JP3779182B2

JP3779182B2 - 温度制御機構付き半導体装置

Info

Publication number: JP3779182B2
Application number: JP2001215626A
Authority: JP
Inventors: デアロップトーマス，フォン
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: TWI246764B; US20020030239A1; DE10034262C1; US6815643B2; EP1174907A2; KR100522285B1; JP2002124619A; EP1174907A3; KR20020006604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの、半導体デバイスの中に実現される集積回路、電流ないしは電圧の供給装置、半導体デバイスの温度を検出できる温度検出装置、そして温度検出装置に接続されている制御ユニットを有する半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、さまざまな用途のもとに、−４０℃までの低温においても動作可能の状態を維持しなければならない。このことは、例えば、自動車エレクトロニクスや移動データ伝送および通信技術の半導体デバイス、そして屋外に設置される半導体デバイス一般に対して求められる要件である。
【０００３】
この要件を満たすために、これまで半導体装置には、前記の、−４０℃までの低温に耐え、そのような不利な条件にあっても満足に足る動作挙動を示すような半導体デバイスが設けられている。言い換えると、これまでは半導体装置において実現される半導体デバイスの動作領域および性能は、半導体デバイスが極度に低い温度に耐えられるように拡張されているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、極度に低い温度にあっても満足に足る動作挙動を保証するための別の方法は、そのような低温に適した半導体デバイスを選ぶことにある。しかし、その方法は、極度に低い温度への耐性を全ての半導体デバイスについて検査することが必然的に必要となるので、かなり費用がかかる。
【０００５】
そうなると、そのような低温での動作に特別に適合させる仕様ではないけれども、極度に低い温度に耐え得る半導体装置があればよいわけである。換言すれば、動作領域および性能は−１０℃や−２０℃に適しているが、それにもかかわらず、−４０℃までの低温という極端な条件にも耐え得る半導体装置があれば、その半導体装置はたいへん有用となるであろう。
【０００６】
よって、本発明の課題は、動作領域および性能をそのような低温に特別に適合させてはいないが、−４０℃まで、およびそれ以下の温度に耐え得る温度制御機構付き半導体装置を創造することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置（本半導体装置）は、半導体デバイスの中に実現される少なくとも１つの集積回路、電流ないしは電圧の供給装置、半導体デバイスの温度を検出できる温度検出装置、そして温度検出装置に接続されている制御ユニットを有する半導体装置において、制御ユニットが、温度検出装置により確認される温度が下の限界値を下回ると集積回路にダミー動作サイクルを実行させることを特徴としている。
【０００８】
また、本半導体装置では、集積回路、温度検出装置および制御ユニットが、半導体デバイスに設けられていることが好ましい。
また、本半導体装置では、半導体デバイスを、熱発生のために追加の電流消費体を含むように構成してもよい。なお、この電流消費体は、制御ユニットと接続される発振器から構成できる。
また、本半導体装置における温度検出装置を、順方向抵抗が測定されるダイオードを含むように構成してもよい。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭に述べた様態の半導体装置において、温度検出装置により確認される温度が下の限界値（下限値）より低くなった場合に、制御ユニットが、集積回路にダミー動作サイクルを実行させることにより解決される。
【００１０】
すなわち、本半導体装置では、特に半導体デバイスにおいて、下限値（例えば０℃や−２５℃）より低温となったときに、半導体デバイスに構成される集積回路に対してダミー動作サイクルの実施を指示するための、温度検出装置が設けられている。この温度検出装置は、例えば、１つのダイオードから構成される。また、ダミー動作サイクルとは、例えば、追加的リフレッシュ・サイクル、半導体メモリーのいわゆるセルフ・リフレッシュ、または動作プログラムの進行しないＮＯＰ（Not-Operation ）サイクルのようなものである。
【００１１】
このダミー動作サイクルにより、温度が下限値より低くなったとき（下限値を割ったとき）に、熱を発生させられる。従って、特に集積回路，温度検出装置および制御ユニットの組み込まれている半導体デバイスの温度を、下限値（例えば−２５℃）より低下させてしまうことを防止できる。
【００１２】
これにより、この半導体デバイスでは、ダミー動作サイクルのために、その温度は約−２５℃以下には下がらない。従って、この半導体デバイスを、−４０℃またはそれ以下の環境においても使用することが可能となる。
