DE19920721C2 - Schaltungsanordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elementes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elemen­ tes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Integrierte Schaltungen weisen häufig Redundanzschaltungen auf zur Reparatur fehlerhafter Schaltungsteile. Insbesondere bei integrierten Speicherschaltungen können dies beispiels­ weise reguläre Wort- bzw. Bitleitungen mit defekten Speicher­ zellen sein, die durch redundante Wort- oder Bitleitungen er­ setzt werden. Dazu wird der integrierte Speicher beispiels­ weise mit einer Selbsttesteinrichtung geprüft und anschlie­ ßend eine Programmierung der redundanten Elemente vorgenom­ men. Eine Redundanzschaltung weist dann programmierbare Ele­ mente z. B. in Form von elektrischen Fuses auf, die zum Spei­ chern der Adresse einer zu ersetzenden Leitung dienen. Die elektrischen Fuses sind elektrische Verbindungselemente, de­ ren Leiterbahnwiderstand dauerhaft veränderbar ist. Sie sind am Ende des Herstellungsprozesses der integrierten Schaltung mittels Anlegen einer sogenannten Brennspannung programmier­ bar.

Zur Programmierung wird an der Schaltung üblicherweise von extern eine Brennspannung mit einem hohen Potentialpegel an­ gelegt. Der Programmiervorgang von elektrisch programmierba­ ren Elementen erfolgt dann zum Beispiel mittels eines hohen Stromes, der zu einer nachhaltigen Veränderung des Leiter­ bahnwiderstandes führt, beispielsweise indem er eine entspre­ chende elektrische Fuse zum Schmelzen bringt.

In DE 196 07 724 A1 ist eine Schaltungsanordnung für einen programmierbaren nichtflüchtigen Speicher beschrieben. Diese enthält eine Programmierschaltung, die jeweils eine Anzahl von Speicherzellen parallel für eine vorgegebene Zeit mit ei­ nem Programmierstrom beaufschlagt.

In DE 195 43 834 A1 ist ein Reparaturschaltkreis zum Reparie­ ren einer defekten Speicherzelle nach einem Einkapselungs- Prozeß in einer Halbleiterspeichervorrichtung beschrieben. Der Reparaturschaltkreis weist einen Reparaturmodus-Freigabe­ schaltkreis auf zum Fortführen des Reparaturmodus nach der Einkapselung. Der Reparaturmodus-Freigabeschaltkreis weist eine Schmelzsicherung auf, die zwischen zwei Versorgungspo­ tentiale geschaltet ist und durch einen hohen Strom program­ miert beziehungsweise durchtrennt werden kann. Das Durchtren­ nen wird über einen in Reihe geschalteten Transistor einge­ leitet, dessen Steueranschluß an einem Auswahlsignal anliegt.

Es hat sich gezeigt, daß der zur Programmierung von program­ mierbaren Elementen durchgeführte Programmier- oder Brennvor­ gang nicht immer zuverlässig erfolgt. Außerdem kann bei der Programmierung mehrerer programmierbarer Elemente die erfor­ derliche Zeitdauer für den Brennvorgang eines der program­ mierbaren Elemente sich von den erforderlichen Zeitdauern der anderen programmierbaren Elemente unterscheiden. Dies kann z. B. aus vorhandenen Fertigungstoleranzen der programmierba­ ren Elemente resultieren. Die Zeitdauern der Brennvorgänge werden üblicherweise für alle zu programmierenden Elemente einheitlich gewählt und beispielsweise über eine interne Steuerung der integrierten Schaltung voreingestellt. Daraus folgt, daß bei einer vorgegebenen einheitlichen Zeitdauer al­ ler vorzunehmender Programmiervorgänge diese relativ großzü­ gig gewählt werden sollte, damit möglichst alle programmier­ baren Elemente vollständig programmiert werden. Dies hat je­ doch zur Folge, daß die Testzeit einer integrierten Schaltung mit der anschließenden Programmierung einer Vielzahl von pro­ grammierbaren Elementen erheblich ansteigen kann.

Wird am Ende dieses Prozesses keine Kontrolle durchgeführt, ob die Programmierung der programmierbaren Elemente erfolg­ reich durchgeführt wurde, kann bei Vorliegen eines fehlerhaft programmierten Elements ein unbemerkter Qualitätsmangel der betreffenden integrierten Schaltung entstehen.

