eng
Выпуск #7/2016
А.Семенов, С.Белостоцкая
Создание элементов однократного программирования для БК серий 5521 и 5529
Создание элементов однократного программирования для БК серий 5521 и 5529
Просмотры: 2084
Рассматривается пример разработки плавких перемычек (ПП) для БК серий 5521 и 5529. Представлены экспериментальные данные полученных образцов ПП.
DOI:10.22184/1993-8578.2016.69.7.48.51
DOI:10.22184/1993-8578.2016.69.7.48.51
Элементы однократного программирования широко востребованы в интегральных схемах, где требуется подстройка электрических параметров или режимов работы после изготовления. Такими микросхемами, как правило, являются источники опорного напряжения, ПЛИС и ПЗУ. Наличие сложного функционального блока (СФ-блока) однократного программирования в библиотеке функциональных ячеек базовых кристаллов (БК) серии 5521 и 5529 [1, 2] позволяет увеличить номенклатуру разрабатываемых микросхем и область их применения.
Элементом однократного программирования, или плавкой перемычкой (ПП) называется соединительный элемент, который по умолчанию замкнут накоротко. Для получения требуемой конфигурации схемы часть перемычек при подаче большого тока разрушается (пережигается) и цепь размыкается. Преимуществом элементов однократного программирования является малая занимаемая площадь на кристалле [3].
В НПК "Технологический центр" ведется разработка СФ-блока ПП для применения в БК серии 5521. Данная серия БК изготавливается по радиационно-стойкой КМОП-технологии с нормами 0,18 мкм на объемном кремнии. Напряжение питания составляет 3 В ±10% или 3,3 В ±10%.
При разработке структуры ПП необходимо, чтобы максимальное значение напряжения пережигания ПП не превышало значения допустимого напряжения питания микросхемы.
Для реализации ПП были выбраны имеющиеся в технологии КМОП 0,18 мкм слои металлизации и полицида. В табл.1 представлены параметры тестовых структур ПП, разработанных по КМОП-технологии 0,18 мкм.
Было заложено по два варианта с разной длиной ПП. Ширина ПП выбиралась минимально допустимой. После изготовления тестовых структур были проведены исследования по пережиганию ПП. Результаты представлены в табл.2–5. Конструкции ПП ранее были рассмотрены в [4] и [5].
Фотографии металлических ПП до и после пережигания представлены на рис.1. По результатам контроля электрофизических параметров ПП можно сделать следующие выводы. Металлические ПП имеют большое остаточное сопротивление (более 1 ГОм), что позволяет применять их при подстройке сопротивления в аналоговых блоках и в устройствах однократного программирования. Для пережигания металлических ПП требуется ток около 200–25 мА, коммутация которого требует применения аналоговых ключей на МОП-транзисторах с большим значением ширины канала. Это может стать лимитирующим фактором в случаях, когда имеются ограничения на размер кристалла микросхемы.
Снимки кристаллов кремниевых ПП до и после пережигания представлены на рис.2. Кремниевые ПП имеют остаточное сопротивление 12–20 кОм и небольшие токи пережигания около 10 мА. Для подстройки аналоговых блоков из-за большого разброса остаточного сопротивления и низкого его номинала кремниевые ПП малопригодны. Данные ПП могут найти применение в микросхемах с функцией однократного программирования.
СФ-блок металлической плавкой перемычки был использован при разработке микросхемы супервизора напряжения питания 5521ТР015-710. Матрица из металлических ПП, входящая в состав блока стабилизатора напряжения, с помощью регистра управления дает возможность однократно программировать значение опорного напряжения стабилизатора. На рис.3 представлен фрагмент топологии матрицы металлических ПП в вышеуказанной микросхеме.
Таким образом, анализ экспериментальных данных образцов плавких перемычек подтверждает возможность использования их для однократного программирования в составе микросхем, разрабатываемых на БК серии 5521.
Статья подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки России. Уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI58015X0005.
ЛИТЕРАТУРА
Коняхин В.В., Денисов А.Н., Федоров Р.А., Вильсон А.Л., Бражников С.С., Коновалов В.С., Малашевич Н.И., Росляков А.С. Микросхемы для аппаратуры космического назначения : Практическое пособие / Под общ.ред.Саурова А.Н. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. 388 с.
Гаврилов С.В. Денисов А.Н. Коняхин В.В., Малашевич Н.И. Федоров Р.А. Семейство серии базовых матричных кристаллов // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015. Т. 20. № 5. С. 497–504.
Рабаи Ж.М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования / 2-е изд, пер. с англ. – М.: Вильямс, 2007. 912 с.
