DE3008754C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithische integrierte trimmbare Schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine zutrimmende integrierte Schaltung (IC) wird zunächst in Form einer Scheibe oder eines Plättchens hergestellt. Eine Vielzahl von Stromkreisen wird auf einem gemeinsamen Substrat erzeugt. Die Scheibe wird dann einer Prüfung unterzogen und dazu in eine sich wiederholt und schrittweise bewegende Vorrichtung eingelegt. Die Vorrichtung ist in der Lage, die Scheibe in Richtung zweier Dimensionen zu bewegen, wobei eine genaue Einstellung entsprechend den Abständen zwischen benachbarten Stromkreisen möglich ist. Die Vorrichtung enthält eine Gruppe von Testsonden oder Meßfühlern, die so einstellbar sind, daß sie mit den Anschlußflächen auf den Schaltungsplättchen zusammenfallen, die sich auf der Scheibe befinden. Beim Betrieb der Vorrichtung wird die Sondenanordnung derart vorgeschoben, daß eine Schaltung berührt wird. Dann wird die Anordnung angehoben, so daß der Kontakt aufgehoben wird, die Scheibe entsprechend einer Stromkreislage um einen Schritt weiterbewegt und die Sonden werden wiederum in Kontaktgabestellung gebracht. Diese Schrittfolge wird wiederholt ausgeführt, so daß jedes Schaltungsplättchen einzeln kontaktiert werden kann. Während des Kontaktintervalles oder der Kontaktgabe können die Sonden an Potentiale aus einer Energiequelle, Signalpotentiale und Meßinstrumente gelegt werden. Somit kann während einer Sondenberührung eine Schaltung derart aktiviert werden, daß sie elektrisch wirksam ist, und es können die Kenndaten oder die Leistung gemessen werden. Die wiederholt schrittweise erfolgende Arbeitsweise kann so programmiert werden, daß alle Stromkreise auf der Scheibe nacheinander automatisch getestet und die Kenndaten der Stromkreise aufgezeichnet werden.

Gewünschtenfalls kann die Schaltung während der Sondenberührung auch getrimmt werden, um die Stromkreiskenndaten zu modifizieren und sie mit vorgestimmten Bedingungen in Einklang zu bringen. Bei einem bestimmten derartigen Trimmverfahren wird die sogenannte Impulsbeaufschlagung mit einer Zenerdiode ("zener zapping") angewendet. Wenn eine Zenerdiode mit Impuls beaufschlagt wird, kann sie sozusagen kurzgeschlossen werden, d. h. dazu gebracht werden, daß sie wie eine Verbindungsleitung mit niedrigem ohmschem Widerstand wirkt. Diese Fähigkeit läßt sich in der Weise ausnutzen, daß die zu trimmende IC mit einem mehrgliedrigen Widerstand versehen wird, wobei jedem Glied eine Zenerdiode parallel- geschaltet ist. Jede Diode ist mit metallenen Anschlußleitungen versehen, die zu metallischen Auflageflächen oder Anschlußflächen führen, welche von einer Sonde berührt werden können. Bei der Prüfung der Scheibe können die einer bestimmten Diode zugeordneten Sonden mit einem elektrischen Impuls gespeist werden, der die Diode (in dem oben erläuterten Sinne) kurzschließt ("zapped"). Um die Schaltung zu trimmen, werden so viele Dioden kurzgeschlossen wie erforderlich ist, um die Stromkreiskenndaten auf ein gewünschtes Niveau zu bringen. Die einzige Anforderung an die Schaltung, die zu dieser Art des Trimmens gehört, besteht darin, daß der jeweils wirksame Stromkreis kein Potential an dem trimmbaren Widerstandsabschnitt hervorbringt, welches beim Normalbetrieb groß genug sein würde, um die Diode leitend zu machen. Dementsprechend sind die trimmbaren Widerstände normalerweise Teilen des Stromkreises oder der Schaltung zugeordnet, die bei niedrigen Potentialen wirksam sind.

Zwar bezieht sich die vorstehende Erörterung auf zu trimmende Widerstände, jedoch können auch andere Schaltungskomponenten verwendet werden. Zum Beispiel können die trimmbaren Schaltungselemente Kondensatoren sein. In diesem Fall werden mehrere Kondensatoren in Reihenschaltung angeordnet, zu deren je eine Zenerdiode parallelgeschaltet ist. Während bei dem vorher erörterten Widerstandssystem die jeweils nicht kurzgeschlossenen Dioden den maximalen Widerstandswert jeweils eines Gliedes bedingen, entspricht bei dem Kondensatorsystem den nicht kurzgeschlossenen Dioden der jeweils niedrigste Kapazitätswert des Gliedes, zu dem sie gehören.

