PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60118458T2 24.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001154438
Titel Programmierbare Schaltung mit Vorschaufunktion
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Morton, Christopher R., Apt. D. Rochester, New York 14610, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60118458
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.04.2001
EP-Aktenzeichen 011104452
EP-Offenlegungsdatum 14.11.2001
EP date of grant 05.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse G11C 17/18(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G11C 29/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11C 17/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11C 17/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung gilt einem Schaltkreis, der gleichermaßen nicht-permanent und permanent programmiert sein kann.

Sicherungen und schmelzbare Sicherungseinsätze sind Schaltkreiselemente, die sich per Durchbrennen oder Zerbrechen öffnen, wenn ein relativ starker Strom angelegt wird. Durch selektives Zerbrechen oder Intaktbelassen von spezifischen schmelzbaren Sicherungsseinsätzen kann ein Schaltkreis angepasst oder programmiert werden, indem man diese schmelzbaren Elemente verwendet. Eine Antifuse ist das Gegenstück zu einer regulären Sicherung. Das bedeutet, dass eine Antifuse normalerweise ein offener Schaltkreis ist, bis ein Programmier-Strom durch sie fließt. Sicherungen und Antifuse können zur Ansprache vieler Probleme angewendet werden, eingeschlossen die Erfordernisse der Kalibrierung analoger Schaltkreise wie etwa Digital-Analog-Konverter, oder Strom- oder Spannungsquellen, logische Synthese Schaltkreise wie digitale Verzögerungsleitungen, oder chip-spezifische Leistungsdaten, die vom endgültigen System genutzt werden sollen, in das der Chip eingesetzt wird. Diese schmelzbaren und nicht schmelzbaren Schaltkreise werden im Allgemeinen „programmiert", wenn die Chip-Herstellung beendet ist und der Chip sich in der Halbleiter-Testphase der Chip-Produktion befindet. Die Programmierung kann venwendet werden, um zusätzliche Widerstände in einen Schaltkreis einzubringen, um damit Abweichungen auszugleichen, die während des Produktionsprozesses aufgetreten sind, oder um damit Schwankungen der Oszillatorfrequenz abzufangen, die durch Produktionsbelastung induziert werden.

In vielen dieser Fälle ist es erwünscht, einen programmierten Zustand zu simulieren, bevor das Bauteil tatsächlich programmiert wird. Zum Beispiel kann die Kalibrierung analoger Schaltkreise zusätzliche Schritte zur Simulation und Verfeinerung erfordern, die auf aus Vorschau und Simulation erhaltenen Ergebnissen basieren. Diese Ergebnisse werden in weitere Simulationen integriert, um den Schaltkreis in der Testphase korrekt zu kalibrieren. Nach den Tests kann dann der Schaltkreis permanent programmiert werden.

Konventionelle programmierte Schaltkreise, die zum Beispiel Sicherungen und Antifuse einsetzen, erlauben im Allgemeinen keine Vorschau auf den programmierten Schaltkreis und keine Simulation desselben. Konventionelle programmierte Schaltkreise erfordern spezialisierte Gehäuse, um sicherzustellen, dass keine Überlagerung der leicht schmelzbaren oder antifuseartigen Sicherungseinsätze erfolgen kann. Das bedeutet, dass ein konventioneller programmierter Schaltkreis nur endgültig, nicht probehalber programmiert werden kann. Ist der konventionelle Schaltkreis einmal programmiert, sind keine weiteren Änderungen oder Verfeinerungen am Schaltkreis möglich.

Das US-Patent 6.037.831 von Watrobski und anderen beschreibt solch einen Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen, in der eine Vorschau-Funktion enthalten ist, die leicht schmelzbare Sicherungseinsätze in Kombination mit Transistoren einsetzt, um den Wert eines Ausgangs permanent einzustellen. Jedoch erfordert dieser Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen, wie oben diskutiert, bestimmte Herstellungs- und Verkapselungstechniken. Für Vorrichtungen mit Vorschaumöglichkeiten wie die bei Watrobski beschriebenen zwingt eine solche Vorrichtung zu spezialisierten Verkapselungen, spezialisierter Herstellung, spezialisierter Handhabung und Kostenbeschränkungen. Konventionelle Programmiermethoden für Sicherungen erfordern, dass die gewählte Kapselungstechnik der Vorrichtung zweckmäßig für die Programmstrukturen ist. So müssen zum Beispiel die Kapselungstechniken der Vorrichtung die Luftzufuhr zur Sicherung ermöglichen, damit diese verschmoren kann, und Auflagen vermeiden, die als Kühlkörper fungieren könnten. Ein Kühlkörper würde die Schmelztemperatur der Sicherung erhöhen, was möglicherweise die Temperaturtoleranz des Schaltkreises übersteigen könnte. Deshalb müssen Hersteller von Produkten, die diese Funktionen erfordern, Einkapselungs- und Fabrikationstechniken auswählen, die auf die leicht schmelzbaren Schaltkreise zugeschnitten sind und die typischerweise teurer sind als Einkapselungs- und Fabrikationstechniken für nicht-programmierbare Schaltkreise.

