专利名称：半导体装置、检测方法及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置、检测方法及程序，特别涉及能够检测同一个半导体集成电路所产生的劣化或同种的多个半导体集成电路所产生的差异(与特性有关的个别差异)的半导体装置等。
背景技术：
确保伴随着极限微细化的半导体集成电路的可靠度和安全性是极为重要的社会课题，各式各样的测试方法被提出(参照非专利文献I及2)。例如出货后也能测试的方法，自我测试(Built-In Self-Test =BIST (内建自我测试))的方法被提出(参照专利文献1、2及非专利文献3 5)。 现有技术文献专利文献I :日本特开2003-68865号公报专利文献2 :日本特表2010-524101号公报非专利文献I :佐藤，另外2人著，“关于现场高可靠度的方法”，REAJ志，Vol. 31，No. 7，p. 514-519.非专利文献2:Y. Sato,;另外3人著,“A Circuit Failure Prediction Mechanism(DART) for High Field Reliability，，，The 8th IEEE International Conference onASIC,p.581-584,2009.非专利文献3 T. Vo,另外 9 人著，“Design for Board and System LevelStructure Test and Diagnosis，，，Proc. Intl. Test Conf. , Paper 14. 11-10, 2006.非专利文献4:Y. Li,另外 2 人著,“CASP :ConcurrentAutonomous Chip Self-TestUsing Stored Test Patterns，，，Proc. Design Automation and Test in Europe,pp.885-890,2008.非专利文献5 :0. Khan,另外 I 人著,“A Self-Adaptive System Architecture toAddress transistor Aging，，，Proc. Design Automation and Test in Europe, pp. 81-86,2009.
发明内容
发明要解决的问题以往的测试仅重视在测试的时间点的半导体集成电路的动作性能(op er at i onperformance)0因此，以往的测试基本上是在温度等被控制的同一个环境下进行测试。如此，以往的测试基本上是想通过使半导体集成电路的动作环境配合测试的内容，以确保测试的精度。但是，半导体集成电路的生产、使用是在各式各样的环境下进行，不一定能够控制温度等。特别是现场的测试为半导体集成电路被使用的状态，温度等的测试环境的控制很困难。记载于专利文献2的技术是在出货后测试半导体集成电路时控制电压等的测试环境。但是，需要用以控制测试环境的特别的装置，不得已会成为庞大的装置。就需要测试的所有的半导体集成电路不一定能适用这种装置。如此，当无法控制温度等的测试环境时，测试环境会影响半导体集成电路的测试结果。例如依照发明者们的模拟(simulation)，有因1°C的变动而产生17ps/周期的延迟变动的情形。若为IGHz的动作环境，则由于应I周期对应于1ns，因此由该等环境变动引起的延迟变动不是能忽略的微差。如此，即使只是温度的变化，也很难进行精确的判断。因此，在以往的测试中，在该状态下即使是生产时的测试或使用时的测试，当环境变化时也很难一边维持精度一边对应。所以，本发明的目的为提供一种半导体装置等，即使是在测试环境变动的情形下，也能更高精度地判断半导体集成电路的动作性能。用于解决发明的技术方案本案发明的第一观点为一种半导体装置，能检测具有执行测试内容的检测对象电 路部的半导体集成电路所产生的劣化，包含测定单元，测定所述检测对象电路部的温度及电压；决定单元，在各测试动作频率下对所述检测对象电路部判别所述测试内容是否在容许测试时序(test timing)内被执行，将所执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率；算出单元，使用所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据该换算出的最大测试动作频率算出表示劣化的状态的劣化量，所述半导体集成电路具有监控区块电路(monitor block circuit),该监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的值，所述测定单元具有估计单元(estimating means),该估计单元在每次进行测试时根据在所述检测对象电路部的温度及电压下动作的所述监控区块电路监控到的值来估计所述检测对象电路部的温度及电压的值，所述算出单元将所述估计单元估计的温度及电压的值用作所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成所述基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。本案发明的第二观点为第一观点的半导体装置，其中所述半导体集成电路包含n个(n为2以上的整数)所述监控区块电路，所述测定单元测定以在各监控区块电路中的预定的时间内的振荡次数得到的测定频率Fi (i为n以下的自然数)，所述估计单元通过计算式(eql)的系数a i、P、a ',及^，估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。
T = YaiFi+^7,1W
V = Yj^iFi+P'.
