DE19922360A1 - Schaltungsanordnung zur Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elementes - Google Patents

Abstract

Eine Schaltungsanordnung weist ein programmierbares Element (F) auf, dessen Leiterbahnwiderstand durch elektrischen Strom dauerhaft veränderbar ist, sowie ein schaltbares Element (T) zum Programmieren des programmierbaren Elements (F). Das programmierbare Element (F) und das schaltbare Element (T) sind zwischen zwei Versorgungspotentialen (V1, V2) in Reihe geschaltet. Der Eingang (EA) einer Ausleseschaltung (A) ist über eine Schutzschaltung (1) an den Schaltungsknoten zwischen dem programmierbaren Element (F) und dem schaltbaren Element (T) angeschlossen. Die Schutzschaltung (1) dient während eines Programmiervorgangs zur Begrenzung des Spannungspotentials am Eingang (EA) der Ausleseschaltung (A). Die Schaltungselemente der Ausleseschaltung (A) können so flächensparend dimensioniert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Schaltung zur Programmierung eines elektrisch pro­ grammierbaren Elementes und einer daran angeschlossenen Aus­ leseschaltung 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- oder Bitleitungen mit defekten Speicher­ zellen sein, die durch redundante Wort- bzw. Bitleitungen er­ setzt werden. Dazu wird der integrierte Speicher beispiels­ weise mit einer Selbsttesteinrichtung geprüft und anschlie­ ßend eine Programmierung der redundanten Elemente zum Ersatz der regulären Elemente vorgenommen. Eine Redundanzschaltung weist dann programmierbare Elemente z. B. - in Form von elektri­ schen Fuses auf, die zum Speichern der Adresse einer zu er­ setzenden Leitung dienen. An den programmierbaren Elementen sind üblicherweise Ausleseschaltungen zum Auslesendes je­ weils programmierten Zustandes angeschlossen, die z. B. flüch­ tige Speicherelemente enthalten, die in Verbindung mit den Fuses auch als Fuselatches bezeichnet Werden. Die program­ mierbaren Elemente sind am Ende des Herstellungsprozesses der integrierten Schaltung mittels Anlegen einer sogenannten Brennspannung programmierbar.

Zur Programmierung der elektrisch programmierbaren Elemente wird an die Schaltung üblicherweise von extern eine Brenn­ spannung mit einem hohen Potentialpegel angelegt. Der Pro­ grammiervorgang von elektrisch programmierbaren Elementen er­ folgt dabei mittels einer hohen Spannung oder eines hohen Stromes, der zu einer dauerhaften Veränderung des Leiterbahn­ widerstandes führt, beispielsweise indem er eine entsprechen­ de elektrische Fuse zum Schmelzen bringt.

Durch das Anliegen der Brennspannung an einer Schaltung zur Programmierung eines programmierbaren Elementes treten an dieser ung zum Teil an daran angeschlossenen anderen Schal­ tungen, wie zum Beispiel der Ausleseschaltung, hohe Poten­ tialdifferenzen auf. Um dieser im Vergleich zu anderen Schal­ tungsteilen der integrierten Schaltung deutlich erhöhten Po­ tentialdifferenz standzuhalten, ist es notwendig, die an die erhöhte Spannung anliegenden Schaltungselemente der entspre­ chenden Schaltung größer zu dimensionieren als die Schal­ tungselemente, die nur der normalen Betriebsspannung ausge­ setzt sind. Bei der Anwendung neuerer Technologien ist es so­ gar möglich, daß die betroffenen Schaltungselemente unabhän­ gig von der Auslegung der erhöhten Potentialdifferenz nicht mehr standhalten können.

