FR2527805A1 - Procede et circuit de commande de la vitesse de variation d'une tension en rampe - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA REGULATION DE TENSIONS D'ALIMENTATION DE NIVEAU ELEVE PRODUITES DANS DES CIRCUITS INTEGRES. UN CIRCUIT DE COMMANDE DE LA VITESSE DE VARIATION EN RAMPE DE LA TENSION DE SORTIE D'UN GENERATEUR COMPREND NOTAMMENT UN PREMIER TRANSISTOR T1 BRANCHE ENTRE UN NOEUD D'ENTREE DE TENSION VO ET LA MASSE; UN CONDENSATEUR C BRANCHE ENTRE LE NOEUD D'ENTREE DE TENSION ET LA GRILLE DU PREMIER TRANSISTOR; UN SECOND TRANSISTOR T2 BRANCHE ENTRE LA GRILLE DU PREMIER TRANSISTOR ET UN NOEUD DE POTENTIEL DE REFERENCE; ET UN CIRCUIT DE COMMANDE DE COURANT DE POLARISATION T3, T4 QUI ATTAQUE LA GRILLE DU SECOND TRANSISTOR. APPLICATION A LA PROGRAMMATION DES MEMOIRES NON VOLATILES.
Description
255 t S La présente demande est un développement de la demande de brevet
FR 82 01584 déposée le premier février 1982 au même nom, le contenu de ce dépôt antérieur étant
incorporé dans la présente demande pour référence.
La présente invention concerne de façon géné- rale le domaine des systèmes de commande de haute tension en circuit intégré, et elle porte plus particulièrement sur de tels procédés et circuits destinés à commander la vitesse de variation en rampe d'alimentations à haute tension telles que des générateurs de haute tension en circuit intégré Des procédés et des circuits conformes à l'invention sont particulièrement utiles en liaison avec des circuits intégrés tels que des dispositifs de mémoire
à accès sélectif, programmable et non volatile (dispo-
sitifs EEPROM) qui utilisent des alimentations à haute
tension réalisées sur la puce de circuit.
A cet égard, on a réalisé des éléments et des réseaux de mémoire non volatile, comme ceux décrits dans les brevets US 4 274 012, 4 300 212 et 4 314 264, qui
utilisent des tensions relativement élevées pour pro-
grammer et effacer des éléments de mémoire non volatile, et on a développé des systèmes de mémoire en circuit
intégré dans lesquels les tensions élevées de program-
mation et d'effacement sont produites sur la même puce de
circuit que la mémoire, comme il est décrit dans les bre-
vets US 4 263 664 et 4 326 134.
Dans la conception de circuits tels que des mémoires EEPROM qui fonctionnent avec une alimentation externe à tension relativement basse (par exemple
5 volts), mais qui génèrent des tensions internes relati-
vement élevées pour des fonctions accomplies sur la puce de circuit, comme la programmation et l'effacement de cellules de mémoire non volatile, il serait utile de
disposer de systèmes de commande de la vitesse de varia-
tion en rampe de la haute tension, ayant une faible
consommation d'énergie et des caractéristiques de varia-
tion en rampe qu'on puisse commander aisément Du fait que les générateurs de haute tension incorporés sur une puce de circuit intégré ont des possibilités de courant de sortie très limitées (par exemple de façon caractéris- tique d'environ 10 1 A), il est souhaitable qu'un circuit de commande de vitesse de variation en rampe n'absorbe pas de courant, sauf lorsqu'on désire accomplir la commande de la vitesse de variation en rampe Dans le cas
de circuits intégrés utilisant des générateurs de polari-
sation de substrat incorporés sur la puce de circuit, il
est également souhaitable de disposer de circuits inté-
grés et de procédés qui ne transmettent pas au substrat semiconducteur un courant notable constituant une charge supplémentaire pour le générateur de polarisation de substrat. Dans la conception de circuits de mémoire EEPROM et de circuits similaires alimentés uniquement par une tension de 5 volts et utilisant des techniques de stockage de charge de type permanent ou semi-permanent, il est souhaitable de commander la vitesse de variation en rampe de hautes tensions internes pour-lui donner des
valeurs particulières qui conviennent le mieux au fonc-
tionnement de la cellule de mémoire ou d'autres éléments de stockage de charge, comme par exemple des vitesses de variation en rampe caractérisées par une augmentation de potentiel dans la plage de 10-50 V/ms Cependant, de telles constantes de temps se mesurant en millisecondes sont considérablement (par exemple un millier de fois)
plus longues que les constantes de temps internes "natu-
relles" des circuits intégrés actuels, et on rencontre des difficultés pour réaliser une telle commande de rampe sans recourir à des résistances et/ou des condensateurs externes De plus, du fait que la vitesse de variation en rampe du signal de sortie d'un générateur de haute
tension intégré est une fonction directe de ses possibi-
lités de courant de sortie, et une fonction inverse de la charge du générateur, si la charge varie, comme elle peut
le faire dans des dispositifs de mémoire en circuit inté-
gré, une telle variation de la charge affecte la vitesse de variation en rampe si le courant de sortie n'est pas
changé d'une manière compensatoire.
Un but de l'invention est donc de procurer des procédés et des dispositifs utilisables dans des circuits intégrés pour commander la vitesse de variation en rampe de générateurs de haute tension incorporée sur la puce de
circuit Un but supplémentaire est de procurer des systè-
mes générateurs de haute tension en circuit intégré dans lesquels la vitesse de variation en rampe du générateur
soit commandée.
L'invention vise encore un procédé de commande de la vitesse de variation de rampe d'un générateur à haute tension ainsi qu'un appareil dans lequel une telle
commande est assurée indépendamment d'une charge capaci-
tive largement variable sur le générateur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de
la description qui va suivre d'un mode de réalisation et
en se référant aux dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisa-
tion d'un circuit de commande de rampe intégré conforme à l'invention;
la figure 2 est une vue de dessus d'une implan-
tation de circuit intégré pour le circuit de commande de rampe de haute tension de la figure 1; et
la figure 3 est un schéma d'un circuit de pom-
page de charge de haute tension, en circuit intégré, d'un
type convenant à l'utilisation avec le circuit de comman-
de de vitesse de variation en rampe de la figure 1.
