DE3017636A1 - Programmierbarer speicherbaustein und programmierverfahren - Google Patents

Programmierbarer speicherbaustein und programmierverfahren

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DE3017636A1 DE19803017636 DE3017636A DE3017636A1 DE 3017636 A1 DE3017636 A1 DE 3017636A1 DE 19803017636 DE19803017636 DE 19803017636 DE 3017636 A DE3017636 A DE 3017636A DE 3017636 A1 DE3017636 A1 DE 3017636A1
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Description

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Programmierbarer Speicherbaustein und Programmierverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Speicherbaustein und betrifft insbesondere einen Speicherbaustein in integrier-
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ter Injektionslogik (I L) sowie ein Ver mieren eines solchen Speicherbausteins.
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ter Injektionslogik (I L) sowie ein Verfahren zum Program-
Speicherbausteine des permanenten Typs, die im Feld programmiert werden können (im Gegensatz zur Programmierung in einer Fertigungsanlage), werden auch als programmierbare Festwertspeicher (PROM) bezeichnet. Ein solcher PROM-Baustein hat eine Widerstandszuleitung oder ein Element, das durch einen elektrischen Strom geöffnet wird, um den gewünschten Programmxereingabezustand zu schaffen. Durch dieses Öffnen bleiben jedoch Trümmer oder willkürliche Pfade zurück, die Streuung hervorrufen, welche unerwünscht oder
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unzulässig ist, insbesondere in I L-Schaltungen. Bei einem anderen derartigen PROM-Baustein werden elektrisch programmierbare MOS-Bausteine verwendet. Diese Bausteine benötigen oder arbeiten jedoch mit einer relativ großen
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Spannung von beispielsweise 5 V. In vielen Fällen muß eine Einzellenbatterie mit einer Nennspannung von etwa 1,5 V benutzt werden, so daß diese elektrisch programmierbaren PROM-Bausteine nicht benutzt werden können. In solchen
Fällen mit niedriger Spannung können I L-Bausteine verwendet werden. Es gibt daher einen Bedarf an programmierbaren
I L-Speicherbausteinen. Wenn diese Bausteine in einer Fertigungsanlage programmiert werden müssen, in der Fertigungstechniken zur Verfügung stehen, muß ein Inventar sämtlicher möglichen programmierten Speicher bereitgehalten werden (was einen relativ verschwenderischen Zustand darstellt), oder aber es muß jeder Speicher auf einen spezifischen Auftrag hin programmiert werden (ein Zustand, der sehr langsam sein kann, wenn es einen Rückstau an Aufträgen gibt).
Der I L-Speicherbaustein nach der Erfindung kann praktisch von jedermann mit relativ einfachem Gerät leicht programmiert werden.
Der I L-Speicherbaustein nach der Erfindung hat eine einzige Anordnung für die Massenproduktion und kann mit relativ einfacher Ausrüstung an Ort und Stelle durch den Anwender bei Bedarf leicht programmiert werden, wenn die gewünschte Speicherinformation bekannt oder ermittelt wird.
2
Der I L-Speicherbaustein nach der Erfindung kann somit durch Fortbestehen und Ändern von Schaltungszuständen leicht und dauerhaft elektrisch programmiert werden.
