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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einem
programmierbaren Element, bei dem ein elektrischer Leiterbahnwiderstand durch
Programmierung veränderbar
ist, und mit einer Bewertungsschaltung, die mit dem programmierbaren
Element verbunden ist, zur Bewertung des elektrischen Leiterbahnwiderstands,
sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb.
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Integrierte
Schaltungen weisen häufig
Redundanzschaltungen auf zur Reparatur fehlerhafter Schaltungsteile.
Insbesondere bei integrierten Speicherschaltungen können dies
beispielsweise reguläre
Wortleitungen und Bitleitungen mit defekten Speicherzellen sein,
die durch redundante Wortleitungen beziehungsweise Bitleitungen
ersetzt werden. Dazu wird der integrierte Speicher in einem Testbetrieb
geprüft
und anschließend
eine Programmierung der redundanten Elemente vorgenommen. Eine Redundanzschaltung
weist dazu programmierbare Elemente, zum Beispiel in Form von sogenannten
Fuses auf, die für
den Fall der Reparatur von Wortleitungen oder Bitleitungen zum Speichern
der Adresse einer zu ersetzenden Leitung dienen.
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Solche
programmierbaren Elemente sind beispielsweise in Form von elektrisch
programmierbaren Fuses oder Laserfuses ausgeführt, die einen elektrischen
Leiterbahnwiderstand aufweisen, der dauerhaft durch die Programmierung
veränderbar
ist. Elektrisch programmierbare Fuses sind beispielsweise am Ende
des Herstellungsprozesses der integrierten Schaltung mittels Anlegen
einer sogenannten Brennspannung programmierbar. Laserfuses werden im
allgemeinen durch Beschießen
mit einem Laserstrahl programmiert.
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Ein
programmierbares Element in Form einer Fuse weist eine vorhandene
niederohmige elektrische Verbindung auf, die mit der Programmierung quasi
durchgetrennt wird (hochohmiger Leiterbahnwiderstand). Ein elektrisch
programmierbares Element in Form einer sogenannten Anti-Fuse weist
im nicht programmierten Zustand eine Unterbrechung (hochohmiger
Leiterbahnwiderstand) in einem Spannungspfad auf, der durch eine
Programmierung in einen niederohmigen Zustand versetzt wird.
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Um
den Zustand eines programmierbaren Elements beziehungsweise dessen
elektrischen Leiterbahnwiderstandes auszulesen und zu bewerten, ist
an dem betreffenden programmierbaren Element im allgemeinen eine
Bewertungsschaltung zum Auslesen und Bewerten des elektrischen Leiterbahnwiderstandes
des Elements angeschlossen. Eine derartige Bewertungsschaltung enthält üblicherweise
einen Auslesetransistor, der mit dem programmierbaren Element verbunden
ist, und ein flüchtiges
Speicherelement in Form eines sogenannten Fuselatches, das mit dem
Auslesetransistor verbunden ist.
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Bei
der Bewertung des Zustands des programmierbaren Elements tritt im
allgemeinen das Problem auf, daß die
Bereiche des Leiterbahnwiderstandes, anhand derer das programmierbare
Element als programmiert beziehungsweise als nicht programmiert
bewertet werden soll, mitunter technologischen Schwankungen unterliegen.
Eine programmierbare Fuse oder Anti-Fuse weist beispielsweise eine
Siliziumnitridschicht auf, die zwischen einer Metallisierungsebene
und einem Kontakt angeordnet ist und entsprechend der Programmierung
in ihrer elektrischen Leitfähigkeit
veränderbar
ist. Bei einem derartigen Aufbau treten technologische Schwankungen beispielsweise
in Form von herstellungsbedingter Variation der Dicke der Siliziumnitridschicht
und/oder einer sich verändernden
Beschaffenheit der Elektroden über
der Siliziumnitridschicht auf. Um eine Bewertung des Zustands des
programmierbaren Elements durchführen
zu können,
wird im allgemeinen jeweils ein Widerstandsgrenzwert für den programmierten
Zustand und nicht programmierten Zustand definiert. Dabei können Abweichungen
von dem jeweiligen Widerstandsgrenzwert infolge technologischer
Schwankungen dazu führen,
daß die
programmierbaren Elemente nicht mehr einwandfrei und zuverlässig in
ihrem Zustand bewertet werden.
