JP2007206029A - Semiconductor device - Google Patents

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Mitsuhiko Kosakai
光彦 小酒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly determine whether stress application or a test is taking place in a device. <P>SOLUTION: A semiconductor device 20 is equipped with a first test circuit 1, a second test circuit 2, a test mode detection circuit 3 and a terminal Pad1. The first test circuit 1 is active, when an input signal IN1 is at "High" level and inactive, when the signal is at "Low" level and changes from "High" level to "Low". The second test circuit 2 is inactive, when an input signal IN2 is at a "Low" level and is active, when the signal is at "High" level and changes from "High" level to "Low". Bias application is continued on a gate of a Pch MOS transistor PT1 provided inside, after the signal changes from "High" level to "Low". <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ストレス印加やテストなどの判定ができるテスト回路に関する。   The present invention relates to a test circuit capable of determining stress application or test.

半導体メモリやSoC(system on a chip)などの半導体装置では、初期不良を低減し、実使用状態での信頼性及び品質を向上させるためにバーイン試験や、電源を印加して動作させながら、誤動作の有無を確認するダイナミック・モニタ・バーイン試験(Dynamic Monitored Burn−In Test DMBTとも呼称される)などが行われている(例えば、特許文献1参照。)。   In semiconductor devices such as semiconductor memory and SoC (system on a chip), malfunctions occur while operating by applying a burn-in test or applying power to reduce initial defects and improve reliability and quality in actual use conditions. A dynamic monitor burn-in test (also referred to as Dynamic Monitored Burn-In Test DMBT) or the like is performed (see, for example, Patent Document 1).

近年、半導体メモリやSoCなどの半導体装置の高集積度化、多機能化等の進展により、種々のテストモードを実行する必要が生じ、所定のストレスが半導体装置を構成している素子に印加されているかの判定が困難となる可能性がある。また、所定のストレスが印加され、多数の素子が活性化するようにLSIとしての半導体装置を動作させるとともにその動作が正常動作か否かを容易にモニターできるようなDMBT装置では、装置コストが膨大になり、しかもテスト時間が増加するという問題点がある。
特開2002−296324号公報(頁20、図1)
In recent years, with the progress of high integration and multi-functionalization of semiconductor devices such as semiconductor memories and SoCs, it has become necessary to execute various test modes, and a predetermined stress is applied to elements constituting the semiconductor device. It may be difficult to determine whether or not In addition, a DMBT device that operates a semiconductor device as an LSI so that a large number of elements are activated by applying a predetermined stress and can easily monitor whether the operation is normal or not is enormous. In addition, there is a problem that the test time increases.
JP 2002-296324 A (page 20, FIG. 1)

本発明は、デバイスにストレス印加や特殊モードテストなどが期待通り実施されたか、または想定外のストレスが印加されていないかどうかを正確に判別できるテスト回路を有する半導体装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a test circuit that can accurately determine whether stress application, special mode test, or the like is performed on a device as expected, or whether unexpected stress is applied.

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体装置は、第1の入力信号を入力し、前記第1の入力信号にもとづいて動作して第1の出力信号を出力する第1のテスト回路と、第2の入力信号を入力し、前記第2の入力信号にもとづいて動作して第2の出力信号を出力する第2のテスト回路と、前記第1及び第2のテスト回路外に設けられたトランジスタと、前記第1及び第2の入力信号を比較し、前記第1及び第2の出力信号を検出して、前記トランジスタに所定のスクリーニング或いはテストが正常に印加されたかどうか、或いは想定外のノイズが印加されたかどうかを判別するテストモード検出回路とを具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor device of one embodiment of the present invention receives a first input signal, operates based on the first input signal, and outputs a first output signal. A test circuit, a second test circuit that receives the second input signal, operates based on the second input signal, and outputs a second output signal; and outside the first and second test circuits The first and second input signals are compared with the transistor provided in the first, the first and second output signals are detected, and whether a predetermined screening or test is normally applied to the transistor, Alternatively, a test mode detection circuit for determining whether or not unexpected noise is applied is provided.

更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様の半導体装置は、第1の入力信号を入力し、前記第1の入力信号にもとづいて動作して第1の出力信号を出力する第1のテスト回路と、第2の入力信号を入力し、前記第2の入力信号にもとづいて動作して第2の出力信号を出力する第2のテスト回路と、第n(nは、3以上の整数)の入力信号を入力し、前記第nの入力信号にもとづいて動作して第nの出力信号を出力する第nのテスト回路と、前記第1乃至第nのテスト回路外に設けられたトランジスタと、前記第1乃至第nの入力信号を比較し、前記第1乃至第nの出力信号を検出し、前記トランジスタに所定のスクリーニング或いはテストが正常に印加されたかどうか、或いは想定外のノイズが印加されたかどうかを判別するテストモード検出回路とを具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to another aspect of the present invention receives a first input signal, operates based on the first input signal, and outputs a first output signal. A first test circuit, a second test circuit that inputs a second input signal, operates based on the second input signal, and outputs a second output signal, and an nth (n is 3 or more) An nth test circuit that inputs an nth input signal, operates based on the nth input signal, and outputs an nth output signal, and is provided outside the first to nth test circuits. The first to nth input signals and the first to nth output signals are detected, and whether a predetermined screening or test is normally applied to the transistor, or unexpected. Test to determine if noise is applied Characterized by comprising a chromatography de detection circuit.

本発明によれば、デバイスにストレス印加や特殊モードテストなどが期待通り実施されていたか、または想定外のストレスが印加されていないかどうかを正確に判別できるテスト回路を有する半導体装置を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a test circuit that can accurately determine whether stress application, special mode test, or the like has been performed on a device as expected, or whether unexpected stress is applied. Can do.

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本発明の実施例1に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図1は半導体装置を示すブロック図、図2は第1のテスト回路を示す回路図、図3は第2のテスト回路を示す回路図である。本実施例では、2種類のテスト回路が設けられている。   First, a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing a semiconductor device, FIG. 2 is a circuit diagram showing a first test circuit, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a second test circuit. In this embodiment, two types of test circuits are provided.

図1に示すように、半導体装置20には、第1のテスト回路1、第2のテスト回路2、テストモード検出回路3、及び端子Pad1が設けられ、半導体装置20は揮発性半導体集積回路である。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 20 is provided with a first test circuit 1, a second test circuit 2, a test mode detection circuit 3, and a terminal Pad1, and the semiconductor device 20 is a volatile semiconductor integrated circuit. is there.

第一のテスト回路1及び第二のテスト回路2は、図示しない半導体集積回路部の初期不良スクリーニング工程や製品出荷工程などで、ストレス印加やテストが正常に実施されているか、つまり半導体装置20を構成する素子に過度のストレスが印加されていないか、期待するストレスが正常に印加されたかの判別に利用することができる。具体的には、ゲート酸化膜厚が数nmレベルの微細Pch MOSトランジスタ或いはゲート絶縁膜厚が数nmレベルの微細Pch MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)で発生するNBTI(Negative Bias Temperature Instability)現象を用い、微細Pch MOSトランジスタの閾値電圧の絶対値の変動量から判別を行うことができるものである。   In the first test circuit 1 and the second test circuit 2, whether or not stress application or test is normally performed in an initial failure screening process or a product shipment process of a semiconductor integrated circuit unit (not shown), that is, the semiconductor device 20 It can be used to determine whether excessive stress is applied to the constituent elements or whether expected stress is normally applied. Specifically, a NBTI (Negative Bias Temperature Instability) phenomenon that occurs in a fine Pch MOS transistor with a gate oxide film thickness of several nanometers or a fine Pch MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) with a gate insulation film thickness of several nanometers. Can be discriminated from the variation amount of the absolute value of the threshold voltage of the fine Pch MOS transistor.

