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JP2018032981A - 半導体集積回路 - Google Patents

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JP2018032981A JP2016163748A JP2016163748A JP2018032981A JP 2018032981 A JP2018032981 A JP 2018032981A JP 2016163748 A JP2016163748 A JP 2016163748A JP 2016163748 A JP2016163748 A JP 2016163748A JP 2018032981 A JP2018032981 A JP 2018032981A
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Yoshimasa Kanda
悦聖 神田
定男 今田
Sadao Imada
定男 今田
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Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
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Abstract

【課題】 容易にHVS試験が行える半導体集積回路を提供する。【解決手段】 半導体集積回路10は、カソードが電源電圧VCCを有する第1配線25に接続され、アノードが第1ノードN1に接続された第1ダイオード26と、アノードが基準電圧VGNDを有する第2配線27に接続され、カソードが第1ノードN1に接続された第2ダイオード28とを有する保護回路22と、一端が第1ノードN1に接続され、他端が第2ノードN2に接続された保護抵抗23と、第1配線25と第2配線27との間に接続され、入力端子に第2ノードN2の電圧が入力されるバッファ回路21と、第1配線25と第2ノードN2との間に接続されたスイッチ素子24と、を具備する。【選択図】 図2

Description

本発明の実施形態は、半導体集積回路に関する。
車載用途等の半導体集積回路では、より高い品質を保証するためにHVS試験(High Voltage Stressing Test)が要求されている。HVS試験とは、半導体集積回路に定格電圧より高い電圧を印加して特性の変動を調べることにより、不良品の発生を未然に防止するための試験である。
半導体集積回路のロジック入力バッファ回路には、Pチャネル電界効果トランジスタ(PMOSトランジスタ)とNチャネル電界効果トランジスタ(NMOSトランジスタ)からなるCMOSインバータが用いられている。
検査装置(テスター)を用いて半導体集積回路のロジック入力バッファ回路のHVS試験を行う場合、ロジック入力端子にもHVS試験用の高電圧を印加する。一般に、ロジック入力端子に割り当てられるプローブピンはファンクションテストを目的としたピンであるため、HVS試験用の高電圧を印加する目的には適していない。
HVS試験のために、該高電圧が印加可能な別のピンを割り当てると、プローブピンの数には限りがあるため、一度に試験できる半導体集積回路の個数が減少する問題がある。
特開平2−3265号公報
容易にHVS試験が行える半導体集積回路を提供する。
一つの実施形態によれば、半導体集積回路は、カソードが電源電圧を有する第1配線に接続され、アノードが第1ノードに接続された第1ダイオードと、アノードが基準電圧を有する第2配線に接続され、カソードが前記第1ノードに接続された第2ダイオードとを有する保護回路と、一端が前記第1ノードに接続され、他端が第2ノードに接続された保護抵抗と、前記第1配線と前記第2配線との間に接続され、入力端子に前記第2ノードの電圧が入力されるバッファ回路と、前記第1配線と前記第2ノードとの間に接続されたスイッチ素子と、を具備する。
実施形態1に係る半導体集積回路を示すレイアウト図。 実施形態1に係るロジック入力バッファ回路を示す回路図。 実施形態1に係るバッファ回路を示す回路図。 実施形態1に係る制御回路を示す回路図。 実施形態1に係るHVS試験を説明するための図。 実施形態1に係るHVS試験時の動作を説明するためのタイミングチャート。 実施形態2に係るロジック入力バッファ回路を示す回路図。 実施形態2に係るロジック入力バッファ回路の機能を説明するための図。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
(実施形態1)
