JP2002305435A

JP2002305435A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2002305435A
Application number: JP2001106914A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Maekawa; 達也前川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】全体的な寿命を低下させることなく動作速度
を上げることができる半導体装置を提供する。【解決手段】動作開始時には、例えば入力端子１３へ
の入力信号が内部ブロック１２ａに入力されるようにス
イッチＳＷ２が設定され、内部ブロック１２ａの出力信
号が出力端子１４から出力されるようにスイッチＳＷ３
が設定される。従って、入力信号は、スイッチＳＷ２を
介して内部ブロック１２ａに入力されると共に、評価ブ
ロック１１にも入力される。評価ブロック１１は、その
内部の被試験回路の特性の変化量が所定値に到達したと
判断したときに、スイッチＳＷ２及びＳＷ３に接続先の
切り替えを指示する信号を出力する。この結果、スイッ
チＳＷ２及びＳＷ３は、夫々入力端子１３及び出力端子
１４の接続先を内部ブロック１２ｂに切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）又は半導体メモリ等として使用される半導体装置に
関し、特に、動作速度の高速化に好適な半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては、処理すべきデー
タの増加等に伴い、処理速度の高速化が要請されてい
る。例えばクロック信号の周波数を上昇させたり、動作
電圧を上昇させたりすることにより、処理速度を高速化
することは可能である。しかし、クロック信号の周波数
を上げた場合には、それだけ信号の切り替え頻度が高ま
るので、トランジスタにおいてホットキャリアによるし
きい値電圧がより変化しやすくなり、寿命が低下してし
まう。また、動作電圧を上げた場合にも、それだけ回路
にかかる負荷が上昇し、また、エレクトロマイグレーシ
ョン（ＥＭ）が発生しやすくなるので、寿命が低下して
しまう。

【０００３】そこで、内部ブロックの寿命を実動作と並
行して測定する手段を設けた半導体集積回路装置が提案
されている（特開平１１−２７１２８号公報）。図９は
特開平１１−２７１２８号公報に記載された従来の半導
体集積回路装置の構造を示すブロック図である。

【０００４】この公報に記載された従来の半導体集積回
路装置においては、例えばクロック信号が入力される入
力端子５３と出力端子５４と間に内部ブロック５２が接
続されている。また、測定信号入力端子５５と測定信号
出力端子５６との間に適当な幅の配線及びトランジスタ
等を備えた評価ブロック５１が接続されている。更に、
評価ブロック５１への入力信号が入力端子５３又は測定
信号入力端子５５のいずれから入力されるかを選択する
スイッチＳＷ５１が設けられている。

【０００５】このように構成された従来の半導体集積回
路装置においては、内部ブロック５２の動作が開始され
るときには、スイッチＳＷ５１は入力端子５３から評価
ブロック５１にクロック信号等の信号が入力されるよう
にする。この状態で、内部ブロック５２が信号処理を行
っていくと、評価ブロック５１には内部ブロック５２と
同様の負荷がかかり、評価ブロック５１及び内部ブロッ
ク５２の特性が僅かずつ変化し、何らの手当をしなけれ
ば、内部ブロック５２がその寿命に達して正常な動作を
行えなくなってしまう。そこで、動作開始から適当な時
間の経過毎に、スイッチＳＷ５１を切り替えて測定信号
入力端子５５から測定信号が評価ブロック５１に入力さ
れるようにする。そして、測定信号出力端子５６を外部
の測定装置に接続し、評価ブロック５１における配線抵
抗の増加量又はトランジスタのしきい値電圧の変化量等
を測定する。従って、故障する前に半導体集積回路装置
の特性の劣化を評価することが可能であり、未然に交換
することによりこの半導体集積回路装置を搭載したシス
テムの停止を防止することが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の半導体集積回路装置では、測定信号出力端子５６
に接続するための外部測定装置が必要とされ、システム
全体のコストが上がるという問題点がある。また、内部
ブロックの寿命は、動作速度の上昇により短縮され、そ
の度に内部ロジックを交換する必要が生じるが、そのた
めには、一旦システム全体を停止させる必要があるとい
う問題点もある。更に、内部ブロックが評価ブロックよ
りも先に故障する虞もあり、この場合には評価ブロック
に対する評価結果は良好となるので、内部ブロックの故
障を検出することができない。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、全体的な寿命を低下させることなく動作速
度を上げることができる半導体装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、互いに同一の処理を行うことができる複数個の信号
処理回路と、一定の条件が満たされるたびに前記複数個
の信号処理回路の中から一の信号処理回路を選択して動
作させ残りの信号処理回路の動作を停止させる動作回路
選択手段と、を有することを特徴とする。

