DE2720976A1

DE2720976A1 - Elektrisch aenderbare verbindung

Info

Publication number: DE2720976A1
Application number: DE19772720976
Authority: DE
Inventors: Leland I Coontz; Morton H Fox
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2350738B3; FR2350738A1; SE420370B; GB1543109A; NL7704928A; JPS52136534A; IT1079654B; US4092733A; SE7704277L

Description

1 BERLIN 93 SMUNCHEN ··

Dr. RUSCHKE & PARTNW₇ PATENTANWÄLTE* ^/

T...lon:0S0/·»»« BERLIN - MÖNCHEN

!•!•graann-Adnw·: ^ Τ·Ι·βη»»-Α*··»·:

Quadratur Baffin «> Quadratur München TELEX: 1t37H TELEX:

M 3819

McDonnell Douglas Corporation, Long Beach, California 90846, V. St. A.

Elektrisch änderbare Verbindung

709846/1123

Die vorliegende Erfindung betrifft clv.!-. Gebiet der Mikroelektronik und insbesondere einen elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Schalter zur Verwendung beim wahlweisen Verbinden von auf einem Plättchen ausgebildeten Mikroschaltelementen.

Die U3-P3 3.940.740 beschreibt ein vielseitig einsetzbares Verfahren zur Darstellung umkonfigurierbarer mikroelektronischer Schaltungsanordnungen unter Verwendung einer dauerhaft änderbaren, aber nichtflüchtigen Schalteinrichtung. Diese Patentschrift befaßt sich im wesentlichen mit der Anwendung einer solchen Anordnung, beschreibt aber die Einzelheiten des Aufbaus derselben nicht ausführlich.

Die Fähigkeit, die in der oben beschriebenen US-Patentschrift beschriebene beliebige und vollständig auf dem Plättchen stattfindende Verbindung von Schaltungselementen zu erreichen, wurde bisher belastet durch den Mangel einer wirtschaftlichen Schalt- j anordnung, die ein Verbinden der betrieblich zu verschaltenden j Mikroschaltungselemente auf dem Plättchen und das Abtrennen j fehlerhafter Elemente erlaubt. Versuche, MNOS-Transistören (Metall Nitride Oxide ^Semiconductors) für diese Verbindungsfunktion einzusetzen, haben sich infolge der verhältnismäßig hohen Impedanz dieser Anordnung als erfolglos erwiesen. Wenn eine Anzahl von Mikroschaltungselementen zu einer Kette zusammengeschaltet wurden, dämpft der Reihenwiderstand der MNOS- -Transistoren das Nutzsignal auf unzulässig geringe Werte.

709846/1123

Die US-PS 3.660.827 zeigt eine "bistabile elektrische Schaltung wie bspw. ein Flipflop mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Gatt-Elektrode als nichtflüchtige Speicherelemente. Vergleichbare Anordnungen sind in den US-PSn 3.636.530, 3·54-9·911 und 3.500.14-2 offenbart.

Im allgemeinen wurden solche bistabilen Schaltungen hauptsächlich als nützlich für nichtflüchtige Elemente eines Rechnerspeichers betrachtet. Keine der oben genannten Druckschriften legt die Verwendung solcher bistabilen Schaltungen in einer elektrisch aktiven Verbindungsanordnung nahe, um wahlweise mikroelektronische Schaltungen miteinander zu verbinden, die auf dem gleichen Plättchen wie die bistabilen Anordnungen ausgebildet sind.

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrisch änderbare nichtflüchtige Verbindungseinrichtung, mit der ein leitender Pfad wahlweise zwischen Mikroschaltungselementen auf einem Plättchen hergestellt und geöffnet werden kann und bei dem der gewünschte Leit- oder Sperrzustand während der anfänglichen Setzphase eines Betriebszyklus gesetzt und danach während einer Betriebsphase auf unbestimmte Dauer erhalten bleibt, bis er während einer nachfolgenden Löschphase geändert wird. Diese Einrichtung weist eine nichtflüchtige und elektrisch änderbare bistabile Speicheranordnung, deren Zustand während der anfänglichen Setzphase durch ein angelegtes, extern erzeugtes Signal bestimmt wird, um während der Betriebsphase ein Aufschaltsig-

709846/1123

nal zu erzeugen, sowie eine an die Mikroschaltungselemente gelegte Schaltstufe auf, die auf das Aufschaltsignal ansprechend den Leitwert zwischen diesen Elementen bestimmt, wobei die nichtflüchtige, elektrisch änderbare bistabile Speichereinrichtung und die Schaltstufe auf dem gleichen Plättchen wie die Mikroschal tungselemente ausgebildet sind.

Zusätzlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, tun wahlweise den Leitzustand einer elektrischen Schaltstufe zu bestimmen, die zwischen auf einem Plättchen ausgebildeten Mikroschal tungselementen angeordnet ist, indem man auf dem Plättchen einen elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher, eine betrieblich an den Speicher angeschlossene bistabile Anordnung und sowie eine betrieblich an die bistabile Anordnung und zwischen die Mikroschaltungselemente geschaltete Schaltstufe ausbildet, wobei der Speicher und die bistabile Einrichtung jeweils einen der Leitung und einen der Nichtleitung zugeordneten Zustand aufweisen, den gewünschten Zustand der bistabilen Anordnung während einer anfänglichen Setzphase setzt, indem man an einen ihrer Anschlüsse ein vorbestimmtes, einem der zwei möglichen Leitungszustände der Schaltstufe zwischen den Mikroschal tungselementen, zugeordnetes Signal legt, in den elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher während der anfänglichen Setzphase den gewählten Zustand der bistabilen Anordnung ein- ι liest, den Zustand der bistabilen Anordnung während einer nach- J folgenden Betriebsphase setzt, indem man an die bistabile Anord nung den Zustand legt, der in den elektrisch änderbaren nicht-

709846/1123

flüchtigen Speicher während der anfänglichen Setzphase eingelesen und dort gespeichert worden war, aus der bistabilen Anordnung ein Durchschaltsignal erzeugt, das dessen Zustand anzeigt, und das Durchgeholt ■-i gnal an die Schaltstufe anlegt, um dessen Leitungszustand zu bestimmen.

Es hat sich herausgestellt, daß man durch Verbinden von MNOS- -Elementen mit aktiven Treiberschaltungen derart, daß der Treiber entweder eingeschaltet (Signal geht mit Verstärkung durch) oder gesperrt (extrem hohe Impedanz gegen das Signal) wird, die zuvor mit MNOS-Elementen einhergehenden Verbindungsprobleme auf wirtschaftliche Weise umgehen kann. Die Nichtfluchtigkeit der MNOS-Elemente gewährleistet dabei, daß die Verbindung, nachdem sie hergestellt worden ist, unbegrenzt erhalten bleibt, bis sie elektrisch absichtlich geändert wird.

Während einer anfänglichen Setzphase wird der gewünschte Leitungszustand der bistabilen Anordnung durch Anlegen eines elektrischen Signales an dieselbe aufgeprägt. Danach, d.h. ebenfalls während der Setzphase, wird der gewünschte Zustand in die MNOS-Speicherlemente gesetzt, um ein Arbeiten nichtflüchtiger Art zu bewirken. Während einer Arbeitsphase wird danach der Zustand der bistabilen Anordnung hergestellt und durch die in der MNOS-Speicheranordnung gespeicherte Information beibehalten. Die bistabile Anordnung erzeugt Signale, die anzeigen, in welchem ihrer zwei Zustände sie sich befindet, und diese Signale werden dazu benutzt, die Schaltstufe bzw. den Treiber aufzuschalten,

709846/1123

durch den die Verbindung hergestellt wird.

Die Verbindungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird auf dem gleichen Substrat und zur gleichen Zeit ausgebildet wie die zu verbindenden Schaltungen. Die Aktivierung einer bestimmten Verbindung erfolgt durch Anlegen elektrischer Signale an Anschlüsse des Plättchens. Die Verwendung der Verbindung nach der vorliegenden Erfindung macht es möglich, extrem große Aggregate mikroelektronischer Elemente herzustellen, indem man betriebsfähige Elemente in einer gewünschten Konfiguration miteinander verbindet.

Die vorliegende Erfindung läßt sich daher als ein Mittel ansehen, das die Verwendung redundanter Schaltungsanordnungen implementiert, so daß fehlerhafte Elemente weggeschaltet und durch betriebsfähige Elemente ersetzt werden können. Das Gesamtergebnis ist, daß tausende von mikroelektronischen Schaltungselementen auf einem einzelnen Plättchen mit sehr hoher Zuverlässigkeit miteinander verbunden werden können, so daß der Ertrag an integrierten Schaltungen im Plättchenmaßstab auf ein wirtschaftlich attraktives Niveau gehoben wird.

