DE10332512A1 - Vorrichtung zum Beaufschlagen eines elektrischen Bauteils und Verwendung eines Leistungsschaltelements in genannter Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum Beaufschlagen eines elektrischen Bauteils und Verwendung eines Leistungsschaltelements in genannter Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Beaufschlagen von mindestens einem elektrischen Bauteil (3) mit mindestens einem eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils (3) herbeiführenden Energieimpuls, wobei die Vorrichtung (1) mindestens ein den Energieimpuls leitendes elektrisches Leistungsschaltelement (14) aufweist, wobei das Leistungsschaltelement (14) ein Hochvolt-MOS-Transistor (T1) ist und Verwendung eines elektrischen Leistungsschaltelements (14).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beaufschlagen von mindestens einem elektrischen Bauteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und die Verwendung mindestens eines elektrischen Leistungsschaltelements bei der Beaufschlagung von mindestens einem elektrischen Bauteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 8.
  • Vorrichtungen zum Beaufschlagen von elektrischen Bauteilen, um eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Bauteile zu bewirken, sind bekannt. Diese Vorrichtungen werden heute zum Beispiel bei der sogenannten Bandendeprogrammierung verwendet. Die Bandendeprogrammierung wird am Ende des Herstellungsprozesses eines Produkts dazu verwendet, um Produkten, die in gleicher Weise hergestellt wurden, individuelle Merkmale zu verleihen. Es ist dabei oftmals gewünscht, die individuellen Merkmale in einer nachträglich nicht mehr zu verändernden Form einzuprägen. Dafür wird im Produkt mindestens ein Bauteil vorgesehen, welches während des Fertigungsprozesses zunächst bei allen Produkten gleich ausgebildet ist, dann aber im letzten Fertigungsschritt -am sogenannten Bandende- eine besondere Behandlung zur Einprägung von individuellen Merkmalen erfährt. So ist es zum Beispiel bekannt in dem Produkt Dioden vorzusehen, die mittels der Beaufschlagung mit einem Energieimpuls in ihren elektrischen Eigenschaften verändert werden können. Einer üblicherweise im Produkt integrierten De tektionsvorrichtung ist es dann zu einem späteren Zeitpunkt möglich festzustellen, ob eine bestimmte Diode über ihre ursprünglichen elektrischen Eigenschaften oder über die mittels des Energieimpuls herbeigeführte Änderung verfügt. Anhand der mittels der Detektionsvorrichtung ermittelten Daten können dann bestimmte Merkmale oder Funktionen aktiviert beziehungsweise deaktiviert werden oder aber zum Beispiel eine Seriennummer ausgegeben werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass das zur Einprägung der individuellen Merkmale verwendete Bauteil eine Zenerdiode ist, der über einen Bipolartransistor ein Stromimpuls zugeführt werden kann. Um ausreichend Energie für die dauerhafte Veränderung der Zenerdiode durchleiten zu können -es kann sich hierbei um Stromimpulse mit zum Beispiel 500 mA bei 30 V handeln-, wird der Bipolartransistor meist als Darlington-Transistor ausgeführt. In CMOS-lastigen Prozessen zur Chipherstellung lassen sich Bipolartransistoren nur mit zusätzlichem Aufwand realisieren. Insbesondere bei Herstellungsprozessen, die eine Kombination verschiedener Halbleiterarten ermöglichen (zum Beispiel BCD-Prozesse) weisen die Bipolartransistoren eine stark reduzierte Spannungsfestigkeit auf und müssen in einer Reihenschaltung kaskadiert werden. Dies führt zu einem erhöhten Widerstand der Gesamtanordnung von Bipolartransistoren gegenüber einem einzelnen Bipolartransistor. Der Widerstand muss daher durch eine Vergrößerung der Transistorflächen wieder verringert werden, was in Verbindung mit der sehr aufwendigen Ansteuerschaltung für die Bipolartransistoren zu einem erhöhten Verbrauch von kostenintensiver Chipfläche führt.
