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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Antischmelzsicherungsschaltung (Anti-Fuse
Circuit) mit einem Antischmelzsicherungselement, das einen ersten
und einen zweiten Übergang
sowie eine Gateelektrode beinhaltet, und einer Einheit zur elektrischen Feldsteuerung
sowie auf ein entsprechendes Antischmelzsicherungsverfahren.
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Ein
Antischmelzsicherungselement fungiert bekanntermaßen als
ein schließbarer
elektrischer Schalter zur Verbindung zweier Elektroden miteinander,
analog zum inversen Fall eines Schmelzsicherungselementes, das elektrisch
als ein unterbrechbarer, d.h. öffenbarer
Schalter fungiert. Dabei wird ein Durchbruch in einer Isolationsschicht,
z.B. in einer Elektrode/Isolator/Elektrode-Struktur, benutzt, um eine
Verbindung zwischen den zwei Elektroden bzw. zwei durch die Isolationsschicht
beabstandeten, elektrisch leitfähigen
Schichten herzustellen. Durch den Einsatz des Antischmelzsicherungselementes kann
die Funktion eines Halbleiterbauelementes auch nach Fertigstellung
einer internen Verdrahtung des Halbleiterbauelements erweitert werden,
indem mittels entsprechender Erzeugung von Durchbrüchen nachträglich in
gewünschter
Weise elektrische Verbindungen hergestellt werden können.
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1 zeigt eine herkömmliche
Antischmelzsicherungsschaltung 100, auch Anti-Fuse-Schaltung bezeichnet.
Die Antischmelzsicherungsschaltung 100 von 1 beinhaltet ein Antischmelzsicherungselement 110,
das in einer Struktur aus Metall-Oxid-Halbleiter (MOS) implementiert
ist. Das Antischmelzsicherungselement 110 weist einen ersten Übergang 111,
einen zweiten Übergang 112 und
eine Gateelektrode 113 auf, wobei der Begriff Übergang vorliegend
der Einfachheit halber nicht nur zur Bezeichnung eines Halbleiterübergangs
bzw. dotierten Halbleitergebietes, sondern allgemein zur Bezeichnung
irgendeines beliebigen elektrisch leitfähigen Bereichs verwendet wird,
zu dem mittels Erzeugung eines Durchbruchs optional eine elektrische
Verbindung durch eine Isolationsschicht hindurch hergestellt werden
soll. Zum Zeitpunkt eines Antischmelzsicherungsvorgangs wird eine
hohe Spannung an eine Kontaktstelle 114 angelegt, und einer
Einheit 120 zur Steuerung eines elektrischen Feldes werden ein
Schmelzsicherungsauswahlsignal SEL und ein Schmelzsicherungssignal
FUSE mit einem Übergang auf
einen logisch hohen Pegel zugeführt,
wie in 2 veranschaulicht.
Dadurch bildet sich ein elektrisches Feld Ef zwischen der Gateelektrode 113 einerseits
sowie dem ersten und dem zweiten Übergang 111, 112 des
Antischmelzsicherungselements 110 andererseits. Durch das
elektrische Feld Ef erfährt
die Isolationsschicht 115 des Antischmelzsicherungselements 110 einen
Durchbruch.
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In
der Antischmelzsicherungsschaltung 100 von 1 sind der erste und der zweite Übergang 111, 112 des
Antischmelzsicherungselements 110 elektrisch miteinander
verbunden, wie in 1 gezeigt.
Wenn daher zum Zeitpunkt eines Antischmelzsicherungsvorgangs ein
Durchbruch der Isolationsschicht 115 an einer bestimmten
Stelle auftritt, bleiben andere Stellen eventuell unbeeinflusst,
d.h. ohne Durchbruch. Wenn der Durchbruch im Bereich zwischen der
Gateelektrode 113 und dem ersten Übergang 111 oder im
Bereich zwischen der Gateelektrode 113 und dem zweiten Übergang 112 auftritt,
wird jeweils derjenige Bereich ohne Durchbruch durch eine an die
Gateelektrode 113 angelegte hohe Spannung gesteuert und
es wird dort kein elektrisches Feld gebildet. In diesem Fall kann
es sein, dass der Isolator 115, der nur an einem einzigen
Punkt einen Durchbruch zeigt, im Wesentlichen in Funktion bleibt, d.h.
der Durchbruch ungenügend
ist. Dies verringert die Zuverlässigkeit
der herkömmlichen
Antischmelzsicherungsschaltung 100 von 1.