【００１３】
本半導体装置のひとつの展開として、下限温度よりも低温となったときに起動して電流消費による追加熱を発生させる、制御ユニットに接続される発振器を、追加の電流消費体として設けることが提案される。ただし、半導体デバイスのチップ上に、上記した熱発生用の発振器（発熱専用の発振器）のための追加面積を設けることとなる。
【００１４】
ダイオードを温度検出装置として用いる場合、ダイオードでは温度検出のために、例えば、その逆方向抵抗または順方向抵抗を測定することができる。しかし、ダイオードの代わりに、他の適切な素子を温度検出に使ってもよい。ただ重要なことは、温度検出装置と接続されている制御ユニットが、集積回路，発振器またはこれら双方のダミー動作サイクルによる発熱プロセスをスタートできるように、温度検出装置によって温度の下限値割れを検出するということである。
【００１５】
また、本半導体装置では、半導体デバイスに実現されている集積回路の性能および動作領域を、−４０℃までの低温領域にまで拡張する必要のないことが、大きな利点である。
【００１６】
これにより、集積回路ないしは半導体デバイスのための費用を、大幅に低減できる。すなわち、−４０℃までの、そしてそれ以下の低温領域に適する半導体装置（半導体デバイス）を、費用をかけて選ぶことを回避できる。また、半導体装置ないしは半導体デバイスの低温耐性のテストも、もはや必要でなくなる。なぜなら、そうした耐性は、ダミー動作サイクルの処理により十分に与えられるからである。
【００１７】
また、本発明の半導体装置を、集積回路を備えた半導体デバイスを含む半導体装置において、半導体デバイスの温度を検出する温度検出装置と、この温度検出装置によって、半導体デバイスの温度が所定の下限値を下回った場合に、集積回路を制御して、ダミー動作サイクルを実行させる制御ユニットとを有する構成である、と表現することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる半導体装置（本半導体装置）の概略回路図である。また、図２は、本半導体装置に含まれる温度検出装置４（ダイオード７を含む）の概略接続図である。
【００１９】
図１に示すように、本半導体装置は、半導体デバイス１と、電流ないしは電圧の供給装置（電源装置；電源）３とを備えている。
また、半導体デバイス１は、例えば、メモリー（メモリーセルアレイ）２ａとメモリーロジック２ｂとからなる集積回路２、さらに温度検出装置４、温度検出装置４と接続されている制御ユニット５、そして、場合によっては（鎖線で示される）発振器６を備えている。さらに、この半導体デバイス１には、電源装置３が接続されている。しかし、この電源装置３は、場合によっては、半導体デバイス１の中に含めることもできる。
【００２０】
温度検出装置４は、例えば、適切な測定ユニット８によって逆方向抵抗または順方向抵抗を測定される、ダイオード７により構成できる。そのようにすれば、ダイオード７の特性から、ダイオード７の周囲温度を推論（推測）できる。
【００２１】
温度検出装置４により確認される温度が、例えば、−２５℃という下限値を下回ると、温度検出装置４に接続されている制御ユニット５は、集積回路２にダミー動作サイクルを実行させる。
【００２２】
これにより、電源装置３の電圧ないしは電流が消費され、その結果、熱が発生する。このようにすれば、周囲が、例えば−４０℃になっていたとしても、半導体デバイス１の領域における温度を、本格的に−２５℃を下回る温度にまで低下させてしまうことを防止できる。
【００２３】
温度検出装置４および制御ユニット５を設けるための追加的費用は、達成される利得に比べて、比較的僅かである。なぜなら、半導体デバイス１の性能および動作領域を、−４０℃までの温度を想定して設計する必要がなくなるからである。
【００２４】
場合によっては、半導体デバイス１に、温度が下限値を下回った場合に熱を発生させ、半導体デバイスの温度を例えば−２５℃より低下させてしまうことを防止する発振器６を、追加的に設けてもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態では、本半導体装置に含まれている電源装置３の電力（電圧ないしは電流）を用いて、ダミー動作サイクルを実行するとしている。しかしながら、これに限らず、制御ユニット５は、ダミー動作サイクルを実行するために、本半導体装置の外部から供給される電力を用いるようにしてもよい。
【００２６】
従って、本半導体装置を、集積回路を備えた半導体デバイスを含む半導体装置において、半導体デバイスの温度を検出する温度検出装置と、この温度検出装置によって、半導体デバイスの温度が所定の下限値を下回った場合に、集積回路を制御して、ダミー動作サイクルを実行させる制御ユニットとを有する構成である、と表現することもできる。
【００２７】
また、制御ユニット５は、ダミー動作サイクルの実行後、温度検出装置４によって半導体デバイス１の温度が所定値以上となった場合には、ダミー動作サイクルを停止させるように設定されていてもよい。この場合、半導体デバイス１の温度が再び下限値（例えば−２５℃）を下回ったとき、制御ユニット５は、ダミー動作サイクルを再実行させるように設定されていることが好ましい。
【００２８】
また、本半導体装置における温度検出装置４における温度検出素子として、ダイオード７に代えて、熱電対や他の抵抗温度計（炭素抵抗等）を用いるようにしてもよい。
