JP5707813B2 - Semiconductor integrated circuit for device evaluation - Google Patents

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この発明は、微細化プロセスにより製造される大規模な半導体集積回路の素子の特性ばらつきを高精度に評価するための素子評価用TEG(Test Element Group)として好適な素子評価用半導体集積回路に関する。   The present invention relates to an element evaluation semiconductor integrated circuit suitable as an element evaluation TEG (Test Element Group) for highly accurately evaluating the characteristic variation of elements of a large-scale semiconductor integrated circuit manufactured by a miniaturization process.

半導体の微細プロセス化が進み、半導体チップに搭載する回路の大規模化、低電圧化および省電力化の要求が強くなってきている。特に省電力化に関しては、電力換算で現状の10分の1の目標が提示されている。しかしながら、微細化によりトランジスタの特性ばらつきの程度が大きくなり、さらに低電圧化により、トランジスタの特性ばらつきの回路動作への影響が大きくなったことから、安定して動作する大規模な半導体集積回路を高歩留まりで製造することが困難になってきている。そこで、半導体プロセスの最適化制御に用いる情報を取得するための手段として、大規模な数の素子を備えた素子評価用半導体集積回路を製造し、その評価を行うという手段が用いられる。この種の素子評価用半導体集積回路の一例として、大規模なインバータチェーンを備えたもの、具体的には図12に例示するように大規模な数のインバータを多段接続したリングオシレータを備えたものや、図13に例示するように半導体チップの全面に亙って多数のインバータを行列状に配置したものがある。   With the progress of semiconductor microfabrication, there is an increasing demand for large-scale circuits, low voltages, and power savings of circuits mounted on semiconductor chips. In particular, regarding power saving, the current target of 1/10 is presented in terms of power. However, the degree of variation in transistor characteristics has increased due to miniaturization, and the influence of transistor characteristic variations on circuit operation has increased due to lower voltage. It has become difficult to manufacture at a high yield. Therefore, as means for acquiring information used for semiconductor process optimization control, means for manufacturing an element evaluation semiconductor integrated circuit having a large number of elements and performing the evaluation is used. As an example of this kind of element evaluation semiconductor integrated circuit, a circuit having a large-scale inverter chain, specifically, a circuit having a ring oscillator in which a large number of inverters are connected in multiple stages as illustrated in FIG. Alternatively, as illustrated in FIG. 13, there are some in which a large number of inverters are arranged in a matrix over the entire surface of the semiconductor chip.

2009年8月25日に開催されたSTARCフォーラム/シンポジウムの講演資料“グリーン化の切り札:極低電力回路・システム技術”、講演者:東京大学・桜井貴康、株式会社半導体理工学研究センター・篠原尋史Presentation material of STARC Forum / Symposium held on August 25, 2009 "Trump card for greening: ultra-low power circuit / system technology", Speaker: The University of Tokyo, Takayasu Sakurai, Semiconductor Science and Engineering Research Center, Shinohara History

上述した従来の素子評価用半導体集積回路によれば、電源電圧等の動作条件を各種変えてインバータチェーンを動作させ、その動作確認を行うことにより、インバータチェーンを構成する大規模な数のトランジスタの電気的特性が全体的に適切なものになっているか否かといった観点でのグローバルな評価をすることができる。しかしながら、例えば非特許文献1においても報告されているように、比較的動作マージンの広いロジック回路においても、極低電圧の条件下では、局所的なトランジスタ特性のばらつき等に起因して、極一部の回路(インバータ等)が動作不能になり、これによりチップ全体が不良となる。従って、チップ全体の不良の原因を究明するためには、動作不能になっているインバータ等の回路を特定し、その回路の電気的特性を詳細に評価する必要がある。しかしながら、上述した従来の素子評価用半導体集積回路では、例えば図12のリングオシレータの電源電圧を低下させていった場合において、左から4番目のインバータが動作不能となり、リングオシレータの発振が止まった場合に、発振が止まったという事実を確認することはできても、動作不能になっているのが4番目のインバータであることを判定することはできない。図13の素子評価用半導体集積回路に関しても同様である。このように従来の素子評価用半導体集積回路は、大規模なインバータチェーンによる動作解析は可能であるが、膨大な数のインバータが存在するので、不良の原因となっているインバータを特定することができず、そのインバータにおけるトランジスタの特性を調べることができなかった。   According to the conventional semiconductor integrated circuit for element evaluation described above, the inverter chain is operated under various operating conditions such as the power supply voltage, and the operation of the inverter chain is confirmed. It is possible to make a global evaluation from the viewpoint of whether or not the electrical characteristics are appropriate as a whole. However, as reported in Non-Patent Document 1, for example, even in a logic circuit having a relatively wide operation margin, under extremely low voltage conditions, due to local variations in transistor characteristics, etc. Part of the circuit (inverter or the like) becomes inoperable, which makes the entire chip defective. Therefore, in order to investigate the cause of the failure of the entire chip, it is necessary to specify a circuit such as an inoperable inverter and evaluate the electrical characteristics of the circuit in detail. However, in the above-described conventional semiconductor integrated circuit for element evaluation, for example, when the power supply voltage of the ring oscillator in FIG. 12 is lowered, the fourth inverter from the left becomes inoperable and the oscillation of the ring oscillator stops. In this case, even though the fact that the oscillation has stopped can be confirmed, it cannot be determined that the fourth inverter is inoperable. The same applies to the element evaluation semiconductor integrated circuit of FIG. As described above, the conventional device evaluation semiconductor integrated circuit can perform an operation analysis using a large-scale inverter chain. However, since there are a large number of inverters, it is possible to identify the inverter causing the failure. The transistor characteristics of the inverter could not be investigated.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、インバータ等の論理ゲートからなる大規模なゲートチェーンを有し、そのゲートチェーンにおいて不良の原因となっている論理ゲートを特定することが容易な素子評価用半導体集積回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a large-scale gate chain composed of logic gates such as inverters, and identifies a logic gate causing a defect in the gate chain. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for device evaluation that is easy to implement.

この発明は、多段接続された複数の論理ゲートからなるゲートチェーンと、モニタ信号線と、前記ゲートチェーンにおける各論理ゲートの出力ノードと前記モニタ信号線との間に各々介挿され、当該モニタユニットを指示する制御信号が与えられることにより、前記モニタ信号線に当該出力ノードの電圧に依存した信号を発生させる複数のモニタユニットと、前記ゲートチェーンにおける複数の論理ゲートの出力ノードを順次モニタ対象とし、モニタ対象とする論理ゲートの出力ノードに接続されたモニタユニットを指示する制御信号を発生するモニタユニット選択手段とを具備することを特徴とする素子評価用半導体集積回路を提供する。   The present invention relates to a monitor unit comprising a gate chain composed of a plurality of logic gates connected in multiple stages, a monitor signal line, an output node of each logic gate in the gate chain, and the monitor signal line. When a control signal instructing is given, a plurality of monitor units for generating a signal depending on the voltage of the output node on the monitor signal line, and output nodes of a plurality of logic gates in the gate chain are sequentially monitored. There is provided a semiconductor integrated circuit for element evaluation, comprising: monitor unit selecting means for generating a control signal indicating a monitor unit connected to an output node of a logic gate to be monitored.

かかる発明によれば、各論理ゲートの出力ノードに接続された各モニタユニットが順次選択され、各モニタユニットにより、各論理ゲートの出力ノードの電圧に依存した信号がモニタ信号線に発生される。従って、モニタ信号線に発生する信号を監視することにより、ゲートチェーンを構成する複数の論理ゲートのうちのどの論理ゲートが動作不能になっているのかを判定することができる。   According to this invention, each monitor unit connected to the output node of each logic gate is sequentially selected, and each monitor unit generates a signal depending on the voltage of the output node of each logic gate on the monitor signal line. Therefore, by monitoring the signal generated on the monitor signal line, it is possible to determine which of the plurality of logic gates constituting the gate chain is inoperable.

この発明の第1実施形態である素子評価用半導体集積回路の一部の構成を示す回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing a partial configuration of a device evaluation semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention; 同実施形態におけるインバータチェーンの回路構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structural example of the inverter chain in the same embodiment. この発明の第2実施形態である素子評価用半導体集積回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit for element evaluation which is 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態である素子評価用半導体集積回路のモニタユニットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the monitor unit of the semiconductor integrated circuit for element evaluation which is 3rd Embodiment of this invention. この発明の第4実施形態である素子評価用半導体集積回路のモニタユニットの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the monitor unit of the semiconductor integrated circuit for element evaluation which is 4th Embodiment of this invention. 同実施形態によるモニタユニットを利用したインバータの出力電圧のモニタ方法の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the specific example of the monitoring method of the output voltage of the inverter using the monitor unit by the embodiment. この発明の第5実施形態である素子評価用半導体集積回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor integrated circuit for element evaluation which is 5th Embodiment of this invention. 同素子評価用半導体集積回路の一部の構成を詳細に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a part of the semiconductor integrated circuit for the same element evaluation in detail. 同実施形態において、リングオシレータにおける所望のインバータの入出力伝達特性を測定する方法およびそのインバータにおけるNチャネルトランジスタ、Pチャネルトランジスタの電気的特性を測定する方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a method for measuring input / output transfer characteristics of a desired inverter in the ring oscillator and a method for measuring electrical characteristics of an N-channel transistor and a P-channel transistor in the inverter in the embodiment. この発明による素子評価用半導体集積回路に適したダブルWELL構造の半導体チップの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the semiconductor chip of the double WELL structure suitable for the semiconductor integrated circuit for element evaluation by this invention. この発明による素子評価用半導体集積回路に適したダブルWELL構造の半導体チップの他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the semiconductor chip of the double WELL structure suitable for the semiconductor integrated circuit for element evaluation by this invention. 素子評価用半導体集積回路に用いられるリングオシレータの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the ring oscillator used for the semiconductor integrated circuit for element evaluation. 素子評価用半導体集積回路に用いられるインバータチェーンの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the inverter chain used for the semiconductor integrated circuit for element evaluation.

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である素子評価用半導体集積回路の一部の構成を示す回路図である。この素子評価用半導体集積回路は、ゲートチェーンの一形態であるインバータチェーンを有するとともに、このインバータチェーンを構成する各インバータの出力ノードの電圧を個別的に検出するモニタ手段を有している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a partial configuration of a device evaluation semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. This element evaluation semiconductor integrated circuit has an inverter chain which is one form of a gate chain, and also has a monitor means for individually detecting the voltage at the output node of each inverter constituting the inverter chain.

図1において、モニタ信号線MONは、半導体チップ上においてインバータチェーンを構成する各インバータの近傍を通過するように配線されている。このモニタ信号線MONは、半導体チップ上に設けられたボンディングパッドに接続されている(図1では図示略)。従って、半導体集積回路の外部からモニタ信号線MONの電圧を確認することが可能である。   In FIG. 1, the monitor signal line MON is wired so as to pass through the vicinity of each inverter constituting the inverter chain on the semiconductor chip. The monitor signal line MON is connected to a bonding pad provided on the semiconductor chip (not shown in FIG. 1). Therefore, the voltage of the monitor signal line MON can be confirmed from the outside of the semiconductor integrated circuit.

また、図1には、インバータチェーンの一部として、相前後した2個のインバータINV1およびINV2が図示されている。そして、図1に示す例では、インバータINV1の出力ノードとモニタ信号線MONとの間にモニタユニットMUaが介挿されている。このモニタユニットMUaは、当該モニタユニットMUaを指示する信号が与えられることにより、モニタ信号線MONに当該出力ノード(この例ではインバータINV1の出力ノード)の電圧に依存した信号を発生させる回路である。図示は省略したが、インバータチェーンを構成する他のインバータの各出力ノードにも同様なモニタユニットMUaが接続されている。   FIG. 1 also shows two inverters INV1 and INV2 that are arranged in succession as a part of the inverter chain. In the example shown in FIG. 1, a monitor unit MUa is interposed between the output node of the inverter INV1 and the monitor signal line MON. The monitor unit MUa is a circuit that generates a signal depending on the voltage of the output node (in this example, the output node of the inverter INV1) on the monitor signal line MON when a signal instructing the monitor unit MUa is given. . Although not shown, a similar monitor unit MUa is connected to each output node of other inverters constituting the inverter chain.

図1に示すように、モニタユニットMUaは、スイッチSWとアドレス一致検出部ADETとを有する。ここで、スイッチSWは、PチャネルMOS電界効果トランジスタ(以下、単にPチャネルトランジスタという)とNチャネルMOS電界効果トランジスタ(以下、単にNチャネルトランジスタという)とからなるCMOSアナログスイッチであり、インバータINV1の出力ノードとモニタ信号線MONとの間に介挿されている。   As shown in FIG. 1, the monitor unit MUa includes a switch SW and an address match detection unit ADET. Here, the switch SW is a CMOS analog switch composed of a P-channel MOS field effect transistor (hereinafter simply referred to as a P-channel transistor) and an N-channel MOS field effect transistor (hereinafter simply referred to as an N-channel transistor). It is inserted between the output node and the monitor signal line MON.

アドレス一致検出部ADETには、アドレス一致信号AXおよびAYが与えられる。ここで、アドレス一致信号AXおよびAYについて説明する。本実施形態においてインバータチェーンを構成する各インバータは、半導体チップの一辺に沿った方向であるX方向およびこれと直交するY方向に沿って行列状に配置されている。そして、本実施形態では、各インバータの出力ノードは、当該出力ノードがX方向に沿って何番目に位置しているかを示すXアドレスと、Y方向に沿って何番目に位置しているかを示すYアドレスとを有しており、モニタ対象とするインバータの出力ノードがこのXアドレスとYアドレスにより特定されるようになっている。図1に示す例において、アドレス一致信号AXは、モニタ対象であるインバータの出力ノードのXアドレスがインバータINV1の出力ノードのXアドレスと一致しているときにアクティブレベルとなり、アドレス一致信号AYは、モニタ対象であるインバータの出力ノードのYアドレスがインバータINV1の出力ノードのYアドレスと一致しているときにアクティブレベルとなる。そして、アドレス一致検出部ADETは、図示の例ではNANDゲートとインバータにより構成されており、当該モニタユニットMUaを指示するアドレス一致信号が与えられること、より具体的にはアドレス一致信号AXおよびAYの両方がアクティブレベルになることにより、スイッチSWをONとする信号を出力する。   Address match signals AX and AY are given to the address match detection unit ADET. Here, the address match signals AX and AY will be described. In the present embodiment, the inverters constituting the inverter chain are arranged in a matrix along the X direction, which is a direction along one side of the semiconductor chip, and the Y direction perpendicular thereto. In the present embodiment, the output node of each inverter indicates the X address indicating the position of the output node along the X direction and the position of the output node along the Y direction. The output node of the inverter to be monitored is specified by the X address and the Y address. In the example shown in FIG. 1, the address match signal AX becomes an active level when the X address of the output node of the inverter to be monitored matches the X address of the output node of the inverter INV1, and the address match signal AY is The active level is obtained when the Y address of the output node of the inverter to be monitored matches the Y address of the output node of the inverter INV1. The address coincidence detection unit ADET is composed of a NAND gate and an inverter in the illustrated example, and is provided with an address coincidence signal indicating the monitor unit MUa, more specifically, the address coincidence signals AX and AY. When both become active levels, a signal for turning on the switch SW is output.