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7 veranschaulicht eine weitere
herkömmliche
Antischmelzsicherungsschaltung 500 mit einem Antischmelzsicherungselement 510 und
einer als Funktionsblock dargestellten Einheit 520 zur Steuerung
eines elektrischen Feldes. Eine Gateelektrode 513 des Antischmelzsicherungselements 510 von 7 ist von geradliniger,
streifenförmiger
Gestalt. Zum Zeitpunkt eines Antischmelzsicherungsvorgangs wird
zwecks Erzeugen eines Durchbruchs an der Gateelektrode 513 ein
gleichförmiges
elektrisches Feld gebildet. Beim Antischmelzsicherungselement 510 von 7 muss eine relativ hohe
Spannungsdifferenz zwischen einem ersten Übergang 511 und einem
zweiten Übergang 512 angelegt
werden, um den gewünschten
Durchbruch zu bewirken.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer
Antischmelzsicherungsschaltung und eines zugehörigen Antischmelzsicherungsverfahrens
zugrunde, mit denen sich die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes
der Technik reduzieren oder eliminieren lassen und die insbesondere
eine hohe Funktionszuverlässigkeit
ermöglichen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung einer Antischmelzsicherungsschaltung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 7 und eines Antischmelzsicherungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten
herkömmlichen
Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen Antischmelzsicherungsschaltung,
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2 ein
Signalverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung der Bildung eines elektrischen
Feldes in der Antischmelzsicherungsschaltung von 1,
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antischmelzsicherungsschaltung,
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4 ein
Signalverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung der Bildung eines elektrischen
Feldes in der Antischmelzsicherungsschaltung von 3,
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5 eine
schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Antischmelzsicherungsschaltung,
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6 eine
schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Antischmelzsicherungsschaltung,
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7 eine
schematische Darstellung einer weiteren herkömmlichen Antischmelzsicherungsschaltung
und
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8 und 9 jeweils
schematische Darstellungen weiterer erfindungsgemäßer Antischmelzsicherungsschaltungen.
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Eine
in 3 gezeigte erfindungsgemäße Antischmelzsicherungsschaltung 200 beinhaltet
ein Antischmelzsicherungselement 110 und eine Einheit 220 zur
elektrischen Feldsteuerung. Das Antischmelzsicherungselement 110 ist
in einer MOS-Struktur gebildet und weist einen ersten Übergang 211,
einen zweiten Übergang 212 und
einen Gateanschluss bzw. eine Gateelektrode 213 auf. Zwischen
der Gateelektrode 213 einerseits und dem ersten und zweiten Übergang 211, 212 andererseits
ist eine Isolationsschicht 215 gebildet. Zum Zeitpunkt
eines Antischmelzsicherungsvorgangs wird an die Gateelektrode 213 des
Antischmelzsicherungselements 210 über eine Kontaktstelle 214 eine
Programmierspannung VPGM angelegt, bei der es sich um eine hohe
Spannung handelt.
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Die
Einheit 220 zur elektrischen Feldsteuerung führt einen
Steuerungsbetrieb derart aus, dass ein elektrisches Feld in dem
Antischmelzsicherungselement 210 zum Zeitpunkt des Antischmelzsicherungsvorgangs
gebildet wird. Dabei werden die Bildung eines elektrischen Feldes
Ef1 zwischen der Gateelektrode 213 und dem ersten Übergang 211 des Antischmelzsicherungselements 210 einerseits
und die Bildung eines elektrischen Feldes Ef2 zwischen der Gateelektrode 213 und
dem zweiten Übergang 212 des
Antischmelzsicherungselements 210 andererseits separat
gesteuert, wie in 4 veranschaulicht.