Zusätzlich dazu, daß sie die Integration im Plättchenmaßstab ("waferscale integration") erlaubt, erleichtert die Verbindung nach der vorliegenden Erfindung in hohem Maß eine rechnergestützte Umordnung der Elemente auf dem Plättchen, wie sie bei adaptiven, Mehrfachmoden- oder selbstreparierenden Schaltungen

709 84 6/1123

erforderlich ist.

Bei der Selbstreparatur tertet ein Rechner die Elemente des Systems auf dem Plättchen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten. Entdeckt er ein Element, dessen Leistung aus vorbestimmten Grenzen herausfällt, erzeugt er elektrische Signale an die Verbindungsschaltungen, so daß das fehlerhafte Element aus dem System hinausgeschaltet und Ersatz für es in das System eingeschaltet wird.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Verwendung elektrisch gesteuerter Verbindungen zur großmaßstäblichen Integration von auf einem Plättchen ausgebildeten Mikroschaltungselementen zeigt;

Fig. 2a ist eine Schnittdarstellung eines MOS-Transistors nach dem Stand der Technik, wie er auch in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2b zeigt das zur Darstellung des MOS-Transistors verwendete Symbol;

Fig. 3a ist eine Schnittdarstellung eines MNOS-Transistors nach dem Stand der Technik, v/ie er auch in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3b zeigt das zur Darstellung des MNOS-Transistors verwendete Symbol;

Fig. 4 ist ein Schaltungsdiagramm eines nichtinvertierenden aktiven Schalters zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

709846/1123

Pig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm eines nichtflüchtigen Speicherschalters, wie er in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm der Spannungsverläufe der nichtflüchtigen Speicherschalter nach der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, das die Verwendung elektrisch gesteuerter Verbindungen zum Aufbau großmaßstäblich integrierter mikroelektronischer Schaltungen zeigt, die auf einem Plättchen 10 ausgebildet sind. In diesem besonderen Beispiel handelt es sich um 64-Bit-Schieberegistereinheiten 12. Eine Schaltergruppe 14 wird auf dem Plättchen 10 gleichzeitig mit den Einheiten 12 ausgebildet.

Die ochieberegistereinheit 12 und die Schaltergruppe 14 sind zu einem gestrichelt umrisoenen Block zusammengefaßt, der sich über die Fläche des Plättchens 10 wiederholt. Die Verwendung eines solches sich wiederholenden Musters aus Mikroschaltungselementen ergibt eine größere Zuverlässigkeit und geringere Kosten. In einigen Fällen können die Vorrichtungen für die Herstellung des Grundblocks in einem Schrittschalt-Wiederholungsdruckverfahren ("step and repeat print process") eingesetzt werden.

Wenn die Ausbildung der Einheiten 12 und Schaltgruppen 14 aiii dem Plättchen beendet ist, wird inan normalerweise bestimmte der

709846/1123

Einheiten - in Fig. 1 durchkreuzt dargestellt - für fehlerhaft befinden, während andere der Arbeitseinheiten 12 betriebsfähig sind. Um die fehlerhaften Einheiten aus der Kette herauszunehmen und betriebsfähige in die Kette einzufügen, werden die verschiedenen Schalter in den Schaltergruppen 14 aktiviert. Diese Schalter sind nach der vorliegenden Erfindung elektrisch änderbar, und wenn sie geändert worden sind, liegen die betriebsfähigen Einheiten in Reihe miteinander und ergeben in dem vorliegenden Beispiel ein 256-Bit-Schieberegister. Ist ein 256-Bit-Schieberegister erwünscht und wurde eine größere Anzahl 12 betriebsfähig befunden, braucht nur die erforderliche Anzahl - hier vier - in die Schaltung eingeschaltet zu werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft lediglich die Schalter, die die Schaltergruppe 14 ausmachen, nicht die spezielle Konfiguration der mikroelektronischen Schalteinheit 12, die miteinander zu verbinden sind. Die Fähigkeit, eine Schaltergruppe auf dem Plättchen 10 zur gleichen Zeit und nach dem gleichen Verfahren auszubilden v/ie die mikroelektronischen Elemente 12, die miteinander verbunden werden sollen, ist ein zentraler Punkt der vorliegenden Erfindung. Diese Fähigkeit zur Umordnung auf zuverlässige Weisung und mit sinnvollen Leistungsniveaus ist erst seit kurzem mit der Entwicklung von MOS- und MNOS-Transistören möglich geworden.