本実施形態では、インバータチェーンに対して電源電圧を供給する給電系統と、インバータチェーン以外の回路(モニタユニットMUaを含む)に対して電源電圧を供給する給電系統は別になっている。そして、本実施形態では、インバータチェーンに対して与える高電位電源電圧VDDCおよび低電位電源電圧VSSCをインバータチェーン以外の回路に対する電源電圧に対して独立に変化させることが可能である。従って、本実施形態によれば、インバータチェーンに関して次のような特性評価を行うことが可能である。   In the present embodiment, the power supply system that supplies the power supply voltage to the inverter chain and the power supply system that supplies the power supply voltage to circuits (including the monitor unit MUa) other than the inverter chain are separate. In this embodiment, the high-potential power supply voltage VDDC and the low-potential power supply voltage VSSC applied to the inverter chain can be changed independently of the power supply voltages for circuits other than the inverter chain. Therefore, according to this embodiment, it is possible to perform the following characteristic evaluation on the inverter chain.

すなわち、インバータチェーン以外の回路に対する電源電圧を十分に高く維持した状態で、インバータチェーンに対する電源電圧VDDC−VSSCを低下させ、インバータチェーンが動作しなくなった電源電圧において、複数のモニタユニットMUaにより、インバータチェーンを構成する各インバータの出力ノードを順次選択してモニタ信号線MONに接続し、半導体集積回路の外部からモニタ信号線MONを介して各インバータの出力ノードの電圧を確認するのである。   That is, the power supply voltage VDDC-VSSC for the inverter chain is lowered in a state where the power supply voltage for the circuits other than the inverter chain is kept sufficiently high. The output node of each inverter constituting the chain is sequentially selected and connected to the monitor signal line MON, and the voltage of the output node of each inverter is confirmed from the outside of the semiconductor integrated circuit via the monitor signal line MON.

この確認を行うことにより、インバータチェーンの動作を停止させている原因となっているインバータが判明する。具体的には、入力信号がLレベルであるのにHレベルを出力していないインバータ、入力信号がHレベルであるのにLレベルを出力していないインバータ、あるいはLレベルでもなく、Hレベルでもない中間レベルを出力しているインバータである。この動作停止の原因となっているインバータが判明すれば、後はそのインバータの電気的特性を詳細に調べることにより、動作不良を生じさせるプロセス上の原因を調べることができる。   By performing this confirmation, the inverter that causes the operation of the inverter chain to be stopped is found. Specifically, an inverter that does not output an H level when the input signal is at an L level, an inverter that does not output an L level when the input signal is at an H level, or an H level that is not an L level. There is no intermediate level output inverter. If the inverter that causes the operation stop is found, then the electrical cause of the inverter can be examined in detail to investigate the cause of the process that causes the malfunction.

半導体集積回路の外部において、モニタ信号線MONに与えられるインバータの出力ノードの電圧を精度良く測定するためには、モニタユニットMUaのスイッチSWのON抵抗が十分に小さいことが望ましい。そのためには、モニタユニットMUa等のインバータチェーン以外の回路を高耐圧のトランジスタにより構成し、かつ、インバータチェーン以外の回路を十分に高い電源電圧で動作させることにより、スイッチSWを構成するPチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタに十分に大きなゲート電圧を与えることが好ましい。   In order to accurately measure the voltage at the output node of the inverter applied to the monitor signal line MON outside the semiconductor integrated circuit, it is desirable that the ON resistance of the switch SW of the monitor unit MUa is sufficiently small. For this purpose, a circuit other than the inverter chain such as the monitor unit MUa is constituted by a high breakdown voltage transistor, and a circuit other than the inverter chain is operated with a sufficiently high power supply voltage, thereby forming a P-channel transistor constituting the switch SW. It is preferable to apply a sufficiently large gate voltage to the N-channel transistor.

インバータチェーンの回路構成に関しては、各種の態様が考えられる。図2(a)〜(e)は、各々その例を示すものである。図2(a)に示す例では、インバータチェーンは多数のインバータを閉ループ状に接続したリングオシレータとなっている。この例では、リングオシレータの途中のノードから半導体集積回路の外部に信号を取り出す出力バッファやボンディングパッドが設けられていない。従って、いずれかのモニタユニットMUaのスイッチSWをONにして、リングオシレータの途中のノードの信号をモニタ信号線MONに出力させ、半導体集積回路の外部からモニタ信号線MONの信号波形を観測し、リングオシレータが発振しているか否かを確認することとなる。   Various aspects are conceivable regarding the circuit configuration of the inverter chain. FIGS. 2A to 2E show examples thereof. In the example shown in FIG. 2A, the inverter chain is a ring oscillator in which a large number of inverters are connected in a closed loop. In this example, there is no output buffer or bonding pad for extracting a signal from a node in the middle of the ring oscillator to the outside of the semiconductor integrated circuit. Accordingly, the switch SW of one of the monitor units MUa is turned on to output the signal of the node in the middle of the ring oscillator to the monitor signal line MON, and the signal waveform of the monitor signal line MON is observed from outside the semiconductor integrated circuit, It will be confirmed whether or not the ring oscillator is oscillating.

図2(b)に示す例では、リングオシレータの途中のノードの信号を半導体集積回路の外部に取り出すための出力バッファOBおよびボンディングパッドが設けられている。この場合、リングオシレータの動作限界を求めるために、リングオシレータ以外の回路(出力バッファOBを含む)の電源電圧を高く維持した状態でリングオシレータの電源電圧を低下させてゆくので、出力バッファOBとしてはレベルシフト機能を持ったものが用いられる。   In the example shown in FIG. 2B, an output buffer OB and a bonding pad for taking out a signal at a node in the middle of the ring oscillator to the outside of the semiconductor integrated circuit are provided. In this case, in order to obtain the operating limit of the ring oscillator, the power supply voltage of the ring oscillator is lowered while the power supply voltage of the circuit other than the ring oscillator (including the output buffer OB) is kept high. The one with level shift function is used.

図2(c)に示す例では、半導体集積回路の外部からの入力信号INがボンディングパッドおよび入力バッファIBを介してインバータチェーンに入力され、インバータチェーンの出力信号が出力バッファOBおよびボンディングパッドを介して半導体集積回路外部に出力されるようになっている。この構成は、外部からの入力信号INを変化させることによりインバータチェーンを構成する各インバータの出力ノードの電圧の期待値を変えることができる。従って、インバータチェーンの動作限界に関して、より詳細な調査を行うことができるという利点がある。図2(b)の場合と同様、この図2(c)の構成でも、出力バッファOBはレベルシフト機能を持ったものが用いられる。   In the example shown in FIG. 2C, an input signal IN from the outside of the semiconductor integrated circuit is input to the inverter chain via the bonding pad and the input buffer IB, and the output signal of the inverter chain is input via the output buffer OB and the bonding pad. So that it is output to the outside of the semiconductor integrated circuit. In this configuration, the expected value of the voltage at the output node of each inverter constituting the inverter chain can be changed by changing the external input signal IN. Therefore, there is an advantage that a more detailed investigation can be performed regarding the operation limit of the inverter chain. As in the case of FIG. 2B, the output buffer OB having a level shift function is also used in the configuration of FIG.

図2(d)の例では、リングオシレータの途中にNANDゲートが介挿されており、外部から与えるイネーブル信号ENにより、リングオシレータを発振させたり、停止させることができる。この場合、NANDゲートは、出力ノードおよび低電位電源線間に直列接続された2個のNチャネルトランジスタを含んでいる。従って、このNANDゲートがリングオシレータの動作を停止させる原因とならないように、NANDゲートの2個のNチャネルトランジスタを十分にトランジスタサイズの大きなものにしておくことが好ましい。   In the example of FIG. 2D, a NAND gate is inserted in the middle of the ring oscillator, and the ring oscillator can be oscillated or stopped by an enable signal EN given from the outside. In this case, the NAND gate includes two N-channel transistors connected in series between the output node and the low potential power supply line. Therefore, it is preferable that the two N-channel transistors of the NAND gate have a sufficiently large transistor size so that the NAND gate does not cause the ring oscillator to stop operating.

図2(e)に示す例では、インバータを多段接続したインバータチェーンの先頭部分に、先頭のインバータに対する入力信号を最後尾のインバータの出力信号とするか、半導体集積回路の外部から与えられる入力信号INとするかを、外部から与えられる選択信号SELに基づいて切り換えるスイッチが設けられている。このスイッチは、例えばCMOSアナログスイッチにより構成されている。選択信号SELに基づいてスイッチを駆動する入力バッファIBは、インバータチェーンの電源電圧とは独立した十分に高い電源電圧が与えられる。この構成によれば、インバータチェーンをリングオシレータとして動作させるか、入力信号INに応答させるかを切り換えることができる。従って、インバータチェーンの動作限界に関して、より詳細な調査を行うことができるという利点がある。また、この構成では、スイッチを構成するPチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタに対して十分に大きなゲート電圧が与えられるので、スイッチがインバータチェーンの動作停止の原因となるのを回避することができる。なお、図2(b)、図2(c)の出力バッファOBは、この例ではレベルシフトにより構成しているが、このレベルシフトにより動作マージンを決めないような設定が必要である。高精度の評価装置を用いる場合には、一般的な出力バッファに置き換えても良い。   In the example shown in FIG. 2 (e), the input signal to the head inverter is used as the output signal of the last inverter at the head of the inverter chain in which the inverters are connected in multiple stages, or the input signal is given from the outside of the semiconductor integrated circuit. A switch is provided for switching between IN and IN based on a selection signal SEL given from the outside. This switch is constituted by, for example, a CMOS analog switch. The input buffer IB that drives the switch based on the selection signal SEL is supplied with a sufficiently high power supply voltage independent of the power supply voltage of the inverter chain. According to this configuration, it is possible to switch between operating the inverter chain as a ring oscillator or responding to the input signal IN. Therefore, there is an advantage that a more detailed investigation can be performed regarding the operation limit of the inverter chain. Also, with this configuration, a sufficiently large gate voltage is applied to the P-channel transistor and N-channel transistor that constitute the switch, so that the switch can be prevented from causing the inverter chain to stop operating. The output buffer OB in FIGS. 2B and 2C is configured by level shift in this example, but it is necessary to set so that the operation margin is not determined by this level shift. When a highly accurate evaluation device is used, it may be replaced with a general output buffer.

<第2実施形態>
図3はこの発明の第2実施形態である素子評価用半導体集積回路の構成を示す回路図である。図3において、インバータチェーン100は、半導体チップのX方向(図3では上から下へ向かう方向)およびY方向(図3では左から右へ向かう方向)に沿って行列状に配列されたL個(Lは奇数)のインバータにより構成されている。ここで、インバータチェーン100における各インバータは、全体として1つの閉ループをなすように、互いに隣り合ったインバータの出力端子と入力端子が接続され、リングオシレータを構成している。このインバータチェーン100の全インバータには、専用の電極(ボンディングパッド)および電源線を介して高電位電源電圧VDDCおよび低電位電源電圧VSSCが供給される。
Second Embodiment
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an element evaluation semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the inverter chain 100 has L pieces arranged in a matrix along the X direction (the direction from the top to the bottom in FIG. 3) and the Y direction (the direction from the left to the right in FIG. 3) of the semiconductor chip. (L is an odd number) inverters. Here, each inverter in the inverter chain 100 is connected to the output terminal and the input terminal of the inverters adjacent to each other so as to form one closed loop as a whole, thereby forming a ring oscillator. All inverters in the inverter chain 100 are supplied with the high potential power supply voltage VDDC and the low potential power supply voltage VSSSC through dedicated electrodes (bonding pads) and power supply lines.

モニタ信号線MONは、インバータチェーン100を構成する各インバータに沿って半導体チップ上に配線され、モニタ電極としてのボンディングパッドに接続されている。インバータチェーン100の各インバータの出力ノードとこのモニタ信号線MONとの間にはモニタユニットMUが各々介挿されている。このモニタユニットMUは、モニタ対象となるインバータの出力ノードの電圧に依存した信号をモニタ信号線MONに発生させる回路であり、上述した第1実施形態のモニタユニットMUaでもよく、後述する第3実施形態のモニタユニットMUbあるいは第4実施形態のモニタユニットMUcであってもよい。   The monitor signal line MON is wired on the semiconductor chip along each inverter constituting the inverter chain 100, and is connected to a bonding pad as a monitor electrode. A monitor unit MU is interposed between the output node of each inverter of the inverter chain 100 and the monitor signal line MON. The monitor unit MU is a circuit that generates a signal depending on the voltage of the output node of the inverter to be monitored on the monitor signal line MON, and may be the monitor unit MUa of the first embodiment described above, which is a third embodiment described later. The monitor unit MUb of the embodiment or the monitor unit MUc of the fourth embodiment may be used.

インバータチェーン100が占める領域内において、X方向およびY方向に並んだ各インバータの出力ノードは、当該出力ノードがX方向に沿って何番目の出力ノードであるかを示すXアドレスと、当該出力ノードがY方向に沿って何番目の出力ノードであるかを示すYアドレスを有している。そして、インバータチェーン100が占める領域内には、Y方向に互いに離間して並び、X方向に延在するn本のYアドレス一致線AY(j)(j=0〜n−1)と、X方向に互いに離間して並び、Y方向に延在するm本のXアドレス一致線AX(i)(i=0〜m−1)とが配線されている。ここで、各Yアドレス一致線AY(j)(j=0〜n−1)は、Yアドレスがjである最大m個のインバータの各出力ノードに接続された各モニタユニットMUに各々接続されており、前掲図1のYアドレス一致線AYとしての役割を果たす。また、各Xアドレス一致線AX(i)(i=0〜m−1)は、Xアドレスがiである最大n個のインバータの各出力ノードに接続された各モニタユニットMUに各々接続されてり、前掲図1のXアドレス一致線AXとしての役割を果たす。   In the region occupied by the inverter chain 100, the output nodes of the inverters arranged in the X direction and the Y direction have an X address indicating which output node the output node is along the X direction, and the output node. Has a Y address indicating the number of the output node along the Y direction. In the region occupied by the inverter chain 100, n Y address match lines AY (j) (j = 0 to n−1), which are arranged apart from each other in the Y direction and extend in the X direction, and X M X address coincidence lines AX (i) (i = 0 to m−1) arranged in the direction away from each other and extending in the Y direction are wired. Here, each Y address match line AY (j) (j = 0 to n−1) is connected to each monitor unit MU connected to each output node of a maximum of m inverters whose Y address is j. And serves as the Y address match line AY of FIG. Each X address match line AX (i) (i = 0 to m−1) is connected to each monitor unit MU connected to each output node of a maximum of n inverters whose X address is i. Thus, it plays the role of the X address match line AX in FIG.

モニタアドレス発生部MAGAは、インバータチェーン100の各インバータのうちモニタ対象とするインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを発生する回路である。このモニタアドレス発生部MAGAは、モード電極であるボンディングパッドと、クロック電極であるボンディングパッドに接続されている。モニタアドレス発生部MAGAには、モード電極を介してモード指定信号が与えられ、クロック電極を介してクロックが与えられる。   The monitor address generation unit MAGA is a circuit that generates the X address and the Y address of the output node of the inverter to be monitored among the inverters of the inverter chain 100. The monitor address generator MAGA is connected to a bonding pad that is a mode electrode and a bonding pad that is a clock electrode. The monitor address generation unit MAGA is supplied with a mode designation signal via a mode electrode and a clock via a clock electrode.

