JP4117995B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速CPU、高速DSP、高速ASIC若しくは高速メモリ等の半導体装置並びに高速インタフェース回路を有する半導体装置に関し、特にクロック又はその他の信号の遅延時間調整機能を備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高速プロセッサでは、数百MHzの動作周波数を有し、高速化に関してはクロックの設計が重要となっている。高速半導体装置の設計において、高速動作を目標として、設計工程における回路設計技術やCADツールでのレイアウト技術等を使用した、半導体装置のクロックの位相ずれ(以下、クロックスキューと呼ぶ)を少なくするための技術が使用されている。
【0003】
上記回路設計技術としては、スーパーバッファ等で同一クロック信号にて回路を構成する技術、又はクロックが入力される回路を容量的に等価になるようにしたりクロックバッファサイズを変えながらクロック間スキューが小さくなるように設計する技術がある。また、上記レイアウト技術として、クロックをツリー上に階層的に構成し、自動配置配線ツール上にて、遅延時間が等価になるようにクロック回路を自動作成及び自動レイアウトを行う技術がある。
【0004】
例えば、特開平9−282044号公報では、複数のクロック系統を有する半導体回路において、クロックスキューの削減を実現するために、クロック発振器、分周器及び位相比較器等の回路を使用して、スキューの小さい回路を提供している。また、特開平10−124553号公報では、クロックバッファの個々のばらつきや、各クロックバッファ最終段の出力に接続されるレジスタの数等によって発生するクロックスキューによる影響を減少させることが可能なクロックツリー生成方法を提供するために、論理回路を構成するレジスタを分類し、分類されたレジスタとクロックパルスの周期時間に基づいて該各レジスタにクロックパルスを供給するクロックツリーを構成するためのクロックツリー生成方法が開示されており、クロックツリーを生成した結果は論理回路に反映される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術では、設計段階にてクロックスキューが小さくなるような回路を有する半導体装置を提供し、設計後の半導体装置をウエハプロセスで製造することになるが、ウエハプロセス工程では避けることができない各工程でのばらつきによって、電気的特性のばらつきが発生する。このため、ウエハ上のLSIチップごとに微妙にクロックスキュー値が異なる結果となり、該ばらつきによってチップごとに見ると目標とする動作周波数に至らないチップができることになる。このようなばらつきによって、プロセッサやメモリ製品では、同一条件で製造されたLSIチップであっても、テストによって選別を行い、動作スピードバージョンの異なるチップとして、付加価値を変えて販売されていた。
【0006】
また、チップの高速動作化を行うためには、必ずしもクロックスキューが小さい方がよい場合ばかりではなく、微少なスキューがチップの動作周波数を上げる場合もある。例えば、図4で示す回路では、クロックCK1の立ち上がりエッジで、フリップフロップ101の出力信号が組合せ回路104に入力され、クロックCK2の立ち上がりエッジで組合せ回路104の出力信号がフリップフロップ102に入力され、該フリップフロップ102の出力信号が組合せ回路105に入力される。更に、クロックCK3の立ち上がりエッジで、組合せ回路105の出力信号がフリップフロップ103に入力される。
【0007】
従来のクロックサイクルベースの同期設計では、クロックCK1〜CK3をできるだけスキューのないように設計し、組合せ回路104及び105において、論理演算時間が長くかかる方の回路をクリティカルパスとして、クロックサイクル時間(動作周波数)を決定する。例えば、組合せ回路104がクリティカルであって、組合せ回路105の演算時間に余裕がある場合、クロックCK2をクロックCK1及びCK3よりも位相を遅らせることによって、組合せ回路104に与えられる演算時間が、該遅延時間だけ増加するため、全体の動作周波数を上げることができる。一方、上記遅延時間を長くしすぎると、逆に組合せ回路105の演算時間が減少することになり、微妙なチューニングが必要となる。
【0008】
しかし、設計工程で出来上がった時の遅延時間を想定したシミュレーションでは、シミュレーション時のモデリングによる誤差、遅延時間の見積もり誤差、実際に動作させたときの信号間のクロストークによる遅れ、実際に電流を流したときの電圧降下等の誤差を含むため、論理シミュレーションやSPICE等の回路シミュレーションによって設計段階で完全に補正することができなかった。このため、製造工程であるウエハプロセスのばらつき変動によって、半導体装置内のクロックの遅延や各信号の遅延にばらつきが発生し、動作周波数の目標値を達成することができない、又は必要な信号のAC特性を達成できないといった不良で歩留まりが下がるという問題があった。このようなことから、目標動作周波数や目標歩留まりを達成できるまで、設計試作を繰り返す必要があり、開発期間及びコストが増大するという問題があった。
【0009】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ウエハプロセス後のテストにおいて、最適なクロック遅延、クロックスキュー及び信号の遅延をテストし、テスト結果にしたがってクロック遅延や信号の遅延の調整を行うことができる機能を備えることにより、動作周波数を向上させ、動作周波数による不良歩留まりを向上させると共に開発設計期間を短縮させ、コストの低下を図ることができる信号遅延調整機能を有する半導体装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、入力された信号の遅延時間を調整して設定する遅延時間調整機能を有する半導体装置において、