So ist bereits eine monolithische integrierte trimmbare Schaltung bekanntgeworden, bei der eine Reihe passiver Schaltungselemente mit je einer parallelgeschalteten Zenerdiode versehen ist, die mit einer Reihe von Kontaktflächen verbunden ist, so daß jede Zenerdiode wahlweise mit der aus einer Spannungsquelle entnommenen Spannung umkehrbarer Polarität, die größer ist als die Durchbruchsspannung der Diode in Sperrichtung, verbunden werden kann, wobei die Spannungsquelle genügend Strom zu liefern vermag, um die Diode unter Umgehend des ihr zugeordneten Schaltungselements dauerhaft kurzzuschließen (US-PS 40 16 483).

Bei den vorstehend beschriebenen Arten des Trimmens durch Impulsbeaufschlagung von Zenerdioden ist eine große Zahl von Auflageflächen oder Anschlußflächen an dem System erforderlich. Bei diesem System werden daher beträchtliche Plättchenteilflächen benötigt, die nicht aktiv nutzbar sind. Die Anzahl der erforderlichen Auflageflächen beträgt N = n + 1, worin N die Anzahl der Auflageflächen und n die Anzahl der Dioden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die es ermöglicht, die Zahl der Auflage- oder Anschlußflächen bei durch Impulsbeaufschlagung getrimmten monolithischen integrierten Schaltungen zu verringern und damit die Voraussetzung zu einer Verkleinerung der erforderlichen Plättchenfläche zu schaffen. Es sollen also Dioden und trimmbare Schaltungselemente auf einer verkleinerten Gesamtfläche bei monolithischen integrierten Schaltungen untergebracht werden, die nach dem Prinzip der Impulsbeaufschlagung von Zenerdioden getrimmt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Beispielsweise ist eine trimmbare Komponente etwa in Form mehrerer in Reihe geschalteter Widerstände innerhalb eines IC angeordnet. Jedem Widerstandsglied ist eine Zenerdiode parallelgeschaltet. Die Dioden in der Reihenschaltung sind paarweise gegensinnig gepolt und jedes gegensinnig gepolte Diodenpaar liegt zwischen einem Paar von Kontaktauflageflächen. Es werden also insgesamt nur N = + 1 Kontaktauflageflächen benötigt.

Das bedeutet, daß die Zahl der erforderlichen Kontaktauflageflächen auf annähernd die Hälfte gegenüber der früher erforderlichen Zahl herabgesetzt wurde. Dadurch wird es zugleich möglich, die für die Unterbringung der Schaltung insgesamt erforderliche Fläche wesentlich zu verkleinern.

Bei der Trimmung wird an das gegensinnig gepolte Diodenpaar ein Beaufschlagungsimpuls angelegt. Dieser Beaufschlagungsimpuls kann so gerichtet oder eingestellt sein, daß nur die in Sperrichtung vorgespannte Diode kurzgeschlossen wird. Die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode entwickelt nicht genügend Energie, um in Mitleidenschaft gezogen zu werden. Die Diode, welche kurzgeschlossen wird, wird daher durch die Polarität des Impulses bestimmt. Das bedeutet, daß ein Widerstandselement des zwischen den Sonden angeschlossenen Paares wahlweise, entsprechend der Vorwahl der Impulspolarität, kurzgeschlossen werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema der üblichen, grundsätzlichen Trimmvorrichtung,

Fig. 2 ein Schaltschema zur Erläuterung der Trimmvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Topographie der Vorrichtung zum Trimmen einer integrierten Schaltung gemäß der Erfindung mit Verwendung jeweils eines Paares gegenläufig gepolter Zenerdioden und

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Diodenaufbaues gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Prinzip der Trimmung einer auf einem Plättchen befindlichen IC-Schaltung wie es bisher üblich war erläutert. Die zu trimmende integrierte Schaltung ist durch einen Block 10 veranschaulicht, dem ein Trimmabschnitt mit der gestrichelten Umrandung 11 zugeordnet ist. Vier Widerstände 12 bis 15 in Reihenschaltung sind mit dem IC verbunden. Wie dargestellt, sind die Widerstände binär gerichtet oder bewertet (R, 2R, 4R, 8R). Es können natürlich auch mehr oder weniger Widerstandsglieder vorhanden sein und sie können auch eine andere Gewichtung oder Wertung einschließlich einer einheitlichen (gleiche Wichtung oder Wertung von Widerständen) haben.

