FR2793341A1 - STATIC MEMORY WITH FOUR UNBALANCED TRANSISTORS AT THE LEVEL OF THEIR LEAKAGE CURRENT AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH A MEMORY - Google Patents

STATIC MEMORY WITH FOUR UNBALANCED TRANSISTORS AT THE LEVEL OF THEIR LEAKAGE CURRENT AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH A MEMORY Download PDF

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Abstract

On maintient la donnée binaire écrite dans la cellule-mémoire en appliquant un effet substrat sur chaque transistor de mémorisation (TM3, TM4) de façon à obtenir un courant de fuite de chaque transistor d'accès (TA1, TA2) au moins dix fois supérieur au courant de fuite de chaque transistor de mémorisation.The binary data written in the memory cell is maintained by applying a substrate effect to each storage transistor (TM3, TM4) so as to obtain a leakage current from each access transistor (TA1, TA2) at least ten times greater at the leakage current of each storage transistor.

Description

Mémoire statique à quatre transistors déséquilibrés au niveau de leurStatic memory with four transistors unbalanced in terms of their

courant de fuite et procédé de commande d'une telle mémoire L'invention concerne les cellules-mémoire statiques à accès aléatoires (ceUllules SRAM: "Static Random access memory", en langue anglaise), et notamment la commande de telles cellules dans leur état  Leakage current and method for controlling such a memory The invention relates to static random access memory cells (ceUllules SRAM: "Static Random access memory", in English), and in particular the control of such cells in their state

statique, c'est-à-dire leur état de rétention de la donnée mémorisée.  static, that is to say their state of retention of the memorized data.

L'invention concerne plus particulièrement de telles cellules- mémoire dans lesquelles les transistors d'accès sont également utilisés en tant que résistance dans l'état de rétention, ce qui évite l'utilisation de  The invention relates more particularly to such memory cells in which the access transistors are also used as a resistor in the retention state, which avoids the use of

composants rlsistifs additionnels.additional resistive components.

Une telle cellule est décrite dans l'article de NODA et autres, intitulé "a 1.9 gm2 Loadless CMOS four-transistor SRAM cell in a  Such a cell is described in the article by NODA et al., Entitled "a 1.9 gm2 Loadless CMOS four-transistor SRAM cell in a

0,18 gm logic technology", IEEE 1998.  0.18 gm logic technology ", IEEE 1998.

Afinl d'assurer une rétention correcte de la donnée mémorisée dans une telle cellule, les auteurs de cet article préconisent que le courant de fuite des Transistors de mémorisation soit nettement inférieur au courant de fuite des transistors d'accès, typiquement dans un rapport de  In order to ensure correct retention of the data stored in such a cell, the authors of this article recommend that the leakage current of the storage transistors be significantly lower than the leakage current of the access transistors, typically in a ratio of

l'ordre de 100.around 100.

Un tel rapport est obtenu en modifiant de façon technologique les caractéristiques des transistors de mémorisation par rapport aux transistors classiquement utilisés dans la même technologie et au sein  Such a relationship is obtained by technologically modifying the characteristics of the storage transistors compared to the transistors conventionally used in the same technology and within

d'autres composants.other components.

Plus précisément, les transistors de mémorisation de la cellule ont, lorsqu'il s'agit de transistors NMOS (transistor à effet de champ à grille isolée à_ canal N), une tension de seuil VT plus élevée qui est par exemple obtemue par un procédé bien connu de l'homme du métier, dit "procédé double VT". Ce procédé, qui se caractérise par des implantations spécifiques, nécessite l'utilisation des masques supplémentaires afin de ne pas perturber la fabrication simultanée des autres transistors NMOS  More specifically, the cell storage transistors have, when they are NMOS transistors (N-channel insulated gate field effect transistor), a higher threshold voltage VT which is for example obtained by a method well known to those skilled in the art, known as the "double VT process". This process, which is characterized by specific implantations, requires the use of additional masks in order not to disturb the simultaneous manufacture of the other NMOS transistors

présents sur le circuit intégré qui incorpore les cellules du planmémoire.  present on the integrated circuit which incorporates the cells of the memory plane.

Les transistors d'accès, quant à eux, ne subissent pas de modification par rapport à des transistors classiques dans la même technologie, et sont notamment identiques à d'autres transistors PMOS  Access transistors, on the other hand, do not undergo any modification compared to conventional transistors in the same technology, and are in particular identical to other PMOS transistors.

fabriqués sur le même circuit intégré.  manufactured on the same integrated circuit.

L'invention vise à remédier à cet inconvénient technologique et propose une solution radicalement différente pour obtenir une rétention acceptable dela donnée mémorisée dans une cellule-mémoire statique à  The invention aims to remedy this technological drawback and proposes a radically different solution to obtain acceptable retention of the data stored in a static memory cell at

quatre transistors.four transistors.

