DE7242549U - Anordnung zum Abgleich und/oder zum Programmieren eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen elektrischen Schaltelementes - Google Patents

Description

Robert Bosch GmbH, Stuttgart 2.1.1973 Fb/Sz

..-- Anordnung; zum Abgleich und/oder zum Programmieren eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen elektri-

sen Schaltelementes

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abgleich und/oder zum Programmieren eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen elektrischen Schaltelementes.

Der Fertigungsprozeß zur Herstellung integrierter Schaltkreise unterliegt zwangsläufig Schwankungen, die es nur zulassen, bestimmte elektrische Parameter wie z. B. Widerstandswerte von Viderstandsanordnungeri, Stromverstärkungen und Durchbruchspannungen mit bestimmten Toleranzen zu fertigen. Diese Toleranzen beeinflussen die Ausbeute bei der Herstellung und damit den Preis, insbesondere dann, wenn enge absolute Toleranzen gefordert werden.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, ist es bereits bekannt, solche Schaltkreise teilweise rn.it zusätzlichen abgleichbaren Elementen wie Dünn- oder Dickfilmwiderständen im gleichen Gehäuse zu kombinieren. Auch die Anwendung von Nickel-Chrom-Viderständen, die in zusätzlichen Arbeitsgängen auf den Schaltkreis aufgebracht und zum Abgleich oder zur Programmierung durchgebrannt werden, ist bekannt. Derartige Techniken sind in der Herstellung gegenüber einem normalen integrierten Schaltkreis mit zusätzlichen Arbeitsschritten verbunden, die die Herstellungskosten und die Ausbeuten ungünstig beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu^"unde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art diese Nachteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltelement mindestens teilweise durch eine Metallisierung, die Bestandteil der normalen Verbindungsmetallisierung des integrierten Schaltkreises ist, überbrückt ist. Bei einer Anord-. ming zinn Abgleich eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen ohmschen Widerstandes auf einen bestimmten Ohmwert ist es dabei besonders zweckmäßig, die Metallisierung mehrmals mit dem Viderstandselement in Kontakt üu bringen, so daß Teile des Viderstandselementes durch die Metallisierung je einzeln kurzgeschlossen werden. Mindestens eine der Teilmetallisierungen, die durch das mehrfache Kontaktieren des Widerstandselementes mit der Metallisierung gebildet werden, kann unter Verwendung von elektrischem Strom aufgetrennt sein. Um im Bedarfsfälle ein definiertes Auftrennen der Teilmetallisierung zu ermöglichen, ist es ferner besonders vorteilhaft, jede Teilmetallisierung zwischen ihren beiden Kontaktstellen mit dem elektrischen Schaltelement einmal zu einem schmalen Steg zu verengen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nähgr erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen monolithisch integrierten Schaltkreis, schematisch, mit einem symbolisch angedeuteten, eindiffundierten ohmschen Widerstand, zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 eine Einzelheit des integrierten Schaltkreises nach Fig. 1, perspektivisch., teilweise im Schnitt, teilweise abgebrochen,

Pig. 3 eine gemäß der Erfindung abzugleichende Widerstandskonfiguration,

Fig. 4- Ms 6 die Widerstandskonfiguration nach Fig. 3

nach <?om Abgleich bei drei verschiedenen möglichen Ist-Werten für die Teilwiderstände der Konfiguration,

Fig. 7 bis 10 Ausführungsbeispiele von Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,

. ■ Fig. 11 bis 16 Impulsfolgen, d5e von den Schaltungsanordnungen nach Fig. 7 his 10 zum Abbrennen der Leiter-. bahnen geliefert werden.

