JP2008198817A - 半導体装置およびそのトリミング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トリミング箇所を数箇所を備えた小規模な半導体装置において、テスト端子の数を増加することなく、トリミングを行えるようにする。
【解決手段】半導体装置１に内蔵され、半導体装置１の内部回路に電力を供給するための補助定電圧回路１０と、補助定電圧回路１０の出力電圧に比例した第１の電圧と検出手段により生成された第２の電圧を比較し、比較結果に応じて所定の動作を行う補助回路２３を備え、補助定電圧回路１０から出力される内部回路用出力電圧を調整するための第１のトリミング手段を備え、前記補助回路２３は、第１の電圧を調整する第２のトリミング手段を備え、該第１および第２のトリミング手段の調整を行うための外部端子であるテスト端子Ｔ１を前記第１の電圧もしくは第２の電圧に接続することにより、一つのテスト端子で２箇所のトリミングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置のトリミング方法に関し、特に複数のトリミング箇所を備えた半導体装置において、トリミングに用いる外部端子を少なくすることができるトリミング回路を備えた半導体装置、およびそのトリミング方法に関する。

半導体装置では、製造プロセスの変動により回路の各要素にばらつきが生じ、これが回路の特性をばらつかせてしまう。そのために、高精度の特性が要求される場合には、従来からトリミングにより特性の改善が行われている。
図３は、従来における半導体装置１に内蔵された補助定電圧回路１０と定電圧回路２０の回路図である。
補助電圧回路１０は、出力電圧Ｖ_Ｓを出力し、半導体装置１の内部回路と定電圧回路２０の基準電圧回路２２に電力を供給している。また、出力電圧Ｖ_Ｓを調整するための第１トリミング手段である抵抗Ｒ１を備えている。補助電圧回路１０は出力電圧Ｖ_Ｓを抵抗Ｒ１とＲ２に分圧した分圧電圧が基準電池の電圧Ｖｒ１になるようにコンパレータ１１を動作させる。さらに、第１トリミング調整を行うための半導体装置１の外部端子であるテスト端子Ｔ１を備えている。
定電圧回路２０は、過熱保護回路２３を備えている。定電圧回路２０は、出力電圧Ｖ_０を抵抗Ｒ３とＲ４に分圧した分圧電圧が基準電圧回路２２の所定の基準電圧Ｖｒ２になるようにコンパレータ２１を動作させる。過熱保護回路２３内から取り出した外部端子であるテスト端子Ｔ２との接続は、図４で詳細に説明する。

図４は、図３における過熱保護回路２３の内部回路図である。
過熱保護回路２３は、基準電圧Ｖｒ３、温度検出用ダイオードＤ１、定電流源Ｉ１、コンパレータ２４で構成されている。基準電圧Ｖｒ３は過熱保護回路２３が動作する温度を調整するための第２トリミング手段を備え、基準電圧Ｖｒ３の電圧が可変可能に構成される。また、第２トリミング調整を行うための半導体装置１の外部端子であるテスト端子Ｔ２を備えている。

補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖ_Ｓの調整は、テスト端子Ｔ１の電圧を測定し、その測定電圧に応じたトリミング量の抵抗Ｒ１に備えた第１トリミング手段に施すことで行うことができる。
また、過熱保護回路２３の調整は、テスト端子Ｔ２に所定の電圧を印加して、過熱保護回路２３が動作を開始する電圧を調べる。この印加電圧にテスト時のチップ温度と実際に過熱保護回路２３が動作するチップ温度との差により上記印加電圧を補正する。
この補正された印加電圧と等しくなるように、基準電圧Ｖｒ３を第２トリミング手段により調整する。

このように、従来のトリミング方式ではトリミング毎に外部端子であるテスト端子が必要であった。
トリミングに使用する端子を削減する方法としては、例えば、特開平８−２０４５８２号公報（特許文献１参照）に開示されいる。これによれば、トリミング回路部のデータをデコーダを介して外部端子に取り出すことで、端子の削減を実現している。
しかし、トリミング箇所が多数の場合には良いが、トリミング箇所が数個の場合には、デコーダなどの制御回路の追加による回路規模の増加や、制御端子の増加の方が多くなり、小規模な半導体装置には向かない。

特開平８−２０４５８２号公報

半導体装置の外部端子が増えると、半導体チップの面積も大きくなるため、チップのコストが上昇する。特に、小型のチップほど、その影響は大きくなる。また、半導体装置の外部端子の数は、パッケージの大きさを決定する大きな要素であり、端子数が多くなるとパッケージも大きくなり、コストも高くなる。また、実装スペースが余分に必要となり、機器の大型化に繋がるという問題もある。