De façon générale, l'invention procure des pro-
cédés et des dispositifs en circuit integré destinés à commander la vitesse de variation en rampe d'une source de courant de haute tension en circuit intégré, telle qu'un générateur de haute tension en circuit intégré, de façon que la vitesse d'augmentation du potentiel de la source de haute tension ne dépasse pas une valeur prédé- terminée L'invention prqcure également des systèmes d'alimentation de haute tension en circuit intégré qui
utilisent ces procédés et dispositifs.
Divers aspects "dispositif" préférés de l'invention procurent un circuit de commande de vitesse
de variation en rampe d'une haute tension, de type inté-
gré, dans lequel la conductivité d'un transistor de limi-
tation ou maintien effectuant une régulation de courant est réglée au moyen d'une réaction commandée par couplage capacitif avec la source de haute tension à laquelle on
doit donner une vitesse de variation en rampe régulée.
Un tel circuit de commande de vitesse de varia-
tion en rampe intégré peut comprendre des moyens d'entrée de potentiel élevé, destinés à établir une connexion électrique relative à sa vitesse de variation en rampe, des moyens de mise à la masse destinés à établir une
connexion électrique avec un élément d'absorption de cou-
rant au potentiel de référence, et des moyens de commande de courant de limitation de la vitesse de variation en rampe, qui réagissent à un potentiel de commande de la vitesse de variation en rampe en régulant la circulation du courant entre les moyens d'entrée de potentiel élevé et les moyens de mise à la masse, pour commander la vitesse d'augmentation du potentiel, des moyens d'entrée de potentiel élevé et ainsi l'alimentation à potentiel élevé Les moyens de commande de courant de limitation de la vitesse de variation en rampe peuvent avantageusement
comprendre un ou plusieurs transistors MOS (métal-oxyde-
semiconducteur) dont la conductivité est régulée par un potentiel de commande appliqué à la grille de chacun d'eux L'alimentation soumise à une telle commande de vitesse de variation en rampe sera avantageusement un générateur de haute tension en circuit intégré, destiné à produire une haute tension de jusqu'à environ 50 volts avec des possibilités de courant de sortie limitées, dans
la plage d'environ 0,1 à 100 i A, et de façon plus carac-
téristique dans la plage d'environ 1 à environ 15 il A Les
moyens à transistor pour la commande du courant de limi-
tation de la vitesse de variation en rampe doivent avoir de préférence une plage de conductivité pouvant être
commandée qui s'étend d'une conductivité empêchant prati-
quement complètement la circulation du courant vers l'élément d'absorption de courant de référence de masse (c'est-à-dire moins de 5 % et de préférence moins de 1 %
du courant de sortie qu'est capable de fournir le généra-
teur), jusqu'à une conductivité qui convient pour condui-
re vers l'élément d'absorption de courant de référence de masse toute valeur excédentaire du courant de sortie limité du générateur de haute tension, dépassant le rapport désiré entre le courant de sortie du générateur et la charge du générateur, à l'exclusion des courants de commande de la vitesse de variation en rampe La capacité
d'absorption de courant peut avantageusement aller d'en-
viron 1 n A dans-un état bloqué, à environ 20 1 A dans un
état opérationnel correspondant à un courant saturé.
Le circuit intégré peut en outre comprendre des moyens destinés à appliquer un potentiel de commande de vitesse de variation en rampe aux moyens de commande de courant de limitation, comprenant un noeud de potentiel de commande couplé à la grille du transistor de commande de vitesse de variation de rampe et comprenant un moyen de duplex capacitif pour établir un couplage capacitif entre noeud de potentiel de commande et les moyens d'entrée de potentiel élevé, de façon que le noeud de commande soit chargé en fonction de la vitesse de charge du potentiel des moyens d'entrée de potentiel élevé Le circuit peut en outre comprendre des moyens de décharge du noeud de commande destinés à commander la circulation du courant entre le noeud de potentiel de commande et une source de potentiel de référence En utilisant les moyens de décharge du noeud de commande, on peut faire en sorte que le potentiel du noeud de commande soit fonction de la vitesse de charge établie par les moyens à condensateur, diminuée de la vitesse de décharge établie par les moyens de décharge du noeud de commande Les moyens de couplage capacitif consisteront avantageusement en un condensateur
en circuit intégré ayant une capacité dans la plage d'en-
viron 0,02 à environ 5 p F, qui sera déterminée en partie,
comme on l'envisagera ultérieurement de façon plus com-
plexe, par la vitesse de variation en rampe maximale désirée pour le circuit Une armature de ce condensateur
est connectée électriquement aux moyens d'entrée de po-
tentiel élevé, et son autre armature est connectée élec-
triquement à la grille du transistor MOS de régulation du courant de limitation par ledit noeud de potentiel de commande. Les moyens de décharge du noeud de commande destinés à commander la circulation du courant entre le noeud de potentiel de commande et une source de potentiel de référence constituent une caractéristique importante
de divers aspects "dispositif" de l'invention, par la-
quelle on peut sélectionner la vitesse de variation en
rampe (en combinaison avec la capacité des moyens à con-
densateur) Les moyens de décharge du noeud de commande
peuvent avantageusement comprendre un ou plusieurs tran-
sistors MOS par lesquels un potentiel transmis par cou-
plage capacitif et développé sur le noeud de commande en fonction de la vitesse d'augmentation du potentiel sur
les moyens d'entrée de potentiel élevé, peut être déchar-
gé de façon commandée De cette manière, le potentiel du noeud de commande est dérivé de l'effet net de la charge produite par les moyens à condensateur et de la décharge produite par les moyens de commande de décharge du noeud de commande Les moyens de commande de décharge du noeud de commande comprendront avantageusement des moyens destinés à décharger le noeud de commande à une vitesse
de décharge prédéterminée, correspondant de façon généra-
le à la vitesse de charge capacitive du noeud de commande lorsque le potentiel des moyens d'entrée s'élève à la vitesse de variation en rampe désirée De cette manière, le noeud de commande peut être déchargé à une vitesse qui commande la vitesse maximale de variation en rampe du
potentiel aux moyens d'entrée de potentiel élevé.