ここで、NBTI現象とは、ボロン、窒素、やゲート絶縁膜或いはゲート酸化膜ダメージなどでエンハンスされ、Pch MOSトランジスタの閾値電圧の絶対値が増大することをいう。なお、Pch MOSトランジスタは、Pch MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とも呼称される。   Here, the NBTI phenomenon means that the absolute value of the threshold voltage of the Pch MOS transistor increases due to enhancement by boron, nitrogen, damage to the gate insulating film or the gate oxide film, and the like. The Pch MOS transistor is also called a Pch MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

第1のテスト回路1は、半導体装置20内部或いは端子を介して外部から出力される入力信号IN1を入力し、入力信号IN1により動作して出力信号Out1を出力する。第2のテスト回路2は、半導体装置20内部或いは端子を介して外部から出力される入力信号IN2を入力し、入力信号IN2により動作して出力信号Out2を出力する。   The first test circuit 1 receives an input signal IN1 output from the inside of the semiconductor device 20 or from the outside through a terminal, operates in accordance with the input signal IN1, and outputs an output signal Out1. The second test circuit 2 receives an input signal IN2 output from the inside of the semiconductor device 20 or from the outside through a terminal, operates in accordance with the input signal IN2, and outputs an output signal Out2.

テストモード検出回路3は、第1のテスト回路1及び第2のテスト回路2と端子Pad1の間に設けられ、第1のテスト回路1から出力される出力信号Out1と第2のテスト回路2から出力される出力信号Out2を入力し、出力信号Out1と出力信号Out2が“活性”或いは“非活性”を検出し、双方が活性となる時、出力信号Out1と出力信号Out2の差異を検出して、検出出力信号Toutを端子Pad1に出力する。また、テストモード検出回路3は、入力信号IN1と入力信号IN2を比較し、出力信号Out1と出力信号Out2の差異を増幅する事が出来る。   The test mode detection circuit 3 is provided between the first test circuit 1 and the second test circuit 2 and the terminal Pad1, and the output signal Out1 output from the first test circuit 1 and the second test circuit 2 When the output signal Out2 is input, the output signal Out1 and the output signal Out2 detect “active” or “inactive”, and when both are active, the difference between the output signal Out1 and the output signal Out2 is detected. The detection output signal Tout is output to the terminal Pad1. Further, the test mode detection circuit 3 can compare the input signal IN1 and the input signal IN2 and amplify the difference between the output signal Out1 and the output signal Out2.

図2に示すように、第1のテスト回路1には、Pch MOSトランジスタPT1、Nch MOSトランジスタNT1、Nch MOSトランジスタNT2、インバータINV1、インバータINV2、抵抗R1、及び抵抗R2が設けられている。   As shown in FIG. 2, the first test circuit 1 is provided with a Pch MOS transistor PT1, an Nch MOS transistor NT1, an Nch MOS transistor NT2, an inverter INV1, an inverter INV2, a resistor R1, and a resistor R2.

抵抗R1は、一端が高電位側電源Vddに接続され、他端がノードN1に接続されている。Nch MOSトランジスタNT1は、ドレインがノードN1に接続され、ゲートに入力信号IN1が入力される。抵抗R2は、一端がNch MOSトランジスタNT1のソースに接続され、他端が接地電位としての低電位側電源Vssに接続されている。   The resistor R1 has one end connected to the high potential side power source Vdd and the other end connected to the node N1. N-channel MOS transistor NT1 has a drain connected to node N1, and an input signal IN1 input to the gate. One end of the resistor R2 is connected to the source of the Nch MOS transistor NT1, and the other end is connected to the low potential side power source Vss as the ground potential.

Pch MOSトランジスタPT1は、ソースが高電位側電源Vddに接続され、ゲートがノードN1に接続され、ドレインがノードN2に接続されている。Nch MOSトランジスタNT2は、ドレインがノードN2に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートが高電位側電源Vddに接続され、高電位側電源Vddが供給されているとき、“ON”している。   The Pch MOS transistor PT1 has a source connected to the high potential side power supply Vdd, a gate connected to the node N1, and a drain connected to the node N2. The Nch MOS transistor NT2 has a drain connected to the node N2, a source connected to the low potential power source Vss, a gate connected to the high potential power source Vdd, and the high potential power source Vdd being supplied. "is doing.

インバータINV1は、ノードN2の信号を入力し、その信号を反転する。インバータINV2は、INV1から出力された信号を入力し、その信号を反転し、ノードN2と同相の信号をノードN3に出力する。   The inverter INV1 receives the signal of the node N2 and inverts the signal. Inverter INV2 receives the signal output from INV1, inverts the signal, and outputs a signal in phase with node N2 to node N3.

図3に示すように、第2のテスト回路2には、Pch MOSトランジスタPT1、Pch MOSトランジスタPT2、Nch MOSトランジスタNT1乃至5、インバータINV1乃至4、及び抵抗R1乃至4が設けられている。   As shown in FIG. 3, the second test circuit 2 includes a Pch MOS transistor PT1, a Pch MOS transistor PT2, Nch MOS transistors NT1 to NT5, inverters INV1 to INV4, and resistors R1 to R4.

抵抗R1は、一端が高電位側電源Vddに接続され、他端がノードN11に接続されている。Nch MOSトランジスタNT1は、ドレインがノードN11に接続され、ゲートに入力信号IN2が入力される。抵抗R2は、一端がNch MOSトランジスタNT1のソースに接続され、他端が接地電位としての低電位側電源Vssに接続されている。   The resistor R1 has one end connected to the high potential side power supply Vdd and the other end connected to the node N11. N-channel MOS transistor NT1 has a drain connected to node N11, and an input signal IN2 input to the gate. One end of the resistor R2 is connected to the source of the Nch MOS transistor NT1, and the other end is connected to the low potential side power source Vss as the ground potential.

Pch MOSトランジスタPT1は、ソースが高電位側電源Vddに接続され、ゲートがノードN11に接続され、ドレインがノードN12に接続されている。Nch MOSトランジスタNT2は、ドレインがノードN12に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートが高電位側電源Vddに接続され、高電位側電源Vddが供給されているとき、“ON”している。   The Pch MOS transistor PT1 has a source connected to the high potential side power supply Vdd, a gate connected to the node N11, and a drain connected to the node N12. The Nch MOS transistor NT2 is “ON” when the drain is connected to the node N12, the source is connected to the low potential power source Vss, the gate is connected to the high potential power source Vdd, and the high potential power source Vdd is supplied. "is doing.

インバータINV1は、ノードN12の信号を入力し、その信号を反転する。インバータINV2は、INV1から出力された信号を入力し、その信号を反転し、ノードN12と同相の信号をノードN13に出力する。   The inverter INV1 inputs the signal of the node N12 and inverts the signal. Inverter INV2 receives the signal output from INV1, inverts the signal, and outputs a signal in phase with node N12 to node N13.

抵抗R3は、一端が高電位側電源Vddに接続され、他端がノードN14に接続されている。Nch MOSトランジスタNT3は、ドレインがノードN14に接続され、ゲートに入力信号IN13が入力される。抵抗R4は、一端がNch MOSトランジスタNT3のソースに接続され、他端が低電位側電源Vssに接続されている。   The resistor R3 has one end connected to the high potential side power source Vdd and the other end connected to the node N14. N-channel MOS transistor NT3 has a drain connected to node N14, and an input signal IN13 input to the gate. The resistor R4 has one end connected to the source of the Nch MOS transistor NT3 and the other end connected to the low potential power source Vss.

Pch MOSトランジスタPT2は、ソースが高電位側電源Vddに接続され、ゲートがノードN14に接続され、ドレインがノードN15に接続されている。Nch MOSトランジスタNT4は、ドレインがノードN15に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートが高電位側電源Vddに接続され、高電位側電源Vddが供給されているとき、“ON”している。   The Pch MOS transistor PT2 has a source connected to the high potential side power supply Vdd, a gate connected to the node N14, and a drain connected to the node N15. The Nch MOS transistor NT4 has a drain connected to the node N15, a source connected to the low potential power source Vss, a gate connected to the high potential power source Vdd, and the high potential power source Vdd being supplied. "is doing.

