JP6962795B2 - 半導体装置および半導体システム - Google Patents
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Description
発明者らは、半導体装置の温度や電圧を監視する第1モニタ回路と、第1モニタ回路自身の機能安全を監視するための温度や電圧の第2モニタ回路とを、半導体装置に搭載することについて検討した。例えば、同じ温度または電圧のモニタ回路を、第1および第2モニタ回路として、単に2重化する場合、以下の課題があることに気づいた。
(1)2重化されたモニタ回路が設計時や出荷時には見過ごしていた機能不具合を有していた場合、モニタ回路を2重化しても、この不具合に起因した監視不全を防止できないという虞がある。すなわち、同じモニタ回路を単に2重化しても、共通原因故障(common cause failure)が内在する。
(2)また、半導体チップに占める2重化されたモニタ回路の面積増大、及び出荷前の2重化されたモニタ回路のテスト負荷増大により、半導体装置のコストが高くなってしまう虞がある。
本開示の課題は、共通原因故障を排除可能なモニタ回路の2重化技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
すなわち、半導体装置は、前記半導体装置の温度または電圧が正常動作範囲内であることを監視する第1モニタ回路と、前記第1モニタ回路の正常動作を監視する第2モニタ回路と、を有する。前記第1モニタ回路と前記第2モニタ回路とは、互いに異なる原理に基づいて温度または電圧の情報を生成する。
(2)第2モニタ回路(MON2)12による第1モニタ回路(MON1)11の正常動作の確認(ステップS7、ステップS9)
(3)第1モニタ回路(MON1)11による半導体装置100の温度または電圧の監視(ステップS8、ステップS10)
上記(2)は、オンチップ確認回路(CHK)15によって行われ、その動作の頻度は低くてもよい。たとえば、半導体装置100のリセット後に、一度実施するなどでよい。
ここで、−ErrTはあらかじめ決めた所定の温度の範囲の下限値を示す値である。ErrTはあらかじめ決めた所定の温度の範囲の上限値を示す値である。
ここで、−ErrVはあらかじめ決めた所定の電圧の範囲の下限値を示す値である。ErrVはあらかじめ決めた所定の電圧の範囲の上限値を示す値である。
Fout = C1 * exp(−Ea/kT) (式1)
ここで、Eaは温度依存性係数、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。C1は半導体チップごとにプロセス仕上がりに依存して異なる定数である。Eaは半導体チップに依らず、ほぼ一定の値を示す。図16の(a)、(b)、(c)のグラフにおいて、横軸は第1モニタ回路MON1aで得られた温度Tの逆数1/kTを示し、縦軸は第2モニタ回路MON2Tの出力値Foutの対数(log(Fout))を示している。また、領域Rは第2モニタ回路MON2Tの動作保証範囲以外の低温領域を示している。
ここで、D1は半導体チップごとにプロセス仕上がりに依存して異なる定数である。Vは電圧であり、V^nは、Vのn乗を示す。
図21は、変形例に係る第2モニタ回路の出力値に対する補正情報の取得方法を説明する図である。図7に示した第2モニタ回路MON2Tは、PMOSトランジスタQP2のリーク電流の温度依存性を利用した温度モニタである。第2モニタ回路MON2Tの出力値において、温度の低い領域(図16の領域R参照)の精度が得られないという課題がある。
第2モニタ回路MON2は、半導体装置100の摩耗故障をモニタする累積ストレスモニタ回路としても利用することが可能である。例えば、図7に示される第2モニタ回路MON2Tにおいて、PMOSトランジスタQP21に比例した発振周波数Foutを発生させている。ここで、PMOSトランジスタQP21のオフリーク電流は、温度の逆数の指数(exp(−Ea0/kT))に比例する(Fout∝exp(−Ea0/kT))。Ea0はオフリーク電流特有の係数である。Eaを摩耗故障因子特有の係数とすると発振周波数Foutは、以下の関係を有する。
