DE3710865A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung hoher Packungsdichte mit einer Versorgungsspannungs- Umsetzerschaltung zum Erzeugen einer Vorspannung, die an in Mikrotechnik im Submikron-Bereich hergestellte Transistoren angelegt werden kann.

Bei integrierten Halbleiterschaltungen, die Transistoren, wie beispielsweise MOSFETs integrieren, wurde die Packungsdichte von Jahr zu Jahr größer. Beispielsweise befindet sich für Halbleiterspeicher ein 4- oder 16-Mbit-Dynamik-Direktzugriffsspeicher (im folgenden als dRAM-Speicher bezeichnet) in Entwicklung. In solchen Speichern mit sehr hoher Packungsdichte ist die Mindestherstellungsabmessung von in Speicherzellen, Dummy-Zellen (Scheinzellen), peripheren Ansteuerschaltungen (einschließlich Abtastverstärkern) verwendeten Transistoren usw. unter den Bereich eines Mikrons (also in dem Sub-Mikron-Bereich) verringert. In diesem Fall wird eine große Anzahl von Transistoren (im allgemeinen mehrere Millionen von Transistoren) entsprechend der am weitesten fortgeschrittesten Mikro-Musterbildung erzeugt.

In einem in Mikrotechnik hergestellten dRAM sind die Längen von MOSFETs, die dessen Innenschaltungen bilden, vermindert. Wenn in diesem Fall eine Gleichstromversorgungsspannung eines normalen Pegels (beispielsweise 5 V) an dem dRAM liegt, sind die Grundeigenschaften, wie beispielsweise die Betriebszuverlässigkeit jedes MOSFET und die dielektrische Stabilität dessen Source- Drain-Strecke in unerwünschter Weise vermindert. Dies beruht darauf, daß das elektrische Feld in jedem in Mikrotechnik hergestellten FET im Submikron-Bereich zu stark ist. Das heißt, wenn die Kanallänge der Transistoren vermindert wird, nimmt das im Transistor erzeugte interne elektrische Feld nach Anlegen einer Spannung an die Source-Drain-Strecke zu. Wenn als Ergebnis eine normale MOS-Struktur einfach in Mikrotechnik ausgeführt wird, so nimmt die dielektrische Durchbruchsstärke in der Source-Drain-Strecke abrupt ab, um dadurch die Betriebszuverlässigkeit des Halbleiterspeichers herabzusetzen.

Um in einem herkömmlichen Speicher das obige Problem zu lösen, ist eine Spannungsumsetzerschaltung in einer hochintegrierten IC-Vorrichtung vorgesehen, damit eine niedrige und konstante Versorgungsspannung zu Transistoren gespeist wird, die in Mikrotechnik in der Submikron-Größenordnung hergestellt sind und deren interne Schaltungen bilden. Die Spannungsumsetzerschaltung umfaßt eine Konstantspannungsschaltung zum Empfangen einer äußeren Versorgungsspannung Vcc (beispielsweise 5 V) der bestehenden Normen (die äußere Versorgungsspannung ist in üblicher Weise eingestellt, um Vielseitigkeit herzustellen), und um eine Gleichspannung Va (beispielsweise 3 bis 4 V) zu erzeugen, die als eine interne Versorgungsspannung verringert ist. Wenn in der herkömmlichen Spannungsumsetzerschaltung eine von außen eingespeiste Gleichspannung erhöht wird und die Versorgungsspannung für interne Schaltungen, also die interne Versorgungsspannung, ein vorbestimmtes Potential Va erreicht, ist die Ausgangsspannung der Spannungsumsetzerschaltung festgelegt. Selbst wenn die Bezugsgleichspannung weiter erhöht wird, wird die Ausgangsspannung der Spannungsumsetzerschaltung konstant auf einem Spannungspegel Va gehalten. Daher kann eine geeignete, niedrige Versorgungsspannung stabil an die internen IC- Schaltungen angelegt werden.

Bei integrierten Schaltungen mit derartigen Versorgungsspannungsumsetzerschaltungen kann jedoch ein beschleunigter Test zum Untersuchen der Betriebszuverlässigkeit der integrierten Schaltungen aus dem folgenden Grund nicht wirksam durchgeführt werden. In einem solchen Test muß eine Versorgungsspannung höher als der gewöhnliche Spannungspegel zwangsweise an die internen Schaltungen angelegt werden. Mit anderen Worten, um eine langzeitige Betriebszuverlässigkeit der integrierten Schaltungen kurzzeitig zu bestätigen, muß eine Gleichspannung, die um einige Volt höher als die normale Versorgungsspannung Vcc ist, an die integrierten Schaltungen gelegt werden, und ein normaler Betrieb muß unter derartigen ernsten Bedingungen bestätigt werden. Da in diesem Fall die Schaltung zum Erzeugen der konstanten Spannung in jede integrierte Schaltung (IC) eingeschlossen ist, wird eine vorgeschriebene niedrige Gleichspannung automatisch an die interne Schaltungen durch das Verhalten der Versorgungsspannungsumsetzerschaltung angelegt, selbst wenn die Hochspannung für den beschleunigten Test dort anliegt. Als Ergebnis kann eine derartige Hochspannung nicht direkt an die internen Schaltungen angelegt werden, und der beschleunigte Test kann nicht durchgeführt werden.

