Brevet FR2572836A1 — publié le 19860509

La présente invention concerne une matrice de mémoire morte électriquement programmable formée de cellules élémentaires métal-oxyde- semiconducteur symétriques, ainsi qu'un procédé d'écriture pour cette mémoire. Ainsi qu'il est bien connu, les mémoires EPROM classiques ("Electrically Programmable Read-Only Memory" ou mémoire morte électriquement programmable) réaliséesavec des cellules élémentaires MOS symétriques ("Metal-Oxide-Semiconducteur" ou métal-oxyde-semi- conducteur) prévoient la constitution de paires de lignes de grille de commande superposées et auto-alignées sur des zones de grille flottante, et séparées par des lignes de source parallèles connectées à la masse, cependant que des contacts de drain sont interposés entre l'une et l'autre des deux lignes de chaque paire de lignes de grille et connectés électriquement à des lignes de métallisation perpendiculaires aux lignes de-grille et de source. Des zones d'oxyde de champ sont formées entre les lignes de grille et un substrat de silicium sous-jacent pour isoler les unes des autres les diverses cellules élémentaires de la matrice. La limite des mémoires réalisées avec cette technologie est de nature dimensionnelle, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible de descendre audessous de certaine dimension minimale, surtout en raison des tolérances entre les lignes de grille et les lignes de source, des distances entre les lignes de grille et les contacts de drain et des dimensions latérales des cellules élémentaires. Un but de la présente invention est de réaliser une structure de matrice de mémoire EPROM possédant des cellules élé- mentaires MOS symétriques qui soit moins affectée par des limites dimensionnelles et qui permette en définitive d'atteindre des dimensions totales réduites et une plus grande compacité d'ensemble. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'une matrice de mémoire EPROM à cellules élémentaires MOS symétriques, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat de silicium, une première et une deuxième série de lignes de source parallèles entre elles alternant avec des lignes de drain parallèles entre elles, des zones de grille flottante placées à cheval entre lesdites lignes de source et lesdites lignes de drain, et des lignes de grille de commande parallèles entre elles qui s'étendent perpendi- culairement auxdites lignes de source et de drain et sont superposées auxdites zones de grille flottante et auto-alignées sur celles-ci. Cette structure de mémoire permet de résoudre Les problèmes dimensionnels des mémoires du type traditionnel, en atteignant des limites de miniaturisation, une densité de cellules et une compacité très intéressantes. Pour fixer les idées, avec une technologie de 1,5 pm, la surface à affecter à chaque cellule de' la mémoire selon l'invention est de 9 pm2 contre les 36 pm2 de la cellule traditionnelle. Il convient en outre de prendre en considération le fait que, grâce à sa conformation décrite ci-dessus, la mémoire selon l'invention n'exige pas d'alignements critiques, qu'elle ne possède pas de contacts de drain interposés, qu'elle n'exige pas d'oxyde de champ pour l'isolement entre les différentes cellules et que, du fait qu'on prévoit une double pluralité de Lignes de source, elle possède un-intervalle de drain qui facilite la dispo- sition des circuits de décodage à associer à la mémoire. Pour l'écriture ou la programmation d'une cellule sélectionnée de la mémoire selon l'invention, il a été imaginé, toujours selon l'invention, un procédé d'écriture qui prévoit de connecter à une source de tension positive la ligne de grille et la ligne de drain qui correspondent à la cellule sélectionnée et de connecter à la masse la ligne de source qui correspond à ladite cellule sélectionnée et toutes les autres lignes de source de la même série, tandis que toutes les lignes de source de l'autre série sont laissées à un potentiel intermédiaire entre ladite tension positive et la masse. De cette façon, sont exclues de l'écriture non seulement toutes les cellules dont les lignes de grille sont autres que celle qui est connectée à la source de tension positive, mais également celles qui sont associées à la même ligne de grille et qui sont interposées entre la ligne de drain connectée à la source de tension positive et la ligne de source suivante de la même série que celle qui correspond à la cellule sélectionnée. En effet, ces cellules, au nombre de trois, se trouvent ainsi connectées en série entre lesdites lignes de source et de drain mises à une tension positive, avec pour résultat qu'elles sont traversées par un courant insuffisant pour provoquer leur écriture. De cette façon, on assure l'écriture correcte de la celluLe sélectionnée et uniquement celle de cette cellule. Un problème résiduel de la mémoire selon l'invention pourrait être celui consistant dans la haute résistivité des lignes de source et de drain, qui sont toutes