ここで、Ea=q*Ea0である。
Claims (13)
- 半導体装置であって、
前記半導体装置の温度または電圧が正常動作範囲内であることを監視する第1モニタ回路と、
前記第1モニタ回路の動作が正常か異常かを監視するために設けられた第2モニタ回路と、
補正回路と、
前記第1モニタ回路の正常動作を確認する確認回路と、
を有し、
前記第1モニタ回路は、前記半導体装置の温度または電圧に従う第1情報を生成し、
前記第2モニタ回路は、前記半導体装置の温度または電圧に従う第2情報を生成し、
前記補正回路は、前記第1情報と前記第2情報とに基づいて、前記第2情報を補正するための補正情報を生成し、
前記第2モニタ回路は、前記補正情報に基づいて、前記第2情報を第3情報へ補正し、
前記確認回路は、前記第3情報に基づいて、前記第1モニタ回路の前記第1情報が正常か否を確認して、前記第1モニタ回路の正常動作を監視し、
前記第1モニタ回路と前記第2モニタ回路とは、互いに異なる原理に基づいて温度または電圧の情報を生成する、半導体装置。 - 請求項1の半導体装置において、
前記第1モニタ回路は、バンドギャップを利用した温度センサであり、
前記第2モニタ回路は、リーク電流を利用した温度センサである、半導体装置。 - 請求項1の半導体装置において、
前記第1モニタ回路は、アナログデジタル変換回路を利用した電圧センサであり、
前記第2モニタ回路は、電圧依存性を有するリングオシレータを利用した電圧センサである、半導体装置。 - 請求項1の半導体装置において、
前記第2モニタ回路の生成する前記第2情報は、前記第1モニタ回路から生成される前記第1情報に基づく前記補正情報により、温度または電圧の絶対値を補正されて前記第3情報にされる、半導体装置。 - 請求項4の半導体装置において、
前記補正情報を格納する不揮発性記憶装置を有する、半導体装置。 - 請求項1の半導体装置において、
前記第1モニタ回路は、前記第2モニタ回路と比較して、面積が大きい、半導体装置。 - 請求項1の半導体装置において、
前記第2モニタ回路の生成する前記第2情報は、前記半導体装置の摩耗故障の監視に利用される、半導体装置。 - 半導体装置と、
不揮発性記憶装置と、を含み、
前記半導体装置は、
前記半導体装置の温度または電圧に従う第1情報を生成する第1モニタ回路と、
前記半導体装置の温度または電圧に従う第2情報を生成する第2モニタ回路と、
前記第1情報と前記第2情報を受信し、前記第1情報に従って、前記第2情報を前記半導体装置の温度または電圧に従う第3情報へ補正するための補正情報を生成し、前記補正情報を前記不揮発性記憶装置へ格納する補正回路と、
確認回路と、を有し、
前記第2モニタ回路は、前記補正情報に基づいて前記第2情報を補正して前記第3情報を生成し、前記第3情報を前記確認回路へ送付し、
前記確認回路は、前記第1モニタ回路の前記第1情報と前記第2モニタ回路の前記第3情報とに基づいて、前記第1モニタ回路の前記第1情報が正常か否を確認して、前記第1モニタ回路の正常動作を監視し、
前記第1モニタ回路と前記第2モニタ回路とは、互いに異なる原理に基づいて前記第1情報および前記第2情報を生成する、半導体システム。 - 請求項8の半導体システムにおいて、
前記第1モニタ回路は、バンドギャップを利用した温度センサであり、
前記第2モニタ回路は、リーク電流を利用した温度センサである、半導体システム。 - 請求項8の半導体システムにおいて、
前記第1モニタ回路は、アナログデジタル変換回路を利用した電圧センサであり、
前記第2モニタ回路は、電圧依存性を有するリングオシレータを利用した電圧センサである、半導体システム。 - 請求項8の半導体システムにおいて、
前記第1モニタ回路の面積は、前記第2モニタ回路の面積より大きい、半導体システム。 - 請求項8の半導体システムにおいて、
前記補正情報は、前記半導体装置が前記半導体システムに実装された後、前記不揮発性記憶装置へ格納される、半導体システム。 - 請求項8の半導体システムにおいて、
前記第2情報は、前記半導体装置の摩耗故障の監視に利用される、半導体システム。
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