本実施形態に係る半導体集積回路について、図1乃至図6を用いて説明する。図1は本実施形態の半導体集積回路を示すレイアウト図、図2はロジック入力バッファ回路を示す回路図、図3はバッファ回路を示す回路図、図4は制御回路を示す回路図、図5はHVS試験を説明するための図、図6はHVS試験時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図1に示すように、本実施形態の半導体集積回路10は、論理回路を含む内部回路11と、ロジック入力バッファ回路(以後、単に入力バッファ回路と記す)およびロジック出力バッファ回路(以後、単に出力バッファ回路と記す)を含む入出力回路12とを有している。
ロジック信号は入出力回路12の入力バッファ回路を介して内部回路11に入力される。内部回路11は、入力されたロジック信号に論理演算を施す。演算結果は入出力回路12の出力バッファ回路を介してロジック信号として出力される。内部回路11の構成は任意であり、特に限定されない。
図2に示すように、入力バッファ回路20はバッファ回路21と、バッファ回路21をESD(Electro Static Discharge)から保護するための保護回路22および保護抵抗23と、入力バッファ回路20に対してHVS試験(High Voltage Stressing Test)を行うためのスイッチ素子24とを有している。
バッファ回路21は、第1配線25と第2配線27との間に接続され、入力端子(図示せず)に第2ノードN2の電圧が入力される。図3に示すように、バッファ回路21は、従属接続されたインバータ回路21a、21bを有している。インバータ回路21aは、PMOSトランジスタ21apとNMOSトランジスタ21anとを有するCMOSインバータである。同じく、インバータ回路21bは、PMOSトランジスタ21bpとNMOSトランジスタ21bnとを有するCMOSインバータである。
保護回路22は、カソードが電源電圧VCCを有する第1配線25に接続され、アノードが第1ノードN1に接続された第1ダイオード26と、アノードが基準電圧VGNDを有する第2配線27に接続され、カソードが第1ノードN1に接続された第2ダイオード28とを有している。第1ダイオード26は、例えばゲート電極とソース電極とが接続されたPMOSトランジスタである(以後、PMOSトランジスタ26とも記す)。第2ダイオード28は、例えばゲート電極とソース電極とが接続されたNMOSトランジスタである(以後、NMOSトランジスタ28とも記す)。即ち、PMOSトランジスタ26およびNMOSトランジスタ28は、それぞれ所謂ダイオード接続されている。
保護抵抗23は、一端が第1ノードN1に接続され、他端が第2ノードN2に接続されている。保護抵抗23は、浮遊容量(図示せず)とともにCRローパスフィルタを構成している。
スイッチ素子24は、第1配線25と第2ノードN2との間に接続されている。スイッチ素子24は、例えばPMOSトランジスタである。以後、スイッチ素子24をPMOSトランジスタ24とも記す。PMOSトランジスタ24は、ソース電極が第1配線25に接続され、ドレイン電極が第2ノードN2に接続され、ゲート電極が制御端子32に接続されている。
第1配線25は、電源端子29に接続されている。電源端子29には電源電圧VCCが印加される。電源電圧VCCは、定格が例えば5±0.5Vであり、HVS試験時には例えば7.5Vにアップされる。第2配線27は、接地端子30に接続されている。接地端子30の基準電圧VGNDは、例えば0Vである。
入力端子31は、第1ノードN1に接続されている。入力端子31には、電源電圧VCCの定格電圧に等しい高さを有するロジック信号が入力される。制御端子32には、PMOSトランジスタ24をオンオフするためのドライブ信号TEST1(第1の信号)が入力される。ドライブ信号TEST1がHigh、例えば電源電圧VCCのとき、PMOSトランジスタ24はオフになる。ドライブ信号TEST1がLow、例えば基準電圧VGNDのとき、PMOSトランジスタ24はオンになる。
保護回路22および保護抵抗23の動作について、簡単に説明する。
入力端子31に電源電圧VCCと第1ダイオード26の順方向電圧Vf26の和(VCC+Vf26)より大きい正の電圧が印加されると、第1ダイオード26に順方向電流が流れる。入力端子31に基準電圧VGNDと第2ダイオード28の順方向電圧Vf28の和(VCC+Vf28)より大きい負の電圧が印加されると、第2ダイオード28に順方向電流が流れる。
即ち、入力端子31にノイズが混入し、入力信号VINが電源電圧VCCと順方向電圧Vf26の和(VCC+Vf26)より高いピーク値を有する正パルスとき、第1ダイオード26に順方向電流が流れるので、入力信号VINのピーク値は電源電圧VCCにクランプされる。同様に、入力信号VINが基準電圧VGNDと順方向電圧Vf28和(VCC+Vf28)より高いピーク値を有する負パルスのとき、第2ダイオード28に順方向電流が流れるので、入力信号VINのピーク値は電源電圧VCCにクランプされる。
保護抵抗23は、浮遊容量(図示せず)とともにローパスフィルタを構成しており、入力信号から不要な高周波成分をカットする。ローパスフィルタのカットオフ周波数fcは1/ωCRで表される。ここで、Rは保護抵抗23、Cは浮遊容量である。保護回路22および保護抵抗23により、バッファ回路21はESDから保護される。
