DE10135775B4 - Methods and devices for checking and reading out the programming of a cavity fuse - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Prüfen der Programmierung einer Hohlraumfuse (10), die eine programmierbare Brücke (12) aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode (A) und einer Kathode (K) und eine Abdeckung (14) aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken der Brücke (12) angeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zwischen Abdeckung (14) einerseits und Anode (A) und/oder Kathode (K) andererseits ermittelt wird.Method for checking the programming of a cavity fuse (10), which comprises a programmable bridge (12) made of a first conductive material with an anode (A) and a cathode (K) and a cover (14) made of a second conductive material the bridge (12) is arranged, characterized in that the resistance between cover (14) on the one hand and anode (A) and / or cathode (K) on the other hand is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Programmierung einer Hohlraumfuse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Testschaltung nach dem Oberbegriff von Anspruch 5, ein Verfahren zum Auslesen der Programmierung einer Hohlraumfuse nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, eine Leseschaltung für eine Hohlraumfuse nach dem Oberbegriff von Anspruch 15, eine Fusezelle nach dem Oberbegriff von Anspruch 18 und eine Fusematrix gemäß Anspruch 20.The invention relates to a method for testing the programming of a cavity fuse according to the preamble of claim 1, a test circuit according to the preamble of claim 5, a method for Reading out the programming of a cavity fuse according to the generic term of claim 10, a read circuit for a cavity fuse after Preamble of claim 15, a fuse cell according to the preamble of claim 18 and a fuse matrix according to claim 20.
Zur einmaligen Programmierung einer integrierten Schaltung bzw. eines ICs (Integrated Circuit) werden in Fällen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie insbesondere im automotiven Anwendungsbereich, oftmals sogenannte Hohlraumfuses verwendet. Derartige Hohlraumfuses werden auch als Fusible Links bezeichnet.For one-time programming of a integrated circuit or an IC (Integrated Circuit) in cases the high reliability often require, especially in the automotive field so-called cavity fuses are used. Such cavity fuses are also known as fusible links.
Allgemein wird unter einer Fuse in der Halbleitertechnologie und -schaltungstechnik eine Schmelzsicherung verstanden, die dauerhaft auf einen binären Wert programmiert werden kann. Bei einer Hohlraumfuse wird beispielsweise eine Polysiliziumbrücke durch einen starken Programmierimpuls zum Schmelzen gebracht. Die hohe Zuverlässigkeit dieser Programmiermethode rührt daher, dass das Abschmelzen der Brücke anlässlich der Programmierung irreversibel ist.Generally, under a fuse in a semiconductor fuse and circuit technology understood that are permanently programmed to a binary value can. In the case of a cavity fuse, for example, a polysilicon bridge is passed through caused a strong programming impulse to melt. The height Reliability of this Programming method stirs hence that the melting of the bridge on the occasion of programming is irreversible is.
Im Unterschied zu EPROMs (Electrical Programmable Read Only Memories) oder EEPROMs (Electrical Erasable and Programmable Read Only Memories), deren Programmier-Ladung sich u.U. während der Lebensdauer des Bausteins verflüchtigen kann, wird somit eine dauerhafte Programmierung erzielt.In contrast to EPROMs (Electrical Programmable Read Only Memories) or EEPROMs (Electrical Erasable and Programmable Read Only Memories), whose programming load is different u.U. while can volatilize the lifespan of the block, is therefore a permanent programming achieved.
Die Patentschrift
Die Patentschrift
Die Oberfläche bzw. Abdeckung
Wenn die Fuse einwandfrei programmiert ist und sich kein parasitärer leitfähiger Pfad zwischen Anode A und Kathode K der Hohlraumfuse gebildet hat, so ist das Potential U1 an der Anode A identisch mit dem Versorgungspotential VDD, da der Transistor Q2 in Sättigung geht (er kann den Lesestrom nicht in die extrem hochohmige Fuse einprägen).If the fuse is programmed correctly and is not a parasitic conductive Path between anode A and cathode K of the cavity fuse, the potential U1 at the anode A is identical to the supply potential VDD because transistor Q2 is in saturation goes (he can not read current in the extremely high-resistance fuse memorize).
Aus dem Stand der Technik sind auch Aluminium-Fuses bekannt. Diese funktionieren ähnlich den Hohlraumfuses. Durch einen starken Programmierpuls wird anstelle einer Polysiliziumbrücke eine dünne Aluminimumleitung zum Schmelzen gebracht. Dafür sind im Vergleich zum Schmelzen einer Polysiliziumbrücke außerordentlich hohe Stromstärken im Bereich von etwa 0.5A erforderlich. Dies liegt daran, dass die Aluminium-Bahn nur durch ein dünnes Dielektrikum vom Substrat getrennt ist und somit in einem sehr innigen thermischen Kontakt zum gut wärmeleitenden Silizium steht. Um dennoch die nötigen Temperaturen in der Fusestrecke zu erzeugen, muss daher ein hoher Strom fließen.Also from the state of the art Aluminum fuses known. These work similarly to the cavity fuses. By a strong programming pulse becomes a instead of a polysilicon bridge thin aluminum pipe melted. Therefore are exceptional compared to melting a polysilicon bridge high currents required in the range of about 0.5A. This is because the Aluminum web only through a thin Dielectric is separated from the substrate and thus in a very intimate way thermal contact to the good heat-conducting Silicon stands. To keep the necessary temperatures To generate in the fuselage, a high current must flow.
