JP2013168574A

JP2013168574A - 劣化検出回路及び半導体集積装置

Info

Publication number: JP2013168574A
Application number: JP2012031844A
Authority: JP
Inventors: Kohei Uchida; 広平内田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP5630453B2; US20130214796A1

Abstract

【課題】半導体装置におけるＬＳＩの劣化が致命的になる前にそれを検知する。
【解決手段】劣化検出回路１２０において、劣化センサ１３０は、半導体集積回路１１０の劣化量Ｓを測定する。微分器１５４は、劣化センサ１３０により測定された劣化量Ｓの時間微分値ｄｓを算出する。第１の通知回路１５２は、微分器１５４が得た劣化量の時間微分値ｄｓと、閾値記憶回路１５０に記憶された第１の閾値Ｎ１とを比較すると共に、比較の結果に応じて第１のアラームＡ１を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路の劣化検出技術に関する。

シリコン半導体を用いたＬＳＩ（半導体集積回路）はホットキャリアやＮＢＴＩ（ＮｅｇａｔｉｖｅＢｉａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｓｔａｂｉｔｉｔｙ）などの影響により、動作させていると次第に遅延が悪化し劣化していく。従来では、ＬＳＩを使用した装置の使用年数から使用年数経過後のＬＳＩにおける信号伝達の遅延量を予測し、装置出荷時にはあらかじめ遅延量に余裕のあるＬＳＩのみ使用するという方法で経年劣化の対策が行われていた。

近年、ＬＳＩの劣化量を測定する劣化センサが開発され、半導体装置に劣化センサを搭載し、ＬＳＩの劣化量をモニタリングすることが行われている。

例えば、特許文献１には、実回路と同時期に設けられた劣化診断対象回路にパルス信号を通過させ、該パルス信号の立上りから所定時間遅れて立ち上がりかつ該パルス信号と同じ周波数を有するクロック信号のタイミングと、劣化診断対象回路を通過したパルス信号のタイミングとを比較し、比較の結果に基づいて、劣化診断対象回路における劣化の有無の判定、ひいては実回路の劣化の可能性を予測する技術が開示されている（特許文献１の「００４５」〜「００４７」）。

この技術は、すなわち、劣化診断対象回路を通過し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の差を劣化量として用いている。

特開２００８−１４７２４５号公報

従来の劣化センサは、遅延量などの劣化量を取得し、劣化量が規定値を超えたか否かのモニタリング結果に基づいてエラーを出力するようになっている。

しかし、単に劣化量が規定値を超えたか否かに基づいてエラーの有無を判別するのでは、何らかの不測な事態により劣化が加速してもそれを予めユーザに通知することができないため、エラーが出力されたときには、半導体装置におけるＬＳＩの劣化が既に致命的になっている恐れがある。

本発明の１つの態様は、劣化検出回路である。この劣化検出回路は、劣化センサと、劣化量微分器と、第１の通知回路を備える。

劣化センサは、半導体集積回路の劣化量を測定する。
劣化量微分器は、劣化センサにより測定された劣化量の時間微分値を算出する。

第１の通知回路は、劣化量微分器が算出した劣化量の時間微分値と第１の閾値とを比較し、比較の結果に応じて第１のアラームを出力する。

なお、上記態様の劣化検出回路を方法やシステムに置き換えて表現したもの、該劣化検出回路を備えた半導体装置なども、本発明の態様としては有効である。

本発明にかかる技術によれば、半導体装置におけるＬＳＩの劣化が致命的になる前にそれを検知することができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる半導体装置を示す図である。図１に示す半導体装置における劣化検出回路の動作を説明するための図である。本発明の第２の実施の形態にかかる半導体装置を示す図である。図３に示す半導体装置における劣化検出回路の動作を説明するための図である。本発明の第３の実施の形態にかかる半導体装置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる半導体装置１００を示す。半導体装置１００は、半導体集積回路（ＬＳＩ）１００と、ＬＳＩ１１０の劣化を検出して半導体装置１００の外部に通知する劣化検出回路１２０を有する。

