DE10258780A1 - Selbstendender Brennprozeß für elektrische Anti-Fuses - Google Patents

Abstract

Ein Anti-Fuse-System umfaßt eine Vielzahl von Anti-Fuse-Schaltkreisen (24, 26, 28, N), die über ein Paar Leiter (16, 18) an eine Spannungsquelle (10) angeschlossen sind. Jeder Anti-Fuse-Schaltkreis umfaßt eine Anti-Fuse-(30), die in Reihe mit einem Brenn- oder Steuertransistor (36) geschaltet ist, und einen Steuerschaltkreis (44) zum Überwachen des Zustands der Anti-Fuse (30) an einem Spannungsknoten (48), der zwischen der Anti-Fuse (30) und dem Brenntransistor (36) angeordnet ist. Bei Betrieb in einem Brennzyklus liefert der Steuerschaltkreis (44) dem Gate (38) des Brenntransistors (36) nur dann ein "Eingschalt"-Signal, wenn an einem Eingang (46) des Steuerschaltkreises (44) ein Auswahlsignal empfangen wird und wenn die Anti-Fuse (30) nicht durchgebrannt worden ist. Deshalb schaltet der Steuerschaltkreis (44), nachdem die Anti-Fuse (30) durchgebrannt ist, den Brenntransistor (36) ab, wodurch unabhängig von der Anzahl paralleler Anti-Fuses, die durchgebrannt worden sind, an jedem Anti-Fuse-Schaltkreis (24, 26, 28, N) eine konstante Versorgungsspannung bereitgestellt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft Anti-Fuses und insbesondere Schaltungen und Verfahren zum Abschalten eines Stromflusses durch die Anti-Fuse, nachdem sie durchgebrannt worden ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Anti-Fuses sind Halbleiterbauelemente, die eine dünne dielektrische Schicht zwischen zwei Leitern umfassen. Die nicht durchgebrannte Anti-Fuse ist anfänglich ein "offener" Schaltkreis zwischen den beiden Leitern. Wenn jedoch an den beiden Leitern ein ausreichend hoher Spannungsimpuls zum Durchtrennen des Dielektrikums angelegt wird, entsteht zwischen den beiden Leitern ein geschlossener Schaltkreis, und die Anti-Fuse wird als "gebrannt" angesehen. Im US-Patent 4,943,538 an Amr M. Mohsen et al. wird diese Art von Anti- Fuse offenbart.
• Eine weitere Form der Anti-Fuse besteht aus einem Gebiet aus amorphem Material mit einem hohen Widerstand, das zwischen zwei Leiter geschichtet ist. Diese Art von Anti-Fuse wird "gebrannt", wenn durch das amorphe Material ein ausreichender Strom durchgeleitet wird, so daß der hohe spezifische Widerstand des amorphen Materials seinen Zustand ändert und es zu einem leitenden Material wird. Das US-Patent 4,752,118 an Robert R. Johnson beschreibt diese Art von Anti-Fuse. Bei der vorliegenden Erfindung können beide Arten von Anti-Fuses verwendet werden.
• Es gibt mehrere Bauelemente, wie etwa verschiedene Speicherchips und Gate-Arrays usw., die durch den Einsatz paralleler Anti-Fuses programmiert und sogar umprogrammiert werden können. Leider wird durch die geringe Leistung von auf dem Chip integrierten Leistungsversorgungen zusammen mit dem Leitungswiderstand eines Leiters bei bisherigen Anti-Fuse- Schaltungen oftmals die Spannung und/oder der Strom bei den Anti-Fuse-Elementen begrenzt. Diese Begrenzungen können die Durchbrennfähigkeit paralleler Anti-Fuses beeinflussen und auch die Verwendung eines "testzeiteffizienten" parallelen Durchbrennens von Fuses verhindern.
• Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine Anti-Fuse- Schaltung des Stands der Technik mit vielen parallelen Anti- Fuse-Kreisen gezeigt. Wie gezeigt existiert eine Stromversorgung oder Stromquelle 10 mit einem ersten Ausgang 12, bei dem es sich beispielsweise um einen positiven Ausgang handeln kann, und einem zweiten Ausgang 14, bei dem es sich um einen negativen Ausgang handeln kann, die an leitende Pfade oder elektrische Leiter 16 bzw. 18 angeschlossen sind. Außerdem sind ohmsche Einheiten oder Elemente 20 und 22 gezeigt, die den elektrischen Leitungswiderstand zwischen der Stromversorgung oder Stromquelle 10 und den vielen Anti- Fuse-Kreisen 24, 26, 28 und "N" darstellen. Die Widerstandseinheiten 20 und 22 könnten tatsächliche Widerstände beinhalten, die absichtlich in die Schaltung geschaltet sind, aber in erster Linie dazu gedacht sind, die Stromversorgungsverbindungen oder -an-schlüsse 12 und 14 sowie den Leitungs- oder Leiterwiderstand darzustellen. Wie ebenfalls gezeigt umfaßt jeder der vielen Anti-Fuse-Kreise eine Anti- Fuse 30 mit Anschlußpunkten oder Anschlüssen 32 und 34, die mit einem Schalterbauelement oder Transistor 36 in Reihe geschaltet sind, der ebenfalls ein Paar Anschlußpunkte oder Anschlüsse aufweist, um einen Strom hindurchzuleiten, wenn er von einem "Einschalt"- oder "Aktivierungs"-Signal, das einem Steueranschluß oder Gate zugeführt wird, "geschlossen" wird. Das Schalterbauelement oder der Transistor 36 stellt einen "offenen" Schaltkreis oder eine hohe Impedanz dar, wenn das "Aktivierungs"- oder "Einschalt"-Signal nicht anliegt. In der Regel wird das Schalterbauelement oder der Transistor 36 ein "Brenntransistor" sein, wie zum Beispiel ein FET (Feldeffekttransistor) mit einem Steueranschluß oder Gate 38 und Source-/Drain-Anschlüssen, wie beispielsweise durch die Anschlüsse 40 und 42 angezeigt.
