Brevet FR2662294A1 — publié le 19911122

L'invention concerne de manière générale les mémoires mortes programmables électriquement (EPROM) et plus spécialement les mémoires de ce type dont le contenu peut être effacé en partie au moins par des rayons ultraviolets Elle a plus particulièrement pour objet une structure d'écran pour protéger au moins deux cellules d'une telle mémoire à semi- conducteurs à oxyde métallique (MOS) contre un rayonnement ultraviolet d'effacement. Les EPROM sont des mémoires programmées généralement par un utilisateur final pour contenir des données ou des instructions utilisées par un micropro- cesseur en vue de l'exécution d'une fonction désirée La plupart des EPROM sont actuellement des dispositifs asynchrones Cependant, on peut se procurer maintenant des EPROM synchrones telles que les EPROM à salves du type décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis déposée le 29 Décembre 1989 sous le numéro 758 141 par la demanderesse de la présente Pour assurer un fonc- tionnement convenable, le temps d'accès des EPROM synchrones doit être compatible avec la fréquence de base du fonctionnement et avec les temps des cycles de lecture du microprocesseur A cet égard, une façon d'assurer la compatibilité entre un microprocesseur et une telle EPROM consiste à doter l'EPROM d'un certain nombre d'états d'attente (correspondant à un certain nombre, généralement 0, 1, 2 ou 3, périodes d'horloge du microprocesseur) entre un état d'inactivité et un état initial de sortie de données Pour cette raison, bien que deux EPROM puissent être identiques fonctionnelle- ment, si elles sont utilisées en combinaison avec des microprocesseurs ayant des fréquences de base diffé- rentes, les deux EPROM doivent être fabriquées de manière que l'une comporte le nombre d'états d'attente nécessaire pour le fonctionnement convenable avec un microprocesseur, et que l'autre comporte le nombre d'états d'attente nécessaire pour le fonctionnement convenable avec le second microprocesseur Par exemple, les différentes EPROM pourraient être fabriquées en utilisant des masques métalliques différents, ce qui produirait des nombres différents d'états d'attente. Toutefois, cette approche se traduit par une diminution dans la souplesse de fabrication puisque, pour répondre aux besoins de délai de livraison de la clientèle, les EPROM doivent pouvoir être prises dans un stock existant chez le fabricant au lieu d'être fabriquées sur demande. Bien entendu, le maintien d'un stock d'EPROM identiques à l'exception du nombre des états d'attente, entraîne l'augmentation du coût des mémoires. Les EPROM pourraient aussi être fabriquées de manière que l'utilisateur final puisse fixer le nombre d'états d'attente, par exemple en prévoyant la possi- bilité d'interconnecter certaines broches Cependant, cette approche produirait l'augmentation du nombre des brochages, entraînant également une augmentation des coûts. Une autre approche communément appliquée consiste à charger le microprocesseur d'insérer des états d'attente, lors de l'accès à une EPROM à laquelle il est relié, en fonction de la fréquence de base et de la vitesse de l'EPROM Cette approche exige cependant que l'interface entre le microprocesseur et 1 'EPROM possède un mécanisme produisant un signal de mise en communication par exemple pour informer le micropro- cesseur de la vitesse de l'EPROM Toutefois, cette approche augmente -le nombre de brochages, accroit la complexité de la conception et risque d'entraîner une diminution des performances lors des accès à l'EPROM. La présente invention apporte une solution au problème décrit ci-dessus par l'emploi d'un mécanisme décrit dans le brevet US 4 530 074 qui appartient à la demanderesse, pour sélectionner une colonne redondante dans un réseau EPROM afin de remplacer une colonne défectueuse, en utilisant une EPROM pourvue d'un écran de protection, c'est-à-dire une EPROM qui peut être programmée une fois, mais n'est pas effacée lorsqu'elle est exposée à un rayonnement UV La présente invention utilise cependant ce mécanisme d'une manière qui diffère totalement de celle enseignée dans le brevet précité. Succinctement, le mécanisme décrit dans ce brevet permet de programmer une seule fois certaines cellules EPROM dans un dispositif EPROM, tout en per- mettant la programmation, l'effacement