Brevet FR2660795A1 — publié le 19911011

CIRCUIT DE DETECTION DE FUSIBLE La présente invention a pour objet un circuit de détection de fusible à claquage vertical d'oxyde. Les fusibles sont utilisés dans les circuits intégrés, par exemple pour la définition de fonctions ou de chemins d'accès, ou comme fonction de verrouillage d'accès dans des circuits sécurisés Ils ont deux états possibles: l'état initial, intact, l'état final irréversible, claqué. Les fusibles actuellement utilisés dans les circuits intégrés peuvent être réalisés: en métal Ils présentent alors l'inconvénient de pouvoir être court-circuités. en polysilicium Ils présentent alors l'inconvénient de pouvoir se reconstituer ultérieurement. à base de 2 cellules EEPROM Les cellules vierges sont dans un même état inconnu; l'une peut-être seulement effacée, l'autre seulement programmée le claquage est obtenu par exemple en commandant la programmation de la double cellule; comme une seule cellule peut-être programmée, la sortie OR combinée des deux cellules change d'état Mais un tel circuit prend beaucoup de place. à partir d'une cellule EEPROM, dont le claquage consiste à volatiliser son oxyde tunnel par l'envoi par exemple d'un ou plusieurs fronts très raides de programmation. Mais les circuits d'écriture et de lecture sont alors complexes et un tel fusible est encombrant. On connaît l'association d'une zone d'oxyde très mince à un transistor, le but de la zone d'oxyde étant de faire changer d'état le transistor: une telle utilisation est décrite dans la demande de brevet US 4,701,780 Cette utilisation est sensiblement équivalente à celle d'une cellule EEPROM à claquage d'oxyde tunnel. Dans l'invention, on utilise seulement la capacité, c'est à dire une zone d'oxyde très mince, pour réaliser un fusible L'épaisseur d'oxyde du fusible est par exemple de 80 Ac Le champ électrique nécessaire au claquage est alors de l'ordre de 20 mv/AQ. En pratique, une tension de claquage de 17 volts appliquée aux bornes de la capacité suffit Cette tension de claquage est appliquée par exemple classiquement par un transistor commandé par le signal de claquage La tension de claquage provient soit d'une pompe de charge interne, qui, à partir de la tension d'alimentation 5 volts du circuit intégré, produit une telle tension de claquage, soit d'un plot externe, avec alors protection ESD pour éviter un mauvais fonctionnement. Un tel fusible est l'équivalent d'une capacité à l'état initial Il est l'équivalent d'une résistance à l'état claqué On ne peut donc utiliser des circuits de détection de fusibles connus. En effet, dans le cas de fusibles en métal ou polysilicium, leur état initial est équivalent à une résistance et leur état claqué est équivalent à un circuit ouvert: les états à détecter sont différents de ceux du fusible à claquage d'oxyde; le principe de détection ne peut donc être le même. Dans le cas de cellules EEPROM, le circuit de détection est un détecteur du courant circulant dans la cellule Il ne peut s'appliquer à un fusible à claquage vertical d'oxyde non associé à une telle cellule EEPROM. Dans l'invention, on utilise dans le circuit de détection d'un fusible, un second fusible qui ne peut être claqué: ce second fusible est donc toujours dans l'état initial Un circuit de référence de tension associé à chacun des fusibles impose alors une tension de référence dont le niveau est fonction de l'état du fusible. Les deux tensions de référence sont ainsi appliquées aux deux entrées d'un comparateur différentiel Si les 2 fusibles sont dans le même état initial, les deux tensions de référence sont égales La sortie S du comparateur est par exemple de 5 volts Si le premier fusible est claqué, les deux tensions de référence ne sont plus égales et la sortie du comparateur bascule à O volt. Ainsi l'invention a pour objet un circuit de détection d'un fusible à 2 états possibles, du type à claquage vertical d'oxyde, caractérisé en ce qu'il comporte un second fusible à 1 seul état possible du même type, chaque fusible comportant en parallèle entre la masse et un point d'entrée d'un comparateur différentiel, un circuit de référence de tension. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Dans ces figures, la figure 1 est un schéma de principe d'un circuit de détection selon l'invention. la figure 2 est un exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention. La figure 1 est un schéma de principe d'un circuit selon l'invention. Un comparateur différentiel COMP a deux entrées el, e 2, une sortie S, et une référence de tension propre refc. Un fusible fusi et un fusible fus 2 ont chacun leurs deux bornes reliées l'une à la masse, l'autre à un noeud respectivement Ai, A 2. Un transistor MOS Tfi, respectivement Tf 2, est placé en série entre le noeud Ai, respectivement A 2, et un noeud Cil, correspondant à l'entrée el du comparateur, respectivement C 2, correspondant à l'entrée e 2. Entre la masse et respectivement le noeud Cl, C 2, on a un circuit de référence de tension refl, ref 2. En série entre un circuit de claquage CLAQ et le noeud Ai, est placé un transistor MOS Tcl de claquage du fusible fusl Dans l'exemple il est de type N, natif, avec une tension de seuil très légèrement supérieure à O volts, de l'ordre de 200 mv Sa grille Gcl et sa source Scl sont commandées par le circuit de claquage Son drain Dcl est relié au noeud Ai C'est le transistor Tcl qui, sur une commande de claquage, amène la tension de claquage Vpp sur la borne Ai du fusible fusl: le transistor Tcl est alors équivalent à un court-circuit. En série entre la masse et le noeud A 2, est placé un transistor MOS Tc 2 Le transistor Tc 2 est technologiquement identique au transistor Tcl Il est dans l'exemple natif, avec une tension de seuil très légèrement supérieure à O volts, de l'ordre de 200 mv. Sa grille Gc 2 et sa source Sc 2 sont reliées à la masse il est toujours bloqué Son drain Dc 2 est relié au noeud A 2. La sortie S du comparateur est rebouclée sur une entrée d'une porte logique NAND L'autre entrée de la porte NAND est une commande de claquage Cfus du fusible fusi La sortie de la porte NAND est reliée au circuit de claquage, qu'elle commande La sortie de la porte NAND est aussi reliée au noeud B aux grilles des transistors Tfl et Tf 2. Les transistors Tf 1 et Tf 2 permettent d'empêcher la lecture de l'état du fusible fusi pendant le claquage de ce fusible, pour que le comparateur ne donne pas une information de sortie S erronée pendant le changement d'état du fusible En effet, pendant le changement d'état, il faut que les noeuds Cl et C 2 restent à un même potentiel identique, pour que la sortie S du comparateur ne bascule pas et interdise alors le claquage du fusible fusl par contre-réaction de la sortie de la porte NAND. Le rôle des transistors Tc 2 et Tf 2 est, comme on le verra dans la suite, d'avoir les 2 entrées el et e 2 du comparateur à un potentiel le plus identique possible, quand le fusible fusl n'est pas claqué: pour que ces tensions en el et en e 2 soient identiques, il faut que les circuits qui définissent ces tensions soient identiques. Quand le fusible fusl n'est pas claqué, fus 2 étant dans le même état, les deux fusibles sont chacun équivalent à une capacité Les deux fusibles étant dans l'invention technologiquement identiques, leurs capacités équivalentes sont de valeurs identiques Les circuits de référence ref 1, ref 2 sont aussi technologiquement identiques dans l'invention: à l'entrée du comparateur, les tensions el, e 2 deviennent chacune égale à la tension de référence Vrefl = Vref 2 fournie par les circuits de référence de tension ref 1, ref 2 associés aux fusibles fusi, fus 2. Quand le fusible fusl est claqué, il est équivalent à une résistance il appelle un certain courant qui est fourni par le circuit de référence de tension associé, refl: la tension de sortie du circuit de référence de tension refl, au noeud Cl, est alors tirée vers la masse Le noeud Ci qui correspond à l'entrée el du comparateur prend donc une valeur proche de O volt, en fonction de la valeur de la résistance équivalente du fusible fusl claqué et du courant que peut fournir le circuit de référence de tension refl. L'autre entrée e 2 du comparateur est, quant à elle, toujours