  • Bei einer Vorrichtung zum Beaufschlagen von mindestens einem elektrischen Bauteil mit mindestens einem eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils herbeiführenden Energieimpuls, wobei die Vorrichtung mindestens ein den Energieimpuls leitendes elektrisches Leistungsschaltelement aufweist, ist das Leistungsschaltelement erfindungsgemäß ein Hochvolt-MOS- Transistor. Ein Hochvolt-MOS-Transistor weist gegenüber einem Bipolartransistor eine deutlich erhöhte Spannungsfestigkeit von bis zu 40 V auf und verfügt gleichzeitig über einen sehr geringen Widerstand. Es kann daher auf den Einsatz von mehreren, zu einer Kaskade zusammengeschalteten Bipolartransistoren verzichtet werden. Durch die Reduzierung der Transistoranzahl und die damit einhergehende Vereinfachung einer Ansteuerung kann wertvolle Chipfläche eingespart werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn das elektrische Bauteil in einer elektrischen Schaltung angeordnet ist. Dadurch wird eine Vereinfachung des Produktfertigungsprozesses erreicht, da das Bauteil bereits seinen vorgesehenen Platz in der elektrischen Schaltung eingenommen hat und dort mit dem Energieimpuls beaufschlagt wird.
  • Wenn die Vorrichtung in die elektrische Schaltung integriert ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil. Es ist dann möglich, dem elektrischen Bauteil den von der Vorrichtung herbeigeführten Energieimpuls zuzuleiten, ohne die Notwendigkeit von gesondert ausgeführten Kontaktstellen und externen Zuleitungen.
  • Mit Vorteil ist die elektrische Schaltung als integrierte Schaltung, beziehungsweise integrated circuit (IC) ausgeführt. Dies ermöglicht -im Vergleich zu einer diskreten Ausführung- eine besonders kostengünstige und platzsparende Umsetzung, so dass die Vorrichtung auch in Produkten, die besonders preisgünstig hergestellt werden sollen oder nur ein geringes Gesamtvolumen aufweisen, eingesetzt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführung wird der Hochvolt-MOS-Transistor als Lateral-DMOS-Transistor ausgeführt. Die Klassifizierung DMOS steht für „double-diffused metal oxide semiconductor" (doppelt diffundierter Metalloxidhalbleiter), und Halbleiter dieser Bauart weisen eine besonders hohe Spannungsfestigkeit und Stromtragkraft auf.
  • Bei einem Transistor in lateraler Bauweise fließt der Strom durch die Basis des Transistors parallel zur Oberfläche des Wafers, in dem der Transistor ausgebildet wurde.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das elektrische Bauteil eine Diode, insbesondere eine Zenerdiode ist. Bei einer Diode lässt sich die Veränderung der elektrischen Eigenschaft mit einem auf die Charakteristik der Diode abgestimmten Energieimpuls herbeiführen. Typischerweise wird der Energieimpuls dann so gewählt, dass der Betrag der Spannung des Impulses oberhalb des Betrags der Durchbruchspannung liegt. Bei einer ausreichenden Dauer des Energieimpulses, zum Beispiel von 30 ms, führt der Betrieb oberhalb der Durchbruchsspannung zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Diode.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die dauerhafte Veränderung der Diode eine Wandlung in einen niederohmigen Widerstand ist. Damit lässt sich mittels einer einfachen Strom- und/oder Spannungsmessung feststellen, ob die Diode über ihre ursprüngliche Charakteristik -also bis zu einer Durchlassspannung sperrend und oberhalb einer Durchlassspannung leitend- oder über eine geänderte Charakteristik, nämlich die eines Widerstands, verfügt. Hierzu werden aus dem Stand der Technik bekannte Dioden, insbesondere Zenerdioden, eingesetzt, die bei einer Beaufschlagung jenseits der Durchbruchsspannungsgrenze eine leitende Verbindung ausbilden, die einen geringen Widerstand, insbesondere von deutlich kleiner 100 Ohm, aufweist.
  • Ferner wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass bei der Verwendung von mindestens einem elektrischen Leistungsschaltelement bei der Beaufschlagung von mindestens einem elektrischen Bauteil mit mindestens einem eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils herbeiführenden Energieimpuls, wobei der Energieimpuls durch das Leistungsschaltelement geleitet wird, als Leistungsschaltelement ein Hochvolt-MOS-Transistor verwendet wird.
  • Die erfindungsgemäße Lehre wird anhand eines Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert.