et la reprogram- mation selon les besoins et de la manière habituelle de toutes les autres cellules EPROM du dispositif Les détails spécifiques de ce mécanisme peuvent être trouvés dans le brevet mentionné et ne seront pas répétés ici, sauf dans la mesure o ils sont nécessaires à la compré- hension convenable de la présente invention. La présente invention utilise le mécanisme enseigné par le brevet US 4 530 074 pour changer la fonctionnalité d'une machine d'état (automate fini) employée pour commander le fonctionnement d'un disposi- tif EPROM Ce dispositif exploite le mécanisme décrit dans ce brevet en ce sens que le mécanisme est programmé pour générer des signaux ayant des niveaux logiques et qui sont appliqués à l'entrée d'une logique combinatoire servant à la mise en oeuvre de la machine d'état, de telle manière que cette machine fonctionne avec un nombre prédéterminé d'états d'attente (généralement un, deux ou trois états d'attente> en fonction de la pro- grammation du mécanisme Cette programmation est effec- tuée après la fabrication de la pièce, mais avant l'expédition à un client qui, à la réception de la pièce, programme 1 'EPROM de la manière habituelle. L'EPROM programmée peut ensuite être effacée et repro- grammée sans que soit affectée la programmation définissant le nombre d'états d'attente générés pendant le fonctionnement de la machine d'état. Selon l'invention, une structure d'écran pour protéger au moins deux cellules EPROM contre le rayon- nement dans un circuit EPROM intégré de type MOS, circuit qui est fabriqué sur un substrat et contient des zones sensibles au rayonnement, est caractérisée en ce qu'elle comprend un premier recouvrement supérieur disposé au-dessus des cellules EPROM, un premier élément périphérique disposé autour des cellules EPROM et s'étendant depuis le substrat au premier recouvrement supérieur, le premier élément périphérique définissant une première ouverture située au-dessus du substrat, de manière à permettre le passage de conducteurs à partir des cellules EPROM, les conducteurs étant raccordés à une logique combinatoire d'une machine d'état ou auto- mate fini conçu pour générer un nombre prédéterminé d'états d'attente en fonction de la programmation des cellules EPROM, l'agencement étant tel que les cellules EPROM, au nombre de deux au moins, sont protégées contre le rayonnement lorsque le circuit intégré est exposé à un rayonnement destiné à effacer le contenu de cellules EPROM situées en dehors de la structure d'écran. Selon un mode de réalisation, la structure d'écran comporte en outre un second recouvrement supé- rieur espacé du premier recouvrement supérieur et du premier élément périphérique, le second recouvrement supérieur s'étendant le long et audelà de la première ouverture, ainsi qu'un second élément périphérique espacé du premier recouvrement supérieur et du premier élément périphérique, le second élément périphérique étant disposé autour et audelà de la première ouverture et s'étendant depuis le substrat au second recouvrement supérieur, de manière à former un couvercle enpêchant le passage du rayonnement, couvercle qui est coordonné à la première ouverture, le second élément périphérique définissant une seconde ouverture située au-dessus du substrat et destinée à permettre aux conducteurs venant des cellules EPROM, au nombre de deux au moins, de quitter la structure. D'autres caractéristiques prévoient que le premier recouvrement supérieur et le premier élément périphérique constituent une première structure conti- nue, et que le second recouvrement supérieur et le second élément périphérique constituent une seconde structure continue. Le circuit EPROM intégré peut comporter au moins une zone sensible au rayonnement et qui est constituée d'une pluralité de cellules possédant une grille flottante pour le stockage d'une charge. Selon l'invention, une EPROM à MOS, fabriquée sur un substrat et comportant une structure d'écran pour protéger une pluralité de cellules EPROM dont le contenu est effacé lorsque les cellules sont exposées à un rayonnement, est caractérisée en ce que la structure d'écran comprend une première structure métallique continue disposée autour et au-dessus des cellules EPROM et définissant une première ouverture située au-dessus du substrat afin de permettre à des conducteurs