Vorrichtungen mit löschbaren, programmierbaren Read-Only-Speichern (EPROM) und elektrisch löschbaren, programmierbaren Read-Only-Speichern (EEPROM) können programmiert und umprogrammiert werden. Jedoch sind EPROM-Vorrichtungen auf spezialisierte Herstellungstechniken angewiesen und enthalten typischerweise ein Quarzfenster, durch das ultraviolettes Licht mit spezieller Wellenlänge für einige Minuten zugeführt werden kann, um den Chip in Vorbereitung einer Umprogrammierung zu löschen. Während der Nutzung ist das Quarzfenster abgedeckt, um eine zufällige Löschung der Vorrichtung zu verhindern. Die EPROM-Vorrichtungen erfordern in Vorbereitung der Umprogrammierung eine physische Entfernung des Chips und/oder eine physische Manipulation der Abdeckung über dem Quarzfenster, ebenso ausreichend Zeit, um die Löschung zu bewerkstelligen. Deshalb erfordern EPROM-Vorrichtungen sowohl spezialisierte Herstellungstechniken als auch eine spezialisierte Bedienungsweise während der Programmierung.

EEPROM-Schaltkreise verwenden typischerweise MOS-Speicher, die von sehr viel dünneren Isolierschichten umgeben sind und die durch Anlegen einer Spannung mit gegensätzlicher Polarität zur Lastspannung am Nicht-MOS-Speicher-Teil gelöscht werden können. EEPROM-Schaltkreise überwinden einige Einschränkungen der EPROM-Vorrichtungen hinsichtlich des Gebrauchs von ultraviolettem Licht zur Durchführung der Löschung. Jedoch erfordern auch EEPROM-Vorrichtungen spezielle Fertigungstechniken bei ihrer Herstellung. Darüber hinaus erfordern EEPROM-Vorrichtungen, dass diese speziellen Spannungspegel „gegensätzlicher Polarität" zum Lesen oder Beschreiben der EEPROM-Vorrichtung umgewandelt werden müssen.

Konventionelle programmierte Schaltkreise sind entweder einmal beschreibbare Schaltungen, die zwar programmiert, aber nicht umprogrammiert werden können, oder Lese-Schreib-Schaltkreise, die immer wieder programmiert werden können. Die einmal beschreibbaren Schaltkreise sehen keine Simulation oder Vorschau auf den Endzustand vor der permanenten Programmierung des Schaltkreises vor. Die Lese-Schreib-Schaltkreise können nach der Simulation oder einer Vorschau wieder umprogrammiert werden, erfordern jedoch spezielle Bearbeitungs- und Fertigungstechniken.

JP-A-10062477 beschreibt eine Methode zu Prüfung von Halbleiter-Vorrichtungen und Sicherungen, mit der man defekte Sicherungen identifizieren kann.

US-A-6 031 275 beschreibt eine Antifuse, die zur Programmierung eine geringere Spannung benötigt. Ein langer Dorn wird ausgebildet, der sich durch die Diffusionsregion bis zum Material erstreckt.

JP-A-62031156 bezieht sich auf eine Sicherung, die geformt wird, ohne den Passivierungsfilm zu beschädigen, der entstanden ist, indem Aluminium dornenartig in das Trägermaterial gebohrt wird.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen programmierbaren Schaltkreis zu liefern, der mit konventionellen, zuverlässigen und kostengünstigen Fertigungstechniken hergestellt werden kann und der mit einer Vorschaufunktion ausgestattet ist, die normale Spannungspegel der Schaltung zur nicht-permanenten Programmierung und höhere Spannungspegel zur permanenten Programmierung verwendet.

Dieses Ziel wird erreicht durch einen programmierbaren Schaltkreis nach Hauptanspruch 1, und durch ein Verfahren zum Betrieb eines programmierbaren Schaltkreises nach Hauptanspruch 7.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Inhalt der Unteransprüche.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass sie einen Pull-down-Transistor als Antifuse in dem Schaltkreis verwendet.

Weiterhin liefert sie einen Schaltkreis, der eine Vorschaufunktion besitzt, die zur Simulation von Schaltungs-Charakteristiken bei Anlegen normaler Spannung und zur Permanentprogrammierung bei höherer Spannung benutzt werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schaltkreis mit konventionellen, kostengünstigen und zuverlässigen Fertigungstechniken hergestellt werden. Der Schaltkreis kann eine Spike-Enable-Eingangsstruktur besitzen, die zur Bestimmung dient, wann der Chip programmiert werden soll. Der Schaltkreis kann auch eine Test-and-Spike-Eingangsstruktur haben, die mindestens zwei Funktionen besitzt, die durch die Einstellung der Spike-Enable-Eingangsstruktur geregelt werden.