Bislang ist es üblich, alle erforderlichen Programmier- oder Brennvorgänge der zu programmierenden Elemente vorzunehmen und nachträglich zu kontrollieren. Nach Vorliegen derartiger Prüfergebnisse kann eine Entscheidung darüber getroffen wer­ den, ob die betreffende Schaltung einem nochmaligen Brennvor­ gang unterzogen wird. Dies hat zur Folge, daß sich die Zeit­ dauer bis zur Fertigstellung der integrierten Schaltung noch­ mals verlängert. Wird andererseits auf einen weiteren Brenn­ vorgang verzichtet, ist die integrierte Schaltung beispiels­ weise als fehlerhaft zu kennzeichnen. Daraus resultiert, daß im Verlauf der Herstellung mehrerer integrierter Schaltungen die Ausbeute von integrierten Schaltungen mit einwandfreier Qualität abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elementes anzugeben, bei der eine Kontrolle des Brennvorgangs des elektrisch programmierbaren Elementes während des Pro­ grammiervorganges vornehmbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die Schaltungsanordnung weist ein programmierbares Element auf, dessen Leiterbahnwiderstand durch elektrischen Strom oder elektrische Spannung dauerhaft veränderbar ist, sowie ein schaltbares Element, das einen Steueranschluß aufweist mit einem Steuersignal zum Programmieren des programmierbaren Elements. Das programmierbare Element und das schaltbare Ele­ ment sind zwischen zwei Versorgungspotentialen in Reihe ge­ schaltet. Das programmierbare Element ist dabei mit einem An­ schluß für ein erstes Versorgungspotential verbunden, das schaltbare Element ist mit einem Anschluß für ein zweites Versorgungspotential verbunden. Während eines Brennvorganges des elektrisch programmierbaren Elementes nimmt das erste Versorgungspotential beispielsweise den Wert einer Brennspan­ nung, das zweite Versorgungspotential den Wert einer Bezugs­ spannung an. Zu dieser Reihenschaltung ist zwischen den An­ schlüssen für das erste und das zweite Versorgungspotential eine Kontrollschaltung in Reihe geschaltet zur Messung einer für den Programmiervorgang charakteristischen elektrischen Kenngröße. Es wird dabei eine Kenngröße verwendet, die dar­ über Aufschluß gibt, ob oder wann ein Brennvorgang abge­ schlossen ist.

Dadurch wird es möglich, daß die integrierte Schaltung den Brennvorgang des zu programmierenden Elementes selbst über­ wacht. Anhand dieser Kontrollinformation kann in dem Program­ miervorgang ein Steuerungsprozeß integriert werden, der die­ sen Programmiervorgang selbsttätig steuert. Dies kann bei­ spielsweise mit einer auf dem Chip integrierten Steuerungs­ schaltung realisiert werden, die die Messungen der Kontroll­ schaltung schrittweise auswertet und mit dieser Information den Brennvorgang kontrolliert. Auf diese Art kann bereits während eines Programmiervorganges in diesen eingegriffen werden. Gegenüber der voreingestellten Zeitdauer kann der Programmiervorgang dementsprechend verlängert werden, so daß dieser zeitlich abgeschlossen ist und kein erneuter Program­ miervorgang eingeleitet werden muß. Ebenso kann der Program­ miervorgang selbsttätig verkürzt werden, sobald dieser voll­ ständig abgeschlossen ist. In beiden Fällen wird eine minima­ le Zeitdauer sichergestellt, die erforderlich ist, um ein programmierbares Element vollständig zu programmieren.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vor­ teilhaft in einer integrierten Schaltung eingesetzt werden, die eine Selbsttesteinrichtung mit Selbstreparaturfunktion enthält. Durch selbsttätige Steuerung des Programmiervorgan­ ges wird in einer derartigen Schaltung die Qualität einer vorgenommenen Selbstreparatur erhöht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird als gemessene Kenn­ größe der elektrische Strom der Reihenschaltung zwischen den Anschlüssen für das erste und zweite Versorgungspotential herangezogen. Durch den Potentialunterschied fließt in der Reihenschaltung des programmierbaren Elementes und des schaltbaren Elementes ein Strom, dessen Wert sich infolge der Veränderung des Leiterbahnwiderstands des programmierbaren Elementes ebenfalls ändert. Dieser Brennstrom verändert sich im Laufe eines Brennvorganges signifikant, im Falle einer elektrischen Fuse sprunghaft. Sobald diese Veränderung einge­ treten ist, kann davon ausgegangen werden, daß die elektri­ sche Fuse vollständig programmiert ist.