égale à Vref 2: la sortie S du comparateur va donc basculer. Ainsi, l'utilisation d'un circuit de référence de tension en parallèle sur chacun des fusibles, et d'un comparateur différentiel permet une détection simple de l'état du fusible fusl. Cette détection est d'autant plus fiable que l'ensemble des circuits associés à chaque entrée du comparateur est le plus identique possible sur chaque entrée. On a vu que la porte NAND permettait d'isoler le circuit de détection pendant le claquage du fusible fusl Elle permet aussi d'empêcher des fraudeurs, quand le fusible est déjà claqué, de mettre une tension de claquage sur le fusible fusl d'une valeur telle que l'on ait à nouveau une tension el égale à Vrefl Le fusible fusl serait vu, des circuits en aval de lui et pour lesquels la détection est justement faite, comme étant non claqué Une telle sécurité est nécessaire notamment pour les fonctions de verrouillage d'accès, et surtout quand la tension de claquage Vpp est fournie sur un plot externe. Enfin, le comparateur est commandé par un circuit de référence de tension interne refc, qui délivre une tension de référence Vcomp et qui permet de s'affran- chir des fluctuations de la tension d'alimentation Vcc, qui pertuberaient le fonctionnement du comparateur. Le circuit de détection est alors doublement isolé de l'alimentation: d'abord par le circuit de référence interne refc, et ensuite par le comparateur différentiel, qui déclenche uniquement sur une différence de tension e 2-el, chaque branche de circuit associée à e 2 et el étant parfaitement identique selon l'invention. La figure 2 est un exemple de réalisation d'un circuit de détection selon l'invention. Le fusible fusl est connecté entre la masse et un noeud Al Ce noeud Ai est connecté à la source Sf 1 d'un transistor de type N, Tfl Ce transistor monté en série avec le fusible, permet d'isoler le comparateur du fusible, le temps de l'opération de claquage, en le mettant en circuit ouvert (Tfl non-conducteur) par la commande imposée sur sa grille Gfi reliée au noeud B. Le drain Dfl est relié au noeud Ci de sortie d'un circuit de référence de tension refl. Le circuit de référence de tension refi comporte dans l'exemple: une première branche entre Vcc et le noeud Cl comportant trois transistors Ti, T 2 et T 3 montés en série. Le transistor Tl agit comme un interrupteur qui amène ou non la tension Vcc sur la source du transistor T 2 de type P La grille du transistor Tl de type P est commandé par un signal de commande de tension H La source du transistor Tl est connectée à Vcc Dans ces conditions, le transistor Tl est équivalent à un interrupteur fermé, quand le signal H est mis au O volt Quand le signal H est à 5 volts, le transistor Tl est équivalent à un circuit ouvert Le drain du transistor Tl est connecté à la source du transistor T 2 Le drain du transistor T 2 est connecté au drain du transistor T 3 de type N, la source du transistor T 3 est connectée au noeud C Les grilles des transistors T 2 et T 3, la source du transistor T 3 et le drain du transistor T 2 sont reliés ensemble La source du transistor T 3 est reliée au noeud Ci. Une deuxième branche entre le noeud Cl et la masse comporte un transistor T 4 de type P en série avec un transistor T 5 de type N Le drain et la grille du transistor T 4 sont reliés ensemble, et au drain du transistor T 5 La source du transistor T 5 est reliée à la masse La grille du transistor T 5 est reliée à Vcc. Un tel circuit de référence de tension est stable en température car il comporte, hormis le transistor Tl qui fait office d'interrupteur, autant de transistors P que de transistors N Les caractéristiques technologiques de chaque branche sont alors identiques, et la référence de tension Vrefl, obtenue en Cl par ce montage en diviseur de tension, est stable. Le noeud Cl est par ailleurs connecté à l'entrée el du comparateur COMP. Le fusible fus 2 est monté en série de manière identique au fusible fusl avec un transistor Tf 2 dont la grille est aussi connectée au noeud B, comme le transistor Tfl Le drain du transistor Tf 2 est connecté au noeud C 2 Le noeud