L'invention propose donc un procédé de commande d'une cellule-mémoire statique à quatre transistors possédant un état statique dans lequel on maintient la donnée binaire écrite dans la cellule-mémoire en faisant circuler dans chaque transistor d'accès un courant de fuite  The invention therefore provides a method for controlling a static memory cell with four transistors having a static state in which the binary data written in the memory cell is maintained by causing a leakage current to flow in each access transistor.

supérieur au courant de fuite de chaque transistor de mémorisation.  greater than the leakage current of each storage transistor.

Selon une caractéristique générale de l'invention, on maintient la donnée binaire écrite en appliquant un effet substrat sur chaque transistor de mémorisation de façon à obtenir un courant de fuite de chaque transistor d'accès au moins dix fois supérieur au courant de fuite de  According to a general characteristic of the invention, the binary data written is maintained by applying a substrate effect to each storage transistor so as to obtain a leakage current from each access transistor at least ten times greater than the leakage current from

chaque transistor de mémorisation.each storage transistor.

Il a tout d'abord été observé qu'un rapport dix entre le courant de fuite circulant dans chaque transistor d'accès et le courant de fuite de chaque transistor de mémorisation, constituait dans l'état statique de la mémoire, unecondition minimale acceptable pour obtenir une rétention  It was first observed that a ratio of ten between the leakage current flowing in each access transistor and the leakage current of each storage transistor, constituted in the static state of the memory, a minimum acceptable condition for get retention

correcte de la donnée écrite.correct written data.

Par ailleurs, dans l'art antérieur, on obtenait ce rapport en diminuant les courants de fuite des transistors de mémorisation par une action du type technologique, c'est-à-dire par une modification des  Furthermore, in the prior art, this ratio was obtained by reducing the leakage currents of the storage transistors by an action of the technological type, that is to say by a modification of the

caractéristiques technologiques des transistors de mémorisation.  technological characteristics of the storage transistors.

L'invention obtient ce rapport en diminuant également les courants de fuite des transistors de mémorisation mais non pas par une action du type technologique, mais par une application d'un effet substrat sur chaque transistor de rmémorisation, c'est-à-dire par une application de tensions de polarisation prédéterminées différentes sur le substrat et la source de ces transistors. Ainsi, selon l'invention, les transistors de mémorisation restent des transistors analogues à d'autres transistors de la même technologie utilisables dans d'autres composants intégrés au sein du  The invention obtains this ratio by also reducing the leakage currents of the storage transistors, but not by an action of the technological type, but by an application of a substrate effect on each storage transistor, that is to say by applying different predetermined bias voltages to the substrate and the source of these transistors. Thus, according to the invention, the storage transistors remain transistors analogous to other transistors of the same technology usable in other components integrated within the

circuit intégré qui contient les cellules du plan mémoire.  integrated circuit which contains the cells of the memory plane.

En d'autres termes, l'invention ne nécessite pas ici de  In other words, the invention does not require here

modification du procédé de fabrication des transistors d'une telle cellule-  modification of the manufacturing process of transistors of such a cell-

mémoire statique, par rapport au procédé de fabrication classique des  static memory, compared to the conventional manufacturing process of

transistors CMOS.CMOS transistors.

Dans une première variante de l'invention, appliquable à une cellulemémoire dont les transistors de mémorisation sont les transistors à canal N, on polarise le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tenSion de substrat prédéterminée inférieure à la tension de  In a first variant of the invention, applicable to a memory cell in which the storage transistors are the N-channel transistors, the substrate of each storage transistor is polarized with a predetermined substrate voltage lower than the voltage of

source du transistor de mémorisation.  source of the storage transistor.

Seloni la réalisation technologique utilisée (simple ou triple caisson; "single-well" ou "triple-well" en langue anglaise), on relie le substrat de chaque transistor de mémorisation à la masse et on applique une tension pasitive sur la source du transistor (simple caisson) ou bien on relie la source de chaque transistor de mémorisation à la masse et on  Depending on the technological implementation used (single or triple well; "single-well" or "triple-well" in English), the substrate of each storage transistor is connected to ground and a pasitive voltage is applied to the source of the transistor (simple box) or we connect the source of each storage transistor to ground and we

applique une tension de substrat négative (triple caisson).  applies a negative substrate voltage (triple box).

Dans une variante de l'invention, applicable à une cellule-  In a variant of the invention, applicable to a cell-

mémoire dont les transistors de mémorisation sont des transistors à canal P, on polarise le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prédéterminée supérieure à la tension de source du  memory whose storage transistors are P-channel transistors, the substrate of each storage transistor is biased with a predetermined substrate voltage greater than the source voltage of the

transistor de mémorisation.storage transistor.