Les procédés et appareils selon l'invention
sont particulièrement utiles dans une combinaison en cir-
cuit intégré comportant des générateurs de haute tension
qui, lorsqu'ils sont mis en fonction, génèrent un poten-
tiel croissant, relativement élevé, ayant une valeur de crête d'environ 50 volts, et des possibilités de courant de sortie limitées, dans la plage d'environ 0,1 à environ p A. Comme indiqué, divers aspects "système" de l'invention peuvent procurer des systèmes d'alimentation de haute tension utilisant un tel circuit de commande de
vitesse de variation en rampe, de type intégré, compre-
nant en outre un générateur destiné à produire un signal de haute tension ayant un potentiel maximal d'au moins volts et compris de préférence dans la plage allant d'environ 15 à environ 40 volts, des moyens destinés à
établir un couplage capacitif entre le potentiel de sor-
tie du générateur et un noeud de commande, de façon que le potentiel du noeud de commande augmente sous l'effet d'un potentiel croissant de la sortie du générateur, des moyens destinés à réguler la conduction du courant de sortie du générateur, vers un élément d'absorption de courant, sous la dépendance du potentiel du noeud de commande, et des moyens destinés à réguler la conduction du courant entre le noeud de commande et un élément d'absorption de courant au potentiel de référence, pour commander ainsi la vitesse de variation en rampe du géné- rateur.
Des aspects supplémentaires de l'invention pro-
curent des procédés destinés à la commande de la vitesse de variation en rampe d'une source de signal de haute tension dans un circuit intégré, de façon que cette vitesse ne s'élève pas usqu'à une valeur dépassant une
vitesse de variation en rampe prédéterminée ni ne descen-
de en dessous d'une valeur donnée de ladite vitesse.
Selon divers aspects de tels procédés, un potentiel d'une source de signal dé haute tension, tel que celui que g<énère un générateur de haute tension en circuit intégré,
est transmis par couplage capacitif vers un noeud de com-
mande de courant de limitation de rampe, de façon que la
vitesse de charge du noeud de commande (et donc son po-
tentiel) soit fonction de la vitesse de variation du
potentiel de la source de signal Les procédés compren-
nent en outre la décharge du noeud de commande à une vitesse qui est fonction de la vitesse de variation en rampe désirée pour la source de signal de haute tension, de façon que la vitesse de variation du potentiel du noeud de commande soit proportionnelle à la résultante de ses courants de charge et de décharge A cet égard, si la
vitesse de charge est supérieure à la vitesse de déchar-
ge, le potentiel du noeud de commande augmente; si la vitesse de charge est égale à la vitesse de décharge, le
potentiel du noeud de commande demeure pratiquement cons-
tant; et si la vitesse de décharge dépasse la vitesse de charge, le potentiel du noeud de commande diminue Le procédé comprend en outre la régulation de la conduction du courant entre la source de signal de haute tension et un élément d'absorption de courant, selon une fonction prédéterminée de la différence de potentiel entre le noeud de commande et un potentiel de référence, tel que le potentiel de l'élément d'absorption de courant, qui peut être avantageusement le potentiel de la masse Du
fait que ce courant limite la vitesse de montée du poten-
tiel de la source de signal, qui affecte à son tour la vitesse de charge capacitive du noeud de commande, un
mécanisme de réaction négative est établi de façon à res-
treindre la vitesse de variation en rampe de la source de signal de haute tension à une vitesse commandée par la vitesse de décharge du noeud de commande En régulant ainsi la conduction du courant du noeud de commande en
couplage capacitif, vers un élément d'absorption de cou-
rant au potentiel de référence, on peut commander la vitesse d'augmentation du signal de haute tension de façon qu'elle ne dépasse pas une valeur présélectionnée
qui dépend du couplage capacitif et du courant qui circu-
le à partir du noeud de commande.
Il est prévu en outre selon l'invention un pro-
cédé de génération de haute tension en circuit intégré qui comprend les opérations consistant à déclencher la génération d'un signal de haute tension, pour fournir un signal de sortie de potentiel croissant, à charger un
noeud de commande de façon capacitive en fonction du si-
gnal de sortie, à décharger le noeud de commande d'une manière régulée de façon que sa vitesse de décharge soit fonction de la vitesse de variation en rampe désirée, et
à conduire le signal de sortie vers un élément d'absorp-
tion de courant correspondant à la masse, en fonction du potentiel du noeud de commande, de façon que le potentiel
du signal de sortie ne s'élève pas à une vitesse qui dé-
passe notablement la vitesse de variation en rampe dési-
rée Le courant de décharge du noeud de commande, qui régule le potentiel du noeud de commande, en association avec la vitesse de charge, peut être régulé à son tour au
moyen d'un circuit de reproduction proportionnée de cou-
rant, ou circuit miroir de courant, dans lequel le cou-
rant de décharge du noeud de commande est un courant de polarisation proportionnel à un courant de commande de
polarisation plus élevé.
Divers aspects de l'invention peuvent procurer des générateurs de haute tension en circuit intégré ayant une vitesse de variation en rampe régulée dans la plage d'environ 30 volts par 0,1 ms à environ 30 volts par ms et de préférence dans la plage d'environ 30 V/ms à
environ 30 volts par 3 ms pour des applications concer-
nant les mémoires EEPROM actuelles.