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Die
Erzeugung des elektrischen Feldes Ef1 am ersten Übergang 211 und die
Erzeugung des elektrischen Feldes Ef2 am zweiten Übergang 212 werden
folglich separat gesteuert, so dass zuverlässig ein Durchbruch in der
Isolationsschicht 215 an zwei Stellen des Antischmelzsicherungselements 210 bewirkt
werden kann. Daher kann die Antischmelzsicherungsschaltung 200 die
Funktionszuverlässigkeit
im Vergleich mit der herkömmlichen
Antischmelzsicherungsschaltung 100 von 1 verbessern.
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Wie
weiter aus den 3 und 4 ersichtlich,
umfasst die Einheit 220 zur elektrischen Feldsteuerung
ein Schmelzsicherungsauswahlmittel 221, ein Mittel 223 zur
Steuerung des ersten Übergangs und
ein Mittel 225 zur Steuerung des zweiten Übergangs.
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Das
Schmelzsicherungsauswahlmittel 221 liefert eine vorgegebene
Spannung, im Beispiel von 3 eine Massespannung
VSS, für
einen Spannungsversorgungsanschluss nSUP in Reaktion auf ein Schmelzsicherungsauswahlsignal
SEL. Wenn das Antischmelzsicherungselement 210 ausgewählt wird
und das Schmelzsicherungsauswahlsignal SEL einen Übergang
auf hohen Logikpegel zum Zeitpunkt des Antischmelzsicherungsvorgangs
erfährt,
wird der Spannungsversorgungsanschluss nSUP mit der Massespannung
VSS beaufschlagt.
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Das
Mittel 223 zur Steuerung des ersten Übergangs arbeitet derart, dass
es in Reaktion auf ein erstes Schmelzsicherungssignal FUSE1 eine
erste Spannung an den ersten Übergang 211 anlegt,
im Beispiel von 3 die Massespannung VSS. Wenn das
erste Schmelzsicherungssignal FUSE1 auf hohen Logikpegel aktiviert
wird, wird das elektrische Feld Ef1 zwischen der Gateelektrode 213 und
dem ersten Übergang 211 des
Antischmelzsicherungselements 210 erzeugt, was einen ersten
Durchbruch verursacht, wie in 4 veranschaulicht.
Das Mittel 225 zur Steuerung des zweiten Übergangs
arbeitet derart, dass es eine zweite Spannung an den zweiten Übergang 212 des
Antischmelzsicherungselements 210 in Reaktion auf ein zweites
Schmelzsicherungssignal FUSE2 anlegt. Wie aus 3 ersichtlich,
handelt es sich in diesem Beispiel auch bei der zweiten Spannung
um die Massespannung VSS. Wenn das erste Schmelzsicherungssignal
FUSE1 auf niedrigen Logikpegel deaktiviert wird und das zweite Schmelzsicherungssignal
FUSE2 auf hohen Logikpegel aktiviert wird, nachdem der erste Durchbruch
erfolgt ist, wie in 4 veranschaulicht, wird das
elektrische Feld Ef2 zwischen der Gateelektrode 213 und
dem zweiten Übergang 212 des
Anti schmelzsicherungselements 210 erzeugt, was einen zweiten
Durchbruch verursacht.
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Durch
die Einheit 220 können
folglich das elektrische Feld Ef1 am ersten Übergang 211 und das
elektrische Feld Ef2 am zweiten Übergang 212 separat
gesteuert werden, und ein Durchbruch der Isolationsschicht 215 wird
an zwei Stellen erzeugt.
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5 veranschaulicht
eine Modifikation der Antischmelzsicherungsschaltung 200 von 3 in Form
einer erfindungsgemäßen Antischmelzsicherungsschaltung 300,
die ein Antischmelzsicherungselement 310, das dem Antischmelzsicherungselement 210 von 3 entspricht,
und eine Einheit 320 zur elektrischen Feldsteuerung umfasst,
die wie die Einheit 220 zur elektrischen Feldsteuerung
von 3 ein Schmelzsicherungsauswahlmittel 321,
ein Mittel 323 zur Steuerung eines ersten Übergangs 311 und
ein Mittel 325 zur Steuerung eines zweiten Übergangs 312 beinhaltet.