Neben der Programmierung durch Hohlraumfuses wird häufig auch das sogenannte Zener-Zapping anwendet. Dabei wird während der Programmierung an eine Zenerdiode eine hohe Spannung angelegt, so dass die Diode kurzgeschlossen wird und danach niederohmig bleibt. Dieses weitverbreitete Verfahren hat den Nachteil, dass im Vergleich zu Hohlraumfuses ebenfalls große Ströme im Bereich von etwa 200 mA notwendig sind. In Schaltungen, in denen aus Schutzgründen ein Serienwiderstand in der Versorgungsleitung liegt, ist es daher nicht möglich, eine bereits implementierte, d.h. verbaute integrierte Schaltung zu programmieren (sogenanntes In-Circuit Programming).In addition to programming through cavity fuses becomes common also uses the so-called zener zapping. It is during the Programming a high voltage applied to a zener diode, so that the diode is short-circuited and then remains low-resistance. This widespread process has the disadvantage of being compared to cavity fuses also great streams in the range of approximately 200 mA are necessary. In circuits in which for protection reasons there is therefore no series resistance in the supply line possible, an already implemented, i.e. built-in integrated circuit to be programmed (so-called in-circuit programming).
Zur Programmierung eines ICs auf Scheibenebene, noch vor der Montage in einem Gehäuse, verwendet man ebenfalls Polysiliziumbrücken, die allerdings durch Beschuss mit einem Laser programmiert werden. Solche Fuses werden daher als Laser-Fuses bezeichnet. Sie können jedoch nach Montage des ICs nicht mehr programmiert werden. Somit können keine durch die Montage des ICs verursachten Ungenauigkeiten herauskalibriert werden. Insbesondere bei Analog-ICs ist es aber oftmals unerlässlich, dass man Offsets und Temperaturgänge, die durch mechanische Verspannungen des ICs bzw. Chips im Gehäuse stark beeinflusst werden, nach der Gehäusemontage trimmt.Polysilicon bridges are also used to program an IC at the wafer level, even before assembly in a housing, although these are programmed by bombardment with a laser. Such fuses are therefore referred to as laser fuses. However, they cannot be programmed after the IC has been installed. This means that inaccuracies caused by the assembly of the IC can not be calibrated out. In the case of analog ICs in particular, however, it is often essential that offsets and temperature responses caused by mechanical tensioning of the IC or Chips in the chassis are greatly affected after the chassis assembly trims.
Die Hohlraumfuses zeichnen sich im Unterschied zum Zener-Zapping durch einen wesentlich geringeren Programmierstrom aus: sie benötigen einen Strom von nur ca. 50 mA, also ca. 25% des Zener-Programmierstroms. Dieser niedrige Programmierstrom wird dadurch erreicht, dass die Polysilizium-Brücke nicht in einem unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Chip steht: Sie ist nicht, wie alle übrigen Bauelemente in den IC, genauer gesagt dessen Substrat eindiffundiert bzw. auf der Oberfläche des ICs aufgewachsen, sondern sie befindet sich in einem Hohlraum. Dadurch ist jene Stelle, die beim Programmieren aufschmilzt, nur von relativ schlecht wärmeleitender Luft umgeben und der thermische Kontakt zum restlichen IC gering. Erreicht wird das, indem die Polysilizium-Fuse auf eine Opferschicht (dem sogenannten Sacrificial Layer) aufgewachsen wird. Darüber kommt eine weitere Opferschicht, die mit einer Art Deckel bzw. einer Abdeckung abgedeckt wird. Dieser Deckel enthält Löcher, durch die eine Säure die Opferschichten auflösen kann. Sobald die Opferschichten vollständig aufgelöst sind, schwebt die Poly-Fuse wie eine Brücke in der Luft.The cavity fuses stand out in the Difference to zener zapping by a much lower one Programming power off: you need a current of only approx. 50 mA, i.e. approx. 25% of the Zener programming current. This low programming current is achieved because the polysilicon bridge does not is in direct thermal contact with the chip: you is not like everyone else Components diffused into the IC, more precisely its substrate or on the surface of the IC grew up, but it is located in a cavity. This means that the point that melts when programming is only of relatively poor thermal conductivity Air surrounds and the thermal contact to the rest of the IC is low. This is achieved by placing the polysilicon fuse on a sacrificial layer (the so-called sacrificial layer) is grown. Comes over it another sacrificial layer, with a kind of cover or cover is covered. This lid contains holes through which an acid passes Dissolve sacrificial layers can. As soon as the sacrificial layers are completely dissolved, the poly fuse floats like a bridge in the Air.
Der Deckel bzw. die Abdeckung besteht im wesentlichen aus einer elektrisch isolierenden Oxidschicht und einer elektrisch leitfähigen Polysiliziumschicht. Wird die eigentliche Fusestrecke aus einer ersten Polysiliziumschicht Poly1 hergestellt, so besteht der leitende Teil des Deckels aus einer zweiten Polysiliziumschicht Poly2.The lid or cover is there essentially of an electrically insulating oxide layer and an electrically conductive Polysilicon layer. The actual fuselage will be a first Polysilicon layer Poly1 produced, so there is the conductive part the cover from a second polysilicon layer Poly2.
Während des Betriebs wird der logische Zustand einer Hohlraumfuse („programmiert" oder „nicht programmiert") dadurch bestimmt, dass ein Lesestrom in der Größe einiger Mikro-Ampere in die Fuse eingeprägt wird. Im programmierten Zustand ist in der Regel die Brücke geschmolzen, d.h. die leitende Strecke zwischen Anode A und Kathode K ist unterbrochen.While operation, the logical state of a cavity fuse ("programmed" or not programmed ") determined by the fact that a reading current the size of some Micro-amps stamped into the fuse becomes. In the programmed state, the bridge is usually melted, i.e. the conductive path between anode A and cathode K is interrupted.
Ist die Fuse programmiert, so ist ihr Widerstand somit sehr groß. Im theoretischen Idealfall ist er unendlich groß, in der Praxis zumindest größer als einige Mega-Ohm. In diesem Fall ist der Spannungsabfall über die Fuse praktisch gleich der Versorgungsspannung. Die Stromquelle geht dann in Sättigung, weil ihr zur Verfügung stehender Spannungshub nicht ausreicht, um den Lesestrom durch die hochohmige Fuse zu treiben. Dies kann von einer Logik als logisch „HIGH" erkannt werden.If the fuse is programmed, it is their resistance is therefore very great. In the theoretical ideal case it is infinitely large, in practice at least larger than some mega-ohms. In this case the voltage drop is over the Fuse practically equal to the supply voltage. The power source goes then in saturation because available to her standing voltage swing is not sufficient to the reading current through the to drive high-resistance fuse. This can be called logic "HIGH" by a logic be recognized.