In Fig. 1 ist bei 9 die Umrandung eines einen monolithisch
integrierten Schaltkreis enthaltenden Silizium-Halbleiterkörpers angedeutet. In dan Halbleiterkörper ist ein elektrischer Widerstand eindiffundiert, der als Reihenschaltung von vier Teilwiderständen R₁, R₂, R,, R^ dargestellt ist und Bestandteil des integrierten Schaltkreises ist. Zum Zwecke des Abgleichs des Widerstandes auf einen bestimmten Ohmwert ist
eine Leiterbahn M vorgesehen, die

'Bestandteil der normalen Verbindungsmetallisierung ist und Teile des Widerstandes, nämlich die Teilwiderstände BL, R_ und R^, kurzschließt. Auf diese Weise werien Leiterbahnteile Mp, VL und Mj, gebildet, die je einem der Teilwiderstände R₀, R_ und Rr zugeordnet sind. Der Teilwiderstand P dagegen ist durch die Metallisierung M nicht überbrückt. Die Leiterbahnteile M,, K^ und M haben jeweils zu Stegen Sp, S., und S^ verschmälerte Stellen. Der aus den Teilwiderständen R-, R_p, R, und R^ gebildete Widerstand 1st mit Hilfe der Kurzschlußmetallisiorung M auf einen gewünschten Ohmwert dadurch abgeglichen, daß der Steg S-, unter Verwendung von elektrischem Strom durch Abbrennen aufgetrennt ist. Der abgeglichene Widerstand R besteht somit aus der Summe der Teilwiderstande R

_ und Rj durch die Leiter le VL· und Mj, kurzgeschlossen sind.

und R,, während die Teilwiderstände R_ und Rj. durch die LeiterbahnteiFig. 2 zeigt in raumbildlicher Darstellung die Halbleiteranordnung in der Nähe der Stelle, wo die Leiterbahn M abgebrannt ist. In das aus Silizium bestehende Halbleitersubstrat 6 ist in bekannter Weise eine Leitschicht 7 einddffundiert. Auf das mit der Leitschicht 7 versehene Substrat 6 ist eine Epitaxialschicht 10 aufgebracht, und auf diese Epitaxialschicht 10 eine aus Siliziumdioxid bestehende Oxidschicht 8. In die Epitaxialschicht 10 ist durch ein in die Oxidschicht 8 eingeätztes, entsprechend bemessenes Fenster, das anschließend wieder entfernt worden ist, der Widerstand eindiffundiert, der in Fig. i ^.Is Reihenschaltung aus den Teilvriderständen R , R ,-R, und R^ dargestellt 1st. Aus Fig. 2 sieht man ferner, daß die Leiterbahn M Bestandteil der normalen Verbindungsmetallisierung ist, d.h. auf die aus Siliziumdioxid bestehende Oxidschicht 8 aufgebracht ist. Zum Zwecke der Kontaktierung der vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Leiterbahn M mit dem in die Epitaxialschicht 10 eindiffundierten Widerstand sind im Bereich dieses Widerstandes Kontaktfenster in die Oxidschicht 8 eingeäzt, bo daß die Leiterbahn M

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im Bereich dieser Kontaktfenster unmittelbar auf dem diffundierten Widerstand aufliegt und diesen so in die Teilwiderstände R., Rg, R_, Rk unterteilt. In Pig. 2 ist dabei nur der Teilvfiderstand R^ und das rechte bzw. linke Ende der Teilwiderstände Rp und Rk zu erkennen, da der Rest der Anordnung abgebrochen bzw. abgeschnitten ist.

Im folgenden wird das Verfahren zum Abgleich des i_i die Epltaxialschicht 10 eindiffundierten Widerstands im einzelnen beschrieben. Es wird dabei von dem in Fig* j5 dargestellten Schema ausgegangen, nach dem der zwischen den Punkten A und B liegende, in die Epitaxialschicht 10 eindiffundierte Widerstand in fünf Teilwider-· stände R., Rp/ R,, R^, R unterteilt sein soll. Dabei sollen im Ausgangszustand, d. h. vor dem Abgleich, nur die Widerstände R_p bis Rr. durch die Metallisierung M überbrückt sein. Der geforderte

5
Sollwert für den Widerstand R zwischen den Punkten A und B soll 10 kSl ± 600Λ betragen. Aufgrund der Geometrie des layouts werden für die Teilwi derstiinde R. Ms R₁. zum Zwecke des Abgleichs folgende Nennwerte vorgegeben;