Plus le rapport entre le courant de fuite d'un transistor d'accès et le courant de fuite d'un transistor de mémorisation est élevé, meilleure sera la capacité de rétention de la donnée binaire écrite. Ceci étant, plus ce rapport est élevé, plus la consommation de courant de la cellule dans l'état statique est importante. Aussi, a-t-il été jugé préférable de ne pas dépasser un rapport de 100 entre le courant de fuite d'un transistor d'accès et le  The higher the ratio between the leakage current of an access transistor and the leakage current of a storage transistor, the better the retention capacity of the written binary data. However, the higher this ratio, the greater the current consumption of the cell in the static state. Also, it was considered preferable not to exceed a ratio of 100 between the leakage current of an access transistor and the

courant de fuite d'un transistor de mémorisation.  leakage current of a storage transistor.

Par ailleurs, plus le rapport est élevé, plus la réduction de la dynamique entre un niveau logique haut et un niveau logique bas est importante, ce qui conduit à des cellules moins rapides en lecture et plus sensibles au bruit, voire un risque d'inversion de la donnée écrite, lors de  Furthermore, the higher the ratio, the greater the reduction in the dynamic range between a high logic level and a low logic level, which leads to cells that are slower to read and more sensitive to noise, or even a risk of inversion. of the written data, during

la lecture.reading.

Pour toutes ces raisons, il a été jugé actuellement préférable de choisir une différence de tension entre le substrat et la source de l'ordre de  For all these reasons, it was currently considered preferable to choose a voltage difference between the substrate and the source of the order of

quelques dizièmes de volts à environ 1 volt.  a few tenths of a volt to about 1 volt.

L'invention a également pour objet un dispositif de mémoire  The invention also relates to a memory device

statique comprenant au moins une cellule-mémoire à quatre transistors.  static comprising at least one memory cell with four transistors.

Selon une caractéristique générale de l'invention, ce dispositif comprend en outre des moyens de commande aptes à appliquer un effet substrat sur chaque transistor de mémorisation de façon à obtenir un courant de fuite de chaque transistor d'accès au moins dix fois supérieur au courant de fuite de chaque transistor de mémorisation, et maintenir ainsi  According to a general characteristic of the invention, this device also comprises control means capable of applying a substrate effect on each storage transistor so as to obtain a leakage current from each access transistor at least ten times greater than the current of each memory transistor, and thus maintain

la donnée binaire écrite dans la cellule-mémoire.  the binary data written in the memory cell.

Selon un mode de réalisation de l'invention, dans lequel les transistors de mémorisation sont des transistors à canal N, les moyens de commande sont aptes à polariser le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prédéterminée inférieure à la  According to an embodiment of the invention, in which the storage transistors are N-channel transistors, the control means are capable of biasing the substrate of each storage transistor with a predetermined substrate voltage lower than the

tension de source du transistor de mémorisation.  source voltage of the storage transistor.

Lorsque le substrat de chaque transistor de mémorisation et le substrat général du circuit intégré incorporant ledit dispositif (technologie simple caisson), les moyens de commande sont avantageusement aptes à relier le substrat de chaque transistor de mémorisation à la masse et à appliquer une tension positive sur la source  When the substrate of each storage transistor and the general substrate of the integrated circuit incorporating said device (simple box technology), the control means are advantageously able to connect the substrate of each storage transistor to ground and to apply a positive voltage to source

du transistor.of the transistor.

Par contre, lorsque chaque transistor de mémorisation est réalisé dans un caisson semi-conducteur de type P, isolé du substrat général du circuit intégré incorporant ledit dispositif par une zone de silicium N (technologie triple caisson), les moyens de commande peuvent relier la source de chaque transistor de mémorisation à la masse et appliquer une  On the other hand, when each storage transistor is produced in a P-type semiconductor well, isolated from the general substrate of the integrated circuit incorporating said device by a silicon area N (triple well technology), the control means can connect the source of each storage transistor to ground and apply a

tension de substrat négative.negative substrate voltage.

Dans un mode de réalisation dans lequel les transistors de mémorisatiorÉsont des transistors à canal P, les moyens de commande sont aptes à polariser le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prédéterminée supérieure à la tension de source du  In an embodiment in which the storage transistors are P-channel transistors, the control means are capable of biasing the substrate of each storage transistor with a predetermined substrate voltage greater than the source voltage of the

transistor de nmémorisation.memory transistor.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention  Other advantages and characteristics of the invention

apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation  will appear on examination of the detailed description of embodiments

et de mise en oeuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement une première variante de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention; - les figures 3 et 4 illustrent schématiquement une deuxième variante de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention; et - la figure 5 illustre schématiquement une troisième variante de  and of implementation, in no way limitative, and of the appended drawings, in which: - Figures 1 and 2 schematically illustrate a first variant embodiment and implementation of the invention; - Figures 3 and 4 schematically illustrate a second alternative embodiment and implementation of the invention; and - Figure 5 schematically illustrates a third variant of

réalisation et de mise en oeuvre de l'invention.  realization and implementation of the invention.

