JP2006332131A

JP2006332131A - 半導体集積回路及びその制御方法

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Publication number: JP2006332131A
Application number: JP2005149899A
Authority: JP
Inventors: Hideatsu Yamanaka; 英篤山中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】ＬＳＩの稼動時間を判断し、ＬＳＩに最適な動作環境を実現する半導体集積回路を提供することを目的とする。
【解決手段】ある周波数をもったクロック信号を生成させるクロック信号生成器１０２と、クロック信号生成器からのクロック信号をある一定の分周比でカウントするカウンター１１０と、カウンター１１０の分周比を調節する分周調整装置１１１と、カウンター１１０によってカウントされたクロック信号と、記憶部に記憶されたクロック信号を加算する加算器１１３と、加算器１１３によって加算されたクロック信号を稼動時間として記憶する記憶部を有する稼動時間記憶手段と、読み出した稼動時間に応じて動作環境を変化させる手段を備えることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路及びその制御方法に関するものである。

従来、半導体集積回路チップ（ＬＳＩ）は、出荷前に初期不良になる可能性のあるものを予め除去する。その評価方法として、温度ストレス及び電気ストレスを加えるなどの評価が行われる。そして、この様々な評価に合格したものが正常なＬＳＩとして出荷される。例えば、ＬＳＩの評価システムとして、ＬＳＩの稼動時間をカウンターによりカウントさせ、ＬＳＩのエラー発生時に、そのときのＬＳＩチップ情報と稼動時間、エラー情報をＥＥＰＲＯＭに記憶させ、外部端子によって読み出し可能にしているものがある（例えば、特許文献1参照。）。これにより、エラーを起こすＬＳＩとエラーが起きるまでの稼動時間を判断し、不具合のあるＬＳＩを抜き出して故障原因解析を単独に行うことができ、すばやく故障原因を解明することができる。

しかし、一般に、ＬＳＩは、たとえエラー原因がわかり、正常な状態で出荷を行うことができたとしても、永続的にＬＳＩは機能し続けるわけではない。ＬＳＩは、稼動時間が増えるに従い、つまり、ＬＳＩの寿命に近づくに従い、動作速度の遅延やデバイス内の温度上昇に耐えうる限界温度の減少など不具合を引き起こしはじめる。また、これら不具合は、ＬＳＩによって異なる稼動時間で発生する。
特許３１７５６０３号公報（第４頁、図１）

本発明は、上記問題点を鑑み、ＬＳＩ出荷後において、ＬＳＩの稼動時間をＬＳＩ起動中に判断し、それぞれのＬＳＩに適当な動作環境を実現する半導体集積回路を提供することを目的とする。

本発明の一態様の半導体集積回路装置は、ある周波数をもったクロック信号を生成させるクロック信号生成器と、前記クロック信号生成器からのクロック信号をある一定の分周比でカウントするカウンターと、前記カウンターの分周比を調節する分周調整装置と、前記カウンターによってカウントされたクロック信号と、記憶部に記憶されたクロック信号を加算する加算器と、前記加算器によって加算されたクロック信号を稼動時間として記憶する前記記憶部を有する稼動時間記憶手段と、前記稼動時間に応じて動作環境を変化させる手段と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、ＬＳＩ出荷後において、ＬＳＩの稼動時間をＬＳＩ起動中に判断し、それぞれのＬＳＩに適当な動作環境を実現することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１にかかる半導体集積回路のデバイス単体のブロック図である。

図中の半導体集積回路１０１は、主にクロック信号生成部１０２と稼動時間生成部１０３、稼動時間記憶手段、ロジックエリア１０５で構成されている。まずクロック信号生成部１０２は、図外のデバイス電源ＯＮ信号によってクロックを開始するクロック発生器で形成されている。本実施例では、クロック発生器としてＰＬＬ１０６とリングオシレータ１０７を用い、デバイスの用途に応じてどちらかを選択可能である。この選択は、出荷時に選択ｂｌｏｗしたe-ｆｕｓｅ１０８に従い、ベースクロックセレクタ１０９にて行うものとする。

ここで、リングオシレータは、デバイスの動作電圧、温度を自ら検知し、自らある一定の周期をもったクロックを発生させることができるので、リングオシレータ１０７を選択した場合には、動作電圧、温度検出器１１４からの情報は使用しないので、その旨をベースクロックセレクタ１０９から分周調整装置１１１に伝える。

