JP2008147245A - Deterioration diagnostic circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents

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Hiroyuki Nishikawa
浩行 西川
Hiroshi Nakatani
博司 中谷
Akira Sawada
彰 澤田
Koichi Takene
浩一 竹根
Toshikazu Kawamura
敏和 川村
Yoshitomi Sameda
芳富 鮫田
Motohiko Okabe
基彦 岡部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deterioration diagnostic circuit formed of a simple circuit and a semiconductor integrated circuit to which the deterioration diagnostic circuit formed of an IP core is integrated. <P>SOLUTION: The deterioration diagnostic circuit 13a can forecast the period when a failure occurs due to aging deterioration of an actual circuit 12 provided within the semiconductor integrated circuit 10a. This deterioration diagnostic circuit 13a includes a signal generating circuit 14 for outputting a pulse signal at the constant frequency, a deterioration diagnosis object circuit 16a that is provided in the same period as the actual circuit 12 to pass and output a pulse signal outputted from the signal generating circuit 14, and a deterioration determination circuit 18 that is activated with a delay for a predetermined time from rise of the pulse signal outputted from the signal generating circuit 14 to generate a clock signal having the same frequency as the pulse signal outputted from the signal generating circuit 14 and also to output determination result to at least one of the actual circuit and external circuit by determining whether deterioration is generated or not in the deterioration diagnosis object circuit 16a through comparison of the timings of the pulse signal outputted from the deterioration diagnosis object circuit 16 and the clock signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路に設けられた実回路の経年劣化による故障時期を予測する劣化診断回路に関する。   The present invention relates to a deterioration diagnosis circuit that predicts a failure time due to aged deterioration of an actual circuit provided in a semiconductor integrated circuit.

一般的な半導体集積回路の時間経過に対する故障発生率は、図9に示す故障率曲線(いわゆる「バスタブカーブ」)のような傾向を持つ。このバスタブカーブは、故障発生率に応じて3つの期間に分けられ、それぞれ初期故障期、偶発故障期、摩擦故障期と呼ばれている。   The failure occurrence rate of a general semiconductor integrated circuit over time has a tendency like a failure rate curve (so-called “bathtub curve”) shown in FIG. This bathtub curve is divided into three periods according to the failure occurrence rate, and is called an initial failure period, an accidental failure period, and a friction failure period, respectively.

従来、半導体集積回路の故障発生率低減の策として、初期故障期に発生する故障に対しては、温度条件や電圧条件の規格に対して高負荷状態で動作させ、時間経過による初期不良を加速的に発生させ、不良品を排除するいわゆるバーンインと呼ばれる方法がとられている。   Conventionally, as a measure to reduce the failure rate of semiconductor integrated circuits, for failures that occur during the initial failure period, the failure is caused to operate under a high load condition with respect to the standard of temperature condition and voltage condition, and the initial failure due to the passage of time is accelerated. In other words, a so-called burn-in method is adopted in which defective products are eliminated.

しかしながら、半導体集積回路の劣化によって発生確率が増す摩擦故障期に発生する故障に対しては、初期故障期に発生する故障に対する方法は有効ではない。   However, the method for the failure occurring in the initial failure period is not effective for the failure occurring in the friction failure period in which the probability of occurrence increases due to deterioration of the semiconductor integrated circuit.

摩擦故障期に発生する故障を分類すると、以下のような3つの場合が考えられる。1つ目は、酸化膜(絶縁膜)の経過故障による耐圧劣化や短絡。2つ目は、配線、ビアコンタクト、及びスルーホールの腐食やエレクトロマイグレーションが原因のボイドによる開放、短絡、抵抗増大。3つ目は、ワイヤボンディングの接合部の金属化合物成長による高抵抗や断線である。   If the failures that occur during the friction failure period are classified, the following three cases can be considered. The first is breakdown voltage degradation and short-circuiting due to a failure of the oxide film (insulating film). The second is the opening, short circuit, and increased resistance due to voids due to corrosion and electromigration of wiring, via contacts, and through holes. The third is high resistance and disconnection due to the growth of the metal compound at the junction of wire bonding.

この摩擦故障期での故障発生を抑制することにより、MTBF(平均故障間隔)は延長され、半導体集積回路の品質を向上させることができる。   By suppressing the occurrence of a failure in this friction failure period, the MTBF (Mean Failure Interval) is extended and the quality of the semiconductor integrated circuit can be improved.

半導体集積回路の劣化による故障を判定する方法として、同一の半導体チップ内に機能回路として同一の機能を有するものを複数設け、その機能回路の出力信号を期待値と比較し、不一致が生じている場合には不一致が生じた機能回路が故障したと判定する半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。故障が生じていると判定された場合には、故障の生じていない機能回路の出力を選択することで、長寿化を達成することができる。   As a method of determining a failure due to deterioration of a semiconductor integrated circuit, a plurality of devices having the same function as a functional circuit are provided in the same semiconductor chip, and the output signal of the functional circuit is compared with an expected value, resulting in a mismatch. In some cases, there is known a semiconductor device that determines that a functional circuit having a mismatch has failed (see, for example, Patent Document 1). When it is determined that a failure has occurred, it is possible to achieve a long life by selecting the output of the functional circuit in which no failure has occurred.

また、劣化チェック用回路を別途設け、劣化チェック用回路に対して実回路よりも大きな使用負荷を与えて、劣化進行状況測定センサにより劣化チェック用回路の電気特性等を測定し、劣化進行状況を把握する半導体装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。劣化チェック用回路は、大きな負荷が与えられているので、実回路よりも劣化の進行が早く、迅速に実回路の劣化を予測することができる。   In addition, a deterioration check circuit is provided separately. The deterioration check circuit is subjected to a larger load than the actual circuit, and the deterioration progress measurement sensor measures the electrical characteristics of the deterioration check circuit to determine the deterioration progress. A semiconductor device to be grasped is known (for example, see Patent Document 2). Since the degradation check circuit is given a large load, the degradation progresses faster than the actual circuit, and the degradation of the actual circuit can be predicted quickly.

図10は、特許文献2に公開されている半導体装置の構成を示す。半導体装置1は、使用頻度の増大によってまたは周囲の環境に起因して経時劣化する実回路要素2を含み各種データ処理等を行う集積回路3と、集積回路3へのデータの入出力の為の複数の入出力端子4と、実回路要素2と同一の積層構造を持つ劣化チェック用回路要素5と、劣化チェック用回路要素5に実回路要素2以上の使用負荷を与える使用最大負荷回路6と、劣化チェック用回路要素5の劣化進行状況を測定するためのセンサ7と、センサ7からの信号を外部に出力する出力端子8とで構成されている。   FIG. 10 shows a configuration of a semiconductor device disclosed in Patent Document 2. The semiconductor device 1 includes an integrated circuit 3 that performs various data processing and the like including an actual circuit element 2 that deteriorates with time due to an increase in usage frequency or due to the surrounding environment, and input / output of data to / from the integrated circuit 3. A plurality of input / output terminals 4, a deterioration check circuit element 5 having the same layered structure as the actual circuit element 2, and a maximum use load circuit 6 that applies a use load of the actual circuit element 2 or more to the deterioration check circuit element 5; The sensor 7 for measuring the deterioration progress of the deterioration check circuit element 5 and the output terminal 8 for outputting a signal from the sensor 7 to the outside.

ここで同一の構造というのは、経時劣化に関し実回路要素2と膜質、応力状態、添加物の析出状態等がほぼ同一の条件にあるような、同一の積層構造と同一の断面積を有する、実回路要素2の劣化を模擬し得る構造を示す。   Here, the same structure has the same cross-sectional area as the same laminated structure such that the actual circuit element 2 and the film quality, the stress state, the precipitation state of the additive, etc. are in substantially the same conditions with respect to deterioration over time. The structure which can simulate deterioration of the actual circuit element 2 is shown.

上記のような構成の半導体装置において、劣化チェック用回路要素5の劣化進行状況をセンサ7が測定するので、実回路要素2の劣化進行状況を間接的に把握することができる。従って、例えばメインテナンスを行う場合、劣化チェック用回路要素5の劣化進行状況を見ることによって、次回のメインテナンスまで半導体装置が仕様を維持できるかどうかを知ることができ、ユーザの使用頻度及び使用環境に応じた半導体装置の交換時期を的確に判断することが可能となる。
特開2004−340877号公報 特開平7−128384号公報
In the semiconductor device having the above-described configuration, the sensor 7 measures the progress of deterioration of the circuit element 5 for checking deterioration, so that the progress of deterioration of the actual circuit element 2 can be indirectly grasped. Therefore, for example, when performing maintenance, it is possible to know whether or not the semiconductor device can maintain the specifications until the next maintenance by observing the progress of deterioration of the circuit element 5 for deterioration check. It is possible to accurately determine the replacement time of the corresponding semiconductor device.
JP 2004-340877 A JP 7-128384 A

しかしながら、上記のような特許文献1に記載の半導体装置は、半導体集積回路の実際の機能回路と同一の機能を有する回路を複数設ける必要があるので、回路規模が大きくなるという問題点がある。また、特定の限られた機能回路のみを複数設けた場合、故障判定の対象となる回路は、その特定の部位のみとなってしまう。   However, the semiconductor device described in Patent Document 1 as described above has a problem in that the circuit scale increases because it is necessary to provide a plurality of circuits having the same function as the actual functional circuit of the semiconductor integrated circuit. In addition, when only a plurality of specific limited functional circuits are provided, the circuit that is the target of failure determination is only that specific part.

また、上記のような特許文献2に記載の半導体装置は、実回路には必要のない大きな使用負荷を与える回路と、劣化具合(例えば抵抗値の変化)をアナログ値として判定するセンサとが必要であり、回路が複雑化、大規模化するという問題点がある。   Further, the semiconductor device described in Patent Document 2 as described above requires a circuit that gives a large use load that is not necessary for an actual circuit, and a sensor that determines deterioration (for example, a change in resistance value) as an analog value. However, there is a problem that the circuit becomes complicated and large-scale.