venant des cellules EPROM de quitter la première structure, ces conducteurs étant raccordés à une logique combinatoire d'une machine d'état ou automate fini conçu pour générer un nombre prédéterminé d ' états d'attente en fonction de la programmation de ladite pluralité de cellules EPROM, la première structure étant fabriquée de manière qu'un rayonnement pénétrant la première ouverture soit obligé de passer par au moins deux angles d'environ 90 avant d'atteindre les cellules EPROM, une borne de chacune des cellules EPROM étant fabriquée d'une zone diffusée commune reliée à son tour à la première structure, ainsi qu'une seconde structure métallique continue espacée de la première structure et disposée autour et au-delà de la première ouverture, de manière à définir une seconde ouverture située au-dessus du substrat afin de permettre auxdits conducteurs venant des cellules EPROM de quitter la seconde structure, la seconde ouverture étant appro- ximativement parallèle à un côté de la seconde struc- ture, de sorte que ce côté renvoie le rayonnement en arrière à travers la seconde ouverture, la première et la seconde structure étant imbriquées de manière que le rayonnement entrant par la seconde ouverture soit obligé de passer par au moins un angle d'environ 90 avant d'atteindre la première ouverture, une borne d'une des cellules EPROM étant reliée à la seconde structure, l'agencement étant tel que les cellules EPROM sont protégées contre le rayonnement lorsque 1 'EPROM à MOS est exposée à un rayonnement en vue de l'effacement du contenu de cellules EPROM situées en dehors de la structure d'écran. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma-bloc d'une EPROM à salves utilisant l'invention; et la figure 2 est une vue en perspective schématique de la structure d'écran selon l'invention. Un exemple d'une EPROM dans laquelle la technique selon l'invention est utilisable de façon avantageuse, peut être trouvé dans la demande de brevet des Etats-Unis déposée le 28 décembre 1989, au nom de la demanderesse de la présente, contenant une description d'une EPROM à salves En particulier, la description dans ce document mentionne une EPROM fonctionnant sous la commande d'une machine d'état possédant un seul état d'attente entre un état d'inactivité et quatre états de sortie de données Cependant, par l'application de la présente invention, cette même EPROM à salves de base pourrait être configurée facilement pour fonctionner avec un, deux ou ou davantage d'états d'attente La description qui va suivre suppose une configuration à un, deux ou trois états d'attente, lesquels couvriraient la plupart des combinaisons pratiques d'un microproces- seur et d'une EPROM Toutefois, d'autres configurations viendront facilement à l'esprit de l'homme du métier à la lecture de la description donnée ici. Un élément essentiel de l'invention peut être considéré comme une mémoire morte programmable une seule fois par l'utilisateur (UPROM) La figure 1 montre à cet égard un schéma-bloc d'un système avec une EPROM à salves, du type décrit dans la demande de brevet préci- tée, comprenant une machine d'état 31, un registre- tampon d'adresses 33, une EPROM 35, un bus à salves 37 et des tampons de sortie 39 pour le raccordement à un microprocesseur 41 Une UPROM 43 constitue un composant supplémentaire, non décrit dans la demande de brevet précitée Les différents signaux et connexions repré- sentés sur la figure 1, sont décrits en détail dans la demande de brevet précitée et ne le seront pas ici sauf dans la mesure o cela est nécessaire à la compréhension convenable de l'invention L'UPROM 43 peut être pro- grammée de la façon dont sont programmées habituellement les cellules EPROM par application d'une haute tension en combinaison avec un signal pulsé de commande de programme à l'entrée de cellules d'adresses particu- lières dans l'EPROM ou, en l'occurrence, dans 1 'UPROM 43 La programmation particulière appliquée consisterait à positionner les sorties 01 et 02 de l'UPROM à l'un des états binaires 01, 10 ou 11, l'état initial, à savoir l'état binaire 00, étant invalide De plus, la machine d'état 31, si elle est mise en oeuvre avec utilisation d'une logique combinatoire, à la réception de signaux des sorties 01 et 02, produirait un état d'attente, entre l'état d'inactivité et l'état de sortie de