次に、稼動時間生成部１０３は、稼動時間をカウントするカウンター１１０と稼動時間のカウントの分周比を調整する分周調整装置１１１で基本は構成される。カウンター１１０は、クロック信号生成部１０２からのクロックをある一定の分周比で分周を行い、稼動時間を増加させていく。このカウントした値を稼動時間記憶装置１１２より、後述の不揮発性メモリ１０４に記憶していく。このとき記憶されるクロック、つまり、稼動時間は、ＬＳＩ電源がＯＮする前にこれまで経過した稼動時間を初期値として不揮発性メモリ１０４から読み出し、これまで経過した稼動時間と新しくカウントしたクロックの稼動時間を加算器１１３で足し合わせ、実際の出荷時からの稼動時間を不揮発性メモリ１０４に記憶させていく。分周調整装置１１１は、カウンター１１０の分周比を調整する装置である。この装置では、出荷前にｅ-ｆｕｓｅ１０８を選択ｂｌｏｗすることにより記憶されるデバイス個々の素性、及び動作電圧、温度検出器１１４からのデバイス実動作環境情報を元に分周比を決定、カウンター１１０の分周比を制御する。つまり、デバイスごとに存在する個々のデバイス情報及び動作環境情報に応じて、分周調整装置１１１で、予め、分周比を調整してデバイスごとに適当な稼動時間を持たせることができる。

次に、稼動時間記憶手段は、不揮発性メモリ１０４とｅ-ｆｕｓｅ１１５で構成されている。不揮発性メモリ１０４は、カウンター１１０によってカウントされた稼動時間を記憶する媒体である。本実施例では、不揮発性メモリ１０４以外にもｅ-ｆｕｓｅ１１５を備えており、ある稼動時間に達するごとに、ｅ-ｆｕｓｅ１１５を切断し、これまで加算されてきた稼動時間をe-ｆｕｓｅ１１５切断の有無によってバックアップするとともに、改ざん不可能にしている。

ここで、不揮発性メモリ１０４には、稼動時間のみを書き込んでいたが、動作電圧、温度検出器１１４からのデバイス実動作環境情報を、分周調整装置１１１を介して、オフセット分周比という形で稼動時間記録装置により不揮発性メモリ１０４に同時に記録することもできる。この場合、例えば、１Ｈの経過を表す情報は、不揮発性メモリ１０４上にて、１ｂｉｔの経過ｆｌａｇ、３ｂｉｔの動作環境情報の計４ｂｉｔより構成される。

次に、検出器１１６は、不揮発性メモリ１０４及びｅ−ｆｕｓｅ１１５に記憶された稼動時間を読み出し、ロジックエリア１０５やシステムコントローラ１１７に出力することができる。そして、ロジックエリア１０５やシステムコントローラ１１７によって、出力された稼動時間からデバイスの劣化を判断し、それに応じてロジックエリア１０５やシステムコントローラ１１７から電源装置、温度制御装置１１８などに命令を送りデバイスに電圧、温度などの適当な動作環境を与えることができる。

以上の構成により、本実施例の半導体集積回路はデバイスの内部クロックをカウントすることにより、自分自身でその稼動時間を記憶することができる。また、デバイス出荷テスト結果、デバイスプロセス工程情報、システム運転状況を解析し、稼動時間のカウント分周比を分周調整装置１１１で変えることにより、デバイス単体ごとに適当な稼動時間経過オフセット、つまり、寿命を与えることができる。

図２は、本発明の実施例１にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャートである。まず、本発明の実施例1に係る発明機構を有する半導体集積回路２０１は、上述したように、クロック信号生成部１０２からのクロックをカウンター１１０で分周し、随時、稼動時間として不揮発性メモリ１０４及びｅ−Ｆｕｓｅ１１５に記憶している（Ｓ０）。本発明の実施例1に係る発明機構を有する半導体集積回路２０１からロジックエリアやシステムコントローラ２０２に本実施例の図1で述べた不揮発性メモリ１０４に蓄積された稼動時間の読み出しを行う（Ｓ１）。この読み出された稼動時間は、ロジックエリアやシステムコントローラ２０２にて、これまでの経験的値で明らかになっている半導体集積回路の寿命やデバイス劣化に伴う動作速度の遅延情報などに応じて、それに適した動作環境の電圧や温度情報などを設定し、電源装置、温度制御装置２０３にフィードバックする（Ｓ２）。そのあと、電源装置や温度制御装置２０３から適当な動作環境条件を本発明の実施例1に係る発明機構を有する半導体集積回路２０１に提供する（Ｓ３）ことにより、デバイスの有効活用が可能になる。

