DE69528399T2

DE69528399T2 - Verbesserungen an Schmelz- und Antischmelzsicherungen für integrierte Schaltungen

Info

Publication number: DE69528399T2
Application number: DE69528399T
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Magel; Richard A. Stoltz
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2015-01-13
Also published as: DE69528399D1; US5412593A; EP1211693A3; EP0663669A3; EP1202288A2; JPH07312390A; EP1211693A2; EP0663669A2; JP3537899B2; EP1202288A3; EP0663669B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf integrierte Schaltungen und insbesondere auf Speichervorrichtungen wie z. B. programmierbare Gate-Arrays oder PROMs (programmierbare Festwertspeicher).
Polysilicium-Schmelzsicherungen ("Poly"-Schmelzsicherungen) sind im Stand der Technik wohlbekannt, wobei sie oft in Redundanzschemata für Speicheranwendungen und für Trimmerwiderstände verwendet worden sind, um in analogen Anwendungen Spannungs-Referenzpegel einzustellen. Poly-Schmelzsicherungen sind leitende Verbindungen, bis ein hoher Stromimpuls durch sie geschickt wird, der bewirkt, daß sie schmelzen und einen offenen Stromkreis bilden.
Vor kurzem sind Antischmelzsicherungen, die aus einem dünnen Dielektrikum zwischen zwei Leitern bestehen können, in Produkte der feldprogrammierbaren Gate-Arrays eingeführt worden. Antischmelzsicherungen beginnen zunächst als offene Stromkreise, wobei sie "ausgelöst" werden, indem ein hoher Spannungsimpuls angelegt wird, der den Bruch des Dielektrikums verursacht, wodurch ein geschlossener Stromkreis gebildet wird. Das US-Patent Nr. 4.943.538 mit dem Titel "Programmable Low Impedance Anti-fuse Element", eingereicht am 10. März 1988 durch Mahsen u. a., beschreibt eine derartige Antischmelzsicherung mit einer kondensatorähnlichen Struktur, die einen sehr niedrigen Leckverlust vor der Programmierung und einen niedrigen Widerstand nach der Programmierung besitzt.
Eine weitere Form der Antischmelzsicherung besteht aus einem Bereich amorphen Materials mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand, das zwischen zwei Leitern angeordnet ist. Um das amorphe Material aus dem hohen spezifischen elektrischen Widerstand in einen Leiter zu ändern, wird ein Strom durch das amorphe Material geleitet, der es erwärmt und es in einen im hohen Grade leitenden Zustand umwandelt. Dieser Typ der Antischmelzsicherung ist im Patent Nr. 4.752.118 mit dem Titel "Electric Circuits Having Repairable Circuit Lines and Method of Making the Same", eingereicht am 14. Oktober 1986 durch Johnson, beschrieben.
US-A-5 200 652 offenbart eine Schaltung, die eine erste Schmelzsicherung und Antischmelzsicherung, die zwischen ersten und zweiten Leitern parallel geschaltet sind, und eine zweite Schmelzsicherung oder Antischmelzsicherung, die ebenfalls zwischen den ersten und zweiten Leitern parallel zur ersten Schmelzsicherung und Antischmelzsicherung geschaltet ist, umfaßt. Die Struktur kann programmiert werden, um abwechselnd zwischen den ersten und zweiten Leitern einen offenen Stromkreis und einen Kurzschluß zu schaffen, indem die Schmelzsicherungen und Antischmelzsicherungen abwechselnd ausgelöst werden. Es ist ein Programmierleiter vorgesehen, damit eine Programmierspannung an den Knoten zwischen der ersten Schmelzsicherung und der ersten Antischmelzsicherung angelegt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche 1, 2, 5 und 7 definiert.
Es gibt verschiedene Typen elektronischer Vorrichtungen, die umuprogrammiert werden können (d. h. mehr als einmal programmiert werden können), wie z. B. PROMs (löschbare programmierbare Festwertspeicher), EEPROMs (elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher) oder SRAMs (statische Schreib-Lese-Speicher). Die Schaltungen, die programmiert werden, sind transistorgestützt, sie sind aber ziemlich groß und beanspruchen Raum in der integrierten Schaltung.
Andere Vorrichtungen, wie z. B. die typischen Gate-Arrays oder PROMs, können nur einmal programmiert werden. Diese Vorrichtungen besitzen konstruierte Verbindungen, die aus einer einzelnen Schmelzsicherung oder Antischmelzsicherung aufgebaut sind, wobei keine Umprogrammierung oder Korrektur von Fehlern in der Programmierung der Wegewahl möglich ist (außer einer Festverdrahtung oder einem "externen Jumper" bei eingekapselter IC). Ein PROM oder Gate-Array, der bzw. das falsch programmiert ist, wird im allgemeinen als nicht verwendbar verworfen. Wenn eine derartige Vorrichtung die Fähigkeit besitzt, umprogrammiert zu werden, würden deshalb die Kosten für den Programmierungsausschuß verringert werden. Ferner tritt es häufig auf, daß Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, die es erfordern, daß die Speichervorrichtungen umprogrammiert werden. Abermals könnten die Kosten verringert werden, wenn eine derartige Vorrichtung mehr als einmal programmiert werden könnte.