• Wie der Fachmann versteht und wieder unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist festzustellen: Wenn sich eine Anti-Fuse in einem "nicht durchgebrannten" Zustand befindet, liegt zwischen den Anti-Fuse-Anschlüssen 32 und 34 ein hoher Widerstand bzw. eine hohe Impedanz vor. Und wenn die Anti-Fuse "durchgebrannt" wird, erhält man dadurch zwischen den Anschlüssen 32 und 34 einen elektrischen Leiter oder einen niederohmigen Pfad. Falls zwei oder mehr der parallelen Anti-Fuses zum "Durchbrennen" ausgewählt werden, wird an das Gate 38 jedes der entsprechenden Brenntransistoren, die mit der zu brennenden Anti-Fuse in Reihe geschaltet sind, ein "Aktivierungs"- oder "Einschalt"-Signal angelegt. Wie man aus dem Stand der Technik in Fig. 1 erkennen kann, erfahren alle parallelen Anti-Fuses anfänglich etwa das gleiche Spannungspotential oder liegen an diesem an. Nachdem eine Anti-Fuse durchgebrannt ist, fließt jedoch ein erheblicher Strom durch die durchgebrannte Anti-Fuse 30 und ihren entsprechenden Brenntransistor 36. Dadurch entsteht an dem Leitungswiderstand oder dem Leiterwiderstand und den Stromversorgungsverbindungsanschlüssen 12 und 14 ein Spannungsabfall, der durch die Widerstandseinheiten 20 und 22 dargestellt ist. Infolgedessen werden die verbleibenden parallelen Anti-Fuses nicht der vollen, von der Stromquelle 10 gelieferten Spannung ausgesetzt. Falls dann eine weitere Anti-Fuse durchbrennt, nimmt der von der Stromquelle 10 gezogene Strom zu und die an den verbleibenden Anti-Fuses anliegende Spannung fällt noch weiter ab. Dieser Prozeß setzt sich natürlich mit dem Durchbrennen jeder der verbleibenden nicht durchgebrannten Anti-Fuses fort, bis der kumulative Spannungsabfall so groß ist, daß die verbleibenden nicht durchgebrannten Anti-Fuses nicht mehr durchbrennen. Das bedeutet natürlich, daß, wenn jeweils mehr als ein Brenntransistor eingeschaltet oder aktiviert wird, es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist, die Brennspannung an jedem Anti-Fuse-Element vorherzusagen und einzustellen. Für diejenigen Situationen, bei denen die Fähigkeit zur Vorhersage und Einstellung der erforderlichen Spannung zum Durchbrennen der Anti-Fuses für höchst zuverlässige Durchbrennvorgänge unabdingbar ist, ist dies natürlich inakzeptabel.
• Außerdem bleibt bei Anti-Fuse-Schaltungen des Stands der Technik, nachdem eine Anti-Fuse "durchgebrannt" ist, der Strom durch die Anti-Fuse 30 und den Durchbrenntransistor für eine gewisse Zeit bestehen. Ein derartig hoher kontinuierlicher Strom führte oftmals dazu, daß die Anti-Fuse- Schaltungen beschädigt wurden. Beispielsweise kann das Gateoxid des Anti-Fuse-Durchbrenntransistors zerstört werden, wenn der Strom über längere Zeit wie beispielsweise eine Millisekunde fließt. Wenn es dazu kommt, kann eine durchgebrannte Anti-Fuse als nicht durchgebrannt gelesen werden, da der Durchbrenntransistor nicht länger ordnungsgemäß arbeitet. Es wäre daher vorteilhaft, wenn jede parallele Anti- Fuse in einem Kreis dem gleichen Spannungspotential ausgesetzt ist.
• Es wäre außerdem vorteilhaft, die Zeitspanne zu reduzieren, während der die Anti-Fuses und die Versorgungsleiter oder -leitungen für die Anti-Fuse einer hohen Stromstärke ausgesetzt sind, um eine Beschädigung der Anti-Fuse, der Versorgungsleiter und zugeordneter Schaltungen zu verhindern.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Bei der vorliegenden Erfindung werden die obigen Vorteile durch Verfahren und Anti-Fuse-Schaltungen erzielt, die an eine Spannungsquelle angeschlossen sind, mit der die Anti- Fuse durchgebrannt wird. Bei mindestens einer Anti-Fuse ist einer ihrer beiden Verbindungspunkte oder Anschlüsse elektrisch an einen Ausgang der Spannungsquelle gekoppelt. Dabei ist der zweite Ausgang der Anti-Fuse an einen der Eingangs- /Ausgangsanschlüsse eines Schalterbauelements gekoppelt, wie etwa beispielsweise einen der Source-/Drain-Anschlüsse eines FET-Transistors. Der zweite Eingang/Ausgang (Source/Drain) des Schalterbauelements ist an den anderen Ausgang der Spannungsquelle gekoppelt. Der Steueranschluß des Schalterbauelements oder gemäß einer Ausführungsform das Gate des FET- Transistors empfängt ein Steuersignal, das den Pfad zwischen den beiden Eingangs- und Ausgangs-(Source/Drain)-Anschlüssen schließt oder bei einer