Après avoir décrit de façon générale divers aspects "procédé" et "dispositif" de l'invention, on va maintenant décrire plus spécialement des caractéristiques particulières de l'invention, en considérant les modes de
réalisation spécifiques qui sont représentés sur les fi-
gures 1 à 3 des dessins.
La figure 1 montre un mode de réalisation 10 d'un circuit de commande de vitesse de variation en rampe pour une haute tension, de type intégré, qui est prévu pour commander la vitesse de croissance du potentiel d'un noeud d'entrée de haute tension Vo, pour lui donner une valeur déterminée par le circuit 10 Comme le montre la figure 3, le noeud Vo du circuit de commande de rampe 10 peut être connecté à la ligne de sortie d'un générateur de haute tension 30 qui, lorsqu'il est mis en fonction, produit un potentiel de sortie croissant Ce potentiel de sortie croissant augmenterait à une vitesse déterminée par les possibilités de courant de sortie du circuit de
pompage de charge 31 et de la charge 32 appliquée au gé-
nérateur 30 Pour des applications telles que la program-
mation de cellules de mémoire non volatile, il est sou-
haitable que le signal de sortie du générateur de haute il
tension augmente à une vitesse optimale pour le fonction-
nement de la cellule, cette vitesse dépendant du type des cellules de mémoire et, dans une certaine mesure, du
degré d'utilisation des cellules Cette vitesse peut ce-
pendant être comprise de façon caractéristique dans la
plage allant d'environ 30 k V/s à environ 10 k V/s On no-
tera que l'impédance de la charge 32 appliquée au généra-
teur 30 (qui peut être essentiellement une charge capaci-
tive), peut varier, en fonction des conditions de fonc-
tionnement, mais qu'on désire néanmoins donner une vites-
se de variation en rampe régulée au signal de sortie de
haute tension HVC.
On effectue selon la figure 1 la commande de la vitesse de variation en rampe en régulant la conduction du courant de limitation du noeud Vo vers le potentiel de
la masse, au moyen d'un transistor MOS Tl, dont le poten-
tiel de grille résulte d'un couplage capacitif avec le
noeud de haute tension Vo, par l'intermédiaire du conden-
sateur C, et est régulé par un transistor T 2 qui; de fa-
çon similaire, fait circuler un courant vers un noeud de potentiel de référence Vs du circuit Le potentiel de
référence Vs peut être un potentiel fixe tel que le po-
tentiel de la masse, ou un potentiel de polarisation de
substrat, ayant par exemple une valeur de -2 à -4 volts.
Dans le cas de la commande de la vitesse de variation en rampe d'un signal de haute tension ayant un potentiel croissant, ce potentiel de polarisation un potentiel relativement bas par rapport à la plage de potentiel du
signal de sortie de haute tension HVC.
La régulation du potentiel de grille (sur le noeud Vl du dispositif 10) du transistor Tl de commande
de vitesse de variation en rampe, qui est du type A enri-
chissement, est commandée par un potentiel de régulation approprié qui est appliqué à la grille du transistor de régulation T 2, au noeud VR L'élément d'absorption de courant, correspondant à la masse, pour le transistor T 1
sera avantageusement une ligne de masse directement con-
nectée à une broche de masse du circuit integré, de façon
à éviter que le générateur de potentiel de la polarisa-
tion du substrat ne soit chargé par le courant de limi-
tation de vitesse de variation en rampe Lorsqu'un poten-
tiel croissant est appliqué au-noeud d'entrée de haute tension Vo, ceci entraîne une charge capacitive, et donc une augmentation de potentiel, du noeud de commande V 1, du fait que le noeud Vi est en couplage capacitifavec le noeud Vo, par le condensateur C Si le potentiel du noeud Vi s'élève au-dessus du seuil de conduction du transistor de type à enrichissement T 1, un courant de limitation io circulera dans le transistor Tl, vers la masse, limitant ainsi toute augmentation supplémentaire du potentiel du
noeud Vo et du générateuir 30 qui lui est connecté Cepen-
dant, dans le mode de réalisation 10 représenté,' ie noeud VI est déchargé par un courant de décharge il qui est ommandé proportionnellement à un courant de polarisation i 2 qui circule vers le potentiel de référence Vs à partir de l'alimentation régulée à 5 volts de la puce, en passant par un transistor à appauvrissement T 4 et un
transistor a enrichissement T 3 Les transistors à enri-
chissement T 2 et T 3 ont un même potentiel de grille Vr et des seuils de conduction appariés, ce qui fait que les transistors T 2, T 3 et T 4 forment un circuit répéteur de courant dans lequel le courant il est proportionnel aux courants i 2 et i 3 qui circulent dans les transistors T 4 et T 3 Le courant il sera avantageusement inférieur à environ 5 %, et de préférence inférieur à environ 3 % du
courant i 3.
La figure 2 montre une vue de dessus, séparée des autres composants de la puce de circuit integré, d'une implantation de circuit intégré pour le circuit de commande de vitesse de variation en rampe d'une haute
tension, 10, représenté schématiquement sur la figure 1.
Sur la figure 2, les diverses couches du dispositif sont vues par transparence, en superposition Les composants
du dispositif, comme d'autres composants en circuit inté-
gré du système d'alimentation à vitesse de variation en rampe commandée, 30, de la figure 3, et un système en circuit intégré global qui utilise le signal de sortie de l'alimentation, peuvent être fabriqués sur un substrat en silicium monocristallin 12, de type P, conformément aux techniques de fabrication connues du type MOS à canal N,
et ces composants sont prévus pour utiliser une alimenta-
tion externe de 5 volts.
Dans le dispositif 10 représenté, des zones N+ dans le substrat de type P 12 forment des régions source/ drain 14, 15 Une région interposée recouverte par une couche mince d'oxyde diélectrique forme le transistor de
régulation de haute tension Tl, du type à enrichissement.
