DE3630679A1 - Stromversorgungsschalter-schaltkreis fuer groesstintegration auf einem wafer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Schutz von Halbleiterchips und insbesondere einen Stromversorgungsschalter-Schalt­ kreis zur Erfassung eines Masseschlußes in einem Schalt­ kreis und zum Abschalten der Stromversorgung für den fehlerhaften Schaltkreis.

Ein Kurzschluß oder Kriechstrom zwischen der Stromver­ sorgung und Masse führt gewöhnlich dazu, daß ein Halb­ leiterschaltkreis nicht mehr zu gebrauchen ist. Normaler­ weise würden Chips mit einem derartigen Fehler weggeworfen. Bei Größtintegration auf einem Wafer, einem WSI-Chip, der auf einem einzelnen Wafer mehrere Schaltkreise enthält, will man nicht den gesamten Wafer wegwerfen, nur weil ein Schaltkreis auf dem Wafer fehlerhaft ist. Auch ist infolge der Größe der Schaltkreise die Wahrscheinlichkeit, daß einer der Schaltkreise einen Kurzschluß zwischen Stromversorgung und Masse aufweist, stark vergrößert.

Es ist erforderlich, auf irgendeine Weise die Stromversor­ gung zu Teilen des Schaltkreises abzuschalten, in denen Kurzschlüsse vorliegen, ohne andere Teile des Schaltkreises zu beeinflussen. Auf diese Weise könnte man die anderen Teile des Schaltkreises benutzen, selbst wenn ein Kurz­ schluß in Abschnitten des Schaltkreises vorliegt.

Für andere Anwendung sind zahlreiche Schutzschaltungen entworfen worden. Beispielsweise ist in der US-PS 40 78 200 eine Schaltung beschrieben, die ein Gerät gegen durch einen Kurzschluß hervorgerufenen zu hohen Strom schützt. Dies wird durch Begrenzung des Stroms zu dem Gerät bewirkt. Jedoch wird bei der bekannten Schaltung kein Versuch gemacht, den Strom abzuschalten.

Bei der in der US-PS 44 63 270 beschriebenen Schaltung wird eine Differenz in den relativen Amplituden zweier Spannungen festgestellt, aber wiederum nicht der Strom bei Auftreten eines Kurzschlußes abgeschaltet.

Aus der US-PS 43 29 600 ist eine Schutzschaltung mit einer Vorrichtung zur Begrenzung übermäßiger Verlust­ leistung in ihrer Ausgangsstufe bekannt. Wenn die Aus­ gangstrennstufe eingeschaltet wird, falls die Ausgangs­ spannung nicht einen gewünschten Pegel in einer bestimmten Zeit erreicht, erzeugt die Schaltung einen Kurzschluß von der Stromversorgung zur Masse, um die Ausgangstrenn­ stufe abzuschalten. Daher eliminiert diese Schutzschaltung natürlich keine Kurzschlüsse von der Stromversorgungmasse.

Eine in der US-PS 43 53 105 beschriebene Schaltung entdeckt latch-up-Effekte, die zu einem übermäßigen Stromverbrauch führen. Die Schaltung schaltet den Chip ab, führt die übermäßige Ladung ab, und schaltet dann den Chip wieder ein. Hierdurch wird jedoch nicht das bei Auftreten eines Kurzschlußes in einem Abschnitt eines Schaltkreises auftre­ tende Problem gelöst.

Es bleibt daher weiterhin erforderlich, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen Kurzschluß in einem Abschnitt eines Schaltkreises eines Chips feststellt und diesen Abschnitt dauernd abschaltet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schaltkreis zum Nachweis des Vorliegens eines Kurzschlusses der Stromversorgung in einem Schaltkreis eines Halbleiter­ chips oder in einem Abschnitt des Chips bereitzustellen.

In vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden Er­ findung ein derartiger Nachweis-Schaltkreis bereitgestellt, der auch die Stromversorgung zum Schaltkreis beim Vorliegen eines Kriechstroms von der Stromversorgung zu Masse abschal­ tet.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend noch genauer anhand der folgenden Bemerkungen im Zusammen­ hang mit den Zeichnungen erläutert.

Kurzgefaßt wird ein Stromversorgungsschalter-Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, der Kriechströme von der Stromversorgung zu Masse in einem Abschnitt eines Schaltkreises entdeckt und die Stromver­ sorgung zu diesem Abschnitt abschaltet. Der Stromversor­ gungsschalter-Schaltkreis umfaßt:

• a) eine auf einen Eingangsrücksetzimpuls reagierende Vorrichtung zum Einschalten eines Schalters;
• b) eine Vorrichtung zum Abtasten einer über dem Schalter anliegenden Spannung und zur Feststellung, ob diese Spannung oberhalb oder unterhalb eines festlegbaren Grenzwerts liegt, wobei die erste Bedingung einen Kriechstrom und die zweite Bedingung die ordnungsgemäße Funktion des Schaltkreisabschnitts anzeigt; und
• c) eine selbsthaltende Schalteranordnung zum Abschalten der Stromversorgung zu dem Schaltkreisabschnitt nach Beendigung des Rücksetzimpulses für den Fall, daß in dem Schaltkreisabschnitt ein Kriechstrom auftritt, und zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung zu dem Schaltkreisabschnitt nach Beendigung des Rücksetz­ impulses in dem Fall, daß der Schaltkreisabschnitt ordnungsgemäß arbeitet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Strom­ versorgungs-Schaltkreis:

• a) eine Stromversorgungseingangsvorrichtung mit einer Spannungsquelle und Masse;
• b) eine Vorrichtung zum Empfang eines Rücksetzimpulses;
• c) eine erste Schaltvorrichtung mit einem ersten Schalter, der in Reihe zu einer Leitung der Eingangsvorrichtung für die Stromversorgung zu dem Schaltkreisabschnitt geschaltet ist und invers auf sowohl den Rücksetzimpuls und den Zustand der Stromversorgungs-Eingangsleitung für den Schaltkreisabschnitt nach einem Rücksetzen reagiert; und
• d) eine zweite Schaltvorrichtung, die zwischen die Strom­ versorgungs-Eingangsleitung und die Stromversorgungs- Eingangsleitung für den Schaltkreisabschnitt geschaltet ist und direkt auf die Rücksetzvorrichtung reagiert.