Um dieses Problem zu überwinden, können die Eigenschaften des Konstantspannungsgenerators wie folgt abgeändert werden. Ein zweiter Bezugspegel Vb wird um einige Volt höher als der Bezugspegel eingestellt. Wenn die an die integrierten Schaltungen (IC) angelegte externe Gleichstromversorgungsspannung die zweite Bezugsspannung überschreitet, erzeugt der Generator eine Spannung proportional zu der externen Spannung. Mit anderen Worten, eine Konstantspannungserzeugungswirkung ist innerhalb des Bereiches zwischen der ersten und der zweiten Bezugsspannung Va und Vb beschränkt (Va ≦ωτ Vb). Wenn die an den integrierten Schaltungen (IC) anliegende Gleichstromversorgungsspannung niedriger als die erste Bezugsspannung oder höher als die zweite Bezugsspannung ist, wird die sich proportional zur Größe der äußeren Versorgungsspannung ändernde Spannung an die interne integrierte Schaltung (IC) angelegt. Wenn daher die beschleunigte Testspannung ausreichend hoch eingestellt ist, um den zweiten Bezugspegel zu überschreiten, kann der beschleunigte Test durchgeführt werden. Wenn im Normalbetrieb die an die interne integrierte Schaltung (IC) angelegte Spannung innerhalb des Bereichs zwischen den Spannungen Va und Vb eingestellt ist, kann eine konstante Spannungserzeugung in normaler Betriebsart gewährleistet werden. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Spannweite für ein stabiles Einspeisen der Versorgungsspannung in die interne integrierte Schaltung (IC) in unerwünschter Weise eingeschränkt, was andere entscheidende Nachteile nach sich zieht.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte sehr groß integrierte Halbleitervorrichtung zu schaffen, die in geeigneter Weise eine niedrige Gleichspannung an interne Schaltungen mit weiter Spanne unabhängig von Schwankungen in einer von außen eingespeisten Versorgungsspannung anlegen kann und die einen wirksamen beschleunigten Test erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine spezielle Halbleitervorrichtung in integrierter Technik, die auf einem Halbleitersubstrat ausgeführte interne Schaltungen hat. Die internen Schaltungen sind durch in Mikrotechnik erzeugte Transistoren gebildet. Die Halbleitervorrichtung umfaßt einen Konstantspannungsgenerator, der als eine Versorgungsspannungsumsetzerschaltung dient. Der Generator empfängt eine von außen eingespeiste Gleichstromversorgungsspannung in der normalen Betriebsart der Halbleitervorrichtung und erzeugt eine interne Versorgungsspannung, die niedriger als die zuerst genannte Spannung ist. Die interne Versorgungsspannung wird im wesentlichen konstant gehalten unabhängig von der Größe der von außen angelegten Spannung, und sie wird zu den internen Schaltungen der Halbleitervorrichtung gespeist. Eine automatische Schalteinrichtung ist auf dem Substrat angeordnet und parallel mit dem Konstantspannungsgenerator verbunden. Wenn ein beschleunigter Test durchgeführt wiid, um die Betriebszuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu prüfen, so schaltet die Schalteinrichtung automatisch einen Spannungsanlegungspfad für die internen Schaltungen um, damit dadurch direkt die externe Versorgungsspannung mit einem höheren Pegel als der normale Spannungspegel an die internen Schaltungen angelegt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 2 bis 7.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer Schaltungsanordnung der integrierten Halbleitervorrichtung einschließlich eines Konstantspannungsgenerators und eines Betriebsart-Änderungssteuergliedes nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Kurve zur Erläuterung der Änderung der internen Versorgungsspannung für einen Hauptschaltungsabschnitt der Halbleitervorrichtung mit einer von außen eingespeisten Versorgungsspannung in einer normalen Betriebsart und in einer beschleunigten Testbetriebsart,

Fig. 3 ein Diagramm mit dem Schaltungsaufbau des Betriebsart- Änderungssteuergliedes in der Halbleitervorrichtung von Fig. 1,

Fig. 4 eine Kurve mit der Beziehung zwischen der äußeren Versorgungsspannung und den Ausgangsspannungspegeln von zwei Gleichstrom-Spannungsgeneratoren, die in einer Steuerschaltung des Betriebsart- Änderungssteuergliedes vorgesehen sind, und

Fig. 5A bis 5H Diagramme mit Signalformen der wesentlichen elektrischen Signale, die in den Hauptteilen des in Fig. 3 gezeigten Betriebsart- Änderungssteuergliedes erzeugt sind.