（目的）
本発明の目的は、上述の実情を考慮してなされたものであり、トリミング箇所が数箇所を備えた小規模な半導体装置において、テスト端子の数を増加することなく、トリミングを行うことができるようにした半導体装置およびそのトリミング方法を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体装置に内蔵され、該半導体装置の内部回路に電力を供給するための補助定電圧回路と、該補助定電圧回路の出力電圧に比例した第１の電圧と検出手段により生成された第２の電圧を比較し、比較結果に応じて所定の動作を行う補助回路を備えた半導体装置において、前記補助定電圧回路は、該補助定電圧回路から出力される内部回路用出力電圧を調整するための第１のトリミング手段を備え、前記補助回路は、前記第１の電圧を調整する第２のトリミング手段を備え、該第１および第２のトリミング手段の調整を行うための外部端子であるテスト端子を前記第１の電圧もしくは第２の電圧に接続することにより、一つのテスト端子で２箇所のトリミングを行うことを特徴としている。
また、前記半導体装置は、定電圧回路を含み、前記補助回路は、半導体チップの温度を検出し、該温度が所定の温度以上になったとき、前記定電圧回路の出力電流を遮断する過熱保護回路に応用することを特徴としている。

本発トリミング方法は、前記補助定電圧回路から出力される内部回路用出力電圧を調整するための第１のトリミング手段によるトリミングを先に行い、前記補助回路の第１の電圧を調整する第２のトリミング手段によるトリミングを後に行うことにより、一つのテスト端子で２箇所のトリミングを行うことを特徴としている。

本発明によれば、補助定電圧回路の出力電圧Ｖ_Ｓに比例する電圧Ｖ１を用いて動作するトリミングが必要な補助回路の場合に、前記比例する電圧Ｖ１を測定することにより、前記出力電圧のトリミングと補助回路のトリミングの両方を行うことができるようにしたので、トリミングに用いる外部端子の数を少なくすることができるようになった。

以下、本発明の実施形態を、図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る半導体装置の回路図である。
半導体装置１は、従来の図３と同じように、補助定電圧回路１０と定電圧回路２０を含んでいる。補助定電圧回路１０は、基準電圧Ｖｒ１、コンパレータ１１、出力トランジスタＭ１、出力電圧検出抵抗Ｒ１とＲ２で構成されている。
補助定電圧回路１０からは出力電圧Ｖｓが出力され、半導体装置１の図示していない内部回路と、定電圧回路２０の基準電圧回路２２と過熱保護回路２３に供給されている。
また、出力電圧検出抵抗Ｒ１の抵抗値が第１トリミング手段により変更可能になっているので、出力電圧Ｖｓを調整することができる。
定電圧回路２０は、基準電圧回路２２、コンパレータ２１、出力トランジスタＭ２、出力電圧検出抵抗Ｒ３とＲ４、および過電流保護回路２３で構成されている。

図２（ａ）（ｂ）は、図１における過電流保護回路２３の詳細ブロック回路図である。
過電流保護回路２３は、補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖｓを分圧して第１電圧Ｖ１を生成する抵抗Ｒ５とＲ６、半導体チップの温度を検出するためのダイオードＤ１、このダイオードＤ１に定電流を供給する電流源Ｉ１、前記第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２であるダイオードＤ１の端子間電圧を入力して比較を行うコンパレータ２４で構成されている。

なお、図２（ａ）と図２（ｂ）の回路構成は同じであるが、トリミング用のテスト端子Ｔ１が接続されているノードが異なっている。すなわち、図２（ａ）では、テスト端子Ｔ１が抵抗Ｒ５とＲ６の接続ノードである第１電圧Ｖ１に接続されており、図２（ｂ）では、テスト端子Ｔ１が第２電圧Ｖ２であるダイオードＤ１のアノードに接続されている。

次に、トリミング方法について説明する。
トリミングでは、まず補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖｓの調整を行い、次に過熱保護回路２３のトリミングを行う。
図２（ａ）の場合には、テスト端子Ｔ１の電圧Ｖ１を測定する。抵抗Ｒ５とＲ６の抵抗値は予め分かっているので、補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖｓは、下式（１）で求められる。
Ｖｓ＝Ｖ１×（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６ ・・・・・・・・（１）

半導体製造プロセスが変動して抵抗Ｒ５とＲ６の抵抗値が変動しても、両抵抗とも同じ変動を受けるため、抵抗Ｒ５とＲ６の比は殆んど製造プロセス変動の影響を受けないことが知られている。
抵抗Ｒ５とＲ６が同じ比率（α）で変化した場合の補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖｓは下式（２）のようになる。
Ｖｓ＝Ｖ１×（Ｒ５×α＋Ｒ６×α）／（Ｒ６×α）
＝Ｖ１×（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ６ ・・・・・・・・・・（２）
上記（２）は上式（１）と同じ結果になるので、第１電圧Ｖ１は製造プロセス変動の影響を受けないことがわかる。
そのため、テスト端子Ｔ１の電圧Ｖ１を測定することにより、高精度に補助定電圧回路１０の出力電圧Ｖｓを調べることができる。この測定電圧に応じて、抵抗Ｒ１のトリミング量を計算し、第１のトリミングを行うことで出力電圧Ｖｓの電圧値を調整することができる。