Vorteilhafterweise ist der Stromversorgungs-Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch. Ein Chip- Schaltkreis muß nicht per Hand überprüft werden, und kein Laser oder eine andere Vorrichtung ist zum Abtrennen von Stromversorgungsleitungen auf dem Chip-Schaltkreis erforderlich. Falls Kurzschlüsse festgestellt werden, während die Chip-Schaltung rückgesetzt wird, wird vielmehr keine Masse an den defekten Abschnitt angelegt. Wenn ein Kurzschluß während des Betriebs auftritt, wird auto­ matisch der defekte Schaltungsteil abgetrennt. Daher wird die Überprüfung von WSI-Chips (auf einem Wafer größt­ integrierten Chips) erleichtert. Darüber hinaus können Anwender des Chips leicht Kurzschlüsse von der Stromver­ sorgung zur Masse ohne Schwierigkeiten beseitigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung mehrerer Schalt­ kreisabschnitte oder geschalteter Module auf einem Wafer mit einem Stromversorgungsschalter- Schaltkreis gemäß der Erfindung, der jedem Modul zugeordnet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Stromversorgungs­ schalter-Schaltkreises, der in Reihe zur Masse­ seite eines geschalteten Moduls geschaltet ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromver­ sorgungsschalter-Schaltkreises, der in Reihe zur Spannungsversorgungsseite eines geschalteten Moduls geschaltet ist; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromversor­ gungsschalter-Schaltkreises.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, den Waferschaltkreis in kleinere Abschnitte oder geschal­ tete Module zu unterteilen, und zwar auf eine derartige Weise, daß bei Verlust irgendeines der geschalteten Module keine nachteilige Beeinflußung der Gesamteigenschaften der Schaltung erfolgt. Ein Stromversorgungsschalter- Schaltkreis, wie er gemäß der Erfindung vorgeschlagen wird, kann entweder in der positiven oder negativen Strom­ versorgungsleitung für jeden der geschalteten Module vorgesehen werden.

Der erfindungsgemäße Stromversorgungsschalter-Schaltkreis arbeitet so, daß ein Stromverbrauch in dem geschalteten Modul überwacht wird, wenn dieser nicht aktiv ist, und daß die Stromversorgung zu dem geschalteten Modul abge­ schaltet wird, wenn die Stromentnahme einen vernünftigen Grenzwert im inaktiven Zustand überschreitet.

Der erfindungsgemäße Stromschalter ist in Reihe zur negati­ ven Stromversorgung geschaltet, wenn das Substrat vom N-Typ ist, und in Reihe zur positiven Stromversorgung, wenn das Substrat vom P-Typ ist. Diese Einschränkung rührt von daher, daß das Substrat auf dem Pegel einer der Vorsorgungspannungen liegt und nicht geschaltet werden kann.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern jeweils gleiche Teile. Auf einem Wafer 10 sind mehrere geschaltete Module 12 angeordnet, die zusammen einen Schaltkreis bilden. Jeder Modul weist einen Anschluß für eine Span­ nungsquelle (VOD) 14 und einen Masseanschluß (GND) 16 auf. Die Spannungsquelle kann positiv oder negativ sein, abhängig vom Leitfähigkeitstyp des Wafers 10 wie voran­ stehend beschrieben.

Gemäß der Erfindung ist ein Stromversorgungsschalter- Schaltkreis 18 zwischen der Stromquelle 14 und Masse 16 und jedem geschalteten Modul 12 angeordnet. Der Strom­ versorgungsschalter-Schaltkreis 18 umfaßt eine Schaltkreis­ vorrichtung zum Nachweis von Kriechströmen in einem Ab­ schnitt eines Schaltkreises, der hier als geschalteter Modul 12 bezeichnet wird. Jeder geschaltete Modul kann überprüft und abgeschaltet (von der Stromversorgung ausge­ schlossen) werden, wenn ein Kriechstrom von der Stromver­ sorgung zur Masse entdeckt wird.

Ein außerhalb des Stromversorgungsschalter-Schaltkreises 18 erzeugter Rücksetzimpuls wird über eine Leitung 20 zugeführt. Im Schalterschaltkreis 18 ist eine auf den Rücksetzimpuls reagierende Vorrichtung vorgesehen, die einen Schalter 22 einschaltet, eine Vorrichtung zum Abtas­ ten einer Spannung über dem Schalter 22 und zur Festle­ gung, ob diese Spannung oberhalb oder unterhalb eines festlegbaren Wertes liegt, und weiterhin eine selbsthalten­ de Anordnung zum Abtrennen der Stromversorgung zum geschal­ teten Modul 12 nach Beendigung des Rücksetzimpulses, wenn der geschaltete Modul 12 einen Kriechstrom aufweist, und um die Stromversorgung zum geschalteten Modul 12 aufrechtzuerhalten, nachdem der Rücksetzimpuls beendet ist, falls der geschaltete Modul 12 ordnungsgemäß arbei­ tet. Durch Abschalten eines geschalteten Moduls, bei dem ein Kriechstrom auftritt, arbeitet der Rest des Schalt­ kreises mit den übrigen geschalteten Modulen weiter.