Ausführungsform unter Verwendung eines FET-Transistors den Transistor einschaltet, damit dort hindurch ein Strom fließen kann. In der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Steuerschaltkreis mit einem ersten Eingang enthalten, der an einen Übergang, einen Punkt oder einen Knoten zwischen der Anti-Fuse und dem Schalterbauelement angeschlossen ist. Ein zweiter Eingang des Steuerschaltkreises empfängt ein Signal, das die zugeordnete oder jeweilige durchzubrennende Anti-Fuse angibt oder auswählt. Der Steuerschaltkreis weist außerdem einen Ausgang auf, der an den Steueranschluß oder das Gate des Schalterbauelements gekoppelt ist, damit der FET-Transistor oder eine andere Art von Schalterbauelement eingeschaltet wird und einen gering leitenden Pfad durch das Schalterbauelement oder den Transistor bereitstellt. Die Steuerschaltung arbeitet derart, daß in ihrer normalen Betriebsart das Steuersignal nur dann dem Schalterbauelement oder dem Transistor zugeführt wird, wenn die zugeordnete Anti-Fuse nicht durchgebrannt ist und das die jeweilige Anti-Fuse auswählende Signal vorliegt. Infolgedessen wird nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse das Steuersignal an das Schalterbauelement entfernt. Dadurch erfährt das Schalterbauelement oder der FET-Transistor eine hohe Impedanz zwischen seinen Anschlüssen, so daß der Stromfluß durch die Anti-Fuse endet. Indem das Schalterbauelement abgeschaltet und dadurch der Stromfluß gestoppt wird, wird somit eine Beschädigung an den leitenden Leitungen und dem Oxid des Schaltkreises verhindert, und gleichzeitig liegt an jeder der anderen oder verbleibenden parallelen Anti-Fuses die ursprüngliche Anfangsspannung an, die zum Durchbrennen der ersten Anti-Fuse führte.
• Es wird außerdem ein Anti-Fuse-System offenbart, das eine Vielzahl von parallelen Anti-Fuse-Schaltkreisen des oben erörterten Typs umfaßt. Es enthält dementsprechend einen ersten und zweiten Leiter, die jeweils an die beiden Ausgänge der Strom- oder Spannungsquelle gekoppelt sind. Die Vielzahl der Anti-Fuse-Schaltkreise ist parallel zwischen die ersten und zweiten Leiter geschaltet. Jede ausgewählte Anti-Fuse wird an im wesentlichen die gleiche "Brennspannung" angeschlossen, und zwar ungeachtet dessen, wie viele parallele Anti-Fuses durchgebrannt sind, da beim Brennen einer Anti- Fuse ihr zugeordneter Brenntransistor ausgeschaltet wird, wodurch der Stromfluß durch die durchgebrannte Anti-Fuse unterbrochen wird.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 zeigt eine Anti-Fuse-Schaltung des Stands der Technik.
• Fig. 2 zeigt die parallele Anti-Fuse-Schaltung der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 veranschaulicht die Spannungspegel an einem Punkt oder Knoten der Schaltung von Fig. 2 zwischen der Anti-Fuse und dem Schalterbauelement oder "Brenntransistor" während eines "Brenn"-Zyklus.
• Fig. 4 zeigt einen ausführlichen Schaltplan einer Ausführungsform der Anti-Fuse-Schaltung von Fig. 2, und
• Fig. 5 zeigt die verschiedenen Spannungspegel an verschiedenen Stellen der Schaltung von Fig. 4 während des "Brenn"- Zyklus.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• In Fig. 2 ist ein allgemeiner Schaltplan gezeigt, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält. Wie zu sehen ist, sind diejenigen Elemente, die bei der anhand von Fig. 1 erörterten Schaltung des Stands der Technik üblich sind, und die Elementen der vorliegenden Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, ähnelt die parallele Anti-Fuse- Schaltung der von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß sie weiterhin eine Steuerschaltung 44 enthält. Außerdem wird das Signal, das auf Leitung 46 anliegt und das die geeignete Anti- Fuse auswählt, die durch Einschalten des FET 36 oder ein anderes Schalterbauelement durchgebrannt wird, nun als ein Eingangssignal zur Steuerschaltung 44, anstatt direkt zum Gate oder einem anderen Steueranschluß 38 des Schalterbauelements bereitgestellt. Die Steuerschaltung 44 enthält weiterhin einen weiteren Eingang, der den Spannungspegel am Knoten 48 überwacht, der elektrisch zwischen der Anti-Fuse 30 und dem Schalterbauelement 36 (zum Beispiel einem FET- Transistor) angeordnet ist. Wie unten ausführlich erläutert wird, wird durch diese Steuerschaltung 44 der Spannungspegel des Knotens 48 fortlaufend überwacht oder verfolgt, um den Zustand der Anti-Fuse zu bestimmen, d. h. ob die Anti-Fuse durchgebrannt ist oder nicht. Weiterhin wird der Brenntransistor oder das Schalterbauelement 36, wie erörtert wird, eingeschaltet, um während des normalen Betriebsablaufs (Brennprozesses) nur dann eine geringe Impedanz bereitzustellen, wenn zwei Bedingungen