複数の異なる遅延時間で信号の遅延を行う遅延回路からなり、選択された遅延時間で入力信号の遅延を行う信号遅延部と、
入力されるデータに応じて該信号遅延部の遅延時間を選択する遅延時間選択部と、
該遅延時間選択部に対して選択する遅延時間を指令するためのデータを生成するデータ生成部と、
外部から入力されるデータと該データ生成部で生成されたデータとを外部からの所定の信号に応じて切り替えて上記遅延時間選択部に出力するデータ切替部と、
を備え、
上記データ生成部は、
2値のデータを示す所定の電位間に接続される、複数のヒューズが直列に接続された少なくとも1つの直列回路と、
上記外部からの所定の信号に応じて該直列回路に対する所定の電位間への接続制御を行うスイッチング回路と、
を有し、切断される上記ヒューズの組み合わせで上記データを生成し、外部から入力されるデータを用いて選定された上記信号遅延部の遅延時間が、上記遅延時間選択部によって選択されるようにデータ生成を行うものである。
【0011】
また、この発明に係る半導体装置は、入力された信号の遅延時間を調整して設定する遅延時間調整機能を有する半導体装置において、
複数の異なる遅延時間で信号の遅延を行う遅延回路からなり、選択された遅延時間で入力信号の遅延を行う信号遅延部と、
入力されるデータに応じて該信号遅延部の遅延時間を選択する遅延時間選択部と、
該遅延時間選択部に対して選択する遅延時間を指令するためのデータを生成するデータ生成部と、
外部から入力されるデータと該データ生成部で生成されたデータとを外部からの所定の信号に応じて切り替えて上記遅延時間選択部に出力するデータ切替部と、
を備え、
上記データ生成部は、
2値のデータを示す所定の電位間に接続される、複数のトリミング可能な抵抗が直列に接続された少なくとも1つの直列回路と、
上記外部からの所定の信号に応じて該直列回路に対する所定の電位間への接続制御を行うスイッチング回路と、
を有し、トリミングして設定された上記抵抗の組み合わせで上記データを生成し、外部から入力されるデータを用いて選定された上記信号遅延部の遅延時間が、上記遅延時間選択部によって選択されるようにデータ生成を行うものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態における半導体装置の例を示した回路図であり、図1では、入力された基準クロックの遅延調整を行い最適なクロックを生成して出力するクロック生成回路を例にして示しており、4つの遅延調整回路で4種類のクロックを生成して出力する場合を例にして示している。
図1において、クロック生成回路1は、4つの遅延調整回路D1〜D4で構成されている。遅延調整回路D1〜D4には、クロックツリー等の技術によって最適化されたクロック信号CLK、及びクロックスキュー値のテストを行う場合にHighレベルとなるテストモード信号TESTがそれぞれ入力されている。
【0016】
また、クロックCLKの遅延時間の調整を行うために、遅延調整回路D1にはデータ信号TD0及びTD1が、遅延調整回路D2にはデータ信号TD2及びTD3が、遅延調整回路D3にはデータ信号TD4及びTD5が、遅延調整回路D4にはデータ信号TD6及びTD7がそれぞれ入力されている。遅延調整回路D1〜D4は、これらの入力信号に基づいてクロック信号CLKを遅延させて生成した対応するクロック信号CLK1〜CLK4を出力する。なお、遅延調整回路D1〜D4は、それぞれ同じ回路構成で形成されていることから、図1では、遅延調整回路D1の内部回路例のみを示しており、他の遅延調整回路D2〜D4の内部回路は省略している。このことから、以下、遅延調整回路D1の動作について説明し、他の遅延調整回路D2〜D4の動作については遅延調整回路D1と同様であるのでその説明を省略する。
【0017】
遅延調整回路D1は、インバータ11,12、NAND回路13〜16及びNOR回路17,18で形成されたマルチプレクサ10と、Pチャネル形MOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)21,22及びヒューズ23〜26で形成された遅延時間設定部20とを備えている。更に、遅延調整回路D1は、インバータ31〜36及びNAND回路37〜40で形成されたデコーダ30と、バッファ51〜54及びトランスミッションゲート55〜58で形成された遅延時間調整部50とを備えている。
【0018】
マルチプレクサ10において、インバータ11及び12は、順方向に直列に接続され、該直列回路の入力端は、テストモード信号TESTが入力され、該直列回路の出力端は、NAND回路13及び15のそれぞれ一方の入力端に接続されている。NAND回路13の他方の入力端にはデータ信号TD0が入力され、NAND回路13の出力端は、NOR回路17の一方の入力端に接続されている。また、NAND回路15の他方の入力端にはデータ信号TD1が入力され、NAND回路15の出力端は、NOR回路18の一方の入力端に接続されている。
【0019】
インバータ11とインバータ12との接続部は、NAND回路14及び16のそれぞれ一方の入力端に接続されている。NAND回路14の他方の入力端は、遅延時間設定部20のヒューズ23と24との接続部に接続され、データ信号TDaが入力される。NAND回路14の出力端は、NOR回路17の他方の入力端に接続されている。また、NAND回路16の他方の入力端は、遅延時間設定部20のヒューズ25と26との接続部に接続され、データ信号TDbが入力される。NAND回路16の出力端は、NOR回路18の他方の入力端に接続されている。
