JP2006080204A - 半導体部品の設計方法及び半導体部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 開発期間の短縮と低コストを実現する半導体部品の設計方法及び半導体部品を提供すること。
【解決手段】 半導体集積回路２と、この半導体集積回路２の出力電圧Ｖoutを決める設定値が記憶される不揮発性メモリ７とがモノリシックで形成された半導体部品１を製造者が試作する手順と、半導体部品１の試作品を、半導体部品１を使用する使用者に供給する手順と、使用者が上記設定値を調整して、半導体集積回路２の出力電圧Ｖoutを評価する手順と、使用者の評価の結果に基づいて上記設定値を決定する手順とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体集積回路と、この半導体集積回路の出力電圧を決める設定値が記憶される不揮発性メモリとがモノリシックで形成された半導体部品の設計方法及び半導体部品に関し、詳しくは、出力電圧の変更に対して即座に且つ低コストで対処することができる半導体部品の設計方法及び半導体部品に関する。

最近の多機能を要求される電子機器は、動作電圧が異なる様々な回路を搭載し、それぞれの動作電圧に応じた複数の電源回路を必要としている。また、低コスト化を図るなどの理由から、開発途中あるいは出荷後に、搭載する回路の変更が行われることも多く、これに伴って回路への供給電圧を変更できるようにする必要がある。電源回路の出力電圧は、例えば特許文献１に示すように、レギュレータ回路の可変抵抗の値を調整することによって変更できる。
特開２００２−１７０３９１号公報

一般に電源回路に関する仕様は製品開発の後期になってから決定あるいは変更されることが多く、抵抗を半導体ウェーハに作り込むマスクを作製した後に電源電圧を決定する設定値の変更の必要が生じる場合も多い。そのマスク作製後の設定値変更に対処するためにはマスクの変更が必要であり、新たにマスクを作り直さなければならず、時間がかかると共に、最近の半導体プロセスの微細化に伴ってマスク作製費用が高額化しているので費用もかさむ。近年、各種電子機器は多機能を要求されることに反して、開発期間の短縮と低コストが要求されており、急な仕様変更があっても即座に且つ低コストで対処することが望まれる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、急な仕様変更の必要性が生じた場合でも、即座に且つ低コストで対処できる半導体部品の設計方法及び半導体部品を提供することにある。

本発明の半導体部品の設計方法は、半導体集積回路と、この半導体集積回路の出力電圧を決める設定値が記憶される不揮発性メモリとがモノリシックで形成された半導体部品を製造者が試作する手順と、半導体部品の試作品を、半導体部品を使用する使用者に供給する手順と、使用者が上記設定値を調整して、半導体集積回路の出力電圧を評価する手順と、使用者の評価の結果に基づいて上記設定値を決定する手順とを有することを特徴としている。

また、本発明の半導体部品は、半導体集積回路と、この半導体集積回路の出力電圧を決める設定値が記憶される不揮発性メモリとがモノリシックで形成された半導体部品であって、上記設定値は、製造者から試作品の供給を受けた使用者による調整及びこの調整された値の評価の結果に基づいて決定されたことを特徴としている。

ここで、製造者は半導体製造装置で半導体部品を製造する。使用者は、製造者から半導体部品の供給を受け、その半導体部品を電子機器の一部品としてあるいは単品で使用する。そして、製造者は半導体部品の試作品を使用者に供給する。ここで、試作品においては、不揮発性メモリに記憶された設定値及びこの設定値によって決まる出力電圧は仮の値に調整され、必ずしもこの値に決定されて商品として出荷されるとは限らない。

そして、半導体部品の出力電圧は不揮発性メモリに記憶される設定値を書き換えることで変更あるいは微調整可能であるので、使用者は、出力電圧の変更の必要が生じても製造者に作り直しを依頼することなく、使用者自らが設定値を調整して出力電圧を変更してその評価を行える。すなわち、使用者は、製造者に仕様変更を依頼したり、その仕様変更された試作品の供給を待つといった必要はなく、使用者自らが自由に仕様変更することができる。したがって、使用者は、設定値調整の必要が生じたら即座に行え、またその調整に基づく出力電圧の評価も使用者自らが即座に行え、開発期間の短縮が図れる。さらに、その調整は不揮発性メモリへの設定値の書き換えで実現するので、従来のようなマスクを変更しての半導体製造プロセスのやり直しが不要であり、コスト低減も図れる。