インバータINV3は、ノードN15の信号を入力し、その信号を反転する。インバータINV4は、INV3から出力された信号を入力し、その信号を反転し、ノードN15と同相の信号をノードN16に出力する。Nch MOSトランジスタNT16は、ドレインがノードN11に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートに入力信号IN16が入力される。   The inverter INV3 receives the signal of the node N15 and inverts the signal. Inverter INV4 receives the signal output from INV3, inverts the signal, and outputs a signal in phase with node N15 to node N16. The Nch MOS transistor NT16 has a drain connected to the node N11, a source connected to the low potential power source Vss, and an input signal IN16 input to the gate.

ここで、抵抗R1の抵抗値をRa、抵抗R2の抵抗値をRb、抵抗R3の抵抗値をRc、抵抗R4の抵抗値をRd、Nch MOSトランジスタNT1の“ON”抵抗値をRnt1、Nch MOSトランジスタNT2の“ON”抵抗値をRnt2、Nch MOSトランジスタNT3の“ON”抵抗値をRnt3、Nch MOSトランジスタNT4の“ON”抵抗値をRnt4、Nch MOSトランジスタNT5の“ON”抵抗値をRnt5、Pch MOSトランジスタPT1の“ON”抵抗値をRpt1、Pch MOSトランジスタPT1のしきい値電圧Vpt1を、例えば、−2V、Pch MOSトランジスタPT2の“ON”抵抗値をRpt2、Pch MOSトランジスタPT2のしきい値電圧Vpt2を、例えば、−1Vとすると、ここでは、例えば、
Ra=Rb・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(1)
Rc=Rd・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(2)
Rnt2=Rpt1・・・・・・・・・・・・・・・・式(3)
Rnt4=Rpt2・・・・・・・・・・・・・・・・式(4)
Ra、Rb>>Rnt1、Rnt2、Rpt1・・・・式(5)
Rc、Rd>>Rnt3、Rnt4、Rpt2・・・・式(6)
Ra>>Rnt5・・・・・・・・・・・・・・・・・式(7)
と設定している。
Here, the resistance value of the resistor R1 is Ra, the resistance value of the resistor R2 is Rb, the resistance value of the resistor R3 is Rc, the resistance value of the resistor R4 is Rd, and the "ON" resistance value of the Nch MOS transistor NT1 is Rnt1, Nch MOS The “ON” resistance value of the transistor NT2 is Rnt2, the “ON” resistance value of the Nch MOS transistor NT3 is Rnt3, the “ON” resistance value of the Nch MOS transistor NT4 is Rnt4, the “ON” resistance value of the Nch MOS transistor NT5 is Rnt5, The “ON” resistance value of the Pch MOS transistor PT1 is Rpt1, the threshold voltage Vpt1 of the Pch MOS transistor PT1 is, for example, −2 V, the “ON” resistance value of the Pch MOS transistor PT2 is Rpt2, and the threshold of the Pch MOS transistor PT2 is For example, when the value voltage Vpt2 is -1V Here, for example,
Ra = Rb ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (1)
Rc = Rd ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Formula (2)
Rnt2 = Rpt1 (3)
Rnt4 = Rpt2 (4)
Ra, Rb >> Rnt1, Rnt2, Rpt1,... (5)
Rc, Rd >> Rnt3, Rnt4, Rpt2,... (6)
Ra >> Rnt5 ... Formula (7)
Is set.

次に、テスト回路の動作について図4乃至6を参照して説明する。図4は入力信号に対するテスト回路の出力信号の状態を示す図、図4(a)は入力信号に対する第1のテスト回路の出力信号の状態を示す図、図4(b)は入力信号に対する第2のテスト回路の出力信号の状態を示す図、図5はテスト回路内のPch MOSトランジスタのソース・ゲート間電圧に対する閾値電圧の絶対値の変動量を示す図、図6はテスト回路内のPch MOSトランジスタのソース・ゲート間電圧のストレス時間に対する閾値電圧の絶対値の変動量を示す図である。   Next, the operation of the test circuit will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing the state of the output signal of the test circuit with respect to the input signal, FIG. 4A is a diagram showing the state of the output signal of the first test circuit with respect to the input signal, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the state of the output signal of the test circuit of FIG. 2, FIG. 5 is a diagram showing the variation of the absolute value of the threshold voltage with respect to the source-gate voltage of the Pch MOS transistor in the test circuit, and FIG. It is a figure which shows the variation | change_quantity of the absolute value of the threshold voltage with respect to the stress time of the source-gate voltage of a MOS transistor.

図4(a)に示すように、第1のテスト回路1では、“Low”レベル(disable信号レベル)の入力信号IN1が入力されると、Nch MOSトランジスタNT1が“OFF”しているので出力信号Out1は“Low”レベル(非活性)となる。   As shown in FIG. 4A, in the first test circuit 1, when the input signal IN1 of “Low” level (disable signal level) is input, the Nch MOS transistor NT1 is “OFF”, so that output is performed. The signal Out1 becomes “Low” level (inactive).

“High”レベル(enable信号レベル)の入力信号IN1が入力されると、Nch MOSトランジスタNT1が“ON”する。ノードN1は“1/2Vdd”レベル(式(1)及び式(5)で設定されているから)となり、例えば、高電位側電源Vdd電圧が4V以上でPch MOSトランジスタPT1が“ON”し、Pch MOSトランジスタPT1のソース・ゲート間電圧は略1/2“Vdd”レベルとなる。   When an input signal IN1 of “High” level (enable signal level) is input, the Nch MOS transistor NT1 is turned “ON”. The node N1 becomes the “1 / 2Vdd” level (because it is set by the expressions (1) and (5)). For example, when the high potential side power supply Vdd voltage is 4 V or more, the Pch MOS transistor PT1 is “ON”. The voltage between the source and gate of the Pch MOS transistor PT1 is approximately ½ “Vdd” level.

ノードN2は“1/2Vdd”レベル(式(3)で設定されているから)となり、出力信号Out1としてのノードN3の信号レベルはVddレベル(出力信号Out1が“活性”)となる。   The node N2 becomes the “½ Vdd” level (because it is set by the expression (3)), and the signal level of the node N3 as the output signal Out1 becomes the Vdd level (the output signal Out1 is “active”).

入力信号IN1が“High”レベル(enable信号レベル)から“Low”レベル(disable信号レベル)に変化すると、Nch MOSトランジスタNT1が“OFF”しているので出力信号Out1は“Low”レベル(出力信号Out1が“非活性”となる)。   When the input signal IN1 changes from the “High” level (enable signal level) to the “Low” level (disable signal level), the Nch MOS transistor NT1 is “OFF”, so that the output signal Out1 is at the “Low” level (output signal level). Out1 becomes “inactive”).

一方、図4(b)に示すように、第2のテスト回路2では、“Low”レベル(disable信号レベル)の入力信号IN2が入力されると、Nch MOSトランジスタNT1が“OFF”しているので出力信号Out2は出力されない(出力信号が“非活性”となる)。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the second test circuit 2, when the input signal IN2 of “Low” level (disable signal level) is input, the Nch MOS transistor NT1 is “OFF”. Therefore, the output signal Out2 is not output (the output signal becomes “inactive”).

“High”レベル(enable信号レベル)の入力信号IN2が入力されると、Nch MOSトランジスタNT1が“ON”する。ノードN11は“1/2Vdd”レベル(式(1)及び式(5)で設定されているから)となり、例えば、Vdd≧4V以上でPch MOSトランジスタPT1が“ON”する。ノードN12は“1/2Vdd”レベル(式(3)で設定されているから)となり、出力信号Out2としてのノードN13の信号レベルは“活性”状態となる。   When the input signal IN2 of “High” level (enable signal level) is input, the Nch MOS transistor NT1 is turned “ON”. The node N11 is at the “½ Vdd” level (because it is set by the equations (1) and (5)). For example, the Pch MOS transistor PT1 is “ON” when Vdd ≧ 4V or more. The node N12 becomes the “1 / 2Vdd” level (because it is set by the expression (3)), and the signal level of the node N13 as the output signal Out2 becomes the “active” state.