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、単純な回路で構成される劣化診断回路を提供すること及びIPコア化された劣化診断回路が組み込まれた半導体集積回路を提供することを課題とする。   The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and provides a deterioration diagnosis circuit constituted by a simple circuit and a semiconductor integrated circuit incorporating an IP core deterioration diagnosis circuit. Is an issue.

本発明に係る劣化診断回路は、上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、半導体集積回路内に設けられた実回路の経年劣化による故障時期を予測する劣化診断回路であって、一定の周波数でパルス信号を出力する信号発生回路と、前記実回路と同時期に設けられ、前記信号発生回路により出力されたパルス信号を通過させて出力する劣化診断対象回路と、前記信号発生回路により出力されたパルス信号の立ち上がりから所定時間だけ遅れて立ち上がりかつ前記信号発生回路により出力されたパルス信号と同じ周波数を有するクロック信号を生成するとともに、前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号のタイミングと前記クロック信号のタイミングとを比較して前記劣化診断対象回路の劣化が発生したか否かを判定し、判定結果を前記実回路と外部との少なくとも一方に出力する判定回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the deterioration diagnosis circuit according to the present invention is a deterioration diagnosis circuit for predicting a failure time due to aged deterioration of an actual circuit provided in a semiconductor integrated circuit. A signal generation circuit that outputs a pulse signal at a constant frequency; a deterioration diagnosis target circuit that is provided at the same time as the actual circuit and that outputs the pulse signal output by the signal generation circuit; and the signal generation A pulse signal output from the deterioration diagnosis target circuit, generating a clock signal that rises with a delay of a predetermined time from the rising edge of the pulse signal output by the circuit and has the same frequency as the pulse signal output by the signal generation circuit. And the timing of the clock signal are compared to determine whether or not the deterioration diagnosis target circuit has deteriorated. The results are characterized by comprising a determination circuit for outputting at least one of said actual circuit and the outside.

請求項2記載の発明は、請求項1において、前記判定回路は、前記クロック信号の立ち上がり時に前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がLレベルである場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the determination circuit causes the deterioration diagnosis target circuit to deteriorate when the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit at the rising edge of the clock signal is at an L level. It is characterized in that it is determined that occurrence has occurred.

請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2において、前記判定回路は、前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち上がってから前記クロック信号が立ち上がるまでの時間が所定時間以内である場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the determination circuit has a predetermined time period from when the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit rises to when the clock signal rises. In some cases, it is determined that the deterioration diagnosis target circuit has deteriorated.

請求項4記載の発明は、請求項1又は請求項2において、前記判定回路は、前記クロック信号が立ち上がってから前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち下がるまでの時間が所定時間以内である場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the determination circuit includes a time from a rise of the clock signal to a fall of the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit within a predetermined time. If it is, it is determined that the deterioration diagnosis target circuit has deteriorated.

請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項において、前記劣化診断対象回路は、経年的に腐食又は酸化による劣化が進行する金属導体配線により構成されることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the deterioration diagnosis target circuit is composed of a metal conductor wiring that deteriorates due to corrosion or oxidation over time. And

請求項6記載の発明は、請求項5において、前記金属導体配線は、アルミ又は銅の配線であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that, in claim 5, the metal conductor wiring is aluminum or copper wiring.

請求項7記載の発明は、請求項5又は請求項6において、前記金属導体配線は、前記実回路の近傍又は実回路の内部を通して配線されていることを特徴とする。   A seventh aspect of the present invention is characterized in that, in the fifth or sixth aspect, the metal conductor wiring is wired near the actual circuit or inside the actual circuit.

請求項8記載の発明は、請求項5乃至請求項7のいずれか1項において、前記金属導体配線は、前記信号発生回路から前記判定回路までの最短距離よりも長く引き回して配線されていることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the electronic device according to any one of claims 5 to 7, wherein the metal conductor wiring is routed longer than a shortest distance from the signal generation circuit to the determination circuit. It is characterized by.

請求項9記載の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれか1項において、前記劣化診断対象回路は、配線上にビアコンタクト、トランジスタで構成されるバッファ、ワイヤボンディング、アルミ電極、及びリードフレームの少なくとも1つを備えることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the method according to any one of the first to eighth aspects, the degradation diagnosis target circuit includes a via contact on a wiring, a buffer composed of a transistor, wire bonding, an aluminum electrode, and a lead. It is characterized by comprising at least one of the frames.

請求項10記載の発明は、請求項5乃至請求項9のいずれか1項において、前記金属導体配線は、前記半導体集積回路の外周に引き回して配線されるとともに、配線の途中で折り返され、折り返された前記金属導体配線が折り返される前の前記金属導体配線に近接に配置されることを特徴とする。   A tenth aspect of the present invention is the electronic device according to any one of the fifth to ninth aspects, wherein the metal conductor wiring is routed around an outer periphery of the semiconductor integrated circuit and is folded and folded in the middle of the wiring. The metal conductor wiring is arranged in the vicinity of the metal conductor wiring before being folded back.

請求項11記載の発明は、請求項5乃至請求項9のいずれか1項において、前記劣化診断対象回路は、配線上に論理反転回路を有し、前記金属導体配線は、前記半導体集積回路の外周に引き回して配線されるとともに、前記論理反転回路で折り返され、折り返された前記金属導体配線が折り返される前の前記金属導体配線に近接に配置されることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the fifth to ninth aspects, the deterioration diagnosis target circuit includes a logic inversion circuit on a wiring, and the metal conductor wiring is formed on the semiconductor integrated circuit. The metal conductor wiring is routed around the outer periphery, folded back by the logic inversion circuit, and placed near the metal conductor wiring before being folded back.

請求項12記載の発明は、請求項5乃至請求項9のいずれか1項において、前記劣化診断対象回路は、太さの異なる複数の前記金属導体配線により構成されていることを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the fifth to ninth aspects, the deterioration diagnosis target circuit is constituted by a plurality of the metal conductor wirings having different thicknesses.

本発明に係る半導体集積回路は、上記課題を解決するために、請求項13記載の発明は、請求項1乃至請求項12のいずれか1項記載の劣化診断回路をIPコア化して、IPコア化された前記劣化診断回路をASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)のパッケージ内に備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor integrated circuit according to the present invention is characterized in that the degradation diagnosis circuit according to any one of claims 1 to 12 is formed into an IP core, The deterioration diagnosis circuit is provided in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array) package.

本発明の請求項1記載の発明によれば、劣化診断対象回路を通るパルス信号の伝達時間の変化に基づいて、劣化診断対象回路に劣化が生じたか否かを判定するので、簡易な回路構成で劣化診断回路を提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, since it is determined whether or not deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit based on a change in the transmission time of the pulse signal passing through the deterioration diagnosis target circuit, a simple circuit configuration Can provide a deterioration diagnosis circuit.

本発明の請求項2記載の発明によれば、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がLレベルであるか否かにより劣化を判定するので、簡易な構成で確実に信号の伝達時間の変化を検出して、劣化診断を行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, the deterioration is determined based on whether or not the pulse signal output from the deterioration diagnosis target circuit at the rising edge of the clock signal is at the L level. The deterioration diagnosis can be performed by detecting the change in the transmission time.

本発明の請求項3記載の発明によれば、劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち上がってからクロック信号が立ち上がるまでの時間が所定時間以内である場合には劣化が発生したと判定するので、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がHレベルであったとしても、セットアップ違反として早期に劣化を検出することができる。   According to the third aspect of the present invention, if the time from when the pulse signal output from the degradation diagnosis target circuit rises to when the clock signal rises is within a predetermined time, it is determined that degradation has occurred. Therefore, even if the pulse signal output by the degradation diagnosis target circuit at the rising edge of the clock signal is at the H level, degradation can be detected early as a setup violation.

本発明の請求項4記載の発明によれば、クロック信号が立ち上がってから劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち下がるまでの時間が所定時間以内である場合には劣化が発生したと判定するので、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がHレベルであったとしても、劣化診断対象回路内で短絡等が起きた場合にホールド違反として早期に発見することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, it is determined that degradation has occurred when the time from when the clock signal rises to when the pulse signal output by the degradation diagnosis target circuit falls within a predetermined time. Therefore, even if the pulse signal output by the degradation diagnosis target circuit at the rising edge of the clock signal is at the H level, it can be detected early as a hold violation when a short circuit or the like occurs in the degradation diagnosis target circuit. .

本発明の請求項5記載の発明によれば、経年的に腐食又は酸化による劣化が進行する金属導体配線を劣化診断対象回路に用いるので、金属導体配線の劣化を調べることができる。また、劣化が発生した場合に、金属導体配線が劣化の原因であると推定することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the metal conductor wiring that deteriorates due to corrosion or oxidation over time is used for the deterioration diagnosis target circuit, the deterioration of the metal conductor wiring can be examined. Moreover, when deterioration occurs, it can be estimated that the metal conductor wiring is the cause of the deterioration.

本発明の請求項6記載の発明によれば、金属導体配線は、アルミ又は銅であるため、実回路内にアルミ又は銅による配線を行っている場合に、劣化の有無を予測できるとともに、劣化の要因を特定することができる。   According to the invention described in claim 6 of the present invention, since the metal conductor wiring is aluminum or copper, it is possible to predict the presence or absence of deterioration when wiring with aluminum or copper is performed in the actual circuit, and the deterioration. Can be identified.

本発明の請求項7記載の発明によれば、金属導体配線が実回路の近傍又は内部を通して配線されているので、実回路に起きる劣化を早期かつ高い確率で予測することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, since the metal conductor wiring is wired near or inside the actual circuit, the deterioration occurring in the actual circuit can be predicted with an early and high probability.