【０００９】本発明においては、信号処理回路がその寿
命に到達するまでの時間等の経緯を予め把握しておき、
これに基づいて一定の条件を定めておけば、全ての信号
処理回路を寿命に達する前に切り替えながら使用するこ
とができ、全体としての寿命を長期化することが可能で
ある。従って、動作電圧を高めたり、クロック信号の周
波数を高めたりすることによって動作速度を向上させて
も、十分な寿命を確保することが可能である。また、内
部の動作回路選択手段により信号処理回路の選択が行わ
れるため、外部に専用の測定装置を設ける必要がない。
更に、信号処理回路の切り替えに際しても、システム全
体を停止させる必要がない。

【００１０】なお、前記動作回路選択手段に、前記信号
処理回路が稼働している時間を計測するタイマと、前記
複数個の信号処理回路と電源供給ラインとの間に接続さ
れ前記タイマによる計測時間が所定値に到達したときに
電源供給ラインの接続先を切り替えるスイッチと、を設
けてもよい。

【００１１】また、前記動作回路選択手段に、入力信号
を前記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理回路
のみに入力させる入力スイッチと、前記信号処理回路に
かかる負荷より大きい負荷がかかる被試験回路と、この
被試験回路の特性の変化量が所定値に到達したときに前
記入力スイッチを切り替える切替制御回路と、を設ける
ことにより、被試験回路が信号処理回路よりも劣化しや
すくなる。従来の半導体集積回路装置では、内部ブロッ
ク５２及び評価ブロック５１にかかる負荷が同程度であ
るため、評価ブロック５１の特性が変化する前に内部ブ
ロック５２が故障することがあるが、このように被試験
回路を信号処理回路よりも劣化しやすくすることによ
り、このような不具合を回避することが可能となる。こ
の場合、前記動作回路選択手段に、前記信号処理回路の
動作電圧を昇圧して前記被試験回路の動作電圧とする昇
圧回路を設けてもよく、前記信号処理回路に供給される
クロック信号から周波数が高いクロック信号を生成して
前記被試験回路に供給する周波数逓倍器を設けてもよ
い。

【００１２】更に、前記動作回路選択手段に、入力信号
を前記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理回路
のみに入力させる入力スイッチと、エレクトロマイグレ
ーション耐性が前記信号処理回路内の配線よりも低い配
線と、この配線の抵抗値の上昇量が所定値に到達したと
きに前記入力スイッチを切り替える切替制御回路と、を
設けることにより、動作回路選択手段内の配線の抵抗値
が前記信号処理回路内の配線の抵抗値よりも上昇しやす
くなり、劣化の程度が把握しやすくなる。

【００１３】なお、前記動作回路選択手段に、前記入力
スイッチと同時に前記切替制御回路により切り替えられ
出力信号を前記複数個の信号処理回路の中から一の信号
処理回路のみから出力させる出力スイッチを設けること
が好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体装置について、添付の図面を参照して具体的に説明す
る。図１は本発明の第１の実施例に係る半導体装置の構
造を示すブロック図である。

【００１５】本発明の第１の実施例においては、ブロッ
ク２とこのブロック２にクロック信号を供給するクロッ
クドライバ３との間に信号処理回路としてクロックツリ
ー１ａ及び１ｂが互いに並列に接続されている。クロッ
クツリー１ａ及び１ｂは、互いに同等の構造を具備して
おり、クロックドライバ３から出力されたクロック信号
に対して同等の処理を行ってブロック２に出力すること
ができるように構成されている。また、本実施例には、
クロックツリー１ａ及び１ｂ用の電源電圧を送信する電
源供給ラインとクロックツリー１ａ及び１ｂとの間に、
電源電圧の供給先を選択するスイッチＳＷ１が接続され
ている。更に、電源電圧の供給時間を計測する不揮発性
タイマが内蔵タイマ４として設けられている。

