DE2905294A1

DE2905294A1 - Integrierte schaltungsanordnung in mos-technik mit feldeffekttransistoren

Info

Publication number: DE2905294A1
Application number: DE19792905294
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing Grad Hapke
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1979-02-12
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2042741B; US4336495A; JPS55110067A; FR2448724A1; DE2905294C2; JPS6262060B2; GB2042741A; FR2448724B1; CA1138124A

Description

PHILIPS FATENTVERW-»I.-^r--™iG· OMM₅ STEIIiDAMM 94, 2000 HAMBURG

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Integrierte Scbaltungsanordnung in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltungsanordnung in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren mit mindestens einer zusätzlichen, ebenfalls in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren aufgebauten Prüf-Schaltungsan-Ordnung, deren Prüf anschluß bzw. -anschlüsse nach außen ausgeführt sind und über die beim Anlegen eines Prüfsignals mindestens Teile der integrierten Schaltungsanordnung dadurch überprüfbar sind, daß am (an) anderen nach außen geführten Anschluß (Anschlüssen) die Prüfsignale abnehmbar sind und jeder Feldeffekttransistor mit seinem Suhstratananschluß an Masse oder an eine negative Spannung angeschlossen ist.

Derartige integrierte Schaltungsanordnungen sind bekannt.

Wenn diese aus einer großen Anzahl von Transistoren bestehen, z.B. ausgeführt in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren, ist es oft schwierig, die Fehler, die während der Fertigung gemacht werden, genau zu analysieren, um die Fehler abstellen zu können. Dazu ist es bekannt, die integrierte Schaltungsanordnung im sogenannten IC, der z.B. 16 oder 24 Anschlüsse aufweisen kann, derart aufzubauen, bestimmte Punkte der Schaltungsanordnung gegebenenfalls über weitere integrierte Schaltungsanordnungen an die An-

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Schlüsse so nach außen zu führen, daß mit PrüfSignalen eine Überprüfung der Schaltungsanordnung möglich wird. Literaturstellen, die sich mit diesem Thema befassen, sind folgende: AFIPS Conference Proceedings 1967 Spring Joint

s Computer Conference 30 S. 743 bis 756, Titel "A structural theory of machine diagnosis" von Ramamoorthy und von demselben Verfasser eine Veröffentlichung in* der Literaturstelle "Journal of the Association for Computing Machinery" Vol. 13, Nr. 2 aus dem April 1966, S, 211 bis 222. Aus diesen beiden Literaturstellen ist es bekannt, eine sehr komplizierte, insb. für Mikroprozessor entwickelte integrierte Schaltungsanordnung so aufzuteilen, daß einzelne Blöcke gebildet werden, zwischen denen sich sogenannte innere Verbindungspunkte befinden, die dann entweder direkt oder über weitere integrierte Schaltungsanordnungen derart mit den Anschlüssen verbunden sind, daß zum Zwecke der Prüfung der einzelnen Teile hier ganz bestimmte Signale auftreten, um in der sogenannten Mikroelektronik-Technologie eine Überwachung der Fertigung zu gewährleisten und um feststellen zu können, an welchen Punkten ein fehlerhaftes Signal auftritt bzw. um feststellen zu können, in welchem Teil der umfangreichen integrierten Schaltungsanordnung während der Herstellung Fehler gemacht wurden.

Es ist weiterhin aus dem Buch von "U. Tietze und Ch. Schenk" "Halbleiter-Schaltungstechnik", 4. Auflage 1978, unter anderem S. 77 ff, bekannt, welche Typen es für Feldeffekttransistoren gibt, wie die Schaltungssymbole für die Typen sind und wie diese Feldeffekttransistoren zu betreiben sind.