i=l本案发明的第三观点为第二观点的半导体装置，其中所述估计单元通过将温度范围或电压范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数a p 0、a ' t及P '，或者将温度范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数^及P，并且将电压范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数a ' 4及0'，从而估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。本案发明的第四观点为第二观点或第三观点的半导体装置，其中所述估计单元使用作为所述测定频率Fi与初次的测定频率Fitl的差的差频率AFi,取代式(eql)的所述测定频率Fi,估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。本案发明的第五观点为第一观点至第四观点中任一观点的半导体装置，其中还包含存储单元，该存储单元存储所述测定单元测定的测定值及所述决定单元决定的最大测试动作频率的组合，所述算出单元使用所述存储单元存储的测定值及最大测试动作频率。本案发明的第六观点为第五观点的半导体装置，其中所述最大测试动作频率是通过进行从所述存储单元存储的不同的测试时的多个最大测试动作频率除去随机噪声(random noise)的运算而决定的。本案发明的第七观点为第一观点至第六观点中任一观点的半导体装置，其中所述测定单元测定预定的测试动作频率下的测试时的初始温度(initial temperature)及初始电压(initial voltage)，所述决定单元一边使用所述基准温度及所述基准电压与上次的最大测试动作频率，一边决定所述初始温度及所述初始电压下的最大测试动作频率候补，在增加频率后使频率减少，或仅使频率增加或仅使频率减少，将所执行的最大的测试动作 频率决定为最大测试动作频率。 本案发明的第八观点为第一观点至第七观点中任一观点的半导体装置，其中准备每一被测试的路径(path )的长度均不同的测试内容。本案发明的第九观点为第一观点至第八观点中任一观点的半导体装置，其中能够依照容许测试时序及/或所述劣化量的值变更测试内容及/或测试顺序。本案发明的第十观点为一种半导体装置，能检测具有执行测试内容的同种多个半导体集成电路所产生的差异，包含测定单元，测定所述检测对象电路部的温度及电压 ’决定单元，在各测试动作频率下对所述检测对象电路部测定所述测试内容是否在容许测试时序内被执行，将所执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率；算出单元，使用所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据该换算的最大测试动作频率算出表示差异程度的差异量，所述半导体集成电路具有监控区块电路，该监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的值，所述测定单元具有估计单元，该估计单元在每次进行测试时根据在所述检测对象电路部的温度及电压下动作的所述监控区块电路监控的值估计所述检测对象电路部的温度及电压的值，所述算出单元将所述估计单元所估计的温度及电压的值用作所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成所述基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。本案发明的第i^一观点为一种检测方法，能检测同一个半导体集成电路所产生的劣化或同种多个半导体集成电路所产生的差异，所述半导体集成电路的检测对象电路部中的动作频率与温度及电压的关系的特性通过近似式(approximation)近似,包含测定步骤，测定单元测定温度及电压的值；决定步骤，决定单元将最大测试动作频率决定为在所述半导体集成电路的检测对象电路部中测试内容在容许测试时序内被执行的最大的测试动作频率；算出步骤，算出单元使用所述温度及电压的值以及所述最大测试动作频率，依照所述近似式算出基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据该算出的最大测试动作频率算出表示劣化的状态的劣化量或表示差异的程度的差异量。本案发明的第十二观点为第H^一观点的检测方法，其中所述半导体集成电路包含n个(n为2以上的整数)监控区块电路，该监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的，所述测定步骤包含由所述测定单元进行的如下的步骤频率测定步骤，测定以在各监控区块电路中的预定的时间内的振荡次数得到的测定频率Fi (i为n以下的自然数)；估计步骤，通过计算式(eq2)的系数a y P，a ' i及P '，估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。n(eq2)