スイッチ素子24の動作について詳しく説明する。
図4に示すように、スイッチ素子24をオン、オフするための制御回路40は、従属接続されたインバータ回路41、42を有している。インバータ回路41、42は、図3に示すインバータ回路21a、21bと同じく、CMOSインバータである。インバータ回路41、42は、それぞれ第1配線25と第2配線27との間に接続されている。
抵抗43は第1配線25と第3ノードN3との間に接続されている。制御信号の入力端子44およびインバータ回路41の入力端子は、第3ノードN3に接続されている。第3ノードN3の電圧がインバータ回路41に入力される。インバータ回路41の出力端子およびインバータ回路42の入力端子が第4ノードN4に接続されている。図2に示す制御端子32は、第4ノードN4に接続されている。インバータ回路42の出力端子は出力端子45に接続されている。出力端子45については、後述する。
インバータ回路41は制御信号TESTを反転したドライブ信号TEST1を出力端子32に出力する。インバータ回路42はドライブ信号TEST1を反転したドライブ信号TEST2を出力端子45に出力する。
抵抗43は、入力端子44がフローティング状態のとき、第3ノードN3を電源電圧VCCにプルアップし、出力端子32をLow、出力端子45をHighに固定するために設けられている。
入力バッファ回路20に対するHVS試験について図5、図6を用いて説明する。ここでは、半導体ウェーハに多数の半導体集積回路10が形成されており、テスターを用いてウェーハレベルで各半導体集積回路10に対してHVS試験を行う場合である。
図5に示すように、テスター50は半導体集積回路10のファンクション試験(FC試験とも記す)用の定格電源電圧VCC(例えば5±0.5V)およびHVS試験用の電源電圧VCC(例えば7.5V)を供給する電源51と、ファンクション試験用の定格電源電圧VCCに等しい高さを有するロジック信号を供給する信号発生回路52等を有している。テスター50はプローバ53を介して半導体集積回路10に接続される。
プローバ53は、半導体集積回路10に設けられている多数の端子(パッド)にコンタクトを取るための多数のピンを有している。多数のピンのうち、ピン53a(電源ピンとも記す)は電源端子29にコンタクトし、ピン53b(接地ピンとも記す)は接地端子30にコンタクトする。ピン53c(FCピンとも記す)は入力端子31にコンタクトする。
ファンクション試験のとき、定格電源電圧VCCに等しい高さを有するロジック信号52がピン53cを介して入力端子31に供給される。一般に、FCピンは電源ピンおよび接地ピンに比べて微細なため、FCピンを介してコンタクトする端子に印加できる最大電圧は6V程度である。
HVS試験のとき、HVS試験用の電源電圧VCCを入力端子31に印加するには、6Vより大きい電圧が印加可能な別のピン53d(DCピンとも記す)を用いる必要がある。一つのロジック入力端子に対して、一つのDCピンが割り当てられるので、ロジック入力端子の数だけDCピンが別に必要になる。
一度に試験できる半導体集積回路の個数は半導体集積回路の端子数とプローバのピン数とに依存するので、一つの入力端子に複数のピンを割り当てるほど一度に試験できる半導体集積回路の個数が減じられる。そのため、ウェーハレベルで半導体集積回路のHVS試験が完了するまでに長い時間を要し、HVS試験コストの増大を招く恐れがある。
入力バッファ回路20は、第1配線25と第2ノードN2との間にスイッチ素子であるPMOSトランジスタ24を有している。HVS試験のときにPMOSトランジスタ24をオンにすることにより、入力端子31を介さずにHVS試験用の電源電圧VCCをバッフア回路21のNMOSトランジスタ21anのゲート端子に直接印加することができる。即ち、HVS試験用の電源電圧VCCを入力端子31に印加するためのDCピンは不要である。
図6に示すように、時間t0で電源電圧VCCがFC試験用の5.0VからHVS試験用の7.5Vにアップされるとともに、制御信号TESTがLowからHighになる。制御回路40はドライブ信号TEST1をHighからLowにする。その結果、PMOSトランジスタ24がオンし、7.5Vにアップされた電源電圧VCCがバッファ回路21のNMOSトランジスタ21anのゲート電極に印加される。
所定時間、例えば0.5sec経過した時間t1で電源電圧VCCが7.5Vから5.0Vにダウンされるとともに、制御信号TESTがHighからLowになる。制御回路40はドライブ信号TEST1をLowからHighにする。その結果、PMOSトランジスタ24がオフする。時間t0と時間t1との間で、HVS試験が実施される。
本実施形態の入力バッファ回路20では、PMOSトランジスタ24をオンさせることで、バッファ回路21のNMOSトランジスタ21anのゲート電極に、入力端子31を介せずにHVS試験用の電源電圧VCCを印加することができる。