vorliegen: die erste Bedingung lautet, daß auf Leitung 46 ein Auswahl-"Signal" empfangen worden ist, das spezifisch die zu brennende Anti-Fuse 30 auswählt. Die zweite Bedingung lautet, daß der Überwachungseingang zum Steuerkreis 44 an zeigt, daß sich die Anti-Fuse immer noch im nicht durchgebrannten Zustand befindet. Die Schaltung arbeitet somit derart, daß der Brenntransistor oder das Schalterbauelement 36 sofort abgeschaltet wird, nachdem die Anti-Fuse leitend geworden ist, das heißt, nachdem sie durchgebrannt worden ist. Um sicherzustellen, daß eine Spannungsänderung am Knoten 48 (zu der es kommt, wenn der Brenntransistor abgeschaltet wird) nicht so interpretiert wird, als wenn sich die Anti-Fuse in einem nicht durchgebrannten Zustand befindet, wird außerdem der Steuerschaltkreis 44, wie erörtert, so betrieben, daß ein "Aktivierungs"- oder "Einschalt"-Signal zum Transistor oder zum Schalterbauelement 36 zwischengespeichert wird, so daß es nach dem Abschalten des Transistors oder des Schalters nicht wieder angelegt wird.
• Es wird deshalb nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine graphische Darstellung des sich ändernden Spannungspegels am Knoten 48 während eines vollständigen Brenn- und Fuse- Lesezyklus von Anfang bis Ende gezeigt. Beispielsweise ist die Spannung, wie bei 50 gezeigt, am Knoten 48 vor dem Einschalten der Brennspannung oder der Stromquelle 10 niedrig. Nach dem Einschalten der Stromquelle 10 liefert sie am Anschluß 32 der Anti-Fuse 30 ein Ausgangs- oder Spannungspotential. Dies gilt, obwohl der Brenntransistor 36 nicht leitet (d. h. ausgeschaltet ist). Da dies der Anfangszustand des Brennzyklus ist, ist die Anti-Fuse 30 außerdem natürlich noch nicht durchgebrannt worden. Wenn dann die Stromquelle 10 wie in Fig. 3 gezeigt eingeschaltet wird, steigt die Spannung am Knoten 48 wie durch Linie 54 gezeigt auf einen hohen Pegel. Es kommt dazu, weil das Schalterbauelement oder der Brenntransistor 36 nicht eingeschaltet ist und deshalb einen hochohmigen Pfad von der Anti-Fuse zur leitenden Leitung 18 darstellt. Dadurch beginnen sich beide Platten der Anti-Fuse (in der Regel ein Kondensator mit einem sehr dünnen Dielektrikum zwischen den beiden Leitern) aufzuladen, wodurch der Spannungspegel am Anschluß 34 und folglich am Knoten 48 ansteigt. Der Spannungspegel des Knotens 48 bleibt auf einem hohen Pegel, wie durch Linie 56 angezeigt, bis am Eingang 46 ein "Auswahl"-Signal empfangen wird, das anzeigt, daß dies eine Anti-Fuse ist, die zum Durchbrennen ausgewählt worden ist. Wie oben gesagt wird das Schalterbauelement oder der Transistor 36 nicht eingeschaltet, d. h. leitend gemacht wird, es sei denn, daß zwei Bedingungen vorliegen. Die erste besagt, daß die Anti-Fuse 30 nicht durchgebrannt worden ist, und die zweite besagt, daß das Auswahlsignal an Leitung 46 anliegt. Weil die Anti-Fuse nicht durchgebrannt worden ist und das Auswahlsignal nun angelegt worden ist, wird deshalb das Schalterbauelement oder der Transistor 36 von einem von der Steuerschaltung 44 dem Gate 38 zugeführten "Aktivierungs"- oder "Einschalt"-Signal eingeschaltet. Das Einschalten des Transistors 36 entlädt die an den Anschluß 34 der Anti-Fuse 30 angeschlossene Platte, da die hohe Impedanz zwischen den beiden Anschlüssen 40 und 42 des Schalterbauelements 36 auf eine geringe Impedanz oder einen leitenden Zustand reduziert worden ist. Folglich nimmt die Spannung am Anschluß 34 der Anti-Fuse 30 sowie am Knoten 48 im wesentlichen auf die gleiche Spannung wie die Spannungsleitung 18 ab. Dies wird bei dem Bezugszeichen 58 von Fig. 3 gezeigt. Es liegt nunmehr somit an der Kapazität oder den Platten der Anti-Fuse 30 ein erhebliches Spannungspotential an. Dieses Spannungspotential an der Anti-Fuse 30 steigt mit abnehmendem Spannungspegel am Überwachungsknoten 48 (siehe Bezugszeichen 58 von Fig. 3), bis der Durchbruchspunkt der Anti- Fuse erreicht ist. Wie der Fachmann weiß, führt das Durchbrennen der Anti-Fuse deshalb dazu, daß die Anti-Fuse von einem Zustand hoher Impedanz zu einem Zustand geringer Impedanz wechselt. Somit liegt zwischen den Eingangs- /Ausgangsverbindungspunkten oder -anschlüssen 32 und 34 der Anti-Fuse 30 eine geringe Impedanz oder ein im wesentlichen leitender Pfad vor.