本発明の請求項8記載の発明によれば、金属導体配線は、信号発生回路から判定回路までの最短距離よりも長く引き回して配線されているので、より信号の伝達時間が長くなり、伝達の遅延が生じた場合に早期に発見することができる。また、半導体集積回路内の大きな面積を引き回しているので、様々な場所で起こる劣化に対して劣化診断を行うことが可能となる。   According to the eighth aspect of the present invention, the metal conductor wiring is routed longer than the shortest distance from the signal generation circuit to the determination circuit, so that the signal transmission time becomes longer and the transmission of the metal conductor wiring becomes longer. If a delay occurs, it can be detected early. In addition, since a large area is routed in the semiconductor integrated circuit, it is possible to perform deterioration diagnosis for deterioration occurring in various places.

本発明の請求項9記載の発明によれば、配線上にビアコンタクト、トランジスタで構成されるバッファ、ワイヤボンディング、アルミ電極、及びリードフレームの少なくとも1つを備えるので、半導体回路内のあらゆる部分に対する劣化診断を行うことができる。また、備えた部品から、劣化要因及び場所を特定することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, since at least one of via contact, transistor buffer, wire bonding, aluminum electrode, and lead frame is provided on the wiring, it can be applied to all parts in the semiconductor circuit. Deterioration diagnosis can be performed. Moreover, a deterioration factor and a place can be specified from the provided parts.

本発明の請求項10記載の発明によれば、近接した金属導体配線の線間の絶縁シリコンが劣化して短絡が生じた場合に、判定回路がシリコンの劣化を発見することができる。   According to the tenth aspect of the present invention, when the insulating silicon between the adjacent metal conductor wiring lines deteriorates and a short circuit occurs, the determination circuit can detect the deterioration of the silicon.

本発明の請求項11記載の発明によれば、論理反転回路で論理が反転するので、折り返されて近接した2本の金属導体配線は電位差を有する。したがって、近接した金属導体配線の線間に電位差によるストレスを与え、絶縁シリコンの劣化を促進するので、早期にシリコンの劣化を発見することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the logic is inverted by the logic inversion circuit, the two metal conductor wirings that are folded and close to each other have a potential difference. Accordingly, stress due to a potential difference is applied between adjacent metal conductor wiring lines to promote deterioration of insulating silicon, so that deterioration of silicon can be detected at an early stage.

本発明の請求項12記載の発明によれば、劣化診断対象回路が太さの異なる複数の金属導体配線で構成されているので、金属導体配線は、細い順に劣化により切断され、劣化の進行具合を判定することができる。   According to the twelfth aspect of the present invention, since the deterioration diagnosis target circuit is composed of a plurality of metal conductor wirings having different thicknesses, the metal conductor wiring is cut by the deterioration in the thin order, and the progress of the deterioration. Can be determined.

本発明の請求項13記載の発明によれば、IPコア化された劣化診断回路をASIC又はFPGAのパッケージ内に備えるので、必要な劣化診断回路を簡単に選択することができ、より早期のより正確な劣化診断を行うことができる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, since the deterioration diagnosis circuit with the IP core is provided in the ASIC or FPGA package, the necessary deterioration diagnosis circuit can be easily selected, and the earlier Accurate deterioration diagnosis can be performed.

以下、本発明の劣化診断回路及び半導体集積回路の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of a deterioration diagnosis circuit and a semiconductor integrated circuit according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

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。図1は、本発明の実施例1の劣化診断回路13aを有する半導体集積回路10aの構成を示すブロック図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit 10a having a deterioration diagnosis circuit 13a according to the first embodiment of the present invention.

まず、本実施の形態の構成を説明する。図1に示すように、半導体集積回路10aは、実回路12と本実施の形態に係る劣化診断回路13aとを有する。実回路12は、経年劣化する可能性を有する。劣化診断回路13aは、信号発生回路14、劣化診断対象回路16a、及び劣化判定回路18で構成されている。   First, the configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit 10a includes an actual circuit 12 and a deterioration diagnosis circuit 13a according to the present embodiment. The actual circuit 12 has a possibility of aging. The deterioration diagnosis circuit 13a includes a signal generation circuit 14, a deterioration diagnosis target circuit 16a, and a deterioration determination circuit 18.

劣化診断回路13aは、半導体集積回路10a内に設けられた実回路12の経年劣化による故障時期を予測する。信号発生回路14は、一定の周波数でパルス信号を劣化診断対象回路16aに出力する。   The deterioration diagnosis circuit 13a predicts a failure time due to aged deterioration of the actual circuit 12 provided in the semiconductor integrated circuit 10a. The signal generation circuit 14 outputs a pulse signal at a constant frequency to the degradation diagnosis target circuit 16a.

劣化診断対象回路16aは、実回路12と同時期に設けられ、信号発生回路14により出力されたパルス信号を通過させて劣化判定回路18に出力する。この劣化診断対象回路16aが実回路12と同時期に設けられているので、劣化診断対象回路16aに劣化が生じた場合には、劣化診断回路13aは、実回路12にも経年劣化による故障が生じている可能性が高いと判断する。   The deterioration diagnosis target circuit 16a is provided at the same time as the actual circuit 12, passes the pulse signal output from the signal generation circuit 14, and outputs the pulse signal to the deterioration determination circuit 18. Since the deterioration diagnosis target circuit 16a is provided at the same time as the actual circuit 12, when the deterioration diagnosis target circuit 16a is deteriorated, the deterioration diagnosis circuit 13a causes the real circuit 12 to have a failure due to deterioration over time. Judge that there is a high probability that it has occurred.

劣化判定回路18は、本発明の判定回路に対応し、信号発生回路14により出力されたパルス信号の立ち上がりから所定時間だけ遅れて立ち上がりかつ信号発生回路14により出力されたパルス信号と同じ周波数を有するクロック信号を生成するとともに、劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号のタイミングとクロック信号のタイミングとを比較して劣化診断対象回路16aの劣化が発生したか否かを判定し、判定結果を実回路12と外部との少なくとも一方に出力する。   The degradation determination circuit 18 corresponds to the determination circuit of the present invention, and has the same frequency as the pulse signal that rises after a predetermined time from the rise of the pulse signal output by the signal generation circuit 14 and is output by the signal generation circuit 14. A clock signal is generated, and the timing of the pulse signal output from the degradation diagnosis target circuit 16a is compared with the timing of the clock signal to determine whether or not the degradation diagnosis target circuit 16a has deteriorated. Output to at least one of the actual circuit 12 and the outside.

本実施例においては、劣化判定回路18は、実回路12及び外部の両方に接続されている。劣化判定回路18が実回路12又は外部に判定結果を出力した後の動作はどのようなものであってもよい。例えば、外部に送られた判定結果が劣化を検出した場合には、ランプ等により使用者に劣化の可能性を知らせることができる。また実回路12に劣化を示す判定結果が出力された場合には、実回路12の動作を一時停止しても良いし、メンテナンスの時期を設定してもよい。   In this embodiment, the deterioration determination circuit 18 is connected to both the actual circuit 12 and the outside. The operation after the deterioration determination circuit 18 outputs the determination result to the actual circuit 12 or the outside may be any operation. For example, when the determination result sent to the outside detects deterioration, the user can be notified of the possibility of deterioration by a lamp or the like. When a determination result indicating deterioration is output to the actual circuit 12, the operation of the actual circuit 12 may be temporarily stopped or a maintenance time may be set.

信号発生回路14により出力されたパルス信号と、劣化判定回路18内で生成されるクロック信号のタイミングの同期をとる方法は色々考えられるが、1例として以下のような方法が考えられる。半導体集積回路10a内には、図示しないクロックが設けられており、劣化判定回路18内で生成されるクロック信号よりも非常に早い第2クロック信号を生成するとする。この第2クロック信号の10周期ごとに信号発生回路14内でパルス信号を生成、出力し、パルス信号を生成してから第2クロック信号の3周期後に常に劣化判定回路18内でクロック信号を生成するとすれば、パルス信号と劣化判定回路18内で生成されるクロック信号とのタイミングの同期をとることができる。この場合、第2クロック信号自体に遅れが生じない限り、両信号は、同じ周波数かつ第2クロック信号3周期分の立ち上がり時刻のずれを有する。ここでは第2クロック信号3周期分と仮定しているが、劣化診断対象回路16a内でのパルス信号伝達時間に合わせて調節する必要がある。   There are various methods for synchronizing the timing of the pulse signal output from the signal generation circuit 14 and the clock signal generated in the deterioration determination circuit 18, but the following method is considered as an example. It is assumed that a clock (not shown) is provided in the semiconductor integrated circuit 10 a and a second clock signal that is much faster than the clock signal generated in the deterioration determination circuit 18 is generated. A pulse signal is generated and output in the signal generation circuit 14 every 10 cycles of the second clock signal, and a clock signal is always generated in the deterioration determination circuit 18 after 3 cycles of the second clock signal. Then, the timing of the pulse signal and the clock signal generated in the deterioration determination circuit 18 can be synchronized. In this case, as long as there is no delay in the second clock signal itself, both signals have the same frequency and a rise time shift corresponding to three cycles of the second clock signal. Here, it is assumed that there are three cycles of the second clock signal, but it is necessary to adjust in accordance with the pulse signal transmission time in the degradation diagnosis target circuit 16a.

次に実施例1に係る劣化診断回路13aの動作を説明する。図2及び図3は、各部における信号の動作タイムチャートを示す図である。本実施例において、劣化判定回路18は、D(Delay)タイプのフリップフロップを劣化の判定に用いている。Dタイプのフリップフロップは、クロック信号の立ち上がり時(LレベルからHレベルに変化した時)に、フリップフロップのD端子に入力された信号の状態をそのままQ端子に出力する。   Next, the operation of the deterioration diagnosis circuit 13a according to the first embodiment will be described. 2 and 3 are diagrams showing operation time charts of signals in the respective units. In this embodiment, the deterioration determination circuit 18 uses a D (Delay) type flip-flop for determination of deterioration. The D type flip-flop outputs the state of the signal input to the D terminal of the flip-flop as it is to the Q terminal when the clock signal rises (when it changes from L level to H level).

