DE19625904C2 - Schmelzsicherungssignaturschaltkreis für elektrische Schmelzsicherungen einer Halbleiterspeichervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schmelzsicherungssignaturschaltkreis der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einem solchen, aus der US 4 806 793 bekannten Schmelzsicherungssignaturschalt­ kreis kann mit Hilfe des Erkennungsschaltkreises festgestellt werden, ob die Schmelzsi­ cherung innerhalb des Schmelzsicherungsschaltkreises durchtrennt ist oder nicht. Dieses wird mit Hilfe eines Abfragesignals festgestellt, das bei durchtrennter Schmelzsicherung weitergeleitet wird, während es bei leitender, also nicht durchtrennter Schmelzsicherung nicht weitergeleitet wird. Bei diesem Stand der Technik kann die Schmelzsicherung in herkömmlicher Weise mit Hilfe eines Lasers oder einer elektrischen Einrichtung wahlweise durchtrennt werden.

Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 32, No. 1, Juni 1989, Seiten 158 und 159 ist ein Schmelzsicherungssignaturschaltkreis bekannt, der eine Verzögerungseinrichtung zur Anzeige des Schmelzsicherungszustandes aufweist. Dieser Stand der Technik ist auf durch einen Laser durchtrennbare Schmelzsicherungen beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmelzsicherungssignaturschaltkreis der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, dass eine Schmelzsiche­ rung innerhalb eines Chips, der eine Vielzahl von Schmelzsicherungen in seinem ver­ schlossenen bzw. eingepackten Zustand enthält, elektrisch durchtrennt werden kann, wo­ nach leicht feststellbar ist, ob eine gewünschte Schmelzsicherung durchtrennt worden ist oder nicht.

Bei einem Schmelzsicherungssignaturschaltkreis der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele eines herkömmlichen sowie des erfindungsgemäßen Schmelzsiche­ rungssignaturschaltkreises werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Schaltkreis eines in einer herkömmlichen Halbleiterspei­ chervorrichtung benutzten Schmelzsicherungssignaturschaltkreises nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 schematische eine Ausführungsform eines Schmelzsicherungsschaltkreises innerhalb des erfindungsgemäßen Schmelzsicherungssignaturschaltkreises und

Fig. 3 schematisch einen Schaltkreis des erfindungsgemäßen Schmelzssiche­ rungssignaturschaltkreises einer Halbleiterspeichervorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Schmelzsicherungssignaturschaltkreis ei­ ner Halbleiterspeichervorrichtung und eine Schmelzsicherung 10, eine Anschlussfläche 12 und einen Vorspannungsschaltkreis 14. In Fig. 1 ist die Schmelzsicherung 10 mit ei­ nem ihrer Anschlüsse mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden, und der Vorspan­ nungsschaltkreis 14 enthält einen oder mehrere, als Dioden geschaltete NMOS- Transistoren, die zwischen der Anschlussfläche 12 und dem anderen Anschluss der Schmelzsicherung 10 geschaltet sind. Hier wird die Schmelzsicherung 10 aus Materialien hergestellt, die auf einem Wafer durchtrennt werden können, z. B. aus Polysilizium. Die Durchtrennung kann durch Laserstrahl oder durch Zufuhr eines elektrischen Stroms mit­ tels Transistoren verwirklicht werden.

Diese Schmelzsicherung entspricht einer Vielzahl von Schmelzsicherungen entsprechend den auf dem Chip entworfenen Schaltkreisen und wird benutzt in den Modenoptionen für die Auswahl der Betriebsmoden und in einem Reihen- /Spaltenredundanzschmelzsicherungskreis für den Ersatz der defekten Zellen durch eine redundante Zelle, u. s. w. Zum Beispiel wird in einer Reihenreparaturoperation die sich auf eine defekte Reihenadresse beziehende Schmelzsicherung erst durchtrennt, und dann wird die Schmelzsicherung in dem Signaturschaltkreis, wie in Fig. 1 gezeigt, die für eine gegebene Adresse vorgesehen ist, durchtrennt. Dazu wird die Durchtrennungsoperation der Schmelzsicherung im Waferzustand des Chips durchgeführt und durch einen Laser­ strahl verwirklicht.