Ist die Spike-Enable-Eingangsstruktur im Standard- oder offenen Zustand, ist der programmierbare Transistor in einem offenen Zustand. Als Ergebnis ist die Spannung an der Ausgangsstruktur auf einem ersten vorbestimmten Wert. Externe Prüfelektronik kann an der Test-and-Spike-Eingangsstruktur angeschlossen werden, um die Ausgangsstruktur auf die erste vorbestimmte Spannung zu treiben, indem die Test-and-Spike-Eingangsstruktur entweder ungetrieben bleibt oder auf die erste vorbestimmte Spannung getrieben wird. Umgekehrt kann die externe Prüfelektronik die Ausgangsstruktur auf einen zweiten vorbestimmten Wert treiben, indem die Test-and-Spike-Eingangsstruktur auf den zweiten vorbestimmten Wert getrieben wird. Auf diese Weise kann die Ausgangsleistung der Schaltung simuliert oder vorher angesehen werden, bevor eine permanente Programmierung des Schaltkreises durchgeführt wird.

Ein programmierter Zustand des simulierten programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises kann erzeugt werden, indem an den Spike-Enable-Eingang ein Enable-Signal festgestellt wird. Ein Test-and-Spike-Eingangssignal wird dann bei einer Programmierspannung eingespeist, die höher ist als die erste oder zweite vorher festgelegte Spannung. Die Programmierspannung besitzt genügend Amplitude, Impulslänge und Frequenz, um den programmierbaren Transistor zu veranlassen, in den Fehlermodus, auch als „Snap back" bekannt, zu gehen. Während der Dauer des Snap-Back-Modus führt der programmierbare Transistor eine hohe Stromdichte. Die hohe Stromdichte ihrerseits bewirkt, dass Silizium sich in der Metallschicht auflöst, die mit einer Source-Drain-Strecke des programmierbaren Transistors verbunden ist, sodass eine Lücke unterhalb der Grenzfläche erzeugt wird, die dann mit flüssigem Metall in einem Prozess, der „Spiking" genannt wird, aufgefüllt wird. Das Metall tendiert zur Ausformung von scharfen Dornen, die die Verbindung durchdringen und verursacht einen Kurzschluss, der einen permanent geschlossenen Weg erzeugt. Auf diese Weise wird als Ergebnis des Programmiervorgangs durch Spiking des programmierbaren Transistors ein permanent geschlossener Wirkungsweg erzeugt. Der Schaltkreis kann im nicht-permanenten Standard oder während der Simulationsphase immer noch geändert oder vorher angesehen werden.

Verschiedene exemplarische Ausführungsformen der Verfahren nach dieser Erfindung schließen ein, dass an der Test-and-Spike-Eingangsstruktur ein Signal mit einer zweiten vorher festgelegten Spannung angelegt wird, während ein Signal an der Spike-Enable-Eingangsstruktur angelegt wird, um den programmierbaren Transistor in einem offenen Zustand zu halten. Das Ausgangssignal, das als Antwort des angelegten Eingangssignals erzeugt wird, wird mit dem erwarteten Ausgangssignal verglichen. Es wird bestimmt, ob das generierte Ausgangssignal dem erwarteten Ausgangssignal entspricht. Zeigt der Vergleich, dass das geprüfte Ausgangssignal dem erwarteten Signal entspricht, dann wird ein Programmiersignal am Test-and-Spike-Eingang angelegt, während der Spike-Enable-Eingang in den geschlossen Zustand überführt wird, damit der Pull-down-Transistor permanent in einen „gespikten" Zustand programmiert wird, sodass auf diese Weise die zweite vorher festgelegte Spannung permanent an der Ausgangsstruktur angelegt wird.

Es sollte beachtet werden, dass der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis dieser Erfindung nicht auf Sicherungen angewiesen ist. Stattdessen nutzt der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis das „Spiking" des Transistors, um so den Schaltkreis permanent in einen geschlossenen Zustand zu versetzen. Deshalb kann der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis in Schaltungen verwendet werden ohne spezielle Verkapselung, die normalerweise erforderlich ist, um Kühlerprobleme zu minimieren. Da der Schaltkreis konventionelle, kostengünstige und zuverlässige Herstellungstechniken nutzen kann, wird dies die Umrüstungen in der Herstellung, die bei konventionellen, programmierbaren Schaltkreisen erforderlich sind, reduzieren oder gar eliminieren.

Das ist ein großer Vorteil in Situationen, in denen ein integrierter Schaltkreis mit einer Oberflächenneutralisierung oder Einkapselung abgedeckt sein muss, da jede Materialabdeckung einer Sicherung als Kühler wirkt, der höhere Stromstärken und Spannungen erfordert, um die Sicherung zum Platzen zu bringen. Diese höheren Stromstärken und Spannungen könnten aber die Schaltkreise in der Umgebung beschädigen.

Diese und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener exemplarischer Ausführungsformen der Systeme und Verfahren nach dieser Erfindung geschildert oder lassen sich daraus ableiten.