C 2 est de plus relié, d'une part à un circuit de référence de tension ref 2 identique au circuit de référence de tension refl et, d'autre part, à l'entrée e 2 du comparateur COMP. Le transistor Tf 2 est technologiquement identique au transistor Tfl Les circuits de référence de tension refl et ref 2 sont technologiquement identiques Ainsi le circuit compris entre un fusible et une entrée du comparateur a les mêmes caractéristiques sur chaque entrée el, e 2: le comparateur est équilibré. Le comparateur est, dans un exemple de réalisation connu, constitué de deux branches Bl et B 2, la branche Bl étant commandée par l'entrée el et la branche B 2 par l'entrée e 2. La branche Bl comprend en série entre Vcc et un noeud M, trois transistors: un transistor T 12 de type P un transistor Tîl de type P un transistor T 10 de type N Le transistor T 12 de type P sert d'interrupteur, comme le transistor Tl de la référence de tension refl: sa source est reliée à Vcc et sa grille au signal H de commande de tension Son drain est relié à la source du transistor Tîl La grille et le drain du transistor Tîl sont reliés ensemble au drain du transistor T 10 La source du transistor Tlo est reliée au noeud M La grille du transistor T 10 est l'entrée el du comparateur. La branche B 2 comprend en série entre Vcc et le noeud M, trois transistors: un transistor T 22 de type P, un transistor T 21 de type P, un transistor T 20 de type N, Le transistor T 22 de type P sert d'interrupteur comme le transistor T 12: sa source est reliée à Vcc, et sa grille au signal H de commande de tension Son drain est relié à la source du transistor T 21 La grille du transistor T 21 est reliée à celle du transistor Tîl au noeud O Le drain du transistor T 21 est relié au noeud Q, au drain du transistor T 20 La source du transistor T 20 est reliée au noeud M La grille du transistor T 20 est l'entrée e 2 du comparateur. Un transistor de type N, T 100 est monté en série entre le noeud M et la masse Vss du circuit Sa grille est alimentée par la référence de tension Vcomp fournie par le circuit de référence de tension refc associé au comparateur Ce circuit de référence de tension refc est de préférence indépendant de la tension d'alimentation Vcc La tension Vcomp qu'il délivre est donc invariante avec Vcc Comme on le verra dans la suite, Vcomp est de l'ordre de la tension de seuil du transistor T 100 un courant I circule donc dans le transistor T 100 Ce courant est fixe puisque la tension de grille du transistor T 100 est fixe (toujours les mêmes conditions de polarisation) c'est le courant imposé par un transistor T 405 du circuit de référence de tension refc et par rapport auquel il est monté en miroir de courant, comme on le verra plus loin Le courant I est proportionnel au courant circulant dans le transistor T 405. Quand les 2 fusibles sont à l'état initial intact, les deux entrées el et e 2 sont au même niveau de tension Vrefl=Vref 2, délivré par les circuits de référence de tension refl et ref 2 Le courant qui circule dans les deux branches Bl et B 2 du comparateur est alors le même, égal à I/2 En effet le transistor T 21 est monté en miroir de courant par rapport au transistor Tîl (monté en diode polarisée en direct): le courant circulant dans la branche B 2 est proportionnel à celui circulant dans la branche Bl Le courant dans la branche Bl est fixé par le transistor Tl O quii se comporte comme une résistance Comme les transistors Tlo et T 20 sont identiques et que leurs tensions de grille el et e 2 sont égales, le même il courant circule dans les branches Bl et B 2 La tension au noeud O est alors proche de Vcc-VT 11, VT 11 étant la tension de seuil du transistor Tii La tension au noeud Q prend une valeur dépendant des résistivités respectives des transistors T 20 et T 21 et peut être égale au maximum à Vcc. Quand le fusible fusl est claqué, il est équivalent à une résistance et appelle un certain courant qui fait tendre le noeud Cl, relié à l'entrée el, vers une tension proche de O volts Le transistor Tlo, dont la grille est alors à une tension proche de 0 volts, est bloqué Le transistor T 