In der Fig. 1 bezeichnet ein Block 10 in Strichlinien ein Siliziumchipsubstrat der integrierten Halbleitervorrichtung (IC) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein interner Hauptschaltungsabschnitt 12 besteht aus hochintegrierten Transistoren, wie beispielsweise Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (im folgenden als "MOSFETs" bezeichnet). Diese MOSFETs sind auf einem Substrat 10 mittels fortgeschrittener Mikroherstellungstechnik ausgeführt, um eine verminderte Kanallänge in der Größenordnung von Submikron zu haben. Wenn die Vorrichtung eine logische LSI (LSI = Large Scale Integration)-Schaltung ist, kann der Schaltungsabschnitt 12 eine logische Anordnung umfassen, die eine arithmetische logische Einheit bildet.

Ist die Vorrichtung ein Speicher, so kann der Schaltungsabschnitt 12 eine Speicherzellenmatrix, eine Ansteuerschaltung und dergleichen aufweisen.

Ein Konstantspannungsgenerator 14 ist auf dem Substrat 10 vorgesehen und mit einem Versorgungsspannungsanschluß 16, einem Masseanschluß 18 und dem Hauptschaltungsabschnitt 12 verbunden. Der Spannungsgenerator 14 dient als Gleichstrom- Versorgungsspannungsumsetzer. Die Halbleitervorrichtung ist mit der Gleichstromversorgungsspannung Vcc vorgespannt, die über einen Anschluß 16 extern angelegt ist. Der Spannungsgenerator 14 empfängt eine externe Versorgungsspannung Vcc, um eine eingestellte Gleichspannung Vcci zu erzeugen, die niedriger als die externe Versorgungsspannung Vcc ist, so daß die Betriebszuverlässigkeit der die Hauptschaltung 12 bildenden, in Mikrotechnik hergestellten MOSFETs verbessert ist. Wenn beispielsweise die Versorgungsspannung Vcc 5 V beträgt, liegt die interne Versorgungsspannung Vcci bei 3 V. Der Ausgangspegel des Spannungsgenerators 14 ist stabilisiert, um bei einem Bezugspegel Vr unabhängig von Änderungen in der externen Versorgungsspannung Vcc zu bleiben. Die Ausgangsspannung Vr des Spannungsgenerators 14 wird als interne Versorgungsspannung Vcci zum Hauptschaltungsabschnitt 12 über eine interne Versorgungsleitung L 1 gespeist.

Eine automatische Schalteinrichtung 20 ist parallel mit dem Spannungsgenerator 14 verbunden, um als ein Betriebsart- Änderungssteuerglied zu dienen, das die Spannungsversorgungsstrecke für den Hauptschaltungsabschnitt 12 entsprechend einer Änderung in den Betriebsarten der Halbleitervorrichtung ändert. Das heißt, das Betriebsart- Änderungssteuerglied umfaßt ein Schaltelement 22 und eine Steuerschaltung 24. Das Schaltelement 22 kann ein p-Kanal-MOSFET Q sein, der von der gleichen Art wie der in der Hauptschaltung 12 verwendete Transistor ist. Der MOSFET Q liegt zwischen dem Versorgungsanschluß 16 und der internen Versorgungsleitung L 1. Die Steuerschaltung 24 erfaßt, ob die Halbleitervorrichtung in einer normalen Betriebsart oder in einer beschleunigten Testbetriebsart ist. Wenn sie erfaßt, daß die Vorrichtung in der normalen Betriebsart arbeitet, so steuert die Steuerschaltung 24 den MOSFET Q derart, daß er nichtleitend wird. Da unter einer derartigen Bedingung der Spannungsversorgungsanschluß 16 mit dem Hauptschaltungsabschnitt 12 über den Spannungsgenerator 14 verbunden ist, wird eine konstante Ausgangsspannung Vr des Spannungsgenerators 14 zum Hauptschaltungsabschnitt 12 gespeist. Wenn andererseits erfaßt wird, daß die Vorrichtung in der beschleunigten Testbetriebsart arbeitet, macht die Steuerschaltung 24 den MOSFET Q leitend, um den Spannungsgenerator 14 zu überbrücken oder nebenzuschließen. Unter dieser Bedingung ist der Versorgungsanschluß 16 direkt mit dem Hauptschaltungsabschnitt 12 verbunden, so daß die externe Versorgungsspannung Vcc direkt an den Hauptschaltungsabschnitt 12 angelegt ist.