Üblicherweise werden bislang die Schaltungselemente, insbe­ sondere Transistoren, der betreffenden Schaltungsteile so di­ mensioniert, daß sie der erhöhten Brennspannung standhalten, ohne daß sie dadurch Schaden nehmen. Weist ein Halbleiterchip eine Vielzahl von elektrisch programmierbaren Elementen auf, besteht auf dem Chip ein erhöhter Platzbedarf zur Unterbrin­ gung der entsprechenden Schaltungsanordnungen. Dies kann dazu führen, daß im Designprozeß einer integrierten Schaltung die Chipfläche vergrößert oder der erhöhte Flächenbedarf an ande­ rer Stelle eingespart, werden muß. Im ersteren Fall ist ein erhöhter Herstellungs- und Kostenaufwand zur Herstellung ei­ nes integrierten Halbleiterchips die Folge, im letzteren Fall kann ein Performanceverlust der gesamten integrierten Schal­ tung eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung mit einer Schaltung zur Programmierung eines elek­ trisch programmierbaren Elementes und einer daran angeschlos­ senen Ausleseschaltung anzugeben, bei der das programmierbare Element mittels einer erhöhten Spannung programmierbar ist rund die Schaltungselemente der Ausleseschaltung möglichst flächensparend dimensioniert sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist ein program­ mierbares Element auf, dessen Leiterbahnwiderstand durch elektrischen Strom dauerhaft veränderbar ist, sowie ein schaltbares Element, das einen Steueranschluß aufweist für ein Steuersignal zum Programmieren des programmierbaren Ele­ mentes. Das programmierbare Element ist einerseits mit einem Anschluß für ein erstes Versorgungspotential verbunden und andererseits mit einem Eingang, einer Ausleseschaltung und ei­ nem ersten Anschluß des schaltbaren Elementes. Ein zweiter Anschluß des schaltbaren Elementes ist mit einem Anschluß für ein zweites Versorgungspotential verbunden. Zwischen den Aus­ gang des programmierbaren Elementes und den Eingang der Aus­ leseschaltung ist eine Schutzschaltung geschaltet zur Begren­ zung der Spannung am Eingang der Ausleseschaltung. Die Schutzschaltung sorgt dafür, daß am Eingang der Ausleseschal­ tung höchstens ein maximaler Spannungswert anliegt, der klei­ ner ist als der Wert der Brennspannung. Dieser maximale Span­ nungswert nimmt beispielsweise den Wert der normalen Be­ triebsspannung an. Die Schaltungselemente der Ausleseschal­ tung sind während eines Programmiervorgangs demzufolge gegen­ über einem Betrieb mit normaler Betriebsspannung keiner er­ höhten Potentialdifferenz ausgesetzt. Diese Schaltungselemen­ te unterliegen daher nicht dem Erfordernis einer größeren Di­ mensionierung im Vergleich zu den Schaltungselementen der nicht betroffenen Schaltungen. Es ist daher möglich, die Aus­ leseschaltung gemeinsam mit diesen Schaltungen mit einem mi­ nimalen Flächenaufwand auszulegen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltungsanordnung sieht eine Schutzschaltung vor, die eine Diode enthält, deren Anode mit dem Eingang der Ausleseschaltung und deren Kathode mit einem Anschluß für ein drittes Versorgungspotential ver­ bunden ist. Das dritte Versorgungspotential nimmt dabei bei­ spielsweise den Wert der positiven Betriebsspannung im Nor­ malbetrieb an. Diese ESD-ähnliche Struktur hat den Vorteil, daß Ladungsträger auf der an die Diode angeschlossenen Lei­ tung über die Diode abgeführt werden und so ein sofortiger Potentialausgleich stattfinden kann. Auf diese Art ist ein wirksamer Schutz gegenüber Potentialen möglich die größer sind als das dritte Versorgungspotential. Andererseits wird durch die Sperrwirkung der Diode gegenüber kleineren Poten­ tialwerten am Eingang der Ausleseschaltung ein bestimmungsge­ mäßer Normalbetrieb der Schaltungsanordnung nicht negativ be­ einflußt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schutzschaltung ist die Anode der Diode über jeweils einen Widerstand mit dem Eingang der Ausleseschaltung und mit dem programmierbaren Element verbunden. Der Widerstand zwischen der Diode und dem program­ mierbaren Element begrenzt während eines Programmiervorgangs den maximalen Strom durch die Diode. Diese ist dadurch vor Zerstörung geschützt. Beide Widerstände zusammen legen die Zeitkonstante (RC-Konstante) für den Eingang der Auslese­ schaltung fest. Um die Ausleseschaltung wirksam vor Überspan­ nung zu schützen, muß diese Zeitkonstante größer sein als die Zeitkonstante für die Anode der Diode. Desweiteren besteht jedoch die Anforderung, daß die Widerstände so ausgelegt sind, daß im Normalbetrieb der Zustand des programmierbaren Elementes durch die Ausleseschaltung weiterhin uneinge­ schränkt auslesbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung einer mittels einer Diode ausgeführten Schutzschaltung ist der Schutz der Ausleseschal­ tung gegenüber einem sogenannten Tunnelstrom eines als elek­ trische Fuse ausgeführten programmierbaren Elementes. Ist die elektrische Fuse beispielsweise in einem hochohmigen Zustand, tritt dennoch, wenn auch in einem geringen Umfang, ein Strom von Ladungsträgern durch die Fuse auf, die eine vorhandene Energiebarriere überwinden (tunneln). Die Ladungsträger eines solchen Tunnelstroms werden mittels der Schützschaltung über die Diode abgeführt. Durch die beschriebene-Anordnung der Schutzschaltung ist die Auswahl eines zu programmierenden Elementes weiterhin über eine Ansteuerung des schaltbaren Elementes möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert. Es zeigt die

