DE2905294C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schal­ tungsanordnung in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren mit mindestens einer zusätzlichen, ebenfalls in MOS-Tech­ nik mit Feldeffekttransistoren aufgebauten Prüf-Schal­ tungsanordnung, deren Prüfanschluß bzw. -anschlüsse nach außen geführt sind und über die beim Anlegen eines Prüfsignals mindestens Teile der integrierten Schaltungs­ anordnung dadurch überprüfbar sind, daß am (an) anderen nach außen geführten Anschluß (Anschlüsse) das Prüf­ signal abnehmbar ist, wobei jeder Feldeffekttransistor mit seinem Substratanschluß an Masse oder an eine negative Spannung angeschlossen ist.

Derartige integrierte Schaltungsanordnungen wurden bereits vorgeschlagen, z. B. in der DE-OS 28 24 224. 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, ge­ nau zu analysieren, um die Fehler abstellen zu können. Da­ zu ist es bekannt, die integrierte Schaltungsanordnung im sogenannten IC, der z. B. 16 oder 24 Anschlüsse aufweisen kann, derart aufzubauen, daß bestimmte Punkte der Schaltungs­ anordnung gegebenenfalls über weitere integrierte Schal­ tungsanordnungen an die Anschlüse so nach außen geführt sind, daß mit Prüfsignalen eine Überprüfung der Schaltungs­ anordnung möglich wird. Literaturstellen, die sich mit diesem Thema befassen, sind folgende: AFIPS Conference Proceedings 1967, Spring Joint 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 Litera­ turstellen ist es bekannt, eine sehr komplizierte, insbe­ sondere für Mikroprozessoren entwickelte integrierte Schal­ tungsanordnung so aufzuteilen, daß einzelne Blöcke gebil­ det werden, zwischen denen sich sogenannte interne Verbin­ dungspunkte 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 Über­ wachung der Fertigung zu gewährleisten und um feststellen zu können, an welchen Punkten ein fehlerhaftes Signal auf­ tritt bzw. um feststellen zu können, in welchem Teil der umfangreichen integrierten Schaltungsanordnung während der Herstellung Fehler gemacht wurden.

Bei der Herstellung derart umfangreicher integrierter Schaltungsanordnungen kann, werden nicht derartige Prüf­ punkte eingebaut, eine Herstellung mit einer anschließen­ den Aussortierung verbunden sein, in der dann wegen des Auftretens verschiedener Fehler diese IC's alle als Aus­ schuß aussortiert werden und daher nur wenige IC's übrig bleiben, z. B. nur etwa 10% der Gesamtfertigung. Um diese geringe Fertigungsquote zu erhöhen, sind obengenannte Prüf-Schaltungsanordnungen bekannt und auch bereits in Be­ nutzung, mit denen es gelingt, gezielt Fehler zu finden und innerhalb der Fertigung abzustellen, so daß eine er­ heblich höhere Fertigungsquote erreicht werden kann, wobei sich je nach Umfang der Schaltungsanordnung dann nur noch Ausschußquoten ergeben, die z. B. 10% und kleiner sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltungsanordnung in MOS-Technik der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, umfangreiche integrierte Schaltungsanordnungen bei der Herstellung zu prüfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Dabei werden Prüfsignale an Anschlüsse, die in der normalen Funktion eine völlig andere Funktion erfüllen, angelegt, wobei die Prüfsignale eine negative Span­ nung gegenüber der normalen Spannung besitzen.

In einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist also ein Anschluß nach außen geführt, an dem bei normalem Be­ trieb der integrierten Schaltungsanordnung die integrierte Schaltungsanordnung angeschlossen ist und im Prüffalle eine negative Spannung angeschlossen wird. Dadurch wird die Prüf-Schaltungsanordnung überhaupt erst wirksam. Das gezeigte Ausführungsbeispiel der Prüfschaltungsanordnung zeigt vier Feld­ effekttransistoren, die beim normalen Betrieb der in­ tegrierten 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 Tausen­ den von Transistoren, die in einer derartigen MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren ausgeführten Schaltungsanord­ nung normalerweise vorhanden sind, zahlenmäßig vernachlässigbar klein. Es können in einem IC mehrere derartige Prüfschaltungs­ anordnungen angeordnet sein, wobei dann die inneren Ausgänge immer so gelegt sind, daß dort dann Teile der Schaltung erreicht werden können, die ein Über­ prüfen einzelner Blöcke aus integrierten Schaltungsanord­ nungen gestatten, um, wie oben eingangs erwähnt, Fehler in der Fertigung finden zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung ist E ein Anschluß, der von außen zu­ gänglich 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 be­ schrieben zu werden. Dieser IC hat selbstverständlich mehrere Anschlüsse, auch für die Versorgungsspannung, wie an sich bekannt. An dem Anschluß E, der z. B. der eine An­ schluß für ein Gatter sein kann oder auch für einen Opera­ tionsverstärker, werden bei normaler Arbeitsweise Span­ nungen zwischen 0 und +5 V angelegt. Solange in diesem Spannungsbereich Spannungen am Anschluß E erscheinen, ist die Schaltungsanordnung 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 T 1, T 2 und T 4 sind vom selbstleitenden Typ, d. h., wenn an ihren Eingängen 0 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 S 0 V anliegt, ist der Transistor T 1 leitend. Dann sind der Drain- und Sourceanschluß des Transistors T 1 mit Masse ver­ bunden, d. h. der innere Verbindungspunkt 1 liegt auch auf Masse und da der G- und S-Anschluß des Transistors T 2 mit einander verbunden sind, so steht hier auch die Spannung 0 V und dieser Transistor ist ebenfalls leitend, wobei aber jetzt seine Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen bestimmten Widerstand darstellt, so daß die Versor­ gungsspannung +UB den Verbindungspunkt 1 hochzieht, weil auch der Widerstand der Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors T 1 einen gewissen Spannungs­ abfall bewirkt. Wenn die Transistoren T 1 und T 2 in gleicher Weise ausgebildet sind, dann fällt an ihnen jeweils die gleiche Spannung ab und wenn die Versorgungsspannung +UB +5 V ist, dann nimmt der Verbindungspunkt 1 die Spannung +2,5 V an. Der Transistor T 4 ist ebenfalls als Widerstand geschaltet, denn sein Drainanschluß ist mit +UB verbunden und sein Sourceanschluß und sein Gateanschluß sind mitein­ ander verbunden, so daß hier auch jeweils die Spannung 0 V anliegt. Auch hier fällt eine gewisse Spannung ab, so daß, wenn jetzt der Transistor T 3 gesperrt ist, der Ausgangs­ punkt 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 T 3 vom sogenannten selbstsperrenden Typ ist, d. h. also er sperrt so lange, bis die Spannung zwischen seinem Gate- und Sourceanschluß einen bestimmten Schwell­ wert überschreitet.

Die inneren Widerstandsstrecken der Transistoren T 1 und T 2 sind aber derart unterschiedlich ausgebildet, daß in dem Falle, an dem an dem Anschluß E nur das Signal O oder ein positives Signal anliegt, der Punkt 1 immer praktisch auf Masse gehalten wird, d. h. für den Fall, daß die Wider­ standsstrecke im Transistor T 1 zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen wesentlich kleineren Widerstand auf­ weist als die Widerstandsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß im Transistor T 2. Dann ist an dem Gatean­ schluß des Transistors T 3 die Spannung 0 V und zwischen dessen Gate- und Sourceanschluß liegt ebenfalls die Span­ nung 0 V, so daß dieser Transistor T 3 völlig sperrt und wenn der Transistor T 4 entsprechend seiner inneren Wider­ standsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß ent­ sprechend ausgebildet ist, liegt dann an dem inneren Aus­ gang A eine Spannung von +5 V.