Die Fig. 2 - inkl. die Fig. 2a und 2b - zeigen einen aus dem Stand der Technik bekannten typischen MOS-Transistor. Die Fig.

709846/1123

2a ist dabei eine Schnittdarstellung, die den Aufbau des MOS-Transistors 20 zeigt, während die Fig. 2b die in Fig. 4 und zur Darstellung des in der Fig. 2a gezeigten Aufbaus benutzten Symbole erläutert.

Der MOS-Transistor 20 ist auf einem Substrat aus N-Silizium ausgebildet. Zwei Bereiche 24,26 aus P-Material sind durch Diffusion oder ein ähnliches Verfahren im Substrat ausgebildet. Diese P-Bereiche 24,26 sind mit einer Oxidschicht 28 abgedeckt, die ihrerseits teilweise mit einer Elektrode 30 aus leitfähigem Material - bspw. Aluminium- über im wesentlichen den die P-Bereiche 24,26 trennenden N-Bereich abgedeckt sind. Einer der P-Bereiche 24,26 wird als Emitter (Source)-Bereich bezeichnet, der andere als Kollektor(Drain)-Bereich. Die Elektrode ist das Gatt (Gate). Die Zuleitungen 32, 34- können an die P- -Bereiche 24 bzw. 26 angebracht sein; alternativ können metallische Überzüge auf dem Substrat 22 als Elektroden dienen. Eine Zuleitung 36 ist für die Gattelektrode 30 vorgesehen.

Wie bekannt,wird der Ausdruck "Gatt" bzw. "Gate" weithin in der Technik verwendet, um die Steuerelektrode eines MOS-Tran-εί. fcux· zn kennzeichnen. Diese Elektrode ist in der Fig. 2b als umgekehrt T-förmiger Teil 38 des Symbols gezeigt. Weiterhin werden in der Technik bestimmte Anordnungen als UND-Glieder, ODER-Glieder bzw. einfach Glieder oder Schaltstufen bezeichnet.

709846/1123

Legt man eine positive Spannung an die Gattelektrode 30, ist der Widerstand zwischen den Emitter- und Kollektoranschlüssen 32, 34 sehr hoch; in der Tat besteht zwischen ihnen keine Verbindung. Wird die Spannung am Gatt 30 negativer, baut sich ein negatives Feld im N-Bereich auf, das den Widerstand zwischen den Emitter- und Kollektoranschlüssen 32, 34- erheblich senkt, so daß im Effekt eine Verbindung zwischen den Leitungen 32, entsteht. Die Spannung, bei der der MOS-Transistor zu leiten beginnt, wird als Schwellspannung bezeichnet.

Die Fig. 3a zeigt den Aufbau eines MNOS-Transistors 40 im Querschnitt. Wie der oben in Fig. 2a beschriebene MOS-Transistor ist der MNOS-Transistör der Fig. 3 auf einem Substrat 42 aus N-Silizium ausgebildet. Zwei P-Bereiche 44, 46 sind auf dem Substrat 42 durch Diffusion oder ein anderes Verfahren ausgebildet. Eine dünne Schicht 48 eines Oxids ist auf das Substrat aufgebracht und liegt über Teilen beider P-Bereiche 44, 46. Im Gegensatz zum MOS-Transistor weist der MNOS-Transistor jedoch weiterhin eine Schicht 50 aus Siliziumnitrid auf, die sich zwischen der Oxidschicht 48 und einer leitenden Gattelektrode 52 befindet.

Der MNOS-Transistor 40 unterscheidet sich weiterhin von dem oben beschriebenen MOS-Transistor 20, daß er mit einer zusätzlich Elektrode 60 versehen ist, die am Substrat 42 liegt und an die man eine Vorspannung legt, die die Leitschwelle des ; MNOS-Transistors verändert. Legt man eine sich ändernde Spannung

709846/1123

an die Leitung 62, v/andern "Löcher" in den Grenzschichtbereich den Transistors und verschieben damit seine Schwellspannung. Eine durch Anlegen einer opannung an die Elektrode 60 verursachte Verschiebung der Schwelle bleibt also auch dann erhalten, nachdem die Spannung wieder abgenommen worden ist. Es ist die opannung über der Siliziumnitridschicht, die diese Verschiebung der Schwellspannung bewirkt. Die Schwellspannung wird von der Spannung über der Siliziumnitridschicht im wesentlichen nicht beeinflußt, wenn diese weniger negativ als ein vorbestimmter Wert ist.