In der neuen Erfindung besteht ein Verbindungsglied aus Reihenschaltungen, Parallelschaltungen oder beidem aus Schmelzsicherungen und Antischmelzsicherungen. Ein derartiges Verbindungsglied erlaubt zwei oder mehr Programmierschritte. Es können mehrere Unterverbindungsglieder auf verschiedene Arten geschaltet sein, die für mehrere Umprogrammierungsschritte sorgen.
Es gibt viele Vorteile der Erfindung der Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglieder, ein sehr wichtiger besteht darin, daß der Flächenbedarf für das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied kleiner als für transistorgestützte Programmierelemente ist. Die Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungsstrukturen können vertikal auf dem Halbleiter- Wafer aufgebaut sein, wohingegen die Transistoren für das Umprogrammieren der Zellen für PROMs, EEPROMs und SRAMs im allgemeinen in einem Einkristall-Substrat aufgebaut sind, das sich horizontal neben den Logiktransistoren befindet. Das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied kann gegenüber einer SRAM-Zelle mit 70 um² und einer EEPROM-Zelle mit 7,25 um² z. B. eine Fläche von 0,8 um² beanspruchen. Dies gleicht Einsparungen der Halbleiter-Fläche, die von 89% bis 99% reichen.
Andere Vorteile sind die Umprogrammierbarkeit, die verringerten Ausschußkosten, der geringere Widerstand, die niedrigeren Kosten, die Leichtigkeit der Implementierung, die Strahlungsfestigkeit und die Prüffähigkeit an Ort und Stelle. Mit dem Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied dieser Erfindung können Speichervorrichtungen, wie z. B. PROMs und Gate-Arrays, die in der Vergangenheit nicht umprogrammierbar gewesen sind, nun viele Male umprogrammiert werden. Konstruktionsänderungen, Aktualisierungen oder Korrekturen können implementiert werden, wodurch die Anzahl der fertiggestellten integrierten Schaltungen verringert wird, die ausgemustert werden müssen. Außerdem beträgt gegenüber einer transistorgestützten EEPROM-Zelle, die einen Widerstand von Tausenden von Ohm besitzt, der Widerstand einer Metall-Metall- Antischmelzsicherung 50 Ohm oder weniger. Der geringere Widerstand schafft eine geringere Signalverschlechterung und folglich eine bessere Leistung der Schaltung. Außerdem sind die Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungsstrukturen, die für eine kleine Anzahl von Programmierschritten erforderlich sind, physisch klein und billig zu implementieren. Die Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungsstrukturen sind strahlungshärter als die transistorengestützten Zellen der PROMs, EEPROMs und SRAMs, die ziemlich leicht irrtümlich falsch programmiert werden können. Ein weiterer Vorteil, der durch die Umprogrammierung innerhalb der Schaltung möglich gemacht wird, erlaubt einem Hersteller, die Chips vor dem Versand an Ort und Stelle zu prüfen: die Gates können durch die Verwendung von einem Programmierschritt unabhängig von den Verbindungsgliedern für die Qualitätssicherung geprüft werden. Das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied ist eine preisgünstige, raumsparende Art, um eine Speichervorrichtung umprogrammierbar zu machen.
Es werden einige Ausführungsformen beschrieben, wobei alle die neuartige Fähigkeit der Umprogrammierung dieser vorausgehend "nur einmal" programmierbaren Vorrichtungen bereitstellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung, die einen integralen Teil der Beschreibung bildet und im Zusammenhang mit dieser zu lesen ist, werden gleiche Bezugszeichen und Symbole verwendet, um in den verschiedenen Ansichten ähnliche Komponenten zu bezeichnen, wenn es nicht anders angegeben ist:
- Fig. 1 zeigt die schematischen Symbole für die Komponenten der umprogrammierbaren Verbindungsglieder;
- Fig. 2 zeigt ein Reihen-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs- Verbindungsglied, das zwei Programmierschritte erlaubt, wobei die dargestellten Zustände sind:
2a) der Anfangszustand (das Verbindungsglied ist offen);