【0020】
遅延時間設定部20において、PMOSトランジスタ21及び22の各ゲートにはそれぞれテストモード信号TESTが入力され、PMOSトランジスタ21及び22の各ソースは、直流電源が供給される電源入力端子VCCにそれぞれ接続されている。また、PMOSトランジスタ21のドレインと接地との間には、ヒューズ23及び24の直列回路が接続されており、同様に、PMOSトランジスタ22のドレインと接地との間には、ヒューズ25及び26の直列回路が接続されている。
【0021】
一方、マルチプレクサ10におけるNOR回路17の出力端は、デコーダ30におけるインバータ31の入力端及びNAND回路37,39の各一方の入力端にそれぞれ接続されている。同様に、マルチプレクサ10におけるNOR回路18の出力端は、デコーダ30におけるインバータ32の入力端及びNAND回路37の他方の入力端及びインバータ38の一方の入力端にそれぞれ接続されている。
【0022】
デコーダ30において、インバータ31の出力端はNAND回路38の他方の入力端及びNAND回路40の一方の入力端にそれぞれ接続されており、インバータ32の出力端はNAND回路39及び40の各他方の入力端にそれぞれ接続されている。NAND回路37〜40の各出力端は、対応するインバータ33〜36を介して遅延時間調整部50における対応するトランスミッションゲート55〜58におけるNチャネル形MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)のゲートに接続されている。更に、NAND回路37〜40の各出力端は、遅延時間調整部50における対応するトランスミッションゲート55〜58のPMOSトランジスタのゲートに接続されている。
【0023】
遅延時間調整部50において、バッファ51〜54は順方向に直列に接続され、該直列回路の入力端をなすバッファ51の入力端にはクロック信号CLKが入力されている。更に、バッファ51〜52の各出力端は、対応するトランスミッションゲート55〜58の一方の入出力端にそれぞれ接続され、トランスミッションゲート55〜58の各他方の入出力端は、それぞれ接続されて遅延調整回路D1の出力端をなし、クロック信号CLK1が出力される。
【0024】
このような構成において、マルチプレクサ10は、テストモード信号TESTの信号レベルに応じて、入力されるデータ信号TD0,TD1、又は遅延時間設定部20から入力されるデータ信号TDa,TDbのいずれか2つの信号をそれぞれ出力する。遅延時間設定部20は、テストモード信号TESTの信号レベルに応じて、ヒューズ23〜26の切断状態に応じたデータ信号TDa及びTDbを生成して出力する。一方、デコーダ30は、マルチプレクサ10から出力されたデータ信号をデコードして、遅延時間調整部50のトランスミッションゲート55〜58のいずれか1つをオンさせる。遅延時間調整部50は、デコーダ30によってオンされたトランスミッションゲートの入出力端に接続されたバッファ数に応じた時間遅延されたクロック信号CLKをクロック信号CLK1として出力する。
【0025】
マルチプレクサ10は、Highレベルのテストモード信号TESTが入力されると、入力されているデータ信号TD0及びTD1を有効にして、該データ信号TD0及びTD1の信号レベルに応じたデータ信号をNOR回路17及び18の各出力端から出力する。このとき、遅延時間設定部20のPMOSトランジスタ21及び22は共にオフしている。このような状態において、データ信号TD0及びTD1のデータの組み合わせを変えることによって、クロック信号CLKに対するクロック信号CLK1の遅延量を変えることができる。
【0026】
すなわち、(TD0,TD1)=(0,0)の場合、トランスミッションゲート55が選択されて排他的にオンし、クロック信号CLKはバッファ51によって遅延され、クロック信号CLKに対して最も遅延時間が短いクロック信号CLK1として出力される。
(TD0,TD1)=(1,0)の場合、トランスミッションゲート56が選択されて排他的にオンし、クロック信号CLKはバッファ51及び52によって遅延され、クロック信号CLKに対して2番目に遅延時間の短いクロック信号CLK1として出力される。
【0027】
(TD0,TD1)=(0,1)の場合、トランスミッションゲート57が選択されて排他的にオンし、クロック信号CLKはバッファ51〜53によって遅延され、クロック信号CLKに対して2番目に遅延時間の長いクロック信号CLK1として出力される。
(TD0,TD1)=(1,1)の場合、トランスミッションゲート58が選択されて排他的にオンし、クロック信号CLKはバッファ51〜54によって遅延され、クロック信号CLKに対して最も遅延時間の長いクロック信号CLK1として出力される。
【0028】
このように、データ信号TD0及びTD1のデータの組み合わせを変えて、最適なクロック信号CLK1となるデータ信号TD0及びTD1のデータの組み合わせを得るようにする。例えば、(TD0,TD1)=(1,0)のときが最適であったとすると、テストモード信号TESTがLowレベルのときに、遅延時間設定部20からのデータ信号TDa及びTDbのデータの組み合わせが、(TDa,TDb)=(1,0)となるように、ヒューズ24及び25をレーザトリミング技術等によって切断する。
【0029】