De façon similaire, une zone N+ recouverte d'oxyde forme une région source/drain 18 dans le substrat 12 de type p
et, en association avec la zone N+ 19 et la partie inter-
médiaire-du substrat de type p, à couche mince d'oxyde
forme un transistor T 2 du type MOS à enrichissement.
Une région implantée N+; 20, forme une arma-
ture du condensateur C, et le drain 14 et la zone 20 d'armature de condensateur sont connectés électriquement à travers la couche d'oxyde diélectrique qui les recouvre à une ligne de métal (par exemple de l'aluminium) 22,
située au-dessus, qui forme aussi le noeud de haute ten-
sion Vo Ce dernier est lui-même connecté de façon à recevoir le signal d'alimentation de haute tension HVC
provenant du générateur 30, dont le circuit 10 doit com-
mander le signal de sortie L'autre armature du condensa-
teur C est formée par une électrode 24 en silicium poly-
cristallin isolée de façon diélectrique, qui recouvre la
zone 20 de type n.
Un prolongement de l'électrode en silicium polycristallin 24 recouvre la zone d'enrichissement entre
drain et source 14, 15, pour former la grille du transis-
tor Tl Comme le montre la figure 2, l'électrode en sili-
cium polycristallin 24 du condensateur C est connectée
électriquement à travers l'oxyde diélectrique intermé-
diaire à une électrode 26 en un métal approprié (par exemple de l'aluminium), qui est elle-même connectée à la zone au drain 18 du transistor T 2 On peut voir ainsi que dans cette forme de réalisation le noeud VI est formé par l'électrode 24 et son raccordement à la fois à la grille du transistor Tl et à la région 18 du transistor T 2 La grille du transistor T 2 peut être formée par la région 28
isolée de façon diélectrique, qui est maintenue au poten-
tiel de commande de rampe VR La source 15 du transistor Tl, forme une connexion électrique respective appropriée avec l'électrode de borne de potentiel de masse, 16, en métal ou en silicium polycristallin, à travers l'oxyde diélectrique de revêtement La source 19 du transistor T 2 établit une liaison appropriée au potentiel de référence
Vs de façon similaire.
Le transistor de courant de polarisation T 4 représenté, du type à apprauvrissement, est formé par des
zones source/drain N+ 21, 23 et par une zone N intermé-
diaire 25 L'électrode de grille 28 b de ce transistor, recouvrant les zones précitées, de même que la région N+ 23 est connectée à l'électrode 28 a isolée de façon
diélectrique De façon similaire, le transistor à enri-
chissement T 3 du circuit régulateur de courant de polari-
sation est formé par des zones source/drain N+ 27, 29, et ce transistorcomporte également une grille 29 c isolée électriquement et connectée à l'électrode 28 a La région de drain 21 du transistor T 4 est connectée de façon appropriée à une alimentation à 5 volts La région de
drain 27 du transistor T 3 est aussi couplée à l'élec-
trode 28 a La source 29 du transistor T 3 est connectée à
la référence de tension Vs.
Dans le mode de réalisation 10 représenté, les transistors Tl, T 2 et T 3 sont de préférence des transis-
tors MOS à enrichissement-et à canal N, ayant un poten-
tiel de seuil Vt d'environ 1 volt (par exemple 0,8 volt),
et le transistor T 4 est un transistor à apprauvrissement.
Des tailles caractéristiques des transistors représentés correspondent à un rapport Z/L (largeur sur longueur) de microns/10 microns La capacité du condensateur C peut varier largement, de façon caractéristique de 0,01 p F à p F ou plus, en fonction du couplage capacitif désiré. Le transistor à apprauvrissement T 4 fournissant le courant de polarisation peut avoir un rapport Z/L de 6 microns/200 microns, par exemple, pour donner un canal d'apprauvrissement relativement long et un courant I 2
dans ce canal relativement limité de façon correspondan-
te, d'une valeur d'environ 2 p A, qui est nécessairement conduit vers le potentiel de référence Vs sous la forme du courant I 3 traversant le transistor à enrichissement T 3 Le transistor à enrichissement T 3 a un rapport Z/L relativement grand, de 200 micrcons/10 microns, comparé au
rapport Z/L du transistor T 2, ce qui fait que la conduc-
tivité du transistor T 3 est approximativement 20 fois supérieure à celle du transistor T 2 Les transistors à enrichissement T 2 et T 3 représentés ont des valeurs de seuil Vt pratiquement appariées (par exemple avec une tolérance de plus ou moins 20 m V), ce qui fait que les
courants qui circulent dans ces transistors pour un po-
tentiel de grille VR donné, établi par la paire de tran-
sistors T 3-T 4, sont approximativement proportionnels à
leur rapport de conductivité dans les conditions de fonc-
tionnement.
Conformément à l'invention, on peut faire va-
* rier la limite de vitesse de variation-en rampe en fonc-
tion d'autres paramètres de fonctionnement du circuit et/ou d'autres paramètres temporels Par exemple, on peut régler la vitesse de variation en rampe à une valeur pré- déterminée qu'on peut elle-même faire varier Il est cependant généralement souhaitable de fixer la vitesse de variation en rampe à une valeur relativement constante
donnant une variation linéaire.
Apres avoir décrit de façon générale le dispo-
sitif 10 des figures 1 et 2, on va maintenant décrire son fonctionnement de façon plus détaillée en considérant le système générateur de haucte tension représenté sur la figure 3, qui comprend un circuit de commande de vitesse de variation en rampe tel que celui représenté sur les
figures 1 et 2.
Dans le système générateur de haute tension 30
de la figure 3, un circuit de pompage de charge 31 pro-
duit un signal de sortie à tension élevée et à courant faible, HVC, qui est destiné par exemple à être utilisé
pour l'écriture et l'effacement dans des éléments de mé-
moire non volatile d'un réseau de mémroire.