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Die
Druckschrift
US 4,730,129 betrifft
einen integrierten Schaltkreis mit einer Fuseschaltung, die im programmierten
Zustand einen kleinen Widerstandswert und im nicht programmierten
Zustand einen großen
Widerstandswert aufweist. Zur Feststellung des Programmierzustands
der Fuseschaltung detektiert eine Auswerteschaltung, ob der Widerstand
der Fuseschaltung oberhalb oder unterhalb eines Schwellwertwiderstands
liegt. Der Schwellwertwiderstand kann als Widerstandsbauelement
oder als Transistorbauelement ausgeführt sein. Im Falle der Ausführung als
Transistorbauelement lässt
sich über
die Kanalweiten- und Längenverhältnisse
des Transistors der Wert des Schwellwertwiderstands justieren. Bei
geeigneter Wahl des Schwellwertwiderstands weist die Schaltung gegenüber Schwankungen
des Widerstandswertes der Fuseschaltung, die beispielsweise durch
Kontamination oder Feuchtigkeit entstehen, einen stabilen Arbeitspunkt
auf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung
mit einem programmierbaren Element anzugeben, bei der ein Zustand
des programmierbaren Elements weitgehend zuverlässig auslesbar und bewertbar
ist.
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Weiterhin
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb
einer derartigen integrierten Schaltung bereitzustellen.
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Die
Aufgabe betreffend die integrierte Schaltung wird gelöst durch
eine integrierte Schaltung gemäß Patentanspruch
1. Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
6.
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Die
erfindungsgemäße integrierte
Schaltung umfasst ein programmierbares Element, bei dem ein elektrischer
Leiterbahnwiderstand durch Programmierung veränderbar ist, und eine Bewertungsschaltung.
Die Bewertungsschaltung ist mit dem programmierbaren Element verbunden
und dient zur Bewertung des elektrischen Leiterbahnwiderstands.
Die integrierte Schaltung weist ferner eine Trimmschaltung auf,
die mit der Bewertungsschaltung verbunden ist und zur variablen
Einstellung eines Arbeitspunktes der Bewertungsschaltung während eines
Betriebs der integrierten Schaltung verwendet wird. Dadurch können in
einem gewissen Maß technologische Schwankungen
des elektrischen Leiterbahnwiderstands im programmierten Zustand
beziehungsweise im nicht programmierten Zustand des programmierbaren
Elements kompensiert werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird,
beispielsweise in einem Testbetrieb der integrierten Schaltung,
der elektrische Leiterbahnwiderstand des programmierbaren Elements
durch die Bewertungsschaltung ausgelesen und bewertet. In Abhängigkeit
des ausgelesenen Wertes des elektrischen Leiterbahnwiderstands wird
mit der Trimmschaltung ein Arbeitspunkt der Bewertungsschaltung während des
Betriebs der integrierten Schaltung justiert. Somit lassen sich
die Arbeitsbereiche des programmierbaren Elements und der Bewertungsschaltung
derart aufeinander abstimmen, daß in einem späteren Normalbetrieb
der integrierten Schaltung ein weitgehend zuverlässiges Auslesen und Bewerten
des programmierbaren Elements ermöglicht ist.
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In
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Schaltung weist die Bewertungsschaltung einen Auslesetransistor
auf, der mit dem programmierbaren Element verbunden ist. Dabei dient
die Trimmschaltung zur variablen Einstellung einer Steuerspannung
an einem Steueranschluß des Auslesetransistors.
