DE2263392C3 - Verfahren zur Programmierung von Halbleiterfestwertspeichern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist bereits in der DE-AS 19 64 610 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Programmierung dadurch ausgeführt, daß beim Einschreiben der Speicherinformation der gesamte Gate-Bereich bestrahlt und dabei gleichzeitig eine bestimmte Gate-Spannung angelegt wird, die den jeweiligen Speicherwert bestimmt. Somit muß der Programmierungsvor- :m gang normal vom Hersteller durchgeführt werden; falls der Anwender die Programmierung auszuführen hat, ist nachteiligerweise eine umfangreiche Gerätschaft erforderlich, da in diesem Fall auch die Bestrahlung der Gate-Bereiche vom Anwender durchzuführen ist.

In der DE-OS 2102 854 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Festwertspeichers angegeben, mit welchem Festwertspeicher durch entsprechende Dosierung der Strahlungsenergie unter Verwendung von Strahlungsmasken oder bei Anwendung von Korpuskularstrahlung mit geladenen Teilchen mit Hilfe einer Steuerung elektrischer oder magnetischer Ablenkeinheiten, jedoch ohne Strahlungsmasken, programmiert werden. Die Verwendung von Strahlungsmasken bringt den Nachteil mit sich, daß ein derartiges Programmierungsverfahren nur für eine größere Stückzahl von Festwertspeichern rentabel ist. Abgesehen von dem Nachteil der Strahlungsmaske ist jedoch in beiden Fällen eine Programmierung durch den Anwender ohne umfangreiche Gerätschaft nicht realisierbar. Infolgedessen wird die Programmierung nach diesem Herstellungsverfahren vom Hersteller auszuführen sein. In der DE-OS 20 06 358 sind verschiedene Verfahren zur kundenseitigen Programmierung von Festwertspeichern allgemein angegeben. Beispielsweise kann die Programmierung der Festwertspeicher durch Erzeugung von Kurzschlüssen an den Dioden, durch entsprechende Ausbildung eines Widerstandsbelages oder auch durch thermische und strahlungsenergetische Beeinflussung erfolgen. Die Programmierung durch Änderung elektrischer Eigenschaften von Bauelementen mittels Stromimpulsen hat den Nachteil, daß ein hoher Stromimpuls verwendet werden muß und die Leitungen, die nicht durch den hohen Stromimpuls beeinträchtigt werden sollen, entsprechend ausgelegt ^ sein müssen. Somit ist der zu programmierende Festwertspeicher generell für hohe Ströme auszulegen und hat zudem äu^rund von unbeabsichtigten Kur?-

schlüssen nicht die erforderliche Zuverlässigkeit

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur einfachen kundenseitigen Programmierung von Halbleiterfestwertspeichern zu schaffen, bei dem ein wesentlicher Teil vom Hersteller und auch bei diesem ohne besonderen Aufwand ausgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird erfiiidungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Bestrahlung mit ionisierender Strahlung vorteilhafterweise direkt vom Hersteller vorgenommen werden, so daß der Anwender lediglich noch die Ausheilung bei erhöhter Temperatur und gleichzeitigem Anlegen einer Vorspannung auszuführen braucht Somit ist die für den Anwender erforderliche Gerätschaft zur Programmierung von Halbleiterfestwertspeichern gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich geringer. Die vom Anwender abzuschließende Programmierung ist demzufolge einfach und schnell ausführbar. Die Programmierung erfolgt dabei durch das Ausheilen bei erhöhter Temperatur, wogegen bei dem erstgenannten, bekannten Verfahren die Programmierung durch Bestrahlung der Transistoren unter Anlegen von Schwellspannungen definierter Werte ausgeführt werden muß.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher möglich, daß die Programmierung vom Anwender selbst erfolgt, wogegen bisher die Programmierung entweder entsprechend den Wünschen der Kunden in unrationeller Weise im Herstellerwerk ausgeführt wurde oder mit unsagbarem Aufwand beim Kunden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Programmierung von Halbleiterfestwertspeichern läßt sich auch bei kleinen Stückzahlen rationell anwenden und trägt durch die vom Anwender selbst vorzunehmende Programmierung dazu bei. daß die Lieferzeiten wesentlich verringert werden können. Die Programmierung kann vorteilhafterweise ohne Verwendung von Masken erfolgen und liefert Halbleiterfestwertspeicher mit hoher Zuverlässigkeit.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Verlauf der Schwellenspannung in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdichte,

Fig. 2 die Stabilität der Schwellenspannungsdifferenz bei Temperaturbehandlung,

F i g. 3 das Verhalten eines N-Kanal Transistors und

Fig.4 das Verhalten der Schwellenspannungsdifferenz bei hohen Temperaturen.

Bei Untersuchungen der Strahlungsfestigkeit von komplementären MOSFET-Transistoren hai sich gezeigt (»Radiation Radiation Resistance and Typical Applications of RCA COS/MOS Circuits in Spacecrafts«, Walter Schambeck, Telemetry Journal, Juni/July 1970, Seite 21-27, und »Strahlungsfestigkeit von RCA-COS/MOS-Schaltkreisen«, Walter Schambeck, DGLR-Symposium, Satellitenelektronik, Vortrag Nr. 70-018, 19.3.1970), daß nach der Bestrahlung von Transistoren mit ionisierender Strahlung geeigneter Intensität ein Unterschied von etwa einem Faktor sechs zwischen der Schwellenspannungsverschiebung von solchen Transistoren, die während der Bestrahlung leiten, und solchen Transistoren, an denen entweder keine Spannung anliegt oder die gesperrt sind, besieht.