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Bei der Herstellung derart umfangreicher integrierter Schal-. tungsanordnungen kann, werden nicht derartige Prüfpunkte eingebaut, eine Herstellung mit einer anschließenden Aussortierung verbunden sein, in der dann, wegen des Auftretens verschiedener Fehler, diese ICs alle als Ausschuß aussortiert werden und daher nur wenige ICs übrig bleiben,

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z.B. nur etwa 10 96 der Gesamtfertigung, Um diese geringe Fertigungsquote zu erhöhen, sind oben genannte Prüf-Schaltungsanordnungen bekannt und auch bereits in Benutzung, mit der es gelingt, gezielt die Fehler zu finden und innerhalb der Fertigung abzustellen, so daß eine erheblich höhere Fertigungsquote erreicht werden kann_y wobei sich je nach Umfang der Schaltungsanordnung dann nur noch Ausschußquoten ergeben, die z.B. 10 % und kleiner sein kömien*

Im bekannten auch bei der Anmelderin benutzten Verfahren für die Überprüfung wird bei einer integrierten Schaltungsanordnung immer das Prüfsignal derart angelegt, daß es in Richtung der Polarität steht, mit der guch die integrierte Schaltungsanordnung in ihrer normalen Funktion betrieben wird. D.h., wenn sie mit sogenannten η-Kanal-Feldeffekttransistoren ausgeführt worden ist, so sind die Betriebsspannungen für den normalen IC der Anschluß für Masse also 0 und eine positive Batteriespannung z.B. +5 V, +12 V oder +15 V. Für die MOS-Technik kommt meistens nur die Spannung +5 V in Frage. Die Prüfspannung, die £fczt zur Überprüfung dieser ICs an die Anschlüsse angelegt werden muß, liegt dann auch in gleicher Richtung, d.h., es werden an die verschiedensten Anschlüsse positive Prüfspannungsimpulse angelegt und an anderen Anschlüssen, je nach Ausführung der Schaltungsanordnung, diese Prüfspannungen abgenommen und es wird jetzt untersucht, ob diese Prüfsignale die richtige Kurvenform aufweisen oder nicht. Während der Fertigung ist es auch möglich, an sogenannte innere Verbindungspunkte heranzukommen und dann festzustellen, in welchen Teilen einer derartigen Schaltungsanordnung Fehler vorhanden sind. Dazu ist es bekannt, zum Anschluß des Prüfsignals immer einen zusätzlichen Anschluß auszuführen, der für den normalen Betrieb des IC nicht nötig- ist, d.h. also ein Anschluß ist, der zusätzlich zu den normalerweise vorhandenen Anschlüssen gebaut werden muß, um also allein eine Prüfung zu gewährleisten.

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Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, diesen Zusatzanschluß zu vermeiden. Wenn nämlich das recht komplizierte Bauteil mit der integrierten Schaltungsanordnung möglichst wenig Anschlüsse aufweisen soll, dann ist es nicht mehr zulässig, einen besonderen Anschluß für die Prüfung während der Herstellung in diesen IC einzubauen, weil der zu größeren Bauformen führen muß.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei einer integrierten Schaltungsanordnung in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren der eingangs genannten Art nach der Erfindung die Früf-Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß Prüfsignale, die eine zur normalen Versorgungsspannung der integrierten Schaltungsanordnung entgegengesetzte Polarität aufweisen, anlegbar sind.

Bei Einsatz des Erfindungsgedankens ist es also möglich, den Zusatzanschluß zu ersparen und jetzt nur zum Zwecke der Prüfung an Anschlüsse, die in der normalen Funktion eine völlig andere Funktion erfüllen, eine negative Spannung gegenüber der normalen Spannung anzulegen und damit nur die Prüfung durchzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine derartige Prüf-Schaltungsanordnung besteht aus einem ersten Feldeffekttransistor vom selbstleitenden Typ, dessen Sübstrat- und Sourceanschlüsse mit Masse, dessen Gateanschluß an einen nach außen geführten Anschluß, an dem auch die integrierte Schaltungsanordnung angeschlossen ist, und dessen Drainanschluß an einen inneren Verbindungspunkt angeschlossen ist, an dem auch der Gate- sowie der Sourceanschluß eines zweiten Feldeffekttransistors vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Substratanschluß mit Masse und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung verbunden sind, daß weiterhin an den inneren Verbindungspunkt der Gateanschluß eines dritten Feldeffekttransistors vom selbst-