なお、レーザトリミング技術とは、アルミニウム若しくは多結晶シリコンで構成されたヒューズを選択的にレーザ照射等によって溶断、又は初期状態では高抵抗の状態にある多結晶シリコンを選択的にレーザアニーリングすることによって抵抗を下げて低抵抗化する技術を示している。このような技術は、特開平5−36297号公報及び特開平11−17010号公報で開示されている、高集積ICメモリの不良に対して不良アドレスを予備のアドレスに切り替えて良品とするリダンダンシー技術や、特開平9−232119号公報で開示されている、抵抗値のトリミング行う技術に使用されている。
【0030】
一方、ヒューズ23〜26の非切断時にテストモード信号TESTがLowレベルのとき、ヒューズ23〜26によって電源入力端子VCCと接地との間に微少な電流が流れる。しかし、テストモード信号TESTがHighレベルのときは、PMOSトランジスタ21及び22がオフすることから、電源入力端子VCCと接地との間に電流が流れない。このことから、待機状態となって消費電力の低減を行うスタンバイ動作モードを有する半導体装置において、テストモード信号TESTをHighレベルにすることによって、スタンバイ時の消費電流を正確に測定することができると共に、スタンバイのテストを正常に行うことができる。また、遅延時間設定部20のヒューズ切断を行った後、テストモード信号TESTをLowレベルにして上記スタンバイ時の消費電流を測定することによって、ヒューズが正常に切断されたか否かを判定することができる。
【0031】
このようにすることによって、遅延調整回路D1は、テストモード信号TESTがLowレベルのときは、データ信号TD0及びTD1の関係なく、トランスミッションゲート57がオンし、クロック信号CLKに対してバッファ51〜53で遅延されたクロック信号CLK1を出力する。同様にして遅延調整回路D2〜D4においても、クロック信号CLKに対してそれぞれ所望の遅延時間に調整したクロック信号CLK2〜CLK4を出力する。
【0032】
上記説明では、1つのクロック信号CLKに対してそれぞれ遅延調整回路D1〜D4で所望の遅延時間に調整したクロック信号CLK1〜CLK4を出力する場合を例にして説明した。しかし、図2で示すように、遅延調整回路D1〜D4に信号SIG1〜SIG4を対応させて入力し、各遅延調整回路D1〜D4は、入力された信号SIG1〜SIG4に対して遅延時間の調整を行った信号TSIG1〜TSIG4をそれぞれ出力するようにしてもよい。
【0033】
また、図1の遅延時間調整部50において、バッファ51の代わりに複数のバッファが直列に接続された直列回路を接続するようにしてもよく、バッファ52〜54においても同様に、複数のバッファが直列に接続された直列回路に置き換えるようにしてもよい。このようにすることによって遅延時間調整量のバリエーションを変えることができる。
【0034】
例えば、高速ゲートアレイやスタンダードセルのようなASICの設計を行う場合には、図1の遅延調整回路D1を図3で示すような構成にしてもよい。なお、図3では、図1と同じものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
【0035】
図3における図1との相違点は、図1では4種類の遅延時間に調整できたのに対して2種類の遅延時間に調整できるようにしたことにある。すなわち、図3では、図1のマルチプレクサ10において、NAND回路15,16及びNOR回路18をなくし、図1の遅延時間設定部20において、PMOSトランジスタ22及びヒューズ25,26をなくした。更に、図3では、図1のデコーダ30において、インバータ32〜36及びNAND回路37〜40をなくし、図1の遅延時間調整部50において、バッファ53,54及びトランスミッションゲート57,58をなくすと共にバッファ52の代わりにバッファ61及び62の直列回路を接続すると共に出力ドライバ63を追加した。
【0036】
高速ゲートアレイやスタンダードセルのようなASICの設計を行う場合に、図3のように、バッファ52をバッファ61及び62の直列回路に変える等して、遅延時間調整部における遅延時間のバリエーションを各種変更した各マクロセルや、出力ドライバ63のドライバサイズを変更したバリエーションの各マクロセルをあらかじめ作成し、遅延を調整したい箇所に該マクロセルを選択して組み込むことにより、チップ製造後にヒューズを切断して遅延時間のチューニングを行うことができる。このため、動作周波数等のタイミング改善を容易に行うことができる。
【0037】
また、テスト工程にてヒューズ23〜26を切断することなしに、設計最適値の遅延時間を試作段階で見つけることができるため、ウエハプロセスのばらつき範囲内で目標スペックが得られる場合には、レイアウトの変更にてトリミングを行う部分を固定して量産することで、トリミング工程を省略することができ、試作回数を減少させることができ、開発期間の短縮及びコストの削減を行うことができる。
【0038】
このように、本実施の形態における半導体装置は、テストモード時において、データ信号TD0及びTD1のデータの組み合わせを変えることによって、入力信号に対して遅延時間調整部50で該組み合わせに応じた時間遅延させて出力することにより最適な遅延時間に調整する共に、遅延時間設定部20のヒューズ23〜26を切断し、データ信号TD0及びTD1に関係なく入力信号を常時最適な遅延時間で遅延して出力するようにした。このことから、ウエハプロセスの製造段階のばらつきによる半導体装置内のクロックの遅延や各信号の遅延のばらつきをなくし、動作周波数の目標値を達成させることができ、動作周波数を向上させることができ、動作周波数による不良歩留まりを向上させることができると共に開発設計期間を短縮させることができ、コストの低下を図ることができる。
【0039】