Für den oben beschriebenen Reihenreparaturmodus gilt, dass durch Anlegen einer hohen Spannung an die Anschlussfläche des Signaturschaltkreises, der für eine gegebene Ad­ ressenanschlussfläche vorgesehen ist, und Messen des zur Anschlussfläche fließenden elektrischen Stroms zwecks Prüfung, ob die Schmelzsicherung aufgetrennt ist, erkannt werden kann, ob die Reihenreparaturoperation ausgeführt wurde oder nicht, in der die mit der defekten Reihenadresse korrespondierende Schmelzsicherung aufgetrennt wurde.

Der Betrieb des konventionellen Signaturschaltkreises mit der vorgenannten Konfiguration wird anschließend mit Bezug auf Fig. 1 erläutert.

Um zu prüfen, ob die gewünschte Schmelzsicherung aufgetrennt wurde, wird eine Span­ nung größer als "4 × Vtn + Vcc" (hier steht Vtn für die Schwellenspannung eines NMOS- Transistors) zuerst an die Anschlussfläche 12 des Signaturschaltkreises in Übereinstim­ mung mit dem korrespondierenden Schaltkreis angelegt, und dann wird der zur An­ schlussfläche fließende elektrische Strom gemessen. Falls z. B. die in einer Situation mit nicht durchtrennter Schmelzsicherung 10 an die Anschlussfläche 12 angelegte Spannung größer als "4 × Vtn + Vcc" ist, fließt der Gleichstrom über den Strompfad von der An­ schlussfläche 12 zur Versorgungsspannung Vcc. Falls andererseits solch eine Spannung in einer Situation mit durchtrennter Schmelzsicherung 10 innerhalb des Signaturschalt­ kreises an die Anschlussfläche 12 angelegt wird, ist der Strompfad von der Anschlussflä­ che 12 zur Versorgungsspannung Vcc aufgetrennt, und es fließt kein Strom. Dementspre­ chend kann mit dem Verfahren, wie oben beschrieben, durch Prüfung, ob nach Anlegen einer hohen Spannung an die Anschlussfläche 12 ein elektrischer Strom zur Anschluss­ fläche 12 gemessen wird oder nicht, erkannt werden, ob die Schmelzsicherung aufge­ trennt ist oder nicht.

Mit solch einer Signaturoperation kann erkannt werden, welche der Reihenredundanzzel­ len und Spaltenredundanzzellen für die Reparatur benutzt wurde, und es kann auch indi­ rekt erkannt werden, ob von außerhalb des Chip zugeführte Signale korrekt zur An­ schlussfläche eingegeben bzw. von ihr ausgegeben werden.

Durch Durchtrennen der Schmelzsicherung auf dem Wafer mit dem Laserstrahl und Prü­ fen, ob ein elektrischer Stromfluss zur Anschlussfläche gemessen wird oder nicht, kann der konventionelle Schmelzsicherungssignaturschaltkreis leicht erkennen, ob die Schmelzsicherung durchtrennt ist. Jedoch ist es unmöglich, dieses Verfahren nach dem Einpacken oder Einschließen des Chip anzuwenden. Das heißt, es ist unmöglich, die Schmelzsicherung mit dem Laserstrahl nach dem Einschließen des Chips aufzutrennen, und es ist der in Fig. 1 gezeigte, konventionelle Schaltkreis auch ungeeignet für das Anle­ gen einer hohen Spannung (z. B. mehrerer Zehnfacher von mA) für das Durchtrennen der Schmelzsicherung.

D. h., um die Schmelzsicherung 10 durch Anlegen eines hohen Stroms von mehreren Zehnfachen von mA an den Signaturschaltkreis nach Fig. 1 aufzutrennen, müssen die Abmessungen der seriell zwischen der Anschlussfläche 12 und der Versorgungsspan­ nung Vcc in Diodenform geschalteten NMOS-Transistoren vergrößert werden, z. B. ist das Verhältnis von Kanalbreite zu -länge eines solchen Transistors etwa 100 : 0,7. Falls die Abmessungen der NMOS-Transistoren wie oben festgestellt vergrößert werden, ist es schwieriger, mehrere Zehnfache von Signaturschaltkreisen auf dem Wafer unterzubrin­ gen, und auch die Sperrschichtkapazität hinsichtlich der Anschlussfläche 12 wird vergrö­ ßert, und dadurch wird die Betriebscharakteristik des Chip verschlechtert. Selbst wenn die Schmelzsicherung 10 unter Benutzung des Signaturschaltkreises, wie in Fig. 1 gezeigt, elektrisch durchtrennt wird, gibt es darüber hinaus ein Problem, indem die Zuverlässigkeit bei der Prüfung, ob die gewünschte Schmelzsicherung exakt durchtrennt wurde oder nicht, verschlechtert ist.