劣化検出回路１２０は、劣化センサ１３０、閾値記憶回路１４０、劣化エラー通知回路１４２、閾値記憶回路１５０、第１の通知回路１５２、微分器１５４を備える。

劣化センサ１３０は、ＬＳＩ１１０の劣化量Ｓを検出して劣化エラー通知回路１４２と微分器１５４に出力する。劣化センサ１３０としは、従来知られている、半導体集積回路の劣化量を測定するいかなる劣化センサであってもよく、劣化センサ１３０により測定する劣化量Ｓは、例えば遅延時間量など従来知られている劣化量であってもよい。

閾値記憶回路１４０は、例えばレジスタなどの記憶素子であり、劣化量Ｓに対して予め設定された閾値（以下劣化量閾値という）Ｎ０を格納している。

劣化エラー通知回路１４２は、比較器であり、劣化センサ１３０からの劣化量Ｓと、閾値記憶回路１４０に格納された劣化量閾値Ｎ０とを比較し、劣化量Ｓが劣化量閾値Ｎ０以上になったときにエラーを示すアラームＡ０を出力する。以下、アラームＡ０を「劣化アラーム」という。

微分器１５４は、劣化センサ１３０からの劣化量Ｓの時間微分値（以下劣化量微分値ｄＳという）を算出して第１の通知回路１５２に出力する。

閾値記憶回路１５０は、例えばレジスタなどの記憶素子であり、劣化量微分値ｄＳに対して予め設定された閾値Ｎ１（以下第１の閾値という）を格納している。

第１の通知回路１５２は、比較器であり、微分器１５４が得た劣化量微分値ｄＳと、閾値記憶回路１５０に格納された第１の閾値Ｎ１とを比較し、劣化量微分値ｄＳが第１の閾値Ｎ１に到達したときにときにエラーを示す第１のアラームＡ１を出力する。

図２は、微分器１５４と第１の通知回路１５２が第１のアラームＡ１を出力する原理を説明するためのものである。図示のように、微分器１５４が得た劣化量微分値ｄＳが第１の閾値Ｎ１以上になったときに、第１の通知回路１５２から第１のアラームＡ１が出力される。

このように、本実施の形態の半導体装置１００において、劣化検出回路１２０は、劣化量Ｓそのものが劣化量閾値Ｎ０になったことを示す劣化アラームＡ０に加え、さらに、劣化量Ｓの時間微分値が第１の閾値Ｎ１になったことを示す第１のアラームＡ１も出力する。そのため、何らかの不測な事態によりＬＳＩ１１０の劣化速度が速くなったときにも外部に通知することができ、ＬＳＩ１１０の劣化が致命的になる前に保守などが可能になる。

＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態にかかる半導体装置２００を示す。半導体装置２００は、ＬＳＩ１１０と、劣化検出回路２２０を備える。

劣化検出回路２２０は、温度センサ１６０、閾値記憶回路１７０、積分器１７４、第２の通知回路１７２をさらに備える点を除き、図１に示す半導体装置１００における劣化検出回路１２０と同様である。ここで、温度センサ１６０、閾値記憶回路１７０、積分器１７４、第２の通知回路１７２についてのみ説明する。

温度センサ１６０は、温度Ｔを測定して積分器１７４に出力する。
積分器１７４は、温度センサ１６０が測定した温度Ｔの時間積分値ＩＴ（以下温度積分値という）を算出する。

閾値記憶回路１７０は、例えばレジスタなどの記憶素子であり、温度積分値ＩＴに対して予め設定された閾値Ｎ２（以下第２の閾値という）を格納している。

第２の通知回路１７２は、比較器であり、積分器１７４が得た温度積分値ＩＴと、閾値記憶回路１７０に格納された第２の閾値Ｎ２とを比較し、温度積分値ＩＴが第２の閾値Ｎ２以上になったときにエラーを示す第２のアラームＡ２を出力する。

図４は、積分器１７４と第２の通知回路１７２が第２のアラームＡ２を出力する原理を説明するためのものである。図示のように、積分器１７４が得た温度積分値ＩＴが第２の閾値Ｎ２以上になったときに、第２の通知回路１７２から第２のアラームＡ２が出力される。

すなわち、本実施の形態の半導体装置２００において、劣化検出回路２２０は、劣化アラームＡ０と第１のアラームＡ１に加え、さらに、温度積分値ＩＴに基づいた第２のアラームＡ２を出力する。