Sur la figure 1, la référence CM désigne une cellule-mémoire statique à quatre transistors, ou point-mémoire à quatre transistors, faisant partie d'un plan-mémoire réalisé au sein d'un circuit intégré et formé de plusieurs cellules du même type connectées ensemble de façon  In FIG. 1, the reference CM designates a static memory cell with four transistors, or memory point with four transistors, forming part of a memory plane produced within an integrated circuit and formed of several cells of the same type connected together so

connue par l'homme du métier.known to those skilled in the art.

Plus précisément, la cellule-mémoire CM comporte deux transistors d'accès TA1 et TA2, qui sont en l'espèce des transistors PMOS dont les sources respectives S1 et S2 sont reliées classiquement et respectivement aux deux lignes de bits ("bit lines" en langue anglaise)  More precisely, the memory cell CM comprises two access transistors TA1 and TA2, which in this case are PMOS transistors whose respective sources S1 and S2 are connected conventionally and respectively to the two bit lines ("bit lines" in English language)

d'une colonne du plan-mémoire.of a column of the memory plan.

Les grilles G1 et G2 des deux transistors d'accès sont reliées ensemble de façon classique et connue par l'homme du métier, à une ligne d'activation ou ligne de mots ("word lines" en langue anglaise) permettant  The gates G1 and G2 of the two access transistors are connected together in a conventional manner and known to those skilled in the art, to an activation line or word line ("word lines" in English) allowing

de sélectionner toutes les cellules d'une même ligne plan-mémoire.  to select all the cells of the same memory plane line.

Les substrats ("bulk" en langue anglaise) B1 et B2 des  The substrates ("bulk" in English) B1 and B2 of

transistors PMOS sont reliés à leur source S1, S2.  PMOS transistors are connected to their source S1, S2.

De façon classique, la sélection d'une colonne et d'une ligne du planmémoire permet de sélectionner une cellule-mémoire particulière  Conventionally, the selection of a column and a line of the memory map makes it possible to select a particular memory cell

pour par exemple y écrire ou y lire une donnée binaire 0 ou 1.  for example to write or read binary data 0 or 1 there.

La cellule-mémoire CM comporte par ailleurs deux transistors  The memory cell CM also includes two transistors

de mémorisation TM3 et TM4, qui sont en l'espèce des transistors NMOS.  TM3 and TM4 memory, which in this case are NMOS transistors.

Ces transistors NMOS sont montés croisés. Plus précisément, la grille G3 du transistorTM3 est reliée au drain D2 du transistor d'accès TA2, tandis  These NMOS transistors are mounted crossed. More precisely, the gate G3 of the transistor TM3 is connected to the drain D2 of the access transistor TA2, while

que la grille G4 du transistor TM4 est reliée au drain D 1 du transistor TA 1.  that the gate G4 of the transistor TM4 is connected to the drain D 1 of the transistor TA 1.

Par ailleurs, le drain D3 du transistor TM3 est relié au drain D 1 du transistor TA1 et le drain D4 du transistor TM4 est relié au drain D2 du  Furthermore, the drain D3 of the transistor TM3 is connected to the drain D 1 of the transistor TA1 and the drain D4 of the transistor TM4 is connected to the drain D2 of the

transistor TA2.TA2 transistor.

Les substrats B3 et B4 des transistors TM3 et TM4 sont reliés à la masse et les sources S3 et S4 de ces transistors sont également reliées à la masse par l'intermédiaire d'un transistor PMOS référencé TCM, dont la grille est relive à la source et qui est par conséquent toujours passant. L'écriture et la lecture dans une telle cellule-mémoire sont des opérations classiques et bien connues de l'homme du métier. A titre indicatif, on rappelle ici que, pour une opération d'écriture par exemple dans une cellule, on sélectionne la cellule-mémoire à l'aide de la ligne de mot et on applique, en fonction de la valeur 0 ou 1 de la donnée binaire à mémoriser, soit une tension nulle sur la ligne de bit de la colonne considérée (source S2, par exemple) et la tension d'alimentation Vdd sur l'autre ligne de bits (source S 1 en l'espèce), soit l'inverse, c'est-à-dire une tension nulle sur la source S 1 et la tension d'alimentation Vdd sur la source  The substrates B3 and B4 of the transistors TM3 and TM4 are connected to ground and the sources S3 and S4 of these transistors are also connected to ground via a PMOS transistor referenced TCM, the gate of which is relive to the source. and which is therefore always passing. Writing and reading in such a memory cell are conventional operations and well known to those skilled in the art. As an indication, it is recalled here that, for a write operation for example in a cell, the memory cell is selected using the word line and applied, depending on the value 0 or 1 of the binary data to be memorized, either a zero voltage on the bit line of the column considered (source S2, for example) and the supply voltage Vdd on the other bit line (source S 1 in this case), or the opposite, i.e. a zero voltage on the source S 1 and the supply voltage Vdd on the source

S2.S2.