モード指定信号が“0”であるとき、モニタアドレス発生部MAGAは、クロックのカウントを行わず、XアドレスおよびYアドレスの両方を0とする。一方、モード指定信号が“1”であるとき、モニタアドレス発生部MAGAは、クロックのカウントを行い、カウント値に基づいてXアドレスおよびYアドレスを更新する。   When the mode designation signal is “0”, the monitor address generator MAGA does not count the clock and sets both the X address and the Y address to 0. On the other hand, when the mode designation signal is “1”, the monitor address generator MAGA counts the clock and updates the X address and the Y address based on the count value.

YデコーダYDECj(j=0〜n−1)は、Y方向に沿って配置され、Yアドレス一致線AY(j)(j=0〜n−1)に各々接続されており、全体としてYアドレスデコード回路を構成している。各YデコーダYDECj(j=0〜n−1)には、モニタアドレス発生部MAGAからYアドレスが供給される。YデコーダYDECj(j=0〜n−1)の各々は、YアドレスがjであるときにYアドレス一致線AY(j)をアクティブレベルとする。XデコーダXDECi(i=0〜m−1)は、X方向に沿って配置され、Xアドレス一致線AX(i)(i=0〜m−1)に各々接続されており、全体としてXアドレスデコード回路を構成している。各XデコーダXDECi(i=0〜m−1)には、モニタアドレス発生部MAGAからXアドレスが供給される。XデコーダXDECi(i=0〜m−1)の各々は、XアドレスがiであるときにXアドレス一致線AX(i)をアクティブレベルとする。   Y decoder YDECj (j = 0 to n−1) is arranged along the Y direction and is connected to Y address match line AY (j) (j = 0 to n−1), respectively. A decoding circuit is configured. The Y address is supplied from the monitor address generator MAGA to each Y decoder YDECj (j = 0 to n−1). Each of the Y decoders YDECj (j = 0 to n−1) sets the Y address match line AY (j) to the active level when the Y address is j. The X decoder XDECi (i = 0 to m−1) is arranged along the X direction and is connected to the X address coincidence line AX (i) (i = 0 to m−1), respectively. A decoding circuit is configured. Each X decoder XDECi (i = 0 to m−1) is supplied with an X address from the monitor address generator MAGA. Each of the X decoders XDECi (i = 0 to m−1) sets the X address matching line AX (i) to an active level when the X address is i.

モニタアドレス発生部MAGAの構成に関しては各種の態様が考えられる。ある好ましい態様において、モニタアドレス発生部MAGAは、クロックに同期して0〜n−1までのカウントを繰り返し行うn進カウンタと、このn進カウンタのカウント値がn−1から0に戻るときのクロックに同期して0〜m−1までのカウントを繰り返し行うm進カウンタを有する。ここで、n進カウンタおよびm進カウンタは、モード指定信号が“0”であるときはリセット状態となり、モード指定信号が“1”であるときにクロックのカウントを行う。そして、n進カウンタのカウント値がそのままYアドレスとして出力され、m進カウンタのカウント値がそのままXアドレスとして出力されるのである。   Various aspects are conceivable regarding the configuration of the monitor address generator MAGA. In a preferred embodiment, the monitor address generator MAGA includes an n-ary counter that repeatedly counts from 0 to n-1 in synchronization with the clock, and a count value of the n-ary counter when the count value returns from n-1 to 0. An m-ary counter that repeatedly counts from 0 to m−1 in synchronization with the clock is provided. Here, the n-ary counter and the m-ary counter are in a reset state when the mode designation signal is “0”, and count the clock when the mode designation signal is “1”. Then, the count value of the n-ary counter is output as it is as the Y address, and the count value of the m-ary counter is output as it is as the X address.

インバータチェーン100において、リングオシレータの一部をなす連続したn個のインバータが最上の一行に左から右に順次並び、次の連続したn個のインバータが2番目の一行に左から右に順次並び、…という具合に、各インバータがいわばラスタスキャン順に並んでいる場合には、このようなモニタアドレス発生部MAGAが好都合である。この場合において、モニタアドレス発生部MAGAが順次出力するXアドレスおよびYアドレスを利用すると、リングオシレータにおける1番目のインバータの出力ノード、2番目のインバータの出力ノード、3番目のインバータの出力ノード、…という具合に、リングオシレータにおける信号の伝搬順に従って各インバータの出力ノードがモニタ信号線MONに順次接続される。従って、リングオシレータにおける信号の伝搬順序に従って各インバータの出力ノードの電圧を半導体集積回路の外部において確認し、各インバータの出力信号がHレベル、Lレベル、Hレベル、…という具合に規則的にレベル反転しているか、そのような規則性から外れる動作異常が起こっているかを容易に確認することができる。   In the inverter chain 100, consecutive n inverters forming a part of the ring oscillator are sequentially arranged from left to right in the top row, and the next consecutive n inverters are sequentially arranged from left to right in the second row. When the inverters are arranged in the raster scan order, such a monitor address generator MAGA is convenient. In this case, when the X address and the Y address sequentially output by the monitor address generation unit MAGA are used, the output node of the first inverter, the output node of the second inverter, the output node of the third inverter in the ring oscillator,. In other words, the output nodes of the inverters are sequentially connected to the monitor signal line MON in accordance with the signal propagation order in the ring oscillator. Accordingly, the voltage at the output node of each inverter is confirmed outside the semiconductor integrated circuit in accordance with the signal propagation order in the ring oscillator, and the output signal of each inverter is regularly leveled such as H level, L level, H level,. It is possible to easily confirm whether the operation is reversed or the operation abnormality deviates from such regularity.

しかしながら、図3に示すように、リングオシレータを構成する各インバータがラスタスキャン順に並んでいない場合には、上記のようなモニタアドレス発生部MAGAを用いると、リングオシレータ内における信号の伝搬順序とは異なった順序で、各インバータの出力ノードが選択され、モニタ信号線MONに接続されることとなる。例えば図3の例において、リングオシレータでは、最上行の右端のインバータの次段のインバータは、その下の行の右端のインバータである。しかし、上記のモニタアドレス発生部MAGAが発生するXアドレス、Yアドレスに従って、インバータの出力ノードのモニタ信号線MONへの接続制御を行うと、最上行の右端のインバータの出力ノードがモニタ信号線MONへ接続された後、その下の行の左端のインバータの出力ノードがモニタ信号線MONへ接続されることとなる。   However, as shown in FIG. 3, when the inverters constituting the ring oscillator are not arranged in the raster scan order, if the monitor address generation unit MAGA as described above is used, what is the signal propagation order in the ring oscillator? In a different order, the output node of each inverter is selected and connected to the monitor signal line MON. For example, in the example of FIG. 3, in the ring oscillator, the inverter at the next stage of the rightmost inverter in the uppermost row is the rightmost inverter in the lower row. However, when connection control to the monitor signal line MON of the output node of the inverter is performed according to the X address and Y address generated by the monitor address generator MAGA, the output node of the rightmost inverter on the uppermost row is connected to the monitor signal line MON. After that, the output node of the leftmost inverter in the lower row is connected to the monitor signal line MON.

従って、リングオシレータ内における信号の伝搬順序に従って各インバータの出力ノードの電圧を確認する必要がある場合には、モニタ信号線MONを介して半導体集積回路の外部に出力される各インバータの出力ノードの電圧をリングオシレータでの信号の伝搬順序となるように並び替える操作が必要になる。   Accordingly, when it is necessary to check the voltage of the output node of each inverter in accordance with the signal propagation order in the ring oscillator, the output node of each inverter that is output to the outside of the semiconductor integrated circuit via the monitor signal line MON. It is necessary to rearrange the voltages so that they are in the order of signal propagation in the ring oscillator.

他の好ましい態様において、モニタアドレス発生部MAGAは、クロックに同期して0〜L−1までのカウントを行うL進カウンタとアドレス変換回路とを有する。ここで、L進カウンタのカウント値は、リングオシレータ内の所定のインバータを0番目のイバータとした場合に、モニタ対象であるインバータがリングオシレータ内での信号の伝搬方向に沿って何番目のインバータに当たるかを示す。そして、アドレス変換回路は、モニタ対象であるインバータの順位を示すカウント値を、当該インバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスの組に変換するのである。このようなアドレス変換回路は、例えばROMにより構成することが可能である。   In another preferred embodiment, the monitor address generation unit MAGA includes an L-ary counter and an address conversion circuit that counts from 0 to L-1 in synchronization with the clock. Here, when the predetermined inverter in the ring oscillator is the 0th inverter, the count value of the L-ary counter is the inverter number of the inverter to be monitored along the signal propagation direction in the ring oscillator. Indicates whether or not The address conversion circuit converts the count value indicating the rank of the inverter to be monitored into a set of X address and Y address of the output node of the inverter. Such an address conversion circuit can be constituted by a ROM, for example.

この態様によれば、リングオシレータを構成する各インバータがラスタスキャン順に並んでいない場合においても、リングオシレータ内における信号の伝搬順序に従って各インバータの出力ノードの電圧を半導体集積回路の外部に出力させることができる。   According to this aspect, even when the inverters constituting the ring oscillator are not arranged in the raster scan order, the voltage of the output node of each inverter is output to the outside of the semiconductor integrated circuit according to the signal propagation order in the ring oscillator. Can do.

以上の構成において、モニタアドレス発生部MAGA、YデコーダYDECj(j=0〜n−1)、XデコーダXDECi(i=0〜m−1)は、モニタ対象とする論理ゲートの出力ノードに接続されたモニタユニットMUを指示する制御信号を発生するモニタユニット選択手段を構成している。そして、インバータチェーン100以外の制御回路、具体的にはモニタユニット選択手段をなす各回路とm×n個のモニタユニットMUには、インバータチェーン100用のものとは別のボンディングパッドおよび電源線を介して高電位電源電圧VDDおよび低電位電源電圧VSSが供給される。従って、本実施形態によれば、インバータチェーン100に関して次のような特性評価を行うことが可能である。   In the above configuration, the monitor address generation unit MAGA, the Y decoder YDECj (j = 0 to n−1), and the X decoder XDECi (i = 0 to m−1) are connected to the output node of the logic gate to be monitored. Monitor unit selection means for generating a control signal for instructing the monitor unit MU. Then, a control circuit other than the inverter chain 100, specifically, each circuit constituting the monitor unit selection means and m × n monitor units MU are provided with bonding pads and power lines different from those for the inverter chain 100. The high-potential power supply voltage VDD and the low-potential power supply voltage VSS are supplied through the vias. Therefore, according to this embodiment, it is possible to perform the following characteristic evaluation on the inverter chain 100.

まず、モード指定信号を“0”とする。そして、インバータチェーン100以外の回路に対する電源電圧VDD−VSSを十分に高く維持した状態で、インバータチェーン100に対する電源電圧VDDC−VSSCを徐々に低下させる。この間、リングオシレータであるインバータチェーン100の発振動作を確認する。具体的にはモニタ信号線MONを介して半導体集積回路外部に出力されるリングオシレータの1番目のインバータの出力ノードの電圧を観測する。   First, the mode designation signal is set to “0”. Then, the power supply voltage VDDC-VSSC for the inverter chain 100 is gradually lowered in a state where the power supply voltage VDD-VSS for the circuits other than the inverter chain 100 is maintained sufficiently high. During this time, the oscillation operation of the inverter chain 100 which is a ring oscillator is confirmed. Specifically, the voltage at the output node of the first inverter of the ring oscillator output to the outside of the semiconductor integrated circuit via the monitor signal line MON is observed.

モニタ電極の出力信号波形からリングオシレータの発振が止まったことを確認すると、リングオシレータに対する電源電圧VDDC−VSSCを固定し、モード指定信号を“1”にする。これにより、リングオシレータを構成する各インバータの出力ノードが順次選択されてモニタ信号線MONに接続され、半導体集積回路の外部に各インバータの出力ノードの電圧が出力される。この各出力ノードの電圧を確認することにより、リングオシレータを停止させている原因となっているインバータを求める。このインバータの電気的特性を詳細に調べることにより、動作不良を生じさせるプロセス上の原因を調べるのである。   When it is confirmed from the output signal waveform of the monitor electrode that the oscillation of the ring oscillator has stopped, the power supply voltage VDDC-VSSC for the ring oscillator is fixed, and the mode designation signal is set to “1”. As a result, the output nodes of the inverters constituting the ring oscillator are sequentially selected and connected to the monitor signal line MON, and the voltage of the output node of each inverter is output to the outside of the semiconductor integrated circuit. By checking the voltage of each output node, the inverter that causes the ring oscillator to stop is obtained. By examining the electrical characteristics of the inverter in detail, the cause of the process causing the malfunction is investigated.

<第3実施形態>
本実施形態では、上記第2実施形態(図3)におけるモニタユニットMUとして、図4に示すモニタユニットMUbを用いる。図示のように、モニタユニットMUbは、インバータチェーンを構成する各インバータの出力ノードとモニタ信号線MONとの間に直列に介挿された2個のNチャネルトランジスタNTYおよびNTXにより構成されている。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, the monitor unit MUb shown in FIG. 4 is used as the monitor unit MU in the second embodiment (FIG. 3). As shown in the figure, the monitor unit MUb is composed of two N-channel transistors NTY and NTX inserted in series between the output node of each inverter constituting the inverter chain and the monitor signal line MON.

ここで、NチャネルトランジスタNTYのゲートは図3におけるアドレス一致線AYj(j=0〜n−1)のいずれかであるアドレス一致線AYに接続され、NチャネルトランジスタNTXのゲートは図3におけるアドレス一致線AXi(i=0〜m−1)のいずれかであるアドレス一致線AXに接続されている。   Here, the gate of the N channel transistor NTY is connected to the address match line AY which is one of the address match lines AYj (j = 0 to n−1) in FIG. 3, and the gate of the N channel transistor NTX is the address in FIG. It is connected to an address match line AX which is one of the match lines AXi (i = 0 to m−1).

そして、モニタユニットMUbでは、アドレス一致線AYおよびAXの両方がアクティブレベルとなるとき、NチャネルトランジスタNTYおよびNTXの両方がONとなり、インバータ(図4の例ではインバータINV1)の出力ノードがNチャネルトランジスタNTYおよびNTXを直列に介してモニタ信号線MONに接続される。従って、XアドレスおよびYアドレスにより指定されたインバータの出力ノードの電圧を図3におけるモニタ電極から確認することが可能である。   In the monitor unit MUb, when both the address match lines AY and AX are at the active level, both the N-channel transistors NTY and NTX are turned on, and the output node of the inverter (inverter INV1 in the example of FIG. 4) is N-channel. Transistors NTY and NTX are connected in series to monitor signal line MON. Therefore, the voltage at the output node of the inverter designated by the X address and the Y address can be confirmed from the monitor electrode in FIG.