Diesen Effekt kann man dazu benutzen, in einem Speicher oder einer programmierbaren Logik eine

Schwellenspannungsverschiebung zu erzielen. Dabei kommt es auf die Differenz der Schwellenspannungswerte an. Es hängt von dem Transistortyp ab ob sich durch die Bestrahlung der Schwellenwert des während der Bestrahlung in leitendem Zustand befindlichen Transistors stärker ändert, als der Schwellenwert der während der Bestrahlung im gesperrten bzw. nicht vorgespannten Zustand befindlichen Transistors, oder ob das Umgekehrte der Fall ist Sowie das eine wie auch das andere Verfahren ermöglicht eine Programmierung. Es ist auch das Takten der Tansistoren von einem in den anderen Zustand möglich; der Effekt wird dann nur etwas kleinen

Unter Ausnutzung des erläuterten Effekts kann also der Hersteller oder auch der Anwender selbst gleichzeitig eine Vielzahl von Schaltungen einfach durch den Schaltzustand der Transistoren während einer Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen geeigneter Intensität mit beliebigem Inhalt programmieren. Diese Programmierung ist einfach und billig, da viele Schaltkreise gleichzeitig bestrahlt werden können. Der Programmierungseffekt ist sehr stabil und heilt bei Temperaturen bis zu 125° C nicht aus, wie Lebensdaueruntersuchungen ergeben haben.

Die für die Programmierung nötige Schwellenspannungsverschiebung kann dadurch erreicht werden, daß alle Transistoren im leitenden oder gesperrten bzw. nicht vorgespannten Zustand bestrahlt werden, je nachdem, welcher Zustand die größere Schwellenspannungsverschiebung ergibt, danach erfolgt der Programmiervorgang beim Ausheilen. Bei höheren Temperaturen, z. B. bei 350°C, findet eine Verschiebung bis auf die ursprünglichen Werte der Schwellenspannung vor der Bestrahlung statt. Diese Änderung auf den alten Wert kann jedoch bekannterweise durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung an diejenigen Transistoren, deren Schwellenspannung hoch bleiben soll, verhindert werden. Damit kann also ein beliebiges Muster programmiert werden, wobei der Hersteller alle Bausteine bestrahlen und der Anwender nur die Bausteine unter entsprechender Spannung an den Transistoren auf ca. 350° C erhitzen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl bei N-Kanal- wie P-Kanal- als auch bei komplementären Schaltkreisen mit MOS-, MNOS- oder ähnlichem Aufbau anwenden. Bei komplementären MOS-Schalt kreisen tritt eine Verstärkung des Effekts dadurch ein, daß sich P-Kanal- und N-Kanal-Schwellenspannungen in verschiedenen Richtungen ändern, wie aus den vorstehend angegebenen Literaturstellen hervorgeht,
ίο Im folgenden wird anhand der F i g. 1 bis 4 das für die Programmierung wesentliche Verhalten eines Bausteines mit der Typenbezeichnung CD 4007 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Verlauf der Schwellenspannung l/sin

is Volt [V] in Abhängigkeit von der Bestrahlungsdichte in Elektronen/cm² [e/cm²] für während der Bestrahlung leitende (Kurve 1) bzw. gesperrte (Kurve 2) P-Kanal Transistoren. Es ist schon ab 3-10¹²e/cm² ein Unterschied der Schwellenspannung Δ Us von mindestens 5 V vorhanden.

F i g. 2 zeigt die Stabilität dieser Schwellenspannungsdifferenz AUs bei Temperaturbehandlung für einen während der Bestrahlung leitenden (Kurve !) und für einen während der Bestrahlung gesperrten (Kurve 2) P-Kanal Transistor. Bei Lebensdaueruntersuchungen hat sich gezeigt, daß sich die Schwellenspannung nach 5000 Stunden bei 125°C (max. spezifizierte Temperatur der Bauelemente) nur um es. 2% änderte.

In F i g. 3 ist das Verhalten von N-Kanal Transistoren dargestellt. Die Kurve 1 gilt dabei wieder für den leitenden, Kurve 2 für den gesperrten Zustand während der Bestrahlung. Der hier bei 3 · 10¹² e/cm² auftretende Unterschied der Schwellenspannung beträgt ca. 1,2 V und ist damit gemäß F i g. 1 wesentlich kleiner als bei P-Kanal-Transistoren, ist aber für eine Programmierung durchaus ausreichend. Wie F i g. 4 zeigt, ist diese Schwellenspannungsdifferenz auch relativ hohen Temperaturen stabil. Entsprechende Kurven ergeben sich zur Erklärung der erläuterten Programmierung durch Ausheilung bei erhöhter Temperatur.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Programmierung von Halbleiterfestwertspeichern mit festverdrahteter Logik, insbesondere von MOS-, MNOS-Festwertspeichern, bei dem die Transistoren unter gleichzeitigem Anlegen definierter Spannungen mit ionisierender Strahlung bestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bestrahlung eine Ausheilung bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird und daß während der Ausheilung entsprechend der gewünschten Programmierung an einen Teil der Transistoren eine Vorspannung angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausheilung mit einer Temperatur von etwa 350° C erfolgt.