また、使用者による調整及び評価と並行して、製造者も設定値を調整して出力電圧の評価を行い、使用者による評価の結果及び製造者による評価の結果に基づいて設定値を決定するようにすれば、製造者側で使用者の希望設定値に対して許容誤差範囲内に出力電圧がなるように精度出しのための微調整を行え、製品品質を高めることができる。

また、使用者は、半導体集積回路から出力電圧の供給を受けるべき負荷回路に半導体部品を接続させた状態で評価を行うようにすれば、負荷回路の特性による必要出力電圧値のばらつきに対処する微調整を行え、製品品質をより向上できる。

本発明の半導体部品の設計方法によれば、開発途中で仕様変更の必要性が生じても、製造者に、半導体製造装置を用いた半導体製造プロセスにて半導体部品を作り直すことを行わせる必要なく、使用者自らが不揮発性メモリに書き込む設定値を変更することで容易に対処でき、半導体部品の開発期間の短縮と低コスト化が図れる。また、使用者自らが半導体部品の仕様変更を容易且つ迅速に行えるということは、製造者から既に供給を受け使用者の元にある半導体部品についても容易且つ迅速に仕様変更を行える。すなわち、在庫品を新たな仕様の製品として活用することができるので、無駄な在庫をなくせ、大幅なコスト低減を図れる。

本発明の半導体部品によれば、出力電圧を決定するにあたって設定値調整を繰り返し行ってもそれほど開発期間及びコストの増大をきたさず、設計段階での試行錯誤を行いやすく、結果として製品品質の向上を図ることができる。

図３は本発明の実施形態に係る半導体部品１の回路図を示す。この半導体部品１は、半導体集積回路２と不揮発性メモリ７とを備え、これらは１つの半導体チップにモノリシックで形成されている。

半導体集積回路２は、例えば電圧レギュレータ回路であり、負荷回路１５ａまたは負荷回路１５ｂに一定電圧を供給する。半導体集積回路２は、基準電圧発生源３、差動増幅器４、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ５、可変抵抗９を備える。

基準電圧発生源３は差動増幅器４の反転入力端子に接続され、基準電圧発生源３からの基準電圧Ｖrefは差動増幅器４の反転入力端子に入力される。差動増幅器４の出力端子はＭＯＳトランジスタ５のゲートに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ５のソースは電源６に接続され、ドレインとグランドとの間には可変抵抗９が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５のドレインは半導体部品１の出力端子１０に接続されている。

可変抵抗９は、複数（図示の例では２つ）の抵抗Ｒ１、Ｒ２を備え、その分割点は差動増幅器４の非反転入力端子に接続されている。基準電圧Ｖrefは差動増幅器４で増幅され、その出力によってＭＯＳトランジスタ５のゲート電圧が制御される。可変抵抗９の抵抗値は差動増幅器４における増幅率を決定する。

不揮発性メモリ７は電源を切っても記憶内容が保持される半導体メモリであり、例えば、マスクＲＯＭ（Read Only Memory）、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically EPROM）、フラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ（Nonvolatile Random Access Memory）、ＭＲＡＭ（Magnetic RAM）、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor）などを用いることができる。

不揮発性メモリ７には、半導体集積回路２の出力電圧Ｖoutを決める設定値である可変抵抗９の抵抗値が、ライタなどの外部機器を用いて設定値入力端子８を介して書き込まれ記憶される。上記出力電圧Ｖoutは、この電圧供給を受けるべき負荷回路１５ａあるいは負荷回路１５ｂによって決まってくる。

不揮発性メモリ７に記憶された設定値に基づいて、可変抵抗９の抵抗値が設定される。具体的には、不揮発性メモリ７に記憶された設定値に基づいて、図示しない例えばＭＯＳスイッチにより、可変抵抗９のどの抵抗分割点を差動増幅器４の非反転入力端子に接続させるかなどの選択がされる。