【００１６】このように構成された第１の実施例におい
ては、動作開始時には、例えば電源電圧がクロックツリ
ー１ａに供給されるようにスイッチＳＷ１が設定され
る。電源電圧の供給が開始されると、内蔵タイマ４が電
源電圧の供給時間の計測を開始する。そして、供給時間
が所定値に到達すると、内蔵タイマ４はその旨の信号を
スイッチＳＷ１に出力する。スイッチＳＷ１は、内蔵タ
イマ４からの供給時間が所定値に到達した旨の信号を入
力すると、電源電圧がクロックツリー１ｂに供給される
ようにする。

【００１７】従って、クロックドライバ３から出力され
るクロック信号の周波数に対するクロックツリー１ａ及
び１ｂの寿命を予め見積もっておき、その寿命から若干
のマージンを差し引いた時間を内蔵タイマ４がスイッチ
ＳＷ１を切り替えるまでの時間（所定値）としておけ
ば、クロックツリー１ａが故障して誤動作する以前にク
ロックツリー１ｂに切り替えることで、クロックドライ
バ３及びブロック２間のクロック信号の伝達を長期間に
わたり安定して行うことが可能になる。例えば、クロッ
クドライバ３から出力されるクロック信号の周波数の上
昇に伴って、クロックツリー１ａ及び１ｂの各寿命が半
減していたとしても、この半導体装置全体としては、周
波数の上昇前と同等の寿命を維持することが可能であ
る。

【００１８】特に、クロックツリーは、クロック信号の
立ち上がり及び立ち下がりに同期して常時動作している
ため、劣化しやすい。つまり、クロックツリーはクロッ
ク信号の周波数が上昇による影響を極めて受けやすい。
従って、この部分の全体的な寿命が半導体装置全体の寿
命へ与える影響は大きく、クロック信号の周波数を上げ
た場合の第１の実施例による半導体装置全体の長寿命化
という効果は極めて大きい。

【００１９】なお、クロックツリー１ａ及び１ｂとして
は、従来の半導体装置に設けられているクロックツリー
と同様のものを使用することができる。

【００２０】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２は本発明の第２の実施例に係る半導体装置の
構造を示すブロック図である。

【００２１】第２の実施例には、信号処理回路としての
高速ブロック５ａ及び５ｂ並びに低速ブロック６が設け
られている。高速ブロック５ａ及び５ｂは、互いに同等
の構造を具備しており、入力端子（図示せず）に入力さ
れた信号に対し同等の処理を行って出力端子（図示せ
ず）に出力することができるように構成されている。低
速ブロック６の構成は、高速ブロック５ａ及び５ｂとは
異なっており、その動作電圧及び動作速度は高速ブロッ
ク５ａ及び５ｂのそれらよりも低い。また、本実施例に
は、高速ブロック５ａ及び５ｂ用の電源電圧を送信する
高圧電源供給ライン並びに低速ブロック６用の電源電圧
を送信する低圧電源供給ラインが設けられている。高速
ブロック５ａ及び５ｂ用の電源電圧は、低速ブロック６
用の電源電圧よりも高い。そして、高速ブロック５ａ及
び５ｂと高圧電源供給ラインとの間に、第１の実施例と
同様に、スイッチＳＷ１が接続され、また、不揮発性タ
イマが内蔵タイマ４として設けられている。

【００２２】このように構成された第２の実施例におい
ては、第１の実施例と同様に、動作開始時には、例えば
高圧電源供給ラインからの電源電圧が高速ブロック５ａ
に供給されるようにスイッチＳＷ１が設定される。電源
電圧の供給が開始されると、内蔵タイマ４が電源電圧の
供給時間の計測を開始し、供給時間が所定値に到達する
と、内蔵タイマ４はその旨の信号をスイッチＳＷ１に出
力する。スイッチＳＷ１は、内蔵タイマ４からの供給時
間が所定値に到達した旨の信号を入力すると、高圧電源
供給ラインからの電源電圧が高速ブロック５ｂに供給さ
れるようにする。なお、低速ブロック６には、動作開始
から常に低圧電源供給ラインからの電源電圧が供給され
る。