données zéro (qui est l'état initial de sortie de données) en cas de réception de 012, deux états d'attente si 102 est reçu et trois états d'attente si 112 est reçu Les détails particuliers de mise en oeuvre de la logique combinatoire appliquée pour faire fonctionner la machine d'état ne sont pas importants pour la compréhension de l'invention, tombent tout à fait dans le cadre des connaissances de l'homme du métier et ne seront pas décrits ici On peut noter cependant, pour ce qui 1 Co concerne les abréviations de signaux utilisées sur la figure 1, que HOR désigne l'horloge, FUSION se rapporte à des fusibles de la mémoire EPROM, REM concerne la remise à l'état initial de la machine d'état, CHD est relatif à la charge de données depuis la machine d'état et BSEL O à 3 concernent des sélections. Lua figure 2 est une vue en perspective sché- matique d'un mode de réalisation de l'UPROM 43 Cette mémoire est pourvue d'un écran 18 ayant la forme d'une structure continue constituée d'un premier recouvrement supérieur 48 et d'un élément périphérique vertical (dans la représentation selon la figure 2) qui comporte des côtés 21, 44, 49 et 50 Cet élément s'étend vers le bas à partir du premier recouvrement supérieur et est en contact avec un substrat (non représenté) La mémoire est pourvue en outre d'un couvercle 19 qui est également une structure continue, constituée d'un second recou- vrement supérieur 47 et d'un second élément périphérique vertical (dans la représentation selon la figure 2) qui comporte les côtés 46, 51 et 52 Le second élément vertical s'étend vers le bas à partir du second recou- vrement supérieur 47 et est en contact avec le substrat. L'écran 18 et le couvercle 19 forment ensemble la structure d'écran qui protège les cellules EPROM dans la zone de cellules 20 contre les rayonnements Dans un dispositif MOS réel, l'écran 18 et le couvercle 19 n'auront pas les angles aigus comme ceux représentés sur la figure 2, mais seront arrondis pendant le processus de fabrication Il est à noter que les côtés métal- liques, comme celui désigné par 21, s'étendent vers le bas et sont en contact avec le substrat Ceci est important pour assurer que le rayonnement ne peut pas entrer à travers l'oxyde-de grille. La lumière peut seulement pénétrer à 1 'inté- rieur de la structure d'écran à travers une ouverture 22 ou une ouverture 23 Cette dernière, définie par le 1 o couvercle 19, constitue un moyen par lequel des conduc- teurs peuvent sortir de la structure d'écran, en vue de la connexion des cellules EPROM couvertes par l'écran à d'autres circuits de 1 'EPROM Ces conducteurs sont nécessaires pour programmer les cellules et, ultérieu- rement, pour détecter l'état des cellules A cet effet, la région de drain de chaque cellule EPROM, une région de source commune et une grille de sélection commune doivent pouvoir être connectées à d'autres circuits. Pour permettre l'établissement de ces liaisons tout en réduisant autant que possible la largeur totale de l'ouverture 23, l'écran 18 est connecté à la zone diffusée formant les sources des cellules (Les sources des cellules EPROM recouvertes par la structure d'écran sont communes puisqu'il n'y a qu'une seule zone dif- fusée) Le rayonnement entrant par l'ouverture étroite 22 est réfléchi par le substrat vers le métal et de nombreuses réflexions se produisent avant qu'il n'at- teigne la zone de cellules 20 Un tel rayonnement est donc très atténué et ne produit pas d'effet d'effacement notable sur les cellules EPROM protégées par la struc- ture d'écran. Afin de pouvoir sélectionner séparément chacune des cellules EPROM protégées, des conducteurs menant à chaque borne de chaque cellule doivent être disponibles pour pouvoir être connectés à d'autres circuits de l'EPROM, en particulier à la machine d'état 31 Le drain d'une cellule est disponible à cet égard puisqu'il est relié au couvercle 19 Les drains d'autres cellules sont reliés par des contacts enterrés à des lignes en polysilicium Bien que d'autres détails spécifiques de mise en oeuvre puissent être trouvés dans le brevet US 4 530 074, aux fins de la présente inven- tion, les conducteurs pour deux cellules EPROM proté- gées, c'est-à-dire des lignes de polysilicium reliées aux drains, sont connectés à travers des inverseurs à des décodeurs d'o partent les lignes 01 et 02 reliées à