In Fig. 2, die einen elektrischen Schmelzsicherungsschaltkreis zeigt, ist ein Anschluss ei­ ner Schmelzsicherung 20, die elektrisch aufzutrennen ist, mit dem Drain-Anschluss eines PMOS-Transistors 22 verbunden, dessen Source-Anschluss mit der Versorgungsspan­ nung und dessen Gate-Anschluss mit dem Massepotentialanschluss verbunden ist. Der andere Anschluss der Schmelzsicherung 20 ist mit dem Drain-Anschluss eines NMOS- Transistors 24 verbunden, der mit seinem Source-Anschluss mit der Bezugsspannung (Massepotential Vss) verbunden ist, und der ein Durchtrennungssteuerungssignal an sei­ nem Gate-Anschluss aufnimmt. Ein Ausgabeanschluss eines NOR-Gatters 26, das das Durchtrennungssteuerungssignal als einen Haupttakt MC und ein Sicherungsauswahlsig­ nal SIGi (hier kann i = 0, 1, 2, 3 . . . sein) erzeugt und das mit einem logisch "niedrig"- Zustand freigegeben wird, ist mit dem Gate-Anschluss des NMOS-Transistors 23 verbun­ den. Falls dann die Versorgungsspannung Vcc an den Chip angelegt wird, wird der Haupttakt MC mit einem logisch "niedrig"-Pegel freigegeben, und das Sicherungsauswahl­ signal SIGi wird mit einem logisch "niedrig"-Pegel als ein Dekodiersignal für die Auswahl der Sicherung 20 freigegeben. Dementsprechend gibt das NOR-Gatter 26 bei Eingabe des freigebenden Haupttaktes MC und Sicherungsauswahlsignals SIGi ein Signal mit lo­ gisch "hoch"-Pegel an den Gate-Anschluss des NMOS-Transistors 24 ab und schaltet da­ durch den Transistor 24 ein.

Falls das NOR-Gatter 26 das Durchtrennungssteuerungssignal mit logisch "hoch"-Pegel ausgibt, fließt dementsprechend die Versorgungsspannung Vcc, die an dem Source- Anschluss des PMOS-Transistors 22 angelegt ist, durch den Drain-Source-Kanal des NMOS-Transistors 24 in den Bezugsspannungsanschluss. Damit wird die Sicherung 20 elektrisch durch einen Stromfluss von mehreren Zehnfachen von mA über den oben ge­ nannten Strompfad aufgetrennt. Falls die Sicherung 20 wie oben beschrieben durchtrennt wird, kommt ein Eingangsanschluss eines Inverters 30 auf den logisch "niedrig"-Zustand und dadurch wird ein Signal mit logisch "hoch"-Pegel über den Ausgangsanschluss des Inverters 30 ausgegeben. D. h., das Durchtrennungssignal PXi wird mit logisch "hoch"- Pegel ausgegeben. Wie oben beschrieben, wird in dem Schmelzsicherungsschaltkreis mit einer Konfiguration nach Fig. 2 die Schmelzsicherung 20 durchtrennt, falls der Haupttakt MC und das Sicherungsauswahlsignal SIGi freigegeben sind, und der Inverter 30 gibt das Durchtrennungszustandssignal mit logisch "hoch"-Pegel aus.