2b) nach der ersten Programmierung (das Verbindungsglied ist kurzgeschlossen),
2c) nach der zweiten Programmierung (das Verbindungsglied ist offen);
- Fig. 3a bis 3c zeigen das Reihen-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied ohne einen Programmierknoten;
- Fig. 4 zeigt ein Parallel-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs- Verbindungsglied, das zwei Programmierschritte erlaubt, wobei die dargestellten Zustände sind:
4a) der Anfangszustand (das Verbindungsglied ist kurzgeschlossen),
4b) nach der ersten Programmierung (das Verbindungsglied ist offen),
4c) nach der zweiten Programmierung (das Verbindungsglied ist kurzgeschlossen);
- Fig. 5 zeigt ein Verbindungsglied, das aus der Parallelschaltung aus n Reihen-Unterverbindungsgliedern ohne Programmierknoten besteht, das bei verschiedenen Spannungen aktivierte Antischmelzsicherungen verwendet;
- Fig. 6 zeigt ein Verbindungsglied, das aus der Reihenschaltung aus n parallelen Unterverbindungsgliedern, um 2n Programmierschritte zu erlauben, ohne Programmierknoten besteht, das Schmelzsicherungen mit verschiedenen Strombetastungen verwendet;
- Fig. 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes, das eine Antischmelzsicherung mit Durchschlag des Dielektrikums verwendet, wobei:
7a) ein Querschnitt der Struktur ist,
7b) eine Draufsicht der leitenden Abschnitte des Reihen-Verbindungsgliedes ist,
7c) eine Draufsicht der leitenden Abschnitte eines Parallel-Verbindungsgliedes ist;
- Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Reihen-Verbindungsgliedes, das eine Antischmelzsicherung enthält, die die Umwandlung amorphen Siliciums in Polysilicium verwendet, wobei:
8a) ein Querschnitt der Struktur vor der Ablagerung des Stopfens aus amorphem Silicium ist;
8b) ein Querschnitt der fertiggestellten Antischmelzsicherungsstruktur ist,
8c) eine Draufsicht der leitenden Abschnitte des Reihen-Verbindungsgliedes ist; und
- Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Parallel-Verbindungsgliedes, in der das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied etwa die gleiche Menge Raum wie ein einzelnes Schmelzsicherungselement beansprucht.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Herstellung und die Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen sind im folgenden ausführlich erörtert. Es sollte jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte schafft, die in einer breiten Vielzahl von spezifischen Kontexten verkörpert sein können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen sind lediglich für spezifische Arten, die Erfindung herzustellen und zu gebrauchen, veranschaulichend, wobei sie den Umfang der Erfindung nicht begrenzen.
Das folgende ist eine Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen und alternativer Ausführungsformen, die schematische Darstellungen und Fertigungsverfahren enthalten. Die entsprechenden Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich auf entsprechende Teile, wenn es nicht anders angegeben ist. Die Tabelle 1 im folgenden schafft einen Überblick über die Elemente der Ausführungsformen und der Zeichnung. Tabelle 1
Zuerst werden die Begriffe definiert, die verwendet werden, um die Erfindung zu beschreiben. Ein "Verbindungsglied" bezieht sich auf die Verbindung zwischen Schaltungselementen (genannt "Gates"), das im Programmierprozeß, der das Gate-Array oder den Speicher konfiguriert, entweder verbunden oder getrennt wird. In der gegenwärtigen Praxis ist ein Verbindungsglied entweder eine einzelne Schmelzsicherung oder eine einzelne Antischmelzsicherung; in dieser Erfindung umfaßt ein Verbindungsglied Kombinationen aus Schmelzsicherungen und Antischmelzsicherungen. Eine "Schmelzsicherung" ist ein Schaltungselement, das anfangs kurzgeschlossen ist, das im Programmierprozeß geöffnet werden kann, typischerweise mit dem Durchgang eines hohen Stroms durch es. Eine "Antischmelzsicherung" ist insofern das Gegenteil einer Schmelzsicherung, als sie anfangs offen ist, wobei sie während der Programmierung in einen Kurzschluß umgewandelt werden kann, typischerweise durch das Anlegen einer hohen Spannung daran, um eine dünne isolierende Schicht "durchzustanzen".