なお、Nch MOSトランジスタNT3がノードN13の信号を入力して“ON”し、Pch MOSトランジスタPT2がノードN14の信号を入力して“ON”し、Nch MOSトランジスタNT5がノードN16の信号を入力して“ON”している。   The Nch MOS transistor NT3 inputs the signal of the node N13 to “ON”, the Pch MOS transistor PT2 inputs the signal of the node N14 to “ON”, and the Nch MOS transistor NT5 inputs the signal of the node N16. “ON”.

入力信号IN2が“High”レベル(enable信号レベル)から“Low”レベル(disable信号レベル)に変化すると、Nch MOSトランジスタNT1が“OFF”するが、Nch MOSトランジスタNT5が“ON”しているので、ノードN11は略“Vss”(式(7)で設定されているから)となる。即ち、Pch MOSトランジスタPT1のソース・ゲート間電圧は略“Vdd”レベルとなる。ノードN12は“1/2Vdd”レベル(式(3)で設定されているから)となり、出力信号Out2としてのノードN13の信号レベルは“Vdd”レベルとなる(出力信号が“活性”のままとなる)。   When the input signal IN2 changes from the “High” level (enable signal level) to the “Low” level (disable signal level), the Nch MOS transistor NT1 is “OFF”, but the Nch MOS transistor NT5 is “ON”. The node N11 is substantially “Vss” (because it is set by the equation (7)). That is, the source-gate voltage of the Pch MOS transistor PT1 is substantially at the “Vdd” level. The node N12 becomes the “1 / 2Vdd” level (because it is set by the expression (3)), and the signal level of the node N13 as the output signal Out2 becomes the “Vdd” level (the output signal remains “active”). Become).

このため、入力信号IN2が“High”レベルから“Low”レベルに変化しても、Pch MOSトランジスタPT1のゲートには、ソースの電圧と比較して略 “−Vdd”の印加電圧がずっと印加されることになる。この印加電圧は、高電位側電源Vddを“OFF”し、再度“ON”させるか、或いは高電位側電源Vdd電圧を、例えば、2V以下に低下させないと解除できない。   For this reason, even when the input signal IN2 changes from the “High” level to the “Low” level, the applied voltage of about “−Vdd” is applied to the gate of the Pch MOS transistor PT1 compared to the source voltage. Will be. This applied voltage cannot be released unless the high potential side power supply Vdd is turned “OFF” and then turned “ON” again, or the high potential side power supply Vdd voltage is lowered to, for example, 2 V or less.

図5に示すように、第2のテスト回路のPch MOSトランジスタPT1が、例えば、ゲート絶縁膜厚が数nmレベルの微細MOSトランジスタの場合、比較的高温(100℃以上)、Static(DC的)に比較的長時間ソース・ゲート間に連続バイアス印加すると、NBTI現象が発生する。NBTI現象によるPch MOSトランジスタPT1の閾値電圧の増加である|ΔVthp|は、ソース・ゲート間電圧に大きく依存し、ソース・ゲート間電圧が大きくなると変化量が急増する。   As shown in FIG. 5, when the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit is, for example, a fine MOS transistor having a gate insulating film thickness of several nanometers, the temperature is relatively high (100 ° C. or higher), and Static (DC type). When a continuous bias is applied between the source and the gate for a relatively long time, the NBTI phenomenon occurs. | ΔVthp |, which is an increase in the threshold voltage of the Pch MOS transistor PT1 due to the NBTI phenomenon, greatly depends on the source-gate voltage, and the amount of change increases rapidly as the source-gate voltage increases.

図6に示すように、第2のテスト回路のPch MOSトランジスタPT1が、例えば、ゲート絶縁膜厚が数nmレベルの微細MOSトランジスタの場合、比較的高温(100℃以上)、Static(DC的)にソース・ゲート間にバイアス印加すると、ストレス印加時間とともに|ΔVthp|は増大する。|ΔVthp|の変化量は、ソース・ゲート間のバイアス印加電圧が大きいほど顕著になる。   As shown in FIG. 6, when the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit is, for example, a fine MOS transistor having a gate insulation film thickness of several nanometers, the temperature is relatively high (100 ° C. or higher), and Static (DC type). When a bias is applied between the source and the gate, | ΔVthp | increases with the stress application time. The amount of change in | ΔVthp | becomes more prominent as the bias application voltage between the source and the gate increases.

なお、半導体装置20の動作で一般に使用されるパルス信号をPch MOSトランジスタのゲートに印加(Dynamic印加)しても|ΔVthp|の変化量は若干低くなるが同様に変化する。この変化量は、ゲ−ト酸化膜に窒素原子を添加する事でコントロールする事も可能である。   Note that even if a pulse signal generally used in the operation of the semiconductor device 20 is applied to the gate of the Pch MOS transistor (dynamic application), the amount of change in | ΔVthp | This amount of change can also be controlled by adding nitrogen atoms to the gate oxide film.

次に、第1のテスト回路1及び第2のテスト回路2の電源電圧マージンとPch MOSトランジスタPT1のNBTI現象による|ΔVthp|の変化量について説明する。   Next, the power supply voltage margin of the first test circuit 1 and the second test circuit 2 and the amount of change in | ΔVthp | due to the NBTI phenomenon of the Pch MOS transistor PT1 will be described.

入力信号IN1及びIN2が、“High”レベル(enable信号レベル)から“Low”レベル(disable信号レベル)に変化し、この状態が所定時間(t)経過したとすると、第1のテスト回路1のPch MOSトランジスタPT1のNBTI現象による|ΔVthp|変化量はほとんど変化しないので、測定される第1のテスト回路1の電源電圧マージンVddmin.1(出力信号Out1が活性化する最低の電源電圧)は、
Vddmin.1=Vddmin.1(Init.)・・・・・・・式(8)
と表せる。ここで、Vddmin.1(Init.)は初期の電源電圧マージンである。
If the input signals IN1 and IN2 change from the “High” level (enable signal level) to the “Low” level (disable signal level) and this state has passed for a predetermined time (t), the first test circuit 1 Since the amount of change | ΔVthp | due to the NBTI phenomenon of the Pch MOS transistor PT1 hardly changes, the power supply voltage margin Vddmin. 1 (the lowest power supply voltage at which the output signal Out1 is activated) is
Vddmin. 1 = Vddmin. 1 (Init.) ... Formula (8)
It can be expressed. Here, Vddmin. 1 (Init.) Is an initial power supply voltage margin.

一方、第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタPT1は、NBTI現象により|ΔVthp|増大・変化するので、測定される第2のテスト回路2の電源電圧マージンをVddmin.2(出力信号Out2が活性化する最低の電源電圧)とすると、第2のテスト回路2の電源電圧マージンVddmin.2は、初期の電源電圧マージンよりも悪化しているので、第1のテスト回路1の初期の電源電圧マージンと第2のテスト回路2の初期の電源電圧マージンが同一とすれば、第2のテスト回路2の電源電圧マージンの劣化分ΔVddmin.は、
ΔVddmin.=Vddmin.2−Vddmin.1・・式(9)
と表せる。
On the other hand, the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit 2 increases / changes | ΔVthp | due to the NBTI phenomenon, so that the measured power supply voltage margin of the second test circuit 2 is Vddmin. 2 (the lowest power supply voltage at which the output signal Out2 is activated), the power supply voltage margin Vddmin. 2 is worse than the initial power supply voltage margin. Therefore, if the initial power supply voltage margin of the first test circuit 1 and the initial power supply voltage margin of the second test circuit 2 are the same, the second Deterioration amount ΔVddmin. Of power supply voltage margin of test circuit 2 Is
ΔVddmin. = Vddmin. 2-Vddmin. 1. Formula (9)
It can be expressed.