次に、過熱保護回路２３のトリミングを行う。検査装置からテスト端子Ｔ１に電圧を印加し、この印加電圧を徐々に可変して過熱保護回路２３が動作する印加電圧を調べる。
温度検出用ダイオードＤ１の端子間電圧（Ｖ_Ｆ）の温度特性は分かっているので、テスト時の温度と、過熱保護回路２３を動作させる温度差からテスト端子Ｔ１の設定電圧を計算し、抵抗Ｒ５に備えてある第２トリミング手段によりトリミングを行い、テスト端子Ｔ１に発生する第１電圧Ｖ１を先ほど計算した電圧に調整する。

すなわち、テスト時の温度をＴａ、過熱保護回路２３の動作温度をＴｓ、ダイオードＤ１の端子間電圧Ｖ_Ｆの温度係数をγ、テスト時に過熱保護回路２３が動作した第１電圧をＶ１ａとすると、調整後の第１電圧Ｖ１は下式（３）で表される。
Ｖ１＝Ｖ１ａ＋γ（Ｔｓ−Ｔａ） ・・・・・・・・・（３）

次に、図２（ｂ）の場合には、検査装置からテスト端子Ｔ１に電圧を印加し、この印加電圧を徐々に可変して過熱保護回路２３が動作する第２電圧Ｖ２を測定する。このときの第２電圧は、第１電圧Ｖ１と等しいので、前記図２（ａ）の場合と同様にトリミングを行い、補助定電圧１０の出力電圧Ｖｓを調整することができる。

次の過熱保護回路２３のトリミングも同様に、検査装置からテスト端子Ｔ１に電圧を印加し、この印加電圧を徐々に可変して過熱保護回路２３が動作する印加電圧を調べる。
この電圧が出力電圧Ｖｓ調整後の第１電圧Ｖ１であるので、前記図２（ａ）と同様に、テスト時の温度と、過熱保護回路２３を動作させる温度差からテスト端子Ｔ１の設定電圧を計算し、抵抗Ｒ５に備えてある第２トリミング手段によりトリミングを行い、テスト端子Ｔ１に発生する第１電圧を先ほど計算した電圧に調整することができる。

実施例では、補助回路として過熱保護回路の例を示したが、本発明では、過熱保護回路に限らず、過電流保護回路などの他の回路にも応用することが可能である。

図１は、本発明の一実施例に係る半導体装置の回路図である。 図２は、図１における過熱保護回路２３の詳細ブロック回路図である。 図３は、従来における半導体装置に内蔵された補助定電圧回路と定電圧回路の回路図である。 図４は、図３における過熱保護回路の内部回路図である。

符号の説明

１ 半導体装置
１０ 補助定電圧回路
１１ コンパレータ（誤差増幅回路）
２０ 定電圧回路
２１ コンパレータ（誤差増幅回路）
２２ 基準電圧回路
２３ 過熱保護回路
２４ コンパレータ（誤差増幅回路）
Ｍ１ 出力トランジスタ
Ｍ２ 出力トランジスタ
Ｖｒ１ 基準電圧
Ｖｒ２ 基準電圧
Ｖｒ３ 基準電圧
Ｖｓ 出力電圧
Ｖ１ 第１の電圧
Ｖ２ 第２の電圧
Ｒ１ 出力電圧検出抵抗
Ｒ２ 出力電圧検出抵抗
Ｒ３ 出力電圧検出抵抗
Ｒ４ 出力電圧検出抵抗
Ｒ５ 抵抗
Ｒ６ 抵抗
Ｉ１ 定電流源
Ｄ１ ダイオード
Ｔ１ テスト端子
Ｔ２ テスト端子

Claims (3)

1. 半導体装置に内蔵され、該半導体装置の内部回路に電力を供給するための補助定電圧回路と、該補助定電圧回路の出力電圧に比例した第１の電圧と検出手段により生成された第２の電圧を比較し、比較結果に応じて所定の動作を行う補助回路を備えた半導体装置において、
   前記補助定電圧回路は、該補助定電圧回路から出力される内部回路用出力電圧を調整するための第１のトリミング手段を備え、
   前記補助回路は、前記第１の電圧を調整する第２のトリミング手段を備え、
   該第１および第２のトリミング手段の調整を行うための外部端子であるテスト端子を前記第１の電圧もしくは第２の電圧に接続することにより、一つのテスト端子で２箇所のトリミングを行うことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   定電圧回路を含み、前記補助回路は、半導体チップの温度を検出し、該温度が所定の温度以上になったとき、前記定電圧回路の出力電流を遮断する過熱保護回路であることを特徴とする半導体装置。
3. 半導体装置に内蔵され、該半導体装置の内部回路に電力を供給するための補助定電圧回路と、該補助定電圧回路の出力電圧に比例した第１の電圧と検出手段により生成された第２の電圧を比較し、比較結果に応じて所定の動作を行う補助回路を備えた半導体装置のトリミング方法において、
   前記補助定電圧回路から出力される内部回路用出力電圧を調整するための第１のトリミング手段によるトリミングを先に行い、前記補助回路の第１の電圧を調整する第２のトリミング手段によるトリミングを後に行うことにより、一つのテスト端子で２箇所のトリミングを行うことを特徴とした半導体装置のトリミング方法。

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