Jedem Widerstand ist eine Zenerdiode parallelgeschaltet. Die einzelnen Dioden sind mit 16, 17, 18, 19 bezeichnet. Jede Diode hat zwei Anschlüsse, die mit je einer IC-Anschluß- oder Kontaktfläche 20 bis 24 verbunden sind. Wenn die Schaltung mit sämtlichen Dioden wirksam ist, beträgt der Widerstandswert der Widerstände in ihrer Gesamtheit 15R. Die Art der hier gezeigten Trimmung ist nur dann von Nutzen, wenn die IC-Schaltung im Betriebe den trimmbaren Widerständen keine Spannung aufdrückt, die ausreicht, den leitenden Zustand der Dioden zu verursachen. Dies bedeutet, daß nur wenige Zehntel Volt an jedem Widerstand in der Vorwärts-Diodenvorspannrichtung zulässig sind.

Wenn die Trimmung ausgeführt werden soll, wird eine Impulse liefernde Energiequelle, wie bei 25 dargestellt, mit ausgewählten Kissen, wie z. B. den Kissen 20 und 21 in der Darstellung von Fig. 1, mittels der Sondenkontakte 26 und 27 verbunden. Die Polarität der Impulsquelle ist gemäß Fig. 1 der Zenerdiode 16 entgegengesetzt gerichtet, d. h. die Diode wird von dem Impuls in Sperrichtung beaufschlagt.

Es wird ein Impuls angelegt, der genügend groß ist, um die Diode 16 kurzzuschließen. Dabei ist darauf zu achten, daß der angelegte Impuls die IC-Schaltung 10 nicht beschädigt, und daß, während die Diode zwecks Hervorbringung eines Kurzschlusses mit dem Impuls beaufschlagt wird, ihre Anschlüsse unversehrt bleiben. Somit schließt nun die Diode 16 den Widerstand 12 kurz und der verbleibende Gesamtwiderstandswert beträgt 14R.

Durch wahlweises Kurzschließen einzelner Dioden oder Diodenkombinationen läßt sich bei dem System von Fig. 1 jedes ganzzahlige Vielfache von R zwischen 0 und 15R erhalten.

Fig. 2 veranschaulicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung. Hier ist eine ähnliche Widerstandsgruppe 12 bis 15 mit einer IC-Schaltung 10 verbunden. Jedoch sind hier weniger Kontaktauflageflächen erforderlich. Es sind Auflageflächen 120, 122 und 124 vorgesehen und die Dioden 160, 170, 180 und 190 sind mit paarweise gegensinniger Polung angeordnet. Die Kontaktauflageflächen 120, 122 und 124 sind so angeordnet, daß jedes Diodenpaar von außen kontaktiert werden kann. Außerdem ist die die Impulse liefernde Energiequelle 25 über einen die Polung umkehrenden Wendeschalter 28 mit den Sonden 26, 27 verbunden.

Wenn die Trimmung durchgeführt werden soll, wird der Impulsgeber in Betrieb genommen. Bei den dargestellten Verhältnissen ist die Diode 160 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Die Impulsrichtung kann nun so gewählt werden, daß nur die in Gegenrichtung vorgespannte Diode 170 kurzgeschlossen und die vorwärts vorgespannte Diode nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Damit wird der Widerstand 13 kurzgeschlossen, so daß sich ein Gesamtwiderstandswert von 13R ergibt. Wenn die Polung des Impulses mittels des Wendeschalters 28 umgekehrt wird, wird die Diode 160 kurzgeschlossen, so daß der Widerstand 12 ausgeschaltet wird. Die Impulspolarität wird also dazu verwendet, zu bestimmen, welche Diode des angeschlossenen Diodenpaares kurzgeschlossen wird. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, werden nur drei Kontaktflächen benötigt, um wahlweise eine von insgesamt vier Dioden mit einem Impuls zu beaufschlagen, wogegen hierzu gemäß Fig. 1 fünf Kontaktflächen erforderlich waren. In Fällen, in denen praktisch eine große Zahl von Widerständen vorhanden ist, beträgt die Ersparnis an Kontaktflächen annähernd 50%.