Rl =	8 kil
R2 =	4 kJL
	2 k&
R2i =	1 kii.
R5 =	0,5 k

Ferner wird ancenommen, daß die möglichen Istwerte für diese Widerstände eine fertigunesbedingte Streuung von ί 25 % haben. Als Beispiele werden drei Istwerte angenommen und für diese die Endkonfiguration berechnet. Der erste Istwert soll für Jeden Teilwiderstand gleich seinem Nennwert plus 25 # des Nennwerts, der zweite Istwert gleich dem Nennwert minus 25 % des Nennwerts und der dritte Istwert gleich dem Nennwert selbst sein. Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich für den ersten bis dritten

• ,

» ϊ

* t t I *

, Istwert die folgenden Werte:

	10	"a	[kil]	[kJL]	0,625
1.Istwert	β	UI	2,5	1,25	0,375
2. Istwert	OO	3	1,5	0,75	0,5 ;
3. Istwert I	*■	2	1

Aufgrrnd dieser angenommenen Istwerts, die in Wirklichkeit durch Messung mit Hilfe eines Probers zu ermitteln sind, ergeben sich für die Grundkonfiguration nach Fig. 3 die in den Fig. h, 5 und 6 dargestellten abgeglichenen Konfigurationen. Beim ersten Istwert ist die Leiterbahn M an keiner Stelle aufgetrennt (Fig.4); der Abgleichswert beträgt 10 kSl.Beim zweiten Istwert sind die Stege Sg, S₁, und S^ abgebrannt. Der Abgleiehswert ergibt sich rlalHji zu 10,125 kJi.Beim dritten Istwert ist der Steg S, abgebrannt. Der Abgleichswert ergibt sich dabe' zu 10 &

Auf diese Weise ist es möglich, durch Zuschalten von einem oder mehre ren Widerständen zu R.,, indem deren jeweilige KurzschlußbrUeken aufgetrennt werden, den gewünschten Sollwert im Rahmen seiner zulässigen Toleranz zu erreichen. Dasselbe Prinzip läßt sich auch zum Abgleich von Spannungsteilern und zum Programmierer.' sinnvoll anwenden. Der eindiffundierte Widerstand kann auch durch andere elektrische Schaltelemente ersetzt sein, wie z. B. Dioden, Transistoren.

Sehaltungsanordnungen, die bei derartigen Abgleichvorgängen zum Abbrennen der aufzutrennenden Leiterbahnteile mit besonderem Vorteil verwendet werden können, sind in den Figuren 7, 8, 9 und dargestellt. Die Brennstrecke, die in den oben beschriebenen Aus-

flJhrungsbeispiolen durch einen oder mehrere der Stege S₂ bis S_c gebildet wird, 1st dabei mit S. bezeichnet.

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Bei der In Fig.. 7 dargestellten Schaltungsanordnung ist bei 20 eine Spanr.ungsquelle dargestellt, die In der Lage ist, wahlweise In Abhängigkeit von der ZoIt t drei verschiedene Spannungsverläufe zu liefern. Die Spannung kann erstens linear mit der Zeit ansteigen. Zweitens krjin sie treppenförmig ansteigen. Drittens kann die Spannung konstant gehalten werden. Ferner ist ein als Energie-Zwisohenspeicher dienender Speicherkondensator 21 vorgesehen, ' dessen eine Belegung an die eine Ausgangsklemme der ßpannungsquelle 20 und dessen andere Belegung üt^r einen Ladewidex'Stand 22 an die andere Ausg&ngshlemme der Spannungsquelle 20 abgeschlossen ist. Die mit dem Ladewiderstand 22 verbundene Be3agung des Speicherkondensators 21 ist an den Kollektor eines Schalttransistors 2J> angeschlossen, dessen Emitter über die Brennstrecke S. an die andere Belegung des Speicherkondensators 21 angeschlossen ist. Zur Ansteuerung des Schalttransistors 23 ist ein als asta'biler Multivibrator ausgebildeter Impulsgenerator 24 an die Basis des Scha3ttransistors 23 angeschlossen. Der Impulsgenerator 24 liefert Rechteckimpulse konstanter Frequenz f und Impulsdauer T. Der Impulsgenerator kann Jedoch auch so ausgebildet sein, daß er eine zeitabhängige Frequenz f ,. ν bei konstantgehaltener Impulsdauer T oder eine zeitabhängige Impulsdauer T/. \ bei konstantge- r haltener Frequenz f liefert oder sowohl die Frequenz f als auch die Impulsdauer T in Abhängigkeit von der Zeit t ändert. Die Änderung der Frequenz f/. ^ und/oder der Impulsdauer T/. ^ kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. An die Brennstrecke S. ist ferner oine Konstantstromquelle 25 anschließbar.