Verschiedene exemplarische Ausführungsformen dieser Erfindung werden in Bezug auf die folgenden Abbildungen detailliert beschrieben, wobei gilt

1 zeigt einen konventionellen Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen;

2 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises nach dieser Erfindung;

3 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises dieser Erfindung, nachdem der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis permanent programmiert wurde;

4 zeigt eine exemplarische Querschnittsansicht der Entwicklung eines Dorns (Spike) in einer exemplarischen Ausführungsform dieser Erfindung;

5 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Programmier-Impulssignals nach dieser Erfindung;

6 zeigt einen Temperatur gesteuerten Oszillator, in den eine exemplarische Ausführungsform dieser Erfindung integriert ist; und

1 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Schaltkreises mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen 100. Der konventionelle Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen 100 umfasst eine Programm-Eingangsstruktur 134, ein Ausgangspufferelement 138, eine Ausgangsstruktur 140, einen leicht schmelzbaren Sicherungseinsatz 136 und einen Pull-Up-Resistor 147. Die Programm-Eingangsstruktur 134, das leicht schmelzbare Element 136, der Pull-Up-Resistor 147 und das Ausgangspufferelement 138 sind alle mit einem gemeinsamen Knoten 155 verbunden. Der Pull-Up-Resistor 147 ist mit einer Quelle vorher festgelegter Spannung 120 verknüpfbar. Der leicht schmelzbare Sicherungseinsatz 136 ist normalerweise geschlossen und bildet den Massenanschluss für den Knoten 155. Das Ausgangspufferelement 138 ist mit der Ausgangsstruktur 140 verknüpft. Wenn im Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen 100 ein Eingangssignal mit ausreichend hohem Stromwert an die Programm-Eingangsstruktur 134 gelegt wird, wird das leicht schmelzbare Element 136 durchbrennen oder in einen offenen Zustand versetzt. Als Antwort darauf wird der logische Output am Ausgang 140 auf die Spannung der Quelle vorher festgelegter Spannung 120 eingerichtet. Wenn jedoch das leicht schmelzbare Element 136 intakt bleibt, wird die Ausgangsstruktur 140, da durch das leicht schmelzbare Element 136 der Knoten 155 mit der Masse verbunden ist, auf einer Grundspannung gehalten.

Bei diesem Typ des konventionellen Schaltkreises mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen 100 hängt das Ausgangssignal an der Ausgangstruktur 140 vollständig vom Zustand des leicht schmelzbaren Elements 136 ab, ohne Rücksicht auf das Eingangssignal an der Eingangsstruktur 134. Wenn beispielsweise ein Signal, das an der Programm-Eingangsstruktur 134 anliegt, unzureichend ist, um das leicht schmelzbare Element 136 zu einem offenen Zustand zu zwingen, dann würde das Ausgangssignal an der Ausgangsstruktur 140 einen Wert von annähernd Null annehmen. Wenn jedoch die Ausgangsstruktur 140 abhängig von der Speisespannung auf einen hohen Wert gebracht werden soll, dann muss das leicht schmelzbare Element 136 durch das Eingangssignal an der Programm-Eingangsstruktur 134 in einen offenen Zustand gezwungen werden. Folglich leidet der konventionelle Schaltkreis mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen 100 unter der Tatsache, dass das Ausgangssignal des Schaltkreises komplett vom Zustand des leicht schmelzbaren Elements 136 abhängig ist. In solchen Konfigurationen ist die Simulation eines durchgebrannten leicht schmelzbaren Elements nicht möglich, da der Ausgangspegel am Ausgang 140 vom physikalischen Zustand des leicht schmelzbaren Elements 136 vollständig abhängig ist.

Wenn nach der Zerstörung des leicht schmelzbaren Elements 136 festgestellt wird, dass das leicht schmelzbare Element 136 nicht in den offenen Zustand gezwungen hätte werden dürfen, kann folglich ein leicht schmelzbares Element 136 – besonders in einem integrierten Schaltkreis – nicht repariert werden, um wieder den ursprünglichen Zustand zu erreichen. Ein Verfahren zur Behandlung dieses Problem ist im US-Patent 6.037.831 von Watrobski und anderen dargelegt. Dieses Patent 831 bedient sich leicht schmelzbarer Sicherungseinsätze in Transistoren und Transistoren in Kombination, um das Testen und das Permanent-Einstellen der Vorrichtung aufzunehmen. Jedoch leidet Watrobski unter dem Problem, spezielle Kapselungsanforderungen stellen zu müssen. Watrobskis Technik kann zum Beispiel nicht eingesetzt werden, wenn der Schaltkreis abgedeckt sein muss, da das Deckmaterial als Kühler fungieren wird, der tatsächlich den leicht schmelzbaren Sicherungseinsatz davon abhält, durchzubrennen, ohne dem Schaltkreis zu schaden.

2 illustriert eine exemplarische Ausführungsform des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises 200 nach dieser Erfindung. Der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis 200 umfasst eine Spike-Enable-Eingangsstruktur 257, eine Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254, eine Ausgangsstruktur 258, einen Pull-down-Transistor 248, einen entkoppelten Eingangspuffer 246, einen entkoppelten Ausgangspuffer 256 und einen Resistor 247. Die Ausgangsstruktur 258, die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254, der Pull-Up-Resistor 247 und eine erste Verbindung 248a des Pull-down-Transistors 248 sind mit einem Knoten 255 verbunden. Das andere Ende des Resistors 247 ist mit einer Spannungsquelle 220 verbunden, die eine erste vorher festgelegte Spannung an den Knoten 255 über den Resistor 247 anlegt. Im Gegensatz dazu ist die zweite Verbindung 248b des Pull-down-Transistors 248 mit einer Massespannung 230 verknüpft, die einen zweiten vorher festgelegten Wert liefert. Wenn der Transistor 248 geschlossen wird, um den Knoten 255 an die Massespannung 230 anzuschließen, wird der Knoten 255 auf die zweite vorher festgelegte Spannung gesetzt.