  • Die Figur zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die als Zapzelle 2 ausgeführt ist und ein elektrisches Bauteil 3, welches mit der Zapzelle 2 elektrisch verbunden ist. Die gepunktete Verbindung zum Bauteil 3 zeigt an, dass das Bauteil 3 nicht dem funktionalen Bereich der Zapzelle 2 angehört, sondern der Zapzelle 2 zugeordnet ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Bauteil 3 als Diode 4 in der Bauart als Zenerdiode ZD ausgebildet. Die Zenerdiode ZD weist eine charakteristische Durchbruchsspannung zwischen 10–15 V auf und bildet bei einer bestimmten Energiezufuhr mit einer Spannung oberhalb der Durchbruchsspannung mittels einer legierungsprozessähnlichen Wandlung einen niederohmigen Widerstand aus. Nachfolgend wird nun beschrieben, wie der zur Veränderung der elektrischen Eigenschaft der Zenerdiode ZD erforderliche Energieimpuls von der Zapzelle 2 bereitgestellt wird.
  • Die Zapzelle 2 besteht aus einem Logikbereich 5, in dem eine logische Verknüpfung von elektrischen Signalen stattfindet und einen Leistungsbereich 6, der die bei der Beaufschlagung der Zenerdiode ZD mit einem Energieimpuls benötigten Schaltvorgänge durchführt.
  • Der Logikbereich 5 weist eine Versorgungsspannung VPSW und eine Masseanbindung AGND auf. Des Weiteren erhält der Logikbereich 5 eingangsseitig das Zapmodussignal ZAPM, das Aktivierungssignal IN und das Testmodussignal TESTM, wobei diese Signale mittels der Inverter 7 und 8, des NOR-Gatters 9 und der NAND-Gatter 10, 11, 12 und 13 logisch verknüpft werden. Der Ausgang des NAND-Gatters 12 und der Ausgang des NAND-Gatters 13 sind wie im Schaltbild dargestellt mit dem Leistungsbereich 6 der Zapzelle 2 verbunden. Das Zapmodussignal ZAPM und das Aktivitätssignal IN zeigen an, dass die Zapzelle zur Beaufschlagung der Zenerdiode ZD mit einem Energieimpuls -dem sogenannten Zapping- vorbereitet werden soll. Mittels des Testmodussignals TESTM wird die Zapzelle 2 in einen Testmodus versetzt, dessen Funktion später noch beschrieben wird.
  • Der Leistungsbereich 6 der Zapzelle 2 weist das Leistungsschaltelement 14, die Transistoren T2, T3, T4 und T5, sowie die Zenerdioden Z1 und Z2 auf. Erfindungsgemäß ist das Leistungsschaltelement 14 als Hochvolt-MOS-Transistor T1 ausgeführt. Der Leistungsbereich 6 verfügt eingangsseitig über die Signale IZ, UZAP und IBIT, über das Ausgangssignal OUT und über die mit einer gepunkteten Linie gezeigte elektrische Verbindung zur Zenerdiode ZD. Die Zenerdioden Z1 und Z2 sind so dimensioniert, dass sie beim Zapping-Vorgang jeweils einen Spannungsabfall von 5 V bewirken. Der Transistor T4 ist wie aus dem Schaltbild ersichtlich für die Ausübung einer Diodenfunktion beschaltet. Soll nun die Diode ZD mit dem die dauerhafte Veränderung herbeiführenden Energieimpuls beaufschlagt werden, so finden in der Zapzelle 2 folgende Vorgänge statt:
    Zunächst wird die Betriebsspannung der hier gezeigten Schaltung auf 35 V erhöht. Dadurch liegen unter anderem die Signale IZ und UZAP auf einem Spannungspotential von 35 V. Anschließend wird der Transistor T2 mittels der vom NAND-Gatter 12 kommenden Gate-Steuerleitung sperrend beziehungsweise hochohmig geschaltet. Der Strom des Signals IZ fließt nun nicht mehr über T2 zur Masse AGND, sondern bewirkt, dass sich mittels des Spannungsabfalls über die Dioden Z1 und Z2 am Knoten 15 ein Spannungspotential von ca. 25 V einstellt. Dies bedeutet, dass nun entlang der Gate-Source-Strecke des Transistors T1 ein Spannungsabfall von 10 V außerhalb des Transistors T1 erzeugt wird. Der Transistor T3 wird mittels der Gate-Steuerleitung vom NAND-Gatter 13 ebenfalls sper rend geschaltet. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Transistor T3 lediglich während des genannten Testmodus durchgeschaltet wird, wobei er dann in seiner zur Zenerdiode ZD parallelen Anordnung, den niederohmigen Widerstand einer veränderten Zenerdiode simulieren kann.