第2のテスト回路2の電源電圧マージンの変化量と第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタPT1の閾値電圧の絶対値の変化量の関係を事前にデータベースとして取得しておけば、観測されるΔVddmin.から第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタPT1の閾値電圧の絶対値の変化量|ΔVthp|を算出することができる。ここで、テストモード回路3に、例えば、差動増幅回路などを使用すれば第2のテスト回路の電源電圧マージンの劣化分ΔVddmin.の係数倍増幅されたレベルを直接出力する事も可能である。   If the relationship between the change amount of the power supply voltage margin of the second test circuit 2 and the change amount of the absolute value of the threshold voltage of the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit 2 is acquired in advance as a database, it is observed. ΔVddmin. From this, the change amount | ΔVthp | of the absolute value of the threshold voltage of the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit 2 can be calculated. Here, if, for example, a differential amplifier circuit or the like is used as the test mode circuit 3, the degradation amount ΔVddmin. It is also possible to directly output a level amplified by a factor of.

上述したように、本実施例の半導体装置では、第1のテスト回路1、第2のテスト回路2、テストモード検出回路3、及び端子Pad1が設けられている。第1のテスト回路1は、入力信号IN1が“High”レベルのとき活性となり、“Low”レベルのときと“High”レベルから“Low”に変化したあと非活性となる。一方、第2のテスト回路2は、入力信号IN2が“Low”レベルのとき非活性となり、“High”レベルのときと“High”レベルから“Low”に変化した後活性となり、“High”レベルから“Low”に変化した後は内部に設けられたPch MOSトランジスタPT1のゲートにバイアス印加が継続される。   As described above, the semiconductor device of this embodiment is provided with the first test circuit 1, the second test circuit 2, the test mode detection circuit 3, and the terminal Pad1. The first test circuit 1 becomes active when the input signal IN1 is at the “High” level, and becomes inactive when the input signal IN1 is at the “Low” level and after changing from the “High” level to the “Low” level. On the other hand, the second test circuit 2 becomes inactive when the input signal IN2 is at the “Low” level, becomes active after changing from the “High” level to the “Low”, and becomes “High” level when the input signal IN2 is at the “High” level. After changing from “Low” to “Low”, bias application is continued to the gate of the Pch MOS transistor PT1 provided therein.

このため、第1のテスト回路1から出力される出力信号Out1と第2のテスト回路2から出力される出力信号Out2をテストモード検出回路3で検出及び比較することにより、第2のテスト回路2の電源電圧マージンの劣化分ΔVddmin.を算出でき、この値から第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタのNBTI現象による閾値電圧の絶対値の変化量|ΔVthp|を算出することができる。   For this reason, the output signal Out1 output from the first test circuit 1 and the output signal Out2 output from the second test circuit 2 are detected and compared by the test mode detection circuit 3, whereby the second test circuit 2 Of the power supply voltage margin of ΔVddmin. From this value, the change amount | ΔVthp | of the absolute value of the threshold voltage due to the NBTI phenomenon of the Pch MOS transistor of the second test circuit 2 can be calculated.

したがって、バーイン装置やDMBT(Dynamic Monitored Burn−In Test)装置などで、半導体装置20を構成する素子が正常にストレス印加やテストされているかの判別や信頼性レベルを満足しているかの判別を第1のテスト回路1及び第2のテスト回路2を用いて行える。また、半導体装置20の実使用状態で、定格を超える過度のストレス(例えば、異常な高電圧や異常な高圧パルス信号など)が印加されていないかの判別に使用できる。更に、ストレス印加やテストにより素子が変動し、その変動量がまだ所定の規格を満足するか否かの判別を行うことができる。   Therefore, the burn-in device, DMBT (Dynamic Monitored Burn-In Test) device, etc. are used to determine whether the elements constituting the semiconductor device 20 are normally stressed or tested and whether the reliability level is satisfied. This can be done using the test circuit 1 and the second test circuit 2. Further, it can be used to determine whether an excessive stress exceeding the rating (for example, an abnormal high voltage or an abnormal high voltage pulse signal) is applied in the actual use state of the semiconductor device 20. Furthermore, it is possible to determine whether or not the element fluctuates due to stress application or test, and whether or not the fluctuation amount still satisfies a predetermined standard.

なお、本実施例では、半導体装置をMOSトランジスタで構成しているが、ゲートが絶縁物からなるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect transistor)を使用してもよい。   In this embodiment, the semiconductor device is composed of MOS transistors, but a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) whose gate is made of an insulator may be used.

次に、本発明の実施例2に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図7は半導体装置を示すブロック図、図8は第3のテスト回路を示す回路図である。本実施例では、入力信号により通常動作する第1のテスト回路と入力信号が“High”レベルから“Low”レベルに変化した後も“活性状態”を保持する(n−1)個のテスト回路が設けられている。   Next, a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a semiconductor device, and FIG. 8 is a circuit diagram showing a third test circuit. In the present embodiment, a first test circuit that normally operates in response to an input signal and (n−1) test circuits that maintain an “active state” even after the input signal has changed from a “High” level to a “Low” level. Is provided.

以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。   In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.

図7に示すように、半導体装置20aには、第1のテスト回路1、1番目としての第2のテスト回路2、・・・(n−1)番目としての第nのテスト回路4、テストモード検出回路3a、及び端子Pad1が設けられ、入力信号の変化したとき第1のテスト回路と異なる信号を出力する(n−1)個のテスト回路が設けられている。そして、半導体装置20aは揮発性半導体集積回路である。ここで、2番目から(n−2)番目までのテスト回路の図示及び説明を省略する。   7, the semiconductor device 20a includes a first test circuit 1, a second test circuit 2 as a first, an nth test circuit 4 as a (n−1) th, a test A mode detection circuit 3a and a terminal Pad1 are provided, and (n-1) test circuits that output a signal different from the first test circuit when an input signal changes are provided. The semiconductor device 20a is a volatile semiconductor integrated circuit. Here, illustration and description of the second to (n−2) th test circuits are omitted.

第nのテスト回路4は、半導体装置20a内部或いは端子を介して外部から出力される入力信号INnを入力し、入力信号INnにより動作して出力信号Outnを出力する。   The nth test circuit 4 receives an input signal INn output from the inside of the semiconductor device 20a or through the terminal, operates in accordance with the input signal INn, and outputs an output signal Outn.

テストモード検出回路3aは、第1のテスト回路1、第2のテスト回路2、・・・及び、第nのテスト回路4と端子Pad1の間に設けられ、第1のテスト回路1から出力される出力信号Out1、第2のテスト回路2から出力される出力信号Out2、・・・及び第nのテスト回路4の出力信号Outnを入力し、出力信号Out1、出力信号Out2、・・・及び出力信号Outnが“活性”或いは“非活性”を検出し、第1のテスト回路1、第2のテスト回路2、・・・及び第nのテスト回路4が活性となるとき、出力信号Out1と出力信号Out2、・・・及び出力信号Out1と出力信号Outnの差異を検出して、検出出力信号Toutを端子Pad1に出力する。また、テストモード検出回路3aは、入力信号IN1、入力信号IN2、・・・・・及び入力信号INnを比較し、出力信号Out1と出力信号Out2、・・・及び出力信号Out1と出力信号Outnの差異を増幅することができる。このため、何らかの原因で想定外の過度のストレスが半導体装置20aに印加された場合に、第1のテスト回路1、第2のテスト回路2、・・・及び第nのテスト回路4を介して想定外の過度のストレスを検出することができる。   The test mode detection circuit 3 a is provided between the first test circuit 1, the second test circuit 2,... And the n th test circuit 4 and the terminal Pad 1, and is output from the first test circuit 1. The output signal Out1, the output signal Out2, output from the second test circuit 2, and the output signal Outn of the nth test circuit 4 are input, the output signal Out1, the output signal Out2,. When the signal Outn detects “active” or “inactive” and the first test circuit 1, the second test circuit 2,... And the nth test circuit 4 become active, the output signal Out1 and the output .. And the difference between the output signal Out1 and the output signal Outn are detected, and the detection output signal Tout is output to the terminal Pad1. Further, the test mode detection circuit 3a compares the input signal IN1, the input signal IN2,... And the input signal INn, and compares the output signal Out1, the output signal Out2,..., And the output signal Out1 and the output signal Outn. Differences can be amplified. For this reason, when an unexpected excessive stress is applied to the semiconductor device 20a for some reason, the first test circuit 1, the second test circuit 2,... And the nth test circuit 4 are used. Unexpected excessive stress can be detected.