Im Schaltkreis 200 liegt an der Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 normalerweise eine Spannung an, die den Pull-down-Transistor 248 in einen Vorgabezustand „Offen" versetzt. Zum einen trennt das den Knoten 255 von der Masse, zum anderen verhindert es, dass der Pull-down-Transistor 248 auf „permanent" gesetzt wird. Externe Elektronik kann an der Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angeschlossen werden, um den Ausgangspuffer 256 auf einen erwünschten vorbestimmten Spannungswert zu bringen. Insbesondere kann die externe Prüfelektronik entweder keine Spannung an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 anlegen oder die erste vorher festgelegte Spannung an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 anlegen. Demzufolge zieht der Pull-Up-Resistor 247 den Knoten 255 auf die erste vorbestimmte Spannung hoch, die von der Spannungsquelle 220 zugeführt wird. Im Gegensatz dazu kann die externe Prüfelektronik eine zweite vorher festgelegte Spannung entsprechend der Massespannung 230 an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 anlegen. Als Folge wird der Knoten 255 durch die externe Prüfelektronik auf den zweiten vorher festgelegten Spannungspegel getrieben. Der Wert des Ausgangspuffers 256 kann dann an der Ausgangsstruktur 258 ausgelesen werden.

Um den Schaftkreis 200 permanent zu programmieren, wird ein hoher Strom durch den Transistor 248 geleitet, indem ein Signal, das den Transistor 248 schließt, an die Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 angelegt wird. Eine Impulsfolge zur Programmierung mit höherer Spannung und ausreichend Amplitude, Dauer und Frequenz wird an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 gelegt. Das hohe Potenzial quer durch den Transistor 248 zwischen der an der Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegten Spannung auf der ersten Verbindung 248a und der von der Massenspannung 230 angelegten zweiten Funktion auf die zweite Verbindung 248b bewirkt, dass der Transistor 248 in den Zustand „snap back" übergeht. Dies erzeugt eine sehr hohe Stromdichte über die Funktionen 248a und 248b hinweg. Diese hohe Stromdichte veranlasst die Kontakte an den Verbindungen 248a und 248b zur Dornenbildung (Spiking) durch die Verbindungen 248 hindurch, was einen Kurzschluss zur Massespannung 230 verursacht und dabei den Resistor 247 und die Spannungsquelle 220 dauerhaft vom Schaltkreis 200 trennt.

Die Ausgangsstruktur 258 der exemplarischen Ausführungsform des Schaltkreises 200 kann, wie in 6 dargestellt, mit einer Temperatur gesteuerten Oszillatorschaltung 600 kombiniert werden, in der Weise, dass ein geerdeter oder Spike-Zustand des Transistors 248 simuliert werden kann, indem ein Eingangssignal der beschriebenen Stärken an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegt wird, während die Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 den Transistor 248 in einem offenen Zustand hält. Folglich ist der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis nach dieser Erfindung imstande, nicht zerstörend logische Zustände von einem oder mehreren programmierbaren, vorschaubaren Elementen eines elektronischen Schaltkreises zu simulieren.

Solche programmierbare, vorschaubare Schaltkreise sind jedoch nicht beschränkt auf die Anwendung in Temperatur gesteuerten Oszillatoren 600, sondern können auch Anwendung finden in jedem bekannten oder in Zukunft entwickelten Schaltkreis, integrierte Schaltkreise eingeschlossen, die eine Programmierung erfordern, Schaltkreise, die Funktionen ermöglichen, wie logischer Netzwerkaufbau in ASICs, Kodierung oder Beschriftung von Seriennummern, Passworten, oder Daten mit elektronischem „Kombinationsschloss" und Speicherung von Performanz-Daten in einem Produkt, gemessen bevor eine Programmierung für den Endbenutzer erreicht ist. In solchen Schaltkreisen wird typischerweise unabhängig von dem Element selbst festgestellt, ob dieses Element eines programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises in den Spike-Zustand übergehen soll oder ob es in seinem Standardzustand bleiben soll.