William Jeong-Ho Kim, Du-Hwi Kim, Liyan Jin, Pan-Bong Ha, and Young-Hee Kim. Design of 1-Kb eFuse OTP Memory IP with Reliability Considered. Journal of semiconductor technology and science. 2011. Vol. 11. No. 2.
Tonti R. eFuse Design and Reliability. IBM Semiconductor Research and Development Corporation. 1000 River Street, Essex Junction VT 05452.
Элементом однократного программирования, или плавкой перемычкой (ПП) называется соединительный элемент, который по умолчанию замкнут накоротко. Для получения требуемой конфигурации схемы часть перемычек при подаче большого тока разрушается (пережигается) и цепь размыкается. Преимуществом элементов однократного программирования является малая занимаемая площадь на кристалле [3].
В НПК "Технологический центр" ведется разработка СФ-блока ПП для применения в БК серии 5521. Данная серия БК изготавливается по радиационно-стойкой КМОП-технологии с нормами 0,18 мкм на объемном кремнии. Напряжение питания составляет 3 В ±10% или 3,3 В ±10%.
При разработке структуры ПП необходимо, чтобы максимальное значение напряжения пережигания ПП не превышало значения допустимого напряжения питания микросхемы.
Для реализации ПП были выбраны имеющиеся в технологии КМОП 0,18 мкм слои металлизации и полицида. В табл.1 представлены параметры тестовых структур ПП, разработанных по КМОП-технологии 0,18 мкм.
Было заложено по два варианта с разной длиной ПП. Ширина ПП выбиралась минимально допустимой. После изготовления тестовых структур были проведены исследования по пережиганию ПП. Результаты представлены в табл.2–5. Конструкции ПП ранее были рассмотрены в [4] и [5].
Фотографии металлических ПП до и после пережигания представлены на рис.1. По результатам контроля электрофизических параметров ПП можно сделать следующие выводы. Металлические ПП имеют большое остаточное сопротивление (более 1 ГОм), что позволяет применять их при подстройке сопротивления в аналоговых блоках и в устройствах однократного программирования. Для пережигания металлических ПП требуется ток около 200–25 мА, коммутация которого требует применения аналоговых ключей на МОП-транзисторах с большим значением ширины канала. Это может стать лимитирующим фактором в случаях, когда имеются ограничения на размер кристалла микросхемы.
Снимки кристаллов кремниевых ПП до и после пережигания представлены на рис.2. Кремниевые ПП имеют остаточное сопротивление 12–20 кОм и небольшие токи пережигания около 10 мА. Для подстройки аналоговых блоков из-за большого разброса остаточного сопротивления и низкого его номинала кремниевые ПП малопригодны. Данные ПП могут найти применение в микросхемах с функцией однократного программирования.
СФ-блок металлической плавкой перемычки был использован при разработке микросхемы супервизора напряжения питания 5521ТР015-710. Матрица из металлических ПП, входящая в состав блока стабилизатора напряжения, с помощью регистра управления дает возможность однократно программировать значение опорного напряжения стабилизатора. На рис.3 представлен фрагмент топологии матрицы металлических ПП в вышеуказанной микросхеме.
Таким образом, анализ экспериментальных данных образцов плавких перемычек подтверждает возможность использования их для однократного программирования в составе микросхем, разрабатываемых на БК серии 5521.
Статья подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки России. Уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI58015X0005.
ЛИТЕРАТУРА
Коняхин В.В., Денисов А.Н., Федоров Р.А., Вильсон А.Л., Бражников С.С., Коновалов В.С., Малашевич Н.И., Росляков А.С. Микросхемы для аппаратуры космического назначения : Практическое пособие / Под общ.ред.Саурова А.Н. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. 388 с.
Гаврилов С.В. Денисов А.Н. Коняхин В.В., Малашевич Н.И. Федоров Р.А. Семейство серии базовых матричных кристаллов // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2015. Т. 20. № 5. С. 497–504.
Рабаи Ж.М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования / 2-е изд, пер. с англ. – М.: Вильямс, 2007. 912 с.
William Jeong-Ho Kim, Du-Hwi Kim, Liyan Jin, Pan-Bong Ha, and Young-Hee Kim. Design of 1-Kb eFuse OTP Memory IP with Reliability Considered. Journal of semiconductor technology and science. 2011. Vol. 11. No. 2.
Tonti R. eFuse Design and Reliability. IBM Semiconductor Research and Development Corporation. 1000 River Street, Essex Junction VT 05452.
Отзывы читателей