なお、上記実施の形態では、ヒューズを切断して遅延時間の設定を行うようにしたが、該ヒューズ23〜26の代わりにそれぞれ所定のオンチップ抵抗を使用し、該各オンチップ抵抗をトリミングしてデータ信号TDa及びTDbのデータの組み合わせを変えるようにしてもよい。また、言うまでもなく、図1では4種類の遅延時間、図3では2種類の遅延時間にそれぞれ調整できる場合を例にして説明したが、これは一例であり、本発明はこれに限定するものではなくは、図1又は図3と同様にして複数の種類の遅延時間に調整できるようにすればよい。
【0040】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の半導体装置によれば、外部から所定の信号が入力されるテストモード時において、外部から入力されるデータの組み合わせを変えて、入力信号に対して該組み合わせに応じた時間遅延させて出力することにより最適な遅延時間に調整すると共に、データ生成部を使用して所望の遅延時間に設定することができるようにした。このことから、ウエハプロセスの製造段階のばらつきによる半導体装置内のクロックの遅延や各信号の遅延のばらつきをなくし、動作周波数の目標値を達成させることができ、動作周波数を向上させることができ、高速動作周波数チップの歩留まりを向上させることができる。動作周波数の高いチップが高価であることから、結果的にウエハの付加価値を高めることができる。また、製造後に行うテストによって信号遅延時間を調整することができるため、信号間の微妙なタイミングが規定されている高速インタフェースを有する回路に関しても、本来ならばインタフェース規格を満足していないLSIチップも良品として使用することができる。更に、試作段階において、設計段階のシミュレーションと実際の試作デバイスとの誤差を吸収させるための設計最適値を見つけることができ、試作回数の削減により開発期間を短縮させることができ、コストの低減を図ることができる。
【0041】
具体的には、テストモード時に得られた最適な遅延時間をデータ生成部に設定することにより、外部から入力されるデータに関係なく入力信号を常時最適な遅延時間で遅延して出力するようにした。このことから、テストモードで得られた最適な遅延時間を、チップ製造後に容易に設定することができる。
【0042】
また、外部から所定の信号が入力されるテストモードによって得られた最適な信号遅延時間を、切断するヒューズの組み合わせによって設定することにより、簡単で安価な構成で最適な信号遅延時間に設定することができる。
【0043】
また、外部から所定の信号が入力されるテストモードによって得られた最適な信号遅延時間を、トリミングして設定された抵抗の組み合わせによって設定するようにしてもよく、このようにした場合においても、簡単で安価な構成で最適な信号遅延時間に設定することができる。
【0044】
更に、上記外部からの所定の信号に応じて上記直列回路に対する所定の電位間への接続及び遮断を行うスイッチング回路を備えるようにしてもよい。このようにすることによって、待機状態となって消費電力の低減を行うスタンバイ動作モードを有する場合、スタンバイ時の消費電流を測定する際に、上記直列回路に対する所定の電位間への接続を遮断することができ、スタンバイ時の消費電流を正確に測定することができると共に、スタンバイのテストを正常に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における半導体装置の例を示した回路図である。
【図2】 本発明の実施の形態における半導体装置の他の例を示した回路図である。
【図3】 本発明の実施の形態における半導体装置の他の例を示した回路図である。
【図4】 従来の半導体装置の例を示した概略のブロック図である。
【符号の説明】
1 半導体装置
10 マルチプレクサ
20 遅延時間設定部
23〜26 ヒューズ
30 デコーダ
50 遅延時間調整部
D1〜D4 遅延時間調整回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device such as a high-speed CPU, a high-speed DSP, a high-speed ASIC, or a high-speed memory and a semiconductor device having a high-speed interface circuit, and more particularly to a semiconductor device having a delay time adjustment function for a clock or other signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high-speed processors have an operating frequency of several hundred MHz, and clock design is important for speeding up. In designing a high-speed semiconductor device, in order to reduce the phase shift of the clock of the semiconductor device (hereinafter referred to as clock skew) using circuit design technology in a design process, layout technology with a CAD tool, etc., with the goal of high-speed operation. Technology is used.