Die opannung über der Siliziumnitridschicht hängt von der Spannung am Emitter und am Kollektor ab. Wenn bspw. der Emitter auf -20 V und eine Spannung von -30 V an der Leitung 66 liegen, beträgt die wirksame Spannung ν¹' r aor Siliziumnitridschicht nur -10 V und reicht u.U. nicht aus, um die Schwelle wesentlich zu verschieben. Wenn andererseits der Emitter auf Massepotential liegt, erscheinen über der Siliziumnitridschicht die vollen -30 V, so daß die Schwe11 spannung sich ändert. Dieses Prinzip ist wesentlich für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Wie unten ersichtlich werden wird, erteilt die Fähigkeit zur Schwellwertverschiebung dem MNOS-Transistör eine "Speicher"-Fähigkeit, die in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die unten beschrieben wird, ausgenutzt wird.

Die Fig. 3b zeigt das in der Technik zur Bezeichnung eines MNOS-Transistors verwendete Symbol. Das Gatt 64 ist wie beim

709846/1 123

Gatt des MOS-Transistors als umgekehrtes T gezeigt. Ein Pfeil 66 bezeichnet die die Schwellspannung verschiebende Elektrode 60 sowie deren Zuleitung 62.

Die Fig. 4- zeigt einen nichtinvertierenden aktiven Schalter zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Schalter hat zwei Zustände. Wenn der Schalter sich im Durchschaltzustand befindet, wird ein an den Eingangsanschluß 72 gelegtes Signal verstärkt auf den Ausgangsanschluß 74 durchgegeben. Befindet der Schalter 70 sich im Sperrzustand, besteht zwischen dem Eingangsanschluß 72 und dem Ausgangsanschluß 7^ keine Verbindung.

Wird eine negative Spannung an den Steueransehluß 76 gelegt, die die Höhe der Schwellspannung übersteigt, wird der MOS- -Transistor 78 leitend; das am Eingangsansehluß 72 liegende Signal geht auf die Gattelektrode des Transistors 82. Indem man das Eingangssignal an das Gatt 80 legt, ändert man den Widerstand der Schaltstufe 82 in einem vom Eingangssignal bestimmten Ausmaß.

Ist das Eingangssignal verhältnismäßig stark und nimmt ab, nimmt die Leitfähigkeit des Transistors 82 zu, so daß der Knotenpunkt 83 gegen Masse geht. Da in der bevorzugten Ausführungsform V_DD verhältnismäßig stark negativ ist, nimmt die Spannung ι am Knotenpunkt 83 daher mit abnehmendem Eingangssignal zu. j Dies zeigt, daß der Transistor 82 als einzelne Verstärkerstufe i

709846/1123

arbeitet, aber den unerwünschten Effekt hat, das Signal zu invertieren. Dieser unerwünschte Nebeneffekt läßt sich durch eine zweite Verstärkerstufe mit einem Transistor 88 beseitigen. Es ist aus der Technik bekannt, daß die Transistoren 84, 86 sich wie nichtohmsche Widerstände verhalten, da ihre Gatts jeweils an eine ihrer anderen Elektroden gelegt sind.

Wird die Spannung am Knotenpunkt 83 positiver, steigt der Widerstand des zweiten Verstärkertransistors 88, so daß die Signalausgangsspannung am Ausgangsanschluß 74 gegen V·^ geht, d.h. negativer wird. Die Schaltung der Fig. 4 arbeitet als nichtinvertierender aktiver Schal bar, dar ein verstärktes Ausgangssignal liefert, wenn man eine verhältnismäßig hohe negative Spannung an die Steuerelektrode 76 legt.

Während die Schaltung der Fig. 4 die Verbindungsfunktion ausüben kann, sofern ein Steuersignal an den Steueranschluß 76 gelegt wird, sind dort keine Vorkehrungen getroffen, um der Situation gerecht zu werden, daß das an den Steueranschluß 76 gelegte Steuersignal ausfällt, während die Anordnung sieb, im Leitzustand befinden soll. In dieser Lage würde die Verbindung zwischen den mikroelektronischen Bauelementen sich öffnen, wenn der Schalter der Fig. 4 öffnet. Dieser Mangel der Schal tung der Fig. 4 läßt sich beheben durch Verwendung der Spei cherschaltung 100, die ausführlich in der Fig. 5 beschrieben ist und das Steuersignal erzeugt.

