JP2005322860A - 半導体集積回路およびその試験方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体集積回路10は、電源電圧の供給を受けて動作する機能ブロックに加えて、製造プロセス条件に応じた遅延特性を把握するためのプロセスモニタ回路11と、プロセスモニタ回路11により取得されたプロセスばらつき具合に関するデータを記憶する記憶回路12と、記憶回路12に記憶されたプロセスモニタ回路11により取得されたプロセスばらつき具合に応じて、適応的に電源電圧を制御する電源電圧制御回路13とを有する。
【選択図】 図1
Description
しきい値電圧が設計した値より低めの値になるように製造されると、動作速度は速くなる。一方、しきい値電圧が設計した値より高めの値になるように製造されると、動作速度は遅くなる。
すなわち、使用形態に更にマージンを考慮した電源電圧と動作周波数の出荷スペックにて出荷試験が行われる。
一般に、製造ばらつきにより動作速度が遅くなった場合においても、この出荷試験にパスするように設計される。このため、より動作速度が速くなった場合には、その出荷スペックより速い動作周波数でも、またより低い電源電圧でも動作可能であることが多い。
より速い速度で動作することが分かりた集積回路は、より速いクロツク周波数のパラメータで指定され、より遅い速度でしか動作しない集積回路は、より遅いクロック周波数のパラメータで指定される。同様に製造された集積回路が、異なる性能仕様を有することになる。
プロセスモニタ回路により取得されたプロセスばらつき具合に関するデータが、たとえば外部の試験装置から半導体集積回路に設けられた記憶回路に書き込まれる。
そして、半導体集積回路の出荷後において、たとえば電源電圧制御回路により、記憶回路に記憶されているプロセスばらつき具合に関するデータが参照され、これに基づき供給すべき電源電圧が算出され、算出した電源電圧を外部の電源電圧供給装置に要求する。
また、製造ばらつきに応じた電源電圧にて出荷試験を行うことができ、また、使用条件と同条件の電源電圧にて出荷試験を行うことができ、個々の半導体集積回路は、その製造ばらつきに起因する性能の出来具合を把握することができる。
また、劣化、使用条件、使用環境に適応した電源電圧の制御ができる。
また、半導体集積回路内の機能ブロックに供給されるクロックの周波数に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
また、半導体集積回路を使用する商品の仕様に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
図1は、本発明に係る半導体集積回路を採用した半導体装置の第1の実施形態を示すブロック図である。
図2は、本発明に係る半導体集積回路に対して外部の試験装置により試験を行う場合の構成を示す図である。
また、コネクタ部10aを介して記憶回路12に書き込まれるデータは、試験装置30による試験に基づき得られたプロセスモニタ回路11から取得されたプロセスばらつき具合を示すデータである。
NANDゲート111の他方の入力端子には試験装置30からのイネーブル信号ENが入力されるようになっている。
リングオシレータの出力をそのまま半導体チップ10の外部端子(コネクタ部10a)に出力させ、試験装置30に周波数を計測させることも可能である。
また、リングオシレータの発振周波数が非常に高い場合には出力された発振クロックを分周した後、半導体チップ10の外部に出力してもよい。
また、周波数カウンタも搭載し、これにより計測した周波数値を出力してもよい。
図4のプロセスモニタ回路11Bは、いわゆるパルス遅延測定回路により構成されている。
ラッチされた時点でm段目まで信号が伝播していた場合、ラッチの出力は″1″がm個並び、(n−m)個が″0″となる。この出力をデコーダ115にてデコードすることにより出力信号を生成する。
nMOSトランジスタ122−1、122−2、・・・、122−nは、個々のフューズにより高抵抗となるように設計されている。
また、ラッチ123−1、123−2、・・・、123−nはD入力に入力されるレベルを反転したレベルの信号を出力XQから出力する。
イネーブル信号ReadENがハイレベルのときnMOSトランジスタ122−mがONとなる。
ここで、フューズ121一mが切れている場合には、nMOSトランジスタ122−mによりノードND121−mは接地電位GNDレベルとなる。
フューズ121一mが切れていない場合には、フューズ121−mがnMOSトランジスタ122−mより低抵抗であるためノードND121−mは電源電位VDDレベルとなる。
ラッチ123−mはイネーブル信号ReadNがハイレベルのときにノードND121−mの値をラッチし、その反転信号を出力する。
また、2ビット目はフューズ121−1が切れているため、ノードND121−2は接地電位GNDレベルとなり、ラッチ123−2は”1″を出力する。
試験装置30は、読み込んだ信号により半導体チップ10のばらつき具合を判定し、供給すべき電源電圧VDDを算出する。
試験装置30は、半導体チップ10に電源電圧VDDを供給し、その状態で半導体チップ10に搭載されている図示しない機能ブロックの試験を行い、良否判定を行う。
同時に、試験装置30は判定結果を半導体チップ10に搭載された、たとえばフューズ回路を含む記憶回路12に書き込んでおく。
電源電圧供給装置20は要求された電圧値の電源電圧VDDを半導体チップ10に供給する。
これにより、半導体チップ10は出荷試験と同等の電源電圧VDDが供給された状態にて要求された機能を実現する。
また、記憶回路12に書き込まれる情報は、試験装置30が算出した電源電圧の値であってもよいが、半導体チップ10の遅延特性を示すデータであってもよい。
この場合、電源電圧制御回路13はより高度な制御が可能となる。具体的には、半導体チップ10を駆動するクロック周波数がセットや使用状態によって異なる場合に、ばらつき具合とクロック周波数の2次元的な制御が可能となる。