信号発生回路14は、時刻tにおいてパルス信号を生成し出力する。出力されたパルス信号は、劣化診断対象回路16aを通過し、時刻tにおいて劣化判定回路18に入力される。劣化診断対象回路16aをパルス信号が伝達するのに所定の時間を要するため、パルス信号が信号発生回路14により出力されてから劣化判定回路18に入力されるまで正常遅延時間Tを要する。 Signal generating circuit 14 generates and outputs a pulse signal at time t 1. Output pulse signal passes through the deterioration diagnosis target circuit 16a, is input to the deterioration determination circuit 18 at time t 2. It takes a predetermined time degradation diagnosis target circuit 16a to the pulse signal is transmitted, it takes the normal delay time T 1 until the pulse signal is input from the output of the signal generating circuit 14 to the degradation judgment circuit 18.

信号発生回路14により生成されたパルス信号のオン時間(Hレベルの時間)は、セットアップ時間+α及びホールド時間+βの合計期間である。ここで、セットアップ時間は、本発明の所定時間に対応し、フリップフロップにパルス信号が入力されてからクロック信号が立ち上がるまでの間に最小限必要な時間を指す。またホールド時間は、本発明の所定時間に対応し、クロック信号が立ち上がってからフリップフロップに入力されたパルス信号が立ち下がるまでに最小限必要な時間を指す。   The ON time (H level time) of the pulse signal generated by the signal generation circuit 14 is a total period of the setup time + α and the hold time + β. Here, the setup time corresponds to the predetermined time of the present invention, and indicates the minimum necessary time from when the pulse signal is input to the flip-flop until the clock signal rises. The hold time corresponds to the predetermined time of the present invention, and indicates the minimum time required from the rise of the clock signal to the fall of the pulse signal input to the flip-flop.

α及びβは、劣化診断対象回路16aの固有の値であり、計算や経験則により求めて設定する。α及びβの時間を調節することにより、劣化診断の基準を定めることができる。α及びβが非常に短い場合には、判定回路18は、わずかな劣化に基づく遅延時間の増加に対して劣化を検出することができる。逆にα及びβが長い場合には、判定回路18は、劣化が進行して遅延時間が非常に長く増加したときに限って劣化を検出する。   α and β are specific values of the degradation diagnosis target circuit 16a, and are obtained and set by calculation or empirical rules. By adjusting the time of α and β, it is possible to determine the criteria for deterioration diagnosis. When α and β are very short, the determination circuit 18 can detect deterioration with respect to an increase in delay time based on slight deterioration. Conversely, when α and β are long, the determination circuit 18 detects the deterioration only when the deterioration progresses and the delay time increases very long.

したがって、信号発生回路14は、時間α、βを調節できる機能を有する。この調節により劣化判定のマージンが調節される。   Therefore, the signal generation circuit 14 has a function of adjusting the times α and β. This adjustment adjusts the margin for deterioration determination.

劣化判定回路18は、時刻tにおいてクロック信号が生成され立ち上がる。劣化判定回路18にパルス信号が入力される時刻tから、劣化判定回路18がクロック信号を生成する時刻tまでの時間はセットアップ時間+αである。したがって、劣化判定回路18は、信号発生回路14により出力されたパルス信号の立ち上がりから、正常遅延時間T+セットアップ時間+αの時間だけ遅れてクロック信号が立ち上がるように、あらかじめ設定する必要がある。 Deterioration determination circuit 18, the clock signal at time t 3 rises are generated. From the time t 2 of the pulse signal to the deterioration determining circuit 18 is inputted, the time until time t 3 when the deterioration determination circuit 18 generates a clock signal is set-up time + alpha. Therefore, the deterioration determination circuit 18 needs to be set in advance so that the clock signal rises with a delay of the normal delay time T 1 + setup time + α from the rise of the pulse signal output by the signal generation circuit 14.

時刻tにおけるクロック信号の立ち上がり時に、劣化判定回路18内のフリップフロップに入力されたパルス信号がHレベルであるため、劣化判定回路18内のフリップフロップは、Hレベルの信号を出力する。正常状態が続いていれば、劣化判定回路18内のフリップフロップの出力信号は、常にHレベルである。 At the rising edge of the clock signal at time t 3, the pulse signal input to the flip-flop in the deterioration determination circuit 18 is at the H level, so the flip-flop in the deterioration determination circuit 18 outputs an H level signal. If the normal state continues, the output signal of the flip-flop in the degradation determination circuit 18 is always at the H level.

劣化診断対象回路16aが劣化した場合、劣化診断対象回路16aに入力されたパルス信号が劣化診断対象回路16a内を伝達する時間が遅れる、若しくは進む現象が現れる。パルス信号が遅れる場合の原因は、劣化診断対象回路16a内の半導体の劣化現象により高抵抗になる等が考えられる。   When the deterioration diagnosis target circuit 16a is deteriorated, a phenomenon in which the time for which the pulse signal input to the deterioration diagnosis target circuit 16a is transmitted through the deterioration diagnosis target circuit 16a is delayed or advanced appears. The cause when the pulse signal is delayed may be a high resistance due to a deterioration phenomenon of the semiconductor in the deterioration diagnosis target circuit 16a.

図2において、パルス信号が遅れた場合の動作を説明する。信号発生回路14は、時刻tにおいてパルス信号を生成し出力する。出力されたパルス信号は、劣化診断対象回路16aを通過し、正常な状態であれば、時刻tにおいて劣化判定回路18に入力される。しかしながら、劣化診断対象回路16a内で劣化が生じているためパルス信号の伝達時間に遅延が生じ、パルス信号が信号発生回路14により出力されてから劣化判定回路18に入力されるまでにかかる時間Tは、正常遅延時間Tよりも長い。 In FIG. 2, the operation when the pulse signal is delayed will be described. Signal generating circuit 14 generates and outputs a pulse signal at time t 4. Output pulse signal passes through the degradation diagnosis target circuit 16a, if normal state is input to the deterioration determination circuit 18 at time t 5. However, since degradation occurs in the degradation diagnosis target circuit 16a, a delay occurs in the transmission time of the pulse signal, and the time T from when the pulse signal is output by the signal generation circuit 14 until it is input to the degradation determination circuit 18 2, longer than the normal delay time T 1.

したがって、時刻tにおけるクロック信号の立ち上がり時に、劣化診断対象回路16aにより出力され劣化判定回路18内のフリップフロップに入力されたパルス信号がLレベルであるため、劣化判定回路18内のフリップフロップは、Lレベルの信号を出力する(時刻t)。 Therefore, at the rising edge of the clock signal at time t 6, since the pulse signal inputted to the flip-flop of the output by the deterioration diagnosis target circuit 16a in the deterioration determination circuit 18 is at L level, the flip-flop in the deterioration determination circuit 18 , An L level signal is output (time t 7 ).

劣化判定回路18は、フリップフロップの出力信号をラッチ判定して、劣化判定信号を出力する。したがって、フリップフロップが1度でもLレベルの信号を出力すると、劣化判定回路18は、その後Lレベルの劣化判定信号を出力し続ける(時刻t)。すなわち、劣化判定回路18は、劣化診断対象回路16aに劣化が生じていることを検出した場合、Lレベルの劣化判定信号を出力する
以上のような動作により、劣化判定回路18は、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号がLレベルである場合には劣化診断対象回路16aの劣化が発生したと判定する。
The deterioration determination circuit 18 performs latch determination on the output signal of the flip-flop and outputs a deterioration determination signal. Therefore, when the flip-flop outputs an L level signal even once, the deterioration determination circuit 18 continues to output an L level deterioration determination signal thereafter (time t 7 ). That is, when the deterioration determination circuit 18 detects that deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit 16a, the deterioration determination circuit 18 outputs an L level deterioration determination signal. When the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit 16a at the time of rising is at the L level, it is determined that the deterioration diagnosis target circuit 16a has deteriorated.

また、クロック信号の立ち上がり時にセットアップ違反又はホールド違反が生じた場合にも、劣化診断対象回路16aの劣化が発生したと判定することができる。この場合の動作を図3を用いて説明する。   Further, when a setup violation or a hold violation occurs at the rising edge of the clock signal, it can be determined that the deterioration diagnosis target circuit 16a has deteriorated. The operation in this case will be described with reference to FIG.

劣化診断対象回路16aにおいて劣化が生じてない場合、パルス信号は、信号発生回路14により出力されてから劣化判定回路18に入力されるまで正常遅延時間T´を要する。時刻t´、t´、及びt´における各部の動作は、図2の時刻t、t、及びtにおける各部の動作と同じであるため、詳しい説明を省略する。 When no deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit 16a, the pulse signal requires a normal delay time T 1 ′ from being output by the signal generation circuit 14 until being input to the deterioration determination circuit 18. The operation of each unit at times t 1 ′, t 2 ′, and t 3 ′ is the same as the operation of each unit at times t 1 , t 2 , and t 3 in FIG.

信号発生回路14は、時刻t´においてパルス信号を生成し出力する。出力されたパルス信号は、劣化診断対象回路16aを通過し、正常な状態であれば、時刻t´において劣化判定回路18に入力される。しかしながら、劣化診断対象回路16a内で劣化が生じているためパルス信号の伝達時間に遅延が生じ、パルス信号が信号発生回路14により出力されてから劣化判定回路18に入力されるまでにかかる時間T´は、正常遅延時間T´よりも長い。 The signal generation circuit 14 generates and outputs a pulse signal at time t 4 ′. Output pulse signal passes through the degradation diagnosis target circuit 16a, if normal state is input to the deterioration determination circuit 18 at time t 5 '. However, since degradation occurs in the degradation diagnosis target circuit 16a, a delay occurs in the transmission time of the pulse signal, and the time T from when the pulse signal is output by the signal generation circuit 14 until it is input to the degradation determination circuit 18 2 ', normal delay time T 1' longer than.

しかしながら、劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号が、時刻t´において劣化判定回路18内のフリップフロップに入力された際にまだクロック信号は立ち上がっていない。その後、クロック信号が時刻t´において立ち上がった時に、劣化診断対象回路16aにより出力され劣化判定回路18内のフリップフロップに入力されたパルス信号は、Hレベルである。 However, the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit 16a is still clock signal when the input to the flip-flops in the degradation judgment circuit 18 at time t 6 'does not rise. Thereafter, when the clock signal rises at time t 7 ′, the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit 16a and input to the flip-flop in the deterioration determination circuit 18 is at the H level.