図8に示すように、第nのテスト回路4には、Pch MOSトランジスタPT1、Pch MOSトランジスタPT2、Nch MOSトランジスタNT1乃至4、Nch MOSトランジスタNT31、Nch MOSトランジスタNT3(n−1)、インバータINV1乃至4、及び抵抗R1乃至4が設けられている。ここで、ノードN21と低電位側電源Vssの間にNch MOSトランジスタNT31、・・・Nch MOSトランジスタNT3(n−1)を含め(n−1)個のNch MOSトランジスタが縦続接続されている。なお、m番目(mは(n−1)≧m≧2)のテスト回路には、ノードN21と低電位側電源Vssの間にm個のNch MOSトランジスタが縦続接続されている。   As shown in FIG. 8, the nth test circuit 4 includes a Pch MOS transistor PT1, a Pch MOS transistor PT2, Nch MOS transistors NT1 to NT4, an Nch MOS transistor NT31, an Nch MOS transistor NT3 (n−1), and an inverter INV1. Through 4 and resistors R1 through R4. Here, (n−1) Nch MOS transistors including Nch MOS transistor NT31,... Nch MOS transistor NT3 (n−1) are cascade-connected between the node N21 and the low potential side power supply Vss. In the m-th test circuit (m is (n−1) ≧ m ≧ 2), m Nch MOS transistors are cascade-connected between the node N21 and the low potential power source Vss.

抵抗R1は、一端が高電位側電源Vddに接続され、他端がノードN21に接続されている。Nch MOSトランジスタNT1は、ドレインがノードN21に接続され、ゲートに入力信号INnが入力される。抵抗R2は、一端がNch MOSトランジスタNT1のソースに接続され、他端が接地電位としての低電位側電源Vssに接続されている。   The resistor R1 has one end connected to the high potential side power supply Vdd and the other end connected to the node N21. N-channel MOS transistor NT1 has a drain connected to node N21, and an input signal INn input to the gate. One end of the resistor R2 is connected to the source of the Nch MOS transistor NT1, and the other end is connected to the low potential side power source Vss as the ground potential.

Pch MOSトランジスタPT1は、ソースが高電位側電源Vddに接続され、ゲートがノードN21に接続され、ドレインがノードN22に接続されている。Nch MOSトランジスタNT2は、ドレインがノードN22に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートが高電位側電源Vddに接続され、高電位側電源Vddが供給されているとき、“ON”している。   The Pch MOS transistor PT1 has a source connected to the high potential side power supply Vdd, a gate connected to the node N21, and a drain connected to the node N22. The Nch MOS transistor NT2 is “ON” when the drain is connected to the node N22, the source is connected to the low potential power source Vss, the gate is connected to the high potential power source Vdd, and the high potential power source Vdd is supplied. "is doing.

インバータINV1は、ノードN22の信号を入力し、その信号を反転する。インバータINV2は、INV1から出力された信号を入力し、その信号を反転し、ノードN22と同相の信号をノードN23に出力する。   The inverter INV1 receives the signal of the node N22 and inverts the signal. Inverter INV2 receives the signal output from INV1, inverts the signal, and outputs a signal in phase with node N22 to node N23.

抵抗R3は、一端が高電位側電源Vddに接続され、他端がノードN24に接続されている。Nch MOSトランジスタNT3は、ドレインがノードN24に接続され、ゲートがノードN23に接続されている。抵抗R4は、一端がNch MOSトランジスタNT3のソースに接続され、他端が低電位側電源Vssに接続されている。   The resistor R3 has one end connected to the high potential side power source Vdd and the other end connected to the node N24. Nch MOS transistor NT3 has a drain connected to node N24 and a gate connected to node N23. The resistor R4 has one end connected to the source of the Nch MOS transistor NT3 and the other end connected to the low potential power source Vss.

Pch MOSトランジスタPT2は、ソースが高電位側電源Vddに接続され、ゲートがノードN24に接続され、ドレインがノードN25に接続されている。Nch MOSトランジスタNT4は、ドレインがノードN25に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続され、ゲートが高電位側電源Vddに接続され、高電位側電源Vddが供給されているとき、“ON”している。   The Pch MOS transistor PT2 has a source connected to the high potential side power supply Vdd, a gate connected to the node N24, and a drain connected to the node N25. The Nch MOS transistor NT4 has a drain connected to the node N25, a source connected to the low potential power source Vss, a gate connected to the high potential power source Vdd, and the high potential power source Vdd being supplied. "is doing.

インバータINV3は、ノードN25の信号を入力し、その信号を反転する。インバータINV4は、INV3から出力された信号を入力し、その信号を反転し、ノードN25と同相の信号をノードN26に出力する。   The inverter INV3 receives the signal of the node N25 and inverts the signal. Inverter INV4 receives the signal output from INV3, inverts the signal, and outputs a signal in phase with node N25 to node N26.

Nch MOSトランジスタNT31は、ドレインがノードN21に接続され、ゲートがノードN26に接続され、ソースが図示しない縦続接続された隣接のNch MOSトランジスタのドレインに接続されている。Nch MOSトランジスタNT3(n−1)は、ドレインが図示しない縦続接続された隣接のNch MOSトランジスタのソースに接続され、ゲートがノードN26に接続され、ソースが低電位側電源Vssに接続されている。   Nch MOS transistor NT31 has a drain connected to node N21, a gate connected to node N26, and a source connected to the drain of an adjacent Nch MOS transistor (not shown) connected in cascade. Nch MOS transistor NT3 (n-1) has a drain connected to the source of a cascaded adjacent Nch MOS transistor (not shown), a gate connected to node N26, and a source connected to low potential side power supply Vss. .

ここで、抵抗R1の抵抗値をRa、Nch MOSトランジスタNT31の“ON”抵抗値をRnt31、Nch MOSトランジスタNT3(n−1)の“ON”抵抗値をRnt31とすると、入力信号INnが“High”レベル(enable信号レベル)から“Low”レベル(disable信号レベル)に変化すると、Nch MOSトランジスタNT1が“OFF”するが、Nch MOSトランジスタNT31・・・及びNch MOSトランジスタNT3(n−1)の計(n−1)個のNch MOSトランジスタが“ON”しているので、ノードN21の信号レベルV(n−1)は、
V(n−1)=Vdd×[{(n−1)×Rnt31}/{Ra+(n−1)×Rnt31}]・・・・・式(10)
と表せる。また、m番目のテスト回路での信号レベルVmは、
V(m)=Vdd×[{m×Rnt31}/{Ra+m×Rnt31}]・・・・・・・・・・・式(11)
と表せる。ここで、mは、1≦m≦(n−1)である。
Here, when the resistance value of the resistor R1 is Ra, the “ON” resistance value of the Nch MOS transistor NT31 is Rnt31, and the “ON” resistance value of the Nch MOS transistor NT3 (n−1) is Rnt31, the input signal INn is “High”. When the "level" (enable signal level) changes to the "Low" level (disable signal level), the Nch MOS transistor NT1 is turned "OFF", but the Nch MOS transistor NT31 ... and the Nch MOS transistor NT3 (n-1) Since a total of (n−1) Nch MOS transistors are “ON”, the signal level V (n−1) of the node N21 is
V (n−1) = Vdd × [{(n−1) × Rnt31} / {Ra + (n−1) × Rnt31}] Equation (10)
It can be expressed. The signal level Vm in the mth test circuit is
V (m) = Vdd × [{m × Rnt31} / {Ra + m × Rnt31}]... Equation (11)
It can be expressed. Here, m is 1 ≦ m ≦ (n−1).