V = f^a[Fi + (3'.本案发明的第十三观点为一种程序，是用于使计算机执行第十一观点或第十二观点的检测方法的程序。此外，以记录程序的计算机可读取的记录媒体来实现本案发明也可以。而且，容许测试时序为测试动作频率的倒数。因此，使用容许测试时序与测试动作 频率的任一个都能进行等效的(equivalent)处理。因此,在本案发明中决定单元判别测试内容是否在容许测试时序内被执行也包含有根据测试动作频率进行判别。发明的效果依照本案发明的各观点，在半导体装置中，能够根据最大测试动作频率以及所测定的温度及电压的测定值算出基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。据此，能够统一地评价在各式各样的环境下的半导体集成电路的动作性能。亦即，可不控制测试环境而能更高精度且定量地判断半导体集成电路的动作性能。特别是通过半导体集成电路所具备的监控区块电路监控用以测定温度及电压的值，从而能够不另行使用传感器而能换算成基准温度及基准电压。特别是以往的测试基本上是判断清除预定的条件的半导体集成电路为正常，不满足预定的条件而在第一次测试中被检测出异常。因此，在以往的测试中，定量地判断半导体集成电路正常的程度，例如在出货后的现场中，很难以高精度进行预知半导体集成电路的故障等的处理。结果，半导体集成电路例如并联配设多个电路组件后进行比较并判断故障，或具备像备份电路(backup circuit)的防备故障的电路等，违背极限的微细化并成为电路尺寸(circuit size)增大的原因之一。依照本案发明的各观点，特别是，因为能统一且定量地检测现场中的半导体集成电路所产生的劣化的状态，所以能事前预知劣化故障。通过事前预知劣化故障，能在正常动作的状态中使用半导体集成电路，或更换半导体集成电路等并且能给予故障对策，能令故障时的备份电路为必要最小限度，因此能缩小电路尺寸。而且，依照本案发明的第二观点，使用由多个监控区块电路得到的多个测定频率，根据式(eql)估计温度及电压。据此，与使用由一个监控区块电路得到的测定频率来估计的情形比较，估计的精度提高。而且，由于能进行利用一次式的估计，因此能进行极为简易的处理的程序和/或电路的设计。因此，以同一个基准比较置于不同的温度及电压环境的同一个半导体集成电路的性能变得更容易。而且，依照本案发明的第三观点，将温度范围或电压范围分成多个分段，按每一分段算出式(eql)的系数。据此，能通过每一分段使用高精度的式估计温度或电压。而且，依照本案发明的第四观点，以各次的测定频率与初次的测定频率的差当作式(eql)中的测定频率的参数使用。据此，能消除因制造上的差异造成的由监控区块电路得到的测定频率的变动量，能防止由于该变动量包含于式(eql)中而使估计精度恶化，能更高精度地估计温度及电压。而且，依照本案发明的第五观点，存储单元存储测试环境与最大测试动作频率的组合。因此，能通过使用这种历史记录(history)，自动地比较在不同环境下进行的多次测试结果。而且，依照本案发明的第六观点，通过取例如多次测试结果的平均，能从最大测试动作频率除去随机噪声。因此，更高精度地检测半导体集成电路的动作性能变得容易。而且，依照本案发明的第七观点，在测试当初根据上次测试预测本次测试的最大测试动作频率。而且，通过增减或减少所预测的最大测试动作频率并决定测试动作频率而进行测试，决定本次测试中的最大测试动作频率。据此，能以高精度决定测试动作频率的初始值，不仅能减少测试次数、能减少测试时间，也能通过执行测试来减轻半导体集成电路所受的影响。此外，“测试时间”是指测试整体所需的时间。以下一样。而且，依照本案发明的第八观点，能实施每一被测试的路径的长度均不同的测试 内容。在延迟测试等中，基本上最大的路径长度以外的短路径的测试，其检测很困难。另一方面，劣化往往如TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown :经时电介质击穿)般的产生于氧化膜的劣化，一达到一定的劣化量，就引起晶体管动作破坏。这种劣化不一定产生于长的路径。通过对每一路径的长度进行测试，使得短路径的劣化量测定为可能。而且，能提高测试的效率。此点特别是在容许测试时序被空闲时间(idle time)限制的出货后的半导体集成电路中，对以短时间的测试进行有效的判断的情形有效。而且，依照本案发明的第九观点，能以高频率执行被判定为劣化进行的测试内容。据此，特别是在容许测试时序被空闲时间限制的出货后的半导体集成电路中，有效地预知劣化变得更容易。而且，依照本案发明的第十观点或第十一观点，能不统一测试环境而以同一个基准比较同种的多个半导体集成电路的性能。
