CN101911285B - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了半导体器件。该半导体器件包括：由PMOS晶体管、电阻器、和反相器形成的切换信号生成电路，该切换信号生成电路输出用于当操作状态满足预定条件时在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；模式选择焊盘，能够选择第一操作模式的外部切换信号比内部输入信号优先地输入到该模式选择焊盘；和切换电路，由基于外部切换信号或内部切换信号在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的OR电路形成。来自切换信号生成电路的输出经由微调熔丝输入到模式选择焊盘。

Description

半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明总的来说涉及半导体器件和其中可以精确地确定半导体器件的规格并可以增大半导体器件的测试精度的半导体器件制造方法。
背景技术
当测试半导体器件的内部电路时，必须在半导体器件中提供用于输入测试半导体器件所需的信号的焊盘(pad)和/或外部端子。但是，当焊盘的数目增加时，半导体器件的芯片面积增加，另外，当外部端子的数目进一步增加时，在某些情况下，半导体器件的封装必须大，且这些因素严重影响包括半导体器件的产品的成本和尺寸。就是说，期望仅用于测试半导体器件的信号的焊盘的数目和外部端子的数目尽可能地小。
因此，当内部电路的信号不直接连接到焊盘且需要测试外部端子时，获得从现有焊盘和端子输出的信号，且已经估计了内部电路的信号的状态。
例如，在如图3所示的恒压电路中，基于输出电流Io在正常操作模式和节能操作模式之间切换操作模式。
如图3所示，恒压电路提供总是操作的第一误差放大电路11和仅在正常操作模式操作的第二误差放大电路12。
第一误差放大电路11是其响应速度低但是消耗电流小的放大电路，而第二误差放大电路12是其响应速度快但是消耗电流大的放大电路。第一和第二误差放大电路11和12的输入端子彼此连接，且第一和第二误差放大电路11和12的输出端子彼此连接。在第一和第二误差放大电路11和12中，将参考电压Vref施加到反向输入端，将其中输出电压Vo由电阻器R11和R12分压的电压Vfb施加到正向输入端，且各输出端连接到输出晶体管M11的栅极。
第二误差放大电路12进一步提供控制输入端。第二误差放大电路12提供切换其自己的操作模式的内置切换电路，且切换电路与施加到控制输入端的信号对应地控制第二误差放大电路12的操作模式。
来自OR电路13的输出被输入到控制输入端。当输入到控制输入端的信号是低电平时，第二误差放大电路12停止操作，且消耗电流基本上变为0安培。另外，当输入到控制输入端的信号是高电平时，第二误差放大电路12操作，且消耗电流基本上成为正常值。
OR电路13的第一输入端连接到模式选择焊盘MODE且还经由电阻器R14连接到地电位。因此，当没有将信号施加到模式选择焊盘MODE时，OR电路13处于低电平。另外，OR电路13的第二输入端连接到反相器15的输出端。
切换信号生成电路由PMO晶体管M12、电阻器R13以及反相器14和15形成。
电流镜电路由PMOS晶体管M12和输出晶体管M11形成。将输出电流Io检测为PMOS晶体管M12的漏极电流Id12，且连接在PMOS晶体管M12的漏极和地电位之间的电阻器R13将漏极电流Id12转换为电压。
当经转换的电压小于反相器14的阈值电压时，来自反相器14的输出成为高电平，而来自反相器15的输出成为低电平，且对OR电路13的第二输入端的输入成为低电平。当未将信号输入到模式选择焊盘MODE时，输入到OR电路13的第一输入端的信号是低电平；因此，来自OR电路13的输出是低电平，且输入到第二误差放大电路12的控制输入端的信号成为低电平。然后，第二误差放大电路12停止操作并进入节能操作模式。
当转换的电压大于等于反相器14的阈值电压时，来自反相器15的输出成为高电平，且输入到第二误差放大电路12的控制输入端的信号经由OR电路13成为高电平；因此，第二误差放大电路12操作并进入正常操作模式。
因为输入到反相器14的电压是滞后电压，因此当节能操作模式切换到正常操作模式时的阈值电压被确定为高于当正常操作模式切换到节能操作模式时的阈值电压。藉此，防止在切换操作模式时的抖动。
另外，在恒压电路中，当将高电平的信号输入到模式选择焊盘MODE时，来自OR电路13的输出总是高电平；因此，第二误差放大电路12进入正常操作模式而无论来自反相器15的输出如何。
当由切换信号生成电路切换操作模式时，在等式(1)中示出输出电流Io。
Io＝Vth/(K×R13)    (1)
