NL193349C - Detectieschakeling voor het detecteren van de toestand van twee smeltstukverbindingen. - Google Patents

Description

1 193349

Detectieschakeling voor het detecteren van de toestand van twee smeltstukverbindingen

De onderhavige uitvinding betreft een detectieschakeling voor het detecteren van de toestand van twee smeltstukverbindingen, in het bijzonder in geïntegreerde schakelingen, geheugenschakelingen of logische 5 schakelingen, met: een aan een eerste voedingsspanningsaansluiting aangesloten eerste ingangsklem evenals een aan een tweede voedingsspanningsaansluiting aangesloten tweede ingangsklem; een uit de eerste smeltstukverbinding en een eerste n-kanaal-MOS-transistor bestaande, tussen de beide voedings-aansluitingen geschakelde serieschakeling; een uit een tweede p-kanaal-MOS-transistor en de tweede smeltstukverbinding bestaande, eveneens tussen de beide voedingsaansluitingen geschakelde tweede 10 serieschakeling; een eerste elektrische verbinding tussen enerzijds een verbindingspunt van de eerste transistor en de eerste smeltstukverbinding en anderzijds de stuurelektrode van de tweede transistor; een tweede elektrische verbinding tussen enerzijds een verbindingspunt van de tweede transistor en de tweede smeltstukverbinding en anderzijds de stuurelektrode van de eerste transistor; een met de eerste elektrische verbinding gekoppelde eerste uitgangsklem alsmede een met de tweede elektrische verbinding gekoppelde 15 tweede uitgangsklem, waarbij op beide uitgangsklemmen een eerste vooraf bepaald signaal aanwezig is, wanneer beide smeltstukverbindingen elektrische geleidend zijn en een tweede vooraf bepaalde signaal aanwezig is, wanneer beide smeltstukverbindingen niet geleidend zijn; waarbij een condensator als initialiseringselement parallel is geplaatst aan ten minste een van de transistoren; waarbij een afvoer-elektrode van de eerste en tweede transistor gekoppeld is met de stuurelektrode van de tweede, respectie-20 veiijk eerste transistor; waarbij de eerste smeltstukverbinding tussen de bronelektrode en de stuurelektrode van de tweede transistor en de tweede smeltstukverbinding tussen de bronelektrode en de stuurelektrode van de eerste transistor ligt; en waarbij de positieve rol van de voedingsspanning met de bronelektrode van de tweede transistor en de aardpotentiaal met de bronelektrode van de eerste transistor in verbinding staat.

Een schakeling van het hierboven gedefinieerde type wordt geopenbaard in het Amerikaanse octrooi-25 schrift 4.613.959. Dit octrooischrift beschrijft een redunantieschakeling die geen vermogen verbruikt voor of na activering en een paar uitgangsknooppunten omschakelt van een eerste set van complementaire logische niveaus naar een geïnverteerde set wanneer de schakeling geactiveerd wordt door het doorbranden van een paar smeltstukverbindingen.

Het is gebruikelijk in de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen met een groot oppervlak dat er 30 defecten optreden. Om het rendement van een schakeling te vergroten, is het gebruikelijk dat deze redunante schakelingelementen bevat waarmee defecte schakelingelementen vervangen kunnen worden. In een geheugeninrichting kunnen bijvoorbeeld additionele kolommen of rijen opgenomen worden op de chip. Tijdens keuring van de schakeling kunnen smeltstukken dan zo geconditioneerd worden dat defecte geheugencellen vervangen worden door niet-defecte redunante elementen.

35 Een andere toepassing voor een detectieschakeling voor het detecteren van de toestand van een smeltstuk is als een ingang naar een logische functieschakeling. Gebaseerd op de toestand van een geprogrammeerd smeltstuk, zal de logische schakeling een geselecteerde logische functie vervullen.

Gewone smeltstukken van een geïntegreerde schakeling zijn ofwel van het laser doorgebrande type, laser uitgegloeide type, ofwel van het elektrisch doorgebrande type. Ongeacht het gebruikte type smeltstuk, 40 moet de te programmeren schakeling in staat zijn om de toestand van zijn smeltstukken te detecteren zodat hij zijn bedoelde functie kan uitvoeren.

De bekende schakeling heeft als nadeel dat strooicapaciteit het initialiseringselement vormt, waardoor de werking en stabiliteit van de schakeling in verschillende omgevingen te wensen overlaat. De uitvinding beoogt een detectieschakeling te verschaffen waarvan de werking en stabiliteit in verschillende omgevingen 45 beter is bepaald.