即ち、多数の入力バッファ回路20に対して、ドライブ信号TEST1によりそれぞれのPMOSトランジスタ24をオンさせることにより、一括してHVS試験を行うことができる。
以上説明したように、本実施形態の集積回路10では、入力バッファ回路20がスイッチ素子であるPMOSトランジスタ24を有しているので、入力端子31を介せずにバッファ回路21のNMOSトランジスタ21anのゲート電極にHVS試験用の電源電圧VCCを印加することができる。
その結果、HVS試験用に多数のDCピンを確保する必要がなく、一度に試験できる半導体集積回路の個数が減じられることはない。ウェーハレベルで半導体集積回路のHVS試験が完了するまでの時間が短縮され、HVS試験コストの増大を招かない。
従って、ロジック入力バッファ回路のHVS試験が、ウェーハレベルで容易に行える半導体集積回路を提供することができる。
スイッチ素子24がPMOSトランジスタ24である場合について説明したが、その他のスイッチ素子でも構わない。例えば、電圧を印加すると高抵抗から低抵抗に可逆的に変化する抵抗変化素子などを使用することも可能である。また、スイッチ素子24と第2ノードN2との間にプルアップ抵抗を接続しても構わない。
第1ダイオード26がPMOSトランジスタであり、第2ダイオード28がNMOSトランジスタである場合について説明したが、第1、第2ダイオード26、28は通常のダイオード、例えばPN接合ダイオードとすることも可能である。
半導体ウェーハに形成された多数の半導体集積回路に対してウェーハレベルでHVS試験を行う場合について説明したが、半導体集積回路がチップに分離され、TAB(Tape Automated Bonding)テープ上に配列された複数の半導体集積回路に対しても同様にHVS試験を行うことが可能である。
入力バッファ回路に対してHVS試験を行う場合について説明したが、出力バッファ回路にスイッチ素子24を設けてHVS試験を行うことも可能である。出力バッファ回路には、ESD保護用の保護回路22および保護抵抗23は不要である。
(実施形態2)
本実施形態に係る半導体集積回路について図7および図8を用いて説明する。図7は本実施形態の半導体集積回路の入力バッファ回路を示す回路図、図8は入力バッファ回路の機能を説明するための図である。
本実施形態において、上記実施形態1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施形態が実施形態1と異なる点は、保護回路が有するPMOSトランジスタをESD保護のためのダイオードおよびHVS試験のためのスイッチ素子のいずれにも使用できるようにしたことにある。
即ち、図7に示すように、本実施形態の半導体集積回路の入力バッファ回路60は保護回路61を有している。保護回路61と図2に示す保護回路22とは、PMOSトランジスタ26のソース電極が第1配線25に接続され、ドレイン電極が第1ノードN1に接続されていることは同様であるが、ゲート電極が制御端子62に接続されている点で異なっている。制御端子62は、図4に示す制御回路40の出力端子45に接続され、ドライブ信号TEST2(第2の信号)が入力される。
PMOSトランジスタ26は、ドライブ信号TEST2がHigh(VCC)のときにオフになり、ドライブ信号TEST2がLow(VGND)のときにオンになる。従って、FC試験時にはPMOSトランジスタ26をオフにして、図2に示す第1ダイオード26として機能させることができる。また、HVS試験時にはPMOSトランジスタ26をオンにして、図2に示すスイッチ素子24として機能させることができる。
図8は保護回路61の機能を説明するための図で、図8(a)はPMOSトランジスタ26がオフのときの等価回路を示す図、図8(b)はPMOSトランジスタ26がオンのときの等価回路を示す図ある。
図8(a)に示すように、ドライブ信号TEST2がHighのときにPMOSトランジスタ26のゲート電極とソース電極が等価的に接続されるので、PMOSトランジスタ26は、図1に示す第1ダイオード26として機能する。入力端子31に電源電圧VCCと第1ダイオード26の順方向電圧Vf26より大きなピーク値を有する正パルスが混入すると、破線で示す矢印65のように第1ダイオード26に順方向電流が流れる。
図8(b)に示すように、ドライブ信号TEST2がLowのときにPMOSトランジスタ26はオンになるので、PMOSトランジスタ26は、図2に示すスイッチ素子24として機能する。矢印66のようにバッファ回路21におけるNMOSトランジスタ21anのゲート電極に電源電圧VCCを印加することができる。但し、入力端子31はフローティング状態にしておく必要がある。
以上説明したように、本実施形態の集積回路では、保護回路61のPMOSトランジスタ26のゲート電極が制御端子62に接続されている。PMOSトランジスタ26は制御端子62に印加されるドライブ信号TEST2に応じてオン、オフする。