Wird jetzt zu Prüfzwecken anden Anschluß E ein negatives Spannungssignal angeschlossen, d. h. z. B. -5 V, dann wird der Transistor T 1 gesperrt. Der innere Verbindungspunkt 1 nimmt dann die Spannung +5 V an und zwischen dem Gate- und Sourceanschluß des Transistors T 3 steht diese positive Spannung, die diesen Transistor in den geöffneten Zustand bringt und dadurch wird der Punkt A von dem Zustand +5 V auf den Zustand 0 V geschaltet, weil nämlich die Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors T 3 einen sehr kleinen Widerstand darstellt, wenn dieser ent­ sprechend dimensioniert ist, so daß der Ausgang von +5 V praktisch auf Null schaltet und damit im inneren der integrierten Schaltungsanordnung bestimmte Vorgänge aus­ lösen kann.

Nun kann eine derartige Schaltungsanordnung 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 Schal­ tungsanordnung nacheinander zu überprüfen, um damit festzu­ stellen, in welchem Block jetzt ein Fehler vorliegt. Der Größe der Blöcke richtet sich nach der Anzahl der zur Ver­ fügung 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 zwei Schaltungsanordnungen eingebaut sind, kann diese Anordnung auch derart getroffen werden, daß mehrere Anschlüsse E existieren und z. B. nur einen Aus­ gangsanschluß oder auch umgekehrt. Hierzu sind an sich in der obengenannten 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 zwecke vorzusehen und eine besondere Schaltungsanordnung derart in den IC einzubauen, daß es mit Hilfe dieser ge­ lingt, mit einer Prüfspannung zu arbeiten, die mit entgegen­ gesetzter 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 Schal­ tungsanordnungen 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 ange­ gebenen Spannungswerte um.

Claims (1)

1. Integrierte Schaltungsanordnung in MOS-Technik mit Feld­ effekttransistoren mit mindestens einer zusätzlichen, ebenfalls in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren aufge­ bauten Prüf-Schaltungsanordnung, deren Prüfanschluß bzw. -anschlüsse nach außen geführt sind und über die beim Anlegen eines Prüfsignals mindestens Teile der integrier­ ten Schaltungsanordnung dadurch überprüfbar sind, daß am (an) anderen nach außen geführten Anschluß (Anschlüsse) das Prüfsignal abnehmbar ist, wobei jeder Feldeffekttran­ sistor mit seinem Subtratanschluß an Masse oder an eine negative Spannung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf-Schaltungsanordnung aus einem ersten Feld­ effekttransistor (T 1) vom selbstleitenden Typ besteht, dessen Substrat- und Sourceanschlüsse mit Masse, dessen Gateanschluß an einem nach außen geführten Anschluß (E), über den die Prüfschaltungsanordnung aktivierbar ist und an dem auch die integrierte Schaltungsanordnung (IC) ange­ schlossen ist, und dessen Drainanschluß an einem inneren Verbindungspunkt (1) angeschlossen sind, an dem auch der Gate- sowie der Sourceanschluß eines zweiten Feldeffekt­ transistors (T 2) vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Sourceanschluß mit Masse und dessen Drainan­ schluß mit der Versorgungsspannung (+UB) verbunden ist, daß weiterhin an dem inneren Verbindungspunkt (1) der Gateanschluß eines dritten Feldeffekttransistors (T 3) vom selbstsperrenden Typ angeschlossen ist, dessen Sourcean­ schluß an Masse liegt und dessen Drainanschluß mit dem inneren Ausgang (A), der mit den zu überprüfenden Teilen der integrierten Schaltungsanordnung verbunden ist, an dem auch der Gate- und der Sourceanschluß eines vierten Feldeffekttransistors (T 4) vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Substratanschluß an Masse und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung (+UB) verbunden sind.