ここで、アドレス一致線AYおよびAXにアクティブレベルである電圧VDDが出力され、NチャネルトランジスタNTYおよびNTXがONになっている状態において、モード信号線MONのレベルの上限は、電圧VDDからNチャネルトランジスタの閾値電圧Vthnを差し引いた電圧VDD−Vthnとなる。何故ならばモード信号線MONの電圧がこの電圧VDD−Vthn以上になると、NチャネルトランジスタNTYおよびNTXのゲート−ソース間電圧がVthn以下となり、NチャネルトランジスタNTYおよびNTXがOFFとなるからである。従って、インバータの出力ノードが取りうる電圧の範囲が0V〜VDDCである場合には、この全範囲においてインバータの出力ノードの電圧を正確に測定できるようにするため、NチャネルトランジスタNTYおよびNTXのゲート電圧となる電源電圧VDDをインバータチェーン用電源電圧VDDCよりも閾値Vthn以上高くすることが求められる。   Here, in the state where the voltage VDD which is the active level is output to the address match lines AY and AX and the N-channel transistors NTY and NTX are ON, the upper limit of the level of the mode signal line MON is N-channel from the voltage VDD. The voltage VDD−Vthn is obtained by subtracting the threshold voltage Vthn of the transistor. This is because when the voltage of the mode signal line MON becomes equal to or higher than the voltage VDD-Vthn, the gate-source voltages of the N-channel transistors NTY and NTX become Vthn or lower and the N-channel transistors NTY and NTX are turned off. Therefore, when the voltage range that can be taken by the output node of the inverter is 0V to VDDC, the gates of the N-channel transistors NTY and NTX are used so that the voltage of the output node of the inverter can be accurately measured in this entire range. The power supply voltage VDD as a voltage is required to be higher than the inverter chain power supply voltage VDDC by a threshold Vthn or more.

また、NチャネルトランジスタNTY、NTXおよびこれらに対するゲート電圧を制御する周辺回路は高い電圧が印加されるので、0.5V系の低電圧トランジスタよりは、例えば1.8V系の高電圧トランジスタを用いるのが好ましい。   Further, since a high voltage is applied to the N-channel transistors NTY and NTX and the peripheral circuit for controlling the gate voltage thereto, for example, a 1.8V high voltage transistor is used rather than a 0.5V low voltage transistor. Is preferred.

<第4実施形態>
前掲図1のモニタユニットMUaおよび前掲図4のモニタユニットMUbは、モニタ対象であるインバータの出力ノードをモニタ信号線MONに接続し、インバータの出力電圧をモニタ信号線MONに直接出力させるものであった。これらのモニタユニットMUaおよびMUbを用いたモニタ方法は、インバータの出力電圧をモニタ電極に出力するものであるので、モニタ対象であるインバータの出力電圧を高精度で測定することができる。しかし、その反面、モニタユニットMUaまたはMUbがインバータの出力ノードにモニタ信号線MONを接続したとき、モニタ信号線MONの配線寄生容量がインバータの負荷となり、リングオシレータの測定に影響を与える可能性がある。例えばリングオシレータの1つのインバータの出力ノードをモニタユニットMUaまたはMUbによりモニタ信号線MONに接続し、リングオシレータの発振時におけるインバータの出力波形をモニタ信号線を介して観測している場合において、モニタ信号線MONに介在する配線寄生容量がリングオシレータの発振動作に影響を与える場合もある。また、電源電圧VDDCの低下によりリングオシレータの発振が停止した状態において、リングオシレータの各インバータの出力ノードを順次切り換えてモニタリングする際、切り換えの都度、あるインバータの出力ノードからモニタ信号線MONが切り離され、別のインバータの出力ノードにモニタ信号線MONが接続される、ということが起こる。その際、インバータの出力ノードに雑音が与えられ、各インバータの出力ノードの電圧が変わる可能性もある。本実施形態はこの問題に対処するものである。
<Fourth embodiment>
The monitor unit MUa in FIG. 1 and the monitor unit MUb in FIG. 4 connect the output node of the inverter to be monitored to the monitor signal line MON and directly output the output voltage of the inverter to the monitor signal line MON. It was. Since the monitoring method using these monitor units MUa and MUb outputs the output voltage of the inverter to the monitor electrode, the output voltage of the inverter to be monitored can be measured with high accuracy. However, when the monitor unit MUa or MUb connects the monitor signal line MON to the output node of the inverter, the wiring parasitic capacitance of the monitor signal line MON becomes a load on the inverter, which may affect the measurement of the ring oscillator. is there. For example, when the output node of one inverter of the ring oscillator is connected to the monitor signal line MON by the monitor unit MUa or MUb and the output waveform of the inverter during the oscillation of the ring oscillator is observed via the monitor signal line, the monitor In some cases, the wiring parasitic capacitance interposed in the signal line MON affects the oscillation operation of the ring oscillator. In addition, in the state where the oscillation of the ring oscillator is stopped due to the decrease of the power supply voltage VDDC, when monitoring by switching the output node of each inverter of the ring oscillator sequentially, the monitor signal line MON is disconnected from the output node of a certain inverter each time the switching is performed. As a result, the monitor signal line MON is connected to the output node of another inverter. At that time, noise is given to the output node of the inverter, and the voltage of the output node of each inverter may change. The present embodiment addresses this problem.

本実施形態では、上記第2実施形態(図3)におけるモニタユニットMUとして、図5に示すモニタユニットMUcを用いる。図5に示すように、本実施形態におけるモニタユニットMUcは、NチャネルトランジスタMONTと、デコードスイッチDSWとにより構成されている。   In the present embodiment, the monitor unit MUc shown in FIG. 5 is used as the monitor unit MU in the second embodiment (FIG. 3). As shown in FIG. 5, the monitor unit MUc in the present embodiment includes an N-channel transistor MONT and a decode switch DSW.

ここで、NチャネルトランジスタMONTは、モニタ対象であるインバータ(図5の例ではインバータINV1)の出力ノードにゲートが接続され、電源線VSNにソースが接続されている。この電源線VSNは、例えばインバータチェーン以外の回路に低電位電源電圧VSSを供給するためのボンディングパッドに接続されている。   Here, the N-channel transistor MONT has a gate connected to the output node of the inverter to be monitored (inverter INV1 in the example of FIG. 5), and a source connected to the power supply line VSN. The power supply line VSN is connected to a bonding pad for supplying the low potential power supply voltage VSS to a circuit other than the inverter chain, for example.

そして、デコードスイッチDSWは、NチャネルトランジスタMONTのドレインとモニタ信号線MONとの間に介挿されている。このデコードスイッチDSWは、例えば前掲図1のアドレス一致検出部ADETとスイッチSWとからなる回路により構成されている。さらに詳述すると、モニタユニットMUcのデコードスイッチDSWは、NチャネルトランジスタMONTのドレインとモニタ信号線MONとの間に介挿されたスイッチSWと、アドレス一致検出部ADETを有している。ここで、アドレス一致検出部ADETは、アドレス一致信号AYおよびAXの両方がアクティブレベルになることにより、スイッチSWをONとし、NチャネルトランジスタMONTのドレインをモニタ信号線MONに接続するのである。   The decode switch DSW is interposed between the drain of the N-channel transistor MONT and the monitor signal line MON. The decode switch DSW is constituted by a circuit including, for example, the address match detection unit ADET and the switch SW shown in FIG. More specifically, the decode switch DSW of the monitor unit MUc has a switch SW interposed between the drain of the N-channel transistor MONT and the monitor signal line MON, and an address match detection unit ADET. Here, the address match detection unit ADET turns on the switch SW and connects the drain of the N-channel transistor MONT to the monitor signal line MON when both of the address match signals AY and AX become active levels.

このモニタ信号線MONがNチャネルトランジスタMONTのドレインに接続された状態では、モニタ電極からモニタ信号線MONを介してNチャネルトランジスタMONTにドレイン電流を流し込むことができる。その際、NチャネルトランジスタMONTのコンダクタンスは、モニタ対象であるインバータの出力ノードの電圧に依存して大きくなる。従って、例えばリングオシレータにおける1つのインバータの出力ノードをモニタ対象とし、リングオシレータを動作させる場合において、モニタ電極に所定の電圧を与えてモニタ電極から流れ込む電流の変化を監視することにより、リングオシレータが正常に発振しているか否かを半導体集積回路外部から監視することができる。この状態において、モニタ対象であるインバータの出力ノードには後段のインバータの他にNチャネルトランジスタMONTが接続されているのみなので、インバータの負荷は軽く、リングオシレータの動作への影響は僅かである。従って、リングオシレータの動作に大きな影響を与えることなく、リングオシレータの発振限界となる電源電圧VDDCの下限値を求めることができる。   In a state where the monitor signal line MON is connected to the drain of the N channel transistor MONT, a drain current can be supplied from the monitor electrode to the N channel transistor MONT via the monitor signal line MON. At that time, the conductance of the N-channel transistor MONT increases depending on the voltage of the output node of the inverter to be monitored. Therefore, for example, when an output node of one inverter in a ring oscillator is to be monitored and the ring oscillator is operated, by applying a predetermined voltage to the monitor electrode and monitoring a change in current flowing from the monitor electrode, the ring oscillator Whether or not the oscillation is normal can be monitored from the outside of the semiconductor integrated circuit. In this state, since only the N-channel transistor MONT is connected to the output node of the inverter to be monitored in addition to the subsequent inverter, the load on the inverter is light and the influence on the operation of the ring oscillator is small. Therefore, the lower limit value of the power supply voltage VDDC that becomes the oscillation limit of the ring oscillator can be obtained without greatly affecting the operation of the ring oscillator.

また、電源電圧VDDCが低下し、リングオシレータの発振が止まった状態では、モニタ対象とするインバータを切り換えつつ、インバータ毎に、モニタ電極に与える電圧(≒NチャネルトランジスタMONTのドレイン電圧)とモニタ電極に流れ込む電流(=NチャネルトランジスタMONTのドレイン電流)とを測定すればよい。ここで、別に用意された、トランジスタMONTと同一サイズのトランジスタの特性(例えばVG−ID特性)を測定しておけば、その測定結果からモニタ対象であるインバータの出力ノードの電圧を推定することができる。ここで、モニタ対象とするインバータの出力ノードを切り換えたとしても、リングオシレータの各インバータの負荷の状態は変化しない。従って、モニタ対象の切り換えがリングオシレータの状態に悪影響を与えることはない。   When the power supply voltage VDDC is lowered and the oscillation of the ring oscillator is stopped, the voltage applied to the monitor electrode (≈drain voltage of the N-channel transistor MONT) and the monitor electrode are switched for each inverter while switching the inverter to be monitored. The current flowing into the transistor (= drain current of the N-channel transistor MONT) may be measured. Here, if the characteristics (for example, VG-ID characteristics) of a transistor having the same size as the transistor MONT prepared separately are measured, the voltage at the output node of the inverter to be monitored can be estimated from the measurement result. it can. Here, even if the output node of the inverter to be monitored is switched, the load state of each inverter of the ring oscillator does not change. Therefore, switching of the monitoring target does not adversely affect the state of the ring oscillator.

次に図6を参照し、本実施形態によるモニタユニットMUcを利用したインバータの出力電圧のモニタ方法の具体例について説明する。図6(a)は、NチャネルトランジスタMONTにおいて、バックゲートバイアスが0Vの状態におけるゲート電圧VCGとドレイン電流Idとの関係を例示する図である。そして、図6(b)に示すモニタ方法では、モニタ電極およびデコードスイッチDSWを介してNチャネルトランジスタMONTのドレインに電圧VD=0.05Vを与え、電源線VSNを介して同NチャネルトランジスタMONTのソースに電圧VS=0Vを与えている。ここで、モニタ電極を介して与える電圧VDを0.05Vという低い電圧にしているのは、デコードスイッチDSWのON/OFFが切り換わるときにNチャネルトランジスタMONTのドレインおよびゲート間のカップリング容量を介してインバータチェーンのインバータの出力ノードに伝搬するスイッチングノイズを極力小さくするためである。   Next, a specific example of a method for monitoring the output voltage of the inverter using the monitor unit MUc according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram illustrating the relationship between the gate voltage VCG and the drain current Id when the back gate bias is 0 V in the N-channel transistor MONT. In the monitoring method shown in FIG. 6B, the voltage VD = 0.05 V is applied to the drain of the N channel transistor MONT via the monitor electrode and the decode switch DSW, and the N channel transistor MONT is supplied via the power line VSN. A voltage VS = 0 V is applied to the source. Here, the voltage VD applied through the monitor electrode is set to a low voltage of 0.05 V because the coupling capacitance between the drain and the gate of the N-channel transistor MONT when the ON / OFF of the decode switch DSW is switched. This is to minimize switching noise propagating to the output node of the inverter in the inverter chain.

この図6(a)および(b)に示す例において図6(a)に示すVCG−Id特性が既知である場合、図6(a)に例示すように、モニタ電極を介して流れ込む電流Id1を測定すれば、この電流Id1からモニタ対象のインバータの出力電圧VCGが0.3Vであることを推定することができる。   In the example shown in FIGS. 6A and 6B, when the VCG-Id characteristic shown in FIG. 6A is known, the current Id1 flowing through the monitor electrode as shown in FIG. 6A is shown as an example. Can be estimated from the current Id1 that the output voltage VCG of the monitored inverter is 0.3V.

ところで、モニタ対象であるインバータの出力電圧VCGがNチャネルトランジスタMONTの閾値電圧Vthn以下である領域では、図6(a)に示すように、NチャネルトランジスタMONTのドレイン電流Idは0となる。従って、この領域では、モニタ電極から流れ込む電流に基づいてインバータの出力電圧VCGを推定することはできない。   By the way, in the region where the output voltage VCG of the inverter to be monitored is equal to or lower than the threshold voltage Vthn of the N-channel transistor MONT, the drain current Id of the N-channel transistor MONT is 0 as shown in FIG. Therefore, in this region, the output voltage VCG of the inverter cannot be estimated based on the current flowing from the monitor electrode.

そこで、モニタ対象であるインバータの出力電圧を広い範囲において精度良く測定するために、NチャネルトランジスタMONTの実効的な閾値電圧が0V以下となるように、NチャネルトランジスタMONTに負のバックゲートバイアスを与える。図6(d)に示す例では、基板電圧VBが0Vであるのに対して、NチャネルトランジスタMONTのソース電圧VSNを−0.2Vとし、−0.2Vのバックゲート電圧VSBを発生させ、NチャネルトランジスタMONTの実効的な閾値電圧を0V以下まで低下させている。また、NチャネルトランジスタMONTのソース電圧VSNを−0.2Vとしたことに伴い、モニタ電極から与えるドレイン電圧VDを−0.15Vとしている。このようにすることで、図6(c)に例示するように、インバータの出力電圧VCGが0Vであるときにもドレイン電流IdがNチャネルトランジスタMONTに流れ、インバータの出力電圧VCGが0V以上の広い範囲の領域において、ドレイン電流Idが出力電圧VCGの増加に応じて直線的に増加する。従って、広い範囲において、ドレイン電流Idからインバータの出力電圧VCGを精度良く推定することができる。図6(c)に示す例では、モニタ電極を介して流れ込む微弱なドレイン電流Id2が測定され、このドレイン電流Id2からモニタ対象であるインバータの出力電圧VCGが0.05Vと推定されている。   Therefore, in order to accurately measure the output voltage of the inverter to be monitored over a wide range, a negative back gate bias is applied to the N-channel transistor MONT so that the effective threshold voltage of the N-channel transistor MONT is 0 V or less. give. In the example shown in FIG. 6D, while the substrate voltage VB is 0V, the source voltage VSN of the N-channel transistor MONT is set to −0.2V, and a back gate voltage VSB of −0.2V is generated. The effective threshold voltage of the N channel transistor MONT is lowered to 0V or less. Further, as the source voltage VSN of the N-channel transistor MONT is set to −0.2V, the drain voltage VD applied from the monitor electrode is set to −0.15V. By doing so, as illustrated in FIG. 6C, the drain current Id flows to the N-channel transistor MONT even when the output voltage VCG of the inverter is 0V, and the output voltage VCG of the inverter is 0V or more. In a wide range, the drain current Id increases linearly as the output voltage VCG increases. Therefore, the output voltage VCG of the inverter can be accurately estimated from the drain current Id in a wide range. In the example shown in FIG. 6C, the weak drain current Id2 flowing through the monitor electrode is measured, and the output voltage VCG of the inverter to be monitored is estimated to be 0.05 V from this drain current Id2.