De onderhavige uitvinding verschaft daartoe een detectieschakeling van de in de aanhef gedefinieerde soort, met het kenmerk, dat de condensator een dunne-filmcondensator is.

In de voorkeursuitvoering wordt de smeltstukstructuur opgenomen in de schakeling zodat er een flipflop geproduceerd wordt, en wordt er CMOS-technologie toegepast om een laag energieverbruik te bereiken. De 50 toestand van een smeltstuk wordt inherent gedetecteerd wanneer de energietoevoer van een schakeling wordt opgevoerd, en er zijn geen klokpulsen nodig. De schakeling is functioneel stabiel en onafhankelijk van de gebruikte smeltstuktechnologie. De schakeling is ook inherent ongevoelig voor de effecten van globaal of locaal ioniserende straling.

55 De uitvinding wordt in de beschrijving nader toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin toont figuur 1 een schema van een onderhavige schakeling volgens een eerste voorkeursuitvoering; figuur 2 een schema van een onderhavige schakeling volgens een tweede uitvoeringsvorm; 193349 2 figuur 3 een schema van een onderhavige schakeling volgens een derde uitvoeringsvorm.

Figuur 1 is een gedetailleerd schematisch diagram van een onderhavige programmeerbare schakeling voor een smeltstuk volgens een eerste voorkeursuitvoering. Een aansluitklem voor een positieve spannings-5 toevoer, VDD, wordt aangesloten aan een aansluitklem van smeltveiligheid 1, aan de bron S van een p-kanaaltransistor QP en aan een aansluitklem van een initialisatie-element, weergegeven als een condensator Cc. De andere aansluitklem van smeltstuk 1, knooppunt A, wordt aangesloten aan de afvoer D van een transistor QN en aan de poort van QP. De afvoer D, van QP, knooppunt B, wordt aangesloten aan de poort van QN en aan de andere aansluitklem van het initialisatie-element Cc en is ook uitgangsklem Vuit. 10 De bron S van QN wordt aangesloten aan aarde, Vss. Smeltstuk 2 is aangesloten tussen de poort van QN en aarde.

Het doel van het initialisatie-element is om de transistoren in te schakelen gedurende het opvoeren van de energietoevoer. Door een stroompad te verschaffen tussen de poort van QN en de energietoevoer, of tussen de poort van QP en aarde gedurende opvoering van de energie-toevoer, zullen de transistoren hun 15 drempelspanning van de aan-toestand bereiken. Wanneer de transistoren eenmaal ingesteld zijn, zal de schakeling een stabiele toestand bereiken afhankelijk van de toestand van het smeltstuk vanwege een positieve terugkoppellus die verderop in de beschrijving besproken zal worden. Het initialisatie-element kan een condensator of andere inrichting zijn, zoals een transistor, die een stroompad verschaft gedurende het opvoeren van de energietoevoer van de schakeling. Zoals getoond in figuur 2, kan het initialisatie-element 20 parallel aangebracht worden met QN in plaats van parallel met QP zoals in figuur 1. Als alternatief kunnen er twee initialisatie-elementen gebruikt worden zoals getoond in figuur 3. De drie weergegeven uitvoeringsvormen van de schakeling zijn in hoofdzaak gelijk.

De juiste detectie van de toestand van een smeltveiligheid vereist het juist functioneren van het (de) initialisatie-element(en) (zoals verder hieronder besproken). Daarom wordt er sterk de voorkeur aan 25 gegeven om condensatoren Cc te gebruiken van het type dat als initialisatie-element(en) de meeste stabiliteit biedt in verschillende omgevingen. De dunne-filmcondensator biedt in dit opzicht om twee redenen meer stabiliteit dan de overgangscondensator.

Op de eerste plaats zal in een omgeving die electron-gatparen kan opwekken in bijvoorbeeld silicon (bijvoorbeeld als gevolg van straling of hitte), de resulterende stroom door de p-n-overgang van een 30 overgangscondensator de nettocapaciteit reduceren of zelfs tenietdoen. Dit is niet het geval met de dunne-filmcondensator aangezien de dunne-filmmetaalelektrode door een diëlektrische laag gescheiden wordt van het onderliggende gedoteerde halfgeleidergebied. Op de tweede plaats steunt de overgangscondensator op een ruimteladings- of depletiegebied nabij de overgang zodat er capaciteit verschaft wordt. De breedte van dit overgangsgebied is een functie van de toegevoerde spanning en temperatuur. Daarente-35 gen is de capaciteit van de dunne-filmcondensator in hoofdzaak onafhankelijk van de toegevoerde spanning en de temperatuur.