其中，Vth是反相器14的阈值电压，“K”是PMOS晶体管M12和输出晶体管M11之间的镜像比率(Id12/Io)，且R13是电阻器R13的电阻值。
在等式(1)中的Vth、K和R13的值在制造半导体器件时分别是分散(disperse)的；因此，为了精确地确定切换操作模式时输出电流Io的值，通过微调(trimming)来调整等式(1)中的电阻值R13。具体地说，在输出电流Io增加或减少的同时，在切换操作模式时测量输出电流Io，且根据所测量的输出电流Io计算电阻器R13的微调量。
但是，来自反相器15(其输出用于切换操作模式的内部切换信号)的输出不连接到焊盘和/或外部端子。因此，为了获得是否切换操作模式，由第二误差放大电路12的操作检测半导体器件的消耗电流的轻微的增大。但是，消耗电流的增大是总消耗电流的非常小的量；因此，难以测量切换操作模式时的输出电流Io，且需要精度高的高成本测试仪器。
当提供仅用于获得从反相器15输出的内部切换信号的焊盘和/或外部端子时，由于可以将操作模式的切换提取为逻辑电平信号并进行测试，因此可以通过使用低成本仪器精确地测量切换操作模式时的输出电流Io。但是，如上所述，由于在测试期间仅使用内部切换信号，因此仅用于测试的焊盘和/或外部端子不期望地影响产品的成本和尺寸。
为了解决上述问题，传统上，已经尝试了测试端子数目的减少。例如，在专利文件1的方法中，半导体器件的内部电路的信号被输出到与第一电路的输出连接的焊盘，且来自要测试其输出的第二电路的输出经由熔丝连接到焊盘。在第二电路的测试期间，使得来自第一电路的输出为高阻抗，且当完成第二电路的测试时，切断熔丝。
【专利文件1】日本待审查专利公开No.2006-313797
但是，在专利文件1中，仅当第一电路和第二电路不同时操作，且在第二电路的操作期间可以使得来自第一电路的输出为高阻抗时，可以操作该方法。
发明内容
在本发明的实施例中，提供了半导体器件(向所述半导体器件输入内部切换信号和外部切换信号)和其中可以通过精确地检测内部切换信号的操作来精确地确定模式切换条件的半导体器件的制造方法。
为实现这些和其它优点中的一个或多个，根据本发明的一个方面，提供了具有第一操作模式和第二操作模式的半导体器件。该半导体器件包括：切换信号生成电路，其输出用于当操作状态满足预定条件时在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；模式选择焊盘，能够选择第一操作模式的外部切换信号比内部切换信号优先地输入该模式选择焊盘；和切换电路，其基于外部切换信号或内部切换信号在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式。来自切换信号生成电路的输出经由微调熔丝输入到模式选择焊盘。
根据本发明的另一方面，提供了具有第一操作模式和第二操作模式的半导体器件的制造方法。该半导体器件包括：切换信号生成电路，其输出用于当操作状态满足预定条件时在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；模式选择焊盘，能够选择第一操作模式的外部切换信号比内部切换信号优先地输入该模式选择焊盘；和切换电路，其基于外部切换信号或内部切换信号在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式。来自切换信号生成电路的输出经由微调熔丝输入到模式选择焊盘。该制造方法在模式切换焊盘处测试内部切换信号的状态。
根据本发明的实施例，可以将在正常操作模式和节能操作模式之间的切换测试为来自模式选择焊盘的逻辑电平的信号。因此，当切换操作模式时可以精确地测量输出电流的值。因此，可以通过微调精确地确定用于确定电流的电阻器的电阻值，且可以精确地确定当切换操作模式时输出电流的值。另外，由于可以使用低成本测试仪器，因此可以减少制造过程中的成本。
另外，在包括具有PWM操作模式和PFM操作模式的开关稳压器电路的半导体器件中，当切换操作模式时可以精确地测量输出电流的电流值，且可以通过微调精确地改变电流确定电压源的电压值，且可以在切换操作模式时精确地确定输出电流的值。
通过下面参考附图给出的优选实施例的详细说明，本发明的特征和优点将更加清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的恒压电路的电路示意图；
图2是示出根据本发明第二实施例的开关稳压器电路的电路示意图；
图3是示出现有的恒压电路的电路示意图。
具体实施方式
参考附图，详细描述本发明的实施例。
【第一实施例】