ところが、パルス信号が劣化判定回路18内のフリップフロップに入力された時刻t´から、クロック信号の立ち上がる時刻t´までの時間がセットアップ時間よりも短いため、セットアップ違反が起こる。この際、フリップフロップの出力信号は、メタステーブルとなる。ここでメタステーブルとは、フリップフロップの入力信号においてセットアップ時間、もしくはホールド時間が守られなかった場合に、出力信号が不安定な状態になることを言う。 However, since the time from the time t 6 ′ when the pulse signal is input to the flip-flop in the deterioration determination circuit 18 to the time t 7 ′ when the clock signal rises is shorter than the setup time, a setup violation occurs. At this time, the output signal of the flip-flop becomes a metastable. Here, metastable means that the output signal becomes unstable when the setup time or hold time is not observed in the input signal of the flip-flop.

劣化判定回路18は、フリップフロップの出力信号をラッチ判定して、劣化判定信号を出力する。したがって、フリップフロップの出力信号がメタステーブルとなり、1度でもLレベルの信号を出力すると、劣化判定回路18は、その後Lレベルの劣化判定信号を出力し続ける(時刻t´)。 The deterioration determination circuit 18 performs latch determination on the output signal of the flip-flop and outputs a deterioration determination signal. Therefore, when the output signal of the flip-flop becomes a metastable and outputs an L level signal even once, the deterioration determination circuit 18 continues to output an L level deterioration determination signal thereafter (time t 8 ′).

すなわち、劣化判定回路18は、劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号が立ち上がってからクロック信号が立ち上がるまでの時間が所定時間(セットアップ時間)以内である場合には劣化診断対象回路16aの劣化が発生したと判定して、Lレベルの劣化判定信号を出力する
逆に、劣化診断対象回路16a内で短絡等が起きて、パルス信号の伝達時間が短い場合が考えられる。この場合にはホールド違反となり、セットアップ違反の場合と同様にメタステーブルが起きる。すなわち、劣化判定回路18は、クロック信号が立ち上がってから劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号が立ち下がるまでの時間が所定時間(ホールド時間)以内である場合には劣化診断対象回路16aの劣化が発生したと判定して、Lレベルの劣化判定信号を出力する。
That is, when the time from when the pulse signal output from the degradation diagnosis target circuit 16a rises to when the clock signal rises is within a predetermined time (setup time), the degradation determination circuit 18 degrades the degradation diagnosis target circuit 16a. It is determined that the signal has occurred, and an L level deterioration determination signal is output. Conversely, a short circuit or the like may occur in the deterioration diagnosis target circuit 16a, and the pulse signal transmission time may be short. In this case, a hold violation occurs and a metastable occurs as in the case of a setup violation. That is, when the time from when the clock signal rises to when the pulse signal output by the degradation diagnosis target circuit 16a falls is within a predetermined time (hold time), the degradation determination circuit 18 It is determined that deterioration has occurred, and an L level deterioration determination signal is output.

上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る劣化診断回路13aによれば、劣化診断対象回路16aを通るパルス信号の伝達時間の変化に基づいて、劣化診断対象回路16aに劣化が生じたか否かを判定するので、簡易な回路構成で劣化診断回路13aを提供することができる。   As described above, according to the deterioration diagnosis circuit 13a according to the first embodiment of the present invention, whether deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit 16a based on the change in the transmission time of the pulse signal passing through the deterioration diagnosis target circuit 16a. Therefore, it is possible to provide the deterioration diagnosis circuit 13a with a simple circuit configuration.

また、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号がLレベルであるか否かにより劣化を判定するので、簡易な構成で確実に信号の伝達時間の変化を検出して、劣化診断を行うことができる。   Further, since the deterioration is determined based on whether or not the pulse signal output from the deterioration diagnosis target circuit 16a at the rising edge of the clock signal is at the L level, a change in the signal transmission time is reliably detected with a simple configuration, Deterioration diagnosis can be performed.

さらに、劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号が立ち上がってからクロック信号が立ち上がるまでの時間が所定時間以内である場合には劣化が発生したと判定するので、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がHレベルであったとしても、セットアップ違反として早期に劣化を検出することができる。   Further, when the time from when the pulse signal output from the degradation diagnosis target circuit 16a rises to when the clock signal rises is within a predetermined time, it is determined that degradation has occurred. Even if the pulse signal output by the circuit is at the H level, it is possible to detect deterioration early as a setup violation.

一方、クロック信号が立ち上がってから劣化診断対象回路16aにより出力されたパルス信号が立ち下がるまでの時間が所定時間以内である場合には劣化が発生したと判定するので、クロック信号の立ち上がり時に劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がHレベルであったとしても、劣化診断対象回路16a内で短絡等が起きた場合にホールド違反として早期に発見することができる。   On the other hand, if the time from when the clock signal rises to when the pulse signal output by the degradation diagnosis target circuit 16a falls is within a predetermined time, it is determined that degradation has occurred, so degradation diagnosis is performed when the clock signal rises. Even if the pulse signal output by the target circuit is at the H level, it can be detected early as a hold violation when a short circuit or the like occurs in the degradation diagnosis target circuit 16a.

図4は、本発明の実施例2の劣化診断回路13bを有する半導体集積回路10bの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点としては、劣化診断対象回路16bは、経年的に腐食又は酸化による劣化が進行する金属導体配線である銅配線20により構成されている。本実施例では銅配線20を用いているが、アルミ配線であってもよい。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor integrated circuit 10b having the deterioration diagnosis circuit 13b according to the second embodiment of the present invention. As a difference from the configuration of the first embodiment, the degradation diagnosis target circuit 16b is configured by a copper wiring 20 which is a metal conductor wiring that deteriorates due to corrosion or oxidation over time. In this embodiment, the copper wiring 20 is used, but an aluminum wiring may be used.

また銅配線20は、実回路12の近傍で且つ実回路12を取り囲んで長く引き回して設けられている。したがって、実回路12において酸化等による劣化が生じた場合に、銅配線20が実回路12の近くに設けられているため、銅配線20に同様に酸化等による劣化が生じ、早期に劣化を発見することができる。銅配線20は、実回路12の内部を通るように配線することも可能であり、同様の効果を期待できる。   Further, the copper wiring 20 is provided in the vicinity of the actual circuit 12 and extending around the actual circuit 12 for a long time. Therefore, when the deterioration due to oxidation or the like occurs in the actual circuit 12, since the copper wiring 20 is provided near the actual circuit 12, the deterioration due to oxidation or the like similarly occurs in the copper wiring 20, and the deterioration is discovered at an early stage. can do. The copper wiring 20 can be wired so as to pass through the inside of the actual circuit 12, and the same effect can be expected.

さらに、銅配線20は、信号発生回路14から劣化判定回路18までの最短距離よりも長く引き回して配線されているので、より信号の伝達時間が長くなり、伝達の遅延が生じた場合に早期に発見することができる。また、銅配線20は、半導体集積回路10b内に広い面積を占めるように引き回されているので、様々な場所で起こる劣化に対して劣化診断を行うことが可能となる。   Furthermore, since the copper wiring 20 is routed longer than the shortest distance from the signal generation circuit 14 to the deterioration determination circuit 18, the signal transmission time becomes longer, and when a transmission delay occurs earlier, Can be found. Further, since the copper wiring 20 is routed so as to occupy a large area in the semiconductor integrated circuit 10b, it is possible to perform deterioration diagnosis for deterioration occurring in various places.

銅配線20上には、配線の層間接続を行うビアコンタクト22及びトランジスタで構成されるバッファ24が設けられている。本実施例においては両方が設けられているが、必ずしも両方設置する必要はなく、いずれか一方若しくは両方が設置されていなくてもよい。   On the copper wiring 20, a via contact 22 that performs interlayer connection of the wiring and a buffer 24 including a transistor are provided. In the present embodiment, both are provided, but it is not always necessary to install both, and either one or both may not be installed.

次に実施例2に係る劣化診断回路13bの動作を説明する。信号発生回路14により出力されたパルス信号が劣化診断対象回路16bを伝達して劣化判定回路18に入力されるのは、実施例1と同様である。劣化診断対象回路16b内で、銅配線20は、エレクトロマイグレーションによる空孔(ボイド)による抵抗増大や断線、若しくは腐食による短絡や断線などが生じる可能性がある。またビアコンタクト22は、銅配線20と同様の劣化に加え、不純物混入によりその不純物が劣化していくことで開放などが生じる可能性がある。さらにトランジスタで構成されるバッファ24は、ゲート酸化膜の絶縁破壊などによる動作不良に至る可能性がある。   Next, the operation of the deterioration diagnosis circuit 13b according to the second embodiment will be described. The pulse signal output from the signal generation circuit 14 is transmitted to the deterioration diagnosis target circuit 16b and input to the deterioration determination circuit 18, as in the first embodiment. In the degradation diagnosis target circuit 16b, there is a possibility that the copper wiring 20 may have increased resistance or disconnection due to voids due to electromigration, or short circuit or disconnection due to corrosion. In addition to the deterioration similar to that of the copper wiring 20, the via contact 22 may be opened due to the deterioration of the impurity due to the mixing of the impurity. Further, the buffer 24 composed of transistors may lead to malfunction due to dielectric breakdown of the gate oxide film.

以上のような劣化が生じた結果、信号発生回路14により出力されたパルス信号は、劣化診断対象回路16b内で伝達時間が長く又は短くなる。劣化判定回路18の動作は、実施例1と同様である。   As a result of the deterioration as described above, the transmission time of the pulse signal output from the signal generation circuit 14 becomes longer or shorter in the deterioration diagnosis target circuit 16b. The operation of the deterioration determination circuit 18 is the same as that in the first embodiment.