Figur eine Schaltungsanordnung mit einer Schaltung zur. Programmierung eines elektrisch programmierbaren Elementes und einer daran angeschlossenen Auslese­ schaltung.

Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem program­ mierbaren Element F mit einem ersten Anschluß EF und einem zweiten Anschluß AF, dessen Leiterbahnwiderstand zwischen dem ersten Anschluß EF und dem zweiten Anschluß AF durch elektri­ schen Strom dauerhaft veränderbar ist. Die Schaltungsanord­ nung enthält weiterhin ein schaltbares. Element T, das einen Steueranschluß S aufweist für ein Steuersignal zum Program­ mieren des programmierbaren Elementes F. Das schaltbare Ele­ ment T ist hier als Transistor ausgeführt. Ferner ist der Fi­ gur eine Ausleseschaltung A mit einem Eingang EA zu entneh­ hen, der über den Knoten K mit dem zweiten Anschluß AF des programmierbaren Elementes F verbunden ist. Der erste An­ schluß EF des programmierbaren Elementes F ist mit einem An­ schluß für ein erstes Versorgungspotential V1 verbunden. Ein erster Anschluß des schaltbaren Elementes T ist mit dem zwei­ ten Anschluß AF des programmierbaren Elementes F und ein zweiter Anschluß des schaltbaren Elementes T mit dem Anschluß für ein zweites Versorgungspotential V2 verbunden. Die Schutzschaltung 1 ist mit einem ersten Anschluß a1 an den zweiten Anschluß AF des programmierbaren Elements F und mit einem zweiten Anschluß a2 an den Eingang EA der Ausleseschal­ tung A angeschlossen. Sie dient zur Begrenzung der Spannung an dem zweiten Anschluß a2 der Schutzschaltung 1 und damit am Eingang EA der Ausleseschaltung A.

Die Schutzschaltung 1 enthält in dieser Ausführung eine Diode D, deren Anode mit dem Eingang EA der Ausleseschaltung A und deren Kathode mit einem Anschluß für ein drittes Versorgungs­ potential V3 verbunden ist. Weiterhin ist die Diode D über jeweils einen Widerstand R1 und R2 mit dem zweiten Anschluß AF des programmierbaren Elementes F bzw. mit dem Eingang EA der Ausleseschaltung A verbunden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schutzschaltung 1 während eines Programmiervorganges des elektrisch program­ mierbaren Elementes F erläutert:

Das elektrisch programmierbare Element F ist beispielsweise im nicht programmierten Zustand in einem hochohmigen Zustand und im programmierten Zustand in einem niederohmigen Zustand. Während eines Programmiervorganges nimmt beispielsweise das Potential V1 den Wert einer positiven Brennspannung an und das Potentiäl V2 den Wert einer Bezugsspannung. Über den Steuereingang S des schaltbaren Elementes T wird ein Program­ miervorgang des programmierbaren Elementes F eingeleitet. Das schaltbare Element T wird leitend geschaltet und die Brenn­ spannung angelegt, woraufhin aufgrund der Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Potentiale V1 und V2 ein hoher Strom durch das programmierbare Element F fließt. Das pro­ grammierbare Element F geht in den niederohmigen Zustand über, wodurch am Knoten K das Potential auf den Wert der Brennspannung V1 ansteigt. Das Potential am Knoten N steigt jedoch nicht über den Wert des Potentials V3, das beispiels­ weise der normalen positiven Betriebsspannung entspricht, zu­ züglich der Durchlaßspannung der Diode D, die im Vergleich zu den Spannungen V1 bis V3 relativ klein ist. Das bedeutet, das Potential am Eingang EA der Ausleseschaltung A ist gegen die am Knoten K anliegende Brennspannung geschützt.

Soll das programmierbare Element F nicht programmiert werden, wird der Steuereingang S des schaltbaren Elementes T nicht angesteuert. Das Potential am Knoten K steigt auf einen maxi­ malen Spannungswert, der sich aus dem Wert des Potentials V3, dem Spannungsabfall am Widerstand R1 und der Diodendurchlaß­ spannung summiert. Die letzteren beiden Spannungen sind ins­ besondere bedingt durch den Tunnelstrom durch das hochohmige programmierbare Element F. Diese Spannungsbegrenzung am Kno­ ten K ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn auch an diesen weitere Schaltungselemente angeschlossen sind. Das schaltbare Element T in Form eines Transistors ist für das Anliegen der Brennspannung ausgelegt. Liegt an dem Anschluß für das Poten­ tial V1 die Brennspannung an, ist der Potentialunterschied zwischen dem Anschluß für das Potential V1 und dem Potential am Knoten K nicht ausreichend, um das programmierbare Element F zu programmieren. Das programmierbare Element F wird demzu­ folge bestimmungsgemäß nicht programmiert.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung

• - mit einem programmierbaren Element, (F) mit einem ersten An­ schluß (EF) und einem zweiten Anschluß (AF), dessen Leiter­ bahnwiderstand zwischen dem ersten (EF) und dem zweiten An­ schluß (AF) durch elektrischen Strom dauerhaft veränderbar ist,
• - mit einem schaltbaren Element (T), das einen Steueranschluß (S) aufweist für ein Steuersignal zum Programmieren des pro­ grammierbaren Elements (F),
• - mit einer Ausleseschaltung (A) mit einem Eingang (EA), der mit dem zweiten Anschluß (AF) des programmmieren Elemements (F) verbunden ist,
• - bei der der erste Anschluß (EF) des programmierbaren Ele­ ments (F) mit einem Anschluß für ein erstes Versorgungspoten­ tial (V1) verbunden ist,
• - bei der ein erster Anschluß des schaltbaren Elements (T) mit dem zweiten Anschluß (AF) des programmierbaren Elements (F) und ein zweiter Anschluß des schaltbaren Elements (T) mit einem Anschluß für ein zweites Versorgungspotential (V2) ver­ bunden ist,
• - gekennzeichnet durch eine Schutzschaltung (1), die mit einem ersten Anschluß (a1) an den zweiten Anschluß (AF) des programmierbaren Elements (F) und mit einem zweiten Anschluß (a2) an den Eingang (EA) der Ausleseschaltung (A) angeschlossen ist, zur Begrenzung der Spannung an dem zweiten Anschluß (a2) der Schutzschaltung (1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (1) eine Diode (D) enthält, deren Anode mit dem Eingang (EA) der Ausleseschaltung (A) und deren Ka­ thode mit einem Anschluß für ein drittes Versorgnungspotenti­ al (V3) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der Diode (D) über jeweils einen Widerstand (R1, R2) mit dem Eingang (EA) der Ausleseschaltung (A) und mit dem zweiten Anschluß (AF) des programmierbaren Elements (F) ver­ bunden ist.

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