图I是表示与本案发明的实施例有关的半导体装置I的概要的方块图。图2是表示测试对象电路2的设计流程的概要的流程图。图3是表示图2中的现场测试的概要的流程图。 图4是表示日志信息的构成的一例的图。图5是表示监控区块电路及212的电路图的一例的图。图6是表示R059的频率对温度的特性的一例的图。图7是表示使用日志的历史记录的测试顺序变更方式的一例的概略图。图8是表示变更图3的流程的一部分得到的现场测试的其他的一例的概要的流程图。
具体实施例方式以下参照附图针对本案发明的实施例来说明。此外，本案发明不是被限定于以下的实施例。
实施例图I是表示与本案发明的实施例有关的半导体装置I的概要的方块图。以下说明图I的半导体装置I的概要。半导体装置I为能检测测试对象电路2 (本案专利要求中的“半导体集成电路”的一例)所产生的劣化的半导体装置。半导体装置I具备控制对测试对象电路2进行测试的控制电路3。如后述，虽然半导体装置I为具备测试对象电路2的半导体装置也可以，但在本实施例中，测试对象电路2与控制电路3为不同的构成。一般,半导体逻辑电路主要为顺序电路(sequential circuit)。顺序电路由如下的构件构成由与门(AND gate),与非门(NAND gate),或门(OR gate),或非门(NOR gate)等的逻辑组件构成的组合电路部17 ;存储电路的内部状态的触发器(FF) (flip-flop)。测试对象电路2包含成为测试单位的电路即测试单位电路15。测试单位电路15包含组合电路部17 ;多个触发器1%及192 ;测定频率的多个监控区块电路21:及212 (本案权利要求中的“监控区块电路”的一例)。测试单位电路15例如为被称为区块(block)或模块(module) 的以逻辑设计进行处理的逻辑的单位(区块或模块)也可以，且为具有整合功能的逻辑的单位(核心)也可以。核心的例子可考虑算术运算部、数据路径部、10 (Input/Output :输入/输出)控制部等。控制电路3包含控制半导体装置I整体的整体控制部5 ;控制测试的测试控制部7;每次进行测试时一边使测试动作频率变化一边控制温度及电压的测定的温度电压测定部9 (本案权利要求中的“测定单元”的一例);存储各种信息的存储部11 (本案权利要求中的“存储单元”的一例)；产生时钟(clock)的时钟产生电路13。控制电路3以整体控制部
5、测试控制部7、温度电压测定部9等的控制区块(control block)构造来实现,如以下说明，各控制区块以阶层(hierarchy)的方式实现。整体控制部5包含控制整体的主控制部23 ;读出日志(log)的日志读出部25 ;写出到日志的日志写出部27 ;压缩日志的日志压缩部29 ;将预定的温度及电压条件下的测试动作频率换算成不同的温度及电压条件下的测试动作频率的测试动作频率换算部31 ;计算劣化量的劣化量计算部33 ;进行劣化的判定的劣化判定部35。(合并测试动作频率换算部31与劣化量计算部33后的构件为本案权利要求中的“算出单元”的一例)测试动作频率换算部31依照例如后述的近似式(1)，也一边使用温度及电压的测定值以及测试控制部7决定的最大测试动作频率，一边算出基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。劣化量计算部33，根据测试动作频率换算部31算出的值作为基准温度及基准电压下的最大测试动作频率来算出表示劣化的状态的劣化量。测试控制部7包含决定对测试单位电路15的测试内容的测试内容决定部37 ;进行测试的测试部39 ;判别在各测试动作频率下对测试单位电路15测试内容是否在容许测试时序内被执行的测试判别部41 ;将测试内容在容许测试时序内被执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率的最大测试动作频率决定部43。(合并测试判别部41与最大测试动作频率决定部43后的构件为本案权利要求中的“决定单元”的一例)温度电压测定部9包含控制测试单位电路15的频率的测定的监控测定控制部45 ;根据所测定的频率通过计算估计温度及电压的温度电压计算部47 (本案权利要求中的“估计单元”的一例)。此外，除非另有指明，否则温度及电压的“测定”是指根据所测定的测试动作频率，温度电压计算部47算出温度及电压。同样地，温度及电压的“测定值”是指如此算出的值。存储部11包含存储日志的日志存储部49 ;存储逻辑路径(logical path)特性的逻辑路径特性存储部51 ;存储测试信息的测试信息存储部53 ;存储测试动作频率的修正值的测试动作频率修正值存储部55。接着，针对半导体装置I中的信息的传输来说明。整体控制部5对测试控制部7传输例如测试开始指示、上次测试内容、测试动作频率F。的初始值或本次最大测试动作频率修正值。另一方面，测试控制部7对整体控制部5传输例如测试单位名、在设计阶段确定的机器周期(machine cycle)下的测试结果、本次最大测试动作频率Fmax、本次测试内容、温度或电压的测定值。