In Fig. 3, in der der Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach der Erfindung gezeigt ist, bezeichnen die Bezugszeichen 34-40 die Schmelzsicherungsschaltkreise nach Fig. 2. Wie zuvor beschrieben, durchtrennen die Schmelzsicherungsschaltkreise 34-40 ihre in­ ternen Schmelzsicherungen, wenn der Haupttakt MC und das Sicherungsauswahlsignal SIGi freigegeben sind, und geben das Durchtrennungszustandssignal PXi aus, das den Durchtrennungszustand der internen Schmelzsicherungen anzeigt. Dann wird das vom Schmelzsicherungsschaltkreis 34 ausgegebene Durchtrennungszustandssignal PXi an einen Erkennungsschaltkreis 54 gegeben. Z. B. im Fall, dass nur ein in den Schmelzsiche­ rungsschaltkreis eingegebenes Schmelzsicherungsauswahlsignal SIG1 freigegeben ist, wird nur PX1 im logisch "hoch"-Zustand ausgegeben, und PX4, PX8 und PX16 werden alle im logisch "niedrig"-Zustand ausgegeben.

Falls eine Signaturspannung von mehr als 5 × Vtn an die Anschlussfläche P5 angelegt wird, wird für die oben beschriebene Prüfung des bezeichneten Modus solch eine Signa­ turspannung über den Widerstand 48 an ein Transistorfeld 46 geleitet, in dem eine Viel­ zahl von NMOS-Transistoren seriell in Diodenform miteinander verbunden sind, und da­ durch wird das Transistorfeld 46 eingeschaltet. Hier wird der zwischen die Anschlussflä­ che P5 und einen Drain-Anschluss des NMOS-Transistors geschaltete Widerstand 48 als ein elektrostatischer ESD-Entladungsschutz vorgesehen. Falls der Vorspannungsschalt­ kreis 42 mit der oben beschriebenen Konfiguration arbeitet, liegt der Spannungspegel des internen Anschlusses 44, der ein Ausgabeanschluss des Vorspannungsschaltkreises 42 ist, auf logisch "hoch"-Pegel. Die Spannung des internen Knotens 44 wird an einen Gate- Anschluss des NMOS-Transistors 56 innerhalb des Erkennungsschaltkreises 54 geführt, in dem die NMOS-Transistoren 56 und 58 in Serie geschaltet sind. Dazu ist der Gate- Anschluss des NMOS-Transistors 58 innerhalb des Erkennungsschaltkreises 54 mit dem Ausgangsanschluss des Durchtrennungszustandssignals PXi des Schmelzsicherungs­ schaltkreises 34 verbunden, und sein Source-Anschluss liegt auf Massepotential.

Falls eine Erkennungsspannung mit Versorgungsspannungspegel an jede der Anschluss­ flächen P1-P4 angelegt wird, wird dementsprechend der direkte Strompfad zum Bezugs­ spannungsanschluss über den Kanal des NMOS-Transistors 58, der das Durchtrennungs­ zustandssignal PX1 im logisch "hoch"-Zustand an seinem Gate-Anschluss aufnimmt, und den des NMOS-Transistors 56, der die Vorspannung an seinem Gate-Anschluss auf­ nimmt, innerhalb des Erkennungsschaltkreises 54 gebildet, und ein an die Anschlussflä­ che P1 geführter Gleichstrom fließt. In diesem Zustand wird ein Strom nur an der An­ schlussfläche P1 der Anschlussflächen P1 bis P4 gemessen.

Wie aus dem Vorstehenden klar wird, kann der Betriebsmodus auf dem Chip erkannt wer­ den durch Anlegen einer Spannung an die externen Anschlussflächen P1-P5 des Halb­ leiterspeichers und Prüfen, ob Stromfluss zu jeder Anschlussfläche gemessen wird oder nicht. In der Speichervorrichtung kann der Signaturschaltkreis benutzt werden zur Prü­ fung, ob Schmelzsicherungen in all den Schaltkreisen durchtrennt sind oder nicht, die in der Lage sind, elektrisch durchtrennt zu werden, und dementsprechend können die An­ wendungsmöglichkeiten des Schmelzsicherungssignaturschaltkreises ausgeweitet wer­ den.

Die NMOS-Transistoren 50 und 52 in Fig. 3, die nicht erläutert wurden, werden benutzt, um ein Schweben oder Schwimmen des Anschlusses 44 zu verhindern, der bei Anlegen der Versorgungsspannung Vcc bei erstmaligem Einschalten der Speichervorrichtung ein­ geschaltet wird. Diese Transistoren dienen zum Beseitigen von Störungen, die am An­ schluss 44 während des Betriebs des Chip entstehen können.