Ist die Fuse nicht programmiert, so beträgt ihr Widerstand nur ca. 100 Ohm. Dann entsteht durch den Lesestrom lediglich eine sehr kleine Spannung von ca. 100 mV an der Fuse, was bei herkömmlicher Logik in CMOS-Technologie als „LOW" erkannt wird.If the fuse is not programmed, that's her Resistance only about 100 ohms. Then the reading current only creates a very low voltage of approx. 100 mV at the fuse, which is the case with conventional logic in CMOS technology as "LOW" is recognized.
Für einen zuverlässigen Programmierspeicher muss also der Lesestrom so gewählt werden, dass die Spannung an einer nicht-programmierten Fuse klein genug ist, um als logisch „LOW" erkannt zu werden. Andererseits muss der Lesestrom so gewählt sein, dass die Spannung an der Fuse zufolge des Lesestroms selbst dann noch logisch „HIGH" entspricht, wenn die programmierte Fuse „nur" wenige Mega-Ohm Widerstand hat.For a reliable one In programming memory, the reading current must be selected so that the voltage on a non-programmed fuse is small enough to be logically "LOW" to be recognized. On the other hand, the reading current must be selected that the voltage across the fuse according to the reading current even then still logically corresponds to "HIGH", if the programmed fuse "only" has a few megohms of resistance.
Unter gewissen Voraussetzungen kann es bei Hohlraumfuses allerdings zu folgendem Zuverlässigkeitsproblem kommen: Wird die Hohlraumfuse programmiert, so schmilzt und verdampft die Polysilizium-Brücke aufgrund des starken Energieeintrags in der Regel innerhalb weniger Mikrosekunden. Da der Hohlraum nahezu hermetisch dicht ist, können die Restgase schlecht entweichen und setzen sich daher an den Wänden des Hohlraums nieder.Under certain conditions However, the following reliability problem arises with cavity fuses come: If the cavity fuse is programmed, it melts and evaporates the polysilicon bridge due to the strong energy input usually within a few Microseconds. Since the cavity is almost hermetically sealed, the residual gases can escape badly and therefore sit on the walls of the Cavity.
Im Laufe der Lebensdauer des Bausteins kann es nun insbesondere bei hohen Temperaturen und hohen Spannungen an der Hohlraumfuse dazu kommen, dass sich zwischen den beiden Anschlüssen der Hohlraumfuse ein leitfähiger Pfad ausbildet. Dadurch kann der Widerstand dieses Pfades relativ gering werden (beispielsweise 100 kOhm), so dass sich beim Auslesen der Hohlraumfuse mit dem oben dargelegten Verfahren des Lesestroms unter Umständen eine so kleine Spannung über der Fuse einstellt, dass ein „LOW" anstelle eines „HIGH" erkannt wird. Dieser Fall muss unbedingt vermieden werden, da der Baustein somit seine Programmierung während der Lebensdauer verlieren kann (d.h. ein „HIGH" kann zu „LOW" werden, nicht aber umgekehrt).Over the course of the life of the device it now especially at high temperatures and high voltages on the cavity fuse that between the two connections Cavity fuse a conductive Path educates. As a result, the resistance of this path can be relatively low be (for example 100 kOhm), so that when reading the Cavity fuse using the reading current method below circumstances such a small tension over the fuse sets that a "LOW" instead of a "HIGH" is recognized. This case must be avoided because the block thus its programming during may lose its lifespan (i.e. a "HIGH" can become "LOW", but not vice versa).
Bisher konnte dieses durch weitere Prozessschritte eliminiert werden, was allerdings den Herstellungsprozess verteuert und den Prozessdurchlauf verlängert, da zusätzliche Maskenebenen oder aber zumindest zusätzliche Arbeitsschritte in der Prozessierung erforderlich wurden.So far, this has been possible through further Process steps are eliminated, but this affects the manufacturing process expensive and the process run lengthened because additional Mask levels or at least additional work steps in processing became necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen und Auslesen der Programmierung einer Hohlraumfuse anzugeben, die das erwähnte Zuverlässigkeitsproblem während des Betriebs des Bausteins erkennen und gegebenenfalls ein Fehlersignal generieren, wobei insbesondere eine Verteuerung des Herstellungsprozesses aufgrund zusätzlicher Maskenebenen oder aber zumindest zusätzlicher Arbeitsschritte in der Prozessierung vermieden werden soll.The object of the invention is therefore Methods and devices for checking and reading out the programming a cavity fuse to indicate that the reliability problem mentioned during the Detect operation of the block and, if necessary, an error signal generate, in particular making the manufacturing process more expensive due to additional Mask levels or at least additional work steps in processing should be avoided.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Prüfen der Programmierung einer Hohlraumfuse mit den Merkmalen nach Anspruch 1, eine Testschaltung für eine Hohlraumfuse mit den Merkmalen nach Anspruch 5, ein Verfahren zum Auslesen der Programmierung einer Hohlraumfuse mit den Merkmalen nach Anspruch 10, eine Leseschaltung für eine Hohlraumfuse mit den Merkmalen nach Anspruch 15, eine Fusezelle mit den Merkmalen nach Anspruch 18 und eine Fusematrix mit den Merkmalen nach Anspruch 20 gelöst. weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.This object is achieved by a method for checking the programming of a cavity fuse with the features of claim 1, a test circuit for a cavity fuse with the features of claim 5, a method for reading out the programming of a cavity fuse with the features of claim 10, a reading circuit for a Cavity fuse with the features of claim 15, a fuse cell with the features of claim 18 and a fuse matrix with the features of claim 20 solved. further advantageous embodiments, configurations and aspects of the present Er Invention result from the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Ein der Erfindung zugrunde liegender wesentlicher Gedanke besteht darin, dass zum Prüfen und zum Auslesen der Programmierung einer Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zur Abdeckung der Brücke angeordnet ist, aufweist, der Widerstand zwischen Abdeckung und Anode und/oder Kathode ermittelt wird. Wie bereits eingangs erwähnt, können sich unerwünschterweise parasitäre leitfähige Pfade in der Hohlraumfuse ausbilden. Durch die Erfindung können nunmehr derartige parasitäre Pfade zwischen Anode und Kathode der Hohlraumfuse zuverlässig festgestellt und deren Auswirkungen gegebenenfalls korrigiert werden.One based on the invention essential idea is that to check and read the programming a cavity fuse, which is a programmable bridge made of a first conductive material with an anode and a cathode and a cover from a second conductive Material that is arranged to cover the bridge, the resistance between cover and anode and / or cathode is determined becomes. As already mentioned at the beginning, can undesirably parasitic conductive Form paths in the cavity fuse. By the invention can now such parasitic Paths between anode and cathode of the cavity fuse reliably determined and their effects are corrected if necessary.