In programmierbaren logischen Einrichtungen wird zum Beispiel ein synthetisches logisches Netzwerk dadurch realisiert, dass die erforderlichen programmierbaren, vorschaubaren Schaltelemente permanent eingestellt oder in einen bekannten Zustand versetzt werden auf Basis von Algorithmen, die von einem Compiler erzeugt werden. Eine Seriennummer ist eine bekannte Ziffernfolge, die in ein Gerät kodiert wird. Die gemessene Outputleistung eines Geräts kann durch eine Ziffernfolge dargestellt werden, die in einer Vielzahl von programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreiselementen kodiert ist. In diesen Fällen ist die typische Konfiguration eines Schaltkreises mit leicht schmelzbaren Sicherungseinsätzen beschrieben durch einen Schmelzleiter, der zwischen einem Masseknoten und einem „Zerplatz"-Knoten positioniert ist, wie im konventionellen Schaltkreis in 1 gezeigt wird. In diesen Konfigurationen ist die Simulation einer durchgebrannten Sicherung nicht möglich, da das Anlegen einer „normalen" logischen Spannung am Eingang den Schmelzleiter zerstören würde.

Der programmierbare, vorschaubare Schaltkreis nach dieser Erfindung erlaubt jedoch Messungen oder die Beobachtung von Änderungen des Verhaltens des Schaltkreises, indem die erste oder zweite vorher festgelegte Spannung am Schaltkreis angelegt wird, solange die erste und zweite vorher festgelegte Spannung sich innerhalb des normalen Spannungspegels für jeden Schaltkreis bewegen. Die gemessenen Werte für das Verhalten eines Schaltkreises über die Kombinationen der simulierten Zustände kann dann mit einem vorher bestimmten Referenzwert verglichen werden. Die Kombination der programmierten und standardisierten Zustände für die verschiedenen programmierbaren, vorschaubaren Antifuse, die sehr eng mit dem gewünschten Referenz-Ausgangssignal verknüpft sind, kann in einen Schaltkreis permanent eingeschrieben oder programmiert werden, indem ein Schließ-Signal an ausgewählte Spike-Enable-Eingangsstrukturen 257 angelegt wird, damit die zugehörigen Transistoren 248 geschlossen werden, und indem höhere Programmierspannungen angelegt werden, die ausreichen, die Dornenbildung (Spiking) der metallischen Kontakte durch die Verbindung hindurch und in das Substrat hinein zu bewirken, aber niedrig genug sind, um jeglichen Schaden an den anderen Elementen des Schaltkreises zu vermeiden.

Sobald ermittelt worden ist, dass der gewünschte Ausgangszustand, der der an der Ausgangsstruktur 258 erzeugt werden soll, es erfordert, dass der Transistor 248 „spiked" sein soll, wird die Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 freigegeben und eine Impulsfolge mit Programmierspannung ausreichender Amplitude und mit Spitzen von ausreichender Dauer und Frequenz an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegt, um den Transistor 248 zur Dornenbildung (spiking) zu veranlassen. Dieses Eingangssignal sollte eine Amplitude einschließen, die klein genug ist, damit andere Elemente im Schaltkreis nicht beschädigt werden, andererseits groß genug ist, dass der Transistor 248 Dornen (spiking) ausbildet. Die Dornenbildung (spiking) verursacht einen Kurzschluss zur Masse an den Verbindungsstellen 248a und 248b.

3 zeigt die physikalischen Veränderungen, die im programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis 200 erfolgen, die Ergebnis der Aktivierung der Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 sind, während die Eingangsimpulsfolge von Programmiersignalen aus 5 an der Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegt wird. Der Widerstandsweg 260 hin zur Massespannung 230, der durch die Dornenbildung (Spiking) an der ersten Verbindungsstelle 248a des Transistors 248 erzeugt wird, ist in 3 dargestellt.

4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform des Pull-down-Transistors 248. 4 zeigt insbesondere gerade das erste Verbindungsstück 248a des Transistors 248 nach der Dornenbildung (Spiking). Wie in 4 gezeigt, umfasst der Transistor 248 ein Substrat 310, ein Verbindungsstück 248a, das in dieser exemplarischen Ausführungsform des Transistors 248 eine n+-Zone 320 ist, eine Isolierschicht 330 aus Siliziumdioxid (SiO2) und eine Metallisierungsschicht 340. Die Metallisierungsschicht 340 verknüpft das Verbindungsteil 248a mit dem Knoten 255. Insbesondere erstreckt sich die Metallisierungsschicht 340 durch ein Fenster, das an der Isolierschicht 330 ausgebildet ist, und berührt die n+-Zone 320. In verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen der Metallisierungsschicht 340, wie sie im programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis nach dieser Erfindung verwendet wird, enthält die Metallisierungsschicht 340 Aluminium, das mit 1% Silizium angereichert ist.

Vor der Dornenbildung (Spiking) trennt die n+-Zone 320 die Metallisierungsschicht 340 von dem Substrat 310. Nach der Dornenbildung (Spiking) jedoch verläuft ein Dorn 350 aus dem Material der Metallisierungsschicht 340 durch die n+-Zone 320 bis in das Substrat 310. Daraus resultierend ist die Metallisierungsschicht 340 permanent mit Widerstand behaftet mit dem Substrat 310 verbunden.