Eine einfache Ausführung der Kontrollschaltung zur Messung des Brennstromes sieht einen Stromspiegel vor, der mit seinem Eingangspfad zu der Reihenschaltung des programmierbaren Ele­ mentes und des schaltbaren Elementes in Reihe geschaltet ist. Ein Anschluß für ein Ausgangssignal der Kontrollschaltung, daß zur Auswertung herangezogen wird, ist an dem Ausgangspfad des Stromspiegels angeschlossen. Durch die Verwendung eines Stromspiegels ist eine vollständige Entkopplung des Brenn­ stromes der Reihenschaltung des programmierbaren Elementes und des schaltbaren Elementes und des Meßstromes im Ausgangs­ pfad des Stromspiegels gewährleistet. Außerdem kann durch den proportionalen Zusammenhang des Brennstromes im Eingangspfad des Stromspiegels und des Meßstromes im Ausgangspfad des Stromspiegels der Verlauf des Brennstromes einfach rekonstru­ iert werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird als gemessene Kenngrö­ ße das Spannungspotential an dem dem ersten Versorgungspoten­ tial abgewandten Anschluß des programmierbaren Elements her­ angezogen. Deren Wert ist abhängig von der Größe des Leiter­ bahnwiderstands des programmierbaren Elementes und des Durch­ gangswiderstands des schaltbaren Elementes in Verbindung mit der Höhe des Brennstroms und verändert sich ebenfalls im Lau­ fe der Programmierung. Diese Ausführungsform hat gegenüber der direkten Messung des Brennstroms den Vorteil, daß kein weiteres Bauelement in der Reihenschaltung des programmierba­ ren Elementes und des schaltbaren Elementes vorgesehen werden muß. Aufgrund der hohen Potentialdifferenzen zwischen dem er­ sten und dem zweiten Versorgungspotential ist dieses Bauele­ ment relativ groß zu dimensionieren, so daß bei einer Viel­ zahl von programmierbaren Elementen ein erhöhter Platzbedarf besteht.

Diese Ausführungsform wird beispielsweise mit einer Kontroll­ schaltung realisiert, die wiederum einen Stromspiegel auf­ weist, der mit einem ersten Anschluß des Eingangspfades an dem dem ersten Versorgungspotential abgewandten Anschluß des programmierbaren Elements und mit einem zweiten Anschluß des Eingangspfades an dem Anschluß für das zweite Versorgungspo­ tential angeschlossen ist. Der Anschluß für das Ausgangs­ signal der Kontrollschaltung ist an dem Ausgangspfad des Stromspiegels angeschlossen. Der proportional zur Potential­ differenz auftretende Strom im Eingangspfad wird in den Aus­ gangspfad gespiegelt und ist anhand des Ausgangssignals der Kontrollschaltung meßbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elementes mit einer Kontrollschaltung,

Fig. 2 und 3 Ausführungsformen der Kontrollschaltung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem programmier­ baren Element F mit einem Eingang E und einem Ausgang A, des­ sen Leiterbahnwiderstand zwischen dem Eingang E und dem Aus­ gang A hier durch einen elektrischen Strom nachhaltig verän­ derbar ist. Die Schaltungsanordnung enthält ferner ein schaltbares Element T1, das eine gesteuerte Strecke und einen Steueranschluß S1 aufweist mit einem Steuersignal zum Pro­ grammieren des programmierbaren Elementes F. Das schaltbare Element T1 ist hier als Transistor ausgeführt. Das program­ mierbare Element F und die gesteuerte Strecke des schaltbaren Elements T1 sind in Reihe geschaltet und an den Versorgungs­ potentialen V1 und V2 angeschlossen. Während eines Program­ miervorganges nimmt beispielsweise das Potential V1 den Wert einer Brennspannung an und das Potential V2 den Wert einer Bezugsspannung. Über den Steuereingang S1 des schaltbaren Elementes T1 wird ein Programmiervorgang des programmierbaren Elementes F eingeleitet. Das schaltbare Element T1 wird lei­ tend geschaltet und die Brennspannung angelegt, woraufhin aufgrund der Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Potentiale V1 und V2 ein hoher Strom durch das programmierba­ re Element F fließt.