Der Stromversorgungsschalter-Schaltkreis 18 kann massesei­ tig (zur Verwendung mit einem Substrat 10 vom N-Typ), wie in Fig. 2 dargestellt, oder auf der Spannungsversor­ gungsseite (zur Verwendung mit einem Substrat 10 vom P-Typ), wie in Fig. 3 dargestellt, eingesetzt werden.

In Fig. 2 ist eine einfache Ausführungsform des Stromver­ sorgungsschalter-Schaltkreises 18 dargestellt, bei welcher der Schalter 22 (ein Transistor vom N-Typ) an der Masse­ seite 16 vorgesehen ist. Ein NAND-Gatter 24, beispiels­ weise mit zwei P-Transistoren 26, 28 und zwei N-Transisto­ ren 30, 32, reagiert auf den Rücksetzimpuls 34 auf der Leitung 20. Das NAND-Gatter 24 schaltet den Schalter 22 ein und überprüft die Spannung über dem Schalter 22 zwischen der Masseleitung 16 a (vom geschalteten Modul 12) und Masseleitung 16 ((von der Stromversorgung) (nicht dargestellt)).

Wenn die überwachte Spannung einen vorher festgelegten Wert überschreitet, beispielweise 1,5 Volt, wird das Vorliegen eines Kriechsstroms von der Stromversorgung zur Masse in diesem geschalteten Modul angenommen. Liegt die abgetastete Spannung unterhalb des festgelegten Wertes, so wird angenommen, daß der geschaltete Modul ordnungsgemäß arbeitet.

Nach Beendigung des Rücksetzimpulses 34 hält das NAND- Gatter 24 den Schalter 22 in der offenen oder ausgeschal­ teten Stellung und unterbricht hierdurch die Stromzuführung zum geschalteten Modul 12, wenn ein Kriechstrom festge­ stellt wird. Sonst hält das NAND-Gatter 24 den Schalter 22 in der geschlossenen oder eingeschalteten Lage, wenn angenommen wird, daß der geschaltete Modul 12 ordnungsge­ mäß arbeitet.

In Fig. 3 ist eine andere einfache Ausführungsform des Stromversorgungsschalter-Schaltkreises 18 dargestellt, bei welchem der Schalter 22 (ein Transistor vom P-Typ) auf der Spannungsseite 14 zwischen der Spannungszufüh­ rungsleitung 14 a (zum geschalteten Modul 12) und der Stromversorgung angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform reagiert ein NOR-Gatter 35, beispielsweise mit zwei P-Tran­ sistoren 36, 38 und zwei N-Transistoren 40, 42, auf einen Rücksetzimpuls 34′ auf der Leitung 20. Die Betriebsweise dieses Schaltkreises ist analog der Betriebsweise des voranstehend beschriebenen Schaltkreises.

Zwar reichen die voranstehend beschriebenen Stromversor­ gungsschalter-Schaltkreise für die genannten Zwecke aus, sie sind jedoch nur für größere Kriechströme von der Stromversorgung gegen Masse empfindlich. ln Fig. 4 ist eine detailliertere bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung dargestellt, die auf kleinere Kriechströme von der Stromversorgung zur Masse reagiert.

Die in Fig. 4 dargestellte Stromversorgungsschalter- Schaltung 18 arbeitet bei entsprechenden Verhältnissen wie die einfacheren voranstehend beschriebenen Schalt­ kreise, weist jedoch weitere Merkmale auf. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß der Stromversorgungsschalter- Schaltkreis 18 im Zusammenhang mit der Unterbrechung einer Masseleitung 16 auf einen N-Substrat 10 gezeigt ist, jedoch im Sinne der voranstehenden Beschreibung auch auf geeignete Weise zur Unterbrechung einer Spannungs­ leitung 14 auf P-Substrat verwendet werden kann, indem P-Transistoren durch N-Transistoren ausgetauscht und die Spannungs- und Masseverbindungen vertauscht werden.

Fig. 4 erläutert eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromversorgungsschalter-Schaltkreises 18. Der Schalter-Schaltkreis 18 soll dazu dienen, über einen Schalter 22 die Verbindung zwischen einer Masse­ quelle 16 und einem Ausgang 16 a zum geschalteten Modul 12 beim Nachweis eines "Kriechstroms" zu unterbrechen. Ein Kriechstrom ist definiert als ein elektrischer Strom, oberhalb eines festlegbaren Grenzwerts, von Masse zu irgendeiner Quelle höheren Potentials. Das Auftreten eines derartigen Kriechstroms würde dazu führen, daß die Leitung 16 a auf höheren elektrischen Potential als Masse liegt.

Der Schalter-Schaltkreis 18 gemäß der vorliegenden Erfin­ dung weist einen Stromversorgungseingang mit einer Span­ nungsquelle 14 und Masse 16 auf. Die Spannungsquelle ist ebenfalls über eine Leitung 14 a mit dem geschalteten Modul 12 verbunden. Die Masse 16 ist mit der Masse 16 a des geschalteten Moduls 12 über einen ersten Schalter 22 verbunden. Da die Masse 16 a während des Betriebs des geschalteten Moduls 12 auf unterschiedlichem Potential liegen kann, wird sie in diesem Zusammenhang als Pseudo- Masse bezeichnet. Weiterhin soll ins Gedächtnis zurückge­ rufen werden, daß der geschaltete Modul 12, der gesteuert wird, einen Abschnitt einer Chip-Schaltung umfassen kann. Daher können ebenso viele Stromversorgungsschalter-Schalt­ kreise 18 auf einem Wafer 10 vorgesehen sein wie zu steu­ ernde geschaltete Module 12, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Schalter-Schaltkreis 18 umfaßt weiterhin eine Vorrich­ tung 20 zum Empfang eines Rücksetzimpulses. Die Höhe des Rücksetzimpulses liegt bei etwa 5 Volt, einer üblicher­ weise bei Chip-Schaltkreisen verwendeten Spannung. Die Impulsbreite liegt vorteilhafterweise bei etwa 1 ms. Es können jedoch kürzere Zeiten verwendet werden. Der Impuls kann durch eine mechanische Betätigung, beispiels­ weise Betätigung eines Druckknopfes, oder durch eine dem Fachmann bekannte Steuervorrichtung erzeugt werden.