[0003]
As the circuit design technique, a technique for constructing a circuit with the same clock signal by a super buffer or the like, or a circuit to which a clock is inputted is made capacitively equivalent or a clock buffer skew is reduced while changing a clock buffer size. There is a technology to design to become. As the layout technique, there is a technique in which clocks are hierarchically configured on a tree, and a clock circuit is automatically created and automatically laid out on an automatic placement and routing tool so that delay times are equivalent.
[0004]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-282444, in a semiconductor circuit having a plurality of clock systems, in order to reduce clock skew, a circuit such as a clock oscillator, a frequency divider, and a phase comparator is used. Provides a small circuit. Japanese Patent Laid-Open No. 10-124553 discloses a clock tree that can reduce the influence of clock skew caused by individual variations of clock buffers, the number of registers connected to the output of each clock buffer final stage, and the like. In order to provide a generation method, the clock tree generation for classifying the registers constituting the logic circuit and constructing a clock tree for supplying the clock pulses to the respective registers based on the classified registers and the period time of the clock pulses is provided. A method is disclosed, and the result of generating a clock tree is reflected in a logic circuit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology as described above, a semiconductor device having a circuit that reduces clock skew at the design stage is provided, and the designed semiconductor device is manufactured by a wafer process. Variations in each process that cannot be performed cause variations in electrical characteristics. For this reason, the clock skew value is slightly different for each LSI chip on the wafer, and due to the variation, a chip that does not reach the target operating frequency when viewed for each chip can be obtained. Due to such variations, even in the case of LSI chips manufactured under the same conditions, processors and memory products were selected by testing and sold with different added values as chips having different operation speed versions.
[0006]
Further, in order to increase the operation speed of the chip, not only a small clock skew is necessarily good, but a small skew may increase the operating frequency of the chip. For example, in the circuit shown in FIG. 4, the output signal of the flip-
[0007]
In the conventional clock cycle based synchronous design, the clocks CK1 to CK3 are designed to have as little skew as possible, and in the
[0008]
However, in simulations that assume delay times when completed in the design process, errors due to modeling during simulation, estimation errors in delay times, delays due to crosstalk between signals during actual operation, and actual current flow Since errors such as a voltage drop are included, it cannot be completely corrected at the design stage by circuit simulation such as logic simulation or SPICE. For this reason, variations in the wafer process, which is a manufacturing process, cause variations in the clock delay and delay of each signal in the semiconductor device, making it impossible to achieve the target value of the operating frequency, or the necessary signal AC. There was a problem that the yield was lowered due to the failure that the characteristics could not be achieved. For this reason, it is necessary to repeat design trial manufacture until the target operating frequency and the target yield can be achieved, resulting in a problem that the development period and cost increase.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In a test after a wafer process, the optimum clock delay, clock skew and signal delay are tested, and the clock delay and signal delay are determined according to the test result. A signal delay adjustment function that can improve the operating frequency by improving the operating frequency, improve the defective yield due to the operating frequency, shorten the development design period, and reduce the cost. An object is to obtain a semiconductor device having the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a delay time adjustment function for adjusting and setting the delay time of an input signal.
Consisting of a delay circuit that delays a signal with a plurality of different delay times, and a signal delay unit that delays an input signal with a selected delay time;
A delay time selection unit that selects a delay time of the signal delay unit according to input data;
A data generation unit that generates data for instructing a delay time to be selected with respect to the delay time selection unit;
A data switching unit that switches data input from the outside and data generated by the data generation unit according to a predetermined signal from the outside and outputs the data to the delay time selection unit;
With,
The data generator is
At least one series circuit in which a plurality of fuses are connected in series, connected between predetermined potentials indicating binary data;
A switching circuit for controlling connection between the series circuit and a predetermined potential in response to a predetermined signal from the outside;
The delay time of the signal delay unit selected using the data input from the outside is generated by the combination of the fuses to be cut and selected by the delay time selection unit Generate dataIs.
[0011]
Also,The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a delay time adjustment function for adjusting and setting the delay time of an input signal.
Consisting of a delay circuit that delays a signal with a plurality of different delay times, and a signal delay unit that delays an input signal with a selected delay time;
A delay time selection unit that selects a delay time of the signal delay unit according to input data;
A data generation unit that generates data for instructing a delay time to be selected with respect to the delay time selection unit;
A data switching unit that switches data input from the outside and data generated by the data generation unit according to a predetermined signal from the outside and outputs the data to the delay time selection unit;
With
The data generator is
At least one series circuit connected in series with a plurality of trimmable resistors connected between predetermined potentials indicative of binary data;
A switching circuit for controlling connection between the series circuit and a predetermined potential in response to a predetermined signal from the outside;
And generating the data with a combination of the resistors set by trimming,Data generation is performed such that the delay time of the signal delay unit selected using data input from the outside is selected by the delay time selection unit.Is.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a clock generation circuit for adjusting the delay of an inputted reference clock and generating and outputting an optimum clock is shown. It is shown as an example, and a case where four types of clocks are generated and output by four delay adjustment circuits is shown as an example.