Das Schmelzsicherungsauswahlmittel 321 von 5 ist
gleich dem Schmelzsicherungsauswahlmittel 221 von 3.
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Wie
das Mittel 223 zur Steuerung des ersten Übergangs 211 von 3 arbeitet
das Mittel 323 zur Steuerung des ersten Übergangs 311 von 5 derart,
dass der erste Übergang 311 des
Antischmelzsicherungselements 310 mit der Massespannung
VSS beaufschlagt wird. Das erste Schmelzsicherungssignal FUSE1 von 3 ist
ein Signal, das eine vorgebbare Zeitspanne nach dem Übergang
auf hohen Logikpegel wieder auf den niedrigen Logikpegel übergeht.
Im Gegensatz dazu ist beim Beispiel von 5 ein Schmelzsicherungssignal
FUSE vorgesehen, das ab dem Zeitpunkt eines Antischmelzsicherungsvorgangs
einen hohen Logikpegel kontinuierlich beibehält.
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In
gleicher Weise wie das Mittel 225 zur Steuerung des zweiten Übergangs 212 von 3 arbeitet
das Mittel 325 zur Steuerung des zweiten Übergangs 312 von 5 derart,
dass der zweite Übergang 312 des
Antischmelzsicherungselements 310 von der Massespannung
VSS beaufschlagt wird. Das Mittel 325 zur Steuerung des
zweiten Übergangs 312 von 5 reagiert
auf das Auftreten des Durchbruchs zwischen der Gateelektrode 313 und
dem ersten Übergang 311 des
Antischmelzsicherungselements 310. Sobald dieser Durchbruch
aufgetreten ist, steigt die Spannung am ersten Übergang 311 an. Zu
diesem Zeitpunkt wird der zweite Übergang 312 mit der
Massespannung VSS beaufschlagt.
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Das
Mittel 325 zur Steuerung des zweiten Übergangs 312 weist
vorzugsweise einen NMOS-Transistor 325a auf. Der NMOS-Transistor 325a wird
an seiner Gateelektrode in Reaktion auf ein Signal gesteuert, das
am ersten Übergang 311 zum
Zeitpunkt des Durchbruchs erzeugt wird, wodurch die Massespannung
VSS den zweiten Übergang 312 beaufschlagt.
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Auch
bei der Antischmelzsicherungsschaltung 300 von 5 werden
das elektrische Feld Ef1 am ersten Übergang 311 und das
elektrische Feld Ef2 am zweiten Übergang 312 separat
gesteuert, und in der Isolationsschicht 215 kann ein Durchbruch
an zwei Stellen bewirkt werden. Auch die Antischmelzsicherungsschaltung 300 von 5 erhöht folglich
die Funktionszuverlässigkeit.
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6 veranschaulicht
eine weitere erfindungsgemäße Antischmelzsicherungsschaltung 400,
die im Wesentlichen der Antischmelzsicherungsschaltung 300 von 5 entspricht
und sich von dieser darin unterscheidet, dass als Mittel 425 zur
Steuerung eines zweiten Übergangs 412 ein PMOS-Transistor 425b vorgesehen
ist. Ansonsten sind funktionell entsprechende Elemente in 6 mit gegenüber 5 um
den Wert Hundert höheren
Bezugszeichen bezeichnet, und insoweit kann auf die obige Beschreibung
zu 5 verwiesen werden.
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Der
PMOS-Transistor 425b wird an seiner Gateelektrode in Reaktion
auf ein Zusatzsteuersignal/XSF gesteuert. Er ist einem NMOS-Transistor 425a zwischen
dem zweiten Übergang 412 und
dem Versorgungsspannungsanschluss nSUP parallel geschaltet.