essentiellement constituées par des diffusions du type N dans le substrat de silicium. Toute- fois, selon l'invention, ce problème est lui aussi résolu par le fait qu'on connecte électriquement entre elles les lignes de source de chaque série au moyen de paires de lignes de métallisation disposées parallèlement aux lignes de grille, dans des intervalles préétablis entre groupes adjacents de lignes de grille et que, d'autre part, on courtcircuite les lignes de drain à l'aide d'autres lignes de métallisation qui s'étendent sur les lignes de drain entre l'un ou l'autre des intervalles précités. De cette façon, les lignes de source et de drain sont connectées, à des intervalles préétablis, à un potentiel commun qui assure des différences de potentiel minimes aux points les plus étoignés des contacts avec les lignes de métallisation. La résolution du problème précité en pose cependant un autre, représenté par la réalisation des contacts de métallisa- tion. Une solution préférable du point de vue dimensionnel et fonc- tionnel est actuellement celle qui prévoit l'auto-alignement des contacts de métallisation sur les lignes de source et de drain et sur les lignes de métallisation. De cette façon, la surface perdue pour les contacts est plus petite et le nombre de lignes de grille est d'autant plus grand, à égalité de surface utile de la matrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'une forme de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure I montre schématiquement la répartition en plan des lignes de source, de drain et de grille dans une portion de matrice de mémoire selon L'invention; - la figure 2 montre ladite partie de mémoire en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 montre ladite partie de mémoire en coupe selon la ligne III-III de la figure 1; - la figure 4 montre schématiquement la distribution en plan des lignes de source, de drain et de grille, ainsi que celle des lignes et contacts de métallisation dans une autre portion de matrice de mémoire, qui correspond à un intervaLtle entre des portions adjacentes telles que celte de la figure 1; - la figure 5 montre ladite autre portion de mémoire en coupe selon La ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 montre une solution qui forme une variante par rapport à la distribution de la figure 4. Si l'on considère initialement les figures 1, 2 et 3, on voit qu'on y a représenté la structure d'une portion de matrice de mémoire M formée d'une pluralité de cellules élémentaires MOS symétriques dont chacune est indiquée par la lettre de référence C. La structure comprend un substrat de silicium mono- cristallin SS sur lequeL sont formées,par diffusion d'un dopant N, deux séries de lignes de source 51 et S2, paraLlèles entre elles, et qui alternent avec des lignes de drain D parallèles entre elles. Lesdites lignes N sont séparées électriquement par des zones de dopage P+ du substrat SS interposées entre elles. L'ensemble décrit jusqu'à présent est recouvert d'une couche d'oxyde thermique 01, sur lequel sont placées, à cheval entre les lignes de source et de drain adjacentes, des zones de grille flottante F réalisées en silicium polycristallin. Une autre couche d'oxyde thermique 01 recouvre également lesdites zones F et, sur cette couche, sont placées et alignées sur les zones F des lignes parallèles de grille de commande G, réalisées en silicium polycris- taLlin. Une couche d'oxyde déposée 02 recouvre l'ensemble de la structure décrite en complétant ainsi une portion de matrice de cellule de mémoire C, chacune de ces cellules étant essentiettllement constituée par une source formée par une ligne de source S1 ou S2, un drain formé par une ligne de drain D, une grille flottante F et une grille de commande G formée par une ligne de grille G. La matrice de mémoire comprend à son tour une pLuralité de portions telles que celle représentée sur les figures 1 à 3, disposées côte à côte, avec des intervalles I préétablis qui sont utilisés pour les contacts avec des lignes de métallisation ayant pour fonction de limiter les variations de potentiel sur la longueur des lignes de source et de drain, qui sont dues à la haute résisti- vité des diffusions N. L'un de ces intervalles est représenté sur les figures 4 et 5 et il prévoit, pour les lignes de source, une paire de lignes de métallisation MS1 et MS2 disposées parallèlement aux lignes de grille G et connectées électriquement aux lignes de source S1 et S2, respectivement, par l'intermédiaire de zones de contact CS1 et CS2. Pour les lignes de drain, il est prévu, d'autre part, des lignes de métallisation MD superposées auxdites lignes de drain (figure 3) et connectées à ces dernières avec des fonctions de court-circuit au droit de zones de contact CD incluses dans les intervalles précités et connectées entre elles par des bandes de liaison SD en silicium polycristallin ou en siliciure. A la solution des figures 4 et 5, on peut préférer celle de la figure 6, qui prévoit