Zur Messung des Widerstandes der Brennstrecke S. kann eine als Schmidt-Trigger ausgebildete Meßsehaltung 26 vorgesehen sein,

die ah einen Sperreingang des Impulsgenerators 24 einen Sperrimpuls direkt oder zeitlich verzögert abgibt, wenn der Widerstand der Brennstrecke S. den gewünschten, einer Unterbrechung der Brennstrecke entsprechenden Wert erreicht hat. Dieser Sperrimpuls bewirkt, daß der Impulsgenerator 24 ke5ne Impulse mehr an die Basis des Schalttransistors 23 abgibt, so daß auf die Brennstrecke S. keine weiteren Impulse melir gelangen. Die Verzögerung des Sperrimpulses soll bewirken, daß mindestens noch ein weiterer Impuls auf die Brennstrecke gegeben wird, um diese auch sicher zu öffnen. .

Flß. 8 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Schaltelemente 21 und 22 durch einen induktiven Energiespeicher 4l und eine Freilauf diode 42 ersetzt sind. Die Schaltelemente 4l, sind dabei dem Schalttransistor 2J nachgeschaltet. Die übrigen Schaltelemente 24, 25 und 26 aus Flg. 7 sind beibehalten.

Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Schaltelemente 21, 22 aus Fig. 7 ebenfalls v/eggelassen sind und die Brennstrecke S. über die Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors 2J direkt an die Spannungsquelle 20 angeschlossen ist. Auch hier sind die übrigen Schaltelemente 24, 25 und 26 aus Fig. 7 beibehalten. .-

Fig. 10 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die Spannungsquelle 20 durch eine Stromquelle 6o ersetzt ist. Die Ausgangs- ' klommen der Stromquelle 60 !sind durch die Emitter-Kollektor-Strficke eines Schalttransistors 22' überbrückt und außerdem direkt an die Brennstrecke S. angeschlossen. Die Stromquelle liefert für den Strom I in Abhängigkeit von der Zeit t dieselben Funktionen wie die Spannungsquelle 20 für die Spannung U. Die übrigen Schaltelemente 24, 25 und 26 sind wieder dieselben wie in der. Figuren 7> 8 und 9. "

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Die beschriebenen Schaltunssanordnungen erlauben es, über die Brennstrecke S. Stromiinpulse fließen zu lassen. Dabei 1st es möglich, die Impulshöhe in Abhängigkeit von der Zeit in der gewünschten V/eise zu ändern.

In den Figuren 11 bis 16 sind Impulsfolgen dargestellt, mit denen sich die Brennstrecken S. unter wahlweiser Verwendung einer der beschriebenen Schaltungsanordnungen mit besonderem Vorteil ausbrennen lassen. ■ ■ .

Fig. 11 zeigt eine Folge von aufeinanderfolgenden Serien von Stromimpulsen mit jeweils konstanter Zeitdauer und Frequenz. Die Impulsamplitude wird dabei innerhalb jeder Serie konstantgehalten, nach jeder Serie um einen bestimmten Betrag vergrößert. Diese Impulsfolge erhält man dadurch, daß man als Ausgangsspannung U, der Spannungsquelle 20 bzw, als Ausgangsstrom I/+\ der Stromquelle 6o eine Tr eppenfunlit ion wählt und den Impulsgenerat ->r 24 mit konstanter Frequenz und konstanter Impulsdauer betreibt.