Um einen parasitären Pfad zu erkennen, ist folgender Umstand hilfreich: Es zeigt sich, dass ein solcher parasitärer Pfad in der Regel immer über die Abdeckung geschlossen wird. wenn also eine bereits programmierte Hohlraumfuse im Laufe ihrer Lebensdauerbelastung niederohmig wird, so existiert in der Regel auch ein niederohmiger Kontakt zwischen Abdeckung und Anode und/oder Kathode. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass der Kontaktwiderstand zwischen Abdeckung und Kathode bzw. Anode geringer als der Widerstand zwischen Anode und Kathode der Hohlraumfuse ist. Theoretisch lässt sich das dadurch erklären, dass sich Reste von verdampften Polysilizium jeweils zwischen Anode und Abdeckung sowie zwischen Abdeckung und Kathode zu zwei leitfähigen Pfaden ausbilden. Die Serienschaltung beider Pfade weist demzufolge einen höheren Widerstand auf als jeder der beiden Einzelpfade. Hierbei kann auch ein gegebenenfalls vorhandenes Abdeckungsoxid beschädigt werden, das die Abdeckung gegenüber Anode und Kathode isoliert.To identify a parasitic path, the following is Circumstance helpful: It turns out that such a parasitic path usually always about the cover is closed. so if an already programmed one Cavity fuse becomes low-resistance in the course of its service life, usually there is also a low-resistance contact between Cover and anode and / or cathode. Is of particular importance here that the contact resistance between the cover and cathode or anode less than the resistance between the anode and cathode the cavity fuse is. Theoretically, this can be explained by the fact that remains of vaporized polysilicon between the anode and Cover and between the cover and the cathode to two conductive paths form. The series connection of both paths accordingly has one higher resistance on than either of the two individual paths. This can also be an option existing cover oxide damaged be facing the cover Anode and cathode insulated.
Mit der Erfindung lässt sich verhältnismäßig einfach erkennen, ob eine Hohlraumfuse von „HIGH" auf „LOW" gekippt ist. Nur bei einer einwandfrei funktionsfähigen Hohlraumfuse ist die Abdeckung hochohmig gegenüber Anode und Kathode. Ist die Hohlraumfuse teilweise geschädigt, so gibt es einen Kontakt zwischen Abdeckung und nur einer der beiden Elektroden (Anode oder Kathode): in diesem Fall funktioniert die Hohlraumfuse aber noch, d.h. beim Auslesen erhält man noch ein „HIGH", weil sich noch kein Pfad von Anode über Abdeckung nach Kathode gebildet hat. Ist die Fuse vollständig geschädigt, so gibt es einen Kontakt von Abdeckung zu beiden Elektroden und das Auslesen ergibt ein „LOW" anstelle der ursprünglich programmierten „HIGH".With the invention relatively easy detect whether a cavity fuse has tilted from "HIGH" to "LOW" is. This is only possible if the cavity fuse is in perfect working order Coverage with high resistance Anode and cathode. If the cavity fuse is partially damaged, do so there is contact between the cover and only one of the two electrodes (Anode or cathode): in this case the cavity fuse works but still, i.e. when reading out you get a "HIGH", because no path from anode to cover to cathode has yet formed Has. Is the fuse complete? damaged, so there is contact from cover to both electrodes and the reading results in a "LOW" instead of the original programmed "HIGH".
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Prüfen der Programmierung einer Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material aufweist, die zum Abdecken der Brücke angeordnet ist. Verfahrensgemäß wird nun der Widerstand zwischen Abdeckung einerseits und Anode und/oder Kathode andererseits ermittelt, um einen Defekt der Hohlraumfuse zu erkennen.The invention relates to a first aspect is a method for checking the programming of a Cavity fuse, which is a programmable bridge made of a first conductive material with an anode and a cathode and a cover from a second conductive Has material that is arranged to cover the bridge. The procedure is now the resistance between the cover on the one hand and the anode and / or On the other hand, the cathode was found to cause a defect in the cavity fuse detect.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lesestrom in die Anode eingeprägt, ein erstes und danach ein zweites, vom ersten verschiedenes Potential an die Abdeckung angelegt und die Spannung zwischen Anode und Kathode gemessen. Ändert sich die gemessene Spannung mit der Potentialänderung an der Abdeckung, so liegt ein leitfähiger Pfad zwischen einer der oder beiden Elektroden – Anode und/oder Kathode – und Abdeckung vor. Dies setzt voraus, dass die Hohlraumfuse programmiert, d.h. die Brücke unterbrochen ist. Andernfalls, also wenn sich die gemessene Spannung nicht ändert, ist die Hohlraumfuse in Ordnung, d.h. es existiert kein leitender Pfad zwischen den Elektroden und der Abdeckung. Mit dieser Phase kann somit bei einer programmierten Hohlraumfuse ein Kontakt mindestens einer der Elektroden und der Abdeckung sicher detektiert werden.In a preferred embodiment a reading current is impressed into the anode first and then a second potential different from the first applied to the cover and the voltage between the anode and cathode measured. change the measured voltage with the potential change on the cover, so lies a conductive Path between one or both electrodes - anode and / or cathode - and cover in front. This assumes that the cavity fuse is programmed, i.e. the bridge is interrupted. Otherwise, i.e. if the measured voltage does not change is the cavity fuse OK, i.e. there is no leader Path between the electrodes and the cover. With this phase can therefore at least one contact with a programmed cavity fuse one of the electrodes and the cover can be reliably detected.