709846/1123

In der Speicherschaltung 100 der Fig. 5 wird das Steuersignal, das an den Steueranschluß 76 der Fig. 4 gelegt werden soll, am Knotenpunkt 102 erzeugt. Wenn die Herstellung einer Verbindung ohne Verstärkung gewünscht ist, legt man die zu verbindenden Mikroschaltungen an den Emitter und den Kollektor der Transistoren Q11, 104 und Q12, 106. Ist eine Verbindung mit Verstärkung erforderlich, muß das Steuersignal nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an den Anschluß des nichtinvertierenden aktiven Schalters der Fig. 4 gelegt werden. Wie im Fall der Fig. 4 ist V_n^ ein gegen Masse negative konstante Spannung.

Die Sperrschaltung der Fig. 5 v/eist einen Flipflop 108 sowie einen nichtflüchtigen, elektrisch änderbaren Speicher 110 auf.

Während eines vollständigen Arbeitszyklus durchläuft die Speicherschaltung 100 der Fig. 5 nacheinander die folgenden drei Zustände: Speicher setzen, Arbeiten, und Löschen.

Während des Speichersetzens wird der gewünschte Zustand der herzustellenden Verbindung in das Flipflop 108 gesetzt, indem man an Spannung an den Setz- oder den Rücksetzanschluß 112 bzw. 113 des Flipflop::- 108 legt, wie erwünscht.

Danach wird der Ausgangszustand des Flipflops 108 in den nichtflüchtigen, elektrisch änderbaren Speicher eingegeben. Während der Arbeitsphase wird der Zustand des Flipflops 108 von der im

709846/1123

Speicher gespeicherten Information "bestimmt und der Ausgangs- . zustand de ο Flipflops 108 dient dazu die Schaltstufen zu steuern, die die Verbindung herstellen.

Wenn schließlich die Verbindung elektrisch geändert werden soll, kann eine Löschphase eingeleitet ί^ϊθιι, während der der Speicher gelöscht wird.

Wenn die Verbindung hergestellt werden soll, wird der Rücksetzanschluß 114 auf Masse und dann eine erhebliche negative Spannung V^ an den Setzanschluß 112 gelegt. Auf diese Weise wird der Knotenpunkt D, 116, über den Transistor Q7, 118 geerdet, so daß der MNOS-Transistor Q₁M-, 120 leitet, während der MNOS-Transistor Q3, 122 sperrt, da der Transistor Q1, 124 sperrt.

Bei in der Speichersetzphase leitendem Transistor 120 und gesperrtem Transistor 122 liegt der Emitter des Transistors 120 aus Masse, und ist der Emitter des Transistors 122 negativer. Die angelegte Schwellverschiebungsspannung bringt also die Schwelle des Transistors 120 auf einen negativeren Wert als die Schwelle des Transistors 122, wie oben unter Bezug auf die Fig. 3 erläutert.

Das grundsätzliche Konzept der elektrisch änderbaren Verbindung liegt in der Fähigkeit der Flipflopschaltung 108, eine Differenz zu erfassen. Die nichtflüchtigen Nitrid-Speicherelemente liefern die Widerstandsunterschiede, die das Flipflop

709846/1123

während der Arbeitsphase setzen.

Nachdem die Schwellwerte der Transistoren Q3 und Q4, d.h. bzw. 120 gesetzt worden sind, lassen sich die an den Setz- und den Rücksetzanschluß 112 bzw. 114 gelegten Eingangssteuerspannung abnehmen. Da die MNOS-Speichertransistören nichtflüchtig arbeiten, kann auch V_DÜ abgeschaltet werden, da die Speicherzustände der Transistoren Q3> Q4, d.h. 122 bzw. 120, bereits festgelegt sind.