而且，整体控制部5在与存储部11之间互相传输日志信息。 另外，测试控制部7对温度电压测定部9传输例如温度或电压测定开始或结束的指示。另一方面，温度电压测定部9对测试控制部7传输温度或电压的测定值。而且，测试控制部7对存储部11传输例如测试顺序或最终Fmax修正值。另一方面，存储部11对测试控制部7传输例如测试信息。而且，测试控制部7控制时钟产生电路13并产生F。，时钟产生电路13通过测试时钟(test clock)进行向FFW1及192的写入，然后通过以测试动作频率Fc (或Fc的倒数的测试时序(本案权利要求中的“容许测试时序”的一例))产生的时钟,将传输到组合电路部17的测试样本(test pattern)取入FFW1或192。所取入的测试响应从FFW1或192以测试时钟读出，并传输到测试控制部7。进而测试控制部7对测试对象电路2传输测试样本。另一方面，测试对象电路2对测试控制部7传输测试响应。而且，温度电压测定部9对监控区块电路21:及212传输频率测定的开始或结束的指示。另一方面，监控区块电路21:及212对温度电压测定部9传输所测定的频率。以下，参照图2及图3针对使用半导体装置I的测试对象电路2的测试流程来说明。图2是表示使用半导体装置I的测试对象电路2的设计流程的概要的流程图。图2的设计流程被分为到芯片的出货为止的处理(步骤STOOf ST009);到系统的出货为止的处理(步骤ST010及ST011);和系统出货后的处理(步骤ST012)。在各处理中进行制造测试(步骤ST008)、基板/系统测试(步骤STO10)及现场测试(步骤STO12)。参照图2，首先针对到芯片的出货为止的处理来说明。进行测试对象电路2的逻辑设计(步骤ST001),进行测试容易化设计(Design For Testability :DFT),附加控制电路3以及监控区块电路2“及212(步骤ST002)。接着，进行布局(layout)设计(步骤ST003)，进行自动测试生成处理(Automatic Test Pattern Generation :ATPG (自动测试样本产生))，生成BIST的种样本(测试种(test seed))(步骤ST004)。接着，取得逻辑路径特性(步骤ST005)。具体而言，进行按每一测试单位测试的最长逻辑路径的温度T、电压V特性的模拟计算。此处，求出使测试动作频率与温度及电压的关系的特性近似的近似式的系数。例如发明者发现在LSI的使用温度范围中频率对温度及电压的线性较好。因此，求出以温度T与电压V为变量的式(I)表示的近似式的系数a、b、c、d、e。或者使用由式(I)导出的后述的式。接着，产生光罩(mask)(步骤ST006)，制造芯片(步骤ST007)。接着，进行制造测试(步骤ST008)。接着，将芯片出货(步骤ST009)。F (T, V) = (aT+b) (cV+d)+e (I)所出货的芯片与其他的芯片组合，作为基板或系统进行测试(步骤ST010)。此处，测试部39实施初次的测试并求出最初(劣化前)的Fmax值，日志写出部27将Fmax值写入存储部11。接着，将系统出货(步骤ST011)。在系统出货后，现场的测试利用空闲时间(例如系统动作的时间以外的时间等)进行(步骤ST012)。该现场测试一般按每一测试单位电路15来进行。这是由于频率因测试单位电路15而不同，或者为了维持诊断分辨率(diagnostic resolution)。接着，使用图3针对图2中的步骤ST012的现场测试的具体例来说明。此外， 作为利用系统的空闲时间的代表例，针对在系统起动/结束时进行的开机/关机测试(power-on/off test)来说明。参照图3，若开始开机/关机测试，则日志读出部25从日志存储部49读出上次测试内容。整体控制部5将上次测试内容传输到测试控制部7，测试内容决定部37将上次开机/关机测试时决定的测试内容决定为本次的测试内容(步骤ST101)。接着，测试部39以保证动作的在设计阶段决定的机器周期FOTg+S进行测试。而且，温度电压测定部9使监控区块电路21:及212测定测试时的初始温度(Ttl)及初始电压(VtlX此处，6为最低动作容限(minimum operating margin)(步骤 ST102)。接着，测试判别部41进行是否通过(pass)在FOTg+S的测试的判别(步骤ST103)。若在该阶段的测试不动作，则测试部39进行错误(error)处理(步骤ST104)，结束流程。若通过测试，则接着日志读出部25从日志读出基准温度(Ttyp)及基准电压(Vtyp)下的上次Fmaxo而且，测试动作频率换算部31计算本次的条件即Ttl及Vtl下的对上次Fmax的修正值，得到测试动作频率(F。)(步骤ST105)。该F。为本次测试中的最初的最大测试动作频率候补。此处是以通过自上次Fmax出发来减少测试次数为目的。