Die Betriebsartänderung der Halbleitervorrichtung mittels des Betriebsart-Änderungssteuergliedes 20 wird im folgenden anhand der Kurve von Fig. 2 näher erläutert, die die Beziehung zwischen der an die Halbleitervorrichtung angelegten externen Versorgungsspannung Vcc und der internen Versorgungsspannung Vcci darin darstellt. Ein Schalttransistor Q des Betriebsart-Änderungssteuergliedes 20 wird durch eine Steuerschaltung 24 nichtleiend gemacht. Unter dieser Anfangsbedingung des Steuergliedes 20 liegt eine Ausgangsspannung des Konstantspannungsgenerators 14 am Hauptschaltungsabschnitt 12. Wenn in der normalen Betriebsart der Halbleitervorrichtung die externe Versorgungsspannung Vcc graduell von 0 V ansteigt, wächst die Ausgangsspannung Vcci des Spannungsgenerators 14 linear proportional zur Spannung Vcc an, wie dies durch einen Pfeil 26 in Fig. 2 angedeutet ist. Wenn die Spannung Vcc anwächst und einen Potentialpegel V 1 (= 3 V) erreicht, wird die Spannung Vcci des Generators 14 bei dem Bezugspegel Vr (= 3 V) festgelegt. Selbst wenn die Spannung Vcc über den Pegel V 1 anwächst, wird die Spannung Vcci des Generators 14 bei einem Bezugspegel Vr gehalten, wie dies durch einen Pfeil 28 angedeutet ist. Die Kennlinie in Fig. 2 zeigt, daß die Ausgangsspannung Vcci des Spannungsgenerators 14 bei einem Bezugspegel Vr gehalten wird, selbst wenn eine externe Versorgungsspannung Vcc weiter bis zu einem Potentialpegel V 2 (= 8 V) ansteigt. Wenn daher in der normalen Betriebsart die externe Versorgungsspannung Vcc von 5 V an die Halbleitervorrichtung angelegt wird, wird eine Spannung Vcci mit einem Pegel Vr von 3 V von dem Konstantspannungsgenerator 14 an den Hauptschaltungsabschnitt 12 angelegt.

In der beschleunigten Testbetriebsart der Halbleitervorrichtung wird eine externe Versorgungsspannung Vcc auf einen Spannungspegel V 3 (beispielsweise 8,5 V) eingestellt, der höher als ein Spannungspegel V 2 ist, und er wird dann vermindert und auf einen Spannungspegel V 4 (beispielsweise 2,5 V) eingestellt, der etwas niedriger als der Spannungspegel V 1 ist. Derartige Änderungen in der externen Versorgungsspannung Vcc werden mittels einer Steuerschaltung 24 erfaßt, die mit dem Versorgungsanschluß 16 verbunden ist. In diesem Fall wird der MOSFET Q unter Steuerung der Steuerschaltung 24 leitend gemacht.

Eie Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Konstantspannungsgenerators 14 sind nebengeschlossen bzw. überbrückt, und der Versorgungsanschluß 16 ist direkt mit dem Hauptschaltungsabschnitt 12 verbunden. In der beschleunigten Testbetriebsart wird der MOSFET Q leitend gehalten. Wenn die externe Versorgungsspannung Vcc erneut über den Potentialpegel V 1 angehoben wird, ist der Hauptschaltungsabschnitt 12 mit der externen Versorgungsspannung Vcc beaufschlagt, die den Bezugsspannungspegel Vr überschreitet. In anderen Worten, die an die Halbleitervorrichtung angelegte Spannung Vcci wird linear auf einen hohen Spannungspegel gesteigert, der für einen beschleunigten Test erforderlich ist, wie dies durch einen Pfeil 32 angedeutet ist, um dadurch den beschleunigten Test der Halbleitervorrichtung durchzuführen.

Wenn die beschleunigte Testbetriebsart der Halbleitervorrichtung abgeschlossen ist, wird die externe Versorgungsspannung Vcc auf 0 V vermindert, wie dies durch einen Pfeil 34 in Fig. 2 angedeutet ist. Wenn die Änderung in der Spannung Vcc durch die Steuerschaltung 24 erfaßt wird, macht die Steuerschaltung 24 den MOSFET Q nicht leitend. Daher wird das Betriebsart- Änderungssteuerglied 20 dazu veranlaßt, die Halbleitervorrichtung in die normale Betriebsart zu setzen. Wenn die Spannung Vcc auf den normalen Pegel, d. h. 5 V, eingestellt ist, wird die Ausgangsspannung des Generators 14 mit dem Bezugsspannungspegel Vr stabil als interne Versorgungsspannung Vcci an den Hauptschaltungsabschnitt 12 in der oben beschriebenen Weise angelegt.