Die hierin verwendeten schematischen Symbole für Schmelzsicherungen und Antischmelzsicherungen sind in Fig. 1 definiert; diese Symbole weiden in den nachfolgenden Figuren, die die Erfindung des Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes beschreiben, verwendet. Das Zeichnungselement 12 ist ein schematisches Symbol für eine Schmelzsicherung im Anfangszustand, die kurzgeschlossen ist. Eine Schmelzsicherung im geschriebenen Zustand, einem offenen Zustand, ist im Zeichnungselement 14 gezeigt. Das Zeichnungselement 16 ist ein schematisches Symbol für eine Antischntelzsicherung im Anfangszustand, die offen ist. Die Antischmelzsicherung im geschriebenen Zustand, einem Kurzschluß, ist im Zeichnungselement 18 gezeigt.
Die Programmierschritte, in denen offene Stromkreise in Kurzschlüsse umgesetzt werden oder umgekehrt, um den Zustand der Verbindungsglieder zu ändern, sind aus praktischen Gründen für die Einzelelement-Verbindungsglieder des Standes der Technik irreversibel gewesen. Die Erfindung beabsichtigt, diese Irreversibilität zu umgehen, indem sie erlaubt, daß der Zustand der Verbindungsglieder durch zusätzliche Programmierschritte umgekehrt werden kann.
Ein grundlegendes Verbindungsglied, das zweimal programmierbar ist, besteht aus einer Schmelzsicherung und einer Antischmelzsicherung. In der ersten Konfiguration, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind diese zwei Komponenten in einer Reihenschaltung mit dem Mittenknoten TP angeordnet, der für die Programmierung zugänglich ist, wie es bekannt ist. Der Anfangszustand des Reihen-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes 10, das in Fig. 2a gezeigt ist, ist offen. Die Endknoten, die mit T&sub1; und T&sub2; bezeichnet sind, sind mit den Gate-Eingängen oder -Ausgängen verbunden; sowohl diese Spannungen als auch die Programmierspannung TP, die an den Mittenknoten angelegt werden kann, können während des Programmierprozesses gesteuert werden. Bei der ersten Programmierung kann eine große Potentialdifferenz zwischen T&sub1; und TP angelegt werden, um die Antischmelzsicherung 16 "auszulösen" (d. h. zu verbinden), wobei dadurch die Antischmelzsicherung in den geschriebenen Zustand 18 geändert und das Verbindungsglied kurzgeschlossen wird, wie in Fig. 2b gezeigt ist. Es wird empfohlen, daß T&sub1; tief gehalten wird, wobei TP auf eine hohe Spannung genommen wird, das entgegengesetzte Vorzeichen von (TP-T&sub1;) könnte aber ebenfalls verwendet werden. In beiden Fällen sollte T&sub2; auf dem gleichen Potential wie TP gehalten werden oder es sollte ihm erlaubt werden, zu schweben, um hohe Ströme zu vermeiden, die während der ersten Programmierung die Schmelzsicherung 12 auslösen könnten. Der zweite Programmierschritt, der die Umkehrung des Verbindungsgliedes in seinen ursprünglichen offenen Zustand erlaubt, wird erreicht, indem ein hoher Strom (nicht notwendigerweise bei einer hohen Spannung) über die TP- und T&sub2;-Knoten durch die Schmelzsicherung 12 in Fig. 2b geschickt wird, um die Schmelzsicherung auszulösen und sie zu öffnen. Fig. 2c zeigt die Schmelzsicherung 14 im "geschriebenen" Zustand, wobei das Verbindungsglied offen ist.
Eine Variation dieser Konfiguration ist in Fig. 3 gezeigt, in der die Programmierknoten weggelassen sind. Eine externe (nicht gezeigte) strombegrenzende Vorrichtung kann mit dem Schema nach Fig. 3a verwendet werden, um die Programmierung ohne die Verwendung eines Programmierknotens zu ermöglichen. Dies kann ausgeführt werden, indem im ersten Programmierschritt eine hohe Spannung an T1 und T2 angelegt wird, wobei der Strom begrenzt ist, so daß die Schmelzsicherung 12 nicht auslöst, wenn die Antischmelzsicherung 16 ausgelöst wird. Die Wirkung des ersten Programmierschritts ist in Fig. 3b gezeigt. Der zweite Programmierschritt wird ausgeführt, indem ein hoher Strom durch das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied 10 (Fig. 3b) geschickt wird, der die Schmelzsicherung 14 auslöst, wie in Fig. 3c gezeigt ist, wodurch die Schaltung in den ursprünglichen offenen Zustand zurückgeführt wird.