以上より本実施例によると、デバイスの稼動時間を不揮発性メモリで記憶することにより、稼動時間を読み出し可能になり、この稼動時間をロジックエリアやシステムコントローラにフィードバックすることにより、デバイス寿命劣化（動作速度劣化など）を認識することができる。そして、システムコントローラやロジックエリアはデバイスの稼動時間に適した動作環境（電圧、温度など）をデバイスに提供することにより、デバイスの有効活用が可能で、例えば、デバイスの劣化に伴い動作速度が遅くなってきても、動作速度を維持するために、動作電圧を上げ、効率よくデバイスを活用することができる。また、デバイス出荷試験時に、デバイスの素性により稼動時間の経過を分周調整装置で調整することにより、デバイス素性のよいものには、より長い稼動時間を持たせることが可能になる。また、ｅ-ｆｕｓｅに記憶された稼動時間は改ざん不可能であるため、中古システムの売買時に、システム自体の稼動時間が判明し、売買価格の明確な指標にすることができる。また、デバイスの稼動時間を、信頼性解析のひとつの指標とすることができる。

図３に本発明の実施例２にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャートである。ここでは、実施例１で述べた稼動時間による情報をシステムにフィードバックし、その稼動時間とデバイスの劣化に対する動作速度の遅延に応じた適当な電源電圧を半導体集積回路に提供するときの一連の制御方法を示すフローチャートである。

まず、システムに電源投入がされると、デバイスの電源もＯＮ状態となり（Ｓ１１）、クロック信号生成部１０２はクロックを発生させ、実稼働時間生成部１０３でデバイスのこれまで稼動した稼動時間のカウントを開始する（Ｓ１２）。このとき、これまで不揮発性メモリ１０４に記憶された稼動時間を初期値として稼動時間のカウントを開始する。その後、システムによって、検出器１１６に稼動時間の読み出しリクエストを与える（Ｓ１３）と、検出器１１６よりシステムに稼動時間を回答する（Ｓ１４）。

次に、システム内において、検出器１１６から送られた稼動時間を、予めシステム内に記憶されているデバイスの稼動時間に対する動作速度の遅延度合いと比較して、通常の動作速度になるのに必要な電源電圧最適値を設定する（Ｓ１５）。その後、この電源電圧最適値を電源装置１１８を介してデバイスにフィードバックする（Ｓ１６）ことにより、通常の動作速度を維持した状態でデバイス動作を続けることができる（Ｓ１７）。つまり、予め、この電源電圧を微調整することにより、デバイスは動作速度劣化を電圧調整により補正することが可能である。

以上の構成により本実施例では、不揮発性メモリに記憶された稼動時間を検出器からシステムへ読み出し、システムでＬＳＩの劣化に伴う動作速度の遅延を、稼動時間から判断し、それに応じて電源電圧の微調整を行うことができ、常に通常の動作速度を維持した状態で、デバイス動作を続けることができ、デバイスの有効活用が可能である。

図４に本発明の実施例３にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャートである。ここでは、実施例１で述べた稼動時間による情報をシステムにフィードバックし、その稼動時間に応じた適当な温度制御を半導体集積回路に提供するときの一連の制御方法を示すフローチャートである。

まず、デバイスは電源投入されると（Ｓ２１）、クロック信号生成部１０２はクロックを発生させ、稼働時間生成部１０３でデバイスのこれまで稼動した稼動時間のカウントを開始する（Ｓ２２）。このとき、これまで不揮発性メモリ１０４及びｅ-ｆｕｓｅ１１５に記憶された稼動時間を初期値として稼動時間のカウントを開始する。その後、不揮発性メモリ１０４及びｅ-ｆｕｓｅ１１５にある稼動時間情報を検出器１１６で読み出し（Ｓ２３）、ロジックエリア１０５に転送する（Ｓ２４）。