5 zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer Impulsfolge zur Programmierung 500, die an die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegt werden kann, um den „snap back" im Transistor 248 auszulösen und so die Dornenbildung (Spiking) am Transistor 248 herbeizuführen. Wie in 5 gezeigt wird, umfasst die Impulsfolge 500 einen ersten bis sechsten Impuls 510560, die durch Impulspausen 515555 voneinander getrennt sind. Im Allgemeinen wird während der Impulse 510560 eine Spannung von etwa 15 V – 20 V am Transistor 248 über die Test-and-Spike-Eingangsstruktur 254 angelegt. Im Gegensatz dazu wird während der Impulspausen 515555 eine Spannung von annähernd 0 V am Transistor 248 angelegt. Jedoch kann die Spannung zwischen den Impulsen, abhängig vom Design des Transistors 248, höher oder niedriger sein, solange die angelegte Spannung ausreicht, um die Dornenbildung (Spiking) am Transistor 248 hervorzurufen.

Die exemplarische Impulsfolge 500 umfasst sechs Impulse 510560. Jedoch sollte es verständlich sein, dass Anzahl, Amplitude, Dauer und Frequenz der Impulse frei gewählt werden können, solange die Dornenbildung (Spiking) des Transistors 248 ohne Beschädigung anderer Schaltelemente des Chips abläuft.

Dem ersten Impuls 510 der exemplarischen Ausführungsform folgt eine Impulspause 515. Dem zweiten Impuls 520 folgt wiederum eine Impulspause 525. Der erste Impuls 510 dauert 0,5 Mikrosekunden, während die erste Impulspause 515 2 Millisekunden und der zweite Impuls 520 0,4 Mikrosekunden lang sind. Die übrigen Impulse dauern 0,4 Mikrosekunden, während die anderen Impulspausen 525555 2 Millisekunden lang sind. Es sollte jedoch verstanden werden, dass auch Verbindungen, die aus unterschiedlichen Verbindungsteilen und unterschiedlichen Strukturen zusammengestellt sind als die in der exemplarischen Ausführungsform eingesetzten verwendet werden können, und dass aus anderen Verbindungsteilen zusammengesetzte Verbindungen unterschiedliche Spannungspegel, Impulslängen und Impulspausenlängen einsetzen. Beispielsweise können statt NMOS-Verbindungen auch CMOS-Verbindungen in der exemplarischen Ausführungsform des oben beschriebenen Transistors 248 eingesetzt werden.

Im Allgemeinen kann die Programmierung eines programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises unter Verwendung eines jeden Signaltyps durchgeführt werden, der die Dornenbildung (Spiking) im jeweiligen Transistortyp, der in einem programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis nach dieser Erfindung verwendet wird, induziert. Jeder Transistortyp, der zur Dornenbildung (Spiking) angeregt werden kann, kann in einem programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis nach dieser Erfindung eingesetzt werden. Es können verschiedene Techniken zur Transistorherstellung angewandt werden. Ferner können auch andere Metallisierungsschichten als die exemplarische Metallisierungsschicht 340 mit 1 % Silizium oder auch Aluminium-Kupfer-Kombinationen eingesetzt werden. Es ist ersichtlich, dass unterschiedliche Impulsbreiten, Frequenzen und Zeitdauern für die verschiedenen Metallisierungsschichten, verschiedene Funktionsumfänge von Schaltkreisen und/oder unterschiedliche Techniken zur Transistorherstellung, geeignet sind, und sie sind so auszuwählen, dass sicher gestellt ist, dass die Dornenbildung ohne Beschädigung anderer Schaltelemente im Chip erfolgt.

6 zeigt einen abstimmbaren, Temperatur gesteuerten Oszillator-Schaltkreis 600, der eine exemplarische Ausführungsform des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises nach dieser Erfindung enthält. Der Temperatur gesteuerte Oszillator-Schaltkreis 600 ist mit den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreisen 692, 694, 696, 698 und 699 verknüpft.

Zugängliche Test-and-Spike-Eingangsstrukturen 602, 604, 606, 608 und 610 sind jeweils mit den entsprechenden programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreisen 692, 694, 696, 698 und 699 verbunden. Jede der Test-and-Spike-Eingangsstrukturen 602, 604, 606, 608 und 610 ist mit einer der Eingangsstrukturen des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises 692699 gekoppelt. Eine gemeinsame Spike-Enable-Struktur 611 ist mit den Spike-Enable-Eingangsstrukturen 257 der programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreise 692699 verbunden, zum Beispiel zu einer Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 in 2.

Die programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreise 692699 umfassen jeweils Ausgangsstrukturen 258, die mit den Basen der entsprechenden MOS-Transistoren 612, 614, 616, 618 und 620 verknüpft sind. Jeder der MOS-Transistoren 612620 ist mit einem zugehörigen Kondensator 612620 (?) gekoppelt. Diese fünf Kondensatoren 612620 (?) sind ebenfalls verknüpft mit einem Eingang 634 eines Schmitt-Triggers 632. Ein Ausgangssignal an einem Trigger-Ausgang 636 wird zumindest zum Teil durch die betriebsbereite Anwesenheit oder Abwesenheit eines jeden Kondensators 622, 624, 626, 628 und 630 auf dem Temperatur gesteuerten Oszillator-Schaltkreis 600 bestimmt. Die Betriebszustände der Kondensatoren 622630 werden aus den simulierten oder aktuellen Zuständen der zugehörigen programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreise 692699 ermittelt.