Der erste Schalter 22 ist zwischen der Masse 16 des Schal­ ter-Schaltkreises 18 und der Pseudomasse 16 a angeordnet. Der Schalter ist verhältnismäßig stark und kann bis zu etwa 0,5 A schalten. Der Schalter 22 reagiert entgegenge­ setzt auf sowohl den Rücksetzimpuls als auch den Zustand der Pseudomasse 16 a nach Beendigung des Rücksetzimpulses.

Insbesondere wird der Schalter 22 abgeschaltet, wenn der Rücksetzimpuls eingeschaltet wird. Wird der Rücksetz­ impuls abgeschaltet, wird dann der Zustand des Schalters 22 durch den Zustand der Pseudomasse 16 a bestimmt. Ist die Pseudomasse 16 a "LOW" (in der Nähe von Null), wodurch das Nichtvorliegen eines Kurzschlußes im geschalteten Modul 12 angezeigt wird, wird dann der Schalter 22 einge­ schaltet. lst die Pseudomasse 16 a "HIGH" (auf einem positi­ ven Wert, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird), bleibt der Schalter 22 dann ausgeschaltet.

Damit der Schalter 22 abgeschaltet wird, wenn der Rücksetz­ impuls eingeschaltet wird, wird ein Inverter 50 als logi­ sches Bauteil benötigt. Der Inverter 50 umfaßt einen P-Transistor 52 und einen N-Transistor 54, die auf wohlbe­ kannte Art zur Erzielung dieser Wirkung miteinander ver­ schaltet sind.

Ein zweiter Schalter 56 ist zwischen der Masse 16 des Schalter-Schaltkreises 18 und der Pseudomasse 16 a des geschalteten Moduls 12 geschaltet. Dieser zweite Schalter 56 reagiert nur auf den Rücksetzimpuls und schaltet ein, wenn der Rücksetzimpuls "HIGH" oder eingeschaltet ist und schaltet ab, wenn der Rücksetzimpuls "LOW" oder ausge­ schaltet ist.

Dem ersten Schalter 22 ist eine Einschaltvorrichtung 58 zugeordnet, die den Zustand des Rücksetzimpulses und der Pseudomasse 16 a überwacht. Vorzugweise weist die Einschaltvorrichtung 58 ein NAND-Gatter 60 mit zwei P-Tran­ sistoren 62, 64 und zwei N-Transistoren 66, 68 auf, die auf übliche Weise geschaltet sind, um Eingangssignale von der Spannungsquelle 14, der Masse 16, der Pseudomasse 16 a (Eingang A) und der Rücksetzimpulsleitung 20 (Eingang B) zu empfangen.

Nur wenn ein "HIGH-Signal" an beiden Eingängen A und B anliegt, wird das NAND-Gatter 60 aktiviert und gibt ein Signal ab, das intern zu einem "LOW"-Zustand inver­ tiert wird. Dieses "LOW"-Signal wird dann durch einen Inverter 70 mit einem P-Transistor 72 und einem N-Transis­ tor 74 geschickt, und der Inverter gibt ein "HIGH"-Signal an den ersten Schalter 22 ab und schaltet ihn ein. In dem eingeschalteten Zustand ist die Masse 16 mit der Pseudomasse des geschalteten Moduls 12 verbunden und legt so die Pseudomasse auf Massepotential.

Vorzugsweise wird eine Verzögerungsvorrichtung 76 verwen­ det, um das Signal von der Pseudomasse 16 a zu verzögern, damit sichergestellt ist, daß ein beständiges Signal dem NAND-Gatter 60 aufgeprägt wird, nachdem der Rücksetzim­ puls ausgeschaltet ist. Die Verzögerungsvorrichtung 76 umfaßt einen ersten Inverter 78 mit einem P-Transistor 80 und einem N-Transistor 82. Der erste Inverter 78 ist auf ein solches Verhältnis eingestellt, daß er bei etwa 1,5 Volt einen Übergang hat. Dies wird durch Bereitstellung eines NMOS-Transistors 82 mit einem hohen Verhältnis (einem hohen Verhältnis von Kanalbreite zur Kanallänge), verglichen mit dem PMOS-Transistor 80, auf wohlbekannte Weise bewerkstelligt.

Der Ausgang des ersten Inverters 78 wird einem zweiten Inverter 84 zugeführt, der von der Logik her zur Benutzung eines dritten Inverters 86 erforderlich ist, der dazu verwendet wird, das Signal von der Pseudomasse 16 a zum Eingang A des NAND-Gatters 60 zu verzögern. Der zweite Inverter 84 weist einen P-Transistor 88 und einen N- Transistor 90 auf, die auf wohlbekannte Weise zusammenge­ schaltet sind. Der Ausgang des zweiten Inverters 84 wird dem dritten Inverter 86 zugeführt.