• Die Steuerschaltung 44, die den Knoten 48 überwacht, verfolgt die niedrige Spannung am Knoten 48, wie bei 60 von Fig. 3 angezeigt. Wenn die Anti-Fuse leitend wird, beginnt die Spannung am Knoten 48 anzusteigen, da die Anti-Fuse eine Verbindung zur Stromversorgungsleitung 16 erzeugt. Dies wird von der Steuerschaltung 44 korrekt so interpretiert, daß die Anti-Fuse 30 durchgebrannt worden ist. Somit ist eine der Bedingungen, die dafür erforderlich ist, daß ein Gatesignal oder Steuersignal an das Gate 38 des Schalterbauelements oder des Transistors 36 angelegt wird, nicht länger erfüllt. Das Steuer- oder Gatesignal, das an das Gate 38 des Schalterbauelements oder Transistors 36 angelegt ist, wird deshalb von der Steuerschaltung 44 unterbrochen oder entfernt. Durch das Entfernen des Steuersignals vom Gate 38 des Transistors 36 wird das Schalterbauelement oder der Transistor 36 wieder ausgeschaltet, wodurch der leitende Zustand zu einem Zustand hoher Impedanz wechselt. Da die Stromquelle oder Spannung weiter eingeschaltet ist, steigt deshalb der vom Steuerkreis 44 überwachte Knoten 48 weiterhin wie durch die ansteigende Linie 62 gezeigt auf einen hohen Pegel, wie durch die Linie 64 angezeigt an. Diese auf hohem Pegel befindliche Spannung am Knoten 48 wird bis zum Ausschalten der Stromquelle 10 aufrecht erhalten, wodurch die Brennspannung oder das Brennpotential entfernt wird, das zwischen den Leitern 16 und 18 vorliegt. Das Abschalten der Stromquelle 10 ist durch den bei 66 in Fig. 3 gezeigten abfallenden Spannungspegel angegeben. Obwohl die Stromversorgung oder Spannungsquelle weiterhin Strom liefert, bis die Stromquelle abgeschaltet wird, wird jedoch nunmehr durch die Anti-Fuse 30 kein Strom mehr fließen, der ausreicht, um die leitenden Leitungen und den Brenntransistor 36 zu beschädigen, weil der Brenntransistor 36 nunmehr zwischen dem Überwachungsknoten 48 und der leitenden Leitung 18 eine hohe Impedanz darstellt. Nachdem die Brennspannung oder der Strom von der Stromquelle 10 abgeschaltet ist, verfolgt die den Knoten 48 auslesende Überwachungsschaltung 44 wieder den Spannungspegel, der wie in Linie 66 angedeutet auf einen niedrigen Pegel wie durch Linie 68 angedeutet abfällt. Der Spannungspegel am Knoten 48 bleibt niedrig, wie durch Spannungspegel 68 gezeigt, bis ein Auslesetransistor eingeschaltet wird. Der Auslesetransistor wird eingeschaltet, um einer Beobachtungseinrichtung hinsichtlich des Status der jeweiligen Anti-Fuse eine Aussage zu liefern. Die Schaltung dafür wird mit Bezug auf Fig. 5 später erörtert. Der Schaltkreis 44 hat jedoch die Informationen zwischengespeichert, daß die Anti-Fuse bereits durchgebrannt worden ist. Der hohe Pegel am Knoten 48, wie durch Linie 70 angedeutet, wird deshalb nicht als eine nicht durchgebrannte Anti-Fuse interpretiert. Der Schaltkreis 44 wird somit den Brenntransistor 36 in seinem ausgeschalteten Zustand halten.
• Nunmehr werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform der Anti-Fuse-Schaltung von Fig. 2 und die relativen Spannungspegel (Fig. 5) an verschiedenen Testpunkten der Schaltung von Fig. 4 während eines Brennzyklus gezeigt. Diejenigen Teile der Schaltung, die die gleichen waren wie in Fig. 2, sind durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Deshalb wird wie gezeigt Spannung von der Spannungsquelle 10 über die Leiter 16 und 18 an die Schaltung von Fig. 4 angelegt. Der Leiter oder Punkt 18 in der Ausführungsform von Fig. 4 ist Massepotential. Die resultierende Spannung auf Leitung 16 ist durch den in Kurve 72 angegebenen Spannungspegel gezeigt. Wie gezeigt wird die Spannung eingeschaltet und steigt wie bei 74 gezeigt auf einen maximalen Pegel, wie bei 76 angegeben. Nach der Beendigung des Anti-Fuse-Brennzyklus wird die Spannung entfernt und beginnt abzunehmen, wie bei 78 der Kurve 72 gezeigt. Wie man außerdem aus der Kurve 80 entnehmen kann, steigt auch, da der Brenntransistor 36 oder ein anderer Typ von Schalterbauelement nicht leitend ist (der Lesetransistor 82 ist ebenfalls nicht leitend, wie unten erläutert wird), das Spannungspotential der Anti-Fuse 30 (einschließlich Anschluß 34) auf einen maximalen Spannungspegel an, wie bei 84 von Kurve 80 gezeigt. Dieser Spannungsanstieg verläuft im wesentlichen gleichzeitig mit dem Ausgangsspannungspegel der Stromversorgung 10 und ist in Kurve 72 gezeigt. Der Brenntransistor 36 wird in einem "Ausschalt"-Zustand gehalten, und zwar durch ein von einer Speicherschaltung 86, die hauptsächlich aus Invertern 88, 90 und 92 besteht, an das Gate 38 angelegtes Potential von "0" Volt.