Die zweite Konfiguration ist ein Parallel-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied 20, das in Fig. 4a gezeigt ist, wobei die Schmelzsicherung 12 und die Antischmelzsicherung 16 parallel angeordnet sind, die ebenfalls zwei Programmierschritte erlaubt. Das Verbindungsglied des anfangs kurzgeschlossen, wie in Fig. 4a gezeigt ist. Das Verbindungsglied kann zuerst durch das Schicken eines hohen Stroms durch T&sub1; und T&sub2;, um die Schmelzsicherung 12 auszulösen, programmiert werden, um es zu öffnen, was die Schaltung umwandelt, wie in Fig. 4b gezeigt ist, wobei die Schmelzsicherung 14 offen ist. Die in Fig. 4b gezeigte Schaltung kann ein zweites Mal programmiert werden, indem eine hohe Spannung angelegt wird, um sie durch das Auslösen der Antischmelzsicherung 16 wieder kurzzuschließen, dies hinterläßt die in Fig. 4c gezeigte Schaltung, wobei sich die Antischmelzsicherung 18 im kurzgeschlossen Zustand befindet. Es wird angemerkt, daß kein getrennter Knoten für die Programmierspannung erforderlich ist, weil die Schmelzsicherung durch einen hohen Strom bei niedriger Spannung ausgelöst werden kann, ohne die Antischmelzsicherung zu stören. Sobald die Schmelzsicherung ausgelöst ist, kann eine hohe Spannung an die zwei Anschlüsse angelegt werden, um die Antischmelzsicherung auszulösen.
Verbindungen mehrerer "Unterverbindungsglieder" der obenbeschriebenen Typen der Verbindungsglieder können verwendet werden, um mehr als zwei. Programmierschritte zu erlauben. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltung in einem Array aus Reihen-Unterverbindungsgliedern 30 angeordnet, das die Reihen-Unterverbindungsglieder 24 parallelschaltet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. In dieser Konfiguration können n Reihen-Unterverbindungsglieder 24 parallel geschaltet werden, um 2n Programmierschritte zu erlauben. Die Konfiguration nach Fig. 5 weist keine Programmieranschlüsse auf Wenn der Strom begrenzt ist, wenn die hohe Spannung angelegt wird, um die Antischmelzsicherung 16 auszulösen, dann wird die Schmelzsicherung 12 nicht ausgelöst, wie in Fig. 4. Um die in Fig. 5 dargestellte Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedstruktur umzuprogrammieren, kann außerdem die Dicke des Dielektrikums der Antischmelzsicherungen variiert werden, so daß alle Antischmelzsicherungen nicht durch die gleiche Spannung "ausgelöst" werden. Spezifischer kann die Dicke des Dielektrikums für jede Antischmelzsicherung im Array der Unterverbindungsglieder aufeinanderfolgend dicker werden.
Ähnlich kann die Schaltung der Erfindung in einem Array aus Parallel- Unterverbindungsgliedern 34 angeordnet sein, indem Parallel-Unterverbindungsglieder 26 in Reihe geschaltet werden, wie in Fig. 6 gezeigt ist, das ebenfalls n Unterverbindungsglieder verwendet, um 2n Programmierschritte zu erhalten. Die Schaltung nach Fig. 6 weist keine Programmieranschlüsse auf Falls die Schmelzsicherungen mit variierenden Querschnittsflächen und Strombelastbarkeiten konstruiert sind, könnte die zu programmierende Schmelzsicherung durch das Steuern des Stroms ausgewählt werden.
Ein Prozeßablauf für das Bilden entweder der Reihenfarm (Fig. 2) oder der Parallelform (Fig. 4) des Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes wird als nächstes beschrieben. Die Fig. 7a und 7b zeigen Querschnittsansichten und Draufsichten (die Draufsichten zeigen hierin nur die leitenden oder potentiell leitenden Abschnitte) des Reihen-Verbindungsgliedes, das eine Antischmelzsicherung mit Durchschlag des Dielektrikums verwendet, während Fig. 7c die Anwendung dieses Prozesses auf ein Parallel-Verbindungsglied in einer Draufsicht zeigt. Es werden sowohl Zweiebenen-Polysilicium als auch Einebenen-Metall verwendet.
Für diese Ausführungsform werden in einem CMOS-Prozeß die n-Wannen und die (nicht gezeigten) p-Wannen in der üblichen Weise gebildet. Dann wird das Feldoxid 44 ebenfalls in der üblichen Weise gebildet, um die einzelnen Transistoren voneinander zu isolieren. Danach werden etwa 4500 Å Polysilicium 40 abgeschieden, das (wie in der Draufsicht gezeigt ist) das Schmelzsicherungs- Verbindungsglied 46, die Bodenplatte einer Polysilicium/Dielektrikum/Metall-1- Antischmelzsicherung 54 bildet, wobei es z. B. ebenfalls verwendet werden kann, um die (nicht gezeigten) Transistor-Gates zu bilden. Der spezifische elektrische Widerstand des Polysiliciums kann im Bereich von 30 bis 40 Ohm/² für das Schmelzsicherungs-Verbindungsglied liegen, wobei es aber im allgemeinen für die Bodenplatte der Antischmelzsicherung stark mit Arsen dotiert ist. Um diese zwei Kriterien zu erfüllen, wird das Polysilicium 40 zuerst auf einen spezifischen elektrischen Widerstand von 30 Ohm/sq POCl&sub3;-dotiert, gefolgt von einer Strukturierung, die nur den Bodenplattenbereich der Antischmelzsicherung 54 belichtet. Dann wird eine 10¹&sup6;-Dosis Arsen implantiert, wobei das Polysilicium 40 strukturiert und geätzt wird (die nicht gezeigten Sources und Drains werden in der üblichen Weise strukturiert und implantiert). Das Schmelzsicherungs-Verbindungsglied 46 wird gebildet, indem ein Bereich des Polysiliciums 1 um breit und 4 bis 8 um lang geätzt wird. Wenn später die Schmelzsicherung 46 programmiert wird, wird ein hoher Stromimpuls die Schmelzsicherung 46 auslösen, indem er das Schmelzen des Polysiliciums bewirkt.
