-
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.