Fig. 3 zeigt eine Fragmentdarstellung der Topographie einer IC-Schaltung mit einer Ausführungsform eines Diodenpaares, das für die Zwecke der Erfindung geeignet ist. Die Zeichnung ist nicht maßstäblich und soll nur grundsätzlich das Wesen dieses Erfindungsvorschlags veranschaulichen. Die Oberfläche 11 stellt einen Teil des Trimmabschnitts eines IC-Plättchens auf einer Siliziumscheibe dar. Das Siliziumoxid ist nicht dargestellt, aber es wird vorausgesetzt, daß es wie in einem Planarprozeß üblicher Art vorhanden ist. Die Scheibenoberfläche stellt eine Epitaxialschicht vom n-Typ dar, die auf einem Substrat vom p-Typ angeordnet ist. Der Ring 30 stellt eine Isolationsdiffusion oder Trenndiffusion dar, welche die Epitaxialschicht vollständig durchdringt, so daß durch sie innerhalb ihres Umfangs eine Wanne vom n-Typ isoliert wird. Der rechteckigen Zone 31 entspricht ein Widerstandselement, das eine Zone vom p-Typ umfaßt, die als Transistorbasisdiffusion zu kennzeichnen ist, welche nur teilweise durch die Epitaxialschicht hindurchreicht. Kontakte bei 32, 33 und 34 teilen den Widerstand auf in zwei getrennte in Reihe geschaltete Widerstandselemente. Der rechteckige Bereich 35 stellt eine Transistorbasisdiffusion dar, die als gemeinsamer Anodenteil für ein paar gegensinnig (black-to-black) miteinander verbundener Zenerdioden wirkt. Die Anoden der Zenerdioden werden durch Transistormitterdiffusionen in den Bereichen 36 und 37 erzeugt. Der Kontakt 38 dient dazu, eine elektrische Verbindung zu der gemeinsamen Anode, die zu dem Diodenpaar gehört, herzustellen. Die Kontakte 39 und 40 bilden elektrische Zuleitungen zu den Kathoden des Diodenpaares. Eine Metallisierung 42 verbindet die Anoden der Dioden mit dem Übergangskontakt 33 des Widerstandes. Die Metallisierung 43 verbindet den Widerstandskontakt 34, den Dioden-Kathoden-Kontakt 39, und die Kontaktfläche 120. Die Metallisierung 44 verbindet den Kontakt 32, den Dioden-Kathoden-Kontakt 40 und die Kontaktfläche 122 miteinander, um die Anschlüsse zu der Diode 170 und dem Widerstand 13 von Fig. 2 zu bilden.

Eine solche Zenerdiode hat eine Zenerdurchbruchsspannung etwa im Bereich zwischen 6 und 8 Volt bei Verwendung üblicher Verfahren zur Herstellung von IC-Schaltungen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Form des Diodenaufbaues. Diese Fig. zeigt eine Fragmentdarstellung eines IC- Plättchens 11′ in schräger Draufsicht auf die Oberflächentopographie und in einer Schnittansicht. Auch hier ist die zeichnerische Darstellung nicht maßstäblich und das Oxid sowie die Metallisierung sind nicht gezeigt. Die Kontakte sind in dem Schema mit 38′, 39′ und 40′ bezeichnet. Die Anschlußverbindungen können im wesentlichen dieselben wie bei Fig. 3 sein.

Bei dieser Ausführungsform der IC-Schaltung ist auf einem Substrat 50 vom p-Typ eine Epitaxialschicht 51 vom n-Typ angeordnet. Eine Trenndiffusion 30′ geht vollständig durch die Schicht 51 hindurch, um einen isolierten Abschnitt oder eine Wanne von epitaktischem Material zu bilden, worin die Dioden hergestellt werden. Die Vorrichtung enthält eine vergrabene Schicht 52 vom N+-Typ an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Epitaxialschicht. Solche vergrabenen Schichten sind in der Technik der integrierten Schaltungen bekannt. Bei 53 wird eine Diodenanode durch P+-Diffusion nach Art einer Trenndiffusion hergestellt. Das Vorhandensein der vergrabenen Schicht 52 verhindert, daß das Substrat 50 von dieser Anodendiffusion kontaktiert wird. Stark dotierte N+-Diffusionszonen 36′ und 37′ bilden die Kathoden der Zenerdiode.