In einer weiteren Phase kann an die Kathode ein Bezugspotential vor dem Einprägen des Lesestroms in die Anode gelegt werden. Besteht nun ein leitender (parasitärer) Pfad zwischen Anode und Abdeckung, so ergibt sich bei der gemessenen Spannung eine Änderung. Es besteht in diesem Fall bei einer korrekt programmierten Hohlraumfuse zwischen Anode und Abdeckung ein leitender Pfad, d.h. die Hohlraumfuse ist defekt. Mit dieser Phase kann somit bei einer programmierten Hohlraumfuse ein Kontakt zwischen Anode und Abdeckung sicher detektiert werden.In a further phase, the Cathode has a reference potential before the reading current is impressed into the anode be placed. Now there is a conductive (parasitic) path between the anode and the cover, this results in the measured Tension a change. In this case there is a correctly programmed cavity fuse a conductive path between anode and cover, i.e. the cavity fuse is defective. This phase can be used for a programmed Cavity fuse a contact between anode and cover can be detected safely.
Um einen Kontakt bzw. parasitären Pfade zwischen Abdeckung und Kathode bei einer programmierten Hohlraumfuse zu detektieren, kann an die Kathode ein Bezugspotential gelegt, ein Lesestrom in die Abdeckung eingeprägt, die Anode potentialfrei geschaltet und die Spannung zwischen Abdeckung und Kathode gemessen werden. Ist das Potential an der Abdeckung der Hohlraumfuse wesentlich kleiner als die Betriebsspannung des Mittels, das den Lesestrom in die Abdeckung einprägt, so liegt ein Kontakt zwischen Abdeckung und Kathode vor.To establish contact or parasitic paths between Detect cover and cathode in a programmed cavity fuse a reference potential can be applied to the cathode, a read current in embossed the cover, the anode is isolated and the voltage between the cover and cathode can be measured. Is the potential on the cover the cavity fuse is significantly smaller than the operating voltage of the By means that impresses the reading current in the cover, so lies contact between cover and cathode.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Testschaltung für eine Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken der Brücke angeordnet ist, aufweist. Die Testschaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie zur Durchführung des oben erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.Another aspect of the invention concerns a test circuit for a cavity fuse that is a programmable bridge made of a first conductive material with an anode and a cathode and a cover from a second conductive Material that is arranged to cover the bridge has. The test circuit is characterized in that it is used to carry out the The inventive method explained above is trained.
Vorzugsweise weist sie Mittel zum Einprägen eines Lesestroms, Mittel zum Anlegen von Potentialen und Spannungsmessmittel auf.It preferably has means for Memorize one Reading currents, means for applying potentials and voltage measuring means on.
Die Mittel zum Einprägen eines Lesestroms und die Mittel zum Anlegen von Potentialen können Transistoren, insbesondere vom MOS-Typ sein.The means for impressing a reading current and the means for applying potentials can be transistors, in particular of the MOS type.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zum Einprägen eines Lesestroms einen Stromspiegel, wodurch ein genauer und vor allem konstanter, im wesentlichen lastunabhängiger Lesestrom erhalten wird.In a particularly preferred embodiment include the means of imprinting a reading current a current mirror, which makes a more accurate and ahead all constant, essentially load-independent reading current is obtained.
Die Testschaltung kann ferner Steuermittel aufweisen, die insbesondere zur Durchführung der oben erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform übernehmen die Steuermittel die Steuerung der verfahrensschritte, die zum Prüfen der Programmierung der Hohlraumfuse erforderlich sind. Wird die Testschaltung beispielsweise in einer komplexen elektronischen Schaltung, insbesondere auf einer integrierten Schaltung eingesetzt, können dadurch andere Schaltungsmodule von der Durchführung des Verfahrens entlastet werden. Zudem kann eine Prüfung unabhängig von zusätzlichen externen Schaltungsteilen oder - modulen von der integrierten Schaltung selbst durchgeführt werden.The test circuit can furthermore have control means which in particular to carry out the one explained above trained method according to the invention are. Take over in this embodiment the control means control the process steps required to check the Programming the cavity fuse are required. Will the test circuit for example in a complex electronic circuit, in particular used on an integrated circuit, other circuit modules can from implementation be relieved of the procedure. In addition, an examination can be carried out independently of additional external circuit parts or modules be performed by the integrated circuit itself.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Auslesen der Programmierung einer Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken der Brücke angeordnet ist, aufweist. Verfahrensgemäß werden ein erster Lesestrom in die Anode und ein zweiter Lesestrom in die Abdeckung eingeprägt und die Potentiale an Anode und Abdeckung zum Bestimmen des in der Hohlraumfuse programmierten Wertes logisch zu einem Ausgangssignal verknüpft.The invention further includes a Method for reading out the programming of a cavity fuse, the a programmable bridge from a first conductive Material with an anode and a cathode and a cover a second conductive Material that is arranged to cover the bridge has. Be procedural a first read current in the anode and a second read current in the Cover stamped and the potentials at the anode and cover for determining that in the cavity fuse programmed value logically linked to an output signal.