Der dritte Inverter 86 weist P-Transistor 92 und einen N-Transistor 84 auf, die auf ein bestimmtes Verhältnis zur Zeitverzögerung eingestellt sind. Dies wird durch Bereitstellung eines NMOS-Transistors 94 mit niedrigem Verhältnis, verglichen mit dem PMOS-Transistor 92, er­ reicht. Die Anordnung der beiden Transistoren zur Bereit­ stellung einer derartigen Zeitverzögerung ist wohlbekannt und gehört nicht zur vorliegenden Erfindung.

Vorzugweise beträgt die Zeitverzögerung zumindest etwa 6 ns für eine geeignete Fehlerbreite. Eine derartige Zeitverzögerung ist erforderlich, um sicherzustellen, daß der Eingang zum NAND-Gatter 60 über einige ns nach Beendigung des Rücksetzimpulses stabil ist. Durch die Zeitverzögerung wird dem NAND-Gatter 60 genügend Zeit gegeben, um ein kapazitives Element 96 abzutasten, welches vorteilhafterweise einen als Kapazität geschalteten MOS- Transistor aufweist. Die Kapazität beträgt etwa 1 pF.

Der Inverter 78 soll schnell seine Ausgangsspannung herunterziehen, wenn seine Eingangsspannung oberhalb des festlegbaren Grenzwertes, hier 1,5 V, liegt. Der Inverter 78 gibt eine Spannung von 5 V ab, wenn am Eingang weniger als etwa 1,5 V liegen, und gibt eine Spannung von 0 V ab, wenn am Eingang mehr als etwa 1,5 V liegen.

Der Inverter 86 ist relativ unempfindlich gegenüber Span­ nungsänderungen. Daher kann das kapazitive Element 96 relativ schnell über den PMOS-Transistor 92 geladen werden, wird aber nur langsam durch den NMOS-Transistor 94 entladen.

Da eine Verwendung des erfindungsgemäßen Stromversorgungs­ schalter-Schaltkreises die Überprüfung der geschalteten Module 12 nach ihrer Herstellung und vor ihrer tatsäch­ lichen Verwendung ist, wird diese Betriebsweise zuerst beschrieben.

Vor dem Rücksetzen wird der zweite Schalter 56 ausgeschal­ tet. Der Zustand des ersten Schalters 22 spielt keine Rolle. Ein Rücksetzimpuls mit den voranstehenden beschrie­ benen Eigenschaften wird auf der Leitung 20 erzeugt. Während der Dauer von etwa 1 ms wird der geschaltete Modul 12 außer Betrieb gesetzt, der erste Schalter 22 abgeschaltet und der zweite Schalter 56 eingeschaltet.

Jegliche auf der Pseudomasse 16 a gespeicherte Ladung wird über die Leitung 98 zur Masse 16 entladen. Falls kein Kriechstrom von der Stromversorgung zur Masse im geschalteten Modul 12 vorliegt, geht die Pseudomasse 16 a auf Massepotential (typischerweise um 0 V). Jeglicher Zustand, den die Pseudomasse 16 a erreicht, wird in dem kapazitiven Element 96 gespeichert. Liegt eine hohe Span­ nung an der Pseudomasse 16 a (mehr als etwa 1,5 V), dann werden 0 V an dem kapazitiven Element 96 gespeichert. Liegt eine niedrige Spannung an der Pseudomasse 16 a (weni­ ger als etwa 1,5 V), dann beträgt die am kapazitiven Element 96 gespeicherte Spannung 5 V.

Nach 1 ms geht der Rücksetzimpuls auf "LOW" und schaltet den zweiten Schalter 56 ab, der den Ladungsfluß entlang der Entladungsleitung 98 unterbricht. Der erste Schalter 22 kann eingeschaltet werden, da der Eingang B nun "HIGH" ist. Ist die Ladung auf dem kapazitiven Element 96 eben­ falls "HIGH" (infolge einer niedrigen Spannung auf der Pseudomasse 16 a), so bewirkt das NAND-Gatter 60 die Aussen­ dung eines Signals an den ersten Schalter 22, schaltet diesen ein und stellt eine Verbindung zwischen Masse 16 und Pseudomasse 16 a her. Demzufolge ist der geschaltete Modul 12 eingeschaltet.

Ist andererseits die Ladung auf dem kapazitiven Element 96 "LOW" (infolge hoher Spannung auf der Pseudomasse), so schaltet das NAND-Gatter 60 den ersten Schalter 22 nicht ein und der geschaltete Modul 12 ist demzufolge abgeschaltet.

Es wird darauf hingewiesen, daß während des nachfolgenden Betriebs des geschalteten Moduls i 2 der Schalter-Schalt­ kreis 18 verhältnismäßig unempfindlich gegenüber irgend­ welchen Kriechströmen von der Stromversorgung zur Masse ist, die in dem Schaltmodul 12 auftreten können. Falls jedoch ein Benutzer des Wafers 10 mit den mehreren geschal­ tenen Modulen 12, von denen jedem ein Stromversorgungs­ schalter-Schaltkreis 18 gemäß der Erfindung zugeordnet ist, einen derartigen sich später entwickelnden Kriechstrom von der Stromversorgung zu Masse vermutet, kann er den Rücksetzimpuls aktivieren. Hierdurch wird der geschaltete Modul 12 in seinen Eingangszustand versetzt und daher werden alle dort gespeicherten Daten zerstört. Der Schalt­ kreis arbeitet jedoch aufs Neue, und irgendwelche geschal­ teten Module 12, die derartige Kriechströme entwickelt haben, werden aus der gesamten Chip-Schaltung entfernt.