In FIG. 1, the
[0016]
In order to adjust the delay time of the clock CLK, the delay adjustment circuit D1 has data signals TD0 and TD1, the delay adjustment circuit D2 has data signals TD2 and TD3, and the delay adjustment circuit D3 has data signals TD4 and TD4. The data signals TD6 and TD7 are input to the delay adjustment circuit D4. The delay adjustment circuits D1 to D4 output corresponding clock signals CLK1 to CLK4 generated by delaying the clock signal CLK based on these input signals. Since the delay adjustment circuits D1 to D4 are formed with the same circuit configuration, only the internal circuit example of the delay adjustment circuit D1 is shown in FIG. 1, and the internals of the other delay adjustment circuits D2 to D4 are shown. The circuit is omitted. Therefore, hereinafter, the operation of the delay adjustment circuit D1 will be described, and the operations of the other delay adjustment circuits D2 to D4 are the same as those of the delay adjustment circuit D1, and the description thereof will be omitted.
[0017]
The delay adjustment circuit D1 includes a
[0018]
In the
[0019]
A connection portion between the
[0020]
In the delay
[0021]
On the other hand, the output terminal of the NOR
[0022]
In the
[0023]
In the delay
[0024]
In such a configuration, the
[0025]
When the high-level test mode signal TEST is input, the
[0026]
That is, when (TD0, TD1) = (0, 0), the
When (TD0, TD1) = (1, 0), the
[0027]
When (TD0, TD1) = (0, 1), the
When (TD0, TD1) = (1, 1), the
[0028]
In this way, the data combination of the data signals TD0 and TD1 is changed to obtain the data combination of the data signals TD0 and TD1 that is the optimum clock signal CLK1. For example, assuming that (TD0, TD1) = (1, 0) is optimal, the combination of the data signals TDa and TDb from the delay
[0029]
The laser trimming technique is a method in which a fuse composed of aluminum or polycrystalline silicon is selectively blown by laser irradiation or the like, or polycrystalline silicon which is in a high resistance state in the initial state is selectively laser-annealed. This shows a technique for lowering resistance by reducing resistance. Such a technique is a redundancy technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-36297 and 11-17010, in which a defective address is switched to a spare address for a defect in a highly integrated IC memory. In addition, it is used in a technique for trimming a resistance value disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-232119.
[0030]
On the other hand, when the test mode signal TEST is at a low level when the
[0031]
As a result, when the test mode signal TEST is at the low level, the delay adjustment circuit D1 turns on the
[0032]
In the above description, the case where the clock signals CLK1 to CLK4 adjusted to the desired delay time by the delay adjustment circuits D1 to D4 are output to one clock signal CLK is described as an example. However, as shown in FIG. 2, the signals SIG1 to SIG4 are input to the delay adjustment circuits D1 to D4 in correspondence with each other, and each delay adjustment circuit D1 to D4 adjusts the delay time with respect to the input signals SIG1 to SIG4. The signals TSIG1 to TSIG4 subjected to the above may be output.
[0033]
1 may be connected to a series circuit in which a plurality of buffers are connected in series instead of the
[0034]
For example, when designing an ASIC such as a high-speed gate array or a standard cell, the delay adjustment circuit D1 of FIG. 1 may be configured as shown in FIG. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here, and only differences from FIG. 1 are described.
[0035]
3 is different from FIG. 1 in that the delay time can be adjusted to two types of delay time in FIG. 3, the
[0036]
When designing an ASIC such as a high-speed gate array or a standard cell, various variations of the delay time in the delay time adjustment unit are made by changing the
[0037]
Further, since the delay time of the optimum design value can be found at the prototype stage without cutting the
[0038]
As described above, the semiconductor device according to the present embodiment changes the data combination of the data signals TD0 and TD1 in the test mode, thereby causing the delay
[0039]
In the above embodiment, the fuses are cut to set the delay time. However, instead of the
[0040]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the semiconductor device of the present invention, in the test mode in which a predetermined signal is input from the outside, the combination of data input from the outside is changed, and the input signal is By adjusting the delay time according to the combination and outputting the result, the delay time is adjusted to an optimum value, and a desired delay time can be set using the data generation unit. From this, it is possible to eliminate the clock delay in the semiconductor device due to variations in the manufacturing stage of the wafer process and the variations in delay of each signal, achieve the target value of the operating frequency, and improve the operating frequency, The yield of high-speed operating frequency chips can be improved. Since a chip having a high operating frequency is expensive, the added value of the wafer can be increased as a result. In addition, since the signal delay time can be adjusted by a test performed after manufacturing, even for a circuit having a high-speed interface in which delicate timing between signals is specified, there is an LSI chip that originally does not satisfy the interface standard. It can be used as a good product. Furthermore, at the prototype stage, it is possible to find the optimum design value to absorb the error between the simulation at the design stage and the actual prototype device, and the development period can be shortened by reducing the number of prototypes, thereby reducing costs. Can be planned.
[0041]
Specifically, the optimum delay time obtained in the test mode is set in the data generation unit so that the input signal is always delayed with the optimum delay time regardless of the data input from the outside. did. From this, the optimum delay time obtained in the test mode can be easily set after chip manufacture.