Die Erfindung benutzt, kurz gesagt, einen oder mehrere I L-Speicherbausteine, von denen jeder einen Widerstand und eine programmierbare Diode hat, die mit dem betreffenden
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I L-Bausteineingang verbunden sind. Die Katode der Diode ist mit dem Widerstand an einem Programmieranschluß verbunden, und ihre Anode ist mit einem Bezugspotentialpunkt oder Masse verbunden. Wenn eine Diode intakt oder unmodi-
2 fiziert gelassen wird, wird dem betreffenden I L-Baustein-
eingang ein Logikzustand dargeboten. Wenn jedoch die Diodenverbindung und Zuleitungen modifiziert oder durchgeschmolzen werden, indem eine geeignete Spannung angelegt wird und ein geeigneter Strom zu dem Programmieranschluß der Diode und dem Widerstand geleitet wird, fließt ein Strom in der umgekehrten Richtung durch die Diode, um die Diodenverbindung und Zuleitungen durchzuschmelzen und den Widerstand effektiv an Masse zu legen. Das ergibt einen
2 zweiten Logikzustand an dem zugeordneten I L-Bausteineingang. Der Widerstand ist vorgesehen, um einen übermäßigen
2
Stromfluß in den I L-Bausteineingang zu verhindern. Es ist daher relativ einfach, jeden Speicherbaustein gemäß jeder gewünschten Bedingung oder Anordnung zu programmieren. Dieses Programmieren kann durch relativ ungeschulte Personen mit relativ einfacher Ausrüstung ausgeführt werden, so daß der Speicherbaustein nach der Erfindung ein einzelnes, vielseitiges Gebilde darstellt, das zur Anpassung an jeden Bedarf programmiert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 in Draufsicht einen Speicherbaustein nach
der Erfindung und seine zugeordnete Logikschaltung längs der Linie 1-1 in Fig.2,
Fig. 2 eine Querschnittansxcht des Speicherbau
steins und der Logikschaltung auf der Linie 2-2 in Fig. 1 und
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des Speicherbausteins und der Logikschaltung von Fig. 1 und 2.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in Draufsicht bzw. im Querschnitt
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den Speicherbaustein und die diesem zugeordnete Logikschaltung. Diese Figuren sind zwar, soweit es einen tatsächlichen Baustein anbetrifft, nicht in irgendeinem Relativmaßstab dargestellt, die Figuren sind jedoch entsprechend positioniert. Diese Figuren zeigen nur eine Logikschaltung und nur einen programmierbaren Speicherbaustein nach der Erfindung. Es ist jedoch klar, daß mehrere derartige Logxkschaltungen und mehrere derartige programmierbare Speicherbausteine normalerweise vorgesehen würden.
Der Speicherbaustein nach der Erfindung und die Logik-
schaltung sind in integrierter Injektionslogik (I L) ausgeführt. In diesem Fall ist normalerweise ein Substrat 10 vorgesehen, das zur Abstützung und Isolierung dient und aus jedem geeigneten Material, wie beispielsweise Silicium, bestehen kann. Eine versenkte Schicht 11 aus N -Material, wie beispielsweise mit Arsen dotiertes Silicium, ist auf dem Substrat 10 gebildet, und eine Epitaxialschicht 12 aus N-Material ist auf dem Substrat 10 und der versenkten Schicht 11 aufgewachsen.
2
Der I L-Baustein enthält ein Gebiet 21 aus P-Material, wie beispielsweise mit Bor dotiertes Silicium. Dieses Material ist in die Epitaxialschicht 12 diffundiert oder implantiert. Ein weiteres Gebiet 18 aus P-Material ist in der Epitaxialschicht 12 vorgesehen, und zwei oder mehr als zwei Gebiete 19, 20 aus N+-Material sind in dem Gebiet vorgesehen, was alles in den rechten Teilen der Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Darüber hinaus ist ein Gebiet 22 aus N -Material von der oberen Fläche bis zu der versenkten Schicht 11 vorgesehen, um eine Masse für den Logikbaustein zu schaffen. Die verschiedenen Gebiete an der oberen Fläche sind mit einer geeigneten Schicht 40 aus Isoliermaterial, wie beispielsweise Siliciumdioxid, versehen, und die besonderen Gebiete 22, 21, 20, 19, 18 sind mit äus-
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aeren metallischen Zuleitungen oder Anschlüssen 47, 46, 45, 44 bzw. 43 versehen. Diese Anschlüsse können aus Aluminium bestehen. Sie sind in Fig- 1 der Übersichtlichkeit halber mit unterbrochenen Linien gezeigt.