Zwar ist der Schalter-Schaltkreis 18 gemäß der Erfindung verhältnismäßig unempfindlich gegenüber irgendwelchen Kriechströmen von der Stromversorgung zur Masse, falls sich jedoch ein genügend ernstzunehmender Kurzschluß in einem geschalteten Modul 12 entwickelt, schaltet der erste Schalter 22 ab, wie aus den voranstehenden Überle­ gungen deutlich wird.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie Kriechströme nach Masse zu einer Zeit feststellt, zu der die Chip-Schaltung nicht arbeitet, nämlich dann, wenn der Rücksetzimpuls an den Stromversor­ gungsschalter-Schaltkreis 18 angelegt wird. Es wird vermu­ tet, daß der Chip-Schaltkreis mit einer Vorrichtung verse­ hen ist, die auf dasselbe Rücksetzsignal reagiert, um den Betrieb zu unterbrechen.

Infolge der Verwendung des erfindungsgemäßen Schalter- Schaltkreises 18 ist die Leistungsaufnahme mehrer geschal­ teter Moduln 12, die eine Chip-Schaltung bilden, welche bei Größtintegration im Wafermaßstab verwendet wird, minimalisiert. Dies wird durch Isolieren unwiderruflich fehlerhafter Abschnitte des Wafers 10 von der Stromversor­ gung erreicht. Zwar ist die Erfindung im Zusammenhang mit dem Schutz von Chip-Schaltkreisen bei Integration im Wafermaßstab beschrieben worden, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Schalter-Schaltkreis gemäß der vorlie­ genden Erfindung von allgemeinen Nutzen bei üblichen großintegrierten Schaltkreisen ist.

Es können auch andere Anordnungen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre entwickelt werden. Beispielsweise können die Inverter 50, 70 und 84 wegfallen. Der Inverter 86 kann ein anderes Verhältnis aufweisen, so daß der PMOS-Transistor 92 ein niedriges Verhältnis aufweist, während der NMOS-Transistor 94 ein übliches Verhältnis hat. Das NANO-Gatter 60 kann durch ein NOR-Gatter ersetzt werden. Daher bewirkt die Kombination eines "LOW"-Signals von der Rücksetzimpulsleitung 20 (als Anzeige, daß kein Rücksetzimpuls vorliegt) und eines "LOW"-Signals von der Pseudomasse 16 a (als Anzeige, daß keine Kriechströme von der Stromversorgung zur Masse in dem geschalteten Modul 12 vorliegen) das Einschalten des ersten Schalters 22 und daher die Bereitstellung der Stromversorgung für den geschalteten Modul 12.

Es ist daher voranstehend eine Stromversorgungsschutz­ schalter-Schaltung zum Nachweis von Kriechströmen der Stromversorgung zur Masse in Abschnitten oder geschalteten Moduln eines Chip-Schaltkreises und zum Abtrennen derarti­ ger Abschnitte von der Chip-Schaltung im Falle des Auftre­ tens eines derartigen Kriechstroms beschrieben worden. Zahlreiche offensichtliche Anderungen und Modifikationen der Erfindung können durch einen Fachmann auf diesem Gebiet gemacht werden, und sämtliche derartigen Anderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfin­ dung sollen in den beantragten Schutz miteingeschlossen sein.

Claims (27)

1. Stromversorgungsschalter-Schaltkreis (18) zum Nachweis von Kriechströmen der Stromversorgung in einem Ab­ schnitt (12) einer auf einem Substrat (10) ausgebilde­ ten Halbleiterschaltung und zum Abschalten der Strom­ versorgung zu diesem Abschnitt (12) mit:

• a) einer auf einen Rücksetzimpuls (34, 34′) reagie­ renden Vorrichtung (24, 35) zum Einschalten eines Schalters (22);
• b) einer Vorrichtung (24, 35) zum Abtasten einer Spannung über dem Schalter (22) und zur Festlegung, ob die Spannung oberhalb oder unterhalb einer festlegbaren Grenze liegt, wobei die erste Bedin­ gung einen Kriechstrom und die zweite Bedingung einen ordungsgemäß arbeitenden Schaltkreisab­ schnitt (12) anzeigt; und
• c) einer selbsthaltende Vorrichtung (24, 35) zum Abschalten der Stromversorgung zu dem Schalt­ kreisabschnitt (12) nach Beendigung des Rücksetz­ impulses (34, 34′), falls der Schältkreisabschnitt (12) einen Kriechstrom aufweist, und zum Aufrecht­ erhalten der Stromversorgung zu dem Schaltkreisab­ schnitt (12) nach Beendigung des Rücksetzimpulses (34, 34′), falls der Schaltkreisabschnitt (12) ordnungsgemäß arbeitet.

2. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (10) vom P-Typ ist und der Schalter-Schaltkreis (18) in Reihe mit einem Spannungseingang (14 a) zu dem Schaltkreisabschnitt (12) geschaltet ist.

3. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein NOR-Gatter (35) die reagierende Vorrichtung, die Abtast-und Bestimmungsvorrichtung und die selbsthaltende Vorrichtung umfaßt.

4. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (10) vom N-Typ ist und der Schalter-Schaltkreis (18) in Reihe mit einer Masseverbindung zum Schaltkreisabschnitt (12) geschal­ tet ist.

5. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein NAND-Gatter (60) die reagierende Vorrichtung, die Abtast-und Bestimmungsvorrichtung, und die selbsthaltende Vorrichtung umfaßt.

6. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die festlegbare Grenze bei etwa 1,5 V liegt.