上記設定値は、電源を切っても記憶内容が消えずに保持される不揮発性メモリ７に記憶されるので、電源投入ごとに設定値を新たに書き込む必要がない。そして、そのような電源投入ごとに設定値の書き込みを行う制御部を、この半導体部品１が搭載される電子機器に搭載する必要がなくコスト低減が図れる。また、その制御部として元々電子機器に半導体部品１と一緒に搭載されるＣＰＵなどを流用する場合にはファームの書き換えが必要であるが、本実施形態ではその必要もなく、余計な手間やコストアップを抑えることができる。

次に、上記半導体部品１の設計方法について図１のフローチャートを参照して説明する。

（ステップＳ１）
先ず、半導体部品１の製造者と、この半導体部品１の使用者とで半導体部品１の仕様（出力電圧を何Ｖにするかや、どれくらいの精度を必要とするかなど）を検討する。

ここで、製造者は、半導体部品１の製造設備を持ちその設備を用いて半導体部品１の製造を行う。使用者は、その半導体部品１を、例えば携帯電話機やオーディオ機器、映像機器などの電子機器の一部品として必要とする。例えば、半導体部品１は、電子機器に搭載される他の部品や回路用の電源部品として使用される。使用者は、製造者から半導体部品１の供給を受けると電子機器に搭載してその電子機器を商品として出荷する。

（ステップＳ２ａ、Ｓ３）
上記ステップＳ１での検討において、例えば出力電圧Ｖoutが１．５Ｖ±１％になるよう仕様が決定されると、製造者はその仕様を満足するべく不揮発性メモリ７に記憶させるべき設定値を調整して、半導体部品１を試作する。この試作品の不揮発性メモリ７には、ステップＳ２ａで調整された設定値が記憶されている。

（ステップＳ２ｂ）
また、製造者は、不揮発性メモリ７に設定値を書き込んだり消去したりするためのライタを使用者に提供する。なお、このライタは、後述するステップＳ３にて半導体部品１の試作品を使用者に供給するときに一緒に供給してもよい。また、ライタが特別なものではなく汎用性のあるものを使用することができ、使用者が既に持っているあるいは使用者で簡単に用意できる場合には、必ずしも製造者側からライタを提供する必要はない。

（ステップＳ４ｂ）
使用者は上記試作品の供給を製造者から受ける。そして、使用者は、その試作品の半導体部品１の出力電圧Ｖoutの評価を行う。すなわち、使用者自らが不揮発性メモリ７に書き込む設定値を調整して、出力電圧Ｖoutの評価を行う。

従来は、半導体部品１の量産に入る前の開発途中で出力電圧Ｖoutの変更の必要性が生じた場合には、半導体部品１を使用する使用者側からその要求を製造者に伝えて、製造者はこれを受けてその要求に合う出力電圧Ｖoutとなるように半導体部品１を作り直していた。これは、半導体ウェーハに作り込む抵抗の変更を伴い、そのためのマスクの変更も伴い、手間と時間がかかると共にコストもかかっていた。

これに対して、本実施形態では、出力電圧Ｖoutの変更に対して不揮発性メモリ７に書き込む設定値を書き換えるだけで対応できる。製造者が半導体製造プロセスを行う必要はない。したがって、使用者は従来のように製造者からの新たな仕様で作り直した試作品を待つことなく、自らが容易に仕様変更（出力電圧変更）を行え、その評価も行える。これにより、開発期間が大幅に短縮できると共に、コストも大幅に低減できる。急な仕様変更に対して迅速に対応でき、また度重なる仕様変更に対しても容易に対応できる。

また、製造者側も、仕様変更がある度にマスクを変更して使用者の要求に合うように半導体部品を作り直さなくてよい。

また、出力電圧Ｖoutが希望値になったとしてもその電圧供給を受ける負荷回路１５ａまたは負荷回路１５ｂの特性のばらつきによっては出力電圧Ｖoutを若干変更する必要が生じることがある。すなわち、実際に半導体部品１を負荷回路１５ａまたは負荷回路１５ｂに接続してみないと出力電圧Ｖoutが適切かどうかわからないことがあるが、本実施形態では、半導体部品１と負荷回路１５ａまたは負荷回路１５ｂとを電子機器に組み込む工程を行う電子機器メーカーである使用者側で、上記設定値の調整及び出力電圧Ｖoutの評価を行うので、半導体部品１の実際の使用に即したきめ細かな設定値の調整及び出力電圧Ｖoutの評価を迅速且つ容易に行える。