Ein dickes isolierendes Oxid 48 wird abgeschieden, um das Substrat und das Gate-Polysilicium 40 von der Metallverbindung 52 zu isolieren. Dann wird eine Öffnung der Schmelzsicherung in das Bodenplatten-Polysilicium der Schmelzsicherung strukturiert und geätzt. Dann wird ein dünnes Oxid thermisch aufgewachsen, wobei ein dünnes Nitrid (z. B. LPCVD) abgeschieden wird, das das Dielektrikum 50 der Antischmelzsicherung bildet. Dann wird eine Dampfabdichtung ausgeführt, um das Dielektrikum 50 der Antischmelzsicherung zu verbessern, gefolgt von der Abscheidung des Polysiliciums für die Deckplatte 42 der Antischmelzsicherung. Dieses Polysilicium ist außerdem mit 10¹&sup6;-Arsen implantatdotiert und ausgeglüht, um das Arsen zu aktivieren. Das Polysilicium wird strukturiert und geätzt, um die Deckplatte 42 der Antischmelzsicherung zu bilden. Dann werden die Kontakte 58 in das Polysilicium 40 nach unten geätzt, wobei die Sources, Drains und das Metall abgeschieden, strukturiert und geätzt werden, um die Verbindungen in der üblichen Weise zu bilden.
In dieser Ausführungsform wird ein 6- bis 8-Volt-Impuls mit hohem Strom (etwa 40 mA) über dem Schmelzsicherungs-Verbindungsglied 46 angelegt, um die Schmelzsicherung 46 auszulösen. Um die Antischmelzsicherung 54 auszulösen, wird ein hoher Spannungsimpuls von 18 Volt über dem dünnen Dielektrikum angelegt.
Eine zweite Ausführungsform, die ein anderes Verfahren des Bildens eines Antischmelzsicherungselementes enthält, ist in Fig. 8 gezeigt. Die CMOS- Verarbeitung und die Schmelzsicherungs-Verarbeitung gehen wie oben beschrieben durch das Abscheiden des ersten Polysiliciums 40 und das POCl&sub3;-Dotieren vonstatten. Dann wird das dicke isolierende Oxid 48 abgeschieden, wobei die Öffnung der Antischmelzsicherung geätzt wird, wobei die zwei Enden der Polysiliciumleiter belichtet werden, die den Kontakt zur Antischmelzsicherung bilden werden, wie in Fig. 8a gezeigt ist. Dann wird ein Stopfen 60 aus amorphem Silicium in der Öffnung gebildet, um das Material der Antischmelzsicherung zwischen den zwei Polysiliciumleitern zu bilden.
Dann werden die Kontakte und das Metall (die nicht gezeigt sind) in der üblichen Weise gebildet, um den Prozeß mit der in Fig. 8b gezeigten endgültigen Struktur abzuschließen. In dieser Ausführungsform kann ein 8- bis 10-Volt- Impuls mit hohem Strom verwendet werden, um entweder das Schmelzsicherungselement 46 auszulösen oder um das in hohem Grade widerstandsbehaftete Antischmelzsicherungselement 64 aus amorphem Silicium in ein in hohem Grade leitendes Polysilicium-Verbindungsglied umzuwandeln. Wie in der Draufsicht nach Fig. 8c gezeigt ist, kann diese Ausführungsform in einem Reihen- Verbindungsglied verwendet werden, das einen TP-Anschluß bereitstellt, um die zwei Elemente einzeln zu adressieren. Es ist schwieriger, die Antischmelzsicherung aus amorphem Silicium in Schaltungen ohne einen TP-Anschluß zu verwenden (z. B. mit dem Parallel-Verbindungsglied nach Fig. 4), weil im allgemeinen der gleiche Impulstyp erforderlich ist, um sowohl die Schmelzsicherungen als auch die Antischmelzsicherungen auszulösen.
Ein alternatives Verfahren der Implementierung eines Parallel-Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes beim Herstellungsprozeß besteht darin, die Schmelzsicherung und die Antischmelzsicherung in nächster Nähe zu kombinieren, um den Raum zu minimieren, wie in Fig. 9 gezeigt ist. In dieser Konfiguration nehmen die Elemente des Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsgliedes etwa den gleichen Raum wie eine einzelne Schmelzsicherung 46 ein.
Während das Schmelzsicherungs- und Antischmelzsicherungs-Verbindungsglied der Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, daß diese Beschreibung in einem einschränkenden Sinn ausgelegt wird. Für die Fachleute werden unter Bezugnahme auf die Beschreibung sowohl verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen als auch andere Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich sein. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