In einer konkreten Ausführungsform umfasst die logische Verknüpfung die Invertierung des Potentials an der Abdeckung und eine Oder-Verknüpfung mit dem Potential an der Anode. Mit dieser, durch wenige logische Schaltungselemente realisierbaren Logikfunktion kann beim Auslesen gleichzeitig ein Test der Hohlraumfuse durchgeführt und innerhalb gewisser Grenzen eine Verifikation der Programmierung vorgenommen werden.In a concrete embodiment includes the logical link the inversion of the potential on the cover and an OR link with the potential at the anode. With this, through a few logical circuit elements feasible logic function can be read out at the same time Cavity fuse test performed and verification of the programming is carried out within certain limits become.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Leseschaltung für eine Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken der Brücke angeordnet ist, aufweist. Um einen programmierten Werte sicher aus der Hohlraumfuse auslesen zu können, sind Mittel zum Einprägen eines ersten Lesestroms in die Anode und eines zweiten Lesestroms in die Abdeckung und Mittel zum Auswerten der Potentiale an Anode und Abdeckung und zum logischen Verknüpfen der ausgewerteten Potentiale vorgesehen sind, um einen in der Hohlraumfuse programmierten Wert als Ausgangssignal zu erhalten.According to another aspect the invention is a read circuit for a cavity fuse, the one programmable bridge from a first conductive Material with an anode and a cathode and a cover a second conductive Material that is arranged to cover the bridge has. To safely read out a programmed value from the cavity fuse to be able are means of memorization a first read current into the anode and a second read current in the cover and means for evaluating the potentials on the anode and covering and logically linking the evaluated potentials are provided to be a value programmed in the cavity fuse as Get output signal.
Vorzugsweise sind Mittel zum Einprägen eines ersten Lesestroms in die Anode und eines zweiten Lesestroms in die Abdeckung Transistoren, insbesondere vom MOS-Typ.Means for embossing are preferred first read current in the anode and a second read current in the Covering transistors, especially of the MOS type.
Die Mittel zum Auswerten der Potentiale an Anode und Abdeckung und zum logischen Verknüpfen der ausgewerteten Potentiale sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform Logik-Gatter.The means for evaluating the potential on the anode and cover and for logically linking the evaluated potentials are logic gates in a particularly preferred embodiment.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Lesestrom sozusagen gepulst angelegt: hierbei wird er in vorgegebenen ersten Zeiträumen, in denen die Hohlraumfuse ausgelesen wird, derart klein gewählt, dass das Potential an der Abdeckung im Fehlerfall kleiner als das Potential an der Anode ist.In a particularly preferred embodiment the second reading current is applied in a pulsed manner, so to speak: he in predetermined first periods, in which the cavity fuse is read, chosen so small that the potential at the cover is smaller than the potential in the event of a fault the anode is.
Schließlich kann der zweite Lesestrom in vorgegebenen zweiten Zeiträumen, in denen die Hohlraumfuse nicht ausgelesen wird, derart groß gewählt werden, dass er eine Elektromigration bewirkt, durch die das Wachstum eines sich ausbildenden parasitären Strompfades zwischen Abdeckung und Kathode gehemmt wird.Finally, the second read stream in predetermined second periods, in which the cavity fuse is not read out, are selected to be of such a size that that it causes electromigration through which the growth of a developing parasitic Current path between the cover and cathode is inhibited.
Um die Testbarkeit der gesamten, durch Hohlraumfuse und die zum Auslesen vorgesehenen Mittel gebildete elektronische Schaltung zu erhöhen, wird vorzugsweise vor einem Auslesen der Hohlraumfuse mittels eines Transistors, insbesondere MOS-Transistors, ein Potential an die Abdeckung gelegt und das Ausgangssignal ein erstes Mal gemessen; danach wird das Potential mittels des Transistors abgeschaltet und das Ausgangssignal ein zweites Mal gemessen; die beiden gemessenen Ausgangssignalwerte können dann ausgewertet werden.To ensure the testability of the whole, formed by cavity fuse and the means provided for reading out electronic circuit will increase preferably before reading out the cavity fuse by means of a transistor, especially MOS transistor, put a potential on the cover and the output signal measured the first time; then the potential is generated by means of the transistor switched off and the output signal measured a second time; the The two measured output signal values can then be evaluated.
Hierbei sind beispielsweise bei gemessenen Ausgangssignalwerten von logisch „HIGH" und dann logisch „LOW" sowohl die zum Auslesen vorgesehenen Mittel als auch die Hohlraumfuse in Ordnung. Dagegen sind die zum Auslesen vorgesehenen Mittel funktional nicht in Ordnung, wenn sich zweimal hintereinander als Ausgangssignalwert ein logisches „LOW" ergibt, da beispielsweise der Kontaktwiderstand zur Abdeckung zu groß ist; in diesem Fall ist jedoch die Hohlraumfuse in Ordnung. Wird zweimal hintereinander ein logisches „HIGH" gemessen, ist die Hohlraumfuse fehlerhaft. Das Messergebnis logisch „LOW" und danach logisch „HIGH" ist prinzipiell nicht möglich.This includes, for example, measured output signal values from logical "HIGH" and then logically "LOW" both the means intended for reading and the cavity fuse okay. In contrast, the means provided for reading out are functional out of order if there are two consecutive output signal values a logical "LOW" results because, for example, the contact resistance to the cover increases is large; in this case, however, the cavity fuse is OK. Will be twice in a row a logical "HIGH" measured, the cavity fuse is faulty. The measurement result logically "LOW" and then logically "HIGH" is in principle not possible.
Eine erfindungsgemäße Fusezelle umfasst eine Hohlraumfuse, die eine programmierbare Brücke aus einem ersten leitfähigen Material mit einer Anode und einer Kathode und eine Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken der Brücke angeordnet ist, aufweist, die oben erläuterte Leseschaltung, und eine Programmierschaltung zum Programmieren der Hohlraumfuse. Hierbei ist die Anode mit einer Versorgungsleitung der Fusezelle und die Kathode mit einem Transistor verbunden. Hierdurch wird eine sehr platzsparende Variante einer Fusezelle geschaffen, die einen Leistungstransistor zum Ein- und Ausschalten des Programmierstromes aufweist (dies ist der mit der Kathode der Hohlraumfuse verbundene Transistor).A fuse cell according to the invention includes a cavity fuse that makes up a programmable bridge a first conductive Material with an anode and a cathode and a cover made of one second conductive Material which is arranged to cover the bridge, the one explained above Read circuit, and a programming circuit for programming the Hohlraumfuse. Here, the anode with a supply line is the Fuse cell and the cathode connected to a transistor. hereby a very space-saving variant of a fuse cell is created, the one power transistor for switching the programming current on and off (this is the one connected to the cathode of the cavity fuse Transistor).