Die Leistungen der programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis 692699 können temporär programmiert werden, indem Eingangssignale an die jeweiligen Eingabe-Strukturen 254 des programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreises gelegt werden, um die gewünschten Outputs zu simulieren. Die programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreise 692699 können permanent programmiert werden, indem ein Eingangssignal an die entsprechende Spike-Enable-Eingangsstruktur 257 gelegt wird.

Der Schaltkreis 600 ist so konzipiert, dass ein Signal am Ausgang 640 erzeugt wird, das eine vorbestimmte Frequenz besitzt, die auf die wahrgenommene Temperatur hinweist. Wegen der Varianten der Herstellung integrierter Schaltkreise muss das Signal am Ausgang 640 jedoch mit Bezug zu einem vorher festgelegten Referenzsignal ermittelt und abgestimmt werden. Folglich kann das Signal, das an den Ausgang 640 geliefert wird, adjustiert werden, indem fünf Eingangssignale gleichzeitig an die Eingänge der programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreise 692699 gelegt werden und dann diese Signale variiert werden, um eine Spanne an Outputs zu erzeugen, die dann mit dem am Ausgang 640 erwünschten Signal verglichen werden.

Auch wenn diese Erfindung in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform beschrieben wurde, werden für Kenner der Technik viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sichtbar werden. Zum Beispiel ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern ist auf jeden programmierbaren, vorschaubaren Schaltkreis anwendbar, der zur Programmierung oder Festlegung des Outputs einer elektronischen Schaltung nützt. Dementsprechend ist es Absicht, alle diese Alternativen, Modifikationen und Varianten, die in den Bereich der Erfindung fallen, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, mit einzubeziehen.


Anspruch[de]
  1. Programmierbare Schaltung, die mit einer ersten Spannungsquelle (220) verbunden werden kann und die umfasst:

    eine erste Eingangsstruktur (254), die mit einem gemeinsamen Knoten (255) verbunden ist, wobei der Zustand der programmierbaren Schaltung temporär eingestellt wird, wenn ein erstes Signal an die erste Eingangsstruktur (254) angelegt wird,

    einen Transistor (244), der mit einer zweiten Spannungsquelle (230) und mit den gemeinsamen Knoten (255) verbunden ist, und

    einen Widerstand (247), der zwischen die erste Spannungsquelle (220) und den gemeinsamen Knoten (255) geschaltet ist,

    gekennzeichnet durch

    eine zweite Eingangsstruktur (257), die mit dem Transistor (244) verbunden ist, sowie eine Einrichtung, die ein Programmier-Freigabesignal an die zweite Eingangsstruktur (257) anlegt und ein Programmiersignal an die erste Eingabestruktur (254) anlegt, um die Schaltung permanent einzustellen.
  2. Programmierbare Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (244) ein MOS-Herstellungsverfahren verwendet.
  3. Programmierbare Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmiersignal eine Impulsfolge (500) umfasst, die eine ausreichend hohe Spannung an den Transistor (244) anlegt, um zu bewirken, dass die Metallisierungsschichten des Transistors in das Substrat des Transistors eindringen.
  4. Programmierbare Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsschichten (340) Aluminium und Silizium oder Aluminium und Kupfer enthalten.
  5. Programmierbare Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (244) ein Pull-Down-Transistor ist und der Widerstandsweg (260), der durch permanentes Einstellen der Schaltung erzeugt wird, einen geringeren Widerstandswert aufweist als der Widerstand (247).
  6. Programmierbare Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmier-Freigabesignal, das an die zweite Eingangsstruktur (257) angelegt wird, den Transistor (244) in den Zustand eines geschlossenen Schalters versetzt.
  7. Verfahren zum Betreiben einer programmierbaren, vorhersehbaren Schaltung, wobei die programmierbare Schaltung, die mit einer ersten Spannungsquelle (220) verbunden werden kann, eine erste Eingangsstruktur (254), die mit einem gemeinsamen Knoten (255) verbunden ist, einen Transistor (244), der mit einer zweiten Spannungsquelle (230) und dem gemeinsamen Knoten (255) verbunden ist, sowie ein Widerstand (247) umfasst, der zwischen die erste Spannungsquelle (220) und den gemeinsamen Knoten (255) geschaltet ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

    Anlegen eines Programmier-Freigabesignals an eine zweite Eingangsstruktur (257), die mit dem Transistor (244) verbunden ist, und Anlegen eines Programmiersignals an die erste Eingangsstruktur (254), um die Schaltung permanent einzustellen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren die folgenden Schritte umfasst, die durchgeführt werden, bevor die Schaltung permanent eingestellt wird:

    Anlegen eines Nicht-Freigabesignals an die zweite Eingangsstruktur (257), Anlegen eines gewünschten Signals an die erste Eingangsstruktur (254), und Lesen eines Ausgangssignals von der gemeinsamen Knotenstruktur (256), das eine Funktion des gewünschten Signals ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com