Mit der variablen Einstellung der Steuerspannung am Steueranschluß des Auslesetransistors
kann dessen Arbeitsbereich eingestellt werden und im Hinblick auf
den Zustand des programmierbaren Elements angepaßt werden. Zu diesem Zweck
ist die Trimmschaltung insbesondere zur Steuerung eines Spannungsgenerators,
der mit dem Steueranschluß des
Auslesetransistors verbunden ist, vorgesehen und mit diesem verbunden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Bewertungsschaltung
einen Anschluß zum
externen Auslesen des elektrischen Leiterbahnwiderstands des programmierbaren
Elements auf. Dadurch kann beispielsweise in einem Testbetrieb der Zustand
des programmierbaren Elements nach extern ausgelesen werden. Die
Trimmschaltung, die von extern programmierbar ist, kann dann in
Abhängigkeit
des ausgelesenen Zustands des programmierbaren Elements justiert
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
wird dieser Prozeß von
einer Selbsttesteinheit zur Durchführung eines Testbetriebs vorgenommen.
Dabei wird von der Selbsttesteinheit die Bewertung des elektrischen
Leiterbahnwiderstands des programmierbaren Elements und die Einstellung
des Arbeitspunktes der Bewertungsschaltung in Abhängigkeit der
Bewertung selbsttätig
vorgenommen.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsbeispiele
der Erfindung darstellen, näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen integrierten
Schaltung mit einem programmierbaren Element,
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2 und 3 jeweils
Schaltungen mit mehreren programmierbaren Elementen, die auf unterschiedliche
Art adressiert werden,
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4 Strom-Spannungs-Diagramme
eines programmierbaren Elements in Verbindung mit einem Auslesetransistor
für unterschiedliche
Steuerspannungen des Auslesetransistors.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer integrierten Schal tung, die ein programmierbares Element 1 in
Form einer elektrisch programmierbaren Anti-Fuse aufweist. Die Anti-Fuse 1 ist
mit einem Transistor 4 verbunden, der insbesondere zum
Programmieren der Anti-Fuse 1 in einen leitenden Zustand
versetzt wird. Dazu liegt der Transistor 4 an einer Programmierspannung
VB (sogenannte Brennspannung) an, die relativ zu einer Betriebsspannung im
Normalbetrieb der integrierten Schaltung einen vergleichsweise hohen
Wert annimmt. Die Anti- Fuse 1 ist
ihrerseits mit der Versorgungsspannung V2, im Beispiel Masse, verbunden.
Der Leiterbahnwiderstand der Anti-Fuse 1 nimmt im nicht programmierten Zustand
einen vergleichsweise hohen Wert und im programmierten Zustand einen
vergleichsweise niedrigen Wert an. Zum Programmieren der Anti-Fuse 1 wird
der Transistor 4 in den leitenden Zustand versetzt, wodurch
ein vergleichsweise hoher Strom durch die An ti-Fuse 1 fließt und deren
Leiterbahnwiderstand dauerhaft verändert.
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Zum
Auslesen und Bewerten des Zustands der Anti-Fuse 1 ist
eine Auslese- und Bewertungsschaltung vorgesehen, die einen Auslesetransistor 2 aufweist,
der mit der Anti-Fuse 1 verbunden ist. An dem Anschluß des Auslesetransistors 2,
der der Anti-Fuse 1 abgewandt ist, ist ein hoher Widerstand
in Form des unbeschalteten Transistors 5 (sogenannter Bleeder)
angeschlossen, der seinerseits mit der internen Versorgungsspannung
V1 verbunden ist. Durch diesen Widerstand 5 wird insbesondere
ein floatender Zustand am Anschluß DQ verhindert. An dem Anschluß DQ ist
weiterhin eine Bewertelogik 6 angeschlossen, die zur Bewertung
des Zustands der Anti-Fuse 1 dient und einen entsprechenden
Potentialwert VDQ speichert.
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Der
Steueranschluß G
des Auslesetransistors 2 ist über einen Transistor 3 mit
einem Spannungsgenerator 7 verbunden. Durch den Spannungsgenerator 7 wird
die Steuerspannung VG an den Steueranschluß G des Auslesetransistors 2 angelegt.
Eine Trimmschaltung 8 ist mit dem Spannungsgenerator 7 verbunden
und dient zur Steuerung des Spannungsgenerators 7, so daß die Steuerspannung
VG durch die Trimmschaltung 8 variabel einstellbar ist.