なお、NチャネルトランジスタMONTのソースを形成するn+拡散層と基板との間の順方向電圧VFは約0.6Vであるので、NチャネルトランジスタMONTに与えるバックゲート電圧はこの順方向電圧以下とすることが好ましい。   Since the forward voltage VF between the n + diffusion layer forming the source of the N channel transistor MONT and the substrate is about 0.6 V, the back gate voltage applied to the N channel transistor MONT is equal to or less than this forward voltage. It is preferable.

<第5実施形態>
図7はこの発明の第5実施形態である素子評価用半導体集積回路の構成を示す回路図、図8は同素子評価用半導体集積回路の一部の構成を詳細に示す回路図である。本実施形態は、インバータチェーン100を構成する各インバータの入出力伝達特性および個々のインバータを構成するNチャネルトランジスタおよびPチャネルトランジスタの電気的特性を個別的に測定することができるように上記第2実施形態に改良を加えたものである。
<Fifth Embodiment>
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of an element evaluation semiconductor integrated circuit according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a circuit diagram showing in detail the configuration of a part of the element evaluation semiconductor integrated circuit. In the present embodiment, the input / output transmission characteristics of each inverter constituting the inverter chain 100 and the electrical characteristics of the N-channel transistor and the P-channel transistor constituting each inverter can be individually measured. This is a modification of the embodiment.

本実施形態では、インバータチェーン100に電源電圧を供給するための給電系統として、高電位電源電圧VD1および低電位電源電圧VS1を供給するための各電極(ボンディングパッド)およびこれらに接続された電源線からなる第1の電源給電系統と、高電位電源電圧VD2および低電位電源電圧VS2を供給するための各電極(ボンディングパッド)およびこれらに接続された電源線からなる第2の電源給電系統とが設けられている。そして、インバータチェーン100を構成するインバータの各行に沿って、電源電圧VD1、VD2、VS1およびVS2を各々供給するための各電源線が各々配線されている。また、本実施形態では、モニタ電極が2個設けられ、これらのモニタ電極に各々接続されたモニタ信号線MON1およびMON2が、インバータチェーン100を構成するインバータの各行に沿って配線されている。   In the present embodiment, as a power supply system for supplying a power supply voltage to the inverter chain 100, each electrode (bonding pad) for supplying a high potential power supply voltage VD1 and a low potential power supply voltage VS1 and a power supply line connected thereto. And a second power supply system consisting of electrodes (bonding pads) for supplying the high potential power supply voltage VD2 and the low potential power supply voltage VS2 and a power supply line connected to these electrodes. Is provided. Each power supply line for supplying power supply voltages VD1, VD2, VS1, and VS2 is wired along each row of inverters constituting inverter chain 100. In the present embodiment, two monitor electrodes are provided, and monitor signal lines MON1 and MON2 connected to the monitor electrodes are wired along each row of the inverters constituting the inverter chain 100.

上記第2実施形態と同様、インバータチェーン100における各インバータはリングオシレータを構成している。リングオシレータを構成する各インバータは、同リングオシレータにおける信号の伝搬方向に沿った通し番号を有している。図7に示す例では、左上のインバータがリングオシレータにおける1番目のインバータとなっている。そして、リングオシレータの信号の伝搬方向に沿って、1番目のインバータから順に各インバータを数えていった場合において、奇数番のインバータでは、そのインバータの出力ノードとモード信号線MON1との間にモニタユニットMUが介挿され、偶数番のインバータでは、そのインバータの出力ノードとモード信号線MON2との間にモニタユニットMUが介挿されている。ここで、モニタユニットMUは、例えば前掲図1のモニタユニットMUaまたは前掲図4のモニタユニットMUbである。また、奇数番のインバータには上記第1の電源給電系統を介して高電位電源電圧VD1および低電位電源電圧VS1が与えられ、偶数番のインバータには上記第2の電源給電系統を介して高電位電源電圧VD2および低電位電源電圧VS2が与えられる。   As in the second embodiment, each inverter in the inverter chain 100 constitutes a ring oscillator. Each inverter constituting the ring oscillator has a serial number along the signal propagation direction in the ring oscillator. In the example shown in FIG. 7, the upper left inverter is the first inverter in the ring oscillator. When each inverter is counted in order from the first inverter along the signal propagation direction of the ring oscillator, the odd-numbered inverter monitors between the output node of the inverter and the mode signal line MON1. The unit MU is inserted, and in the even-numbered inverter, the monitor unit MU is inserted between the output node of the inverter and the mode signal line MON2. Here, the monitor unit MU is, for example, the monitor unit MUa shown in FIG. 1 or the monitor unit MUb shown in FIG. The odd-numbered inverter is supplied with the high-potential power supply voltage VD1 and the low-potential power-supply voltage VS1 through the first power supply system, and the even-numbered inverter is supplied with the high potential power supply voltage VS1 through the second power supply system. Potential power supply voltage VD2 and low potential power supply voltage VS2 are applied.

インバータチェーン100が占める領域内には、Y方向に沿って互いに離間して、n組のYアドレス一致線ペアAYo(j)(j=0〜n−1)およびAYe(j)(j=0〜n−1)が配線されている。また、インバータチェーン100が占める領域内には、X方向に沿って互いに離間して、m組のXアドレス一致線ペアAXo(i)(i=0〜m−1)およびAXe(i)(i=0〜m−1)が配線されている。ここで、各組のYアドレス一致線ペアAYo(j)およびAYe(j)は、Yアドレスがjである各インバータの各出力ノードの近傍を縫うように配線されている。これらのYアドレスがjである各インバータのうちリングオシレータにおいて奇数番のインバータとなっているものの出力ノードに接続されたモニタユニットMUにはYアドレス一致線AYo(j)が接続され、偶数番のインバータとなっているものの出力ノードに接続されたモニタユニットMUにはYアドレス一致線AYe(j)が接続されている。また、各組のXアドレス一致線ペアAXo(i)およびAXe(i)は、Xアドレスがiである各インバータの各出力ノードの近傍を縫うように配線されている。これらのXアドレスがiである各インバータのうちリングオシレータにおいて奇数番のインバータとなっているものの出力ノードに接続されたモニタユニットMUにはXアドレス一致線AXo(i)が接続され、偶数番のインバータとなっているものの出力ノードに接続されたモニタユニットMUにはXアドレス一致線AXe(i)が接続されている。   In the region occupied by the inverter chain 100, n Y address match line pairs AYo (j) (j = 0 to n−1) and AYe (j) (j = 0) are separated from each other along the Y direction. To n-1) are wired. In the region occupied by the inverter chain 100, m sets of X address matching line pairs AXo (i) (i = 0 to m−1) and AXe (i) (i) are separated from each other along the X direction. = 0 to m-1) are wired. Here, the Y address match line pairs AYo (j) and AYe (j) of each set are wired so as to sew the vicinity of each output node of each inverter whose Y address is j. Among these inverters whose Y address is j, the monitor unit MU connected to the output node of the ring oscillator which is an odd-numbered inverter is connected to the Y-address matching line AYo (j), and even-numbered The Y address match line AYe (j) is connected to the monitor unit MU connected to the output node of the inverter. Each pair of X address match line pairs AXo (i) and AXe (i) is wired so as to sew the vicinity of each output node of each inverter whose X address is i. Among these inverters whose X address is i, which is an odd numbered inverter in the ring oscillator, an X address match line AXo (i) is connected to the monitor unit MU connected to the output node, and even numbered An X address match line AXe (i) is connected to the monitor unit MU connected to the output node of the inverter.

本実施形態において、1種類のYアドレスjについて、2本のYアドレス一致線AYo(j)およびAYe(j)を設けているのは、例えば図7のインバータチェーンの最上行の左端のインバータの出力ノードとその下の行の左端のインバータの出力ノードの組等、Yアドレスを同じくする2個の出力ノードを同時にモニタ対象にすることを可能にするためである。また、1種類のXアドレスiについて、2本のXアドレス一致線AXo(i)およびAXe(i)を設けているのは、例えば図7のインバータチェーンの最上行の左端のインバータの出力ノードとその右隣のインバータの出力ノードの組等、Xアドレスを同じくする2個の出力ノードを同時にモニタ対象にすることを可能にするためである。モニタ対象を選択するための回路については後述する。   In the present embodiment, for one type of Y address j, two Y address match lines AYo (j) and AYe (j) are provided, for example, for the leftmost inverter in the top row of the inverter chain of FIG. This is because it is possible to simultaneously monitor two output nodes having the same Y address, such as a set of output nodes and the output node of the leftmost inverter in the lower row. In addition, for one type of X address i, two X address match lines AXo (i) and AXe (i) are provided, for example, with the output node of the leftmost inverter in the top row of the inverter chain of FIG. This is because it is possible to simultaneously monitor two output nodes having the same X address, such as a set of output nodes of the inverter on the right side. A circuit for selecting the monitoring target will be described later.

図8には、インバータチェーン100における個々のインバータとモニタユニットMUとモニタ信号線MON1およびMON2との接続状態、各インバータとそれらに供給される電源電圧VD1、VD2、VS1およびVS2との関係、各モニタユニットMUと、アドレス一致線AYo(j)、AYe(j)、AXo(i)、AXe(i)との接続状態が詳細に例示されている。この図8において、INV1〜INV4は、図7における最上行の左端から並んだ4個のインバータである。これらのインバータINV1〜INV4の各出力ノードのXアドレスiはいずれも「0」である。また、インバータINV1〜INV4の各出力ノードのYアドレスjは、各々「0」〜「3」となっている。   FIG. 8 shows the connection state between the individual inverters in the inverter chain 100, the monitor unit MU, and the monitor signal lines MON1 and MON2, the relationship between the inverters and the power supply voltages VD1, VD2, VS1, and VS2 supplied thereto, The connection state between the monitor unit MU and the address match lines AYo (j), AYe (j), AXo (i), and AXe (i) is illustrated in detail. In FIG. 8, INV1 to INV4 are four inverters arranged from the left end of the uppermost row in FIG. The X addresses i of the output nodes of these inverters INV1 to INV4 are all “0”. The Y address j of each output node of the inverters INV1 to INV4 is “0” to “3”, respectively.

ここで、インバータINV1およびINV3は、リングオシレータにおいて奇数番のインバータである。従って、インバータINV1の出力ノードとモニタ信号線MON1との間にモニタユニットMU1が介挿され、インバータINV3の出力ノードとモニタ信号線MON1との間にモニタユニットMU3が介挿されている。そして、モニタユニットMU1にはアドレス一致線AYo(0)およびAXo(0)が接続され、モニタユニットMU3にはアドレス一致線AYo(2)およびAXo(0)が接続されている。また、インバータINV1およびINV3には高電位電源電圧VD1および低電位電源電圧VS1が与えられるようになっている。   Here, inverters INV1 and INV3 are odd-numbered inverters in the ring oscillator. Accordingly, the monitor unit MU1 is interposed between the output node of the inverter INV1 and the monitor signal line MON1, and the monitor unit MU3 is interposed between the output node of the inverter INV3 and the monitor signal line MON1. The monitor unit MU1 is connected with address match lines AYo (0) and AXo (0), and the monitor unit MU3 is connected with address match lines AYo (2) and AXo (0). The inverters INV1 and INV3 are supplied with a high potential power supply voltage VD1 and a low potential power supply voltage VS1.

一方、インバータINV2およびINV4は、リングオシレータにおいて偶数番のインバータである。従って、インバータINV2の出力ノードとモニタ信号線MON2との間にモニタユニットMU2が介挿され、インバータINV4の出力ノードとモニタ信号線MON2との間にモニタユニットMU4が介挿されている。そして、モニタユニットMU2にはアドレス一致線AYe(1)およびAXe(0)が接続され、モニタユニットMU4にはアドレス一致線AYe(3)およびAXe(0)が接続されている。また、インバータINV2およびINV4には高電位電源電圧VD2および低電位電源電圧VS2が与えられるようになっている。   On the other hand, inverters INV2 and INV4 are even-numbered inverters in the ring oscillator. Accordingly, the monitor unit MU2 is interposed between the output node of the inverter INV2 and the monitor signal line MON2, and the monitor unit MU4 is interposed between the output node of the inverter INV4 and the monitor signal line MON2. The address match lines AYe (1) and AXe (0) are connected to the monitor unit MU2, and the address match lines AYe (3) and AXe (0) are connected to the monitor unit MU4. The inverters INV2 and INV4 are supplied with a high potential power supply voltage VD2 and a low potential power supply voltage VS2.

図7において、モニタアドレス発生部MAGBは、インバータチェーン100の各インバータのうちモニタ対象とするインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを1組または2組発生する回路である。このモニタアドレス発生部MAGBには、2個のモード電極と、クロック電極と、プリセット電極が接続されている。モニタアドレス発生部MAGBには、モード電極を介してモード指定信号が与えられ、クロック電極を介してクロックが与えられる。   In FIG. 7, the monitor address generation unit MAGB is a circuit that generates one or two sets of X and Y addresses of the output node of the inverter to be monitored among the inverters of the inverter chain 100. Two mode electrodes, a clock electrode, and a preset electrode are connected to the monitor address generator MAGB. The monitor address generation unit MAGB is supplied with a mode designation signal via a mode electrode and a clock via a clock electrode.

モード指定信号が“00”であるとき、モニタアドレス発生部MAGBは、クロックのカウントを行わず、カウンタのカウント値を「0」とし、リングオシレータにおいてこのカウント値=「0」に対応した順位(1番)を持ったインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを生成し、奇数番アドレスデータとして出力する。モード指定信号が“01”であるとき、モニタアドレス発生部MAGBは、クロックのカウントを行い、リングオシレータ内においてカウント値が示す順位を持ったインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを生成する。そして、カウント値が示す順位が奇数番であるときは、生成したXアドレスおよびYアドレスを奇数番アドレスデータとして出力し、順位が偶数番であるときは、生成したXアドレスおよびYアドレスを偶数番アドレスデータとして出力する。すなわち、カウント値が「0」のときはリングオシレータにおいて1番目のインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを奇数番アドレスデータとして出力し、カウント値が「1」のときは2番目のインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを偶数番アドレスデータとして出力し、…という具合に、リングオシレータにおける各インバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスをクロックに同期して奇数番アドレスデータまたは偶数番アドレスデータとして順次出力するのである。   When the mode designation signal is “00”, the monitor address generator MAGB does not count the clock, sets the count value of the counter to “0”, and the rank corresponding to this count value = “0” in the ring oscillator ( X address and Y address of the output node of the inverter having No. 1) are generated and output as odd number address data. When the mode designation signal is “01”, the monitor address generator MAGB counts the clock and generates the X address and Y address of the output node of the inverter having the order indicated by the count value in the ring oscillator. When the rank indicated by the count value is an odd number, the generated X address and Y address are output as odd number address data. When the rank is an even number, the generated X address and Y address are even numbers. Output as address data. That is, when the count value is “0”, the X address and Y address of the output node of the first inverter are output as odd-numbered address data in the ring oscillator, and when the count value is “1”, the second inverter The X address and Y address of the output node are output as even-numbered address data, and so on, and so on. The odd-numbered address data or even-numbered address is synchronized with the clock of the X address and Y address of the output node of each inverter in the ring oscillator. It is output sequentially as data.