Im folgenden wird der Schaltungsaufbau der Steuerschaltung 24 des Betriebsart-Änderungssteuergliedes 20 anhand der Fig. 3 näher erläutert. Die Steuerschaltung 24 umfaßt zwei Spannungsgeneratoren 40 und 42, die konstant Gleichspannungen von festen Potentialpegeln erzeugen. Der Ausgang des einen Gleichspannungsgenerators 14 ist mit einem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 44 verbunden. Der Ausgang des anderen Gleichspannungsgenerators 42 ist an einen invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 46 angeschlossen. Die Differenzverstärker 44 und 46 dienen als Spannungsvergleicher. Ein invertierender Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 44 ist gemeinsam mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 46 durch eine Leitung L 2 verbunden, die an einen Knoten 48 einer Reihenschaltung von Widerständen R 1 und R 2 angeschlossen ist, welche dazu dienen, eine Bezugsspannung für die Spannungsvergleicher 44 und 46 zu liefern. Eine externe Versorgungsspannung Vcc liegt an einem Anschluß der Reihenwiderstände R 1 und R 2. Der andere Anschluß 52 ist geerdet.

Die Ausgänge der Differenzverstärker 44 und 46 sind jeweils mit Flip-Flops 54 und 56 verbunden. Jedes der Flip-Flops 54 und 56 besteht aus zwei NAND-Gattern 58 und 60 bzw. 62 und 64. Im Flip-Flop 54 hat das NAND- Gatter 58 einen mit dem Ausgang des Vergleichers 44 verbundenen ersten Eingang, einen an einen Ausgang des NAND-Gatters 60 angeschlossenen zweiten Eingang und einen mit einem ersten Eingang des NAND-Gatters 60 verbundenen Ausgang; das NAND-Gatter 60 hat einen zweiten Eingang, der an einen Knotenpunkt 66 der Reihenschaltung der Widerstände R 3 und R 4 angeschlossen ist. Diese Widerstände liegen in Reihe zwischen Anschlüssen 68 und 70. Eine externe Versorgungsspannung Vcc liegt an einem Anschluß 68, während der andere Anschluß 70 geerdet ist. Ein Kondensator C ist parallel zum Widerstand R 4 vorgesehen. Die Widerstände R 3 und R 4 und der Kondensator C bilden eine Schaltung zum Auslösen des Flip-Flops 54. Im anderen Flip-Flop 56 ist ein erster Eingang des NAND-Gatters 62 mit dem Ausgang des NAND-Gatters 58 verbunden; ein zweiter Eingang des NAND-Gatters 62 ist an einen Ausgang des NAND-Gatters 64 angeschlossen; der Ausgang des NAND-Gatters 62 ist mit einem ersten Eingang des NAND-Gatters 64 und einer Steuerelektrode des Schalt- MOSFET Q verbunden. Das NAND-Gatter 64 hat einen zweiten Eingang, der an den Ausgang des Spannungsvergleichers 46 angeschlossen ist.

Fig. 4 zeigt eine Kurve für die Ausgangsspannung der in der in Fig. 3 dargestellten Steuerschaltung 24 angeordneten Gleichspannungsgeneratoren 40 und 42. Wenn die an den Anschluß 50 angelegte externe Versorgungsspannung Vcc anwächst, so steigt das Potential an den Reihenwiderständen R 1 und R 2 in Fig. 3 linear entsprechend V = α Vcc (α ≦ωτ 1) an, wie dies durch eine Strichlinie 72 in Fig. 4 angedeutet ist. Die Ausgangsspannung Vo 1 des Spannungsgenerators 14 wird auf einem konstanten Potential, d. h. α V 2 (wobei V 2 eine höhere Bezugsspannung in der Kurve von Fig. 2 ist) gehalten. Die Ausgangsspannung Vo 2 des Spannungsgenerators 42 wird auf einem konstanten Potential α V 1 (wobei V 1 eine niedrigere Bezugsspannung in der Kurve von Fig. 2 ist) gehalten.