【００２３】従って、高圧電源供給ラインからの電源電
圧で動作したときの高速ブロック５ａ及び５ｂの寿命を
予め見積もっておき、その寿命から若干のマージンを差
し引いた時間を内蔵タイマ４がスイッチＳＷ１を切り替
えるまでの時間（所定値）としておけば、高速ブロック
１ａが故障して誤動作する以前に高速ブロック５ｂに切
り替えることで、入力端子及び出力端子間の信号処理を
長期間にわたり安定して行うことが可能になる。例え
ば、動作電圧の上昇に伴って、高速ブロック５ａ及び５
ｂの各寿命が半減していたとしても、この半導体装置全
体としては、動作電圧の上昇前と同等の寿命を維持する
ことが可能である。つまり、半導体装置全体の寿命を維
持したまま一部のブロックの動作電圧を上昇させて動作
速度を上げることが可能となる。

【００２４】なお、高速ブロック５ａ及び５ｂ並びに低
速ブロック６としては、従来の半導体装置に設けられて
いるブロックと同様のものを使用することができ、高速
ブロック５ａ及び５ｂとしては、その中でも動作電圧を
高めることにより動作速度が向上しやすいものを選択す
ることが好ましい。

【００２５】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図３は本発明の第３の実施例に係る半導体装置の
構造を示すブロック図である。

【００２６】第３の実施例には、信号処理回路として半
導体チップ７ａ及び７ｂが設けられている。半導体チッ
プ７ａ及び７ｂは、互いに同等の構造を具備しており、
入力端子（図示せず）に入力された信号に対し同等の処
理を行って出力端子（図示せず）に出力することができ
るように構成されている。また、本実施例には、半導体
チップ７ａ及び７ｂ用の電源電圧を送信する電源供給ラ
インと半導体チップ７ａ及び７ｂとの間に、第１及び第
２の実施例と同様に、スイッチＳＷ１が接続され、ま
た、不揮発性タイマが内蔵タイマ４として設けられてい
る。なお、半導体チップ７ａ及び７ｂは、例えば同一の
プリント配線基板上に実装される。

【００２７】このように構成された第３の実施例におい
ては、第１及び第２の実施例と同様に、動作開始時に
は、例えば電源電圧が半導体チップ７ａに供給されるよ
うにスイッチＳＷ１が設定される。電源電圧の供給が開
始されると、内蔵タイマ４が電源電圧の供給時間の計測
を開始し、供給時間が所定値に到達すると、内蔵タイマ
４はその旨の信号をスイッチＳＷ１に出力する。スイッ
チＳＷ１は、内蔵タイマ４からの供給時間が所定値に到
達した旨の信号を入力すると、電源電圧が半導体チップ
７ｂに供給されるようにする。

【００２８】従って、電源供給ラインからの電源電圧で
動作したときの半導体チップ７ａ及び７ｂの寿命を予め
見積もっておき、その寿命から若干のマージンを差し引
いた時間を内蔵タイマ４がスイッチＳＷ１を切り替える
までの時間（所定値）としておけば、半導体チップ７ａ
が故障して誤動作する以前に半導体チップ７ｂに切り替
えることで、入力端子及び出力端子間の信号処理を長期
間にわたり安定して行うことが可能になる。例えば、動
作を高速化するために電源供給ラインからの電源電圧、
即ち動作電圧を上昇させ、これに伴って半導体チップ７
ａ及び７ｂの各寿命が半減していたとしても、この半導
体装置全体としては、動作電圧の上昇前と同等の寿命を
維持することが可能である。つまり、半導体装置全体の
寿命を維持したまま動作電圧を上昇させて動作速度を上
げることが可能となる。