上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係る劣化診断回路13bによれば、経年的に腐食又は酸化による劣化が進行する金属導体配線である銅配線20を劣化診断対象回路16bに用いるので、銅配線20の劣化を調べることができる。また、劣化が発生した場合に、銅配線20が劣化の原因であると推定することができる。   As described above, according to the deterioration diagnosis circuit 13b according to the second embodiment of the present invention, the copper wiring 20, which is a metal conductor wiring that deteriorates due to corrosion or oxidation with time, is used for the deterioration diagnosis target circuit 16b. The deterioration of the copper wiring 20 can be examined. Moreover, when deterioration occurs, it can be estimated that the copper wiring 20 is the cause of the deterioration.

また、銅配線20を用いているので、実回路12内に銅による配線を行っている場合に、劣化の有無を予測できるとともに、劣化の要因を特定することができる。   Moreover, since the copper wiring 20 is used, when the copper wiring is performed in the actual circuit 12, it is possible to predict the presence or absence of deterioration and to specify the cause of the deterioration.

さらに、銅配線20が実回路12の近傍に配線されているので、実回路12に起きる劣化を早期かつ高い確率で予測することができる。   Furthermore, since the copper wiring 20 is wired in the vicinity of the actual circuit 12, the deterioration occurring in the actual circuit 12 can be predicted with an early and high probability.

一方、銅配線20は、信号発生回路14から劣化判定回路18までの最短距離よりも長く引き回して配線されているので、より信号の伝達時間が長くなり、伝達の遅延が生じた場合に早期に発見することができる。また、銅配線20は、半導体集積回路10b内で広い面積を占めるように引き回されているので、様々な場所で起こる劣化に対して劣化診断を行うことが可能となる。   On the other hand, since the copper wiring 20 is routed longer than the shortest distance from the signal generation circuit 14 to the deterioration determination circuit 18, the signal transmission time becomes longer and the transmission delay occurs earlier. Can be found. Further, since the copper wiring 20 is routed so as to occupy a large area in the semiconductor integrated circuit 10b, it is possible to perform deterioration diagnosis for deterioration occurring in various places.

さらに、配線上にビアコンタクト22及びトランジスタで構成されるバッファ24を備えるので、劣化診断対象回路16b内に劣化が生じた場合に、実回路12内のビアコンタクト又はバッファが劣化要因であると特定できるとともに、劣化の場所も特定することができる。   Further, since the via contact 22 and the buffer 24 composed of a transistor are provided on the wiring, it is determined that the via contact or the buffer in the actual circuit 12 is a deterioration factor when the deterioration occurs in the deterioration diagnosis target circuit 16b. In addition, the location of deterioration can be specified.

次に、図5は、本発明の実施例3の劣化診断回路13cを有する半導体集積回路10cの構成を示すブロック図である。実施例2の構成と異なる点としては、劣化診断対象回路16cの配線上に、ワイヤボンディング28と、ワイヤボンディング28の一端及び信号発生回路14に接続されたアルミ電極26と、ワイヤボンディング28の他端に接続されたリードフレーム30とが設けられている点である。本実施例においては、ワイヤボンディング28とアルミ電極26とリードフレーム30との全てが設けられているが、必ずしも全て設ける必要はなく、少なくとも一つを設ける構成とすることもできる。   Next, FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor integrated circuit 10c having the deterioration diagnosis circuit 13c according to the third embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the second embodiment is that the wire bonding 28, the aluminum electrode 26 connected to one end of the wire bonding 28 and the signal generation circuit 14, and the wire bonding 28 are arranged on the wiring of the degradation diagnosis target circuit 16 c. The lead frame 30 connected to the end is provided. In this embodiment, all of the wire bonding 28, the aluminum electrode 26, and the lead frame 30 are provided. However, it is not always necessary to provide all of them, and at least one of them may be provided.

またリードフレーム30は、外部接続配線32に接続されている。外部接続配線32は、例えばあらかじめ設けられたプリント基板上の配線であってもよい。外部接続配線32の他端は、別のワイヤボンディング及びアルミ電極を介して劣化判定回路18に接続されている。   The lead frame 30 is connected to the external connection wiring 32. The external connection wiring 32 may be a wiring on a printed board provided in advance, for example. The other end of the external connection wiring 32 is connected to the deterioration determination circuit 18 through another wire bonding and an aluminum electrode.

次に実施例3に係る劣化診断回路13cの動作を説明する。信号発生回路14により出力されたパルス信号が劣化診断対象回路16cを伝達して劣化判定回路18に入力されるのは、実施例1と同様である。劣化診断対象回路16c内で、半導体集積回路10cの表面電極であるアルミ電極26やパッケージのリードフレーム30とワイヤボンディング28との接合部は、劣化を生じる可能性がある。劣化を生じた場合、金属化合物成長による高抵抗や断線が生じる。   Next, the operation of the deterioration diagnosis circuit 13c according to the third embodiment will be described. The pulse signal output from the signal generation circuit 14 is transmitted to the deterioration diagnosis target circuit 16c and input to the deterioration determination circuit 18, as in the first embodiment. In the deterioration diagnosis target circuit 16c, there is a possibility that the aluminum electrode 26, which is the surface electrode of the semiconductor integrated circuit 10c, or the joint portion between the lead frame 30 of the package and the wire bonding 28 may deteriorate. When deterioration occurs, high resistance and disconnection occur due to growth of the metal compound.

以上のような劣化が生じた結果、信号発生回路14により出力されたパルス信号は、劣化診断対象回路16c内で伝達時間が長く又は短くなる。劣化判定回路18の動作は、実施例1と同様である。   As a result of the deterioration as described above, the transmission time of the pulse signal output from the signal generation circuit 14 becomes longer or shorter in the deterioration diagnosis target circuit 16c. The operation of the deterioration determination circuit 18 is the same as that in the first embodiment.

上述のとおり、本発明の実施例3の形態に係る劣化診断回路13cによれば、配線上にアルミ電極26、ワイヤボンディング28、及びリードフレーム30が備えられているので、劣化診断対象回路16c内に劣化が生じた場合に、実回路12内のアルミ電極26、ワイヤボンディング28、及びリードフレーム30のいずれかが劣化要因であると特定できるとともに、劣化の場所も特定することができる。   As described above, according to the deterioration diagnosis circuit 13c according to the third embodiment of the present invention, the aluminum electrode 26, the wire bonding 28, and the lead frame 30 are provided on the wiring. When deterioration occurs, it can be specified that any one of the aluminum electrode 26, the wire bonding 28, and the lead frame 30 in the actual circuit 12 is a deterioration factor, and the deterioration location can also be specified.

次に、図6は、本発明の実施例4の劣化診断回路13dを有する半導体集積回路10dの構成を示すブロック図である。実施例3の構成と異なる点としては、劣化診断対象回路16dは、配線上に入力された論理を反転して出力する論理反転回路34を有する。また、銅配線20は、半導体集積回路10dの外周で且つ実回路12と劣化診断回路13dとを取り囲むように引き回して配線されるとともに、論理反転回路34で折り返され、折り返された銅配線20が折り返される前の銅配線20に近接に配置されている。   Next, FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor integrated circuit 10d having the deterioration diagnosis circuit 13d according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the third embodiment is that the degradation diagnosis target circuit 16d has a logic inversion circuit 34 that inverts and outputs the logic input on the wiring. The copper wiring 20 is routed around the semiconductor integrated circuit 10d so as to surround the actual circuit 12 and the deterioration diagnosis circuit 13d. The copper wiring 20 is folded back by the logic inversion circuit 34. It is arranged close to the copper wiring 20 before being folded.

なお、論理反転回路34は必ずしも必須ではない。論理反転回路34が無いとすると、銅配線20は、半導体集積回路10dの外周で且つ実回路12と劣化診断回路13dとを取り囲むように引き回して配線されるとともに、配線の途中で折り返され、折り返された銅配線20が折り返される前の銅配線20に近接に配置されている。   Note that the logic inversion circuit 34 is not always essential. If the logic inversion circuit 34 is not provided, the copper wiring 20 is routed around the semiconductor integrated circuit 10d so as to surround the actual circuit 12 and the deterioration diagnosis circuit 13d, and is also folded and folded in the middle of the wiring. The copper wiring 20 is disposed in the vicinity of the copper wiring 20 before being folded back.

次に実施例4に係る劣化診断回路13dの動作を説明する。信号発生回路14により出力されたパルス信号が劣化診断対象回路16dを伝達して劣化判定回路18に入力されるのは、実施例1と同様である。劣化診断対象回路16d内で、温度サイクル環境において半導体集積回路10dに収縮応力が加わるため、特に半導体集積回路10dのコーナー部に配線スライド現象が起こり、銅配線20は亀裂等の断線を生じる。また、半導体集積回路10dは、一般的に樹脂封止タイプのパッケージを使用する。このパッケージは、経年とともに水分に進入される。特に樹脂とリードフレームとの界面から進入する水分は、パッケージ表面に付着した不純物を含んだ腐食性水溶液となり、半導体集積回路10dの周辺から進入して、アルミ配線又は銅配線20を腐食させる。   Next, the operation of the deterioration diagnosis circuit 13d according to the fourth embodiment will be described. The pulse signal output from the signal generation circuit 14 is transmitted to the deterioration diagnosis target circuit 16d and input to the deterioration determination circuit 18, as in the first embodiment. In the degradation diagnosis target circuit 16d, contraction stress is applied to the semiconductor integrated circuit 10d in a temperature cycle environment, so that a wiring slide phenomenon occurs particularly at the corner portion of the semiconductor integrated circuit 10d, and the copper wiring 20 is broken such as a crack. The semiconductor integrated circuit 10d generally uses a resin-encapsulated package. This package gets into moisture over time. In particular, moisture entering from the interface between the resin and the lead frame becomes a corrosive aqueous solution containing impurities adhering to the package surface, entering from the periphery of the semiconductor integrated circuit 10d, and corroding the aluminum wiring or the copper wiring 20.