l'entrée de la machine d'état 31 En programmant les cellules EPROM protégées de manière que les lignes d'entrée 01 et 02 se trouvent à 012, 102 ou 1121 une EPROM à salves à un, deux ou trois états d'attente est créée. Ainsi, on peut fabriquer et conserver un stock de dispositifs EPROM à salves identiques A la réception de la commande d'un client pour un certain nombre de dispositifs EPROM à salves, on peut retirer du stock le nombre voulu de dispositifs, que l'on pourrait pro- grammer rapidement, conformément aux indications du client, pour les doter d'un, de deux ou de trois états d'attente, ou de toute combinaison de tels états Comme une telle programmation peut être effectuée relativement vite comparativement à des techniques de l'art antérieur pour créer une telle diversité d'états d'attente pos- sibles, les EPROM à salves, avec les UPROM programmées, pourraient être livrées dans un délai relativement court et à un coût plus bas que celui rendu possible par l'utilisation des techniques de l'art antérieur. Une fois que le client est entré en possession des EPROM à salves avec les états d'attente programmés dans l'UPROM, il peut utiliser le cycle habituel de programmation, d'effacement (par exposition à un rayon- nement ultraviolet par exemple) et de reprogrammation, sans détruire la programmation dans l'UPROM. il Le brevet US 4 530 074 décrit d'autres appli- cations pour l'invention expliquée dans ce document, en plus de celle qui consiste à rendre inopérants des éléments défectueux et à rendre opérants des éléments équivalents redondants, telles que permettre à un utilisateur de positionner une EPROM de manière qu'elle soit sélectionnée lorsque le broche de sélection de la pastille de l'EPROM est au niveau haut ou lorsque la broche de sélection de la pastille de 1 'EPROM est au niveau bas Il est également indiqué dans ce brevet que la cellule EPROM protégée qui y est décrite, donne la possibilité à un utilisateur de mettre en ou hors service une fonction particulière en utilisant la faculté décrite dans ce document de programmer la cellule une fois Toutefois, ces enseignements diffèrent de ceux apportés par la présente invention en ce sens que la présente invention se rapporte à un mécanisme qui modifie la fonction d'une machine d'état et change les performances externes d'un circuit intégré, spécialement d'un dispositif EPROM Plus exactement, bien que le brevet précité et la présente invention décrivent de manière générale une possibilité de programmer des cellules de mémoire une seule fois, le brevet en ques- tion ne contient pas d'indication selon laquelle cette faculté serait utilisable comme décrit dans le présent mémoire En particulier, la présente invention utilise le mécanisme décrit dans le brevet précité pour changer la fonctionnalité d'une machine d'état qui change à son tour les performances d'un circuit EPROM Cela diffère considérablement des utilisations décrites dans le brevet précité, lesquelles sont limitées à la validation ou l'invalidation d'éléments redondants ou, de manière plus générale à la validation ou l'invalidation d'une fonction particulière exécutée par un circuit intégré. La présente invention, au lieu de rendre une fonction particulière opérante ou non opérante, change effectivement la fonctionnalité d'un composant et change en particulier le fonctionnement d'une machine d'état qui, selon l'art antérieur, une fois qu'elle a été mise en oeuvre dans une logique combinatoire, ne peut pas être changée après que le processus de fabrication est terminé et que le circuit intégré a été mis dans son boîtier. REVENDICATIONS 1 Structure d'écran pour protéger au moins deux cellules de mémoire morte programmable électriquement ou EPROM contre le rayonnement dans un circuit EPROM intégré de type MOS, qui est fabriqué sur un substrat et contient des zones sensibles au rayonnement, caracté- risée en ce qu'elle comprend un premier recouvrement supérieur ( 48) disposé au-dessus des cellules EPROM ( 20) et un premier élément périphérique ( 21, 44, 49, 50) disposé autour des cellules EPROM et s'étendant depuis le substrat au premier recouvrement supérieur ( 48), le premier élément périphérique définissant une première ouverture ( 22) située au-dessus du substrat, de manière à permettre le passage de conducteurs à partir des cellules EPROM, les conducteurs étant raccordés à une logique combinatoire d'une machine d'état ou automate fini ( 31) conçu pour générer un nombre prédéterminé d'états d'attente en fonction de la programmation des cellules EPROM, l'agencement étant tel que les cellules EPROM, au nombre de deux au moins, sont protégées contre le rayonnement lorsque le circuit intégré est exposé à un rayonnement destiné à effacer le contenu de cellules EPROM situées en dehors de la structure d'écran ( 18, 19). 