Mit dem Variieren der Steuerspannung VG kann der Arbeitspunkt des
Auslesetransistors 2 variabel eingestellt werden.
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Zum
Auslesen der Anti-Fuse wird der Auslesetransistor 2 durch
Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung VG in einen leitenden
Zustand versetzt, so daß zwischen
den Versorgungsspannungen V1 und V2 ein Strom IDQ fließt. Die
Schaltung aus Transistor 5, Auslesetransistor 2 und
Anti-Fuse 1 bildet einen Spannungsteiler, an dem VDQ abgegriffen wird.
Der Wert von VDQ ist insbesondere abhängig von dem jeweiligen Leiterbahnwiderstand
der Anti-Fuse 1 und des Auslesetransistors 2,
wobei letzterer durch die Steuerspannung VG beeinflußbar ist.
Ist in der integrierten Schaltung, wie in der Praxis üblich, eine
Vielzahl von programmierbaren Elementen vorhanden, so können die
elektrischen Leiterbahnwiderstände
der jeweiligen programmierbaren Elemente technologisch bedingten
Schwankungen im Herstellungsprozeß unterliegen. Mit der variablen
Einstellung des Arbeitsbereichs des jeweiligen Auslesetransistors
ist es jedoch möglich,
solche Schwankungen insoweit zu kompensieren, daß die am Auslesetransistor
angeschlossene Bewertungslogik Potentialwerte in einem definierten
Arbeitsbereich erhält.
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In 4 sind
beispielhafte Strom-Spannungs-Diagramme gezeigt, wobei im oberen
Diagramm das Steuerverhalten in Abhängigkeit der Steuerspannung
VG des Auslesetransistors für
eine programmierte Anti-Fuse gezeigt ist. Im unteren Diagramm ist
das Steuerverhalten in Abhängigkeit
der Steuerspannung VG des Auslesetransistors 2 für eine nicht
programmierte Anti-Fuse gezeigt.
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Wie
weiter in 1 dargestellt, weist die Bewertelogik 6 einen
externen Anschluß EX
auf, über den
der Zustand der Anti-Fuse 1 nach extern auslesbar ist.
Die Trimmschaltung 8 ist über einen Anschluß PR von
extern programmierbar. In einer diesbezüglich vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung ist die Bewertelogik 6 als Selbsttesteinheit
ausgeführt,
die in einem Testbetrieb der integrierten Schaltung die Einstellung
des Arbeitsbereichs des Auslesetransistors 2 selbsttätig vornimmt.
Dabei ist die als Selbsttesteinheit ausgeführte Bewertelogik 6 direkt
mit der Trimmschaltung 8 intern verbunden, wie in 1 gestrichelt
dargestellt.
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In 2 ist
eine Schaltungsanordnung gezeigt, bei der mehrere Fuse-Elemente 11 bis 13 über jeweilige
Auslesetransistoren 21 bis 23 ausgelesen und bewertet
werden. Die jeweiligen Anschlüsse DQ1
bis DQ3 sind mit einer nicht dargestellten Bewertelogik analog 1 verbunden.
Die Fuse-Elemente 11 bis 13 sind über die
Transistoren 41 bis 43 programmierbar. Die Steuerspannungen
VG1 bis VG3 werden von einem in 2, nicht
dargestellten Spannungsgenerator in Verbindung mit einer Trimmschaltung
analog 1 erzeugt. Über
die Transistoren 31 bis 33 wird ein jeweiliger
Auslese- und Bewertevorgang eingeleitet. Die Fuse-Elemente 11 bis 13 werden
dabei gemäß 2 durch
ein Schieberegister SR mit jeweiligen Masterregistern M und Slaveregistern
S adressiert. Der Schiebevorgang durch das Schieberegister SR wird
durch die Steuersignale Φ und
/Φ gesteuert.
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In 3 ist
eine zur 2 ähnliche Schaltungsanordnung
gezeigt, bei der die Fuse-Elemente 11 bis 13 jedoch
durch einen Adreßdecoder 9 adressiert
werden. An diesen wird dabei eine Adresse mit den Adreßbits A0,
A1 bis An angelegt.