Wie zuvor diskutiert, kann der in der Halbleiterspeichervorrichtung benutzte Schmelzsi­ cherungssignaturschaltkreis nach der Erfindung Schmelzsicherungen innerhalb des ein­ geschlossenen Chips elektrisch durchtrennen, und kann leicht prüfen, ob die Schmelzsi­ cherung durchtrennt ist oder nicht.

Claims (6)

1. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis für elektrische Schmelzsicherungen (20) einer Halbleiterspeichervorrichtung mit:
einem Schmelzsicherungsschaltkreis (34, 36, 38, 40), der nach Anlegen eines elektrischen Durchtrennungssteuerungssignals durchtrennt wird und ein Durchtrennungszustandssignal (PX1, PX4, PX8, PX16) ausgibt, das einen Durchtrennungszustand der Schmelzsicherung (20) anzeigt;
einer Erkennungsanschlussfläche (P1, P2, P3, P4), die eine Erkennungs­ spannung aufnimmt; und
einem Erkennungsschaltkreis (54), der zwischen die Erkennungsanschluss­ fläche (P1, . . . P4) und eine Bezugsspannung geschaltet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungsschaltkreis (54) im Anspre­ chen auf das Durchtrennungszustandssignal (PX1, . . . PX16) die Erkennungs­ spannung von der Erkennungsanschlussfläche (P1, . . . P4) zu der Bezugs­ spannung ableitet; und
der Schmelzsicherungsschaltkreis (34, 36, 83, 40) enthält:
eine Schmelzsicherung (20), die elektrisch durchtrennbar ist;
eine Spannungsversorgungseinheit (Vcc, 22) zur Zuführung einer Schmelz­ spannung (Vcc) an einen Anschluss der Schmelzsicherung; einen Transistor (24), der zwischen den anderen Anschluss der Schmelzsicherung und die Be­ zugsspannung geschaltet ist und bei Anliegen des Durchtrennungssteuerungssignals Strom durch die Schmelzsicherung (20) zur Bezugsspannung zum Durchtrennen der Schmelzsicherung (20) hindurchleitet; und
einen Inverter (30), der den Spannungspegel am anderen Anschluss der Schmelzsicherung invertiert und das Durchtrennungszustandssignal (PXi) ab­ gibt.

2. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Erkennungsschaltkreis (54) NMOS-Transistoren (56, 58) enthält, die zwischen die Erkennungsanschlussfläche (P1, . . . P4) und die Be­ zugsspannung geschaltet sind und die Erkennungsspannung von der Erken­ nungsanschlussfläche (P1, . . . P4) zu der Bezugsspannung im Ansprechen auf das von dem Schmelzsicherungsschaltkreis (34, . . . 40) ausgegebene Durch­ trennungszustandssignal (PX1, . . . PX16) ableitet.

3. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch einen Vorspannungsschaltkreis (42), der eine von einer ex­ ternen Anschlussfläche (P5) eingegebene Signaturspannung aufnimmt und an den Erkennungsschaltkreis (54) zu dessen Aktivierung gibt.

4. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach Anspruch 3, wobei der Vorspan­ nungsschaltkreis (42) einen oder mehrere Transistoren (46) enthält, die seriell in Diodenform zwischen der externen Anschlussfläche (P5) und dem Gate- Anschluss des ersten (56) der NMOS-Transistoren (56, 58) des Erkennungs­ schaltkreises (54) geschaltet sind.

5. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Vorspannungsschaltkreis ferner einen Transistor (50, 52) zur Verhinderung eines schwebenden Potentials zwischen einem Ausga­ beanschluss (44) des Vorspannungsschaltkreises (42) und der Bezugsspan­ nung aufweist.

6. Schmelzsicherungssignaturschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Vorspannungsschaltkreis (42) ferner einen Widerstand (48) für einen elektrostatischen Entladungsschutz enthält, der zwischen der externen Anschlussfläche (P5) und den in Diodenform miteinander verbunde­ nen Transistoren (46) vorgesehen ist.