1. Umprogrammierbare elektrische Schaltung (30), die umfaßt:

einen ersten Anschluß (T&sub1;),

einen zweiten Anschluß (T&sub2;) und

ein erstes Unterverbindungsglied (24), das zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß geschaltet ist und eine erste Schmelzsicherung (12) sowie eine erste Antischmelzsicherung (16) umfaßt, die zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung ferner umfaßt:

ein zweites Unterverbindungsglied (24), das eine zweite Schmelzsicherung und eine zweite Antischmelzsicherung umfaßt, die zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind,

wobei die zweite Antischmelzsicherung so beschaffen ist, daß sie bei einer höheren Spannung als die erste Antischmelzsicherung auslöst,

wobei die Schaltung so umprogrammierbar ist, daß sie einen elektrisch leitenden Pfad zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß abwechselnd öffnet und schließt.

2. Umprogrammierbare elektrische Schaltung (34), die umfaßt:

einen ersten Anschluß (T&sub1;),

einen zweiten Anschluß (T&sub2;) und

ein erstes Unterverbindungsglied (26), das eine erste Schmelzsicherung (12) und eine erste Antischmelzsicherung (16), die parallelgeschaltet sind, umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung ferner umfaßt:

ein zweites Unterverbindungsglied (26), das eine zweite Schmelzsicherung und eine zweite Antischmelzsicherung, die parallelgeschaltet sind, umfaßt, wobei das erste Unterverbindungsglied und das zweite Unterverbindungsglied zwischen den ersten Anschluß und den z weiten Anschluß in Reihe geschaltet sind,

wobei die zweite Schmelzsicherung so beschaffen ist, daß sie bei einem höheren Strom als die erste Schmelzsicherung auslöst,

3. Umprogrammierbare Schaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die ferner Programmierungsmittel umfaßt, die mit dem ersten Anschluß (T&sub1;) und dem zweiten Anschluß (T&sub2;) verbunden sind, um Signale zum Auslösen der Schmelzsicherungen und Antischmelzsicherungen zu liefern.