モード指定信号が“10”であるとき、モニタアドレス発生部MAGBは、プリセットデータをプリセット電極から受け取って、クロックのカウントを行うカウンタにカウント値としてプリセットし、このカウント値が示す順位を持ったインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを生成する。そして、カウント値が示す順位が奇数番であるときは、生成したXアドレスおよびYアドレスを奇数番アドレスデータとして出力し、順位が偶数番であるときは、生成したXアドレスおよびYアドレスを偶数番アドレスデータとして出力する。   When the mode designation signal is “10”, the monitor address generator MAGB receives preset data from the preset electrode, presets it as a count value in a counter that counts the clock, and an inverter having the order indicated by the count value X address and Y address of the output node are generated. When the rank indicated by the count value is an odd number, the generated X address and Y address are output as odd number address data. When the rank is an even number, the generated X address and Y address are even numbers. Output as address data.

モード指定信号が“11”であるとき、モニタアドレス発生部MAGBは、プリセットデータをプリセット電極から受け取って、クロックのカウントを行うカウンタにカウント値としてプリセットし、このカウント値が示す順位のインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを生成するとともに、順位が1つ前のインバータの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを生成する。そして、生成した二組のXアドレスおよびYアドレスの組の各々を奇数番アドレスデータまたは偶数番アドレスデータとして出力する。   When the mode designation signal is “11”, the monitor address generation unit MAGB receives preset data from the preset electrode, presets it as a count value in a counter that counts the clock, and outputs the inverter of the rank indicated by the count value. The X address and Y address of the node are generated, and the X address and Y address of the output node of the previous inverter are generated. Then, each of the generated two sets of X address and Y address is output as odd number address data or even number address data.

YデコーダYDECj(j=0〜n−1)は、Y方向に沿って配置され、Yアドレス一致線AYo(j)(j=0〜n−1)およびAYe(j)(j=0〜n−1)に各々接続されており、全体としてYアドレスデコード回路を構成している。YデコーダYDECj(j=0〜n−1)の各々は、モニタアドレス発生部MAGBから奇数番アドレスデータが出力されており、かつ、その奇数番アドレスデータにおけるYアドレスがjであるときにYアドレス一致線AYo(j)をアクティブレベルとする。また、YデコーダYDECj(j=0〜n−1)の各々は、モニタアドレス発生部MAGBから偶数番アドレスデータが出力されており、かつ、その偶数番アドレスデータにおけるYアドレスがjであるときにYアドレス一致線AYe(j)をアクティブレベルとする。   Y decoders YDECj (j = 0 to n−1) are arranged along the Y direction, and Y address match lines AYo (j) (j = 0 to n−1) and AYe (j) (j = 0 to n). -1) are connected to each other to constitute a Y address decoding circuit as a whole. Each of the Y decoders YDECj (j = 0 to n−1) outputs the Y address when the odd address data is output from the monitor address generator MAGB and the Y address in the odd address data is j. The match line AYo (j) is set to the active level. Each of the Y decoders YDECj (j = 0 to n−1) outputs the even-numbered address data from the monitor address generation unit MAGB and the Y-address in the even-numbered address data is j. The Y address match line AYe (j) is set to the active level.

XデコーダXDECi(i=0〜m−1)は、X方向に沿って配置され、Xアドレス一致線ペアAXo(i)(i=0〜m−1)およびAXe(i)(i=0〜m−1)に各々接続されており、全体としてXアドレスデコード回路を構成している。XデコーダXDECi(i=0〜m−1)の各々は、モニタアドレス発生部MAGBから奇数番アドレスデータが出力されており、かつ、その奇数番アドレスデータにおけるXアドレスがiであるときにXアドレス一致線AXo(i)をアクティブレベルとする。また、XデコーダXDECi(i=0〜m−1)の各々は、モニタアドレス発生部MAGBから偶数番アドレスデータが出力されており、かつ、その偶数番アドレスデータにおけるXアドレスがiであるときにXアドレス一致線AXe(i)をアクティブレベルとする。   The X decoder XDECi (i = 0 to m−1) is arranged along the X direction, and the X address match line pair AXo (i) (i = 0 to m−1) and AXe (i) (i = 0 to 0). m-1) are connected to each other to constitute an X address decoding circuit as a whole. Each of the X decoders XDECi (i = 0 to m−1) outputs an X address when the odd address data is output from the monitor address generation unit MAGB and the X address in the odd address data is i. The match line AXo (i) is set to the active level. Each of the X decoders XDECi (i = 0 to m−1) outputs the even-numbered address data from the monitor address generating unit MAGB and the X-address in the even-numbered address data is i. The X address match line AXe (i) is set to the active level.

本実施形態の特徴は、モード指定信号が“11”である場合におけるモニタユニットの選択動作にある。ここで、具体例を挙げ、このモニタユニットの選択動作を説明する。まず、モード指定信号“11”が与えられた状態において、プリセットデータ「0」がモニタアドレス発生部MAGBに与えられたとする。この場合、モニタ対象は、図7のインバータチェーンの最上行の左端のインバータの出力ノードとその下の行の左端のインバータの出力ノードとなる。そこで、モニタアドレス発生部MAGBは、次の奇数番アドレスデータと偶数番アドレスデータの両方を出力する。
奇数番アドレスデータ:Xアドレスi=0、Yアドレスj=0
偶数番アドレスデータ:Xアドレスi=1、Yアドレスj=0
この結果、YデコーダYDEC0により、Yアドレス一致線AYo(0)がアクティブレベルとされ、XデコーダXDEC0によりXアドレス一致線AXo(0)がアクティブレベルとされ、最上行左端のインバータの出力ノードがモニタ信号線MON1に接続される。また、YデコーダYDEC0により、Yアドレス一致線AYe(0)がアクティブレベルとされ、XデコーダXDEC1によりXアドレス一致線AXe(1)がアクティブレベルとされ、第2行左端のインバータの出力ノードがモニタ信号線MON2に接続される。
The feature of this embodiment is the selection operation of the monitor unit when the mode designation signal is “11”. Here, a specific example is given and the selection operation of this monitor unit is demonstrated. First, it is assumed that preset data “0” is supplied to the monitor address generation unit MAGB in a state where the mode designation signal “11” is supplied. In this case, the monitoring target is the output node of the leftmost inverter in the uppermost row of the inverter chain of FIG. 7 and the output node of the leftmost inverter in the lower row. Therefore, the monitor address generator MAGB outputs both the next odd number address data and even number address data.
Odd number address data: X address i = 0, Y address j = 0
Even number address data: X address i = 1, Y address j = 0
As a result, the Y decoder YDEC0 sets the Y address match line AYo (0) to the active level, the X decoder XDEC0 sets the X address match line AXo (0) to the active level, and the output node of the inverter at the left end of the uppermost row is monitored. Connected to signal line MON1. Further, the Y address match line AYe (0) is set to the active level by the Y decoder YDEC0, the X address match line AXe (1) is set to the active level by the X decoder XDEC1, and the output node of the inverter at the left end of the second row is monitored. Connected to signal line MON2.

次に、モード指定信号“11”が与えられた状態において、プリセットデータ「1」がモニタアドレス発生部MAGBに与えられたとする。この場合、モニタ対象は、図7のインバータチェーンの最上行の左端のインバータの出力ノードとその右隣のインバータの出力ノードとなる。そこで、モニタアドレス発生部MAGBは、次の奇数番アドレスデータと偶数番アドレスデータの両方を出力する。
奇数番アドレスデータ:Xアドレスi=0、Yアドレスj=0
偶数番アドレスデータ:Xアドレスi=0、Yアドレスj=1
この結果、YデコーダYDEC0により、Yアドレス一致線AYo(0)がアクティブレベルとされ、XデコーダXDEC0によりXアドレス一致線AXo(0)がアクティブレベルとされ、最上行左端のインバータの出力ノードがモニタ信号線MON1に接続される。また、YデコーダYDEC1により、Yアドレス一致線AYe(1)がアクティブレベルとされ、XデコーダXDEC0によりXアドレス一致線AXe(0)がアクティブレベルとされ、最上行左から2番目のインバータの出力ノードがモニタ信号線MON2に接続される。
Next, it is assumed that preset data “1” is supplied to the monitor address generation unit MAGB in a state where the mode designation signal “11” is supplied. In this case, the monitoring target is the output node of the leftmost inverter in the uppermost row of the inverter chain of FIG. 7 and the output node of the inverter on the right side thereof. Therefore, the monitor address generator MAGB outputs both the next odd number address data and even number address data.
Odd number address data: X address i = 0, Y address j = 0
Even number address data: X address i = 0, Y address j = 1
As a result, the Y decoder YDEC0 sets the Y address match line AYo (0) to the active level, the X decoder XDEC0 sets the X address match line AXo (0) to the active level, and the output node of the inverter at the left end of the uppermost row is monitored. Connected to signal line MON1. The Y address match line AYe (1) is set to the active level by the Y decoder YDEC1, and the X address match line AXe (0) is set to the active level by the X decoder XDEC0. The output node of the second inverter from the leftmost row Is connected to the monitor signal line MON2.

以上の構成において、インバータチェーン100以外の制御回路には、インバータチェーン100用のものとは別のボンディングパッドおよび電源線を介して高電位電源電圧VDDおよび低電位電源電圧VSSが供給される。   In the above configuration, the control circuit other than the inverter chain 100 is supplied with the high potential power supply voltage VDD and the low potential power supply voltage VSS via a bonding pad and a power supply line different from those for the inverter chain 100.

次に本実施形態による素子評価用半導体集積回路の評価方法の例を説明する。まず、モード指定信号を“00”とする。そして、インバータチェーン100以外の回路に対する電源電圧VDD−VSSを十分に高く維持した状態で、インバータチェーン100に対する電源電圧VD1−VS1およびVD2−VS2を徐々に低下させる。この間、リングオシレータであるインバータチェーン100の発振動作を確認する。具体的にはモニタ信号線MON1を介して半導体集積回路外部に出力されるリングオシレータの1番目のインバータの出力ノードの電圧を観測する。   Next, an example of an evaluation method for the device evaluation semiconductor integrated circuit according to the present embodiment will be described. First, the mode designation signal is set to “00”. Then, the power supply voltages VD1-VS1 and VD2-VS2 for the inverter chain 100 are gradually lowered while maintaining the power supply voltage VDD-VSS for the circuits other than the inverter chain 100 sufficiently high. During this time, the oscillation operation of the inverter chain 100 which is a ring oscillator is confirmed. Specifically, the voltage of the output node of the first inverter of the ring oscillator output to the outside of the semiconductor integrated circuit via the monitor signal line MON1 is observed.

モニタ電極の出力信号波形からリングオシレータの発振が止まったことを確認すると、リングオシレータに対する電源電圧VD1−VS1およびVD2−VS2を固定し、モード指定信号を“01”にする。これにより、リングオシレータを構成する各インバータの出力ノードが順次選択され、奇数番のインバータの出力ノードはモニタ信号線MON1に、偶数番のインバータの出力ノードはモニタ信号線MON2に接続され、半導体集積回路の外部に各インバータの出力ノードの電圧が出力される。この各出力ノードの電圧を確認することにより、動作不能の状態にあり、リングオシレータを停止させている原因となっているインバータの順位を求める。   When it is confirmed from the output signal waveform of the monitor electrode that the oscillation of the ring oscillator has stopped, the power supply voltages VD1-VS1 and VD2-VS2 for the ring oscillator are fixed, and the mode designation signal is set to “01”. As a result, the output nodes of the inverters constituting the ring oscillator are sequentially selected, the output nodes of the odd-numbered inverters are connected to the monitor signal line MON1, and the output nodes of the even-numbered inverters are connected to the monitor signal line MON2. The voltage at the output node of each inverter is output outside the circuit. By checking the voltage of each output node, the rank of the inverter which is in an inoperable state and causes the ring oscillator to stop is obtained.

リングオシレータにおいて動作不能となっているインバータの順位が判明した場合において、念のため、そのインバータの出力電圧を確認したい場合には、モード指定信号を“10”とし、そのインバータの順位を示すカウント値(順位から1を差し引いたデータ)をプリセットデータとしてプリセット電極からモニタアドレス発生部MAGBに与える。これにより当該インバータの出力ノードがモニタ信号線MON1またはMON2に接続される。従って、当該インバータの出力電圧を確認することができる。   If the rank of the inverter that is inoperable in the ring oscillator is found, if you want to check the output voltage of the inverter just in case, set the mode designation signal to “10” and count that indicates the rank of the inverter. A value (data obtained by subtracting 1 from the rank) is given as preset data from the preset electrode to the monitor address generator MAGB. As a result, the output node of the inverter is connected to the monitor signal line MON1 or MON2. Therefore, the output voltage of the inverter can be confirmed.

次に、図9を参照し、リングオシレータにおける所望のインバータの入出力伝達特性を測定する方法およびそのインバータにおけるNチャネルトランジスタ、Pチャネルトランジスタの電気的特性を測定する方法について説明する。   Next, a method for measuring input / output transfer characteristics of a desired inverter in a ring oscillator and a method for measuring electrical characteristics of N-channel transistors and P-channel transistors in the inverter will be described with reference to FIG.

測定対象であるインバータが例えば図8におけるインバータINV2である場合、このインバータINV2は、偶数番のインバータであるので、電源電圧VD2およびVS2が与えられており、その前後のインバータには電源電圧VD1およびVS1が与えられている。そこで、電源電圧VD1およびVS1をOFFにして、電源電圧VD1およびVS1を供給するための各電源線を開放状態とする。そして、モード指定信号を“11”とし、インバータINV2の順位に対応したカウント値「1」をプリセットデータとしてモニタアドレス発生部MAGBに与える。これによりモニタアドレス発生部MAGBからインバータINV1の出力ノードのXアドレスおよびYアドレスが奇数番アドレスデータとして出力され、インバータINV2の出力ノードのXアドレスおよびYアドレスが偶数番アドレスデータとして出力される。この結果、インバータINV1の出力ノード(すなわち、測定対象であるインバータINV2の入力ノード)がモニタユニットMU1を介してモニタ信号線MON1に接続され、測定対象であるインバータINV2の出力ノードがモニタユニットMU2を介してモニタ信号線MON2に接続される。この状態において、外部からモニタ信号線MON1に与える入力電圧VIN(すなわち、インバータINV2の入力電圧)を変化させつつ、モニタ出力線MON2に出力される出力電圧VOUT(すなわち、インバータINV2の出力電圧)を外部から観測すれば、インバータINV2の入出力伝達特性を得ることができる。   When the inverter to be measured is, for example, the inverter INV2 in FIG. 8, since this inverter INV2 is an even-numbered inverter, the power supply voltages VD2 and VS2 are given, and the power supply voltage VD1 and the inverters before and after that are supplied. VS1 is given. Therefore, the power supply voltages VD1 and VS1 are turned off to open the power supply lines for supplying the power supply voltages VD1 and VS1. Then, the mode designation signal is set to “11”, and the count value “1” corresponding to the rank of the inverter INV2 is given as preset data to the monitor address generator MAGB. As a result, the X address and Y address of the output node of the inverter INV1 are output as odd-numbered address data from the monitor address generator MAGB, and the X address and Y address of the output node of the inverter INV2 are output as even-numbered address data. As a result, the output node of the inverter INV1 (that is, the input node of the inverter INV2 to be measured) is connected to the monitor signal line MON1 via the monitor unit MU1, and the output node of the inverter INV2 to be measured is connected to the monitor unit MU2. To the monitor signal line MON2. In this state, the output voltage VOUT (that is, the output voltage of the inverter INV2) that is output to the monitor output line MON2 is changed while the input voltage VIN (that is, the input voltage of the inverter INV2) that is externally applied to the monitor signal line MON1 is changed. If observed from the outside, the input / output transfer characteristics of the inverter INV2 can be obtained.