Die Betriebsart der Steuerschaltung 24 wird im folgenden anhand der Fig. 4 und der Signalformen der in Fig. 5A bis 5H gezeigten Signale näher beschrieben. Wenn eine äußere Versorgungsspannung Vcc, die an die Halbleitervorrichtung angelegt ist, schrittweise von Null anwächst, wie dies durch eine Vollinie 78 in Fig. 5A gezeigt ist, und ein Potential V 1 in einer vorbestimmten Zeitdauer erreicht, so entspricht diese vorbestimmte Zeitdauer der Zeitdauer, in der das Potential an einem Knoten 48 zwischen den Reihenwiderständen R 1 und R 2 niedriger als beide Ausgangsspannungen Vo 1 und Vo 2 der Gleichspannungsgeneratoren 40 und 42 ist. Während dieser Zeitdauer erzeugt ein Vergleicher 44 ein Ausgangssignal eines logischen "hohen" Pegels (vgl. Fig. 5C). Der Vergleicher 46 erzeugt ein Ausgangssignal eines logischen "niedrigen" Pegels (vgl. Fig. 5D). Die Reihenwiderstände R 3 und R 4 in der Auslösungs- oder Initialisierungsschaltung im Flip-Flop 54 werden auf 0 V nach einleitender oder anfänglicher Anlegung der externen Versorgungsspannung Vcc gehalten, wie dies in Fig. 5B gezeigt ist. Das Ausgangspotential des NAND-Gatters 60 hat einen logischen "hohen" Pegel, wie dies in Fig. 5F dargestellt ist. Das Ausgangspotential des NAND-Gatters 58 hat einen logischen "niedrigen" Pegel, wie dies in Fig. 5E gezeigt ist. In diesem Fall hat das Ausgangspotential des NAND-Gatters 64 im Flip-Flop 56 einen logischen "hohen" Pegel, wie dies in Fig. 5G dargestellt ist. Das Ausgangspotential des NAND-Gatters 62, d. h., das Ausgangspotential des Flip-Flops 56 (dieses Potential liegt an der Steuerelektrode des Schalt- MOSFETs Q) wird auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten (vgl. Fig. 5H). In diesem Zustand wird der p- Kanal MOSFET Q nichtleitend gemacht.

Wenn eine äußere Versorgungsspannung Vcc den Potentialpegel V 1 überschreitet, wird die Ausgangsspannung des Vergleichers 46 vom logischen "niedrigen" Pegel auf einen logischen "hohen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 82 angedeutet ist (vgl. Fig. 5D). Abhängig hiervon wird eine Ausgangsspannung des NAND-Gatters 64 von einem logischen "hohen" Pegel auf einen logischen "niedrigen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 84 in Fig. 5G angezeigt ist. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung des Flip-Flops 56 noch auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten.

Wenn eine äußere Versorgungsspannung Vcc weiter anwächst und den Potentialpegel V 2 überschreitet, so wird die Ausgangsspannung des Vergleichers 44 von einem logischen "hohen" Pegel zu einem logischen "niedrigen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 86 in Fig. 5C angedeutet ist. Abhängig hiervon wird die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 58 von einem logischen "niedrigen" auf einen logischen "hohen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 88 in Fig. 5E angedeutet ist. Die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 60 wird auf einen logischen "niedrigen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 90 in Fig. 5F angedeutet ist. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung des Flip-Flops 56 noch auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten. Unter dieser Bedingung wird die Ausgangsspannung des anderen Flip-Flops 56 auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten, da die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 64 auf einem logischen "niedrigen" Pegel gehalten ist, wie dies in Fig. 5G gezeigt ist.

Wenn die externe Versorgungsspannung Vcc vom Potentialpegel V 2 angehoben und dann unter den Pegel V 2 abgesenkt wird, wie dies durch eine Linie 92 in Fig. 5A angedeutet ist (diese Potentialänderung entspricht der durch eine Linie 30 in Fig. 2 angedeuteten Änderung), dann wird die Ausgangsspannung des Vergleichers 44 erneut auf einen logischen "hohen" Pegel invertiert oder umgekehrt, wie dies durch eine Linie 94 in Fig. 5C angedeutet ist. Wenn die externe Versorgungsspannung Vcc weiter unter den Potentialpegel V 1 abgesenkt wird, so wird die Ausgangsspannung des Vergleichers 46 auf einen "niedrigen" Pegel invertiert oder umgekehrt, wie dies durch eine Linie 96 in Fig. 5D gezeigt ist. Abhängig hiervon wird der Ausgangsspannungspegel des NAND-Gatters 64 im Flip-Flop 56 von einem logischen "niedrigen" Pegel auf einen logischen "hohen" Pegel umgekehrt, wie dies durch eine Linie 98 in Fig. 5G gezeigt ist. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung des Flip-Flops 56 auf einen logischen "niedrigen" Pegel invertiert, wie dies durch eine Linie 100 in Fig. 5H gezeigt ist. Die Spannung des logischen "niedrigen" Pegels liegt am Steueranschluß des MOSFET Q, und der MOSFET Q wird leitend gemacht. Wie oben erläutert wurde, liegt eine erhöhte externe Versorgungsspannung Vcc direkt an einem Hauptschaltungsabschnitt 12 der Halbleitervorrichtung. Daher wird die Halbleitervorrichtung von der normalen Betriebsart in die Testbetriebsart geschaltet, und es kann der beschleunigte Test durchgeführt werden.