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Wie
aus 6 ersichtlich, wird zwischen dem zweiten Übergang 412 und
einer Gateelektrode 413 ein elektrisches Feld Ef2 erzeugt,
um einen Durchbruch zu bewirken, selbst wenn zwischen einem ersten Übergang 411 und
der Gateelektrode 413 kein Durchbruch auftritt. Wenn das
Zusatzsteuersignal/XSF auf niedrigen Logikpegel aktiviert wird,
wird der PMOS-Transistor 425b leitend geschaltet, und zwischen
dem zweiten Übergang 412 und
der Gateelektrode 413 wird das elektrische Feld Ef2 erzeugt, um
dort einen Durchbruch zu bewirken.
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In
einem Antischmelzsicherungselement mit MOS-Struktur kann die Form
einer Gateelektrode verschiedenartig gewählt werden, um leicht einen Gate-Durchbruch
zu bewirken. In den 8 und 9 sind weitere
erfindungsgemäße Antischmelzsicherungsschaltungen 600 bzw. 700 gezeigt,
welche die herkömmliche
Antischmelzsicherungsschaltung 500 von 7 verbessern.
Speziell beinhaltet die Antischmelzsicherungsschaltung 600 von 8 ein Antischmelzsicherungselement 610 und
eine Einheit 620 zur elektrischen Feldsteuerung.
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Das
Antischmelzsicherungselement 610 ist als MOS-Struktur mit
einem ersten Übergang 611,
einem zweiten Übergang 612 und
einer Gateelektrode 613, d.h. einem Gateanschluss, gebildet.
In diesem Beispiel ist die Gateelektrode 613 des Antischmelzsicherungselements 610 in
Form eines geschlossenen, rechteckförmigen Ringstreifens gebildet.
Wie in 8 veranschaulicht, kann diese Gateelektrode 613 zuverlässig einen Durchbruch
bewirken, da ein entsprechendes ausreichendes elektrisches Feld mindestens
an inneren Eckbereichen C1, C2, C3, C4 der Gateelektrode 613 gebildet
wird. Die Einheit 620 führt
einen Steuerbetrieb derart aus, dass elektrische Felder geeigneter
Stärke
zwischen dem ersten Übergang 611 und
dem zweiten Übergang 612 erzeugt werden.
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Das
in 9 gezeigte Antischmelzsicherungselement 700 ist
demjenigen von 8 ähnlich und umfasst ein Antischmelzsicherungselement 710 mit
einer Gateelektrode 713, die in diesem Beispiel als geschlossener
Kreisring gestaltet ist. Diese Gateelektrode 713 kann ebenfalls
zuverlässig
ein zur Bewirkung eines Durchbruchs benötigtes elektrisches Feld mindestens
am Bereich eines inneren Übergangs 712 erzeugen.
Ein äußerer Übergang 711 erstreckt
sich radial über
die Gateelektrode 713 hinaus. Die übrigen Elemente der Antischmelzsicherungsschaltung 700 von 9 entsprechen
denjenigen von 8.
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Wie
die oben erläuterten
Ausführungsbeispiele
deutlich machen, stellt die Erfindung eine Antischmelzsicherungsschaltung
und ein Antischmelzsicherungsverfahren zur Verfügung, bei denen die Erzeugung
eines elektrischen Feldes für
einen ersten Übergang
und die Erzeugung eines elektrischen Feldes für einen zweiten Übergang
separat gesteuert werden können,
so dass ein Durchbruch einer Isolationsschicht an wenigstens zwei
Stellen zuverlässig bewirkt
wird. Die erfindungsgemäße Antischmelzsicherungsschaltung
und das erfindungsgemäße Antischmelzsicherungsverfahren
lassen sich daher mit im Vergleich zur eingangs erläuterten
herkömmlichen Vorgehensweise
verbesserter Zuverlässigkeit
realisieren. Dabei kann zudem vorgesehen sein, die Gateelektrode
des Antischmelzsicherungselementes in einer geschlossenen Streifenform
zu gestalten, was die zuverlässige
Erzielung des gewünschten
Durchbruchverhaltens der Gateelektrode unterstützt.