その結果、FC試験時にはPMOSトランジスタ26をオフにして、第1ダイオード26として機能させることができる。HVS試験時にはPMOSトランジスタ26をオンにして、スイッチ素子24として機能させることができる。
従って、スイッチ素子としてPMOSトランジスタ24は不要であり、半導体集積回路のチップ面積の増大を招かない。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
なお、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 前記第1ダイオードはゲート電極とソース電極とが接続されたPチャネル電界効果トランジスタであり、前記第2ダイオードはゲート電極とソース電極とが接続されたNチャネル電界効果トランジスタである請求項1に記載の半導体集積回路。
(付記2) 前記バッファ回路は、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタとを有するCMOSインバータが従属接続された回路である請求項1に記載の半導体集積回路。
10 半導体集積回路
11 論理回路
12 入出力回路
20、60 入力バッファ回路
21 バッファ回路
21a、21b インバータ回路
21ap、21bp PMOSトランジスタ
21an、21bn NMOSトランジスタ
22、61 保護回路
23 保護抵抗
24 スイッチ素子
25、27 第1、第2配線
26、28 第1、第2ダイオード
29 電源端子
30 接地端子
31、44 入力端子
32、62 制御端子
40 制御回路
41、42 インバータ
43 抵抗
45 出力端子
50 テスター
51 電源
52 信号発生回路
53 プローバ
53a−53d ピン
N1、N2、N3、N4 第1、第2、第3、第4ノード

Claims (7)

  1. カソードが電源電圧を有する第1配線に接続され、アノードが第1ノードに接続された第1ダイオードと、アノードが基準電圧を有する第2配線に接続され、カソードが前記第1ノードに接続された第2ダイオードとを有する保護回路と、
    一端が前記第1ノードに接続され、他端が第2ノードに接続された保護抵抗と、
    前記第1配線と前記第2配線との間に接続され、入力端子に前記第2ノードの電圧が入力されるバッファ回路と、
    前記第1配線と前記第2ノードとの間に接続されたスイッチ素子と、
    を具備することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記スイッチ素子は、ソース電極が前記第1配線に接続され、ドレイン電極が前記第2ノードに接続され、ゲート電極が制御端子に接続されたPチャネル電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 制御信号に応じて、前記スイッチ素子をオンおよびオフするための第1の信号を出力する制御回路を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  4. ソース電極が電源電圧を有する第1配線に接続され、ドレイン電極が第1ノードに接続され、ゲート電極が制御端子に接続されたPチャネル電界効果トランジスタと、アノードが基準電圧を有する第2配線に接続され、カソードが前記第1ノードに接続された第2ダイオードとを有する保護回路と、
    一端が前記第1ノードに接続され、他端が第2ノードに接続された保護抵抗と、
    前記第1配線と前記第2配線との間に接続され、入力端子に前記第2ノードの電圧が入力されるバッファ回路と、
    を具備することを特徴とする半導体集積回路。
  5. 前記Pチャネル電界効果トランジスタは、前記制御端子に入力される信号に応じて、カソードが前記第1配線に接続され、アノードが前記第1ノードに接続された第1ダイオードおよび前記第1配線と前記第1ノードとを電気的に接続するためのスイッチ素子として機能することを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路。
  6. 制御信号に応じて、前記Pチャネル電界効果トランジスタの機能を切換えるための第2の信号を出力する制御回路を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。
  7. 前記制御回路は、従属接続されたCMOSインバータを有し、前記第1の信号として前記制御信号の反転信号出力し、または前記第2の信号として前記制御信号の非反転信号を出力することを特徴とする請求項3または6に記載の半導体集積回路。
JP2016163748A 2016-08-24 2016-08-24 半導体集積回路 Abandoned JP2018032981A (ja)

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