图1是示出根据本发明第一实施例的恒压电路的电路示意图。当将根据本发明第一实施例的恒压电路与图3所示的现有恒压电路进行比较时，根据本发明第一实施例的恒压电路包括在OR电路13的第一输入端和第二输入端之间的微调熔丝F11。由于上面在背景技术中已经描述了恒压电路的操作，因此主要描述微调熔丝F11的操作。
另外，在图1中，当元件与图3中所示的元件类似或相同时，将与图3所示的附图标记相同的附图标记(符号)用于该元件。
在当在节能操作模式和正常操作模式之间切换操作模式时测试输出电流Io的情况下，不将信号输入到模式选择焊盘MODE，并将电压表连接到模式选择焊盘MODE，且输出电流Io增大或减小。
切换信号生成电路由PMOS晶体管M12、电阻器R13以及反相器14和15形成。来自反相器15的输出(其是来自切换信号生成电路的输出且是内部切换信号)经由微调熔丝F11输入到模式选择焊盘MODE。因此，可以通过测量模式选择焊盘MODE的电压来检测操作模式的切换。另外，由于模式选择焊盘MODE的电压改变是逻辑电平，因此可以由低成本电压表确定地测量电压改变。因此，可以精确地测量当切换操作模式时的输出电流Io，且可以精确地计算用于确定切换操作模式的输出电流Io的值的电阻器R13的微调量。
在确认通过微调电阻器R13的电阻值，而输出电流Io变为在切换操作模式时的预定值的情况下，通过辐射激光束等切断微调熔丝F11。
在切断微调熔丝F11之后，本实施例的恒压电路变为与图3所示的现有恒压电路相同；因此，可以由来自模式选择焊盘MODE的信号选择操作模式。就是说，当未将信号输入到模式选择焊盘MODE或输入到模式选择焊盘MODE的外部切换信号是低电平时，与其中自动切换节能操作模式和正常操作模式的内部切换信号对应地选择自动切换模式，且当外部切换信号是高电平时，选择正常切换模式而不论内部切换信号的状态如何。
如上所述，根据本发明的第一实施例，可以将在正常操作模式和节能操作模式之间的切换测试为来自模式选择焊盘MODE的逻辑电平的信号。因此，可以在切换操作模式时精确地测量输出电流Io的值。因此，可以通过微调精确地确定电阻器R13的电阻值，且可以精确地确定切换操作模式时的输出电流Io的值。进一步，由于可以使用低成本测试仪器，因此可以减少制造过程中的成本。
【第二实施例】
图2是示出根据本发明第二实施例的开关稳压器电路的电路示意图。该开关稳压器电路提供PWM(脉宽调制)系统中的PWM操作模式，以及PFM(脉频调制)系统中的PFM操作模式。
在PWM操作模式中，以预定周期重复开关晶体管M21的导通和截止，且与输出电压Vo的改变对应地控制开关晶体管M21的导通时间。在PWM系统中，切换损失变大；但是，可以执行高速响应，且当输出电流Io大时可以维持电源效率高。
在PFM操作模式中，通过改变控制开关晶体管M21的导通和截止的频率来使得输出电压Vo稳定。在本实施例中，使得PWM操作模式期间的导通周期是任意间歇的，且执行PFM系统。由于开关晶体管M21的导通和截止次数减少，因此可以减少在导通/截止时产生的切换损失，且即使输出电流Io小也可以增大电源效率；但是，当负载改变时响应速度变慢。
如图2所示，根据本发明第二实施例的开关稳压器电路包括参考电压源Vref、误差放大电路21、PWM比较器22、振荡电路23(OSC)、输出控制电路24、开关晶体管M21、同步整流晶体管M22、电感器L21、输出电容器C21、电阻器R21、R22和R23、比较器25、电压源Vs(电流确定电压源)、OR电路26、PWM/PFM切换电路27、微调熔丝F21、电源端子Vdd、地电位端子Vss、输出端子OUT和模式选择焊盘MODE。
将参考电压源的电压Vref输入到误差放大电路21的正相输入端，且将其中输出电压Vo由电阻器R21和R22分压的电压Vfb输入到误差放大电路21的反相输入端。
将来自误差放大电路21的输出输入到PWM比较器22的反相输入端并输入到比较器25的正相输入端。将从OSC 23输出的三角脉冲信号输入到PWM比较器22的正相输入端。将来自PWM比较器22的输出输入到输出控制电路24。输出控制电路24将栅极控制信号输出到开关晶体管M21和同步整流晶体管M22。
开关晶体管M21是PMOS晶体管，其源极连接到电源端子Vdd且其漏极连接到作为NMOS晶体管的同步整流晶体管M22的漏极与电感器L21的一端的连接点。同步整流晶体管M22的源极连接到地电位端子Vss。
电感器L21的另一端连接到输出端子OUT。输出电容器C21连接在输出端子OUT和地电位端子Vss之间。比较器25和电压源Vs形成切换信号生成电路。电压源Vs的电压被施加到比较器25的反相输入端。比较器25输出内部切换信号，且将内部切换信号输入到OR电路26的第一输入端。
OR电路26的第二输入端连接到模式选择焊盘MODE，且还经由电阻器R23接地。因此，当未将信号输入到模式选择焊盘MODE时，模式选择焊盘MODE处于低电平。进一步，微调熔丝F21连接在OR电路26的第一和第二输入端之间。来自OR电路26的输出被输入到PWM/PFM切换电路27。来自PWM/PFM切换电路27的输出被输入到输出控制电路24。