[0042]
In addition, by setting the optimum signal delay time obtained by the test mode in which a predetermined signal is input from the outside by the combination of fuses to be cut, the optimum signal delay time can be set with a simple and inexpensive configuration. Can do.
[0043]
Further, the optimum signal delay time obtained by the test mode in which a predetermined signal is input from the outside may be set by a combination of resistors set by trimming. An optimum signal delay time can be set with a simple and inexpensive configuration.
[0044]
Furthermore, a switching circuit for connecting and disconnecting the series circuit between predetermined potentials in accordance with a predetermined signal from the outside may be provided. In this way, in the case of having a standby operation mode in which the power consumption is reduced in a standby state, the connection between the predetermined potentials with respect to the series circuit is cut off when measuring the current consumption during standby. In addition, the current consumption during standby can be accurately measured, and the standby test can be performed normally.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an example of a semiconductor device in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing another example of a semiconductor device in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of the semiconductor device in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic block diagram showing an example of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor device
10 Multiplexer
20 Delay time setting section
23-26 fuse
30 decoder
50 Delay time adjuster
D1 to D4 delay time adjustment circuit
Claims (2)
複数の異なる遅延時間で信号の遅延を行う遅延回路からなり、選択された遅延時間で入力信号の遅延を行う信号遅延部と、
入力されるデータに応じて該信号遅延部の遅延時間を選択する遅延時間選択部と、
該遅延時間選択部に対して選択する遅延時間を指令するためのデータを生成するデータ生成部と、
外部から入力されるデータと該データ生成部で生成されたデータとを外部からの所定の信号に応じて切り替えて上記遅延時間選択部に出力するデータ切替部と、
を備え、
上記データ生成部は、
2値のデータを示す所定の電位間に接続される、複数のヒューズが直列に接続された少なくとも1つの直列回路と、
上記外部からの所定の信号に応じて該直列回路に対する所定の電位間への接続制御を行うスイッチング回路と、
を有し、切断される上記ヒューズの組み合わせで上記データを生成し、外部から入力されるデータを用いて選定された上記信号遅延部の遅延時間が、上記遅延時間選択部によって選択されるようにデータ生成を行うことを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having a delay time adjustment function for adjusting and setting the delay time of an input signal,
Consisting of a delay circuit that delays a signal with a plurality of different delay times, and a signal delay unit that delays an input signal with a selected delay time;
A delay time selection unit that selects a delay time of the signal delay unit according to input data;
A data generation unit that generates data for instructing a delay time to be selected with respect to the delay time selection unit;
A data switching unit that switches data input from the outside and data generated by the data generation unit according to a predetermined signal from the outside and outputs the data to the delay time selection unit;
Equipped with a,
The data generator is
At least one series circuit in which a plurality of fuses are connected in series, connected between predetermined potentials indicating binary data;
A switching circuit for controlling connection between the series circuit and a predetermined potential in response to a predetermined signal from the outside;
The delay time of the signal delay unit selected using the data input from the outside is generated by the combination of the fuses to be cut and selected by the delay time selection unit wherein a perform data generation.
複数の異なる遅延時間で信号の遅延を行う遅延回路からなり、選択された遅延時間で入力信号の遅延を行う信号遅延部と、
入力されるデータに応じて該信号遅延部の遅延時間を選択する遅延時間選択部と、
該遅延時間選択部に対して選択する遅延時間を指令するためのデータを生成するデータ生成部と、
外部から入力されるデータと該データ生成部で生成されたデータとを外部からの所定の信号に応じて切り替えて上記遅延時間選択部に出力するデータ切替部と、
を備え、
上記データ生成部は、
2値のデータを示す所定の電位間に接続される、複数のトリミング可能な抵抗が直列に接続された少なくとも1つの直列回路と、
上記外部からの所定の信号に応じて該直列回路に対する所定の電位間への接続制御を行うスイッチング回路と、
を有し、トリミングして設定された上記抵抗の組み合わせで上記データを生成し、外部から入力されるデータを用いて選定された上記信号遅延部の遅延時間が、上記遅延時間選択部によって選択されるようにデータ生成を行うことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a delay time adjustment function for adjusting and setting the delay time of an input signal,
Consisting of a delay circuit that delays a signal with a plurality of different delay times, and a signal delay unit that delays an input signal with a selected delay time;
A delay time selection unit that selects a delay time of the signal delay unit according to input data;
A data generation unit that generates data for instructing a delay time to be selected with respect to the delay time selection unit;
A data switching unit that switches data input from the outside and data generated by the data generation unit according to a predetermined signal from the outside and outputs the data to the delay time selection unit;
With
The data generator is
At least one series circuit connected in series with a plurality of trimmable resistors connected between predetermined potentials indicative of binary data;
A switching circuit for controlling connection between the series circuit and a predetermined potential in response to a predetermined signal from the outside;
The delay time of the signal delay unit selected using data input from the outside is generated by the combination of the resistors set by trimming and selected by the delay time selection unit. semi conductor arrangement and performing data generated so that.
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