7. Stromversorgungsschalter-Schaltkreis (18) zum Nachweis von Kriechströmen einer Stromversorgung zur Masse in einem Abschnitt (12) einer integrierten Halbleiter­ schaltung auf einem Substrat (10) mit:

• a) einer Stromversorgungseingangsvorrichtung mit einer Spannungsquelle (14, 14 a) und Masse (16, 16 a);
• b) einer Vorrichtung (20) zum Empfang eines Rücksetz­ impulses;
• c) einer ersten Schaltvorrichtung mit einem ersten Schalter (22), der in Reihe mit einer Leitung (14 a) der Stromversorgungseingangsvorrichtung zu dem Schaltkreisabschnitt (12) geschaltet ist und auf sowohl dem Rücksetzimpuls und den Zustand der Stromversorgungeingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) nach Beendigung des Rücksetzimpulses reagiert; und
• d) mit einem zweiten Schalter (56), der zwischen die Stromversorgungseingangsleitung (14) und die Stromversorgungseingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) geschaltet ist und direkt auf den Rücksetzimpuls reagiert, um Strom von der Stromversorgungseingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) zur Stromversor­ gungseingangsleitung (14) abzuleiten.

8. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (10) vom N-Typ ist und der erste Schalter (22) in Reihe zwischen Masse (16 a) des Schaltkreisabschnitts (12) und die Masse (16) geschaltet ist.

9. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (10) vom P-Typ ist und der erste Schalter (22) in Reihe zwischen die Span­ nungsquelle (14) und den Spannungseingang (14 a) zum Schaltkreisabschnitt (12) geschaltet ist.

10. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Schaltvorrichtung eine ihr zugeordnete Vorrichtung (58) zum Einschalten des ersten Schalters (22) für den Fall aufweist, wenn der Rücksetzimpuls beendet ist und die Spannung auf der Stromversorgungseingangsleitung (14 a) des Schalt­ kreisabschnitts (12) unterhalb eines vorher festleg­ baren Wertes liegt.

11. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vorher festlegbare Wert der Spannung etwa 1,5 V beträgt.

12. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einschaltvorrichtung (58) ein NAND- Gatter (60) aufweist, welches mit zwei Eingängen (A, B) versehen ist, wobei ein Eingang (B) für ein invertiertes Signal von der Empfangsvorrichtung (20) des Rücksetzimpulses und der zweite Eingang (A) für ein invertiertes Signal von der Stromversorgungsein­ gangleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) vorgesehen und das NAND-Gatter (60) zur Bereitstellung eines Ausgangssignals zum Einschalten des ersten Schalters (22) ausgebildet ist, wenn beide Eingänge (A, B) "HIGH" sind.

13. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einschaltvorrichtung ein NOR-Gatter mit zwei Eingängen umfaßt, von denen ein Eingang für ein Signal von der Empfangsvorrichtung für den Rücksetzimpuls und der zweite Eingang für ein Signal von der Stromversorgungseingangsleitung des Schalt­ kreisabschnitts vorgesehen und das NOR-Gatter zur Bereitstellung eines Ausgangssignals zum Einschalten des ersten Schalters ausgebildet ist, wenn beide Eingänge "LOW" sind.

14. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rücksetzimpuls (34, 34′) eine Span­ nung aufweist, die etwa gleich der Spannung der Span­ nungsquelle (14) ist, und eine ausreichende Länge aufweist, um jede Ladung unterhalb einer festleg­ baren Spannung auf der Stromversorgungseingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) zur Stromversor­ gungseingangsleitung (14) zu entladen.

15. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorher festlegbare Spannung etwa 1,5 V beträgt.

16. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauer unterhalb 1 ms liegt.

17. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weiterhin eine Verzögerungsvorrichtung (76) vorgesehen ist, welche zwischen die Stromver­ sorgungseingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnit­ tes (12) und den ersten Schalter (22) geschaltet ist.

18. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verzögerungsvorrichtung (76) einen ersten lnverter (78), dessen Verhältnis so eingestellt ist, daß er bei einer festlegbaren Spannung umkippt, einen zweiten Inverter (84), dessen Verhältnis so eingestellt ist, daß er jedes Signal von der Stromver­ sorgungseingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnitts (12) zum ersten Schalter (22) für eine vorher festleg­ bare Zeit verzögert, und eine Speichervorrichtung (96) zum Abtasten des Zustands der Stromversorgungs­ eingangsleitung (14 a) des Schaltkreisabschnittes (12) umfaßt.

19. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorher festlegbare Spannung etwa 1,5 V beträgt.

20. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorher festlegbare Zeit länger als etwa 6 ns ist.

21. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speichervorrichung ein kapazitives Element (96) mit einer Kapazität von etwa 1 pF umfaßt.

22. Stromversorgungsschalter-Schaltkreis (18) zum Nachweis von Kriechströmen einer Stromversorgung zu Masse in einem Abschnitt (12) einer Chip-Schaltung, die zum Eliminieren des Schaltkreisabschnitts (12) nach einem Nachweis derartiger Kriechströme ausgebildet ist, mit:

• a) einer Stromversorgungseingangsvorrichtung mit einer Spannungsquelle (14) und einer Masse (16);
• b) einer Vorrichtung (20) zum Empfang eines Rücksetz­ impulses;
• c) einer ersten Schaltvorrichtung mit einem ersten Schalter (22), der zwischen die Masse (16) und die Masse (16 a) des Chip-Abschnitt (12) geschaltet ist und invers sowohl auf den Rücksetzimpuls und den Zustand der Masse (16 a) des Schaltkreis­ abschnittes (12) nach Aktivierung des Rücksetzim­ pulses reagiert, wobei die erste Schaltvorrichtung (22) eine Einschaltvorrichtung (58) für den Schalter zum Empfang eines Eingangs von der Masse (16 a) des Schaltkreisabschnitts (12) und eines Eingangs von der Empfangsvorrichtung (20) für den Rücksetzimpuls aufweist und ein Einschalt­ signal für den ersten Schalter (22) abgibt, wenn beide Eingänge (A, B) "HIGH" sind;
• d) einer zweiten Schaltvorrichtung (56), die zwischen die Masse (16) und die Masse (16 a) des Schalt­ kreisabschnitts (12) geschaltet ist und direkt auf den Rücksetzimpuls reagiert, wobei die zweite Schaltvorrichtung (56) zur Ableitung eines Stroms von der Masse (16 a) des Schaltkreisabschnitts (12) zur Masse (16) ausgebildet ist, wenn die zweite Schaltvorrichtung (56) durch den Rücksetz­ impuls eingeschaltet ist; und
• e) einer Verzögerungsvorrichtung (76) zur Verzögerung eines Signals von der Masse (16 a) des Schaltkreis­ abschnitts (12) zur ersten Schaltvorrichtung (22), wobei die Verzögerungsvorrichtung (76) einen ersten lnverter (78), dessen Verhältnis so eingestellt ist, daß er bei einer vorher festlegbaren Spannung übergeht, einen zweiten Inverter (84) zum Zurückversetzen des Signals in den vorigen Zustand, einen dritten Inverter (86), dessen Verhältnis so eingestellt ist, daß er das Signal um einen vorher festlegbaren Betrag verzögert, und ein kapazitives Element (96) aufweist, das zum Speichern des Zustands der Masse (16 a) des Schaltkreisabschnitts (12) nach Aktivierung des Rücksetzimpulses ausgebildet ist.

23. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rücksetzimpuls eine Spannung von etwa gleicher Höhe wie der der Spannungsquelle (14) für eine Dauer von weniger als etwa 1 ms aufweist.

24. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Inverter (78) ein solches Verhältnis aufweist, daß er bei etwa 1,5 V übergeht.

25. Schalter-Schaltkreis nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dritte Inverter (86) ein solches Verhältnis aufweist, daß das Signal zumindest etwa 6 ns verzögert wird.

26. Verfahren zur Überprüfung eines Abschnitts (12) einer Halbleiterschaltung auf einem Substrat (10) zur Bestim­ mung, ob der Schaltkreisabschnitt (12) einen Kriech­ strom von der Stromversorgung zur Masse aufweist, und zum Abtrennen des Schaltkreisabschnitts (12) beim Nachweis eines Kriechstroms, das folgende Schritte umfaßt:

• a) Erzeugung eines Rücksetzimpulses (34, 34′) zum Einschalten eines Schalters (22);
• b) Abfühlen einer Spannung über dem Schalter (22) und Bestimmung, ob die Spannung oberhalb oder unterhalb eines festlegbaren Grenzwertes liegt, wobei die erste Bedingung einen Kriechstrom und die zweite Bedingung ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Schaltkreisabschnitts (12) anzeigt, und
• c) Abschneiden der Stromversorgung zu dem Schaltkreis­ abschnitt (12) nach Beendigung des Rücksetzim­ pulses (34, 34′) für den Fall, daß in dem Schalt­ abschnitt (12) ein Kriechstrom auftritt, und zum Aufrechterhalten der Stromversorgung zu dem Schaltkreisabschnitt (12) nach Beendigung des Rücksetzimpulses (34, 34′) für den Fall, daß der Schaltkreisabschnitt (12) ordnungsgemäß ar­ beitet.

27. Verfahren zur Überprüfung eines Abschnitts (12) einer Halbleiterschaltung auf einem Substrat (10) zur Bestim­ mung, ob in dem Schaltkreisabschnitt (12) ein Kriech­ strom von der Stromversorgung zur Masse auftritt, und zum Abtrennen des Schaltkreisabschnitts (12) in einem solchen Falle, das folgende Schritte umfaßt:

• a) Erzeugen eines Rücksetzimpulses (34, 34′) festleg­ barer Spannung und Dauer zum Abschalten eines ersten Schalters (22), der in Reihe mit einer Stromversorgungsleitung (14 a) zu dem Schaltkreis­ abschnitt (12) geschaltet ist, wodurch der Schalt­ kreisabschnitt (12) von der Stromversorgung abge­ schaltet wird, und um einen zweiten Schalter (56) einzuschalten, wodurch eine auf der Strom­ versorgungsleitung (14 a) zu dem Schaltkreisab­ schnitt (12) zur Entladung der Stromversorgungs­ leitung (14 a) durch den zweiten Schalter (56) abgeleitet werden kann;
• b) Speichern des invertierten Zustands der Stromver­ sorgungsleitung (14 a) zu dem Schaltkreisabschnitt (12) nach dem Rücksetzimpuls;
• c) Zuführen der gespeicherten Information zu einer ersten Eingangsleitung (A);
• d) Zuführen des invertierten Zustands des Impulses zu einer zweiten Eingangsleitung (B); und
• e) falls beide Leitungen (A, B) "HIGH" sind, Anzeigen, daß eine Spannung auf der Stromversorgungsleitung (14 a) zu dem Schaltkreisabschnitt (12) unterhalb eines vorher festlegbaren Wertes und der Rücksetz­ impuls ausgeschaltet ist, Zuführen eines Signals zum Einschalten des ersten Schalters (22), um hierdurch die Stromversorgungsleitung (14 a) zu dem Schaltkreisabschnitt (12) zu verbinden und hierdurch den Schaltkreisabschnitt (12) bestriebs­ bereit zu machen, und falls die erste Eingangslei­ tung (A) "LOW" ist, Anzeigen, daß eine Spannung auf der Stromversorgungsleitung (14 a) oberhalb des vorher festlegbaren Wertes ist und daher ein Kriechstromzustand vorliegt, und daraufhin Aufrechterhaltung eines Ausschaltzustands des ersten Schalters (22), wodurch der Unterbrechungs­ zustand aufrechterhalten und der Schaltkreisab­ schnitt (12) in nicht betriebsbereiten Zustand versetzt wird.