2 Structure d'écran selon la revendication 1, comportant un second recouvrement supérieur ( 47) espacé du premier recouvrement supérieur ( 48) et du premier élément périphérique ( 21, 44, 49, 50), le second recou- vrement supérieur s'étendant le long et au-delà de la première ouverture ( 22), ainsi qu'un second élément périphérique ( 46, 51, 52) espacé du premier recouvrement supérieur et du premier élément périphérique, le second élément périphérique étant disposé autour et au-delà de la première ouverture ( 22) et s'étendant depuis le substrat au second recouvrement supérieur ( 47), de manière à former un couvercle ( 19) empêchant le passage du rayonnement, couvercle qui est coordonné à la pre- mière ouverture, le second élément périphérique défi- nissant une seconde ouverture ( 23) située au-dessus du substrat et destinée à permettre aux conducteurs venant des cellules EPROM, au nombre de deux ou moins, de quitter la structure ( 18, 19). 3 Structure d'écran selon la revendication 2, dans laquelle le premier recouvrement supérieur ( 48) et le premier élément périphérique ( 21, 44, 49, 50) cons- tituent ensemble une première structure continue ( 18). 4 Structure d'écran selon la revendication 3, dans laquelle le second recouvrement supérieur ( 47) et le second élément périphérique ( 46, 51, 52) constituent ensemble une seconde structure continue ( 19). 5 Structure d'écran selon la revendication 1, dans laquelle au moins une zone sensible au rayonnement ( 20) est formée d'une pluralité de cellules ayant une grille flottante pour le stockage d'une charge. 6 Mémoire morte programmable électriquement (EPROM) de type MOS, fabriquée sur un substrat, carac- térisée en ce qu'elle comprend une structure d'écran ( 18, 19) pour protéger contre le rayonnement une plura- lité de cellules EPROM ( 20) dont le contenu est effacé lorsqu'elles sont exposées à un rayonnement, la struc- ture d'écran comprenant une première structure métal- lique continue ( 18) disposée autour et au-dessus des cellules EPROM ( 20) et définissant une première ouver- ture ( 22) située au-dessus du substrat afin de permettre à des conducteurs venant des cellules EPROM de quitter la première structure ( 18), ces conducteurs étant raccordés à une logique combinatoire d'une machine d'état ou automate fini ( 31) conçu pour générer un nombre prédéterminé d'états d'attente en fonction de la programmation de ladite pluralité de cellules EPROM, la première structure étant fabriquée de manière qu'un rayonnement pénétrant la première ouverture ( 22) soit obligé de passer par au moins deux angles d'environ 900 avant d'atteindre les cellules EPROM ( 20), une borne de chacune des cellules EPROM étant fabriquée d'une zone diffusée commune reliée à son tour à la première struc- ture ( 18), ainsi qu'une seconde structure métallique continue ( 19) espacée de la première structure ( 18) et disposée autour et au-delà de la première ouverture ( 22), de manière à définir une seconde ouverture ( 23) située au-dessus du substrat afin de permettre auxdits conducteurs venant des cellules EPROM de quitter la seconde structure ( 19), la seconde ouverture ( 23) étant approximativement parallèle à un côté de la seconde structure ( 19), de sorte que ce côté renvoie le rayon- nement en arrière à travers la seconde ouverture, la première et la seconde structure étant imbriquées de manière que le rayonnement entrant par la seconde ouverture ( 23) soit obligé de passer par au moins un angle d'environ 900 avant d'atteindre la première ouverture ( 22), une borne d'une des cellules EPROM étant reliée à la seconde structure ( 19), l'agencement étant tel que les cellules EPROM sont protégées contre le rayonnement lorsque 1 'EPROM à MOS est exposée à un rayonnement en vue de l'effacement du contenu de cel- lules EPROM situées en dehors de la structure d'écran ( 18, 19).