• Wie der Fachmann erkennt, sind die Inverter 88, 90 und 92 derart angeordnet, daß ein negatives Signal von der Speicherschaltung 86 an das Gate 38 des Transistors 36 angelegt wird. So wird der Transistor 36 in einem ausgeschalteten Zustand oder einem Zustand hoher Impedanz gehalten oder verriegelt. Die Kurven 94 und 96 veranschaulichen die Ausrast- und Einrastspannungspegel an den Testpunkten 98 bzw. 100. Ebenfalls gezeigt ist ein Transistor 102, der eingeschaltet wird, wenn der Spannungspegel am Knoten 48 hoch ist. Wenn der Spannungspegel am Knoten 48 niedrig ist, wird deshalb entsprechend der Transistor 102 ausgeschaltet. Es ist somit zu erkennen, daß der Transistor 36 in einem "Ausschalt"- Zustand oder einem Zustand hoher Impedanz gehalten wird, bis das Ausgangssignal des Speichers bei 98 auf niedrigen Pegel geht. Dies führt natürlich dazu, daß das Ausgangssignal des Inverters 90 positiv wird, was wiederum den Brenntransistor 36 einschaltet. Wie man jedoch erkennen kann, wird das Ausgangssignal des Speichers erst dann niedrig, wenn der Transistor 104 eingeschaltet wird und leitend wird, was natürlich den Punkt 98 im wesentlichen mit Leiter 18 oder Masse verbindet. Weiterhin wird wie gezeigt der Transistor 104 eingeschaltet, wenn an das Gate des Transistors 104 ein kurzes Impulssignal angelegt wird. Wie man erkennt, werden außerdem, nachdem der Knoten 98 auf niedrigen Pegel gezwungen worden ist, die Inverter 88 und 92 ihren Zustand umschalten und dann selbst nach dem Entfernen eines Impulses in dem neuen Zustand verriegeln. Das an das Gate des Transistors 104 angelegte Impulssignal ist durch Kurve 106 von Fig. 5 dargestellt. Das Auswahlsignal auf Leitung 46 bei der bevorzugten Ausführungsform wird deshalb wie gezeigt an einen Impulsschaltkreis 108 geliefert. Wie der Fachmann auf dem Gebiet der Elektronik erkennt, kann unter Verwendung eines Paars Inverter 110 und 112 zusammen mit einem NAND-Gatter 114 die Dauer eines Ausgangsimpulses auf Leitung 118 durch Auswahl der Kapazität des Kondensators 120 bestimmt werden. Dann kann der Impuls auf Leitung 118 mit einer ausgewählten Impulsdauer an das Gate des Transistors 104 geliefert werden. Es sei außerdem angemerkt, daß das Auswahl-"Eingangssignal" auf Leitung 46 außerdem dazu bereitgestellt wird, den Transistor 122 einzuschalten, damit dadurch der mit der Speicherschaltung 92 verbundene Transistor 102 aktiviert wird.
• Wenn der Transistor 104 eingeschaltet wird, geht der Knoten 98 auf Masse, was dazu führt, daß der Inverter 90 seinen Zustand ändert und am Gate 38 zum Transistor 36 ein Ausgangs- oder "Einschalt"-Signal liefert. Die Kurve 124 veranschaulicht die an das Gate 38 des Brenntransistors 36 angelegte Spannung. Wenn der Transistor 36 "einschaltet" oder zwischen seinen Source-/Drain-Anschlüssen 40 und 42 eine geringe Impedanz oder einen leitenden Pfad bereitstellt, geht auch der Knoten 48 auf niedrigen Pegel, wie bei 126 in Kurve 128 dargestellt, wodurch der volle Spannungsabfall an die Anti-Fuse 30 angelegt wird. Dies führt natürlich dazu, daß die Anti- Fuse 30 durchbrennt oder leitend wird, was dazu führt, daß der Spannungspegel am Knoten 48 wieder auf einen hohen. Pegel zunimmt, wie bei 130 von Kurve 128 dargestellt. Die Speicherschaltung 86 schaltet den Zustand jedoch wieder um, wenn der Knoten 48 auf hohen Pegel geht, und hält das Schalterbauelement oder den Transistor 36 ausgeschaltet, so daß ein hoher Spannungspegel nicht anzeigt, daß die Anti-Fuse noch nicht durchgebrannt worden ist.
• Die Schaltung enthält außerdem eine herkömmliche Ausleseschaltung 132, um zu bestimmen, ob die Anti-Fuse 30 durchgebrannt worden ist. Der Ausleseschaltkreis ist mit dem Anti- Fuse-Anschluß 34 über einen Transistor 82 verbunden, der immer dann leitend wird, wenn das Eingangssignal 134 eine "hohe" Spannung aufweist. Bevor ein Auslesevorgang erfolgt, muß die Spannungsquelle 10 abgeschaltet werden. Dies bewirkt, daß Leitung 16 und Anschluß 32 auf niedrigen Pegel gehen, was einer Verbindung mit Masse gleichkommt. Der eigentliche Auslesevorgang umfaßt zwei Schritte. Zunächst wird der Ausleseschaltkreis 132 vorgeladen, indem ein niedriger Impuls für das Eingangssignal 136 angelegt wird, was den Transistor 138 einschaltet. Dies bewirkt, daß das Ausgangssignal 140 auf niedrigen Pegel geht. Nach dem Impuls hält die Speicherstruktur 142 in dem Schaltkreis 132 das Ausgangssignal 140 auf niedrigen Pegel. Der zweite Schritt des Auslesevorgangs umfaßt einen hohen Impuls für das Eingangssignal 134. Dieser Impuls erzeugt zwischen dem Schalkreis 132 und dem Anschluß 34 der Anti-Fuse über den Transistor 82 einen leitenden Pfad. Falls die Anti-Fuse durchgebrannt worden ist, wird der Schaltkreis 132 über den Transistor 80 und die Anti-Fuse 30 mit Massepotential verbunden. Dies bewirkt, daß das Ausgangssignal 140 auf hohen Pegel geht, was eine durchgebrannte Anti-Fuse anzeigt. Falls jedoch die Anti-Fuse nicht durchgebrannt worden ist, ändert sich das Ausgangssignal 140 nicht, d. h. es behält seinen niedrigen Signalpegel bei. Nach dem Ende des hohen Impulses am Eingang 134 hält die Speicherstruktur 142 im Schaltkreis 132 den Zustand des Ausgangssignals 140 bei.