Vorzugsweise weisen die Mittel zum Programmieren und die Mittel zum Auslesen im wesentlichen MOS-Transistoren auf.Preferably, the means for Programming and the means for reading out essentially MOS transistors on.
Die Fusezellen werden vorzugsweise in einer Fusematrix angeordnet bzw. eingesetzt. Eine derartige Fusematrix kann beispielsweise in einem CAD-System als Bibliothekselement vorhanden sein, so dass es beim Entwurf einer integrierten Schaltung in diese eingebaut werden kann.The fused cells are preferred arranged or used in a fuse matrix. Such a fuse matrix can exist as a library element in a CAD system, for example be so when designing an integrated circuit in this can be installed.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:The invention is described below of figures closer to the drawing shown. Show it:
Im folgenden können gleiche oder zumindest funktional gleiche Elemente mit den selben Bezugsziffern versehen sein.The following can be the same or at least functional the same elements with the same reference numerals.
In
In
In
In einem produktiven Baustein bietet
es sich an, die Funktionsweisen der Schaltung aus den
(U1 =„HIGH") und (U2=„LOW")
bedeutet: Kontakt zwischen Abdeckung und Anode A;
(U3 =„LOW")
bedeutet Kontakt zwischen Abdeckung und Kathode K;
(U1 =„LOW")
und (U3=„LOW")
bedeutet: Kontakt zwischen Abdeckung und beiden Elektroden, also
Anode A und Kathode K.In a productive module, it is advisable to use the circuit functions from the
(U1 = "HIGH") and (U2 = "LOW") means: contact between cover and anode A;
(U3 = "LOW") means contact between cover and cathode K;
(U1 = "LOW") and (U3 = "LOW") means: contact between the cover and both electrodes, i.e. anode A and cathode K.
Dabei ist insbesondere im letzten Fall angenommen, dass es ausschließlich bei programmierten Hohlraumfuses zu einem Kontakt zwischen Abdeckung und einer der beiden Elektroden kommen kann. Dies muss gegebenenfalls nach Prozessierung und vor Programmierung des Bausteins (also beim Wafer-Test oder ev. auch zu Beginn des Baustein-Tests) verifiziert werden.It is particularly in the last Case assumed that it was only used for programmed cavity fuses to a contact between the cover and one of the two electrodes can come. This may have to be done after processing and before Programming the module (i.e. during the wafer test or possibly also at the beginning of the module test).
Die soeben beschriebene Vorgehensweise verlangt einen gewissen Aufwand für die Multiplexerschaltung und liefert sodann mehr Information, als der Baustein in der Praxis zur einwandfreien Funktion benötigt.The procedure just described requires some effort for the multiplexer circuit and then provides more information than that Module needed in practice for proper functioning.
Der schaltungstechnische Zusatzaufwand für diese Maßnahmen hält sich in Grenzen: es werden nur ein ODER-Gatter OR und ein Inverter INV sowie ein pMOS-Transistor Q3 (als Stromquelle) benötigt. Die zusätzliche Verlustleistung ist im statischen Betrieb und solange sich kein parasitärer Pfad von Abdeckung gegen Kathode gebildet hat etwa Null.The additional circuitry for these measures is limited: only an OR gate OR and an inverter INV as well as a pMOS transistor Q3 (as a current source) are required. The additional power loss is in static operation and as long as there is no parasitic path formed by cover against cathode has about zero.
Bei einwandfreien Hohlraumfuses ohne
Kontakt zur Abdeckung fließt
kein Lesestrom IL2 – somit trägt er nicht
zum Stromverbrauch des Bausteins bei. Wenn die Hohlraumfuse jedoch
einen parasitären Pfad
zwischen Abdeckung
Es ist jedoch möglich, das Potential S2 nur zu gewissen Zeitpunkten auszulesen. Zu den anderen Zeiten empfiehlt es sich, den Strom IL2 möglichst groß zu wählen: zufolge Elektromigration kann sich dann der parasitäre Pfad unter Umständen wieder zurückbauen. Ein oberes Limit ergibt sich aufgrund der maximal erlaubten Stromaufnahme des Bausteins.However, it is possible to only turn the potential S2 on read out at certain times. Recommended at other times it is appropriate to choose the current IL2 as large as possible: Electromigration can then possibly reverse the parasitic path. There is an upper limit due to the maximum allowed power consumption of the building block.
Ein besonderer Aspekt der Zuverlässigkeit dieser
Schaltung ist ihre Testbarkeit: Es könnte beispielsweise sein, dass
aufgrund von Prozessierungsfehlern (z.B. Staubkorn auf Chip-Oberfläche bei
Belichtung) der Kontakt vom Knoten mit dem Potential S2 zur Abdeckung
Dieser äußerst unwahrscheinliche Fall
eines Doppelfehlers (
Aus dieser Sequenz kann man schließen, dass
- 1.) die Abdeckungskontaktierung samt Inverter und ODER-Gatter voll funktionsfähig ist und
- 2.) die Fuse im Originalzustand niederohmig (also unprogrammiert) ist.
- 1.) the cover contact including inverter and OR gate is fully functional and
- 2.) the fuse is in the original state with low resistance (i.e. unprogrammed).