Wenn man zu Beginn der Arbeitsphase die Betriebsspannung in form einer negativen Spannung V^₀ an den Anschluß 126 legt, werden die Kollektoren der MNOS-Transistören Q3 und Q4 (Knoten A, 128 und B, 130 über die Transistoren Q5 und Q6, d.h. 132 bzw. 134, schneller aufwärts gezogen als der Transistor Q9, 136 ihre jeweiligen Gatts aufwärts zieht. Während V-^ gegen seinen endgültigen negativen Wert geht, zieht der niedrigere Widerstand des Transistors Q3, 122 den Knoten G, 138 auf V_DD und schaltet damit den Transistor Q2, 140 durch, der den Transistor Q1, 124 sperrt. Da nun der Transistor Q1 gesperrt ist, kann der Knoten C, 138 auf V-^ gehen, so daß die Verbindung über die Transistoren Q11, Q12, d.h. 104, 106 durchgeschaltet wird.

Während die endgültige Spannung V-^ erreicht wird, ist der Transistor Q3, 122 gesperrt, der Transistor Q4, 120 durchgeschaltet. Während also die Verbindung durchgeschaltet ist, wird

709846/1123

der Speicherinhalt in den Transistoren Q3» Q4, d.h. 122 bzw. Ί20, fortwährend durch die Aufrechterhaltung der Schwellwertunterschiede zwischen den beiden Speichertransistoren Q3, Q4, d.h. 122 bzw. 120, aufgefrischt.

Um die gewünschte Verbindung anfänglich herzustellen oder sie später zu ändern, muß zunächst der Steuerspeicher gelöscht werden. Hierzu legt man Vj.j.an Masse, um zu gewährleisten, daß mindestens einer der Knoten G, 138 oder D, 116 auf Masse liegt. Die Transistoren Q7 und Q8, d.h. 118, 132 werden aufgetastet, um die Knoten C und D, d.h. 138 bzw. 116 nach Masse zu entladen. Sodann, werden die isolierten Substrate der Transistoren Q3 lind Q4, d.h. 122 bzw. 120, auf V_DD gezogen und die Transistoren Q3, Q4, d.h. 122, 120 gelöscht. Die Löschphase wird abgeschlossen, indem man die Transistoren Q7, Q8 118, 142 sperrt und den Knoten G 144 offenschaltet. Da die Löschphase nunmehr abgeschlossen ist, kann die Speichersetzphase der Schaltung eingeleitet werden.

Das Zeitsteuerdiagramm der Fig. 4 basiert unmittelbar auf der obigen Beschreibung der Arbeitsweise der Speicherschaltung der Fig. 5· Die Fig. 6 faßt lediglich die obige Beschreibung zusammen und stellt sie graphisch dar. In der Fig. 6 stellen die durchgezogenen Linien die Spannungsverläufe in der Schaltung dar, die dem Leitzustand der Verbindung zugeordnet sind. Die gestrichelten Linienzüge der Fig. 6 zeigen die Spannungsverläufe im alternativen Sperrzustand der Verbindung.

709846/1123

Es ist also eine elektrisch änderbare nichtflüchtige Verbindungsschaltung mit einer nichtflüchtigen, elektrisch änderbaren bistabilen Speicheranordnung und einer Schaltstufe beschrieben worden. Die Schaltstufe enthält einen aktiven elektronischen Schalter, der in der bevorzugten Ausführungsform das durch die Verbindung laufende Signal verstärkt. In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform weist die nichtflüchtige elektrisch änderbare bistabile Speicheranordnung einen nichtflüchtigen elektrisch änderbaren Speicher auf, der betrieblich der bistabilen Anordnung so zugeordnet ist, daß während einer Setzphase des Arbeitszyklus elektrische Signale, die den erwünschten Leitzustand darstellen, auf die bistabile Anordnung gegeben werden, um in den nichtflüchtigen Speicher eingelesen zu werden. Während einer nachfolgenden Arbeitsphase dient die Leitzustandsinformation, die in den nichtflüchtigen Speicher eingelesen wurde, dazu, um den Zustand der bistabilen Anordnung zu bestimmen. Während der Arbeitsphase wird der nichtflüchtige Speicher von der bistabilen Anordnung fortwährend aufgefrischt.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Schaltstufe einen MOS-Transistor auf, der das Signal nicht verstärkt. In der bevorzugten Ausführungsform werden alle diese Elemente der Verbindung auf dem gleichen Substrat ausgebildet wie die zu verbindenden mikroelektronischen Elemente. Weiterhin ist ein Verfahren beschrieben worden, das nützlich ist für die Verwendung mit der Verbindungsanordnung, um diese zu aktivieren und zu deaktivieren.
Cl/Za 709846/1123