la formation de contacts auto- alignés CS1 et CS2 entre les lignes de source S1 et S2 et les lignes de métallisation MS1 et MS2. Avec ce système, les dimensions des contacts sont réduites et il en est évidemment de même pour les intervalles réservés aux lignes de métallisation et aux contacts eux-mêmes. En outre, chaque ligne de source possède un contact de métallisation dans chaque intervalle I, au lieu d'un contact tous les deux intervalles comme dans le cas de la figure 4, o le manque d'espace oblige à laisser sans contact de métallisation, en alter- nance, une série de lignes de source d'une portion de matrice M telle que celle de la figure 1 et l'autre série de lignes de source de la portion M adjacente. Le nombre de lignes de grille et, par conséquent, de cellules de mémoire, entre un intervalle et l'autre, peut donc être plus grand. L'utilisation fonctionnelle de la matrice de mémoire représentée sur les dessins prévoit le procédé d'écriture suivant. Si l'on suppose que la cellule sélectionnée pour l'écriture est 7 2 8 3 6 celle indiquée par C' sur la figure 1, on effectue la connexion de la Ligne de drain D correspondante et de la ligne de grille G correspondante à une source de tension positive, tandis que toutes les autres lignes de drain sont laissées flottantes et que toutes les autres lignes de grille sont connectées à la masse. La ligne de source S2 correspondante est à son tour connectée à la masse en même temps que toutes les autres Lignes de source S2 de la même série, qui sont connectées à cette ligne par les lignes de métallisation MS2, tandis que toutes les lignes de source S1 de l'autre série, qui sont interconnectées par les lignes de métallisation MS1, sont Laissées flottantes. De cette façon, la cellule sélectionnée C' se trouve avec son drain et sa grille de commande à un potentiel positif et sa source à la masse et elle reçoit donc l'écriture. Les cellules dont la ligne de grille est autre que celle de C' restent au contraire dans l'état d'origine parce que leur grille de commande est à la masse. Il en est de même pour les autres cellules pLacées sur la même ligne de grille entre ladite ligne de drain correspondant à la cellule C' et la ligne de source la plus rapprochée de la même série S2 que celle qui correspond à la cellule C', cette fois parce trois cellules se trouvent connectées électriquement en série et sont donc traver- sées par un courant trop faible pour pouvoir provoquer l'écriture des cellules traversées. Seule la cellule sélectionnée C' est donc ainsi soumise à un processus d'écriture. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif et au procédé qui viennent d'être décrits uniquement à titre dexemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ON S 1. Matrice de mémoire morte électriquement programmable, ou EPROM, à cellules élémentaires métal-oxyde-semiconducteur, ou MOS symétriques, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat de silicium (SS), une première et une deuxième série de lignes de source (S1, S2) parallèles entre elles, alternant avec des lignes de drain (D) parallèles entre elles, des zones de grille flottante (F) placées à cheval entre lesdites lignes de source et lesdites lignes de drain, et des lignes de grille de commande (G) parallèles entre elles, qui s'étendent perpendiculairement auxdites lignes de source et de drain et sont superposées auxdites zones de grille flottante et auto-alignées sur celles-ci. 2. Matrice de mémoire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lignes de source de chaque série (S1, -S2) sont connec- tées entre elles par des paires de lignes de métallisation (MS1, MS2) disposées parallèlement aux lignes de grille (G) dans des intervalles préétablis entre les groupes adjacents de lignes de grille, et Les lignes de drain (D) sont court-circuitées par d'autres lignes de métallisation (MD) qui s'étendent sur lesdites lignes de drain entre l'un et l'autre desdits intervalles, des contacts de métallisa- tion (CS1, CS2; CD) qui établissent le contact entre lesdites lignes de source (SI, S2) et de drain (D) et lesdites lignes de métallisa- tion (MS1, MS2; D) étant réalisés dans lesdits intervalles. 3. Matrice de mémoire selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits contacts de métallisation (CS1, CS2; CD) sont auto- alignés sur lesdites lignes de source et de drain et sur lesdites lignes de métallisation. 4. Procédé d'écriture pour une matrice de mémoire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit, pour chaque cellule sélectionnée, la connexion à une source de tension positive de la ligne de grille et de la ligne de drain qui correspondent à la cellule sélectionnée, et la connexion à la masse de la ligne de source qui correspond à la cellule sétlectionnée et de toutes les autres Lignes de source de la même série, tandis que toutes les autres lignes de source de l'autre série sont laissées à un potentiel intermédiaire entre ladite tension positive et la masse.