Wenn die externe Versorgungsspannung Vcc nicht den Potentialpegel V 2 überschreitet, so wird die Ausgangsspannung des NAND-Gatters 2, die als die Ausgangsspannung des Flip-Flops 56 dient, auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten. Die Steuerspannung des MOSFET Q wird auf einem logischen "hohen" Pegel gehalten. Daher wird der MOSFET Q nichtleitend gemacht, und der Hauptschaltungsabschnitt 12 in der Halbleitervorrichtung wird normal mit einer internen Versorgungsspannung Vcci versorgt, die einen Bezugspegel Vr von dem Konstantspannungsgenerator 14 hat, der als Spannungsumsetzer dient.

Da entsprechend diesem Ausführungsbeispiel das Betriebsart- Änderungssteuerglied 20 in der Halbleitervorrichtung angeordnet ist, kann die Betriebsart der Vorrichtung willkürlich gesteuert werden. Wenn in der beschleunigten Testbetriebsart der Halbleitervorrichtung eine externe Versorgungsspannung Vcc geändert wird, wie dies durch Linien 28 und 30 der Kurve in Fig. 2 angedeutet ist, so erfaßt das Betriebsart- Änderungssteuerglied 20 automatisch Änderungen in der externen Versorgungsspannung Vcc und ändert die elektrischen Bedingungen des Schaltelementes 22. In der Halbleitervorrichtung wird der Spannungsgenerator 14 zum Erzeugen der Spannung Vcci in äquivalenter Weise von dem internen Hauptschaltungsabschnitt 12 getrennt, und gleichzeitig wird eine erhöhte Testversorgungsspannung Vcc direkt an den Hauptschaltungsabschnitt 12 angelegt. Wenn jedoch die an der Halbleitervorrichtung anliegende Spannung Vcc unter einem vorbestimmten Potential (V 2) liegt, behält das Schaltelement 22 den Anfangszustand bei. Die Vorrichtung wird in die normale Betriebsart gesetzt, und der Hauptschaltungsabschnitt 12 ist gewöhnlich mit einer internen Versorgungsspannung Vcci beaufschlagt, die durch den Spannungsgenerator 14 eingestellt ist. Eine geeignete niedrige interne Versorgungsspannung Vcci, die nicht die in Mikrotechnik hergestellten Transistoren beeinträchtigt, kann wirksam an den Schaltungsabschnitt 12 in der Halbleitervorrichtung angelegt werden, um dadurch die Zuverlässigkeit der hochintegrierten Halbleitervorrichtung zu verbessern. Zusätzlich kann die Betriebsspanne für die externe Versorgungsspannung Vcc in der normalen Betriebsart der Halbleitervorrichtung vergrößert werden. Das heißt, selbst wenn in der normalen Betriebsart Schwankungen in der externen Versorgungsspannung Vcc groß sind, kann eine niedrige interne Versorgungsspannung Vcci stabil an den internen Schaltungsabschnitt 12 aus dem folgenden Grund angelegt werden: Die Betriebsartänderung der Halbleitervorrichtung beruht nicht auf einer Erfassung bezüglich des festen Potentialbezugsmaßes, das höher als die externe Versorgungsspannung Vcc ist (herkömmliche Technik), sondern auf einer Erfassung spezieller zeitlicher Änderungen in der externen Versorgungsspannung Vcc.

Obwohl die Erfindung oben anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels erläutert wurde, ist selbstverständlich, daß zahlreiche Abwandlungen hiervon möglich sind.

Beispielsweise wird im obigen Ausführungsbeispiel ein Schaltelement als Betriebsart-Änderungsschaltung zwischen die externen und internen Versorgungsleitungen unabhängig von einer Spannungsversorgungsumsetzerschaltung eingesetzt, und eine Ein/Aus-Steuerschaltung zum Wählen dieser Versorgungsleitungen ist vorgesehen. Wenn jedoch die Versorgungsspannungsumsetzerschaltung einen Bezugsspannungsgenerator zum Einstellen einer internen Versorgungsspannung aufweist, kann eine Ausgangsspannung durch die gleiche Steuerschaltung wie in Fig. 3 geschaltet werden. In dem obigen Ausführungsbeispiel schaltet die Steuerschaltung automatisch das Schaltelement nach Überstreichen befriedigender vorbestimmter Bedingungen der externen Spannungsversorgung ein/aus. Wenn jedoch ein Anschluß zum Steuern des Schaltelementes außerhalb des Chips vorgesehen werden kann, so kann ein Betriebsartschalten durchgeführt werden, ohne die Steuerschaltung im obigen Ausführungsbeispiel zu verwenden.