【００２９】なお、半導体チップ７ａ及び７ｂとして
は、従来の半導体装置に設けられている半導体チップと
同様のものを使用することができ、その中でも動作電圧
を高めることにより動作速度が向上しやすいものを選択
することが好ましい。

【００３０】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図４は本発明の第４の実施例に係る半導体装置の
構造を示すブロック図であり、図５は第４の実施例にお
ける評価ブロックの構造を示すブロック図である。

【００３１】第４の実施例においては、図４に示すよう
に、入力端子１３及び出力端子１４間に信号処理回路と
して内部ブロック１２ａ及び１２ｂが互いに並列に接続
されている。また、内部ブロック１２ａ及び１２ｂと入
力端子１３との間には、入力端子１３の接続先を切り替
えるスイッチ（入力スイッチ）ＳＷ２が接続され、内部
ブロック１２ａ及び１２ｂと出力端子１４との間には、
出力端子１４の接続先を切り替えるスイッチ（出力スイ
ッチ）ＳＷ３が接続されている。更に、スイッチＳＷ２
及びＳＷ３の切り替え制御を行う評価ブロック１１が設
けられている。評価ブロック１１並びにスイッチＳＷ２
及びＳＷ３から動作回路選択手段が構成されている。

【００３２】評価ブロック１１には、図５に示すよう
に、電源電圧を昇圧する昇圧回路１５、昇圧回路１５か
ら供給された電圧により動作する試験回路１６及び被試
験回路１６の出力信号を入力して被試験回路１６の特性
の変化を検出し、その検出結果をスイッチＳＷ２及びＳ
Ｗ３に出力する動作チェック回路１７が切替制御回路と
して設けられている。被試験回路１６は、入力端子１３
への入力信号に対し一定の処理を施して動作チェック回
路１７に出力するように構成されている。例えば、入力
信号がクロック信号の場合、被試験回路１６として発振
回路を使用することができるが、これに限定されるもの
ではない。なお、昇圧回路１５に供給される電源電圧
は、内部ブロック１２ａ及び１２ｂに供給されるものと
同等の電圧であり、動作チェック回路１７もこの電圧を
動作電圧としている。

【００３３】次に、上述のように構成された第４の実施
例の動作について説明する。図６は第４の実施例の動作
を示す図であって、（ａ）はスイッチＳＷ２及びＳＷ３
の切り替え前の状況を示すブロック図、（ｂ）はスイッ
チＳＷ２及びＳＷ３の切り替え後の状況を示すブロック
図である。

【００３４】第４の実施例においては、動作開始時に
は、例えば入力端子１３への入力信号が内部ブロック１
２ａに入力されるようにスイッチＳＷ２が設定され、内
部ブロック１２ａの出力信号が出力端子１４から出力さ
れるようにスイッチＳＷ３が設定される。従って、入力
信号は、図６（ａ）に示すように、スイッチＳＷ２を介
して内部ブロック１２ａに入力されると共に、評価ブロ
ック１１にも入力される。そして、内部ブロック１２ａ
では、所定の信号処理が行われ、その出力信号がスイッ
チＳＷ３を介して出力端子１４から外部へと出力され
る。但し、内部ブロック１２ａは、信号処理を行うたび
に僅かながら劣化していく。

【００３５】一方、評価ブロック１１では、被試験回路
１６が入力信号に対して所定の処理を行って動作チェッ
ク回路１７に出力し、これを繰り返す。被試験回路１６
は昇圧回路１５からの供給電圧、即ち内部ブロック１２
ａの動作電圧よりも高い電圧で動作するため、内部ブロ
ック１２ａよりも劣化しやすい。動作チェック回路１７
は、被試験回路１６からの出力信号に基づいてその特性
の変化を常に検出している。そして、被試験回路１６の
特性の変化量が所定値に到達したと判断したときに、動
作チェック回路１７はスイッチＳＷ２及びＳＷ３に接続
先の切り替えを指示する信号を出力する。この結果、ス
イッチＳＷ２及びＳＷ３は、図６（ｂ）に示すように、
夫々入力端子１３及び出力端子１４の接続先を内部ブロ
ック１２ｂに切り替える。