Claims

Patentansprüche

1. Elektrisch änderbare nichtflüchtige Verbindung3anordnung, mit der sich ein leitender Pfad zwischen auf einem Plättchen ausgebildeten Mikroschaltungselementen wahlweise herstellen und öffnen läßt, wobei der gewünschte Leit- bzw. Sperrzustand während einer anfänglichen Setzphase eines Arbeitszyklus gesetzt und danach während eines Arbeitszyklus für unbestimmte Dauer aufrechterhalten wird, bis er während einer Löschphase aufgehoben wird, gekennzeichnet durch eine nichtflüchtige, elektrisch änderbare bistabile Speicheranordnung, deren Zustand während der anfänglichen Setzphase durch ein extern erzeugtes und an diese angelegtes Signal hergestellt wird, um während der Arbeitsphase ein Aufschaltsignal zu erzeugen, und durch eine an die Mikrοschaltungselemente angeschlossene Schaltstufe, die auf das Aufschaltsignal ansprechend den Leitzustand zwischen diesen Elementen bestimmt, wobei die nichtflüchtige, elektrisch änderbare bistabile Speicheranordnung und die Schaltstufe auf dem gleichen Plättchen wie die Mikroschaltungselemente ausgebildet sind.

2. Elektrisch änderbare nichtflüchtige Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Anordnung einen nichtflüchtigen, elektrisch änderbaren Speicher, in den während der anfänglichen Setzphase Informationen eingeiesen werden, die den gewünschten Zustand de-

709846/1 123

finieren, sowie eine bistabile Schaltung aufweist, deren Zustand während der Arbeitsphase durch die in dem elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Information bestimmt ist, um während der Arbeitsphase ein Aufschaltsignal zu erzeugen.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der anfänglichen Setzphase der Zustand der bistabilen Anordnung durch ein extern erzeugtes, an diese angelegtes Signal bestimmt wird und bei der die während der anfänglichen Setzphase in das elektrisch änderbare nichtflüchtigen Speicher eingelesene Information den Zustand der bistabilen -Anordnung anzeigt.

4-, Verbindungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekenn zeichnet, daß der elektrisch änderbare nichtflüchtige Speicher während einer nachfolgenden Löschphase löschbar ist.

5. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch änderbare nichtflüchtige Speicher weiterhin einen MNOS-Transistor aufweist.

6. Verbindungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsanordnung »nfl die Mikroschaltungselemente in einem gemeinsamen Verfahren auf dem gleichen Plättchen ausgebildet worden sind.

709846/1123

7· Verbindungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe weiterhin eine aktive Einrichtung aufweist, um die Impedanz des leitenden Ffads zu verringern.

8. Verfahren zur wahlweisen Bestimmung des Leitzustands einer elektrischen Schaltstufe, die zwischen die auf einem Plättchen ausgebildeten Mikroschaltungselemente eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Plättchen einen elektrisch änderbaren, nichtflüchtigen Speicher, eine betrieblich mit dem Speicher verbundene bistabile Schaltung und eine betrieblich mit der bistabilen Anordnung verbundene und zwischen die Mikroschaltungselemente geschaltete Schaltstufe ausbildet, wobei der Speicher und die bistabile Anordnung jeweils einen der Leitung und einem der Sperrung zugeordneten Zustand aufweisen, den gewünschten Zustand der bistabilen Anordnung während einer anfänglichen Setzphase setzt, indem man an einen der Anschlüsse derselben ein vorbestimmtes, einem gewählten der beiden möglichen Leitungszustände der Schaltstufe zwisehen den Mikroschaltungselementen zugeordnetes Signal legt, in den elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher während der anfänglichen Setzphase den gewählten Zustand der bistabilen Anordnung einliest,

den Zustand der bistabilen Anordnung während einer nachfolgenden Arbeitsphase setzt, indem man an die bistabile Anordnung den Zustand legt, der während der anfänglichen

709846/1123

oetzphase in den elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher eingelesen und dort gespeichert worden war, aus der bistabilen Anordnung ein deren Zustand anzeigendes Schaltsignal erzeugt und

das Schaltsignal an die Schaltstufe legt, um deren Leitzustand zu bestimmen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet dadurch, daß man den elektrisch änderbaren nichtflüchtigen Speicher in einer nachfolgenden Löschphase des Arbeitszyklus durch Anlegen eines Löschsignals löscht.

709846/1123