Claims (7)

1. Halbleitervorrichtung mit einer aus einem Halbleitersubstrat (10) gebildeten integrierten Schaltung (12), die gewöhnlich in einer ersten Betriebsart betreibbar ist und in einer zweiten Betriebsart einem beschleunigten Test unterzogen werden kann, und mit einem auf dem Halbleitersubstrat (10) ausgeführten und mit der integrierten Schaltung (12) verbundenen Spannungsgenerator (14) zum Empfangen einer von außen eingespeisten Versorgungsgleichspannung (Vcc), um eine eingestellte Gleichspannung (Vcci) zu erzeugen, die niedriger als die externe Versorgungsspannung (Vcc) ist und deren Potentialpegel unabhängig von der externen Versorgungsspannung (Vcc) im wesentlichen konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (10) eine Schalteinrichtung (20) vorgesehen und mit der integrierten Schaltung (12) verbunden ist, um die eingestellte Gleichspannung (Vcci) an die integrierte Schaltung (12) als eine interne Versorgungsspannung in der ersten Betriebsart anzulegen und um, wenn die Vorrichtung in der zweiten Betriebsart arbeitet, die externe Versorgungsspannung (Vcc) direkt an die integrierte Schaltung (12) anlegen zu lassen.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - wenn sich die an der Halbleitervorrichtung anliegende externe Versorgungsspannung (Vcc) in einer speziellen zeitsequentiellen Änderungsbetriebsart ändert - die Schalteinrichtung (20) die zeitsequentielle Änderungsbetriebsart der externen Versorgungsspannung (Vcc) erfaßt, um automatisch die Betriebsart der Halbleitervorrichtung von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart zu ändern.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung umfaßt:
eine parallel zu dem Konstantspannungsgenerator (14) liegende Schaltvorrichtung (22) und
eine mit der Schaltvorrichtung (22) verbundene Steuerschaltung (24), um die Änderungsbetriebsart zu erfassen, wenn die externe Versorgungsspannung (Vcc) sich in der speziellen sequentiellen Änderungsbetriebsart ändert, und um einen elektrischen Zustand des Schaltelementes (22) so zu ändern, daß die externe Versorgungsspannung direkt an der integrierten Schaltung (12) anliegt.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (24) erfaßt, daß die externe Versorgungsspannung (Vcc) über eine erste Bezugsspannung (V 1) entsprechend der internen Versorgungsspannung (Vcci) der Halbleitervorrichtung und eine zweite Bezugsspannung (V 2) höher als die erste Bezugsspannung (V 1) ansteigt und dann unter die zweite Bezugsspannung (V 2) abfällt, und den elektrischen Zustand des Schaltelementes (22) so ändert, daß der Spannungsgenerator (14) im wesentlichen von der integrierten Schaltung (12) getrennt ist und daß die externe Versorgungsspannung (Vcc) direkt an der integrierten Schaltung (12) anliegt, wodurch die integrierte Schaltung (12) mit einer gesteigerten Spannung (Vcc) höher als die erste Bezugsspannung (V 1) beaufschlagbar ist, wenn die externe Versorgungsspannung (Vcc) wieder ansteigt.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (22) die gleiche Art von Transistor (Q) wie die in Mikrotechnik hergestellten und in der integrierten Schaltung (12) verwendeten Transistoren aufweist.

6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (22) einen Metall- Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Q) mit einer Steuerelektrode aufweist.

7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (24) aufweist:
einen Bezugsspannungsgenerator (40, 42) zum Erzeugen einer ersten und zweiten Ausgangsspannung, die die erste und zweite Bezugsspannung (V 1, V 2) festlegen,
einen Vergleicher (44, 46) zum Empfangen der ersten und zweiten Ausgangsspannung des Bezugsspannungsgenerators (40, 42) und zum Erfassen einer wechselseitigen Beziehung der externen Versorgungsspannung (Vcc) bezüglich der ersten und zweiten Bezugsspannung (V 1, V 2), und
ein Flip-Flop, das mit dem Vergleicher (44, 46) und der Steuerelektrode des Transistors (Q) verbunden ist.