4. Gate-Array oder programmierbarer Festwertspeicher (PROM), der eine umprogrammierbare Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch enthält.

5. Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer umprogrammierbaren elektrischen Schaltung (30) durch abwechselndes Öffnen und Schließen eines elektrisch leitenden Pfades zwischen einem ersten Anschluß (T&sub1;) und einem zweiten Anschluß (T&sub2;) der elektrischen Schaltung, wobei die elektrische Schaltung versehen ist mit einem ersten Unterverbindungsglied (24), das eine erste Schmelzsicherung (12) und eine erste Antischmelzsicherung (16), die zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind, umfaßt, und einem zweiten Unterverbindungsglied (24), das eine zweite Schmelzsicherung und eine zweite Antischmelzsicherung, die zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind, umfaßt, wobei bei dem Verfahren

die erste Antischmelzsicherung durch Anlegen einer ersten Spannung zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geschlossenen Zustand zu programmieren, wobei die erste Spannung ausreicht, um die erste Antischmelzsicherung auszulösen, jedoch nicht ausreicht, um die zweite Antischmelzsicherung auszulösen;

die erste Schmelzsicherung durch Schicken eines Stroms durch den Pfad zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geöffneten Zustand zu programmieren, wobei der Strom ausreicht, um die erste Schmelzsicherung auszulösen;

die zweite Antischmelzsicherung durch Anlegen einer zweiten Spannung zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geschlossenen Zustand zu programmieren, wobei die zweite Spannung ausreicht, um die zweite Antischmelzsicherung auszulösen;

die zweite Schmelzsicherung durch Schicken eines Stroms durch den Pfad zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geöffneten Zustand zu programmieren, wobei der Strom ausreicht, um die zweite Schmelzsicherung auszulösen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt, bei dem eine Spannung angelegt wird, um eine Antischmelzsicherung auszulösen, das Begrenzen des Stroms umfaßt, um zu verhindern, daß eine Schmelzsicherung in der elektrischen Schaltung (30) ausgelöst wird.

7. Verfahren zum Programmieren und Umprogrammieren einer umprogrammierbaren elektrischen Schaltung (34) durch abwechselndes Schließen und Öffnen eines elektrisch leitenden Pfades zwischen dem ersten Anschluß (T&sub1;) und dem zweiten Anschluß (T&sub2;) der elektrischen Schaltung, wobei die elektrische Schaltung versehen ist mit einem ersten Unterverbindungsglied (26), das eine erste Schmelzsicherung (12) und eine erste Antischmelzsicherung (16), die parallelgeschaltet sind, umfaßt, sowie einem zweiten Unterverbindungsglied (26), das eine zweite Schmelzsicherung und eine zweite Antischmelzsicherung, die parallelgeschaltet sind, umfaßt, wobei die ersten und zweiten Unterverbindungsglieder zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß in Reihe geschaltet sind, wobei bei dem Verfahren:

die erste Schmelzsicherung durch Schicken eines ersten Stroms durch den Pfad zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geöffneten Zustand zu programmieren, wobei der erste Strom ausreicht, um die erste Schmelzsicherung auszulösen, jedoch nicht ausreicht, um die zweite Schmelzsicherung auszulösen;

die erste Antischmelzsicherung durch Anlegen einer Spannung zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geschlossenen Zustand zu programmieren, wobei die Spannung ausreicht, um die erste Antischmelzsicherung auszulösen;

die zweite Schmelzsicherung durch Schicken eines zweiten Stroms durch den Pfad zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geöffneten Zustand zu programmieren, wobei der zweite Strom ausreicht, um die zweite Schmelzsicherung auszulösen;

die zweite Antischmelzsicherung durch Anlegen einer Spannung zwischen den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß der elektrischen Schaltung ausgelöst wird, um sie in den geschlossenen Zustand zu programmieren, wobei die Spannung ausreicht, um die zweite Antischmelzsicherung auszulösen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Schicken eines Stroms, um eine Schmelzsicherung auszulösen, das Begrenzen der Spannung umfaßt, um zu verhindern, daß eine Antischmelzsicherung in der elektrischen Schaltung (34) ausgelöst wird.