Die Arbeitsweise der Dioden nach Fig. 4 ist im wesentlichen dieselbe wie die von denjenigen gemäß Fig. 3. Jedoch haben die Dioden eine Zenerspannung im Bereich zwischen 5 und 6 Volt. Die Vorrichtung nach Fig. 4 hat den Vorteil, daß beim Kurzschluß durch Impulsbeaufschlagung die Möglichkeit, daß die Metallisierung die Anodenzone durchdringt, vermindert ist.

Eine Energiequelle zur Lieferung der Impulse mit einer Ausgangsspannung von 20 bis 25 Volt und einem Maximalstrom von etwa 1 A kann für eine Impulsdauer von etwa 5 bis 15 Millisekunden benutzt werden, um Zenerdioden wie oben beschrieben, die eine Fläche von etwa 645,2 µm² (one square mil) erfolgreich kurzzuschließen. Wird eine solche Impulsstromquelle bei einer Vorrichtung nach Fig. 2 benutzt, so bleibt die vorwärts vorgespannte Zenerdiode unbeeinträchtigt, während die in Gegenrichtung vorgespannte Diode zuverlässig kurzgeschlossen wird, ohne daß die damit verbundenen anderen Schaltungselemente der IC-Schaltung beschädigt werden.

Die Möglichkeiten der Ausführung und Anwendung der Erfindung sind nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten beschränkt. Die vorstehende Beschreibung betrifft zwar nur diffundierte Widerstände. Es ist aber auch jeder andere Art der Herstellung von Widerständen in Verbindung mit der hier dargestellten Zenerdiodenvorrichtung brauchbar. Auch sind hier zwar Diodenpaare mit gemeinsamer Kathode dargestellt, die in einer gemeinsamen Trennwanne angeordnet sind. Jedoch sind auch andere Ausführungsformen möglich. So kann z. B. jede Diode für sich isoliert sein und es können, falls erwünscht, gemeinsame Anodenanschlüsse vorgesehen sein. Die einzige grundsätzliche Bedingung der Erfindung besteht darin, daß die Dioden gegensinnig gepolt (connected back to back) und mit je einem Paar von Schaltungselementen, z. B. Widerständen bzw. Widerstandsabschnitten, verbunden sind.

Claims (3)

1. Monolithische integrierte trimmbare Schaltung, bei der eine Reihe passiver Schaltungselemente mit je einer parallel geschalteten Zenerdiode versehen ist, die mit einer Reihe von Kontaktflächen verbunden ist, so daß jede Zenerdiode wahlweise mit der aus einer Spannungsquelle entnommenen Spannung umkehrbare Polarität, die größer ist als die Durchbruchsspannung der Diode in Sperrichtung, verbunden werden kann, wobei die Spannungsquelle genügend Strom zu liefern vermag, um die Diode unter Umgehung des ihr zugeordneten Schaltungselements dauerhaft kurzzuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei zu benachbarten Schaltungselementen parallel geschaltete Dioden gegensinnig gepolt sind und daß nur an jeweils die zweite Verbindungsstelle zwischen den Dioden der Reihe Kontaktflächen angeschlossen sind, so daß je nach der Polarität eines angelegten Impulses die eine Diode und bei Umkehr der Polarität des Impulses die andere Diode des Diodenpaares kurzgeschlossen werden kann.

2. Monolithische integrierte trimmbare Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar gegensinnig gepolter Dioden in einem isolierten Bereich der integrierten Schaltung angeordnet ist, in dem sich eine Transistorbasisdiffusion befindet, durch die eine gemeinsame Anodenelektrode der Dioden gebildet wird, daß innerhalb der Basisdiffusion zwei Transistoremitterdiffusionen in einem Abstand vorgesehen sind, daß die gemeinsame Diodenanode mit den passiven Schaltungselementen verbunden ist, und daß jedes Paar von Diodenanoden getrennt mit jeweils einem der passiven Schaltungselemente und mit getrennten Kontaktflächen der integrierten Schaltung verbunden ist.

3. Monolithische integrierte trimmbare Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des isolierten Bereichs eine begraben eingebettete leitende Schicht, die durch eine Isolationsdiffusion innerhalb der isolierten Zone begrenzt ist, gebildet ist.