而且，本次测试的温度条件及电压条件因有与上次测试不同的可能性，故计算修正值。若本次测试的温度条件及电压条件与上次测试相同，则无需在步骤ST105中计算修正值。接着，在所得到的测试动作频率F。下测试部39进行测试，温度电压测定部9使监控区块电路21:及212测定测试时的温度(Te)及电压(V。)(步骤ST106)。接着，测试判别部41进行是否通过在F。的测试的判别(步骤ST107)。若通过此处的测试，则接着测试部39增加测试动作频率F。并以FJAF1当作新的F。(步骤ST108)，返回到步骤ST106且再度以Fc进行测试。重复该等步骤直到不通过测试为止。由于很难考虑性能比上次测试时还提高，故在比上次测试时还高的测试动作频率下通过，其主要原因是测定误差。对误差AF1进行设计，以使即使进行此处的重复，重复也只需一次左右即可。在步骤ST107中若没有通过测试，则前进到步骤ST109。接着，在步骤ST109中求出因最大测试动作频率的劣化造成的降低。测试部39以Fc-AF2当作新的F。进行测试。而且，温度电压测定部9使监控区块电路21:及212测定测试时的温度(Te)及电压(V。)。接着，测试判别部41进行是否通过在F。的测试的判别(步骤ST110)。若没有通过此处的测试，则返回到步骤ST109且再度以Fc-AF2当作新的F。，重复直到通过测试为止。若通过测试，则前进到步骤ST111。接着，在步骤STlll中，最大测试动作频率决定部43将F。决定为本次Fmax，测试控制部7将本次Fmax和/或本次测试内容传输至整体控制部5。而且，日志写出部27将本次的测试的T。及V。下的Fmax写出到日志。而且，测试动作频率换算部31将Fmax换算成基准温度(Ttyp)及基准电压(Vtyp)下的测试动作频率Fmx@Ttyp、Vtyp,日志写出部27写出到日志。接着，劣化量计算部33对照日志的过去的历史记录并进行本次的劣化量的计算，进行从所算出的劣化量扣除容许的劣化量的阈值(threshoId value )的计算(步骤ST112 )。接着,测试判别部41判别得到的值是否为正(步骤ST113)。若得到的值不为正值，则日志压缩部29压缩日志(步骤ST114)，结束流程。另一方面，若得到的值为正值，则测试部39进行错误处理(步骤STl 15)，结束流程。劣化判定部35以一次错误判定为劣化，或者以数次的现场测试连续地出现错误的情形下判定为劣化，只需依照系统而决定即可。当进行数次的现场测试时，测试部39进行备置于下次测试的处理。具体而言，进行下次测试内容的决定、从存储部11读出测试样本等。以下参照图4针对日志信息的构成来说明。图4是不是日志存储部49所存储的日志信息的构成的一例的图。 日志作为测定值等的历史记录被使用于为了有效地测定最大频率。而且，为了进行根据进行劣化判定的多次测试各次中的最大测试动作频率来统计地分析并除去测定的随机噪声的运算，也被当作过去历史记录使用。此处所谓的随机噪声是指例如伴随着测定时的舍入误差(rounding error)等。进而，日志也被使用于为了将在现场的劣化历史记录向设计或制造反馈(feedback)并利用。作为日志的信息，例如包含有测定原始数据、为了降低每次处理的耗用时间(overhead)的加工信息。具体而言，例如如图4所示包含有测试时刻、测试单位(核心名等)、测试内容、最高测试动作频率(FMX)、测试时的温度(T。)、测试时的电压(V。)、换算成基准温度及基准电压的最大测试动作频率(Fmx@Ttyp、Vtyp)等。也可以包含有本次测试动作频率(FC@TC、VC)。此处，通过在日志信息包含测试内容，即使作为每次不同的测试内容也能对应。测试时刻主要是为了解析目的而被包含，不是与本案发明的实施例有关的劣化检测流程所必须的信息。而且，将最大测试频率换算成基准温度及基准电压是为了各次测试的比较处理。作为基准温度，例如以27°C等也可以。此外，当测试时间有余裕时，取代将Fmx@Ttyp、Vtyp放A日志，在每次的测试中由上次Fmax算出Fmx@Ttyp、Vtyp也可以。当过去的日志多起来时，为了进行信息的压缩，日志压缩部29压缩日志。此处，因除了出货时信息，旧的信息对于劣化判定并不需要，故可删除。因此，例如若FmxOTTYP、VTYP与上次测试相同，则也可以不储存而仅当产生变化时才储存日志。当无变化时，可通过仅写入无变化而减少数据量。时钟产生电路13在保持参照外部时钟的时钟下，使测试时钟的特定的时钟仅错开指定宽度，因此可压缩测试时序。接着，参照图5针对监控区块电路21:及212的频率测定来说明。图5是不是监控区块电路21及212的电路图的一例的图。参照图5，监控区块电路21:包含保持值的FF57 ;依照温度及电压振荡的环式振荡器(ring oscillator) (RO) 59 ;计测R059的振荡次数的计数器(counter) 61。监控区块电路接受测定开始、结束指示，计测在指定的时间^@的时钟的整数倍)内的振荡次数，输出计数器61测定的测定频率。为了降低测定频率的差异，在测试单位电路15不仅搭载监控区块电路21:，也搭载同样构成的监控区块电路212，若增加各监控区块电路21:及212所具备的R059的段数的话较佳。此外，R059的电路不限于NAND电路和/或NOT电路。而且如图5所示，通过按每一监控区块电路21:及212附加未使用时切断电源的电源切断电路63，可防止监控区块电路211及212在未使用时R059的劣化。