Fig. 12 zeigt eine Folge von einzelnen Impulsen konstanter Impulsdauer und Frequenz, bei der die Iwpulsamplltude linear mit der Zeit zunimmt. Diese Impulsfolge erhalt zr.an dadurch, daß man die Ausgangsspannung.U/jv der Spannungsquelle 20 bzw. den Ausgangsstrom I/. r der Stromquelle 6o linear mit der Zeit t ansteigen läßt und den Impulsgenerator 24 mit konstanter Frequenz und konstanter Impulsdauer betreibt.

Fig. 15 zeigt eine Folge von aufeinanderfolgenden Serien von Strornimpulscn mit jeweils konstanter Amplitude und Frequenz. Die Impulsdauer vrird dabei innerhalb jeder Serie konstantgehalten, nach jeder Serie um einen bestimmten Betrag vergrößert. Diese Impulsfolge erhält man dadurch, daß man die Ausgangsspannung U

(t) quelle 6o und die Frequenz der vom Impulsgenerator 24 gelief erder Spannungsquelle 20 bzw. den Ausgangsstrom Ι/, χ der Stromve

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■ten !impulse konstant hält und die Inipulsdauer dieser Impulse nach bestimmten Zeitintervallen sprungartig erhöht (Änderung der Impulsdauer T/. % nach einer Treppenfunktion).

Fig. ]A zeigt eine Folge von einzelnen Impulsen konstanter Amplitude und Frequenz, bei der die Impulsdauer linear mit der Zeit zunimmt. Diese Impulsfolge erhält man dadurch, daß man die Ausgangsspannung U_/+v der Spannungsquelle 20 bzw. den Ausgangsstrom I/₊\ £er Stromquelle 60 und die Frequenz der vom Impulsgenerator 24 gelieferten Impulse konstant hält und die Impulsdauer dieser Impulse linear mit der Zeit ansteigen läßt.

Fig. 15 zeigt eine Folge von einzelnen Impulsen konstanter Amplitude und Impulsdauer, e,ber zunehmender Frequenz. Diese Impulsfolge erhält man dadurch, daß man die Ausgangsspannung U/. ν der Spannungsquelle 20 bzw. den Ausgangsstrom l_f.\ der Stromquelle oO und die Impulsdauer der vom Impulsgenerator 2h gelieferten Impulse konstant hält und die Frequenz dieser Iiupulse mit der Zeit ansteigen läßt. ·

Fig. 16 zeigt die Impulsfolge nach Fig. 12 mit überlagertem konstantem Gleichstrom I.. Dieser Gleichstrom wird von der Konstantstromquelle 25 geliefert. ■ ·

Claims (3)

Robert Bosch GmbH, Stuttgart 2.1.1973 Fb/Sz Ansprüche

1. Anordnung zum Abgleich und/oder zum Programmieren eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen elektrischen Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (R) mindestens teilweise durch eii.a Metallisierung (.M), die Bestandteil der normalen Verbindungsmetallisierung des integrierten Schaltkreises ift, überbrückt ist (Figuren 1 bis 6).

2. Anordnung nach Anspruch 1 zum Abgleich eines in einem integrierten Schaltkreis enthaltenen ohmschen Widerstandes (R) auf einen bestimmten Ohmwert, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung (M) mehrmals mit dem Widerstandselement (R) in Kontakt gebracht ist, so daß Teile des Widerstandselementes durch die Metallisierung (M) je einzeln kurzgeschlossen werden (Figuren 1 "bis 6).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (M.,^N der Teilmetallisierungen (M^, M,, M., M₁-, ...), cLie durch das mehrfache Kontaktieren des Widerstandseleinentes (R) mit der Metallisierung (M) gebildet werden, unter Verwendung von elektrischem Strom aufgetrennt ist (Figur^c· ^c; ". insbesondere Figuren 1 und 2).

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^L\„ Anordnung nach Anspruch 5, dadurch cekonn"oichnet, νί.': Jode Teilmetallioierunc O'^.\) zwir.chcn ihren beider: Kontaktstellen mit dem elektrischen Schaltelement 00 einmal zu einem schmal on Step: (£·) verengt ist, um im Bedarfsfälle ein definiertes Auftrennen der Teilmetallisierunc ?<u er'inöfj;-lichen (Picuren 1 und 2).