  • Während der Strom des Eingangssignals IZ bei ungefähr 100 μA liegt, wird nun mittels des Signal UZAP ein Strom von ca. 500 mA für einige Millisekunden eingeprägt. Da der Transistor T1 durch die an seinem Gate anliegende Spannung geöffnet ist und die Gate-Source-Strecke mit den genannten 10 V beaufschlagt ist, leitet der Transistor T1 den Energieimpuls an den Knoten 15 und damit schließlich an die Zenerdiode ZD weiter. Mittels des Transistors T5 wird dabei verhindert, dass dieser Energieimpuls die nachgelagerte -nicht weiter dargestellte- Schaltung beschädigt. Insgesamt fließt nun für einige Millisekunden bei einer Spannung von ungefähr 25 V ein Strom von ungefähr 500 mA durch die Zenerdiode ZD und löst die zuvor beschriebene dauerhafte Veränderung der Zenerdiode ZD aus. Zu einem späteren Zeitpunkt kann dann mittels des Signals IBIT der Zustand der Zenerdiode ZD am Ausgang OUT abgefragt werden.
  • Mehrere Zapzellen 2 der hier gezeigten Ausführungsform lassen lässt sich auf besonders einfache Weise zu einer Vorrichtung kombinieren, mit der bei einer Anordnung von mehreren Zenerdioden ZD gezielt bestimmte Zenerdioden verändert werden können, zum Beispiel um innerhalb der Gruppe von Zenerdioden ein bestimmtes Bitmuster zu erzeugen. Dazu wird jede Zenerdiode mit einer eigenen Zapzelle 2 gekoppelt, wobei die Zapzellen 2 in ihrem Logikbereich 5 unabhängig voneinander angesteuert werden, während sie im Leistungsbereich 6, insbesondere bezüglich der Signale IZ und UZAP, gleichartig beaufschlagt werden können. Ist dabei der Transistor T2 aufgrund der Eingangssignale des Logikbereichs 5 sperrend geschaltet, so findet -wie beschrieben- das Zapping der Zenerdiode ZD statt. Ist der Transistor T2 hingegen durchgeschaltet, so fließt das Signal IZ direkt zur Masse AGND, was dazu führt, dass der Transistor T1 sperrt. Wird nun der gemeinsame Zappingimpuls mittels des Signals UZAP bereitgestellt, so kann der Impuls bei dieser Konstellation den Transistor T1 nicht durchlaufen, und die Zenerdiode ZD bleibt in einem unveränderten Zustand.

Claims (8)

  1. Vorrichtung (1) zum Beaufschlagen von mindestens einem elektrischen Bauteil (3) mit mindestens einem eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils (3) herbeiführenden Energieimpuls, wobei die Vorrichtung (1) mindestens ein den Energieimpuls leitendes elektrisches Leistungsschaltelement (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsschaltelement (14) ein Hochvolt-MOS-Transistor (T1) ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) in einer elektrischen Schaltung angeordnet ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in die elektrische Schaltung integriert ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung als integrierte Schaltung (integrated circuit, IC) ausgeführt ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-MOS-Transistor (T1) als Lateral-DMOS-Transistor ausgeführt ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil (3) eine Diode (4), insbesondere eine Zenerdiode (ZD), ist.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dauerhafte Veränderung der Diode (4) eine Wandlung in einen niederohmigen Widerstand ist.
  8. Verwendung mindestens eines elektrischen Leistungsschaltelements (14) bei der Beaufschlagung von mindestens einem elektrischen Bauteil (3) mit mindestens einem eine dauerhafte Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils (3) herbeiführenden Energieimpuls, wobei der Energieimpuls durch das Leistungsschaltelement (14) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Leistungsschaltelement (14) ein Hochvolt-MOS-Transistor (T1) verwendet wird.
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