Weiterhin ist zu der Reihenschaltung des programmierbaren Elementes F und des schaltbaren Elementes T1 die Kontroll­ schaltung 1 in Reihe geschaltet. Diese mißt eine für den Pro­ grammiervorgang charakteristische elektrische Kenngröße. Das Ergebnis der Messung ist am Ausgang C der Kontrollschaltung 1 entnehmbar.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Kontrollschaltung 1 nach Fig. 1 gezeigt. Die Kontrollschaltung 1 weist einen Stromspiegel auf, der von den Transistoren T11 und T12 gebil­ det wird. Die gesteuerte Strecke des Transistors T11 bildet dabei den Eingangspfad des Stromspiegels, die gesteuerte Strecke des Transistors T12 bildet den Ausgangspfad des Stromspiegels. Der Eingangspfad des Stromspiegels ist zu der Reihenschaltung des programmierbaren Elementes F und des schaltbaren Elementes T1 in Reihe geschaltet, in dieser Aus­ führung zwischen dem programmierbaren Element F und dem schaltbaren Element T1. Denkbar wäre jedoch auch eine andere Stelle in der Reihenschaltung zwischen den Potentialen V1 und V2. Der Meßstrom im Ausgangspfad des Stromspiegels ruft an dem Widerstand R einen Spannungsabfall hervor, der an dem Ausgang C der Kontrollschaltung 1 abgreifbar ist. Die Transi­ storen T11 und T12 sind üblicherweise gleich dimensioniert. Der Transistor T12 ist in Fig. 2 an einem internen Versor­ gungspotential V_int angeschlossen.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Kontroll­ schaltung 1 dargestellt. Diese weist ebenfalls einen Strom­ spiegel auf, der durch die Transistoren T21 und T22 gebildet wird. Der Transistor T21 bildet mit seiner gesteuerten Strec­ ke den Eingangspfad des Stromspiegels, die gesteuerte Strecke des Transistors T22 bildet den Ausgangspfad des Stromspie­ gels. Ein erster Anschluß des Eingangspfades ist am Knoten K an dem dem ersten Versorgungspotential V1 abgewandten An­ schluß A des programmierbaren Elements F angeschlossen. Der Anschluß C für das Ausgangssignal der Kontrollschaltung 1 ist in gleicher Weise an den Stromspiegel der Kontrollschaltung 1 angeschlossen wie in Fig. 2 gezeigt. Der Unterschied des Po­ tentials am Knoten K und des Potentials V2 ruft einen Strom in der gesteuerten Strecke des Transistors T21 hervor, dessen Änderungen am Anschluß C meßbar sind.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elements

• - mit einem programmierbaren Element (F) mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A), dessen Leiterbahnwiderstand zwi­ schen Eingang (E) und Ausgang (A) durch elektrischen Strom oder elektrische Spannung dauerhaft veränderbar ist,
• - mit einem schaltbaren Element (T1), das eine gesteuerte Strecke und einen Steueranschluß (S1) aufweist mit einem Steuersignal zum Programmieren des programmierbaren Elements (F),
• - bei der die gesteuerte Strecke des schaltbaren Elements (T1) und das programmierbare Element (F) zwischen zwei An­ schlüssen für zwei Versorgungspotentiale (V1, V2) in Reihe geschaltet sind,
• - bei der das programmierbare Element (F) mit dem Anschluß für ein erstes Versorgungspotential (V1) und das schaltbare Element (T1) mit dem Anschluß für ein zweites Versorgungspo­ tential (V2) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß zu der Reihenschaltung des programmierbaren Elements (F) und des schaltbaren Elements (T1) zwischen den Anschlüssen für das erste (V1) und das zweite Versorgungspotential (V2) eine Kontrollschaltung (1) in Reihe geschaltet ist zur Messung ei­ ner für einen Programmiervorgang charakteristischen elektri­ schen Kenngröße.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße der elektrische Strom zwischen den Anschlüssen für das erste (V1) und das zweite Versorgungspotential (V2) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße das Spannungspotential an dem dem ersten Ver­ sorgungspotential (V1) abgewandten Anschluß (A) des program­ mierbaren Elements (F) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kontrollschaltung (1) einen Stromspiegel aufweist, der mit seinem Eingangspfad in Reihe zu der Reihenschaltung des programmierbaren Elements (F) und des schaltbaren Elements (T1) geschaltet ist, und
• - ein Anschluß (C) für ein Ausgangssignal der Kontrollschal­ tung (1) an dem Ausgangspfad des Stromspiegels angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Kontrollschaltung (1) einen Stromspiegel aufweist, der mit einem ersten Anschluß des Eingangspfades an dem dem er­ sten Versorgungspotential (V1) abgewandten Anschluß (A) des programmierbaren Elements (F) und mit einem zweiten Anschluß des Eingangspfades an dem Anschluß für das zweite Versor­ gungspotential (V2) angeschlossen ist, und
• - ein Anschluß (C) für ein Ausgangssignal der Kontrollschal­ tung (1) an dem Ausgangspfad des Stromspiegels angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Element (F) eine elektrische Fuse auf­ weist.