Le circuit de pompage de charge 31 peut être attaqué par des signaux d'horloge à deux phases ne se chevauchant pas 01 t, e 2 qui peuvent être fournis par n'importe quel générateur d'horloge à deux phases de type approprié, comme celui décrit dans le brevet US 4 263 664
et dans la demande de brevet US 71 498 précitée Les si-
gnaux d'horloge peuvent être fournis avec une amplitude
variable entre O et 5 volts crête à crête, à une fréquen-
ce de plusieurs mégahertz Les transistors représentés
sont des transistors du type à enrichissement Le fonc-
tionnement du circuit de pompage de charge 31, contenant
par exemple 20 éléments, peut donner un potentiel de sor-
tie allant jusqu'à environ 50 volts, avec une capacité de courant de crête caractéristique dans la plage de 1 p A à environ 10 1 A Lorsqu'on fait démarrer le générateur en lui appliquant le signal d'horloge, il produit sur le
noeud de sortie HVC un signal de sortie croissant régu-
lièrement qui, en l'absence du circuit de commande 10, croit à une vitesse déterminée par la capacité de pompage
de charge et par la charge de sortie 32 qui, dans un dis-
positif EEPROM, est une charge capacitive dans une large mesure Cependant, dans le système 30, cette vitesse de
variation en rampe est commandée de façon à ne pas dépas-
ser une valeur désirée Dans le mode de réalisation re-
présenté, il est souhaitable que le signal de sortie
croisse à une vitesse nominale de 10-40 V/ms, mais d'au-
tres vitesses de variation en rampe peuvent être souhai-
tables pour des applications différentes On notera cependant qu'on peut aisément donner une taille et une vitesse de variation en rampe supérieures ou inférieures à de tels circuits de pompage de charge et circuits de commande de rampe en circuit intégré On notera en outre qu'on peut facilement produire des tensions relativement
élevées (par exemple de 25 à 50 volts) à partir de si-
gnaux d'horloge de tension relativement faible (par exem-
ple 5 volts ou moins).
En considérant la figuré 1, on peut voir que le
transistor Tl de commande de pente de rampe a une conduc-
tivité qui est modulée par un circuit de réaction o la
tension de rampe est appliquée en retour par le conden-
sateur C à la grille du transistor Tl On notera aussi qu'en l'absence de toute conduction dans le transistor T 2, lorsque le circuit de pompage 31 du générateur élève le potentiel du noeud Vo, le condensateur C transfère la tension du noeud Vo sur le noeud Vo et ainsi sur la grille du transistor T 1 Si la grille du transistor Tl est ainsi élevée à un niveau de potentiel proche de son seuil Vt, ou légèrement supérieur, le transistor Tl
devient conducteur, ce qui fait que la totalité du cou-
rant que le générateur pourrait fournir serait transmise vers la masse par le transistor Tl, et le potentiel du
noeud Vo serait limité, sans autoriser aucune augmenta-
tion de potentiel. Le transistor T 2 a pour fonction de commander la vitesse de décharge du condensateur C par le courant Il, et ainsi d'établir un niveau de tension effectivement commandé au noeud Vl permettant ainsi la conduction du
transistor Tl et ceci dans une mesure commandée C'est-à-
dire que le courant Il permet le développement aux bornes du condensateur C d'une différence de potentiel fonction de la vitesse de variation désirée de la rampe Si Vo monte plus vite que la vitesse de variation désirée, Vl monte au-dessus du seuil de Tl étant donné que Il n'est pas suffisamment grand pour maintenir bas Vi Ceci fait que Tl devient conducteur et va faire passer un courant Io plus grand en provenance de la pompe de charge 31 de sorte que Vo va ralentir sa vitesse de croissance Si Vo monte plus lentement que la vitesse de variation désirée de la rampe, il aura une action dominante sur Vl faisant
tomber Vi au-dessous du seuil d'enclenchement de Tl pro-
voquant ainsi la coupure de Ti et supprimant tout courant de drain Io de la pompe de charge 31 Ceci permet à Vo de monter à une vitesse plus grande En d'autres termes, lorsque le générateur 31 commence à fonctionner et que le potentiel de noeud Vo augmente, un courant de déplacement Il = C d Vo/dt, o C est la capacité du condensateur C, se développe à travers le transistor T 2 La valeur de d Vo/dt est la vitesse de variation de rampe du noeud Vo Si la
tension de commande VR est proche de la plage de conduc-
tion avant-seuil du transistor T 2 par rapport au poten-
tiel de référence Vs, le courant de déplacement Il sera suffisamment petit pour permettre au noeud Vi de monter lentement au-dessus du seuil du transistor Tl A ce point le transistor Tl va conduire le courant du générateur dans une mesure suffisante pour ralentir la montée du potentiel de Vo de sorte que la vitesse de variation de rampe de Vo corresponde au taux désiré Etant donné que le générateur 31 a une capacité de courant de sortie re-
lativement faible, par exemple d'environ 10 micro-ampè-
res, la capacité de courant du transistor Tl est adéquate pour commander sa vitesse de variation de rampe -Il y a lieu de noter aussi que le courant maximal Io est proche de la limite de la capacité de sortie du générateur de
haute tension.
On détermine la vitesse de variation en rampe
en sélectionnant simplement la valeur de C et du poten-
tiel de commande de décharge VR, ce qui détermine Il Un avantage important de ce circuit consiste en ce que le noeud Vo et les générateurs associés peuvent avoir des charges de type capacitif variant dans une large mesure, tout en maintenant une vitesse de variation en rampe
fixe Bien entendu, si la charge est très grande, le cou-
rant Lo du circuit de commande de rampe passera à zéro et la rampe sera "lente", de la manière déterminée par la charge capacitive et par le courant de sortie maximal du
générateur branché en Vo -
La différence de potentiel de référence de grille pour le transistor de régulation de courant T 2 et le potentiel de référence Vs peuvent être dans la plage
de 0,2 à 1 volt dans le mode de réalisation 10 représen-
té, étant déterminée par un circuit de référence de cou-
rant de polarisation comprenant les transistors T 3 et T 4.