之后，描述如图2所示的开关稳压器电路的操作。首先，描述一情况。在该情况下，还没有切断微调熔丝F21。在该状态下，还没有将外部信号输入到模式选择焊盘MODE。误差放大电路21放大在来自参考电压源Vref的电压和通过使用电阻器R21和R22对输出电压Vout分压所获得的电压Vfb之间的差值电压。PWM比较器22比较从误差放大电路21输出的电压和从OSC 23输出的三角脉冲信号的电压，并输出具有与来自误差放大电路21的输出电压对应的脉冲宽度的脉冲信号。输出控制电路24输出用于与输入脉冲信号对应地互补地对开关晶体管M21和同步整流晶体管M22的导通/截止进行切换的控制信号。
当开关晶体管M21导通且同步整流晶体管M22截止时，将电能提供到与输出端子OUT连接的负载电路(没有示出)，且还将能量存储在电感器L21和输出电容器C21中。当开关晶体管M21截止且同步整流晶体管M22导通时，将存储在电感器L21和输出电容器C21中的能量提供给负载电路。
比较器25比较从误差放大电路21输出的电压与来自电压源Vs的电压。从误差放大电路21输出的电压在开关稳压器电路的输出电压Vo高时减小，并在开关稳压器电路的输出电压Vo低时增大。当输出电流Io小时，由于开关稳压器电路的输出电压Vo高，因此从误差放大电路21输出的电压减小。当从误差放大电路21输出的电压小于等于电压源Vs的电压时，来自比较器25的输出是低电平。当输出电流Io增大时，开关稳压器电路的输出电压Vo减小；因此，从误差放大电路21输出的电压增大。当从误差放大电路21输出的电压升高到高于电压源Vs的电压时，来自比较器25的输出通过被反相而成为高电平。
将从比较器25输出的内部切换信号经由OR电路26输入到PWM/PFM切换电路27。当到PWM/PFM切换电路27的输入信号是低电平时，PWM/PFM切换电路27输出切换信号到输出控制电路24以使得输出控制电路24执行PWM控制；且当到PWM/PFM切换电路27的输入信号是高电平时，PWM/PFM切换电路27输出切换信号到输出控制电路24，以使得输出控制电路24执行PFM控制。
就是说，当输出电流Io低于预定电流值，且来自比较器25的输出信号是低电平时，输出控制电路24通过PWM操作模式执行切换，而当输出电流Io成为预定电流值或更大的值时，来自比较器25的输出信号变为高电平时，且输出控制电路24通过PFM操作模式执行切换。
另外，内部切换信号(来自比较器25的输出信号)也经由微调熔丝F21输入到模式选择焊盘MODE；因此，当获得模式选择焊盘MODE的电压时，可以获得内部切换信号的状态。
就是说，在半导体器件的测试中，在当对开关稳压器电路的操作模式进行切换时测量输出电流Io的情况下，连接到模式选择焊盘MODE的电压表获得：模式选择焊盘MODE的电压以逻辑电平改变。藉此，可以精确地测量输出电流Io。
在本发明的第二实施例中，为了精确地确定当在PWM操作模式和PFM操作模式之间切换操作模式时输出电流Io的电流值，确定可以通过微调改变电压源Vs的电压。在通过微调改变电压源Vs的电压之后，当输出电流Io的测量到的电流值在预定值之内时，类似于本发明第一实施例的情况来切断微调熔丝F21。
在切断微调熔丝F21之后，可以通过输入到模式选择焊盘MODE的外部切换信号的电平来选择操作模式。就是说，当输入高电平的外部切换信号时，可以选择PWM操作模式而不论从比较器25输出的内部切换信号如何。另外，当输入低电平的外部切换信号或没有输入外部切换信号时，选择自动切换模式，其中与内部切换信号对应地在PWM操作模式和PFM操作模式之间自动切换操作模式。
输入到比较器25的电压是滞后电压。因此，当将操作模式从PFM操作模式切换到PWM操作模式时从误差放大电路21输出的电压被确定为高于当将操作模式从PWM操作模式切换到PFM操作模式时从误差放大电路21输出的电压。藉此，当切换操作模式时防止了抖动。
如上所述，根据本发明的第二实施例，在测试半导体器件时，通过获得在模式选择焊盘MODE处的电压，可以将PWM操作模式和PFM操作模式之间的切换结果测试为逻辑电平信号。因此，当切换操作模式时可以精确地测量输出电流Io的电流值。结果，可以精确地执行通过微调的电压源Vs的电压的调整，其中当切换操作模式时确定输出电流Io。另外，当测量在模式选择焊盘MODE处的电压时可以使用低成本电压表；因此，可以减少制造过程中的成本。
另外，本发明不限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下做出各种变化和修改。