よって、銅配線20は半導体集積回路10dの外周に配置されているので、コーナー部に発生するスライド現象による断線や進入した水分による腐食に基づく劣化が生じた場合には、劣化判定回路18は、劣化を検出することができる。また論理回路34は、入力された信号の論理を反転させる。したがって、銅配線20に入力されたパルス信号は、論理反転回路34により折り返される前と折り返された後とで論理が反転しているため、近接した2本の銅配線20に電位差を生じさせる。その電位差は、2本の銅配線20の線間の絶縁シリコンが劣化するのを促進させる。したがって、近接配線間の短絡の劣化が早期に検出される。劣化判定回路18の動作は、実施例1と同様である。   Therefore, since the copper wiring 20 is disposed on the outer periphery of the semiconductor integrated circuit 10d, when the deterioration due to the disconnection due to the sliding phenomenon occurring in the corner portion or the corrosion due to the entering moisture occurs, the deterioration determination circuit 18 Degradation can be detected. The logic circuit 34 inverts the logic of the input signal. Therefore, since the logic of the pulse signal input to the copper wiring 20 is inverted before and after being folded by the logic inversion circuit 34, a potential difference is generated between the two adjacent copper wirings 20. The potential difference promotes the deterioration of the insulating silicon between the two copper wirings 20. Therefore, the deterioration of the short circuit between adjacent wirings is detected at an early stage. The operation of the deterioration determination circuit 18 is the same as that in the first embodiment.

さらに、仮に論理反転回路34が無いとしても、近接した2本の銅配線20の線間に電位差によるストレスは与えられないが、短絡が生じた場合には通常よりも早くパルス信号が劣化診断対象回路16d内を伝達するので、劣化判定回路18は、劣化を検出することができる。   Further, even if the logic inversion circuit 34 is not provided, stress due to a potential difference is not applied between two adjacent copper wirings 20, but when a short circuit occurs, the pulse signal is subject to deterioration diagnosis earlier than usual. Since the signal is transmitted through the circuit 16d, the deterioration determination circuit 18 can detect the deterioration.

上述のとおり、本発明の実施例4の形態に係る劣化診断回路13dによれば、論理反転回路34で論理が反転するので、折り返されて近接した2本の銅配線20は電位差を有する。したがって、近接した銅配線20の線間に電位差によるストレスを与え、絶縁シリコンの劣化を促進するので、早期にシリコンの劣化を発見することができる。また仮に論理反転回路34が無いとしても、上述した理由により、近接した銅配線20の線間に生じる短絡を検出することができる。   As described above, according to the deterioration diagnosis circuit 13d according to the fourth embodiment of the present invention, the logic is inverted by the logic inversion circuit 34. Therefore, the two copper wirings 20 that are folded and close to each other have a potential difference. Therefore, stress due to a potential difference is applied between adjacent copper wirings 20 and the deterioration of the insulating silicon is promoted, so that the deterioration of the silicon can be found at an early stage. Even if there is no logic inversion circuit 34, it is possible to detect a short circuit between adjacent copper wirings 20 for the reason described above.

また銅配線20は、半導体集積回路10dの外周に配置されている。したがって、コーナー部に発生するスライド現象による断線や進入した水分による腐食に基づく劣化が生じた場合には、劣化判定回路18は、劣化を検出することができる。   The copper wiring 20 is disposed on the outer periphery of the semiconductor integrated circuit 10d. Therefore, when the deterioration based on the disconnection due to the slide phenomenon occurring in the corner portion or the corrosion due to the entering moisture occurs, the deterioration determination circuit 18 can detect the deterioration.

次に、図7は、本発明の実施例5の劣化診断回路13eを有する半導体集積回路10eの構成を示すブロック図である。実施例4の構成と異なる点としては、劣化診断対象回路16eは、太さの異なる複数の配線36(36−1〜36−n)により構成されている。劣化判定回路18がフリップフロップを用いて劣化の判定を行う場合には、劣化判定回路18は、太さの異なる複数の配線36(36−1〜36−n)の数nと同数のフリップフロップを有し、それぞれの配線に接続されている必要がある。   Next, FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor integrated circuit 10e having the deterioration diagnosis circuit 13e according to the fifth embodiment of the present invention. As a difference from the configuration of the fourth embodiment, the deterioration diagnosis target circuit 16e is configured by a plurality of wirings 36 (36-1 to 36-n) having different thicknesses. When the deterioration determination circuit 18 determines deterioration using flip-flops, the deterioration determination circuit 18 has the same number of flip-flops as the number n of the plurality of wirings 36 (36-1 to 36-n) having different thicknesses. Must be connected to each wiring.

次に実施例5に係る劣化診断回路13eの動作を説明する。信号発生回路14により出力されたパルス信号が劣化診断対象回路16eを伝達して劣化判定回路18に入力されるのは、実施例1と同様である。太さの異なる複数の配線36(36−1〜36−n)は、経年劣化により、細い順に断線する。劣化判定回路18は、太さの異なる複数の配線36(36−1〜36−n)のいずれかに断線が生じた場合に、パルス信号が入力されずにLレベルの信号が入力され続けるので、いずれの配線に劣化が生じているのかを判定する。劣化判定回路18の動作は、実施例1と同様である。さらに劣化判定回路18は、いずれの配線に劣化が生じているのかを判定した後、判定結果を実回路12及び外部に出力する。   Next, the operation of the deterioration diagnosis circuit 13e according to the fifth embodiment will be described. The pulse signal output from the signal generation circuit 14 is transmitted to the deterioration diagnosis target circuit 16e and input to the deterioration determination circuit 18, as in the first embodiment. The plurality of wirings 36 (36-1 to 36-n) having different thicknesses are disconnected in order of narrowness due to aging deterioration. The degradation determination circuit 18 continues to receive an L level signal without inputting a pulse signal when a disconnection occurs in any of the plurality of wirings 36 (36-1 to 36-n) having different thicknesses. Which wiring is deteriorated is determined. The operation of the deterioration determination circuit 18 is the same as that in the first embodiment. Further, the deterioration determination circuit 18 determines which wiring has deteriorated, and then outputs the determination result to the actual circuit 12 and the outside.

上述のとおり、本発明の実施例5の形態に係る劣化診断回路13eによれば、劣化診断対象回路16eが太さの異なる複数の配線36(36−1〜36−n)で構成されているので、劣化判定回路18が複数の配線を個別に判定することで、劣化の進行具合を知ることができる。   As described above, according to the deterioration diagnosis circuit 13e according to the fifth embodiment of the present invention, the deterioration diagnosis target circuit 16e is composed of a plurality of wirings 36 (36-1 to 36-n) having different thicknesses. Therefore, the deterioration determination circuit 18 can determine the progress of deterioration by determining a plurality of wires individually.

次に、図8は、本発明の実施例6の半導体集積回路10fの構成を示すブロック図である。半導体集積回路10fは、ASIC又はFPGAのパッケージにより構成されており、実回路12と劣化診断対象回路16fと劣化診断対象回路16gと劣化診断IPコア38と劣化診断IPコア40とを有する。いずれもIPコアと呼ばれるニーズの多い処理をプログラム化した大規模機能ブロックを書き込むことで、任意の処理を行うことができる。   Next, FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit 10f according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit 10f is configured by an ASIC or FPGA package, and includes an actual circuit 12, a deterioration diagnosis target circuit 16f, a deterioration diagnosis target circuit 16g, a deterioration diagnosis IP core 38, and a deterioration diagnosis IP core 40. In any case, arbitrary processing can be performed by writing a large-scale functional block obtained by programming an IP core called processing with many needs.

実回路12aは、演算装置IPコア42、アナログIPコア44、通信IPコア46といった特定の処理を行う機能ブロックであるIPコアを有している。   The actual circuit 12 a has an IP core that is a functional block that performs specific processing, such as an arithmetic device IP core 42, an analog IP core 44, and a communication IP core 46.

また実施例1乃至実施例5で詳述した劣化診断回路13a乃至13e内の信号発生回路14及び劣化判定回路18は、IPコア化され、ASIC又はFPGAのパッケージである半導体集積回路10f内に劣化診断IPコア38及び劣化診断IPコア40として備えられている。劣化診断IPコアは、一つであっても複数であってもよく、本実施例においては、劣化診断IPコア38と劣化診断IPコア40とが備えられている。   Further, the signal generation circuit 14 and the deterioration determination circuit 18 in the deterioration diagnosis circuits 13a to 13e described in detail in the first to fifth embodiments are IP cores, and are deteriorated in the semiconductor integrated circuit 10f which is an ASIC or FPGA package. The diagnostic IP core 38 and the degradation diagnostic IP core 40 are provided. There may be one or more deterioration diagnosis IP cores, and in this embodiment, the deterioration diagnosis IP core 38 and the deterioration diagnosis IP core 40 are provided.

劣化診断IPコア38は、実施例2で述べたような実回路12の近傍に備えられた劣化診断対象回路16fに劣化が生じたが否かを判定する。   The deterioration diagnosis IP core 38 determines whether or not deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit 16f provided in the vicinity of the actual circuit 12 as described in the second embodiment.

劣化診断IPコア40は、実施例4で述べたような半導体集積回路10dの外周に備えられた劣化診断対象回路16gに劣化が生じたが否かを判定する。   The deterioration diagnosis IP core 40 determines whether or not deterioration has occurred in the deterioration diagnosis target circuit 16g provided on the outer periphery of the semiconductor integrated circuit 10d as described in the fourth embodiment.

次に実施例6に係る半導体集積回路10fの動作を説明する。劣化診断IPコア38と劣化診断IPコア40とは、それぞれASIC又はFPGAのパッケージに応じて、例えば正常遅延情報などのパラメータが設定されている。また、パッケージ毎の劣化しやすい箇所の情報等が登録されている。使用者は、診断が必要と思われる箇所に応じて必要な劣化診断IPコアを選択する。もしくは実回路12aが自動的に選択する。   Next, the operation of the semiconductor integrated circuit 10f according to the sixth embodiment will be described. In the deterioration diagnosis IP core 38 and the deterioration diagnosis IP core 40, parameters such as normal delay information are set in accordance with the ASIC or FPGA package, respectively. In addition, information on easily deteriorated portions for each package is registered. The user selects a necessary deterioration diagnosis IP core according to a place where diagnosis is considered necessary. Alternatively, the actual circuit 12a automatically selects.