【００３６】従って、内部ブロック１２ａ及び１２ｂの
寿命と被試験回路１６の特性の劣化との相関関係を予め
求めておき、つまり被試験回路１６の特性がどの程度劣
化したときに内部ブロック１２ａ及び１２ｂが故障する
かを予め見積もっておき、その特性の変化量から若干の
マージンを差し引いた変化量を動作チェック回路１７の
判断の基準値（所定値）としておけば、内部ブロック１
２ａが故障して誤動作する以前に内部ブロック１２ｂに
切り替えることで、入力端子及び出力端子間の信号処理
を長期間にわたり安定して行うことが可能になる。例え
ば、内部ブロック１２ａ及び１２ｂの動作電圧が従来よ
りも高く設定されており、この動作電圧の上昇に伴って
内部ブロック１２ａ及び１２ｂの各寿命が半減していた
としても、この半導体装置全体としては、クロック信号
の周波数の上昇前と同等の寿命を維持することが可能で
ある。つまり、半導体装置全体の寿命を維持したまま動
作電圧を上昇させて動作速度を上げることが可能とな
る。

【００３７】なお、内部ブロック１２ａ及び１２ｂとし
ては、従来の半導体装置に設けられている内部ブロック
と同様のものを使用することができ、その中でも動作電
圧を高めることにより動作速度が向上しやすいものを選
択することが好ましい。

【００３８】また、スイッチＳＷ２及びＳＷ３について
は、スイッチＳＷ２が設けられていれば、スイッチＳＷ
３が設けられていなくてもよい。これは、スイッチＳＷ
２が設けられていれば、内部ブロック１２ａ及び１２ｂ
の一方のみが動作可能だからである。

【００３９】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。第５の実施例では、評価ブロックの構造が第４の
実施例におけるそれと相違している。図７は本発明の第
７の実施例に係る半導体装置における評価ブロックの構
造を示すブロック図である。

【００４０】第５の実施例における評価ブロック１１に
は、第４の実施例と同様に、被試験回路１６及び動作チ
ェック回路１７が設けられている。更に、入力端子１３
に入力されたクロック信号の周波数を逓倍して被試験回
路１６に出力する逓倍ＰＬＬ（位相同期ループ）１８が
周波数逓倍器として設けられている。これらの被試験回
路１６、動作チェック回路１７及び逓倍ＰＬＬ１８は、
いずれも内部ブロック１２ａ及び１２ｂと同等の電源電
圧で動作するものである。

【００４１】このように構成された第５の実施例では、
図６（ａ）に示すように、スイッチＳＷ２を介して内部
ブロック１３ａにクロック信号が入力されると、評価ブ
ロック１１において、逓倍ＰＬＬが内部ブロック１３ａ
に供給されるクロック信号をその周波数を逓倍して被試
験回路１６に出力する。そして、被試験回路１６は周波
数が上昇したクロック信号に対して所定の処理を行って
動作チェック回路１７に出力し、これを繰り返す。被試
験回路１６は周波数が上昇したクロック信号を処理する
ため、内部ブロック１２ａよりも劣化しやすい。動作チ
ェック回路１７は、第４の実施例と同様に、被試験回路
１６からの出力信号に基づいてその特性の変化を常に検
出し、試験回路１６の特性の変化量が所定値に到達した
と判断したときに、スイッチＳＷ２及びＳＷ３に接続先
の切り替えを指示する信号を出力する。この結果、スイ
ッチＳＷ２及びＳＷ３は、図６（ｂ）に示すように、夫
々入力端子１３及び出力端子１４の接続先を内部ブロッ
ク１２ｂに切り替える。

【００４２】従って、第４の実施例と同様に、被試験回
路１６の特性がどの程度劣化したときに内部ブロック１
２ａ及び１２ｂが故障するかを予め見積もっておき、そ
の特性の変化量から若干のマージンを差し引いた変化量
を動作チェック回路１７の判断の基準値（所定値）とし
ておけば、内部ブロック１２ａが故障して誤動作する以
前に内部ブロック１２ｂに切り替えることで、入力端子
及び出力端子間の信号処理を長期間にわたり安定して行
うことが可能になる。このため、半導体装置全体の寿命
を維持したままクロック信号の周波数を上昇させて動作
速度を上げることが可能となる。