本发明基于2008年1月11日在日本专利局提交的日本优先权专利申请No.2008-004146，将其全部内容通过引用完全包括于此。

Claims (10)

1.一种半导体器件，具有第一操作模式和第二操作模式，包括：
切换信号生成电路，输出用于当操作状态满足预定条件时在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；
模式选择焊盘，能够选择第一操作模式的外部切换信号比所述内部切换信号优先地输入到该模式选择焊盘；和
切换电路，基于所述外部切换信号或内部切换信号在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式；其中
来自所述切换信号生成电路的输出经由微调熔丝输入到所述模式选择焊盘，和
在所述模式选择焊盘处测试所述内部切换信号的状态，从而测量外部切换信号和内部切换信号的逻辑电平信号以检测操作模式的切换。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中：
所述半导体器件是具有作为第一操作模式的正常操作模式和作为第二操作模式的节能操作模式的恒压电路；和
所述恒压电路包括
电流检测电路，检测从所述恒压电路输出的电流是否具有预定值或更大的值；其中
所述切换信号生成电路基于从所述电流检测电路输出的信号，输出用于在所述正常操作模式和节能操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；
能够选择所述正常操作模式的外部切换信号比输入的内部切换信号优先地输入到所述模式选择焊盘；
所述切换电路基于所述外部切换信号或内部切换信号，在所述正常操作模式和节能操作模式之间切换操作模式；和
来自所述切换信号生成电路的输出经由所述微调熔丝输入到所述模式选择焊盘。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其中：
所述半导体器件是具有作为第一操作模式的PWM操作模式和作为第二操作模式的PFM操作模式的开关稳压器电路；和
所述开关稳压器电路包括
电流检测电路，检测从所述开关稳压器电路输出的电流是否具有预定值或更大的值；其中
所述切换信号生成电路基于从所述电流检测电路输出的信号，输出用于在所述PWM操作模式和PFM操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；
能够选择所述PWM操作模式的外部切换信号比输入的内部切换信号优先地输入到所述模式选择焊盘；
所述切换电路基于所述外部切换信号或内部切换信号，在所述PWM操作模式和PFM操作模式之间切换操作模式；和
来自所述切换信号生成电路的输出经由所述微调熔丝输入到所述模式选择焊盘。
4.如权利要求1所述的半导体器件，进一步包括：
微调单元，调整在所述第一操作模式和第二操作模式之间操作模式的切换条件。
5.如权利要求2所述的半导体器件，进一步包括：
微调单元，调整在所述正常操作模式和节能操作模式之间操作模式的切换条件。
6.如权利要求3所述的半导体器件，进一步包括：
微调单元，调整在所述PWM操作模式和PFM操作模式之间操作模式的切换条件。
7.一种半导体器件的制造方法，所述半导体器件具有第一操作模式和第二操作模式，其中：
所述半导体器件包括
切换信号生成电路，输出用于当操作状态满足预定条件时在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式的内部切换信号；
模式选择焊盘，能够选择第一操作模式的外部切换信号比所述内部切换信号优先地输入到该模式选择焊盘；和
切换电路，基于所述外部切换信号或内部切换信号在第一操作模式和第二操作模式之间切换操作模式；其中
来自所述切换信号生成电路的输出经由微调熔丝输入到所述模式选择焊盘；和
所述制造方法在所述模式选择焊盘处测试所述内部切换信号的状态，从而测量外部切换信号和内部切换信号的逻辑电平信号以检测操作模式的切换。
8.如权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其中：
在测试所述半导体器件之后切断所述微调熔丝。
9.如权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其中：
通过微调半导体器件的微调单元来调整在所述第一操作模式和第二操作模式之间操作模式的切换条件。
10.如权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其中：
在微调所述微调单元之后切断所述微调熔丝。
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