Wie die Ersatzschaltung- in Fig. 3 zeigt, bilden das P-Gebiet 21 t die N-Epitaxialschicht 12 und das P-Gebiet 18 den Emitter, die Basis bzw. den Kollektor eines horizontalen PNP-Injektionstransistors. Die N -Gebiete 19, 20, das P-Gebiet 18 und die N-Epitaxialschieht 12 bilden die Kollektoren,, die Basis bzw. den Emitter eines vertikalen Logiktransistors. Das P-Gebiet T8 ist daher beiden Transistoren gemeinsam» Die Klemme 46 würde mit einer geeigneten Stromquelle verbunden, und die Kollektoren 44, 45 würden mit geeigneten Ausgangskreisen verbunden, die in derselben gezeigten Struktur oder in einer externen Struktur enthalten sein können. Die bis hierher beschriebene Struktur bildet einen bekannten I L-Baustein, dessen Eingang mit dem Basisanschluß 43 des vertikalen Transistors verbunden würde, und dessen Ausgänge an den Kollektoranschlüssen 44, 45 des vertikalen Transistors vorgesehen würdeit»
Zum Schaffen eines programmierbaren Speichers für den beschriebenen Logikbaustein werden ein Widerstand und eine Diode mit dem Logiktransistor auf die in Fig. 3 schematisch gezeigte Weise verbunden. Gemäß- den Fig. 1 und 2 ist der Widerstand hinter einer- Wand 3O aus P—Isoliermaterial gebildet h die sich von der oberen Fläche bis zu dem Substrat TO erstreckt und die N-Epitaxialschicht 12 sowie die versenkte N -Schicht 11 umschließt. Der Widerstand selbst wird durch zwei P-Gebiete 15, 16 und durch ein verbindendes P-Gebiet 17 gebildet. Diese P-Gebiete können diffundiert oder implantiert werden- Der Anschluß 43 verbindet das P-Gebiet 16. mit dem P-Gebiet 18. Die Anode der Diode ist durch ein P-Gebiet 13 in der N-Epi-
taxialschicht 12 gebildet, und die Katode ist durch ein' N -Gebiet 14 in dem P-Gebiet-13 gebildet. Eine metallische Zuleitung 42 verbindet das N -Gebiet 14 (oder die Katode der Diode) mit dem P-Gebiet 15 des Widerstands. Ein Programmier- oder Logikeingangsanschluß 48 ist mit der Zuleitung 42 verbunden.■Eine Zuleitung oder ein Anschluß 41 ist mit dem P-Gebiet 13 verbunden, das die Anode der Diode bildet. Diese Zuleitungen -können ebenfalls aus Aluminium bestehen. Der Anschluß 41 würde mit Masse oder einem Bezugspotentialpunkt verbunden. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 hat somit ein Widerstand ein mit der Basis 18 des Logiktransistors verbundenes Ende. Das andere Ende des Widerstands ist über eine Zuleitung oder einen Leiter 42 mit der durch das N -Gebiet 14 gebildeten Katode der Diode verbunden. Die durch das P-Gebiet '13 gebildete Anode der Diode ist mit Masse oder mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden. Die Durchlaßrichtung in der Diode geht somit von Masse zum Anschluß 42.
Wenn die gebildete Diode intakt gelassen wird und wenn kein Signal an den Programmier- oder Logikeingangsanschluß 48 angelegt wird, ist die Basis 18 des Logiktransistors festpunktlos. Wenn dem Injektortransistor ein Injektoreingangsstrom zugeführt wird, bringt der Injektortransistor den Logiktransistor von dessen Kollektoren zu dessen Emitter hin zum Leiten. Das ergibt einen Logikzustand. Wenn jedoch die Diode modifiziert wird, so daß der Programmier- oder Logikeingangsanschluß 48 an Masse liegt, liegt die Basis 18 des Logiktransistors an Masse, so daß er nicht leitet. Es ist somit ein weiterer Logikzustand an den Kollektoren des Logiktransistors geschaffen.
Die Diode kann durch einen Programmiergenerator 50 programmiert werden, der ein geeignetes Programmiereingangssignal vorbestimmter Spannung und vorbestimmten Stroms
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in der Sperrichtung für eine vorbestimmte Zeit durch die Diode schickt. Dieses Programmiereingangssignal wird an den Anschluß 48 als eine positive Spannung .gegen-Masse angelegt. Wenn dieses Eingangssignal anliegt, gestattet der gebildete. Widerstand (dessen Widerstandswert-in der Größenr Ordnung von 100,0 bis-10 0000hm liegen kann) nicht, daß viel Strom zu dem Logiktransistor fließt. Infolgedessen fließt der Programmierstrom hauptsächlich in -der Sperr— richtung durch die gebildete Diode. Dieser- Strom -bewirkt,.; daß die Diode erhitzt wird, und die mit:_dem N -Gebiet 14 . und dem PrGebiet 13 verbundenen Leiter 41,.42 durchschme1-zen. Das elektrische Feld, das vorhanden-ist, bewirkt,, daß. die geschmolzenen Leiter 41 , 42 durch-die erweichten Ge^- biete 1.3, 14 fließen und einen metallischen Pfad über diesen oder durch diese Gebiete 13, 14 bilden. Wenn die ge- -_ schmolzenen Leiter 41,-42 abkühlen und erstarren/, bilden, sie im-wesentlichen einen Kurzschluß oder einen Pfad sehr · niedriger Impedanz (weniger als 1 0hm) zwischen. den ..An- ., · · ; Schlüssen 41, 42. Wenn, der Anschluß 41 an Masse -liegt, er-· scheint, das Massepotential :-an der -Basis des Logiktransi-: stors, ■ um den gewünschten Logikz-ustand zu liefern, .der; zudem festpunktlosen; Zustand, entgegengesetzt ist,.; falls-kein · Massepotential·.^gelieferte wird. ■■-;__; .- -,; . . : · '",;.* ::.--.■■ J.