【００４３】次に、本発明の第６の実施例について説明
する。第６の実施例では、評価ブロックの構造が第４及
び第５の実施例におけるそれらと相違している。図８は
本発明の第６の実施例に係る半導体装置における評価ブ
ロックの構造を示すブロック図である。

【００４４】第６の実施例における評価ブロック１１に
は、第４の実施例と同様に、動作チェック回路１７が設
けられている。動作チェック回路１７は評価ブロック１
１自体の入力端子と配線１９ａ乃至１９ｃを介して接続
されている。配線１９ａ及び１９ｃの幅Ｗ_１は、例えば
所定のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性を満た
す範囲内で最小に設定されている。配線１９ｂは配線１
９ａ及び１９ｃ間に配置されており、その幅Ｗ_２は、配
線１９ｂのＥＭ耐性が配線１９ａ及び１９ｃのそれより
も劣るように設定されており、例えば製造することがで
きる範囲内で最小に設定されている。また、内部ブロッ
ク１２ａ及び１２ｂ内の配線幅は、ＥＭ耐性を考慮し
て、最も狭いもので配線１９ａ及び１９ｃの幅Ｗ_１と同
等とされている。つまり、配線１９ｂにおけるＥＭ耐性
が最も低くなるように構成されている。

【００４５】このように構成された第６の実施例におい
ては、図６（ａ）に示すように、スイッチＳＷ２を介し
て内部ブロック１３ａにクロック信号が入力されると、
評価ブロック１１において、配線１９ａ乃至１９ｃを伝
達した信号が繰り返し動作チェック回路１７に入力され
る。このとき、所定のＥＭ耐性を満たさないように配線
１９ｂの幅が設定されているため、配線１９ｂにおいて
内部ブロック１２ａよりもエレクトロマイグレーション
が発生しやすい。動作チェック回路１７は、例えば入力
する電流値を測定することによって配線１９ａ乃至１９
ｃの抵抗値の変化を常に検出し、その変化量が所定値に
到達したと判断したときに、スイッチＳＷ２及びＳＷ３
に接続先の切り替えを指示する信号を出力する。この結
果、スイッチＳＷ２及びＳＷ３は、図６（ｂ）に示すよ
うに、夫々入力端子１３及び出力端子１４の接続先を内
部ブロック１２ｂに切り替える。

【００４６】従って、配線１９ａ乃至１９ｃの抵抗値が
どの程度変化（上昇）したときに内部ブロック１２ａ及
び１２ｂが故障するかを予め見積もっておき、その特性
の変化量から若干のマージンを差し引いた変化量を動作
チェック回路１７の判断の基準値（所定値）としておけ
ば、内部ブロック１２ａが故障して誤動作する以前に内
部ブロック１２ｂに切り替えることで、入力端子及び出
力端子間の信号処理を長期間にわたり安定して行うこと
が可能になる。このため、半導体装置全体の寿命を維持
したままクロック信号の周波数を上昇させて動作速度を
上げることが可能となる。

【００４７】なお、これらの実施例では、切り替えの対
象となるクロックツリー、ブロック及び半導体チップ等
が２個ずつ設けられているが、３個以上設けられていて
もよい。

【００４８】また、切り替えの対象となるクロックツリ
ー等は、必ずしも互いに同一の構造を具備している必要
はなく、互いに同等の特性を示し同等の作用を奏するこ
とができれば十分である。

【００４９】更に、第４及び第５の実施例では被試験回
路１６の特性の変化量に基づいて動作チェック回路１７
がスイッチＳＷ２及びＳＷ３の制御を行っているが、被
試験回路１６が故障したことを検出して動作チェック回
路１７がスイッチＳＷ２及びＳＷ３の制御を行うように
してもよい。