Ainsi, selon la valeur de la donnée binaire à mémoriser, on obtiendra au drain D1 une tension sensiblement égale à la tension  Thus, according to the value of the binary data to be memorized, we will obtain at drain D1 a voltage substantially equal to the voltage

d'alimentation et au drain D2 une tension nulle, ou l'inverse.  supply and to the drain D2 a zero voltage, or the reverse.

On suppose maintenant, à titre d'exemple, que dans la phase d'écriture, on a appliqué une tension nulle à la source S2 et la tension d'alimentation Vdd à la source S1. On a donc au noeud D 1 une tension légèrement inférieure à Vdd et au noeud D2 une tension sensiblement nulle. Afin de conserver la donnée binaire mémorisée, on place alors la celule-mémoitre dans un état dit "statique", ou de rétention, dans lequel, conformément à la figure 1, on bloque les transistors d'accès TA1 et TA2 en appliquant à la fois sur leur source et leur grille la tension d'alimentation Vdd. Le transistor de mémorisation TM4 est, quant à lui, passant, tandis que le transistor de mémorisation TM3 est, quant à lui,  It is now assumed, by way of example, that in the writing phase, a zero voltage has been applied to the source S2 and the supply voltage Vdd to the source S1. There is therefore at node D 1 a voltage slightly lower than Vdd and at node D2 a voltage substantially zero. In order to keep the stored binary data, the memory cell is then placed in a so-called "static" or retention state, in which, in accordance with FIG. 1, the access transistors TA1 and TA2 are blocked by applying to the times on their source and their grid the supply voltage Vdd. The storage transistor TM4 is in turn on, while the storage transistor TM3 is in turn

bloqué.blocked.

Les transistors d'accès jouent alors dans cet état statique le rôle  The access transistors then play the role in this static state.

de résistance et une condition de rétention de la donnée mémorisée, (c'est-  resistance and a retention condition of the memorized data, (i.e.

à-dire dans l'exemple décrit, la condition pour que la tension en Dl1 reste au niveau haut), est d'obtenir un courant de fuite du transistor d'accès TA 1 (qui est bloqué) bien supérieur au courant de fuite du transistor de  i.e. in the example described, the condition for the voltage at Dl1 to remain high) is to obtain a leakage current from the access transistor TA 1 (which is blocked) much greater than the leakage current from the transistor

mémorisation TM3 qui lui aussi est bloqué.  TM3 memorization which is also blocked.

Autrement dit, dans le cas présent, la condition de rétention s'exprime en ces termes "le courant drain-source, c'est-à-dire en l'espèce le courant de fuite Ioff du transistor PMOS bloqué avec une différence de tension drain- source est sensiblement nulle, doit être au moins dix fois supérieur au courant de fuite Ioff du transistor NMOS qui est bloqué avec une différence  In other words, in the present case, the retention condition is expressed in these terms "the drain-source current, that is to say in this case the leakage current Ioff of the PMOS transistor blocked with a voltage difference drain-source is substantially zero, must be at least ten times greater than the leakage current Ioff of the NMOS transistor which is blocked with a difference

de tension drain-source sensiblement égale à la tension Vdd."  of drain-source voltage substantially equal to the voltage Vdd. "

Dans la cellule de la figure 1, cette condition est réalisée en  In the cell of figure 1, this condition is realized in

appliquant un effet substrat aux transistors NMOS TM3 et TM4, c'est-à-  applying a substrate effect to the NMOS TM3 and TM4 transistors, i.e.

dire en polarisant les sources de ces transistors avec une tension  say by polarizing the sources of these transistors with a voltage

supérieure à la tension de substrat qui est en l'espèce la masse.  higher than the substrate voltage which is in this case the mass.

Dans le cas présent, les moyens de commande qui permettent de polariser la source avec une tension supérieure à celle du substrat, comportent le transistor PMOS TCM qui est toujours passant. Ainsi, la  In the present case, the control means which make it possible to polarize the source with a voltage greater than that of the substrate, comprise the PMOS transistor TCM which is always on. So the

tension de source est égale à la tension de seuil du transistor PMOS c'est-  source voltage is equal to the threshold voltage of the PMOS transistor that is

à-dire en l'espèce environ 0,5 volt.  ie in this case about 0.5 volts.

De par cet effet substrat, on augmente la tension de seuil des transistors de mémorisation et par conséquent, on diminue le courant de fuite lofft de ces transistors (c'est-à-dire le courant drain-source dans l'état  Due to this substrate effect, the threshold voltage of the storage transistors is increased and therefore the leakage current lofft of these transistors is reduced (i.e. the drain-source current in the state

bloqué du transistor).transistor blocked).