Es sei beachtet, daß die Polung des Basi-s-Emitter-PfadeSv; \ des Logiktransistors so ist,- daß der S.trom^ der während des Anliegens- des- positiven Programm! er impuls es; über ,diese Strecke fließt,,-in der Richtung leichten .Stromflusses. .. ■ fließt und durch 'den Widerstand AJ begrenzt wird, -so daß --.v_ relativ wenig Energie in dieser -Strecke verbraucht.wird.;. Andererseits;ist die gebildete Diode. 1.3, .1-4 in. der entge— . gengesetzten Richtung bezüglich des 'Programmierimpulses gepolt und es gibt keinen Strombegrenzungswiderstand, so daß ein Maximum an Energie in dieser durch, die gebi-ldete Diode; 13, 14 dargestelltienstrecke verbraucht wird, was mit .einem Maximum an Wärmeerzeugung verbunden ;ist, durch, die es zu dem ;
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gewünschten Schmelzen kommt.
Oben ist in Verbindung mit den Flg. ΐ, 2 und 3 ein einziges programmierbares Element beschrieben und dargestellt worden. Jede Anzahl dieser Elemente kann auf einem Substrat irgendeiner gewünschten Größe gebildet werden, um ein vollständiges PROM-Feld mit jeder Anzahl programmierbarer Einheiten zu bilden. Der Baustein und das Verfahren t die hier beschrieben worden sind, ermöglichen, einen oder mehrere Bausteine des Feldes nach Bedarf auf einfache Weise zu programmieren, so daß die gewünschten PROM-Ausgangssignale erzielt werden. Das Programmieren erfolgt mit relativ einfacher Ausrüstung, nämlich einem Programmiergenerator, der den gewünschten Strom für die gewünschte Zeitdauer liefert. Bei einer Diode mit einer Durchbruchsspannung in Sperrichtung von 5 V erfolgte diese Programmierung mit einem konstanten- Strom von 300 inA während 3 ms. Der Programmiergenerator kann mit jedem Anschluß 48 verbunden sein, der den gewünschten Speicherzustand für seinen zugeordneten Logiktransistor liefern soll. Andere, Anschlüsse können in ausgewählter Weise unprogrammiert gelassen werden. Diese unprogrammierten Anschlüsse können bei Bedarf durch Logiksignale unter verschiedenen Betriebsbedingungen elektrisch programmiert werden. Daher kann eine
2 Standardanordnung irgendeine Anzahl von I L-Bausteinen, von denen jeder eine Programmiereinrichtung aufweist, in der gewünschten Weise gemäß der Erfindung programmiert werden. Die Programmiereinrichtung und das Verfahren sind relativ einfach und gestatten praktisch jedem die Ausführung dieser Programmierung im Feld £T.h. entfernt von der Fertigungsanlage}, wodurch die Verwendungsmöglichkeit
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und die Vielseitigkeit der I L-Bausteine erweitert werden.
Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungen möglich. Bei-
spielsweise können die I L-Bausteine verschiedene unterschiedliche Formen annehmen, je nach den genauen Ferti-
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gungsbedingungen und Präferenzen. Jede Anzahl dieser Bausteine kann gemäß der Erfindung durch fast jeden Typ von Progranuniergenerator programmiert werden, der die richtige Spannung und den richtigen Strom für die gewünschte Dauer liefert. Die Anoden der programmierbaren Dioden können mit den Widerständen verbunden werden, und ihre Katoden können mit Masse verbunden werden, wenn der Durchlaßspannungsabfall der Dioden ausreichend hoch ist, so daß die Basis des Logiktransistors nicht an Masse gelegt wird. Wenn der Durchlaßspannungsabfall nicht ausreicht, können zwei oder mehr als zwei Dioden in Reihe geschaltet werden. Diese Dioden würden ebenfalls mit Strom in der Sperrichtung programmiert werden. Es ist jedoch vorzuziehen, diese Dioden so zu schalten, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, da diese Anordnung zuverlässiger ist.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche :
    (T5) Programmierbarer Speicherbaustein mit mehreren Ausgangskreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise (12, 18, 19, 20, 21) jeweils einzeln mit einer entsprechenden gesonderten Diode (13, 14) über einen entsprechenden gesonderten Widerstand (17) verbunden sind und daß ein einzelner Programmieranschluß (48) jeder Widerstands-Diodenverbindung (42) elektrisch zugeordnet ist.
  2. 2. Speicherbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (13, 14) in einer gemeinsamen integrierten Schaltungsstruktur auf einer gemeinsamen Basis gebildet sind.
  3. 3. Speicherbaustein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (17) in einer gemeinsamen integrierten Schaltungsstruktur auf einer gemeinsamen Basis (10) gebildet sind.
  4. 4. Speicherbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (13, 14) und die Widerstände (17) in einer gemeinsamen integrierten Schaltungsstruktur auf einer gemeinsamen Basis (10) gebildet sind.
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  5. 5. Speicherbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskreise (12, 18, 19, 20, 21) Transistorschaltungen enthalten, die in einer gemeinsamen integrierten Schaltung mit den Widerständen (11) und den Dioden (13, 14) auf einer gemeinsamen Basis (10) gebildet sind.
  6. 6. Speicherbaustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß eine Isoliergrenzschicht (30) , die sich in der integrierten Struktur befindet, ein EndwiderStandselement (17) umgibt.
  7. 7. Speicherbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Programmieranschluß (48) entfernten Diodenklemmen mit einer gemeinsamen elektrischen Verbindung (41) verbunden sind.
  8. 8. Speicherbaustein nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Dioden (13, 14) mit derselben Polun,gsrichtung zwischen den Programmieranschluß und die gemeinsame elektrische Verbindung geschaltet sind.
  9. 9. Speicherbaustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (11) jeweils mit dem Basis-Emitterpfad ihres entsprechenden Transistors (12, 18, 19, 20) verbunden sind, daß die von den Programmier anschlüssen entfernten Enden der Dioden mit einer gemeinsamen elektrischen Verbindung (41) verbunden sind, die außerdem den Emittern (12) gemeinsam ist, und daß die Dioden (13, 14) und die Basis-Emitter-Strecken (12, 18)·, die in einer gemeinsamen Schleife angeordnet sind, in gleichen Riehtungen leichten Stromflusses gepolt sind.
  10. 10. Speicherbaustein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltungsstruktur ein gemeinsames Substrat (10) aufweist, auf welchem eine N+-Schicht (11)
    angeordnet ist, über der eine N -Schicht (12) angeordnet ist, in die die Dioden-, Transistor- und Widerstandselemente eingebettet sind.
  11. 11. Verfahren zum Programmieren von einzelnen Logikschaltungen, die auf einer versenkten N -Schicht gebildet sind und jeweils über einen Widerstand mit einem äußeren Programmieranschluß verbunden sind, von denen jeder über einen Katode-Anode-Pfad einer Diode mit einem Bezugspotentialpunkt verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte;
    a) sequentielles Verbinden eines Generators, der einen ausgewählten Strom für eine ausgewählte Zeitdauer erzeugen kann, mit ausgewählten äußeren Programmieranschlüssen; und
    b) Betätigen des Generators, wenn dieser mit jedem ausgewählten Anschluß verbunden ist, damit Strom in der Richtung von der Katode zur Anode in der Diode fließt und Teile der Leiter der Diode durchschmilzt, um einen Pfad niedrigen Widerstandes von dem Prograitunieranschluß zu dem Bezugspotentialpunkt zu schaffen.
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DE19803017636 1979-05-10 1980-05-08 Programmierbarer speicherbaustein und programmierverfahren Withdrawn DE3017636A1 (de)

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