Dunne-filmcondensatoren kunnen zo afgesteld worden dat ze geselecteerde condensatorwaarden verschaffen.

In de voorkeursuitvoering van de onderhavige inrichting zijn QN en QP MOS-transistoren, typisch 40 toegepast in een CMOS-technologie. De smeltstukken kunnen stroken zijn van geleidend polysilicon dat doorgebrand kan worden door een laser. Indien doorgebrand, veranderen de smeltstukken van een geleidende toestand naar een niet-geleidende toestand. Voor juiste werking van de voorkeursuitvoering, moeten beide smeltstukken dezelfde toestand hebben; dat betekent: ofwel beide geleidend ofwel beide niet-geleidend.

45 In een normale werkingswijze, is aansluitklem VDD aangesloten op een positieve spanningsbron van ongeveer 5 volt, en aansluitklem VSs wordt aangesloten op aardpotentiaal. Wanneer smeltstukken 1 en 2 geleidend zijn, wordt knooppunt A aangesloten op de energiebron via smeltstuk 1 en wordt daarbij opgeladen tot een positieve spanning, die ervoor zorgt dat transistor QP minder geleidend wordt. Wanneer transistor QP minder geleidend wordt, neemt de spanning bij knooppunt B af door de ontladende werking 50 van smeltstuk 2 wat ervoor zorgt dat transistor QN minder geleidend wordt. Op dezelfde manier neemt, terwijl QN minder geleidend wordt, in knooppunt A de spanning toe hetgeen ervoor zorgt dat QP minder geleidend wordt, enzovoort. Deze positieve terugkoppellus heeft als gevolg dat zowel QP als QN volledig worden uitgeschakeld, waarbij de statische energietoevoerstroom gereduceerd wordt tot het niveau van parasitaire overgangslekkage en waarbij aan knooppunt B en knooppunt A een uitgangsspanning wordt 55 geproduceerd gelijk aan aardpotentiaal respectievelijk voedingsbronpotentiaal.

Voor het geval dat de smeltstukken geleidend zijn is, als het geleidingsvermogen van het smeltstuk groot wordt gemaakt in vergelijking tot de geleidbaarheid van QP en QN, de enige stabiele toestand voor de

Claims (2)

3 193349 schakeling dat de spanning op knooppunt A gelijk is aan de voedingsbronspanning, en dat de spanning op knooppunt B gelijk is aan aardpotentiaal. Als bijvoorbeeld polysilicon, dat een specifieke plaatweerstand heeft van 100 ohm per vierkant wordt gebruikt als het smeltstukmateriaal, kan de ontwerper de weerstand van het smeltstuk kiezen door het aantal vierkanten zodanig te variëren dat het smeltstuk-5 geleidingsvermogen groter is dan het maximale geleidingsvermogen van de transistoren. Als het smeltstuk 5 vierkanten lang is, is de totale smeltstukweerstand 500 ohm. De transistoren moeten een weerstand hebben die ruwweg twee tot vier keer groter is dan 500 ohm. De typische transistor zou dan een breedte-lengteverhouding hebben van minder dan 10. De exacte verhouding is afhankelijk van procesomstandigheden en moet zodanig gekozen worden dat hij past bij bijzondere fabricagewerkwijzen. 10 In het tegengestelde geval waarin de smeltstukken niet-geleidend zijn neemt, terwijl het energieverbruik van de schakeling wordt opgevoerd en VDD toeneemt van af 0 volt, de spanning op knooppunt B toe als gevolg van de werking van het initialisatie-element (bijvoorbeeld de capacitieve koppelwerking van condensator Cc met de energiebron VDD). Door het initialisatie-element aan te passen zodat op knooppunt B een spanning geproduceerd wordt die voldoende is om ervoor te zorgen dat QN ingeschakeld wordt, 15 ontlaadt knooppunt A hetgeen QP inschakelt, waarbij knooppunt B stijgt tot VDD en de positieve terugkoppellus voltooid wordt. Zowel QP als QN zullen ingeschakeld blijven met een aanvoerstroom die bijna gelijk is aan 0 en knooppunt A en knooppunt B respectievelijk gelijk zijn aan de voedingsbronpotentiaal en aardpotentiaal. Omgekeerd zou deze zelfde initialisatie uitgevoerd kunnen worden door ontlading van knooppunt A zodat QP omgezet wordt. QP laadt dan knooppunt B op waarbij QN wordt ingeschakeld en 20 waarbij de positieve terugkoppellus wordt voltooid. Een functionele samenvatting wordt gegeven in de tabel. TABEL 25 Toestand van smeltstuk 1 en 2 lDD Vuit Vuit geleidend O Vss VDD niet-geleidend O VDD Vss 30 _ Het uitgangssignaal wordt afgenomen van de afvoeraansluiting van elke transistor. Ofwel Vuit ofwel Vuit ofwel beiden kunnen gebruikt worden om een redundant schakelsysteem te sturen. Zodoende produceren de in de figuren weergegeven flipflop of bistabiele detectieschakelingen voor een smeltstuk een uitgangsniveau van ofwel aarde of VDD, afhankelijk van de toestand van de smeltstukken, zonder de noodzaak tot klokken, 35 opnieuw instellen of gelijkstroomenergieverbruik. De beschreven schakelingen zijn stabiel en hebben een functionaliteit die onafhankelijk is van de gebruikte smeltstuktechnologie. De schakelingen zijn ook in hoge mate ongevoelig voor verstoring door een tijdafhankelijk stralings-verschijnsel, dat een lading produceert die opgenomen kan worden door een schakelingsknooppunten. Als gevolg van het hoge geleidingsvermogen van de smeltstukken is er een zeer grote hoeveelheid straling 40 vereist om de knooppuntspanningen beduidend te veranderen. Wanneer de smeltstukken niet-geleidend zijn, in de inherente toestand van de schakeling zodanig dat er geen halfgeleider p-n-overgangen omgekeerd worden voorgespannen. Omdat de opname van lading als gevolg van straling dikwijls de omgekeerde spanning op een p-n-overgang vermindert, versterkt elke ladingsopname die uit een stralingsverschijnsel resulteert slechts de toestand van de schakeling, en knooppunten A en B zijn daarom inherent stabiel. 45 Zodoende zijn de schakelingen inherent ongevoelig voor voorbijgaande ioniserende straling.