L'homme du métier remarque donc que cette augmentation de la tension de seuil des transistors de mémorisation, c'est-à-dire cette diminution du courant de fuite a été obtenue non pas par une modification technologique particulière des transistors de mémorisation formant les cellules-mémoire, par rapport à d'autres transistors NMOS de la même plaquette et utilisés pour d'autres composants, mais en gardant le même procédé de fabrication pour tous les transistors NMOS réalisés sur cette même plaquette, et en polarisant différemment les sources et les substrats  A person skilled in the art therefore notices that this increase in the threshold voltage of the storage transistors, that is to say this reduction in the leakage current, was obtained not by a particular technological modification of the storage transistors forming the cells. -memory, compared to other NMOS transistors of the same wafer and used for other components, but keeping the same manufacturing process for all NMOS transistors made on this same wafer, and by polarizing sources and sources differently substrates

des transistors NMOS des cellules-mémoire statiques.  NMOS transistors of static memory cells.

Une différence de tension entre la source et le substrat de l'ordre de 0, 5 volt permet dans le cas présent, d'obtenir, pour une technologie 0, 25ptm, un rapport supérieur à 10, mais pas trop grand, entre le courant de fuite du transistor d'accès et le courant de fuite du transistor de  A voltage difference between the source and the substrate of the order of 0.5 volts allows in the present case, to obtain, for a 0.25ptm technology, a ratio greater than 10, but not too large, between the current leakage of the access transistor and the leakage current of the transistor

mémorisation tout en gardant une dynamique acceptable pour la cellule-  memorization while keeping an acceptable dynamic for the cell-

mémoire. Un rapport supérieur à 100 conduirait à une consommation de courant trop importante de la cellule dans l'état statique. En effet, dans cet état le transistor TM4 est passant. L'homme du métier saura ajuster la valeur de l'effet substrat pour obtenir dans chaque application considérée un compromis acceptable entre une bonne rétention de la donnée  memory. A ratio greater than 100 would lead to too high current consumption of the cell in the static state. Indeed, in this state the transistor TM4 is on. Those skilled in the art will be able to adjust the value of the substrate effect in order to obtain, in each application considered, an acceptable compromise between good retention of the data.

mémorisée, la dynamique de la cellule et la consommation de courant.  stored, cell dynamics and current consumption.

La polarisation du substrat et de la source des transistors de mémorisation-, qui vient d'être décrite, est compatible avec une  The polarization of the substrate and of the source of the storage transistors, which has just been described, is compatible with a

technologie dite simple caisson, telle qu'illustrée sur la figure 2.  so-called simple box technology, as illustrated in Figure 2.

Plus précisément, sur cette figure, la référence SUB désigne le substrat semi-conducteur général de la plaquette semi-conductrice au sein de laquelle est réalisé le plan mémoire selon l'invention, mais également éventuellement d'autres composants. Ce substrat général SUB est de type P. On réalise de façon classique, au sein du substrat SUB un caisson N  More precisely, in this figure, the reference SUB denotes the general semiconductor substrate of the semiconductor wafer within which the memory plane according to the invention is produced, but also possibly other components. This general SUB substrate is of the P type. Conventionally, within the SUB substrate, an N box is produced

faisant office de substrat B pour le transistor PMOS de la cellule-  acting as substrate B for the PMOS transistor of the cell-

mémoire. Les zones de drain et de source sont obtenues par des implantations P+ tandis que la prise de contact substrat PB est réalisée par  memory. The drain and source areas are obtained by P + implantations while the PB substrate contact is made by

une implantation N+.an N + establishment.

Un transistor de mémorisation NMOS est, quant à lui, réalisé directement par implantation dans le substrat SUB. Les régions de source et de drain sont réalisées par implantation de type N+, tandis que la prise de  An NMOS storage transistor is, in turn, produced directly by implantation in the substrate SUB. The source and drain regions are produced by N + type implantation, while the taking of

substrat PB eSt réalisée par un caisson P+.  PB eSt substrate produced by a P + box.

DanlS la variante de réalisation illustrée sur la figure 3, on applique l'effet substrat sur les transistors de mémorisation TM3 et TM4 en reliant cette fois-ci leur source à la masse et en appliquant sur les sustrats B3 et]34 une tension prédéterminée VR négative, par exemple de  In the variant embodiment illustrated in FIG. 3, the substrate effect is applied to the storage transistors TM3 and TM4 by this time connecting their source to ground and by applying to the substrates B3 and] 34 a predetermined voltage VR negative, for example of

l'ordre de- 1 volt.in the order of- 1 volt.

Les moyens de commande REG qui permettent dans l'état statique d'appliquer cette tension VR peuvent par exemple comporter une pompe de charge négative de structure classique et bien connue de  The control means REG which make it possible in the static state to apply this voltage VR may for example comprise a negative charge pump of conventional structure and well known from

l'hrome du mnétier.the chrome of the business.