シリコン半導体の劣化は指数関数で温度に比例しており、使用温度が変わると、劣化量が桁単位まで変わってしまう。そのため、本実施の形態にかかる半導体装置２００の劣化検出回路２２０のように、さらに、温度積分値ＩＴをモニタリングし、それに基づいた第２のアラームＡ２を出力することにより、温度の側面からもＬＳＩ１１０の劣化状況を外部に知らせることができる。

＜第３の実施の形態＞
図５は、本発明の第３の実施の形態にかかる半導体装置３００を示す。半導体装置３００は、ＬＳＩ１１０と、劣化検出回路３２０を備える。

劣化検出回路３２０は、電圧センサ１８０、閾値記憶回路１９０、積分器１９４、第３の通知回路１９２をさらに備える点を除き、図３に示す半導体装置２００における半導体装置２００と同様である。ここで、電圧センサ１８０、閾値記憶回路１９０、積分器１９４、第３の通知回路１９２についてのみ説明する。

電圧センサ１８０は、ＬＳＩ１１０における所定の測定点の電圧Ｖを測定して積分器１９４に出力する。

積分器１９４は、電圧センサ１８０が測定した電圧Ｖの時間積分値ＩＶ（以下電圧積分値という）を算出する。

閾値記憶回路１９０は、例えばレジスタなどの記憶素子であり、電圧積分値ＩＶに対して予め設定された閾値Ｎ３（以下第３の閾値という）を格納している。

第３の通知回路１９２は、比較器であり、積分器１９４が得た電圧積分値ＩＶと、閾値記憶回路１９０に格納された第３の閾値Ｎ３とを比較して、電圧積分値ＩＶが第３の閾値Ｎ３以上になったときにエラーを示す第３のアラームＡ３を出力する。

すなわち、本実施の形態の半導体装置３００において、半導体装置３００は、劣化アラームＡ０、第１のアラームＡ１、第２のアラームＡ２に加え、さらに、電圧積分値ＩＶに基づいた第３のアラームＡ３を出力する。

半導体ＬＳＩの劣化は、電圧にも強い相関がある。そのため、本実施の形態の半導体装置３００における劣化検出回路３２０のように、電圧積分値ＩＶをモニタリングして、それに基づいた第３のアラームＡ３を出力することにより、電圧の側面からもＬＳＩ１１０の劣化状況を外部に知らせることができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述した各実施の形態に対してさまざまな変更、増減、組合せを行ってもよい。これらの変更、増減、組合せが行われた変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１００半導体装置１１０半導体集積回路（ＬＳＩ）
１２０劣化検出回路１３０劣化センサ
１４０閾値記憶回路１４２劣化エラー通知回路
１５０閾値記憶回路１５２第１の通知回路
１５４微分器１６０温度センサ
１７０閾値記憶回路１７２第２の通知回路
１７４積分器１８０電圧センサ
１９０閾値記憶回路１９２第３の通知回路
１９４積分器２００半導体装置
２２０劣化検出回路３００半導体装置
３２０劣化検出回路
Ａ０劣化アラームＡ１第１のアラーム
Ａ２第２のアラームＡ３第３のアラーム
ｄＳ劣化量微分値ＩＴ温度積分値
ＩＶ電圧積分値Ｎ０劣化量閾値
Ｎ１第１の閾値Ｎ２第２の閾値
Ｎ３第３の閾値Ｓ劣化量
Ｔ温度Ｖ電圧

Claims

半導体集積回路の劣化量を測定する劣化センサと、
前記劣化センサにより測定された前記劣化量の時間微分値を算出する微分器と、
前記微分器が得た前記劣化量の時間微分値と第１の閾値とを比較し、比較の結果に応じて第１のアラームを出力する第１の通知回路とを備えることを特徴とする劣化検出回路。
温度センサと、
該温度センサが測定した温度の時間積分値を算出する温度積分器と、
該温度積分器が得た前記温度の時間積分値と第２の閾値とを比較し、比較の結果に応じて第２のアラームを出力する第２の通知回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の劣化検出回路。
前記半導体集積回路における所定の測定点の電圧を測定する電圧センサと、
該電圧センサが測定した電圧の時間積分値を算出する電圧積分器と、
該電圧積分器が得た前記電圧の時間積分値と第３の閾値とを比較し、比較の結果に応じて第３のアラームを出力する第３の通知回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の劣化検出回路。
前記半導体集積回路と、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の劣化検出回路とを備えることを特徴とする半導体装置。