此外，由监控区块电路得到的测定频率包含由制造上的个别差异造成的变动量SF”因此，温度电压测定部9使用测定频率与初次的测定频率的差的差频率AFi=(Fi+6 Fi)- (Fi0+6 Fi0)= (Fi-Fi0)+ ( S Fi-S Fi(l)，取代测定频率Fi,估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。据此，可降低由制造上的个别差异造成的变动量SFi的影响，因此能更高精度地估计温度及电压。以下使用图6针对使用测试时的R059的温度及电压的测定来说明。图6是不是R059的频率对温度的特性的一例的图。参照图6，3种环式振荡器ROl、R02及R03，其各自频率对温度或电压的变化的变化率不同。通过使用这种多个RO进行测定，可进行温度及电压的估计。因此，与近似式(I)一样，可由多个R059的频率测定值使用例如以下的式(2)估计温度T及电压V。此处，B1,匕、C1Upe1等为在各RO决定的已知的参数，在图2的步骤ST005中，使用例如像多重回归分析(multiple regression analysis)的方法以模拟求得。F:、F2、F3为在各RO中被测定的频率。因此，可由式(2)求得测试时的温度T。及电压V。。此外，式(I)及式(2)为了提高近似的精度，例如也可以通过以分段函数(亦即将温度及电压的范围分段并决定系数)来提高近似的精度。
权利要求
1.一种半导体装置，能检测具有执行测试内容的检测对象电路部的半导体集成电路所产生的劣化，包含 测定单元，测定所述检测对象电路部的温度及电压； 决定单元，在各测试动作频率下对所述检测对象电路部判别所述测试内容是否在容许测试时序内被执行，将所执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率；以及 算出单元，使用所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据所述换算出的最大测试动作频率算出表示劣化的状态的劣化量， 所述半导体集成电路具有监控区块电路，该监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的值， 所述测定单元具有估计单元，该估计单元在每次进行测试时，根据在所述检测对象电路部的温度及电压下动作的所述监控区块电路监控到的值来估计所述检测对象电路部的温度及电压的值， 所述算出单元将所述估计单元估计的温度及电压的值用作所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成所述基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。
2.根据权利要求I所述的半导体装置， 所述半导体集成电路包含n个所述监控区块电路，其中n为2以上的整数， 所述测定单元测定作为各监控区块电路中的预定的时间内的振荡次数而得到的测定频率Fi,其中i为n以下的自然数， 所述估计单元通过计算式(eql)的系数a p 0、a ' t及0 '，估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值， T = YjaiFi+ VCeqD
3.根据权利要求2所述的半导体装置， 所述估计单元通过将温度范围或电压范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数a p 0、a ',及0 '，或者将温度范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数^及P，并且将电压范围分段成多个且按每个该分段计算式(eql)的所述系数a ',及0 '，从而估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。