また、試作品では例えば負荷回路１５ａ用の電源部品として作られた半導体部品１を、動作電圧がその負荷回路１５ａと異なる他の負荷回路１５ｂ用に変更するといった負荷回路の変更に対しても、製造者と何らやり取りすることなく使用者自らが迅速且つ容易に負荷回路１５ｂに適した設定値の調整及び出力電圧Ｖoutの評価を行える。

（ステップＳ４ａ）
上述した使用者側での設定値調整及び出力電圧の評価と並行して、製造者側でも試作品の設定値調整及び出力電圧の評価を行ってもよい。使用者側が行うのは主に、負荷回路変更などに伴う出力電圧変更に対する調整及び評価であるのに対して、製造者側で行うのは、製造プロセスのばらつきにより、出力電圧が希望値からずれることがあるのでそのずれをある範囲内に収めるべく微調整を行う。例えば、使用者が行う調整は、可変抵抗９におけるどの抵抗分割点を差動増幅器４の非反転入力端子に接続させるかという調整であり、製造者が行う微調整は、可変抵抗９を構成する個々の抵抗Ｒ１、Ｒ２のボリュームの調整である。

（ステップＳ５ａ、Ｓ５ｂ）
使用者側及び製造者側それぞれで、上記調整された設定値によって決められる出力電圧Ｖoutの評価結果を判定する。その評価結果に満足できない場合には、製造者はステップＳ２ａに戻り、使用者はステップＳ４ｂに戻り、それぞれ上述したステップを繰り返す。

（ステップＳ６）
上記ステップＳ５ａ及びＳ５ｂにおける評価結果が満足できるものであった場合には、使用者は半導体部品１を、この半導体部品１から電源電圧の供給を受ける実際の負荷回路に接続してその負荷回路を動作させてみて最終的な評価を行う。

ステップＳ６での評価に満足できない場合には、使用者はステップＳ４ｂに戻り、あるいは製造者はステップＳ２ａに戻り、それぞれ上述したステップを繰り返す。

（ステップＳ７）
上記ステップＳ６における最終判断に合格すれば、製造者は、その合格した最終仕様にて半導体部品１を量産する。最終仕様は不揮発性メモリ７に最終的な設定値を書き込んだライタのデータファイルで入手する。あるいは、不揮発性メモリ７から、最終仕様として設定された設定値を読み出して得てもよい。

（ステップＳ８）
使用者は、製造者から量産された半導体部品１の供給を受けて、その半導体部品１を、負荷回路１５ａまたは１５ｂも含めた他の部品と共に電子機器として組み立て、その電子機器を出荷する。

次に、電子機器を出荷した後に仕様変更の必要性が生じた場合の設定値変更を行うフローについて図２を参照して説明する。

（ステップＳ１０１）
使用者が、電子機器の低コスト要求に対する搭載部品の変更を検討する。例えば、当初出荷した電子機器においては負荷回路（例えば半導体メモリ）１５ａを搭載していたが、これよりも安価な負荷回路（例えば半導体メモリ）１５ｂに変更したいという要求が出てきたとする。しかし、負荷回路１５ａが例えば１．５Ｖの電圧で動作するものであり、負荷回路１５ｂが例えば１．３Ｖで動作するものである場合には、半導体部品１の出力電圧Ｖoutを変更しなければならない。

従来では、マスクなどを変更して半導体部品１を作り直すことで対処可能であったが、これでは新たな仕様の電子機器の市場投入まで時間がかかると共にコストアップもきたす。さらには、特に携帯電話機のような次々と新製品や新モデルが開発されライフサイクルが短い電子機器では、半導体部品１の生産を既に打ち切っている場合があり、作り直すことすらできない場合が多い。