Claims (13)

1. Anti-Fuse-Schaltung, die umfaßt:
eine Anti-Fuse mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß der Anti-Fuse elektrisch an einen ersten Ausgang einer Spannungsquelle gekoppelt ist; ein Schalterbauelement mit einem ersten Anschluß, der an den zweiten Anschluß der Anti-Fuse gekoppelt ist, einem zweiten Anschluß, der an einen zweiten Ausgang der Spannungsquelle gekoppelt ist, und einem Steueranschluß, wobei das Schalterbauelement als Reaktion auf ein an den Steueranschluß angelegtes Steuersignal zwischen dem ersten und zweiten Anschluß des Schalterbauelements einen leitenden Pfad bereitstellt; und
einen Steuerschaltkreis mit einem ersten Eingang, der so gekoppelt ist, daß er den Spannungspegel zwischen der Anti- Fuse und dem Schalterbauelement überwacht, einem Ausgang, der an den Steueranschluß gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Signals zum Auswählen der Anti- Fuse, wobei der Steuerschaltkreis dahingehend arbeitet, daß er das Steuersignal an den Steueranschluß liefert, wenn die Anti-Fuse nicht durchgebrannt ist und das Signal zum Auswählen anliegt.

2. Anti-Fuse-Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Schalterbauelement ein Transistor ist, der zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß eine hohe Impedanz aufweist, wenn das Steuersignal einen ausgewählten Zustand aufweist, und eine geringe Impedanz, wenn das Steuersignal einen anderen ausgewählten Zustand aufweist, und wobei der Steueranschluß das Gate des Transistors ist.

3. Anti-Fuse-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerschaltung den Zustand des dem Schalterbauelement zugeführten Steuersignals nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse ändert.