Selon le circuit de référence, VR et Vs peuvent être lé-
gèrement supérieurs au potentiel de masse, ou inférieurs
de quelques volts à -ce potentiel Le courant de déplace-
ment Il peut être fixé dans la plage de courant de 1 à n A, en fonction de la vitesse de variation en rampe désirée A noter que, puisque T 3 est disposé par rapport au potentiel de référence Vs, comme T 2, la différence de
potentiel par rapport à sa grille sera aussi dans la pla-
ge de 0,2 à 1,0 volt.
Le circuit de commande de vitesse de variation en rampe a les avantages très importants qui consistent en ce qu'il a une aire suffisamment faible pour pouvoir
être intégré dans un circuit intégré de type caractéris-
tique, tout en pouvant maîtriser des tensions relative-
ment élevées et commander des vitesses de variation de
rampe très faibles.
Dans le mode de réalisation représenté, il existe des moyens permettant d'absorber un courant Il
commandé avec précision, à partir de la grille du tran-
sistor Tl La valeur de ce courant correspond à C d Vo/d T, c'est-à-dire le produit de la valeur de la capacité du condensateur C par la vitesse de variation en rampe du noeud Vo Si le courant Tl est augmenté, la vitesse de variation en rampe d V/d T du noeud Vo peut passer à une valeur supérieure, et si le courant de décharge il est très faible, il impose au noeud Vo-d'avoir une vitesse de croissance en rampe très lente Comme indiqué ci-dessus,
avec Il accru, Vl est abaissé, ce qui coupe Tl Ceci per-
met une montée plus rapide de Vo Cependant, si Il dimi-
nue, Tl devient plus fortement conducteur Ceci permet de drainer plus de courant Io par Tl, ralentissant ainsi la
montée de Vo.
Le circuit 10 représenté procure donc un moyen pour décharger un transistor d'une manière commandée afin d'extraire un courant du noeud de potentiel élevé Vo,
avec la grille de ce transistor commandée par un conden-
sateur de réaction En outre, la décharge du condensateur C peut être régulée par un courant commandé très faible,
dans la plage de 1 à 100-n A Dans le circuit 10, le che-
min de courant de décharge à partir du condensateur C est constitué par un transistor MOS T 2, qui fait partie d'un circuit de commande de courant de polarisation comprenant un transistor à appauvrissement T 4 connecté à la tension d'alimentation positive et un transistor à enrichissement T 3 connecté au transistor T 4 et à la masse, ainsi que le transistor de décharge T 2 lui-même. Le circuit de commande de courant de décharge de polarisation est pratiquement indépendant de la valeur absolue du seuil du transistor de conduction de courant T 2 qui conduit le courant de décharge faible il Les transistors T 2 et T 3 sont du même type et ont des seuils pratiquement appariés (c'est-à-dire avec une tolérance de m V), comme indiqué précédemment, ce qui fait qu'ils réagissent de façon similaire au potentiel de commande VR.
Le transistor à appauvrissement T 4 est un élé-
ment de référence qui fournit un courant d'environ 2 p A, qui est absorbé par le transistor T 3, pour définir la référence de tension Vr, qui est dirigée vers la grille du transistor T 2 Le transistor T 2 a une conductivité qui est notablement inférieure à celle du transistor T 3, ce qui réduit considérablement le courant que conduit le transistor T 2, selon un rapport prédéterminé vis-à-vis du courant de référence dans le transistor T 4 Le courant il peut être par exemple inférieur de 60 fois ou plus au
courant dans le transistor T 4, de façon à générer un cou-
rant faible et reproductible cn, qui est indépendant de la valeur absolue de la combinaison des transistors T 2, T 3 Lorsque ce courant est appliqué à la combinaison du condensateur C et du transistor de limitation Tl pour établir un potentiel de commande pour le transistor Tl, il commande une vitesse de variation en rampe très faible
pour le noeud de haute tension Vo.
Le mode de réalisation représenté procure un circuit de commande de vitesse de variation en rampe relativement précis, qui ne varie pratiquement que sous l'effet d'une variation du courant dans le transistor T 4, qu'on peut maintenir par des techniques habituelles, dans une plage qui est par exemple de plus ou moins 30 % Si le générateur de courant a tendance à charger le noeud Vo et sa charge 32 à une vitesse très supérieure à la vites- se de variation en rampe désirée, la tension de la grille du transistor Tl augmente légèrement, ce qui fait que ce transistor absorbe davantage de courant pour compenser le courant de charge excédentaire, de façon à maintenir une vitesse de variation en rampe stable Cependant, si une charge relativement grande est appliquée au générateur, de façon externe au circuit de commande de vitesse de variation en rampe, cette charge ayant une valeur telle que le générateur ne peut pas l'alimenter avec la vitesse' de variation en rampe désirée, le courant io du circuit
de commande de vitesse de variation en rampe passe ins-
tantanément à une valeur pratiquement égale à zéro, pour permettre au générateur d'attaquer cette charge externe
au maximum de ses possibilités.
Du fait que les charges capacitives qui sont présentées à des générateurs de haute tension dans des circuits tels que des circuits EEPROM peuvent varier sur une plage très étendue, comme par exemple dans un rapport de 100, et du fait qu'il est souhaitable d'avoir la même vitesse de variation en rampe indépendamment de la valeur
élevée ou faible de la charge, les circuits et les procé-
dés conformes à l'invention sont d'une grande utilité
dans de tels circuits intégrés.
On voit donc que l'invention procure des systè-
mes de commande de vitesse de variation en rampe pour une
haute tension, en circuit intégré, qui sont particulière-
ment utiles dans la réalisation d'alimentations à haute tension intégrées sur une puce de circuit intégré, comme celles qu'on emploie dans des circuits EEPROM de type MOS à canal N, alimentés sous 5 volts seulement Cependant, bien qu'on ait décrit divers aspects de l'invention en
considérant spécialement un mode de réalisation particu-
lier en technologie MOS à canal N et son utilisation, il faut noter que diverses utilisations, modifications et adaptations supplémentaires, ressortant de la descrip-
tion, entrent dans le cadre de l'invention.