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sperrenden Typ angeschlossen ist, dessen Sourceanschluß an Masse liegt und dessen Drainanschluß mit dem inneren Ausgang verbunden ist, an dem auch der Gate- und der Sarceanschluß eines vierten Feldeffekttransistors vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Substratanschluß an Masse und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung verbunden sind.

In einer derartigen Schaltungsanordnung ist also ein Anschluß nach außen geführt, an dem bei normalem Betrieb der integrierten Schaltungsanordnung die sogenannte inte- ■ grierte Schaltungsanordnung angeschlossen ist und im Prüffalle an diesem nach außen geführten Anschluß jetzt eine negative Spannung angeschlossen wird. Dadurch wird die Schaltungsanordnung nach de:#Erfifcl.ung überhaupt erst wirksam, die bei normaler Funktion der integrierten Schaltungsanordnung nicht in Erscheinung tritt, also unwirksam ist. Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt vier Feldeffekttransistoren, die also beim normalen Betrieb der integrierten Schaltungsanordnung, also des sogenannten IC, keine Funktion aufweisen und nur dann wirksam werden, wenn geprüft werden soll. Diese vier Transistoren sind im Verhältnis zu den Tausenden von Transistoren, die in einer derartigen MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren ausgeführten Schaltungsanordnung normalerweise vorhanden sind, vernachlässigbar klein. Es können in einem IC mehrere derartige Schaltungsanordnungen nach der Erfindung angeordBt sein, wobei dann die inneren Ausgänge immer so gelegt sind, daß dort dann Teile der Schaltung erreicht werden können,.

die ein Überprüfen.einzelner Blöcke aus integrierten Schaltungsanordnungen gestatten, um, wie oben eingangs erwähnt, Fehler in der Fertigung finden zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung '^3S dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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In der Zeichnung ist Ξ ein Anschluß, der von außen zugängig ist und an dem bei normaler Funktion des IC die integrierte Schaltungsanordnung, hier in dem Block mit IC bezeichnet, angeschlossen ist. Diese kann z.B. aus Flip-Flops, aus Operationsverstärkern, aus NAND- NOR- oder OR-Gattern usw. bestehen und braucht hier nicht weiter beschrieben zu werden. Dieser IC hat selbstverständlich mehrere Anschlüsse, auch für die Versorgüngsspannung, wie an sich bekannt. An dem Anschluß E, der z.B. der eine An-Schluß für ein Gatter sein kann oder auch für einen Operationsverstärker, werden bei normaler Arbeitsweise Spannungen zwischen 0 und +5 V angelegt. Solange in diesem Spannungsbereich Spannungen am Anschluß E erscheinen, ist die Schaltungsanordnung nach der Erfindung außer Betrieb.

Diese Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird erst dann wirksam, wenn an dem nach außen geführten Anschluß E ein negatives Signal, z.B. zwischen 0 und -5 V angelegt wird.

Die Transistoren T1, T2 und T4 nach der Erfindung sind vom selbstleitenden Typ, d.h., wenn an ihren Eingängen O V liegt, d.h. der Eingang ist hier die Spannung zwischen dem Gateanschluß dem Sourceanschluß, dann ist dieser Transistor leitend. Wenn also am Anschluß E, d.h. also zwischen G und SOV anliegt, ist der Transistor T1 leitend. Dann sind der Drain- und Sourceanschluß des Transistors T1 mit Masse verbunden, d.h. der innere Verbindungspunkt 1 liegt auch auf Masse und da der G- und S-Anschluß des Transistors T2 miteinander verbunden sind, so steht hier auch die Spannung OV und dieser Transistor ist ebenfalls leitend, wobei aber jetzt seine Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen bestimmten Widerstand darstellt, so daß die Versorgungsspannung +UB den Verbindungspunkt 1 hochzieht, weil auch der Widerstand der Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors TI einen gewissen Spannungsabfall bewirkt» Wenn die Transistoren T1 und T2 in gleicher