また、この判定もプログラマブルであれば、半導体チップ10の出荷後にセット仕様にあわせて、電源電圧算出アルゴリズムを変更することが可能となり、応用が利く。
また、製造ばらつきに応じた電源電圧にて出荷試験を行うことができ、また、使用条件と同条件の電源電圧にて出荷試験を行うことができ、個々の半導体集積回路は、その製造ばらつきに起因する性能の出来具合を把握することができる。
また、半導体集積回路内の機能ブロックに供給されるクロックの周波数に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
また、半導体集積回路を使用する商品の仕様に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
図6は、本発明に係る半導体集積回路を採用した半導体装置の第2の実施形態を示すブロック図である。
これと同時に電源電圧制御回路14によりプロセスモニタ回路11を起動し、その出力信号を読み込む機能を付加する。
この機能により、電源電圧制御回路14は実動作時においても半導体チップ10の遅延特性を取得することができ、半導体チップ10の劣化や温度等の使用環境による遅延特性の変化に追従した電源電圧制御が可能となる。
また、第2の実施形態によれば、第1の実施形態の効果と同様に、半導体チップ10の製造ばらつきを測定でき、製造ばらつきに応じて供給する電源電圧を適応的に制御することができことから、消費電力を削減することができる。
また、製造ばらつきに応じた電源電圧にて出荷試験を行うことができ、また、使用条件と同条件の電源電圧にて出荷試験を行うことができ、個々の半導体集積回路は、その製造ばらつきに起因する性能の出来具合を把握することができる。
また、半導体集積回路内の機能ブロックに供給されるクロックの周波数に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
また、半導体集積回路を使用する商品の仕様に応じて、電源電圧の適応的な制御ができる。
Claims (17)
- 電源電圧の供給を受けて動作する機能ブロックを含む半導体集積回路であって、
製造プロセス条件に応じた遅延特性を把握するためのプロセスモニタ回路と、
上記プロセスモニタ回路により取得されたプロセスばらつき具合に関するデータを記憶する記憶回路と、
上記記憶回路に記憶された上記プロセスモニタ回路により取得されたプロセスばらつき具合に応じて、適応的に電源電圧を制御する電源電圧制御回路と
を有する半導体集積回路。 - 上記電源電圧制御回路は、上記記憶回路に書き込まれたデータを読み出し、供給すべき電源電圧を算出し、算出した電源電圧を外部の電源電圧供給装置に要求する機能を有する
請求項1記載の半導体集積回路。 - 上記電源電圧制御回路は、上記プロセスモニタ回路を起動し、上記プロセスモニタ回路から取得されるプロセスばらつき具合のデータを読み込む機能を有し、上記記憶回路から読み出したデータと上記プロセスモニタ回路から読み出したデータに基づき供給すべき電源電圧を算出し、算出した電源電圧を外部の電源電圧供給装置に要求する機能を有する
請求項1記載の半導体集積回路。 - 所定周波数のクロックが供給され、
上記電源電圧制御回路は、上記記憶回路に書き込まれたデータに加え、当該半導体集積回路に供給されるクロック周波数から、供給すべき電源電圧を算出する
請求項2記載の半導体集積回路。 - 所定周波数のクロックが供給され、
上記電源電圧制御回路は、上記記憶回路に書き込まれたデータに加え、当該半導体集積回路に供給されるクロック周波数から、供給すべき電源電圧を算出する
請求項3記載の半導体集積回路。 - 上記電源電圧制御回路は、プログラマブルであり、当該半導体集積回路の出荷後に供給すべき電源電圧を算出する処理を変更可能である
請求項2記載の半導体集積回路。 - 上記電源電圧制御回路は、プログラマブルであり、当該半導体集積回路の出荷後に供給すべき電源電圧を算出する処理を変更可能である
請求項3記載の半導体集積回路。 - 上記プロセスモニタ回路は、当該半導体集積回路外部の試験装置から起動され、取得されたプロヤスばらつき具合を半導体集積回路外部に出力する機構を有する
請求項1記載の半導体集積回路。 - 上記記憶回路は、所定のデータを恒久的に記憶することが可能で、
上記半導体外部の試験装置から上記記憶回路にデータを書き込む機構を有する
請求項8記載の半導体集積回路。 - 上記記憶回路は、フューズの非遮断、遮断状態に応じたデータを記憶する
請求項9記載の半導体集積回路。 - 上記記憶回路は、不揮発性メモリを含む
請求項9記載の半導体集積回路。 - 上記記憶回路に書き込まれるデータは、上記試験装置による試験に基づき得られた上記プロセスモニタ回路から取得されたプロセスばらつき具合を示すデータである
請求項9記載の半導体集積回路。 - 上記プロセスモニタ回路は、リングオシレータを含む
請求項1記載の半導体集積回路。 - 上記プロセスモニタ回路は、リングオシレータを含む
請求項8記載の半導体集積回路。 - 上記プロセスモニタ回路は、
データを伝播するために接続された複数の回路素子と、
上記回路素子のデータ伝播遅延を測定する遅延測定回路と、を有する
請求項1記載の半導体集積回路。 - 上記プロセスモニタ回路は、
データを伝播するために接続された複数の回路素子と、
上記回路素子のデータ伝播遅延を測定する遅延測定回路と、を有する
請求項8記載の半導体集積回路。 - 遅延特性を把握するためのプロセスモニタ回路を備え、上記プロセスモニタ回路により取得されたプロセスばらつき具合に応じて、適応的に電源電圧を制御する機構を有する半導体集積回路の試験方法であって、
上記プロセスばらつき具合に応じて試験を行う電源電圧を算出し、
算出した電源電圧を供給して試験を行う
半導体集積回路の試験方法。
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