A cet égard, on notera par exemple qu'on peut mettre en oeuvre des dispositifs et procédés conformes à
l'invention avec diverses technologies de circuits inté-
grés, en plus de la technologie MOS à canal N, comme la technologie MOS à canal P (y compris la technologie CMOS/SOS), et on notera qu'on peut considérer les valeurs de potentiel comme la valeur absolue de la différence par rapport à un potentiel de référence qui est de façon
caractéristique le potentiel de lz masse.
Il va de soi que de nombreuses autres modifi-
cations peuvent être apportées aux dispositifs et procé-
dés décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (6)
1 Circuit intégré destiné à commander la vitesse de
variation en rampe d'un générateur de haute tension, caracté-
risé en ce qu'il comprend des moyens d'entrée de potentiel élevé (Vo) destinés à établir une connexion électrique avec un générateur de haute tension ( 31); des moyens de mise à la masse destinés à établir une connexion électrique avec
un élément d'absorption de courant à un potentiel de référen-
ce; un noeud de potentiel de commande; des moyens de comman-
de courant de vitesse de variation en rampe (Tl) qui réagis-
sent à un potentiel de commande audit noeud pour régler le courant qui circule entre les moyens d'entrée de potentiel élevé (Vo) et les moy ens de mise à la masse; des moyens de
couplage capacitif (C) destinés à établir un couplage capaci-
tif entre ledit noeud de potentiel de commande (VI) et les moyens d'entrée de potentiel élevé (Vo); et des moyens de
décharge du noeud de commande (T 2, T 3, T 4) destinés à comman-
der la circulation du courant entre le noeud de potentiel de
commande (VI) et un noeud de potentiel de référence (Vs).
2 Circuit intégré destiné à commander la vitesse de variation en rampe d'un générateur de haute tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de courant comprennent un ou plusieurs transistors MOS ( 1 l) dont la conductivité est régulée par le noeud de potentiel de commande (Vl) connecté à là grille de chacun de ces transistors-de façon à leur appliquer le potentiel de
commande de limitation.
3 Circuit intégré destiné à commander la vitesse de variation en rampe d'un générateur de haute tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de vitesse de variation en rampe comprennent un ou plusieurs
transistors MOS (Tl); en ce que les moyens de couplage -
capacitif comprennent un ou plusieurs condensateurs en circuit intégré (C) ayant une capacité dans la plage d'environ 0,02 à environ 10 p F; et en ce que les moyens de décharge du noeud de commande comprennent un ou plusieurs transistors MOS ( 12), ainsi que des moyens de commande de courant de polarisation (T 3, T 4) destinés à réquler la conduction des transistors de décharge (T 2) à une valeur de courant dans la plage d'environ 10 n A à environ 200 n A, pour donner une vitesse de variation en rampe régulée dans la plage
d'environ 5 à 50 m V/s.
4 Circuit intégré destiné à commander la vitesse de variation en rampe d'un générateur de haute tension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend-en
outre un générateur en circuit intégré ( 31) connecté élec-
triquement aux moyens d'entrée de potentiel élevé (Vo) pour générer une haute tension dans la plage d'environ 10 à environ 50 volts, avec des possibilités de courant de sortie limitées, dans la plage d'environ 0,1 à 100 p A. Circuit intégré destiné à commander la vitesse de variation en rampe d'un générateur de haute tension selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de
commande de courant de polarisation comprennent un transis-
tor MOS à appauvrissement (T 4) connecté à la tension
d'alimentation positive et un transistor MOS à enrichisse-
ment (T 3) ayant une valeur de seuil de conduction de grille pratiquement égale à la valeur de seuil de conduction de
grille du ou des transistors des moyens de, décharge (T 2).
6 Circuit intégré destiné à commander la vitesse de variation en rampe d'un générateur de haute tension selon la revendication 5, caractérisé en ce que le transistor à enrichissement (T 3) pour la commande du courant de
polarisation a une conductivité au moins vingt fois supé-
rieure à celle du transistor des moyens de décharge (T 2).
7 Alimentation à haute tension en circuit intégré
ayant une vitesse de variation en rampe régulée, caractéri-
sée en ce qu'elle comprend: un générateur en circuit intégré ( 31) destiné à produire un signal de haute tension (Vo) ayant un potentiel maximal d'au moins 10 volts et des possibilités de courant de sortie dans la plage d'environ 0,1 à environ 100 u A; un transistor MOS à enrichissement (Tl) destiné à commander la conduction du courant de sortie du générateur vers un élément d'absorption de courant à-un potentiel de référence, sous l'effet d'un potentiel
de noeud de commande (VI) appliqué à sa grille; un conden-
sateur en circuit intégré (C) destiné à établir un couplage capacitif entre le potentiel de sortie du générateur et le noeud de potentiel de commande (Vl); et des moyens de commande de décharge (T 2) destinés à décharger le noeud de potentiel de commande (V 1) avec un courant régulé proportion- nel à la vitesse de variation en rampe désirée pour le générateur. 8 Procédé de commande de la vitesse de variation en rampe d'une source de signal de haute tension ( 31,Vo) en circuit intégré, caractérisé en ce que: on établit un couplage capacitif entre le potentiel de la source de signal de haute tension et un noeud de commande de courant de limitation de rampe (Vl); on régule la conduction du courant de limitation entre la source de signal de haute tension ( 31,Vo) et un élément d'absorption de courant, sous la dépendance du potentiel du noeud de commande de courant de limitation de rampe (Vl); et on décharge le noeud de commande à une vitesse proportionnelle à la vitesse de
variation en rampe désirée.
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