そして、m番目のPch MOSトランジスタPT1とm+1番目のPch MOSトランジスタPT1に印加されるゲート電圧差をΔVとすると、
V(m)=Vdd−(n−1)×ΔV・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(12)
と表せる。
When the gate voltage difference applied to the mth Pch MOS transistor PT1 and the m + 1th Pch MOS transistor PT1 is ΔV,
V (m) = Vdd− (n−1) × ΔV ........................... (12)
It can be expressed.

このように、縦続接続されるNch MOSトランジスタの個数を変化させた(n−1)個のテスト回路を設けることにより、Pch MOSトランジスタPT1のソース・ゲート間に(n−1)種類の所定の電圧を印加でき、所定の電圧に対応したNBTI現象にもとづく閾値電圧の絶対値の変化量|ΔVthp|を発生させることができ、しかもその値を実施例1と同様に算出することができる。   Thus, by providing (n-1) test circuits in which the number of cascaded Nch MOS transistors is changed, (n-1) types of predetermined circuits are provided between the source and gate of the Pch MOS transistor PT1. A voltage can be applied, an absolute value change amount | ΔVthp | of the threshold voltage based on the NBTI phenomenon corresponding to the predetermined voltage can be generated, and the value can be calculated in the same manner as in the first embodiment.

上述したように、本実施例の半導体装置では、第1のテスト回路1、1番目としての第2のテスト回路2、・・・(n−1)番目として第nのテスト回路4、テストモード検出回路3a、及び端子Pad1が設けられ、入力信号の変化したとき第1のテスト回路と異なる信号を出力する(n−1)個のテスト回路が設けられている。   As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the first test circuit 1, the second test circuit 2 as the first, the nth test circuit 4 as the (n-1) th, the test mode A detection circuit 3a and a terminal Pad1 are provided, and (n-1) test circuits that output a signal different from that of the first test circuit when an input signal changes are provided.

第1のテスト回路1は、入力信号IN1が“High”レベルのとき活性となり、“Low”レベルのときと“High”レベルから“Low”に変化したあと非活性となる。第2のテスト回路2は、入力信号IN2が“Low”レベルのとき非活性となり、“High”レベルのときと“High”レベルから“Low”に変化した後活性となり、“High”レベルから“Low”に変化した後は内部に設けられたPch MOSトランジスタPT1のゲートにバイアス印加が継続される。第nのテスト回路4は、入力信号INnが“Low”レベルのとき非活性となり、“High”レベルのときと“High”レベルから“Low”に変化した後活性となり、“High”レベルから“Low”に変化した後は内部に設けられたPch MOSトランジスタPT1のゲートにバイアス印加が継続される。そして、“High”レベルから“Low”に変化した後に、第nのテスト回路4のPch MOSトランジスタPT1のゲートに印加される電圧の絶対値は、第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタPT1のゲートに印加される電圧の絶対値よりも大きく設定されている。   The first test circuit 1 becomes active when the input signal IN1 is at the “High” level, and becomes inactive when the input signal IN1 is at the “Low” level and after changing from the “High” level to the “Low” level. The second test circuit 2 becomes inactive when the input signal IN2 is at the “Low” level, becomes active after changing from the “High” level to the “Low” when it is at the “High” level, and changes from the “High” level to the “High” level. After changing to "Low", bias application is continued to the gate of the Pch MOS transistor PT1 provided inside. The nth test circuit 4 becomes inactive when the input signal INn is at the “Low” level, becomes active after changing from the “High” level to the “Low” when it is at the “High” level, and changes from the “High” level to the “High” level. After changing to "Low", bias application is continued to the gate of the Pch MOS transistor PT1 provided inside. Then, after changing from the “High” level to “Low”, the absolute value of the voltage applied to the gate of the Pch MOS transistor PT1 of the nth test circuit 4 is the Pch MOS transistor PT1 of the second test circuit 2. It is set larger than the absolute value of the voltage applied to the gate.

このため、第1のテスト回路1から出力される出力信号Out1、第2のテスト回路2から出力される出力信号Out2、・・・第nのテスト回路4から出力される出力信号Outnをテストモード検出回路3で検出し、出力信号Out1と出力信号Out2を比較し、・・・出力信号Out1と出力信号Outnを比較することにより、第2のテスト回路2の電源電圧マージンの劣化分ΔVddmin.乃至第nのテスト回路4の電源電圧マージンの劣化分ΔVddmin.の(n−1)種類それぞれ算出でき、この値から第2のテスト回路2のPch MOSトランジスタのNBTI現象による閾値電圧の絶対値の変化量|ΔVthp|乃至第nのテスト回路4のPch MOSトランジスタのNBTI現象による閾値電圧の絶対値の変化量|ΔVthp|の(n−1)種類それぞれ算出することができる。   Therefore, the output signal Out1 output from the first test circuit 1, the output signal Out2 output from the second test circuit 2,..., The output signal Outn output from the nth test circuit 4 are set in the test mode. The detection circuit 3 detects and compares the output signal Out1 and the output signal Out2,... By comparing the output signal Out1 and the output signal Outn, thereby deteriorating the power supply voltage margin ΔVddmin. To degradation of the power supply voltage margin ΔVddmin. (N−1) types can be calculated, and from this value, the change amount | ΔVthp | of the absolute value of the threshold voltage due to the NBTI phenomenon of the Pch MOS transistor of the second test circuit 2 to the Pch MOS transistor of the nth test circuit 4 It is possible to calculate (n−1) types of the amount of change | ΔVthp | in the absolute value of the threshold voltage due to the NBTI phenomenon.

したがって、バーイン装置やDMBT(Dynamic Monitored Burn−In Test)装置などで、半導体装置20を構成する素子が正常にストレス印加やテストされているかの判別や信頼性レベルを満足しているかの判別を第1のテスト回路1乃至第nのテスト回路4を用いて実施例1よりも詳細に行える。また、半導体装置20の実使用状態で、定格を超える過度のストレス(例えば、異常な高電圧や異常な高圧パルス信号など)が印加されていないかの判別に使用できる。更に、ストレス印加やテストにより素子が変動し、その変動量がまだ所定の規格を満足するか否かの判別を行うことができる。   Therefore, the burn-in device, DMBT (Dynamic Monitored Burn-In Test) device, etc. are used to determine whether the elements constituting the semiconductor device 20 are normally stressed or tested and whether the reliability level is satisfied. This can be performed in more detail than the first embodiment by using one test circuit 1 to nth test circuit 4. Further, it can be used to determine whether an excessive stress exceeding the rating (for example, an abnormal high voltage or an abnormal high voltage pulse signal) is applied in the actual use state of the semiconductor device 20. Furthermore, it is possible to determine whether or not the element fluctuates due to stress application or test, and whether or not the fluctuation amount still satisfies a predetermined standard.

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、実施例では揮発性半導体集積回路としての半導体装置に適用した場合について説明したが、SoC(system on a chip)や不揮発性半導体集積回路などにも適用することができる。   For example, in the embodiments, the case where the present invention is applied to a semiconductor device as a volatile semiconductor integrated circuit has been described. However, the present invention can also be applied to a SoC (system on a chip), a nonvolatile semiconductor integrated circuit, or the like.