4.根据权利要求2或3所述的半导体装置， 所述估计单元使用作为所述测定频率Fi与初次的测定频率Fitl的差的差频率AFi,取代式(eql)的所述测定频率匕，估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的半导体装置， 还包含存储单元，该存储单元存储所述测定单元测定的测定值及所述决定单元决定的最大测试动作频率的组合， 所述算出单元使用所述存储单元存储的测定值及最大测试动作频率。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，所述最大测试动作频率是进行从所述存储单元存储的不同测试时的多个最大测试动作频率除去随机噪声的运算而决定的。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的半导体装置， 所述测定单元测定预定的测试动作频率下的测试时的初始温度及初始电压， 所述决定单元一边使用所述基准温度及所述基准电压和上次的最大测试动作频率，一边决定所述初始温度及所述初始电压下的最大测试动作频率候补，在增加频率后使频率减少，或仅使频率增加或仅使频率减少，将所执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率。
8.根据权利要求I 7中任一项所述的半导体装置， 准备每一被测试的路径的长度均不同的测试内容。
9.根据权利要求I 8中任一项所述的半导体装置， 能够依照容许测试时序及/或所述劣化量的值来变更测试内容及/或测试顺序。
10.一种半导体装置，能检测具有执行测试内容的同种的多个半导体集成电路所产生的差异，包含 测定单元，测定所述检测对象电路部的温度及电压； 决定单元，在各测试动作频率下对所述检测对象电路部判别所述测试内容是否在容许测试时序内被执行，将所执行的最大的测试动作频率决定为最大测试动作频率；以及 算出单元，使用所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据所述换算出的最大测试动作频率算出表示差异的程度的差异量， 所述半导体集成电路具有监控区块电路，该监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的值， 所述测定单元具有估计单元，该估计单元在每次进行测试时，根据在所述检测对象电路部的温度及电压的下动作的所述监控区块电路监控到的值来估计所述检测对象电路部的温度及电压的值， 所述算出单元将所述估计单元估计的温度及电压的值用作所述测定单元测定的温度及电压的值，将所述决定单元决定的所述最大测试动作频率换算成所述基准温度及基准电压下的最大测试动作频率。
11.一种检测方法，能检测同一个半导体集成电路所产生的劣化或同种的多个半导体集成电路所产生的差异， 所述半导体集成电路的检测对象电路部中的动作频率与温度及电压的关系的特性通过近似式近似， 所述检测方法包含 测定单元测定温度及电压的值的步骤； 决定单元作为在所述半导体集成电路的检测对象电路部中测试内容在容许测试时序内被执行的最大的测试动作频率而决定最大测试动作频率的步骤；以及 算出单元使用所述温度及电压的值以及所述最大测试动作频率，依照所述近似式算出基准温度及基准电压下的最大测试动作频率，并且也根据所述算出的最大测试动作频率算出表示劣化的状态的劣化量或表示差异的程度的差异量的步骤。
12.根据权利要求11所述的检测方法，所述半导体集成电路包含n个监控区块电路，所示监控区块电路监控用于供所述测定单元测定所述温度及电压的值的值，其中n为2以上的整数， 所述测定的步骤包含所述测定单元进行的如下的步骤 频率测定步骤，测定作为在各监控区块电路中的预定的时间内的振荡次数而得到的测定频率Fi ；以及 估计步骤，通过计算式(eq2)的系数a p 0、a ',及0 '，估计所述检测对象电路部的温度T及电压V的值， 其中i为n以下的自然数， T = J^aiFi+P, /=J n坨) F = |>W. /=1o
13.一种程序，用于使计算机执行权利要求11或12所述的检测方法。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置等，即使是在测试环境变动的情形下，也能更高精度地判断半导体集成电路的动作性能。一种半导体装置，能检测半导体集成电路所产生的劣化，包含测定单元，测定温度及电压；决定单元，在各测试动作频率下对检测对象电路部判别测试内容是否在容许测试时序内被执行，决定所执行的最大的测试动作频率；算出单元，将最大测试动作频率换算成基准温度及基准电压下的最大测试动作频率并且也算出表示劣化的状态的劣化量，半导体集成电路具有监控区块电路，该监控区块电路监控用于供测定单元测定温度及电压的值的值，测定单元具有根据监控区块电路监控的值估计检测对象电路部的温度及电压的值的估计单元，算出单元使用估计单元所估计的温度及电压的值。
文档编号G01R31/28GK102812373SQ20118001411
公开日2012年12月5日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月15日
发明者佐藤康夫, 梶原诚司, 井上美智子, 米田友和, 李贤彬, 三浦幸也 申请人:国立大学法人九州工业大学, 国立大学法人奈良先端科学技术大学院大学, 公立大学法人首都大学东京