これに対して、本実施形態では、半導体部品１の不揮発性メモリ７の設定値を書き換えることで容易且つ迅速に出力電圧の変更を行えるので、電子機器出荷後の仕様変更に対する要望に簡単に応えることがきる。この結果、負荷回路としてより安価なものに切り替えることが可能になり、電子機器全体のコストダウンを図れる。

（ステップＳ１０２ａ、１０２ｂ）
出荷後の設定値変更は、製造者側と、使用者側のそれぞれが行える。製造者側は、変更される負荷回路１５ｂが必要とする出力電圧を決める設定値が書き込まれた半導体部品１を試作する。使用者側は、製造者側から既に供給を受けている半導体部品１の設定値を、変更される負荷回路１５ｂが必要とする出力電圧を決定する設定値に書き換える。したがって、使用者は変更前の仕様で既に製造者から供給された半導体部品１を無駄にすることなく、新たな仕様の半導体部品１として活用できる。

（ステップＳ１０３）
そして、使用者は、変更した負荷回路１５ｂと、この負荷回路１５ｂ用に出力電圧が変更された半導体部品１とを接続させて、実際に負荷回路１５ｂを動作させて評価を行う。

（ステップＳ１０４）
上記ステップＳ１０３における評価結果に満足できれば、使用者は、半導体部品１の出力電圧を決定すると共に、この半導体部品１と共に電子機器に搭載する負荷回路の変更を決定する。そして最終的な評価を行いこれに合格すればステップＳ１０５ａ、Ｓ１０５ｂに進む。満足できない場合には、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１０５ａ、１０５ｂ）
上記ステップＳ１０４での最終判断を受け、製造者は変更した設定値を不揮発性メモリ７書き込んだ半導体部品１を量産し使用者に供給する。あるいは、使用者自らが、製造者から供給を受けた半導体部品１の不揮発性メモリ７に設定値の書き換えを行う。

（ステップＳ１０６）
そして、最終的に、使用者は、より安価なものに変更された負荷回路１５ｂ及びその負荷回路１５ｂに合わせて出力電圧の変更がなされた半導体部品１を搭載した電子機器を出荷する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

本発明は、特に、開発期間が短く且つ低コストを要求される携帯電話機に搭載され、さらに急な仕様変更の要請が生じやすい電源部品の設計に好適であるが、これに限らず、その他の電子機器に搭載される電源部品、さらには電源部品に限らずその他の半導体部品の設計にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る半導体部品の設計方法の流れを示すフローチャート（その１）である。 本発明の実施形態に係る半導体部品の設計方法の流れを示すフローチャート（その２）である。 本発明の実施形態に係る半導体部品の回路図である。

符号の説明

１…半導体部品、２…半導体集積回路、４…差動増幅器、５…ＭＯＳトランジスタ、７…不揮発性メモリ、９，Ｒ１，Ｒ２…可変抵抗、１５ａ，１５ｂ…負荷回路。

Claims (4)

1. 半導体集積回路と、前記半導体集積回路の出力電圧を決める設定値が記憶される不揮発性メモリとがモノリシックで形成された半導体部品を製造者が試作する手順と、
   前記半導体部品の試作品を、前記半導体部品を使用する使用者に供給する手順と、
   前記使用者が前記設定値を調整して、前記半導体集積回路の出力電圧を評価する手順と、
   前記使用者の前記評価の結果に基づいて前記設定値を決定する手順と、
   を有することを特徴とする半導体部品の設計方法。
2. 前記使用者による前記評価と並行して、前記製造者も前記設定値を調整して前記出力電圧の評価を行い、前記使用者による前記評価の結果及び前記製造者による前記評価の結果に基づいて前記設定値を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体部品の設計方法。
3. 前記使用者は、前記半導体集積回路から前記出力電圧の供給を受けるべき負荷回路に前記半導体部品を接続させた状態で前記評価を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体部品の設計方法。
4. 半導体集積回路と、前記半導体集積回路の出力電圧を決める設定値が記憶される不揮発性メモリとがモノリシックで形成された半導体部品であって、
   前記設定値は、製造者から試作品の供給を受けた使用者による調整及びこの調整された値の評価の結果に基づいて決定された
   ことを特徴とする半導体部品。

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