20, dont la grille est toujours à une tension e 2 =Vref 2, est toujours conducteur: tout le courant I appelé par T 100 passe donc dans la branche B 2 Le transistor T 20 est moins résistif que le transistor T 21: il accepte tout le courant I et c'est lui qui va imposer le potentiel au noeud Q: il tend donc à faire descendre ce potentiel au maximum, c'est à dire à une valeur sensiblement égale à son seuil de conduction: e 2-VT 20, VT 20 étant la tension de seuil du transistor T 20. Un inverseur placé au noeud QI constitué classiquement d'un transistor P, T 201 entre Vcc et un noeud R et d'un transistor N, T 200 entre le noeud R et la masse, permet de manière connue de distinguer entre les deux états mis en évidence dans les deux paragraphes précédent: Dans l'exemple, la grille du transistor T 200 est alimentée par la référence de tension Vcomp La source du transistor T 201 est alimentée par Vcc Le transistor T 200 demande toujours le même courant I, puisqu'il est monté en miroir de courant par rapport au transistor T 405 (T 200 se comporte comme un générateur de courant, comme le transistor T 100) T 201 se comporte lui comme une résistance commandée: Quand le fusible fusl n'est pas claqué, T 21 est très résistif: le potentiel au noeud Q est fort, par exemple de l'ordre de Vcc, la source du transistor T 21 étant à Vcc Alors le potentiel au noeud R tombe à O volts. Quand le fusible fusl est claqué, T 21 est moins résistif: le potentiel au noeud Q est plus faible, par exemple de l'ordre de e 2-VT 20 Le potentiel au noeud R remonte Au maximum, il remonte à Vcc, suivant les résistivités respectives des transistors T 200 et T 201. Un inverseur INV 1, placé en sortie du noeud R, donne alors, pour le fusible non claqué, une sortie 5 volts et pour un fusible claqué, une sortie O volts Il permet de redresser le signal: la sortie de l'inverseur INV 1 est la sortie S du comparateur. Avantageusement, un inverseur INV 2 suivi en série d'un transistor P T 300, sont montés en parallèle entre un point d'entrée du signal H de commande de tension et l'entrée de l'inverseur INV 1 Ainsi, quand le circuit n'est pas actif, le signal H est à Vcc et T 300 est conducteur, tous les autres transistors associés au signal a étant eux bloqués (Tl, T 400, T 12,) Alors le transistor T 300 impose à l'entrée de l'inverseur INV 1 une tension Vcc: la sortie S du comparateur est ainsi forcée à 0 Le fusible est vu comme étant claqué: c'est une fonction sécurité quand le circuit ne fonctionne pas. Le circuit de référence de tension refc est par exemple réalisé par un montage à miroir de courant: un tel circuit a l'avantage de fournir une référence de tension indépendante de la tension d'alimentation Vcc. Il comporte par exemple 2 transistors de type P, T 400 et T 401 montés chacun en interrupteur, pareillement aux transistors T 12 et T 22 du comparateur. En série avec le transistor T 400, un transistor de type P, T 402 monté en diode (grille et drain reliés ensemble), est lui-même placé en série avec un transistor N T 404, natif En série avec le transistor T 401, un transistor de type P T 403, est placé en série avec un transistor N T 405 monté en diode. Les sources des transistors N T 404 et T 405 sont reliées à la masse Les grilles des transistors T 404 et T 405 sont reliées ensemble Les grilles des transistors T 402 et T 403 sont reliées ensemble Une telle construction permet de se rendre indépendant de la tension d'alimentation, car le transistor T 402 monté en diode impose son courant dans le transistor T 403 (principe du miroir de courant) et de même le transistor T 405 monté en diode impose son courant au transistor T 404: à l'équilibre entre les deux branches constituées respectivement des transistors T 402 et T 404, T 403 et T 405, le même courant circule dans les deux branches Les transistors montés en diode ont leur tension entre grille (ou drain) et source égale à leur tension de seuil. La sortie Vcomp du circuit de référence de tension refc est prise au drain du transistor T 405 La tension de référence Vcomp est donc égale à la tension de seuil du transistor T 404. Dans l'exemple, un