測定対象であるインバータが例えば図8におけるインバータINV3である場合、このインバータINV3は、奇数番のインバータであるので、電源電圧VD1およびVS1が与えられており、その前後のインバータには電源電圧VD2およびVS2が与えられている。そこで、電源電圧VD2およびVS2をOFFにして、電源電圧VD2およびVS2を供給するための各電源線を開放状態とする。そして、モード指定信号を“11”とし、インバータINV3の順位に対応したカウント値「2」をプリセットデータとしてモニタアドレス発生部MAGBに与える。これによりモニタアドレス発生部MAGBからインバータINV3の出力ノードのXアドレスおよびYアドレスが奇数番アドレスデータとして出力され、インバータINV2の出力ノードのXアドレスおよびYアドレスが偶数番アドレスデータとして出力される。この結果、インバータINV2の出力ノード(すなわち、測定対象であるインバータINV3の入力ノード)がモニタユニットMU2を介してモニタ信号線MON2に接続され、測定対象であるインバータINV3の出力ノードがモニタユニットMU3を介してモニタ信号線MON1に接続される。この状態において、外部からモニタ信号線MON2に与える入力電圧VIN(すなわち、インバータINV3の入力電圧)を変化させつつ、モニタ出力線MON1に出力される出力電圧VOUT(すなわち、インバータINV3の出力電圧)を外部から観測すれば、インバータINV3の入出力伝達特性を得ることができる。   When the inverter to be measured is, for example, the inverter INV3 in FIG. 8, since this inverter INV3 is an odd-numbered inverter, the power supply voltages VD1 and VS1 are given. VS2 is given. Therefore, the power supply voltages VD2 and VS2 are turned off, and the power supply lines for supplying the power supply voltages VD2 and VS2 are opened. Then, the mode designation signal is set to “11”, and the count value “2” corresponding to the rank of the inverter INV3 is given as preset data to the monitor address generating unit MAGB. As a result, the X address and Y address of the output node of the inverter INV3 are output as odd number address data from the monitor address generator MAGB, and the X address and Y address of the output node of the inverter INV2 are output as even number address data. As a result, the output node of the inverter INV2 (that is, the input node of the inverter INV3 to be measured) is connected to the monitor signal line MON2 via the monitor unit MU2, and the output node of the inverter INV3 to be measured is connected to the monitor unit MU3. To the monitor signal line MON1. In this state, the output voltage VOUT (that is, the output voltage of the inverter INV3) that is output to the monitor output line MON1 is changed while the input voltage VIN (that is, the input voltage of the inverter INV3) that is externally applied to the monitor signal line MON2 is changed. If observed from the outside, the input / output transfer characteristics of the inverter INV3 can be obtained.

次にトランジスタの電気的特性の測定方法を説明する。測定対象がインバータINV2のPチャネルトランジスタTP2である場合、インバータINV2の入出力伝達特性の測定の場合と同様に、電源電圧VD1およびVS1をOFFとし、インバータINV1の出力ノードをモニタユニットMU1を介してモニタ信号線MON1に接続し、インバータINV2の出力ノードをモニタユニットMU2を介してモニタ信号線MON2に接続する。さらに電源電圧VS2をOFFにして、NチャネルトランジスタTN2のドレイン電流の流路を開放する。この状態において、外部からモニタ信号線MON1を介してPチャネルトランジスタTP2にゲート電圧Vgを与え、モニタ信号線MON2を介してPチャネルトランジスタTP2にドレイン電圧Vdを与える。そして、外部からモニタ信号線MON2を介してPチャネルトランジスタTP2に流れるドレイン電流を測定する。   Next, a method for measuring the electrical characteristics of the transistor will be described. When the measurement target is the P-channel transistor TP2 of the inverter INV2, the power supply voltages VD1 and VS1 are turned off and the output node of the inverter INV1 is connected via the monitor unit MU1 as in the case of measuring the input / output transfer characteristics of the inverter INV2. Connected to the monitor signal line MON1, the output node of the inverter INV2 is connected to the monitor signal line MON2 via the monitor unit MU2. Further, the power supply voltage VS2 is turned off to open the drain current flow path of the N-channel transistor TN2. In this state, the gate voltage Vg is applied to the P channel transistor TP2 from the outside via the monitor signal line MON1, and the drain voltage Vd is applied to the P channel transistor TP2 via the monitor signal line MON2. Then, the drain current flowing from the outside to the P-channel transistor TP2 via the monitor signal line MON2 is measured.

一方、測定対象がインバータINV2のNチャネルトランジスタTN2である場合には、PチャネルトランジスタTP2の場合と同様、電源電圧VD1およびVS1をOFFとし、インバータINV1の出力ノードをモニタユニットMU1を介してモニタ信号線MON1に接続し、インバータINV2の出力ノードをモニタユニットMU2を介してモニタ信号線MON2に接続する。さらに電源電圧VD2をOFFにして、PチャネルトランジスタTP2のドレイン電流の流路を開放する。この状態において、外部からモニタ信号線MON1を介してNチャネルトランジスタTN2にゲート電圧Vgを与え、モニタ信号線MON2を介してNチャネルトランジスタTN2にドレイン電圧Vdを与える。そして、外部からモニタ信号線MON2を介してNチャネルトランジスタTN2に流れるドレイン電流を測定する。   On the other hand, when the measurement target is the N-channel transistor TN2 of the inverter INV2, as in the case of the P-channel transistor TP2, the power supply voltages VD1 and VS1 are turned off, and the output node of the inverter INV1 is monitored via the monitor unit MU1. The output node of the inverter INV2 is connected to the monitor signal line MON2 via the monitor unit MU2. Further, the power supply voltage VD2 is turned off to open the drain current flow path of the P-channel transistor TP2. In this state, a gate voltage Vg is applied from the outside to the N channel transistor TN2 via the monitor signal line MON1, and a drain voltage Vd is applied to the N channel transistor TN2 via the monitor signal line MON2. Then, the drain current flowing from the outside to the N-channel transistor TN2 via the monitor signal line MON2 is measured.

以上のように、本実施形態によれば、リングオシレータに対する電源電圧を低下させた結果、リングオシレータの発振が停止した場合に、リングオシレータにおいて動作不能となっているインバータを容易に判定することができるとともに、そのインバータに入出力伝達特性、そのインバータを構成するPチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタの電気的特性を容易に測定することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the oscillation of the ring oscillator stops as a result of reducing the power supply voltage to the ring oscillator, it is possible to easily determine the inverter that is inoperable in the ring oscillator. In addition, the input / output transfer characteristics of the inverter and the electrical characteristics of the P-channel transistor and the N-channel transistor constituting the inverter can be easily measured.

<第6実施形態>
図10は、この発明による素子評価用半導体集積回路に適したダブルWELL構造の半導体チップの構成例を示す断面図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor chip having a double-WELL structure suitable for an element evaluation semiconductor integrated circuit according to the present invention.

この例では、p型の半導体基板P−Subにn型の第1のウェルDEEP−NWELLが形成される。この第1のウェルDEEP−NWELLの内側の領域が0.5V系のトランジスタが構成される0.5V系MOS領域となっている。また、第1のウェルDEEP−NWELLの外側の領域が1.8V系のトランジスタが構成される1.8V系MOS領域となっている。そして、第1のウェルDEEP−NWELL内には、第1のウェルDEEP−NWELLよりも浅いp型の第2のウェルPWELLが形成されている。一方、半導体基板P−Subにおける第1のウェルDEEP−NWELLが形成されていない領域には、n型の第3のウェルNWELLが形成されている。   In this example, an n-type first well DEEP-NWELL is formed on a p-type semiconductor substrate P-Sub. The inner region of the first well DEEP-NWELL is a 0.5V MOS region in which a 0.5V transistor is formed. The region outside the first well DEEP-NWELL is a 1.8V MOS region in which a 1.8V transistor is formed. A p-type second well PWELL shallower than the first well DEEP-NWELL is formed in the first well DEEP-NWELL. On the other hand, in the region where the first well DEEP-NWELL is not formed in the semiconductor substrate P-Sub, the n-type third well NWELL is formed.

そして、上記第1〜第5実施形態におけるインバータチェーンを構成する各トランジスタは、図10の右半分に示す0.5V系MOS領域に形成される。さらに詳述すると、同インバータチェーンにおけるPチャネルトランジスタは、第1のウェルDEEP−NWELL内の第2のウェルPWELLが形成されていない領域に形成され、インバータチェーンを構成するNチャネルトランジスタは第2のウェル内PWELLに形成される。   And each transistor which comprises the inverter chain in the said 1st-5th embodiment is formed in the 0.5V type | system | group MOS area | region shown in the right half of FIG. More specifically, the P-channel transistor in the inverter chain is formed in a region where the second well PWELL is not formed in the first well DEEP-NWELL, and the N-channel transistor constituting the inverter chain is the second channel. It is formed in the well PWELL.

また、上記第1〜第5実施形態においてインバータチェーン以外の制御回路を構成する各トランジスタは、図10の左半分に示す1.8V系MOS領域に形成される。さらに詳述すると、同制御回路を構成するPチャネルトランジスタは、第3のウェルNWELL内に形成され、同制御回路を構成するNチャネルトランジスタは半導体基板P−Subにおいて第1のウェルDEEP−NWELLおよび第3のウェルNWELLのいずれも形成されていない領域内に形成される。   In the first to fifth embodiments, each transistor constituting the control circuit other than the inverter chain is formed in the 1.8 V system MOS region shown in the left half of FIG. More specifically, the P channel transistor constituting the control circuit is formed in the third well NWELL, and the N channel transistor constituting the control circuit is formed in the first well DEEP-NWELL and the semiconductor substrate P-Sub. It is formed in a region where none of the third well NWELL is formed.

このような構造によれば、1.8V系MOS領域のトランジスタと0.5V系MOS領域のトランジスタとを電気的に分離することができるので、良好にインバータチェーンの測定を行うことができる。この構造を例えば上記第4実施形態(図5)の素子評価用半導体集積回路に採用した場合、VSub=VSS=VSN=−0.3V、VDD=1.8V、VD=−0.25V、VSSC=0V、VDDC=0.5Vとすることにより、良好な測定を行うことができる。   According to such a structure, the transistor in the 1.8V system MOS region and the transistor in the 0.5V system MOS region can be electrically separated, so that the inverter chain can be measured satisfactorily. For example, when this structure is employed in the element evaluation semiconductor integrated circuit of the fourth embodiment (FIG. 5), VSub = VSS = VSN = −0.3V, VDD = 1.8V, VD = −0.25V, VSSC Good measurement can be performed by setting = 0V and VDDC = 0.5V.

なお、この例では、1.8V系MOS領域のNチャネルトランジスタを半導体基板P−Subに直接形成したが、濃度調整のために、図10に破線で示すように、別のp型のウェルPWELLを形成し、このp型のウェル内にNチャネルトランジスタを形成しても良い。また、この例では、0.5V系のPチャネルトランジスタを第1のウェルDEEP−NWELL内に直接形成したが、濃度調整のために、図10に破線で示すように、第1のウェルDEEP−NWELL内に別のn型のウェルNWELLを形成し、このウェル内に0.5V系のPチャネルトランジスタを形成しても良い。   In this example, the N-channel transistor in the 1.8V system MOS region is formed directly on the semiconductor substrate P-Sub. However, for concentration adjustment, another p-type well PWELL is used as shown by a broken line in FIG. And an N-channel transistor may be formed in the p-type well. In this example, a 0.5V P-channel transistor is formed directly in the first well DEEP-NWELL. However, for the purpose of concentration adjustment, as shown by a broken line in FIG. 10, the first well DEEP- Another n-type well NWELL may be formed in the NWELL, and a 0.5 V P-channel transistor may be formed in the well.

<第7実施形態>
図11は、この発明による素子評価用半導体集積回路に適したダブルWELL構造の半導体チップの他の構成例を示す断面図である。上記第6実施形態では、半導体基板としてp型の基板P−Subを用いた。これに対し、本実施形態では、n型の半導体基板N−Subを用いる。
<Seventh embodiment>
FIG. 11 is a cross-sectional view showing another configuration example of a semiconductor chip having a double-WELL structure suitable for a device integrated semiconductor integrated circuit according to the present invention. In the sixth embodiment, the p-type substrate P-Sub is used as the semiconductor substrate. On the other hand, in this embodiment, an n-type semiconductor substrate N-Sub is used.

この例では、n型の半導体基板N−Subにp型の第1のウェルDEEP−PWELLが形成される。この第1のウェルDEEP−PWELLの内側の領域が1.8V系のトランジスタが構成される1.8V系MOS領域となっている。また、第1のウェルDEEP−PWELLの外側の領域が0.5V系のトランジスタが構成される0.5V系MOS領域となっている。そして、第1のウェルDEEP−PWELL内には、第1のウェルDEEP−PWELLよりも浅いn型の第2のウェルNWELLが形成されている。一方、半導体基板N−Subにおける第1のウェルDEEP−PWELLが形成されていない領域には、p型の第3のウェルPWELLが形成されている。   In this example, a p-type first well DEEP-PWELL is formed in an n-type semiconductor substrate N-Sub. The region inside the first well DEEP-PWELL is a 1.8V MOS region in which a 1.8V transistor is formed. Further, the region outside the first well DEEP-PWELL is a 0.5V MOS region in which a 0.5V transistor is formed. In the first well DEEP-PWELL, an n-type second well NWELL shallower than the first well DEEP-PWELL is formed. On the other hand, a p-type third well PWELL is formed in a region where the first well DEEP-PWELL is not formed in the semiconductor substrate N-Sub.

