7-11 bloquée Si, au contraire, la charge emmagasinée sur l'électrode de commande flottante au cours de la pro25 grammation 18 est négative, le transistor 5 n'est pas court-circuité par le transistor non volatil 6 et, en se réallumant avec un léger retard (nécessaire pour permettre à la tension de se transférer du drain à la source 19), il laisse monter la tension du noeud 15 plus rapide30 ment que celle du noeud 16; le circuit bistable revient ainsi à l'état initial, comportant la branche 7-11 conductrice et la branche 8-9 bloquée. On a déjà indiqué que le principal avantage de la cellule RAM non volatile selon l'invention consiste 35 dans une absorption de courant nulle (ou presque nulle) dans la phase de programmation Il en résulte, entre autres, la possibilité d'utiliser également la cellule en combinaison avec des dispositifs comme des multiplicateurs de tension, qui possèdent une basse tension d'alimentation et, par conséquent, une capacité limitée de dé5 bit de courant Par ailleurs, il est également possible d'utiliser la cellule, conjointement avec d'autres circuits de commande appropriés, de manière à effectuer la phase de programmation de l'élément non volatil après la chute de la ligne d'alimentation en utilisant pour cela, i 0 grâce à la consommation presque nulle de la cellule, la charge emmagasinée dans un condensateur de faible valeur convenablement préchargé Ceci n'était pas possible avec la technique connue antérieurement, selon laquelle il était nécessaire de maintenir la ligne d'alimentation à 15 une tension élevée pendant le temps qui est nécessaire pour effectuer la programmation. On a également expliqué que, puisqu'il n'est pas prévu d'effacer préalablement l'élément de mémoire non volatil, le changement de charge n'est nécessaire 20 que dans le cas de commutation d'un état à l'autre, de sorte que le phénomène de vieillissement est appréciablement limité. On peut finalement ajouter que, étant donné que, dans le circuit représenté, le groupe 5-6 est exté25 rieur au circuit bistable proprement dit, la tension entre le drain 20 et l'électrode de commande de programmation 21 de l'élément non volatil 6 et, par conséquent, l'état de cet élément, ne subissent aucune influenïce de la part de l'état du circuit bistable Le fonctionnement 30 est ainsi plus exact et plus sûr. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R EV E N D IC A T I ON S 1 Cellule de mémoire du type bistable, comprenant un circuit bistable (A) à deux branches interconnectées, qui sont alternativement, l'une conductrice, i'aur tre bloquée, l'une de ces branches comprenant un élément 5 de mémoire non volatil ( 6) pouvant être programmé dans l'un ou l'autre de deux états électriques différents en fonction de l'état dans lequel ledit circuit bistable se trouve au moment d'une extinction de l'alimentation de la ligne, ou bien lorsqu'on actionne des dispositifs de 10 commande appropriés, et est en outre en mesure de provoquer le rétablissement dudit état du circuit bistable au moment du réallumage de ladite alimentation de la ligne, caractérisée en ce que chaque branche dudit circuit bistable (A) comprend en outre un élément interrupteur de 15 commande ( 3, 4) commandé à son tour par l'état de ladite alimentation de ligne et par celui de l'autre branche du circuit bistable (A) de manière que l'extinction de ladite alimentation de la ligne permette à la branche bloquée du circuit bistable de provoquer le blocage de la 20 branche conductrice de ce même circuit bistable (A) pour assurer la programmation consécutive dudit élément de mémoire non volatil ( 6) sans absorption de courant. 2 Cellule de mémoire selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément interrupteur de 25 commande ( 3, 4) est constitué par un transistor ( 3, 4) intercalé entre une branche correspondante dudit circuit bistable (A) et une ligne d'alimentation à basse tension (B) provisoirement commutable sur une tension supérieur= en réponse à l'extinction de l'alimentation de la ligne, 30 ledit transistor de commande ( 3, 4) ayant son électrode de commande connectée à une autre ligne d'alimentation à une tension supérieure (W) capable de commuter sur la valeur de la masse au moment de l'extinction de l'alimentation de la ligne, ladite liaison comprenant un transis- tor de détection d'état ( 2, 14) dont la tension de l'électrode de commande dépend de l'état de l'autre branche du circuit bistable. 3 Cellule de mémoire selon la revendication 5 2, caractérisée en ce que ledit élément de mémoire non volatil ( 6) est du type à électrode de commande flottante ( 18) interposée entre un circuit de programmation ( 21) connectée à un noeud ( 17) du circuit placé en série avec une branche du circuit bistable (A) et deux électro10 des de drain ( 20) et de source ( 19) connectées en parallèle avec des électrodes de drain et de source correspondantes appartenant à un transistor court-circuitable ( 5) intercalé dans l'autre branche du circuit bistable. 4 Cellule de mémoire selon la revendication 15 3, caractérisée en ce que chaque branche dudit circuit bistable (A) comprend la série composée d'un transistor de charge ( 8, 7) et d'un transistor de pilotage ou d'attaque ( 9, 11), possédant une électrode de commande connectée à un noeud intermédiaire ( 16, 15) entre les cir20 cuits de charge et de pilotage ou d'attaque de l'autre branche du circuit bistable, ledit noeud de circuit ( 17) et ledit transistor court-circuitable ( 5) étant respectivement intercalés dans lesdites branches du circuit bistable, entre lesdites séries de transistors de charge 25 ( 8, 7) et de transistors de pilotage ou d'attaque ( 9, 11) et lesdits transistors de commande ( 3, 4). Cellule de mémoire selon la revendication 4, caractérisée en ce que le transistor de charge ( 7) et le transistor de pilotage ou d'attaque ( 11) de la bran30 che qui comprend ledit transistor court-circuitable ( 5) sont respectivement d'une longueur inférieure et d'une longueur supérieure à celles des transistors correspondants ( 7, 9) de l'autre branche, de manière à donner de l'asymétrie au circuit bistable.