transistor T 406 de type N, dont la grille est reliée au signal de commande de tension H, le drain aux grilles des transistors T 402 et T 403, et la source aux grilles des transistors T 404 et T 405, permet d'amener un tel montage à miroirs de courant plus rapidement à l'équilibre. La sortie S du comparateur est, comme on l'a vu en figure 1, rebouclée sur une porte NAND dont la sortie commande le circuit de claquage et le noeud B L'autre entrée de la porte NAND est le signal de commande Cfus de claquage du fusible fusi Seule une commande active de claquage associée à un état non claqué du fusible fusi lu en sortie du comparateur permet le claquage du fusible fusl La sortie de la porte NAND bloque alors les transistors Tfl et Tf 2. Le circuit de claquage CLAQ amène alors la tension de claquage au noeud Al, via le transistor Tcl, dans l'exemple natif (tension de seuil nulle): la grille et la source du transistor Tcl sont alors portées à la tension Vpp. Quand le fusible fusl n'est pas claqué, il est équivalent à une résistance et la capacité de drain du transistor Tcl s'ajoute à la capacité du fusible fusl. C'est pour cette raison, et toujours pour que les deux entrées el et e 2 du comparateur soient parfaitement équilibrées, que le transistor Tc 2 identique à Tcl est nécessaire C'est le seul but de ce transistor Tc 2 que de rendre les deux branches entre chacun des fusibles et chaque entrée parfaitement symétrique Cette symétrie sera d'ailleurs également respectée pour la topographie de l'ensemble du circuit de détection selon l'invention: l'ensemble des circuits connectés à un fusible est topologiquement symétrique à l'ensemble des circuits connectés à l'autre fusible. REVENDICATIONS 1 Circuit de détection d'un fusible (fusi) à deux états possibles, du type à claquage vertical d'oxyde, caractérisé en ce qu'il comporte un second fusible (fus 2) à un seul état possible, du même type, chaque fusible (fusl, fus 2) comportant en parallèle entre la masse et un point d'entrée (el, e 2) d'un comparateur différentiel (COMP), un circuit de référence de tension (refl, ref 2). 2 Circuit de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de référence de tension (refl) associé au fusible à deux états possibles (fusl) et le circuit de référence de tension (ref 2) associé au fusible à un seul état possible (fus 2) sont technologiquement identiques. 3 Circuit de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un transistor (Tfl) est monté en série entre le fusible à deux états possibles (fusl) et le point d'entrée correspondant (el) du comparateur différentiel (COMP), le transistor étant commandé sur sa grille par la combinaison NAND logique d'un signal de commande de claquage (Cfus) du fusible à deux états possibles (fusl) et de la sortie (S) du comparateur. 4 Circuit de détection selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un transistor (Tf 2) est monté en série entre le second fusible (fus 2) et le point d'entrée correspondant (e 2) du comparateur différentiel (COMP), le transistor étant commandé sur sa grille par la combinaison NAND logique d'un signal de commande de claquage (Cfus) du fusible à deux états possibles (fusl) et de la sortie (S) du comparateur. Circuit de détection selon la revendication 4, la tension de claquage étant appliquée au fusible à deux états possibles (fusl) par un premier transistor de commande de tension (Tcl) en série avec ce fusible (fusl), caractérisé en ce que l'on place un second transistor (Tc 2) de caractéristiques identiques au premier, en série avec le second fusible (fus 2). Circuit de détection selon les revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que l'ensemble des circuits connectés à un fusible est topologiquement symétrique à l'ensemble des circuits connectés à l'autre fusible. 6 Circuit de détection selon l'une des revendications précédentes, comportant un circuit de référence de tension (refc) associée au comparateur différentiel (COMP), caractérisé en ce qu'une référence de tension (Vcomp) produite par le circuit de référence de tension (refc) est indépendante de l'alimentation Vcc.