4. Anti-Fuse-System, das umfaßt:
einen ersten und zweiten Leiter, die mit einem ersten und zweiten Ausgang einer Spannungsquelle verbunden sind; und
eine Vielzahl von Anti-Fuse-Schaltkreisen, wobei einzelne der Anti-Fuse-Schaltkreise jeweils umfassen:
eine Anti-Fuse mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß der Anti-Fuse elektrisch an den ersten Leiter gekoppelt ist;
ein Schalterbauelement mit einem ersten Anschluß, der an den zweiten Anschluß der Anti-Fuse gekoppelt ist, einem zweiten Anschluß, der an den zweiten Leiter gekoppelt ist, und einem Steueranschluß, wobei das Schalterbauelement als Reaktion auf ein an den Steueranschluß angelegtes Steuersignal zwischen dem ersten und zweiten Anschluß des Schalterbauelements einen leitenden Pfad bereitstellt; und
einen Steuerschaltkreis mit einem ersten Eingang, der so gekoppelt ist, daß er den Spannungspegel zwischen der Anti-Fuse und dem Schalterbauelement überwacht, einem Ausgang, der an den Steueranschluß gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Signals zum Auswählen der Anti-Fuse, wobei der Steuerschaltkreis das Steuersignal an den Steueranschluß liefert, wenn die Anti-Fuse nicht durchgebrannt ist und das Signal zum Auswählen anliegt.

5. Anti-Fuse-System nach Anspruch 4, wobei das Schalterbauelement ein Transistor ist, der zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß eine hohe Impedanz aufweist, wenn das Steuersignal einen ausgewählten Zustand aufweist, und eine geringe Impedanz, wenn das Steuersignal einen anderen ausgewählten Zustand aufweist, und wobei der Steueranschluß das Gate des Transistors ist.

6. Anti-Fuse-System nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerschaltung den Zustand des dem Schalterbauelement zugeführten Steuersignals nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse ändert.

7. Anti-Fuse-Schaltung, die umfaßt:
eine Anti-Fuse mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß der Anti-Fuse elektrisch an einen ersten Ausgang einer Spannungsquelle gekoppelt ist;
ein Schaltmittel, das auf ein Steuersignal reagiert und zwischen den zweiten Anschluß der Anti-Fuse und einen zweiten Ausgang der Spannungsquelle gekoppelt ist, wobei das Schaltmittel dazu bestimmt ist, selektiv einen leitenden Pfad durch das Schaltmittel bereitzustellen; und
einen Steuerschaltkreis mit einem ersten Eingang, der so gekoppelt ist, daß er den Spannungspegel zwischen der Anti- Fuse und dem Schaltmittel überwacht, einem Ausgang, der an das Schaltmittel gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Signals zum Auswählen der Anti-Fuse, wobei der Steuerschaltkreis dahingehend arbeitet, daß er das Steuersignal an das Schaltmittel liefert, wenn die Anti-Fuse nicht durchgebrannt ist und das Signal zum Auswählen anliegt.

8. Anti-Fuse-Schaltung nach Anspruch 7, wobei das Schaltmittel ein Transistor ist, der zwischen einem Source- Anschluß und einem Drain-Anschluß eine hohe Impedanz aufweist, wenn das Steuersignal einen ausgewählten Zustand aufweist, und eine geringe Impedanz, wenn das Steuersignal einen anderen ausgewählten Zustand aufweist, und wobei der Transistor ein Gate zum Empfangen des Steuersignals enthält.

9. Anti-Fuse-Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuerschaltung den Zustand des dem Schaltmittel zugeführten Steuersignals nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse ändert.

10. Anti-Fuse-System, das umfaßt:
einen ersten und zweiten Leiter, die mit einem ersten und zweiten Ausgang einer Spannungsquelle verbunden sind; und
eine Vielzahl von Anti-Fuse-Schaltkreisen, wobei einzelne der Anti-Fuse-Schaltkreise jeweils umfassen:
eine Anti-Fuse mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß der Anti-Fuse elektrisch an den ersten Leiter gekoppelt ist;
ein Schaltmittel, das zwischen den zweiten Anschluß der Anti-Fuse und den zweiten Leiter gekoppelt ist, wobei dass Schaltmittel als Reaktion auf ein Steuersignal selektiv einen leitenden Pfad durch das Schaltmittel bereitstellt; und
einen Steuerschaltkreis mit einem ersten Eingang, der an den zweiten Anschluß der Anti-Fuse gekoppelt ist, um einen Spannungspegel zu überwachen, einem Ausgang, der an das Schaltmittel gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang zum Empfangen eines Signals zum Auswählen einer Anti-Fuse, wobei der Steuerschaltkreis das Steuersignal an das Schaltmittel zuführt, wenn die Anti-Fuse nicht durchgebrannt ist und das Signal zum Auswählen anliegt.

11. Anti-Fuse-System nach Anspruch 10, wobei das Schaltmittel ein Transistor ist, der zwischen einem Source-Anschluß und einem Drain-Anschluß eine hohe Impedanz aufweist, wenn das Steuersignal einen ausgewählten Zustand aufweist, und eine geringe Impedanz, wenn das Steuersignal einen anderen ausgewählten Zustand aufweist, und wobei der Transistor ein Gate zum Empfangen des Steuersignals enthält.

12. Anti-Fuse-System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerschaltung den Zustand des dem Schaltmittel zugeführten Steuersignals nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse ändert.

13. Anti-Fuse-System nach Anspruch 11, wobei die Steuerschaltung den Zustand des dem Transistor zugeführten Steuersignals nach dem Durchbrennen der Anti-Fuse ändert.