Würde die Abdeckungskontaktierung zu hochohmig prozessiert worden sein, dann erhielte man im Test bei niederohmiger Fuse die Sequenz „LOW", „LOW" sowie bei hochohmiger Fuse die Sequenz „HIGH", „HIGH". Beide Male wird der Prozessierungsfehler entdeckt; der Baustein kann ausgemustert werden.Would the cover contact has been processed with high resistance, then you would get the sequence "LOW", "LOW" as well as in the test with low-resistance fuse with high-resistance fuse, the sequence "HIGH", "HIGH". Both times the Processing errors discovered; the module can be retired.
Bislang wurde noch nicht gezeigt,
wie die Hohlraumfuse programmiert wird.
Im Unterschied dazu zeigt
Diese Variante hat den Vorteil, besonders platzsparend zu sein, da sie für jede Fuse nur die minimal notwendige Anzahl an Leistungstransistoren – nämlich einen – verwendet. Zudem ist dies ein nMOS-Transistor, der aufgrund seines niedrigeren Kanalwiderstands im eingeschalteten Zustand nochmals kleiner ist als ein pMOS-Transistor. Der Vorteil des nMOS-Transistors ist ferner seine leistungslose Ansteuerung: Man kann sein Gate im normalen Betrieb mit einem starken Inverter an Masse legen, sodass der Transistor auch im Fall von ESD- und EMV-Ereignissen sicher ausgeschaltet bleibt. Dieser starke Inverter zieht im statischen Betrieb keinen Strom (außer einen vernachlässigbaren Leckstrom) und trägt somit nicht nennenswert zur Verlustleistung des Bausteins bei.This variant has the advantage of being particularly space-saving to be there for each fuse uses only the minimum necessary number of power transistors - namely one. In addition, this is an nMOS transistor due to its lower channel resistance when switched on is again smaller than a pMOS transistor. Another advantage of the nMOS transistor is its powerless control: You can get your gate in normal operation with a strong inverter ground to the transistor so that the transistor also in the event of ESD and EMC events stays safely off. This strong inverter pulls in the static Operation no electricity (except a negligible Leakage current) and thus contributes not significant for the power loss of the device.
Im folgenden werden die in den
Die Schaltung versagt nur in folgenden zwei Fällen:
- 1.) Wenn sich ein Kontakt zwischen Anode A
und Kathode K unter Umgehung der Abdeckung
14 bildet, so wird dieser immer als „LOW" (= nicht programmiert) bewertet. Dieser Fehlermechanismus tritt jedoch in der Praxis nicht auf. - 2.) Wenn sich ein Kontakt zwischen Abdeckung
14 und Kathode K bildet, obwohl die Fuse nicht programmiert wurde, so wird ein „HIGH" erkannt. Es gibt keine bekannte Ursache, die zu diesem Fehlerbild im Laufe der Lebensdauer führen könnte. Lediglich ein Prozessierungsfehler und/oder Montagefehler könnte unter Umständen zu einem Kontakt zwischen Abdeckung14 und Kathode K führen. Daher müssen die Bausteine nach Beendigung der Prozessierung und Montage, aber noch vor der Programmierung diesbezüglich getestet werden.
- 1.) If there is contact between anode A and cathode K bypassing the cover
14 , this is always rated as "LOW" (= not programmed). However, this error mechanism does not occur in practice. - 2.) If there is contact between the cover
14 and cathode K forms, even though the fuse has not been programmed, a "HIGH" is recognized. There is no known cause which could lead to this error pattern in the course of the service life. Only a processing error and / or assembly error could possibly lead to contact between cover14 and lead cathode K. For this reason, the blocks must be tested after processing and assembly, but before programming.
Um sicherzustellen, dass die Abdeckung
Wesentliches Merkmal dieser Schaltung
(im Unterschied zu
Aufgrund der zahlreichen Bipolartransistoren ist der Flächenbedarf dieser Fusezelle erheblich, da jede einzelne Fuse mit dieser Schaltung ausgestattet werden muss. Ein weiterer Nachteil ist, dass Spannungspulse an der Leitung Lp (aufgrund von ESD- und EMV-Ereignissen) dazu führen, dass T1 kurzzeitig (für wenige Nanosekunden bis zu Mikrosekunden) leitend wird, da seine Basis zufolge der großen Basis-Kollektor-Kapazität kurzzeitig „hochgerissen" wird. T1 kann also nicht perfekt ausgeschaltet werden (zumindest bei transienten Störimpulsen).Because of the numerous bipolar transistors the space requirement this fuse cell significantly since every single fuse with this circuit must be equipped. Another disadvantage is that voltage pulses on the Lp line (due to ESD and EMC events) cause T1 briefly (for a few nanoseconds to microseconds) because its Base according to the great Basic collector capacity is "pulled up" for a short time. T1 cannot therefore be switched off perfectly (at least in the case of transients Glitches).
Ein Vorteil dieser Schaltung ist,
dass Transistor Q6 sehr effizient ausgeschaltet werden kann, so dass
selbst bei Spannungspulsen an der Anode A kein Strom durch die Fuse
- 1010
- HohlraumfuseHohlraumfuse
- 1212
- Brückebridge
- 1414
- Abdeckungcover
- 1616
- Kontakt zwischen Anode und AbdeckungContact between anode and cover
- 1818
- Kontakt zwischen Kathode und AbdeckungContact between cathode and cover
- Q1Q1
- pMOS-TransistorpMOS transistor
- Q2Q2
- pMOS-TransistorpMOS transistor
- Q3Q3
- pMOS-TransistorpMOS transistor
- Q4Q4
- nMOS-TransistornMOS transistor
- Q5Q5
- nMOS-TransistornMOS transistor
- IL1IL-1
- Stromquellepower source
- U1U1
- Messspannungmeasuring voltage
- U2U2
- Messspannungmeasuring voltage
- U3U3
- Messspannungmeasuring voltage
- INVINV
- Inverterinverter
- OROR
- ODER-GatterOR gate
- S1S1
- Schaltungsknotencircuit node
- S2S2
- Schaltungsknotencircuit node
- S3S3
- Schaltungsknotencircuit node
- AUSOUT
- Auslesesignalreadout signal
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