Ceci étant, cette solution n'est pas applicable avec la technologie dite simple caisson illustrée sur la figure 2, car la polarisation du substrat des transistors NMOS avec une tension négative reviendrait à polariser tout le substrat de la plaquette avec une tension négative ce qui peut n'être pas approprié pour d'autres transistors NMOS réalisés au sein  This being the case, this solution is not applicable with the so-called simple box technology illustrated in FIG. 2, because the polarization of the substrate of the NMOS transistors with a negative voltage would amount to polarizing the entire substrate of the wafer with a negative voltage which can not be suitable for other NMOS transistors made within

de cette plaquette et relatifs à d'autres composants.  of this brochure and relating to other components.

Par contre, la solution de la figure 3 est possible dans une réalisation dite triple caisson comme illustré sur la figure 4 et bien connue  On the other hand, the solution of FIG. 3 is possible in a so-called triple box embodiment as illustrated in FIG. 4 and well known

de l'homme du métier.of the skilled person.

Plus précisément, alors que les transistors PMOS sont réalisés d'une façon analogue à celle qui a été décrite en référence à la figure 2, les transistors NMOS sont cette fois-ci réalisés au sein d'un autre caisson P isolé latéralement du substrat SUB par un caisson N et isolé verticalement du substrat SUB par une couche de silicium isolant dopé N surmontant une autre couche de silicium N. Ainsi, il est aisément possible d'appliquer une tension de substrat négative sur la prise de contact PB du transistor NMOS sans pour cela polariser de la même façon le substrat général de la  More precisely, while the PMOS transistors are produced in a manner analogous to that which has been described with reference to FIG. 2, the NMOS transistors are this time produced in another well P isolated laterally from the SUB substrate by a well N and vertically isolated from the substrate SUB by a layer of N-doped insulating silicon surmounting another layer of silicon N. Thus, it is easily possible to apply a negative substrate voltage on the contact socket PB of the NMOS transistor without for this polarize in the same way the general substrate of the

plaquette SUB.SUB brochure.

Il est également possible (figure 5) qu'une cellule-mémoire CM soit formée de deux transistors d'accès NMOS et de deux transistors de mémorisation de type PMOS. Dans ce cas, la condition de rétention s'exprime de la manière suivante:  It is also possible (FIG. 5) that a memory cell CM is formed of two NMOS access transistors and two PMOS type storage transistors. In this case, the retention condition is expressed as follows:

"le courant de fuite du transistor d'accès avec une tension drain-  "the leakage current of the access transistor with a drain-

source voisine de 0, doit être au moins dix fois supérieur au courant de fuite du transistor de mémorisation (de type PMOS) avec une tension  source close to 0, must be at least ten times greater than the leakage current of the storage transistor (PMOS type) with a voltage

drain-source est égale à la tension d'alimentation Vdd."  drain-source is equal to the supply voltage Vdd. "

Dans cette variante illustrée sur la figure 5, les substrats des transistors d'accès TAI et TA2 sont reliés à leur source. Les sources des transistors de mémorisation TM3 et TM4 sont reliées à la tension d'alimentation Vdd et, dans l'état statique, les sources des transistors d'accès SI etS2 sont reliés à la masse et les substrats B3 et B4 des transistors des mémorisation sont polarisés par une tension prédéterminée VR générée par des moyens REG, comportant par exemple une pompe de charge capable de produire cette tension VR égale par exemple à Vdd + 1 volt_  In this variant illustrated in FIG. 5, the substrates of the access transistors TAI and TA2 are connected to their source. The sources of the storage transistors TM3 and TM4 are connected to the supply voltage Vdd and, in the static state, the sources of the access transistors SI and S2 are connected to ground and the substrates B3 and B4 of the storage transistors are polarized by a predetermined voltage VR generated by means REG, comprising for example a charge pump capable of producing this voltage VR equal for example to Vdd + 1 volt_

L'invention permet ainsi d'obtenir de façon très simple un plan-  The invention thus makes it possible to very simply obtain a plan-

mémoire de cellules-mémoire à quatre transistors, ayant des conditions de rétention acceptables, et sans modifier les procédés de réalisation des transistors de ce plan-mémoire, par rapport aux autres transistors du  memory of memory cells with four transistors, having acceptable retention conditions, and without modifying the methods for producing the transistors of this memory plane, compared to the other transistors of the

circuit int6gr6 qui incorpore ce plan-m6moire.  integrated circuit which incorporates this memory plane.