1. Detectieschakeling voor het detecteren van de toestand van twee smeltstukverbindingen, in het bijzonder in geïntegreerde schakelingen, geheugenschakelingen of logische schakelingen, met: een aan een eerste voedingsspanningsaansluiting aangesloten eerste ingangsklem evenals een aan een tweede voedings-spanningsaansluiting aangesloten tweede ingangsklem; een uit de eerste smeltstukverbinding en een eerste n-kanaal-MOS-transistor bestaande, tussen de beide voedingsaansl uitingen geschakelde serieschakeling; 55 een uit een tweede p-kanaal-MOS-transistor en de tweede smeltstukverbinding bestaande, eveneens tussen de beide voedingsaansluitingen geschakelde tweede serieschakeling; een eerste elektrische verbinding tussen enerzijds een verbindingspunt van de eerste transistor en de eerste smeltstukverbinding en 193349 4 anderzijds de stuurelektrode van de tweede transistor; een tweede elektrische verbinding tussen enerzijds een verbindingspunt van de tweede transistor en de tweede smeltstukverbinding en anderzijds de stuurelektrode van de eerste transistor; een met de eerste elektrische verbinding gekoppelde eerste uitgangs-klem alsmede een met de tweede elektrische verbinding gekoppelde tweede uitgangsklem, waarbij op beide 5 uitgangsklemmen een eerste vooraf bepaald signaal aanwezig is, wanneer beide smeltstukverbindingen elektrisch geleidend zijn en een tweede vooraf bepaald signaal aanwezig is, wanneer beide smeltstukverbindingen niet geleidend zijn; waarbij een condensator als initiaiiseringselement parallel is geplaatst aan ten minste een van de transistoren; waarbij een afvoerelektrode van de eerste en tweede transistor gekoppeld is met de stuurelektrode van de tweede, respectievelijk eerste transistor; waarbij de eerste 10 smeltstukverbinding tussen de bronelektrode en de stuurelektrode van de tweede transistor en de tweede smeltstukverbinding tussen de bronelektrode en de stuurelektrode van de eerste transistor ligt; en waarbij de positieve rol van de voedingsspanning met de bronelektrode van de tweede transistor en de aard-potentiaal met de bronelektrode van de eerste transistor in verbinding staat, met het kenmerk, dat de condensator een dunne-filmcondensator is.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat met elk van de beide transistoren een dunne-filmcondensator als initialisatie-element parallel geschakeld is. Hierbij 1 blad tekening