そして、上記第1〜第5実施形態において、インバータチェーン以外の制御回路を構成する1.8V系のNチャネルトランジスタは、第1のウェルDEEP−PWELL内の第2のウェルNWELLが形成されていない領域に形成され、インバータチェーン以外の制御回路を構成する1.8V系のPチャネルトランジスタは第2のウェルNWELL内に形成される。また、インバータチェーンを構成する0.5V系のNチャネルトランジスタは、第3のウェルPWELL内に形成され、インバータチェーンを構成する0.5V系のPチャネルトランジスタは半導体基板N−Subにおいて第1のウェルDEEP−PWELLおよび第3のウェルPWELLのいずれも形成されていない領域内に形成される。
本実施形態においても上記第6実施形態と同様な効果が得られる。
In the first to fifth embodiments, in the 1.8V N-channel transistor constituting the control circuit other than the inverter chain, the second well NWELL in the first well DEEP-PWELL is not formed. A 1.8V P-channel transistor formed in the region and constituting a control circuit other than the inverter chain is formed in the second well NWELL. The 0.5V N-channel transistor constituting the inverter chain is formed in the third well PWELL, and the 0.5V P-channel transistor constituting the inverter chain is the first in the semiconductor substrate N-Sub. It is formed in a region where neither the well DEEP-PWELL nor the third well PWELL is formed.
Also in this embodiment, the same effect as the sixth embodiment can be obtained.

なお、この例では、0.5V系MOS領域のPチャネルトランジスタを半導体基板N−Subに直接形成したが、濃度調整のために、図11に破線で示すように、別のn型のウェルNWELLを形成し、このn型のウェル内にPチャネルトランジスタを形成しても良い。また、この例では、1.8V系のNチャネルトランジスタを第1のウェルDEEP−PWELL内に直接形成したが、濃度調整のために、図11に破線で示すように、第1のウェルDEEP−PWELL内に別のp型のウェルPWELLを形成し、このウェル内に1.8V系のNチャネルトランジスタを形成しても良い。   In this example, the P-channel transistor in the 0.5V system MOS region is formed directly on the semiconductor substrate N-Sub. However, for concentration adjustment, another n-type well NWELL is used as shown by a broken line in FIG. And a P-channel transistor may be formed in the n-type well. Further, in this example, a 1.8V N-channel transistor is formed directly in the first well DEEP-PWELL. However, in order to adjust the concentration, the first well DEEP- Another p-type well PWELL may be formed in the PWELL, and a 1.8V N-channel transistor may be formed in the well.

以上、この発明の第1〜第7実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
(1)モニタユニットを選択するための手段として、インバータチェーンのインバータ段数と同じステージ数のシフトレジスタを設けてもよい。この態様では、シフトレジスタの各ステージの出力信号をインバータチェーンの各インバータの出力ノードに設けられた各モニタユニットに供給し、シフトレジスタの各ステージの出力信号により各モニタユニットのスイッチのON/OFFを制御する。具体的には、シフトレジスタの全ステージをリセット後、ビット“1”をシフトレジスタに順次シフトさせ、各インバータの出力ノードのうちモニタ信号線に接続する出力ノードを順次切り換える。
(2)XアドレスとYアドレスの組み合わせの種類数と、インバータチェーンを構成するインバータの段数は一致してなくてもよい。
(3)上記各実施形態では、ゲートチェーンの一例としてインバータチェーンを用いたが、NANDゲート、NORゲート等、インバータ以外の論理ゲートを複数段接続したゲートチェーンを用いて素子評価用半導体集積回路を構成してもよい。
Although the first to seventh embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:
(1) As a means for selecting the monitor unit, a shift register having the same number of stages as the number of inverter stages of the inverter chain may be provided. In this aspect, the output signal of each stage of the shift register is supplied to each monitor unit provided at the output node of each inverter of the inverter chain, and the switch of each monitor unit is turned ON / OFF by the output signal of each stage of the shift register. To control. Specifically, after all the stages of the shift register are reset, bit “1” is sequentially shifted to the shift register, and among the output nodes of each inverter, the output nodes connected to the monitor signal line are sequentially switched.
(2) The number of types of combinations of the X address and the Y address may not match the number of inverter stages constituting the inverter chain.
(3) In each of the above embodiments, an inverter chain is used as an example of a gate chain. However, an element evaluation semiconductor integrated circuit is formed using a gate chain in which logic gates other than inverters such as NAND gates and NOR gates are connected in multiple stages. It may be configured.

MUa,MUb,MUc,MU,MU1〜MU4……モニタユニット、MON,MON1,MON2……モニタ信号線、SW……スイッチ、ADET……アドレス一致検出部、IB……入力バッファ、OB……出力バッファ、100……インバータチェーン、MAGA,MAGB……モニタアドレス発生部、YDECj(j=0〜n−1)……Yデコーダ、XDECi(i=0〜m−1)……Xデコーダ、AY(j)(j=0〜n−1)……Yアドレス一致線、AX(i)(i=0〜m−1)……Xアドレス一致線、NTX,NTY,MONT……Nチャネルトランジスタ、DSW……デコードスイッチ。 MUa, MUb, MUc, MU, MU1 to MU4 ... monitor unit, MON, MON1, MON2 ... monitor signal line, SW ... switch, ADET ... address match detector, IB ... input buffer, OB ... output Buffer, 100... Inverter chain, MAGA, MAGB... Monitor address generator, YDECj (j = 0 to n-1)... Y decoder, XDECi (i = 0 to m-1). j) (j = 0 to n-1)... Y address coincidence line, AX (i) (i = 0 to m-1)... X address coincidence line, NTX, NTY, MON... N channel transistor, DSW ...... Decode switch.

Claims (3)

半導体チップ上に設けられた第1の高電位電源電極および前記第1の高電位電源電極に接続された第1の高電位電源線と、A first high-potential power supply electrode provided on a semiconductor chip and a first high-potential power supply line connected to the first high-potential power supply electrode;
前記半導体チップ上に設けられた第2の高電位電源電極および前記第2の高電位電源電極に接続された第2の高電位電源線と、A second high potential power supply electrode provided on the semiconductor chip and a second high potential power supply line connected to the second high potential power supply electrode;
前記半導体チップ上に設けられた第1の低電位電源電極および前記第1の低電位電源電極に接続された第1の低電位電源線と、A first low potential power supply electrode provided on the semiconductor chip and a first low potential power supply line connected to the first low potential power supply electrode;
前記半導体チップ上に設けられた第2の低電位電源電極および前記第2の低電位電源電極に接続された第2の低電位電源線と、A second low potential power supply electrode provided on the semiconductor chip and a second low potential power supply line connected to the second low potential power supply electrode;
前記半導体チップ上に設けられた第1のモニタ電極および前記第1のモニタ電極に接続された第1のモニタ信号線と、A first monitor electrode provided on the semiconductor chip and a first monitor signal line connected to the first monitor electrode;
前記半導体チップ上に設けられた第2のモニタ電極および前記第2のモニタ電極に接続された第2のモニタ信号線と、A second monitor electrode provided on the semiconductor chip and a second monitor signal line connected to the second monitor electrode;
前記半導体チップ上に形成され、多段接続された複数の論理ゲートからなり、各論理ゲートが前記半導体チップの各辺の延在方向の1つであるX方向およびこのX方向と直交するY方向に離散して配置されたゲートチェーンであって、互いに前後した2個の論理ゲートのうちの一方が第1のグループに他方が第2のグループに属するように各論理ゲートがグループ分けされており、第1のグループに属する各論理ゲートが前記第1の高電位電源線および第1の低電位電源線を介して電源電圧の供給を受け、第2のグループに属する各論理ゲートが前記第2の高電位電源線および第2の低電位電源線を介して電源電圧の供給を受けるゲートチェーンと、A plurality of logic gates formed on the semiconductor chip and connected in multiple stages, each logic gate being in one of the extending directions of each side of the semiconductor chip in an X direction and a Y direction orthogonal to the X direction Each of the logic gates is grouped so that one of the two logic gates arranged before and after each other belongs to the first group and the other belongs to the second group. Each logic gate belonging to the first group is supplied with a power supply voltage via the first high-potential power line and the first low-potential power line, and each logic gate belonging to the second group is supplied to the second group. A gate chain that receives supply of power supply voltage via a high potential power supply line and a second low potential power supply line;
前記第1のグループに属する各論理ゲートの出力ノードの各々と前記第1のモニタ信号線との間に各々介挿された複数の第1のスイッチと、A plurality of first switches interposed between each of the output nodes of each logic gate belonging to the first group and the first monitor signal line;
前記第2のグループに属する各論理ゲートの出力ノードの各々と前記第2のモニタ信号線との間に各々介挿された複数の第2のスイッチと、A plurality of second switches interposed between the output nodes of the logic gates belonging to the second group and the second monitor signal line;
各々前記第1のスイッチに対応した第1Xアドレス一致線および前記第2のスイッチに対応した第2Xアドレス一致線からなる組であり、前記X方向に配列された複数のXアドレス一致線ペアと、A set of a first X address match line corresponding to the first switch and a second X address match line corresponding to the second switch, and a plurality of X address match line pairs arranged in the X direction;
各々前記第1のスイッチに対応した第1Yアドレス一致線および前記第2のスイッチに対応した第2Yアドレス一致線からなる組であり、前記Y方向に配列された複数のYアドレス一致線ペアと、A set of a first Y address match line corresponding to the first switch and a second Y address match line corresponding to the second switch, and a plurality of Y address match line pairs arranged in the Y direction;
前記第1のグループに属する各論理ゲートの出力ノードに各々対応付けて設けられており、前記複数の第1Xアドレス一致線のうちの1本および複数の第1Yアドレス一致線の1本に各々接続されており、当該第1Xアドレス一致線および当該第1Yアドレス一致線の両方がアクティブレベルとされることにより当該出力ノードに接続された前記第1のスイッチをONとする複数の第1アドレス一致検出部と、Each of the logic gates belonging to the first group is provided in association with an output node of each logic gate, and is connected to one of the plurality of first X address match lines and one of the plurality of first Y address match lines, respectively. A plurality of first address coincidence detections that turn on the first switch connected to the output node by setting both the first X address coincidence line and the first Y address coincidence line to the active level. And
前記第2のグループに属する各論理ゲートの出力ノードに各々対応付けて設けられており、前記複数の第2Xアドレス一致線のうちの1本および複数の第2Yアドレス一致線の1本に各々接続されており、当該第2Xアドレス一致線および当該第2Yアドレス一致線の両方がアクティブレベルとされることにより当該出力ノードに接続された前記第2のスイッチをONとする複数の第2アドレス一致検出部と、Each of the logic gates belonging to the second group is provided in association with an output node of each logic gate, and is connected to one of the plurality of second X address match lines and one of the plurality of second Y address match lines, respectively. A plurality of second address coincidence detections that turn on the second switch connected to the output node by setting both the second X address coincidence line and the second Y address coincidence line to the active level. And
モニタ対象とする1個または2個の論理ゲートの出力ノードのXアドレスおよびYアドレスを発生するモニタアドレス発生手段と、Monitor address generating means for generating X and Y addresses of output nodes of one or two logic gates to be monitored;
モニタ対象である論理ゲートが前記第1のグループに属する場合には、前記複数の第1Xアドレス一致線のうちXアドレスにより指定された第1Xアドレス一致線をアクティブレベルとし、モニタ対象である論理ゲートが前記第2のグループに属する場合には、前記複数の第2Xアドレス一致線のうちXアドレスにより指定された第2Xアドレス一致線をアクティブレベルとするXアドレスデコード手段と、When the logic gate to be monitored belongs to the first group, the logic gate to be monitored is set to the active level of the first X address match line specified by the X address among the plurality of first X address match lines. X address decoding means for setting the second X address match line designated by the X address among the plurality of second X address match lines as an active level,
モニタ対象である論理ゲートが前記第1のグループに属する場合には、前記複数の第1Yアドレス一致線のうちYアドレスにより指定された第1Yアドレス一致線をアクティブレベルとし、モニタ対象である論理ゲートが前記第2のグループに属する場合には、前記複数の第2Yアドレス一致線のうちYアドレスにより指定された第2Yアドレス一致線をアクティブレベルとするYアドレスデコード手段とWhen the logic gate to be monitored belongs to the first group, the first Y address match line designated by the Y address among the plurality of first Y address match lines is set to the active level, and the logic gate to be monitored Are in the second group, Y address decoding means for setting the second Y address match line designated by the Y address among the plurality of second Y address match lines as an active level;
を具備することを特徴とする素子評価用半導体集積回路。A semiconductor integrated circuit for device evaluation, comprising:
p型の半導体基板にn型の第1のウェルが形成され、前記第1のウェル内に前記第1のウェルよりも浅いp型の第2のウェルが形成され、前記半導体基板における前記第1のウェルが形成されていない領域にn型の第3のウェルが形成され、An n-type first well is formed in a p-type semiconductor substrate, a p-type second well shallower than the first well is formed in the first well, and the first well in the semiconductor substrate is formed. An n-type third well is formed in a region where no well is formed,
前記ゲートチェーンを構成するPチャネルMOS電界効果トランジスタは、前記第1のウェル内の前記第2のウェルが形成されていない領域に形成され、前記ゲートチェーンを構成するNチャネルMOS電界効果トランジスタは前記第2のウェル内に形成され、The P-channel MOS field effect transistor constituting the gate chain is formed in a region of the first well where the second well is not formed, and the N-channel MOS field effect transistor constituting the gate chain is the Formed in the second well,
前記ゲートチェーン以外の回路を構成するPチャネルMOS電界効果トランジスタは、前記第3のウェル内に形成され、前記ゲートチェーン以外の回路を構成するNチャネルMOS電界効果トランジスタは前記半導体基板において前記第1のウェルおよび前記第3のウェルのいずれも形成されていない領域内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の素子評価用半導体集積回路。A P-channel MOS field effect transistor that constitutes a circuit other than the gate chain is formed in the third well, and an N-channel MOS field effect transistor that constitutes a circuit other than the gate chain is formed in the first semiconductor substrate. 2. The element evaluation semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the semiconductor integrated circuit is formed in a region where neither the well nor the third well is formed.
n型の半導体基板にp型の第1のウェルが形成され、前記第1のウェル内に前記第1のウェルよりも浅いn型の第2のウェルが形成され、前記半導体基板における前記第1のウェルが形成されていない領域にp型の第3のウェルが形成され、A p-type first well is formed in an n-type semiconductor substrate, an n-type second well shallower than the first well is formed in the first well, and the first well in the semiconductor substrate is formed. A p-type third well is formed in a region where no well is formed,
前記ゲートチェーン以外の回路を構成するNチャネルMOS電界効果トランジスタは、前記第1のウェル内の前記第2のウェルが形成されていない領域に形成され、前記ゲートチェーン以外の回路を構成するPチャネルMOS電界効果トランジスタは前記第2のウェル内に形成され、An N channel MOS field effect transistor constituting a circuit other than the gate chain is formed in a region of the first well where the second well is not formed, and a P channel constituting a circuit other than the gate chain. A MOS field effect transistor is formed in the second well;
前記ゲートチェーンを構成するNチャネルMOS電界効果トランジスタは、前記第3のウェル内に形成され、前記ゲートチェーンを構成するPチャネルMOS電界効果トランジスタは前記半導体基板において前記第1のウェルおよび前記第3のウェルのいずれも形成されていない領域内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の素子評価用半導体集積回路。The N-channel MOS field effect transistor constituting the gate chain is formed in the third well, and the P-channel MOS field effect transistor constituting the gate chain is formed in the first well and the third well in the semiconductor substrate. 2. The semiconductor integrated circuit for element evaluation according to claim 1, wherein the well is formed in a region where none of the wells is formed.
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