上述のとおり、本発明の実施例6の形態に係る半導体集積回路10fによれば、IPコア化された劣化診断回路をASIC又はFPGAのパッケージ内に備えるので、ASIC又はFPGAのパッケージ毎に適した劣化診断IPコアを選択して構成することができ、より早期の、より正確な劣化診断を実現することができる。   As described above, according to the semiconductor integrated circuit 10f according to the form of the sixth embodiment of the present invention, the deterioration diagnosis circuit formed into the IP core is provided in the ASIC or FPGA package, which is suitable for each ASIC or FPGA package. A deterioration diagnosis IP core can be selected and configured, and earlier and more accurate deterioration diagnosis can be realized.

本発明に係る劣化診断回路及び半導体集積回路は、経年劣化による故障を生じる回路を有する半導体集積回路に利用可能である。   The degradation diagnosis circuit and the semiconductor integrated circuit according to the present invention can be used for a semiconductor integrated circuit having a circuit that causes a failure due to aging degradation.

本発明の実施例1の形態の劣化診断回路を有する半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit which has a deterioration diagnostic circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態の劣化診断回路の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of the deterioration diagnostic circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の形態の劣化診断回路の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of the deterioration diagnostic circuit of the form of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の形態の劣化診断回路を有する半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit which has a deterioration diagnostic circuit of the form of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の形態の劣化診断回路を有する半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit which has a deterioration diagnostic circuit of the form of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4の形態の劣化診断回路を有する半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit which has a deterioration diagnostic circuit of the form of Example 4 of this invention. 本発明の実施例5の形態の劣化診断回路を有する半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit which has a deterioration diagnostic circuit of the form of Example 5 of this invention. 本発明の実施例6の形態の半導体集積回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit of the form of Example 6 of this invention. 一般的な半導体集積回路の時間経過に対する故障発生率を示す図である。It is a figure which shows the failure occurrence rate with respect to time passage of a general semiconductor integrated circuit. 従来の半導体装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
2 実回路要素
3 集積回路
4 入出力端子
5 劣化チェック用回路要素
6 使用最大負荷回路
7 劣化進行状況測定センサ
8 出力端子
10a、10b、10c、10d、10e、10f 半導体集積回路
12、12a 実回路
13a、13b、13c、13d、13e 劣化診断回路
14 信号発生回路
16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g 劣化診断対象回路
18 劣化判定回路
20 銅配線
22 ビアコンタクト
24 バッファ
26 アルミ電極
28 ワイヤボンディング
30 リードフレーム
32 外部接続配線
34 論理反転回路
36−1〜36−n 太さの異なる配線
38、40 劣化診断IPコア
42 演算装置IPコア
44 アナログIPコア
46 通信IPコア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Actual circuit element 3 Integrated circuit 4 Input / output terminal 5 Deterioration check circuit element 6 Maximum load circuit 7 Deterioration progress measurement sensor 8 Output terminals 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f Semiconductor integrated circuit 12, 12a Actual circuits 13a, 13b, 13c, 13d, 13e Deterioration diagnosis circuit 14 Signal generation circuits 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g Degradation diagnosis target circuit 18 Degradation determination circuit 20 Copper wiring 22 Via contact 24 Buffer 26 Aluminum Electrode 28 Wire bonding 30 Lead frame 32 External connection wiring 34 Logic inversion circuits 36-1 to 36 -n Wirings 38 and 40 having different thicknesses Degradation diagnosis IP core 42 Computing device IP core 44 Analog IP core 46 Communication IP core

Claims (13)

半導体集積回路内に設けられた実回路の経年劣化による故障時期を予測する劣化診断回路であって、
一定の周波数でパルス信号を出力する信号発生回路と、
前記実回路と同時期に設けられ、前記信号発生回路により出力されたパルス信号を通過させて出力する劣化診断対象回路と、
前記信号発生回路により出力されたパルス信号の立ち上がりから所定時間だけ遅れて立ち上がりかつ前記信号発生回路により出力されたパルス信号と同じ周波数を有するクロック信号を生成するとともに、前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号のタイミングと前記クロック信号のタイミングとを比較して前記劣化診断対象回路の劣化が発生したか否かを判定し、判定結果を前記実回路と外部との少なくとも一方に出力する判定回路と、
を備えることを特徴とする劣化診断回路。
A deterioration diagnosis circuit for predicting a failure time due to aging of an actual circuit provided in a semiconductor integrated circuit,
A signal generation circuit that outputs a pulse signal at a constant frequency;
A deterioration diagnosis target circuit that is provided at the same time as the actual circuit and outputs a pulse signal output by the signal generation circuit;
A clock signal that rises after a predetermined time from the rising edge of the pulse signal output by the signal generation circuit and has the same frequency as the pulse signal output by the signal generation circuit is generated, and is output by the deterioration diagnosis target circuit. A determination circuit that compares the timing of the pulse signal and the timing of the clock signal to determine whether or not the degradation of the degradation diagnosis target circuit has occurred, and outputs a determination result to at least one of the actual circuit and the outside When,
A deterioration diagnosis circuit comprising:
前記判定回路は、前記クロック信号の立ち上がり時に前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号がLレベルである場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする請求項1記載の劣化診断回路。   The determination circuit determines that the deterioration of the deterioration diagnosis target circuit has occurred when the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit at the rising edge of the clock signal is at an L level. 1. The deterioration diagnosis circuit according to 1. 前記判定回路は、前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち上がってから前記クロック信号が立ち上がるまでの時間が所定時間以内である場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の劣化診断回路。   The determination circuit determines that the deterioration of the deterioration diagnosis target circuit has occurred when the time from when the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit rises to when the clock signal rises is within a predetermined time. 3. A deterioration diagnosis circuit according to claim 1, wherein the deterioration diagnosis circuit is characterized in that: 前記判定回路は、前記クロック信号が立ち上がってから前記劣化診断対象回路により出力されたパルス信号が立ち下がるまでの時間が所定時間以内である場合には前記劣化診断対象回路の劣化が発生したと判定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の劣化診断回路。   The determination circuit determines that the deterioration of the deterioration diagnosis target circuit has occurred when the time from the rise of the clock signal to the fall of the pulse signal output by the deterioration diagnosis target circuit is within a predetermined time. The deterioration diagnosis circuit according to claim 1, wherein the deterioration diagnosis circuit is provided. 前記劣化診断対象回路は、経年的に腐食又は酸化による劣化が進行する金属導体配線により構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の劣化診断回路。   5. The deterioration diagnosis circuit according to claim 1, wherein the deterioration diagnosis target circuit includes a metal conductor wiring that deteriorates due to corrosion or oxidation over time. 前記金属導体配線は、アルミ又は銅の配線であることを特徴とする請求項5記載の劣化診断回路。   6. The deterioration diagnosis circuit according to claim 5, wherein the metal conductor wiring is aluminum or copper wiring. 前記金属導体配線は、前記実回路の近傍又は実回路の内部を通して配線されていることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の劣化診断回路。   The degradation diagnosis circuit according to claim 5 or 6, wherein the metal conductor wiring is wired near or inside the actual circuit. 前記金属導体配線は、前記信号発生回路から前記判定回路までの最短距離よりも長く引き回して配線されていることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項記載の劣化診断回路。   8. The deterioration diagnosis circuit according to claim 5, wherein the metal conductor wiring is routed longer than a shortest distance from the signal generation circuit to the determination circuit. 前記劣化診断対象回路は、配線上にビアコンタクト、トランジスタで構成されるバッファ、ワイヤボンディング、アルミ電極、及びリードフレームの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の劣化診断回路。   9. The deterioration diagnosis target circuit includes at least one of a via contact, a transistor buffer, wire bonding, an aluminum electrode, and a lead frame on the wiring. 2. The deterioration diagnosis circuit according to item 1. 前記金属導体配線は、前記半導体集積回路の外周に引き回して配線されるとともに、配線の途中で折り返され、折り返された前記金属導体配線が折り返される前の前記金属導体配線に近接に配置されることを特徴とする請求項5乃至請求項9のいずれか1項記載の劣化診断回路。   The metal conductor wiring is routed around the periphery of the semiconductor integrated circuit, is folded in the middle of the wiring, and is disposed in the vicinity of the metal conductor wiring before the folded metal conductor wiring is folded. 10. The deterioration diagnosis circuit according to claim 5, wherein the deterioration diagnosis circuit is characterized in that: 前記劣化診断対象回路は、配線上に論理反転回路を有し、
前記金属導体配線は、前記半導体集積回路の外周に引き回して配線されるとともに、前記論理反転回路で折り返され、折り返された前記金属導体配線が折り返される前の前記金属導体配線に近接に配置されることを特徴とする請求項5乃至請求項9のいずれか1項記載の劣化診断回路。
The degradation diagnosis target circuit has a logic inversion circuit on the wiring,
The metal conductor wiring is routed around an outer periphery of the semiconductor integrated circuit, is folded by the logic inversion circuit, and is disposed adjacent to the metal conductor wiring before the folded metal conductor wiring is folded. 10. The deterioration diagnosis circuit according to claim 5, wherein the deterioration diagnosis circuit is any one of claims 5 to 9.
前記劣化診断対象回路は、太さの異なる複数の前記金属導体配線により構成されていることを特徴とする請求項5乃至請求項9のいずれか1項記載の劣化診断回路。   The deterioration diagnosis circuit according to any one of claims 5 to 9, wherein the deterioration diagnosis target circuit includes a plurality of the metal conductor wires having different thicknesses. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項記載の劣化診断回路をIPコア化して、IPコア化された前記劣化診断回路をASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)のパッケージ内に備えることを特徴とする半導体集積回路。   13. The deterioration diagnosis circuit according to claim 1 is made into an IP core, and the deterioration diagnosis circuit that is made into an IP core is packaged in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array). A semiconductor integrated circuit comprising:
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