次に、稼動時間情報を与えられたロジックエリア１０５は予め記憶されている稼動時間に応じた適当な温度警告閾値を設定する（Ｓ２５）。ここで、温度警告閾値とは、デバイスの動作によって上昇するデバイス内の温度をデバイスが耐えられる限界温度に達するまでに警告を出すために設定された温度である。この限界温度は、デバイスの劣化に伴い下がるので、温度警告閾値も下げる必要がある。次に、ロジックエリア１０５は、デバイス動作温度をモニタリングしており（Ｓ２６）、動作温度が設定した警告閾値を超えた場合、温度制御装置１１８に警告信号を出力する（Ｓ２７）。温度制御装置１１８は温度警告信号を受け、デバイス状態を制御する（Ｓ２８）。この温度警告閾値微調整により、デバイスは稼動時間に適当な動作温度保障を行うことが可能である。動作温度が警告閾値を超えない場合は、常にカウントされている稼動時間をロジックエリア１０５に転送し（Ｓ２４）、常に最新の適当な温度警告閾値を設定しており（Ｓ２５）、その警告閾値と比較しながら常にデバイスの動作温度をモニタリングしている（Ｓ２６）。動作温度が設定した警告閾値を超え、デバイス状態を制御している場合でも、ロジックエリア１０５は、絶えず、不揮発性メモリ１０４から検出器１１６を介してデバイスの稼動時間をロジックエリア１０５に転送し、デバイスの稼動時間にあった温度警告閾値を設定し、絶えず、デバイス温度をモニタリングしている。

ここで、デバイス温度のモニタリングをロジックエリア１０５内で行っているが、図外にデバイス温度監視装置を取り付け、デバイス温度をモニタリングしてもかまわない。

以上の構成により、本実施例では、デバイスから読み出した稼動時間をもとに、新たにデバイスの温度警告閾値を設定することにより、限界温度に達するまでデバイスの動作温度を制御することができるので、デバイスの稼動時間を伸ばすことができる。

なお、本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

本発明の実施例１にかかる半導体集積回路のデバイス単体のブロック図。本発明の実施例１にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャート。本発明の実施例２にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャート。本発明の実施例３にかかる半導体集積回路の制御方法を示すフローチャート。

符号の説明

１０１半導体集積回路
１０２クロック信号生成部
１０３稼働時間生成部
１０４不揮発性メモリ
１０５ロジックエリア
１０６ＰＬＬ
１０７リングオシレータ
１０８、１１５ｅ-ｆｕｓｅ
１０９ベースクロックセレクタ
１１０カウンター
１１１分周調整装置
１１２稼動時間記憶装置
１１３加算器
１１４動作電圧、温度検出器
１１６検出器
１１７システムコントローラ
１１８電源装置、温度制御装置
２０１本発明の実施例１に係る発明機構を有する半導体集積回路
２０２システムコントローラ、ロジックエリア
２０３電源装置、温度制御装置

Claims

ある周波数をもったクロック信号を生成させるクロック信号生成器と、
前記クロック信号生成器からのクロック信号をある一定の分周比でカウントするカウンターと、
前記カウンターの分周比を調節する分周調整装置と、
前記カウンターによってカウントされたクロック信号と、記憶部に記憶されたクロック信号を加算する加算器と、
前記加算器によって加算されたクロック信号を稼動時間として記憶する前記記憶部を有する稼動時間記憶手段と、
前記稼動時間に応じて動作環境を変化させる手段と、
を備えることを特徴とする半導体集積回路。
前記クロック信号生成器は、ＰＬＬ又はリングオシレータの内どちらか一方を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
前記分周調整装置は、第１のｅ-ｆｕｓｅによって所定の分周比を決定することを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の半導体集積回路。
前記記憶部は、不揮発性メモリと、前記稼動時間を書き換え不可能にする第２のｅ-ｆｕｓｅを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
ＬＳＩ電源投入によってクロック信号を生成させる工程と、
前記クロック信号をある分周比に調整し、カウンターによってクロック信号をカウントさせる工程と、
前記カウントしたクロック信号を、記憶部に記憶されたクロック信号と加算して稼動時間として記憶部に記憶させる工程と、
前記記憶部に記憶された前記稼動時間を読み出す工程と、
読み出した前記稼動時間を用いて適当な動作環境を変化させる工程と
を備えることを特徴とする半導体集積回路の制御方法。
読み出した前記稼動時間を用いて適当な動作環境を変化させる工程において、
前記稼動時間に応じて動作速度の遅延を起こさないように電源電圧値を設定する工程と、
前記電源電圧値で半導体集積回路の動作を行う工程と
を備えることを特徴とする請求項５記載の半導体集積回路の制御方法。
読み出した前記稼動時間を用いて適当な動作環境を変化させる工程において、
前記稼動時間に応じた温度警告閾値を変化させる工程と、
動作温度が前記温度警告閾値を超えた場合に警告を出す工程と
を備えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の半導体集積回路の制御方法。
前記温度警告閾値は、前記稼動時間が増えるにつれて低く変化することを特徴とする請求項７記載の半導体集積回路の制御方法。