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Weise ausgebildet sind, dann fällt an ihnen jeweils die gleiche Spannung ab und wenn die Versorgungsspannung +UB +5 Y ist, dann nimmt der Verbindungspunkt 1 die Spannung +2,5 V an. Der Transistor T4 ist ebenfalls als Widerstand geschaltet, denn sein Drainanschluß ist mit +UB verbunden und sein Sourceanschluß und sein Gateanschluß sind miteinander verbunden₉ so daß hier auch jeweils die Spannung 0 anliegt« Auch hier fällt eine gewisse Spannung ab, so daß, wenn jetzt der Transistor T3 gesperrt ist, der Ausgangspunkt A auf +UB liegt, also, wenn +UB 5 V ist, so ist jetzt der Ausgang A auf +5 V. Dies trifft zu, weil nämlich" der Transistor T3 vom sogenannten selbstsperrenden Typ ist, d.h. also er sperrt solange, bis die Spannung zwischen seinem Gate- und Sourceanschluß einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

Die inneren Widerstandsstrecken der Transistoren T1 und T2 sind aber derart unterschiedlich ausgebildet, daß in dem Falle, an dem an dem Anschluß E nur das Signal 0 oder ein positives Signal anliegt, der Punkt 1 immer praktisch auf Masse gehalten wird, d.h» für den Fall, daß die Widerstandsstrecke im Transistor T1 zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen wesentlich kleineren Widerstand aufweist als die Widerstandsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß im Transistor T2. Dann ist an dem Gateanschluß des Transistors T3 die Spannung 0 und zwischen dessen Gate- und Sourceanschluß liegt ebenfalls die Spannung 0, so daß dieser Transistor T3 völlig sperrt und wenn der Transistor T4 entsprechend seiner inneren Wider-Standsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß entsprechend ausgebildet ist, liegt dann an dem inneren Ausgang A eine Spannung von +5 V.

Wird jetzt zu Prüfzwecken an den Anschluß E ein negatives Spannungssignal angeschlossen, d.h. z.B. -5 V, dann wird der Transistor T1 gesperrt. Der innere Verbindungspunkt 1

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nimmt dann die Spannung +5 V an und zwischen dem Gate- und Sourceanschluß des Transistors T3 steht diese positive Spannung, die diesen Transistor in den geöffneten Zustand bringt und dadurch wird d.er Punkt A von dem Zustand +5 V

s auf den Zustand 0 V geschaltet, weil nämlich die Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors T3 einen sehr kleinen Widerstand darstellt, wenn dieser entsprechend dimensioniert ist, so daß also der Ausgang von +5 V praktisch auf Null schaltet und damit im inneren der integrierten Schaltungsanordnung bestimmte Vorgänge auslösen kann.

Nun kann eine derartige Schaltungsanordnung nach der Erfindung an mehrere Anschlüsse E des IC gelegt sein, und der innere Punkt A kann jetzt an mehrere Blöcke in der inneren Schaltungsanordnung, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, angeschaltet sein, so daß es möglich ist, einzelne Blöcke in der integrierten Schaltungsanordnung nacheinander zu überprüfen, um damit festzustellen, in welchem Block jetzt ein Fehler vorliegt. Die Größe der Blöcke richtet sich nach der Anzahl der zur Verfügung stehenden Anschlüsse, denn das Prüfsignal muß schließlich und endlich an irgendeinem Anschluß des IC, und zwar an einem anderen nach außen geführten Anschluß, wieder abgenommen werden, so daß für eine Prüfung immer zwei Anschlüsse zur Verfügung stehen müssen. Wenn aber zwei Schaltungsanordnungen nach der Erfindung eingebaut sind, kann diese Anordnung auch derart getroffen werden, daß mehrere Anschlüsse E existieren und z.B. nur einen Ausgangsanschluß oder auch umgekehrt. Hierzu sind an sich in der oben genannten Literaturstelle "A structural theory of • machine diagnosis" auf der S. 746 verschiedene Ausführungen gemacht, so daß es hier keiner weiteren Erläuterung .bedarf.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, wie oben bereits ausgeführt, keinen besonderen Anschluß im IC für die Prüf-