本発明の実施例1に係る半導体装置を示すブロック図。1 is a block diagram showing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る第1のテスト回路を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a first test circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1に係る第2のテスト回路を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second test circuit according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施例1に係る入力信号に対するテスト回路の出力信号の状態を示す図。The figure which shows the state of the output signal of the test circuit with respect to the input signal which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係るテスト回路内のPch MOSトランジスタのソース・ゲート間電圧に対する閾値電圧の絶対値の変化量を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a change amount of an absolute value of a threshold voltage with respect to a source-gate voltage of a Pch MOS transistor in a test circuit according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係るテスト回路内のPch MOSトランジスタのソース・ゲート間電圧のストレス時間に対する閾値電圧の絶対値の変化量を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a change amount of an absolute value of a threshold voltage with respect to a stress time of a source-gate voltage of a Pch MOS transistor in the test circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2に係る第1のテスト回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing a first test circuit according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例2に係る第nのテスト回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing an nth test circuit according to Embodiment 2 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1のテスト回路
2 第2のテスト回路
3、3a テストモード検出回路
4 第nのテスト回路
20、20a 半導体装置
IN1、IN2、INn 入力信号
INV1〜4 インバータ
N1〜3、N11〜16、N21〜26 ノード
NT1〜5、NT31、NT3(n−1) Nch MOSトランジスタ
Out1、Out2、Outn 出力信号
Pad1 端子
PT1、PT2 Pch MOSトランジスタ
R1〜4 抵抗
Tout 検出出力信号
Vdd 高電位側電源
Vss 低電位側電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st test circuit 2 2nd test circuit 3, 3a Test mode detection circuit 4 nth test circuit 20, 20a Semiconductor device IN1, IN2, INn Input signal INV1-4 Inverters N1-3, N11-16, N21 ~ 26 Nodes NT1-5, NT31, NT3 (n-1) Nch MOS transistors Out1, Out2, Outn Output signal Pad1 Terminal PT1, PT2 Pch MOS transistors R1-4 Resistance Tout Detection output signal Vdd High potential side power supply Vss Low potential side Power supply

Claims (5)

第1の入力信号を入力し、前記第1の入力信号にもとづいて動作して第1の出力信号を出力する第1のテスト回路と、
第2の入力信号を入力し、前記第2の入力信号にもとづいて動作して第2の出力信号を出力する第2のテスト回路と、
前記第1及び第2のテスト回路外に設けられたトランジスタと、
前記第1及び第2の入力信号を比較し、前記第1及び第2の出力信号を検出して、前記トランジスタに所定のスクリーニング或いはテストが正常に印加されたかどうか、或いは想定外のノイズが印加されたかどうかを判別するテストモード検出回路と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A first test circuit that receives a first input signal, operates based on the first input signal, and outputs a first output signal;
A second test circuit that inputs a second input signal, operates based on the second input signal, and outputs a second output signal;
A transistor provided outside the first and second test circuits;
The first and second input signals are compared, the first and second output signals are detected, whether a predetermined screening or test is normally applied to the transistor, or unexpected noise is applied. A test mode detection circuit for determining whether or not
A semiconductor device comprising:
前記第2のテスト回路は、前記第2の入力信号がenable信号レベルからdisable信号レベルに変化した後も前記第2の出力信号を活性状態に保持し、高電位側電源を所定の電圧以下或いは前記高電位側電源を“OFF”にすることにより、前記第2の出力信号を非活性状態に戻すことができることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The second test circuit holds the second output signal in an active state even after the second input signal changes from the enable signal level to the disable signal level, and keeps the high potential side power supply below a predetermined voltage or 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second output signal can be returned to an inactive state by turning off the high-potential side power supply. 前記第1のテスト回路には、第1のPch MOSトランジスタが設けられ、前記第2のテスト回路には、第2のPch MOSトランジスタが設けられ、前記第2のPch MOSトランジスタには、NBTI現象により閾値電圧の絶対値を増大させるゲート電圧が印加されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   The first test circuit is provided with a first Pch MOS transistor, the second test circuit is provided with a second Pch MOS transistor, and the second Pch MOS transistor has an NBTI phenomenon. The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate voltage that increases an absolute value of the threshold voltage is applied. 第1の入力信号を入力し、前記第1の入力信号にもとづいて動作して第1の出力信号を出力する第1のテスト回路と、
第2の入力信号を入力し、前記第2の入力信号にもとづいて動作して第2の出力信号を出力する第2のテスト回路と、
第n(nは、3以上の整数)の入力信号を入力し、前記第nの入力信号にもとづいて動作して第nの出力信号を出力する第nのテスト回路と、
前記第1乃至第nのテスト回路外に設けられたトランジスタと、
前記第1乃至第nの入力信号を比較し、前記第1乃至第nの出力信号を検出し、前記トランジスタに所定のスクリーニング或いはテストが正常に印加されたかどうか、或いは想定外のノイズが印加されたかどうかを判別するテストモード検出回路と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A first test circuit that receives a first input signal, operates based on the first input signal, and outputs a first output signal;
A second test circuit that inputs a second input signal, operates based on the second input signal, and outputs a second output signal;
An nth test circuit that inputs an nth (n is an integer of 3 or more) input signal, operates based on the nth input signal, and outputs an nth output signal;
A transistor provided outside the first to nth test circuits;
The first to n-th input signals are compared, the first to n-th output signals are detected, whether a predetermined screening or test is normally applied to the transistor, or unexpected noise is applied. A test mode detection circuit for determining whether or not
A semiconductor device comprising:
前記第2のテスト回路は、前記第2の入力信号がenable信号レベルからdisable信号レベルに変化した後も前記第2の出力信号を活性状態に保持し、高電位側電源を所定の電圧以下或いは前記高電位側電源を“OFF”にすることにより、前記第2の出力信号を非活性状態に戻すことができ、前記第3乃至第n(nは、4以上の整数)のテスト回路は、前記第3乃至第nの入力信号がenable信号レベルからdisable信号レベルに変化した後も前記第3乃至第nの出力信号を活性状態に保持し、前記高電位側電源を所定の電圧以下或いは前記高電位側電源を“OFF”にすることにより、前記第3乃至第nの出力信号を非活性状態に戻すことができ、前記第1のテスト回路には、第1のPch MOSトランジスタが設けられ、前記第2のテスト回路には、第2のPch MOSトランジスタが設けられ、前記第3乃至第nのテスト回路には、第3乃至第nのPch MOSトランジスタが設けられ、前記第2のPch MOSトランジスタには、NBTI現象により閾値電圧の絶対値を最も増大させる第1のゲート電圧(Vsg=Vdd ここで、Vgsはゲート・ソース間電圧、Vddは前記高電位側電源電圧)が印加され、前記第3乃至第nのPch MOSトランジスタには、NBTI現象により閾値電圧の絶対値を増大させる前記第1のゲート電圧に対して順次緩和された第2乃至第(n−1)のゲート電圧(Vgs≦Vdd−(n−1)×ΔV ここで、ΔVはm番目のゲート電圧とm+1番目のゲート電圧の差、ただし1≦m≦(n−1))が印加されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   The second test circuit holds the second output signal in an active state even after the second input signal changes from the enable signal level to the disable signal level, and keeps the high potential side power supply below a predetermined voltage or By turning off the high potential side power supply, the second output signal can be returned to an inactive state, and the third to nth (n is an integer of 4 or more) test circuits include: Even after the third to n-th input signals change from the enable signal level to the disable signal level, the third to n-th output signals are held in an active state, and the high-potential-side power supply is kept below a predetermined voltage or The third to n-th output signals can be returned to an inactive state by turning off the high-potential side power supply, and the first Pch MOS transistor is included in the first test circuit. The second test circuit is provided with a second Pch MOS transistor, the third to nth test circuits are provided with third to nth Pch MOS transistors, and the second test circuit is provided with a second Pch MOS transistor. A first gate voltage (Vsg = Vdd, where Vgs is a gate-source voltage and Vdd is the high-potential side power supply voltage) that increases the absolute value of the threshold voltage most due to the NBTI phenomenon is applied to the Pch MOS transistor The third to nth Pch MOS transistors include second to (n-1) th gates that are sequentially relaxed with respect to the first gate voltage that increases the absolute value of the threshold voltage due to the NBTI phenomenon. Voltage (Vgs ≦ Vdd− (n−1) × ΔV where ΔV is the difference between the mth gate voltage and the m + 1th gate voltage, where 1 ≦ m ≦ (n−1)). The semiconductor device according to claim 4, characterized in that.
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