【００５０】更にまた、出力信号の真偽を判別する判別
回路及びこの判別回路の出力信号に基づいて通常回路と
バックアップ回路とを切り替える切替回路を設けてもよ
い。このような判別回路を設けることにより、例え通常
回路が予期せず故障して正常な値が出力されなくなった
場合であっても、それを検出して動作すべき回路を切り
替えることが可能になる。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
信号処理回路がその寿命に到達するまでの時間等の経緯
を予め把握しておき、これに基づいて一定の条件を定め
ておけば、全ての信号処理回路を寿命に達する前に切り
替えながら使用することができ、全体としての寿命を長
期化することができる。この結果、動作電圧を高めた
り、クロック信号の周波数を高めたりすることによって
動作速度を向上させても、十分な寿命を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の構造
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体装置の構造
を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る半導体装置の構造
を示すブロック図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る半導体装置の構造
を示すブロック図である。

【図５】第４の実施例における評価ブロックの構造を示
すブロック図である。

【図６】第４の実施例の動作を示す図であって、（ａ）
はスイッチＳＷ２及びＳＷ３の切り替え前の状況を示す
模式図、（ｂ）はスイッチＳＷ２及びＳＷ３の切り替え
後の状況を示す模式図である。

【図７】本発明の第５の実施例に係る半導体装置におけ
る評価ブロックの構造を示すブロック図である。

【図８】本発明の第６の実施例に係る半導体装置におけ
る評価ブロックの構造を示すブロック図である。

【図９】特開平１１−２７１２８号公報に記載された従
来の半導体集積回路装置の構造を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ；クロックツリー２；ブロック３；クロックドラバ４；内蔵タイマ５ａ、５ｂ；高速ブロック６；低速ブロック７ａ、７ｂ；半導体チップ１１、５１；評価ブロック１２ａ、１２ｂ、５２；内部ブロック１３、５３；入力端子１４、５４；出力端子１５；昇圧回路１６；被試験回路１７；動作チェック回路１８；逓倍ＰＬＬ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ；配線５５；測定信号入力端子５６；測定信号出力端子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３；スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ１１Ｃ 29/00 ６０１Ｇ０１Ｒ 31/28 ＢＦターム(参考） 2G132 AG08 AK07 AL00 5F038 DF17 DT09 DT12 EZ20 5J056 AA00 BB02 BB39 BB60 CC00 CC29 HH03 5L106 DD22 DD25 GG07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに同一の処理を行うことができる複
数個の信号処理回路と、一定の条件が満たされるたびに
前記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理回路を
選択して動作させ残りの信号処理回路の動作を停止させ
る動作回路選択手段と、を有することを特徴とする半導
体装置。
【請求項２】前記動作回路選択手段は、前記信号処理
回路が稼働している時間を計測するタイマと、前記複数
個の信号処理回路と電源供給ラインとの間に接続され前
記タイマによる計測時間が所定値に到達したときに電源
供給ラインの接続先を切り替えるスイッチと、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記動作回路選択手段は、入力信号を前
記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理回路のみ
に入力させる入力スイッチと、前記信号処理回路にかか
る負荷より大きい負荷がかかる被試験回路と、この被試
験回路の特性の変化量が所定値に到達したときに前記入
力スイッチを切り替える切替制御回路と、を有すること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記動作回路選択手段は、前記信号処理
回路の動作電圧を昇圧して前記被試験回路の動作電圧と
する昇圧回路を有することを特徴とする請求項３に記載
の半導体装置。
【請求項５】前記動作回路選択手段は、前記信号処理
回路に供給されるクロック信号から周波数が高いクロッ
ク信号を生成して前記被試験回路に供給する周波数逓倍
器を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装
置。
【請求項６】前記動作回路選択手段は、入力信号を前
記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理回路のみ
に入力させる入力スイッチと、エレクトロマイグレーシ
ョン耐性が前記信号処理回路内の配線よりも低い配線
と、この配線の抵抗値の上昇量が所定値に到達したとき
に前記入力スイッチを切り替える切替制御回路と、を有
することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】前記動作回路選択手段は、前記入力スイ
ッチと同時に前記切替制御回路により切り替えられ出力
信号を前記複数個の信号処理回路の中から一の信号処理
回路のみから出力させる出力スイッチを有することを特
徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の半導体
装置。