En outre, le surcoût apporte par la réalisation des moyens REG  In addition, the additional cost brought by the realization of the REG means

qui pourra être réalisée à côté du plan-mémoire, est minime.  which can be carried out next to the memory plan, is minimal.

ll

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une cellule-mémoire statique à quatre transistors possédant un état statique dans lequel on maintient la donnée binaire écrite dans la cellule-mémoire en faisant circuler dans chaque transistor d'accès un courant de fuite supérieur au courant de fuite de chaque transistor de mémorisation, caractérisé par le fait qu'on maintient la donnée binaire écrite en appliquant un effet substrat sur chaque transistor de mémorisation (TM3, TM4) de façon à obtenir un courant de fuite de chaque transistor d'accès (TA 1, TA2) au moins dix fois supérieur  1. Method for controlling a static memory cell with four transistors having a static state in which the binary data written in the memory cell is maintained by circulating in each access transistor a leakage current greater than the leakage current of each storage transistor, characterized in that the binary data written is maintained by applying a substrate effect on each storage transistor (TM3, TM4) so as to obtain a leakage current from each access transistor (TA 1 , TA2) at least ten times higher au courant de fuite de chaque transistor de mémorisation.  at the leakage current of each storage transistor. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les transistors de rnémorisation (TM3, TM4) étant des transistors à canal N, on polarise le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prédéterminée inférieure à la tension de source du  2. Method according to claim 1, characterized in that the memory transistors (TM3, TM4) being N channel transistors, the substrate of each storage transistor is biased with a predetermined substrate voltage lower than the source voltage of transistor de mémorisation.storage transistor. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on relie le substrat de chaque transistor de mémorisation (TM3, TM4) à la  3. Method according to claim 2, characterized in that the substrate of each storage transistor (TM3, TM4) is connected to the masse et on applique une tension positive sur la source du transistor.  ground and a positive voltage is applied to the source of the transistor. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on relie la source de chaque transistor de mémorisation (TM3, TM4) à la  4. Method according to claim 2, characterized in that the source of each storage transistor (TM3, TM4) is connected to the masse et on applique une tension de substrat négative.  ground and a negative substrate voltage is applied. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les transistors de.mémorisation (TM3, TM4) étant des transistors à canal P, on polarise le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prEdéterminée supérieure à la tension de source du transistor  5. Method according to claim 1, characterized in that the transistors de.mémorisation (TM3, TM4) being P channel transistors, the substrate of each storage transistor is biased with a predefined substrate voltage greater than the voltage of transistor source de mémorisation.memorization. 6. Dispositif de mémoire statique, comprenant au moins une cellulemémoire à quatre transistors, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des nmoyens de commande (REG, TCM) aptes à appliquer un effet substrat sur chaque transistor de mémorisation (TM3, TM4) de façon à obtenir un coBrant de fuite de chaque transistor d'accès (TA1, TA2) au moins dix fois supérieur au courant de fuite de chaque transistor de  6. Static memory device, comprising at least one memory cell with four transistors, characterized in that it further comprises control means (REG, TCM) capable of applying a substrate effect on each storage transistor (TM3, TM4 ) so as to obtain a leakage coBrant of each access transistor (TA1, TA2) at least ten times greater than the leakage current of each transistor mémorisation, et maintenir ainsi la donnée binaire écrite dans la cellule-  memorization, and thus maintain the binary data written in the cell- mémoire. -memory. - 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les transistors de mémorisation étant des transistors à canal N, les moyens de commande (REG, TCM) sont aptes à polariser le substrat de chaque transistor de mémorisation avec une tension de substrat prédéterminée inférieure à la tension de source du transistor de mémorisation.  7. Device according to claim 6, characterized in that the storage transistors being N-channel transistors, the control means (REG, TCM) are capable of biasing the substrate of each storage transistor with a predetermined substrate voltage lower than the source voltage of the storage transistor. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le substrat de chaque transistor de mémorisation est le substrat général du circuit intégré incorporant ledit dispositif, et par le fait que les moyens de commande (TCM) sont aptes à relier le substrat de chaque transistor de mémorisation à la masse et à appliquer une tension positive sur la source8. Device according to claim 7, characterized in that the substrate of each storage transistor is the general substrate of the integrated circuit incorporating said device, and in that the control means (TCM) are able to connect the substrate of each storage transistor to ground and apply a positive voltage to the source du transistor.of the transistor. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque transistor de mémorisation est réalisé dans un caisson semiconducteur de type P isolé du substrat général du circuit intégré incorporant ledit dispositif par une zone de silicium N, et par le fait que les moyens de commande (REG) sont aptes à relier la source de chaque transistor de mémorisation à la masse et à appliquer une tension de  9. Device according to claim 7, characterized in that each storage transistor is produced in a P-type semiconductor box isolated from the general substrate of the integrated circuit incorporating said device by an area of silicon N, and by the fact that the means control (REG) are able to connect the source of each storage transistor to ground and apply a voltage of substrat négative (VR).negative substrate (VR). 10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les transistors de mémorisation étant des transistors à canal P, les moyens de commande-(REG) sont aptes à polariser le substrat de chaque transistor de m6morisation avec une tension de substrat pr6d6terminée (VR)  10. Device according to claim 6, characterized in that the storage transistors being P channel transistors, the control means (REG) are capable of biasing the substrate of each storage transistor with a predetermined substrate voltage ( VR) supérieure à la tension de source du transistor de mémorisation.  higher than the source voltage of the storage transistor.
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