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zwecke vorzusehen und eine besondere Schaltungsanordnung derart in den IC einzubauen, daß es mit Hilfe dieser gelingt, mit einer Prüfspannung zu arbeiten, die mit entgegengesetzter Polarität gegenüber der Normalspannung arbeitet und dann erst bei ihrem Vorhandensein bestimmte Vorgänge im IC auslöst, um die Fehler zu finden.

In der integrierten Schaltungsanordnung nach der Erfindung, also auch in der Prüf-Schaltungsanordnung nach der Erfindung, können die sogenannten Substratanschlüsse, d.h. also die mit einem Pfeil gezeichneten Anschlüsse, sämtlich mit Masse verbunden sein, aber sie können auch, und derartige Schaltungsanordnungen sind durchaus üblich, an einer negativen Spannung liegen, z.B. an -2,5 V, wie an sich bekannt.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf n-Kanal-Feldeffekttransistoren. Bei einer Ausführung in p-Kanal-Feldeffekttransistoren kehren sich die Polaritäten der angegebenen Spannungswerte um.

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Leerseite

Claims

PHILIPS PATENTVERWALTUNa G11IBTI, STEIKDAMM 94, 2000 HAMBURG ·*· PHD 79-010 PATENTANSPRÜCHE ϊ

1., Integrierte Schaltungsanordnung in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren mit mindestens einer zusätzlichen, ebenfalls in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren aufgebauten Prüf-Schaltungsanordnung, deren Prüfanschluß bzw. -anschlüsse nach außen ausgeführt sind und über die beim Anlegen eines Prüfsignals mindestens Teile der integrierten Schaltungsanordnung dadurch überprüfbar sind, daß am (an) anderen nach außen geführten Anschluß (Anschlüssen) die Prüfsignale abnehmbar sind und jeder Feldeffekttransistor ■ mit seinem Substratanschluß an Masse oder an eine negative Spannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, daß

is Prüfsignale, die eine zur normalen Versorgungsspannung (+UB) der integrierten Schaltungsanordnung entgegengesetzte Polarität aufweisen, anlegbar sind.

2. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Schaltungsanordnung aus einem ersten Feldeffekttransistor (T1) vom selbstleitenden Typ besteht, dessen Substrat- und Sourceanschlüsse mit Masse, dessen Gateanschluß an einem nach außen geführten Anschluß (E), an dem auch die integrierte Schaltungsanordnung (IC) angeschlossen ist, und dessen Drainanschluß an einem inneren Verbindungspunkt (1) angeschlossen sind, an dem· auch der Gate- sowie der Sourceanschluß eines zweiten Feldeffekttransistors (T2) vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Sourceanschluß mit Masse und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung (+UB) verbunden sind, daß weiterhin an dem inneren Verbindungspunkt (1) der Gateanschluß eines dritten Feldeffekttransistors (T3) vom selbstsperrenden Typ angeschlossen ist, dessen Sourceanschluß an Masse liegt und dessen Drainanschluß mit dem inneren Ausgang (A) verbunden ist, an dem auch der Gate- und der Sourceanschluß eines vierten Feldeffekttransistors

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(Τ4) vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Substratanschluß .. an Masse und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung verbunden sind.

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