また、本半導体装置は、温度検出装置４および制御ユニット５のいずれか１つあるいは双方を、半導体デバイス１の外部に設ける構成となっていてもよい。
【００２９】
また、本半導体装置に発振器（電流消費による追加熱を発生させる電流消費体）６を備える場合、制御ユニット５は、集積回路２のダミー動作サイクルだけでは発熱量が十分でないとき（半導体デバイス１を下限温度以上とすることが困難なとき）に、発振器（電流消費体）６を発熱させるようにしてもよい。
【００３０】
また、制御ユニット５は、集積回路２のダミー動作サイクルによる発熱量と、発振器（電流消費による追加熱を発生させる電流消費体）６の発熱量とを、あらかじめ把握しておくことが好ましい。そして、温度検出装置４によって検出された温度に応じて、集積回路２のダミー動作サイクルによる発熱と、発振器（電流消費体）６による発熱とのいずれか１方あるいは双方を用いて、半導体デバイス１の温度を調整するように設定されていることが好ましい。
【００３１】
また、本発明は、半導体装置の温度が下の限界値よりも低下したとき、熱を発生させるため、集積回路（２）がダミー動作サイクルを実行する半導体装置に関するともいえる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の半導体装置（本半導体装置）は、半導体デバイスの中に実現される少なくとも１つの集積回路、電流ないしは電圧の供給装置、半導体デバイスの温度を検出できる温度検出装置、そして温度検出装置に接続されている制御ユニットを有する半導体装置において、制御ユニットが、温度検出装置により確認される温度が下の限界値を下回ると集積回路にダミー動作サイクルを実行させる構成である。
【００３３】
本半導体装置では、特に半導体デバイスにおいて、下限値（例えば０℃や−２５℃）より低温となったときに、半導体デバイスに構成される集積回路に対してダミー動作サイクルの実施を指示（指令）するための、温度検出装置が設けられている。
【００３４】
このダミー動作サイクルにより、温度が下限値より低くなったときに、熱を発生させられる。従って、特に集積回路，温度検出装置および制御ユニットの組み込まれている半導体デバイスの温度を、下限値（例えば−２５℃）より低下させてしまうことを防止できる。これにより、半導体デバイスを、−４０℃またはそれ以下の環境においても使用することが可能となる。
【００３５】
また、本半導体装置では、半導体デバイスに実現されている集積回路の性能および動作領域を、−４０℃までの低温領域にまで拡張する必要がない。これにより、集積回路ないしは半導体デバイスのための費用を、大幅に低減できる。すなわち、−４０℃以下の低温領域に適する半導体装置（半導体デバイス）を、費用をかけて選ぶことを回避できる。また、半導体装置ないしは半導体デバイスの低温耐性のテストも、もはや必要でなくなる。なぜなら、そうした耐性は、ダミー動作サイクルの処理により十分に与えられるからである。
【００３６】
また、本半導体装置では、集積回路、温度検出装置および制御ユニットが、半導体デバイスに設けられていることが好ましい。
また、本半導体装置では、半導体デバイスを、熱発生のために追加の電流消費体を含むように構成してもよい。なお、この電流消費体は、制御ユニットと接続される発振器から構成できる。
また、本半導体装置における温度検出装置を、順方向抵抗が測定されるダイオードを含むように構成してもよい。
【００３７】
また、本発明の半導体装置を、集積回路を備えた半導体デバイスを含む半導体装置において、半導体デバイスの温度を検出する温度検出装置と、この温度検出装置によって、半導体デバイスの温度が所定の下限値を下回った場合に、集積回路を制御して、ダミー動作サイクルを実行させる制御ユニットとを有する構成である、と表現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の実施形態の概略回路図である。
【図２】ダイオードの形態である温度検出装置の概略接続図である。
【符号の説明】
１半導体デバイス
２集積回路
２ａメモリーセルアレイ
２ｂメモリーロジック
３電流ないしは電圧の供給装置
４温度検出装置
５制御ユニット
６発振器
７ダイオード
８測定ユニット

Claims

半導体デバイス（１）の中に実現される少なくとも１つの集積回路（２）、電流ないしは電圧の供給装置（３）、半導体デバイス（１）の温度を検出できる温度検出装置（４）、そして温度検出装置（４）に接続されている制御ユニット（５）を有する半導体装置において、
熱発生のための電流消費体（６）であって、制御ユニット（５）と接続される発振器を備え、
制御ユニット（５）が、温度検出装置（４）により確認される温度が下の限界値を下回ると集積回路（２）にダミー動作サイクルを実行させることを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、
集積回路（２）、温度検出装置（４）および制御ユニット（５）が、半導体デバイス（１）に設けられることを特徴とする半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置において、
温度検出装置は、順方向抵抗が測定されるダイオード（７）を有することを特徴とする半導体装置。
集積回路（２）を備えた半導体デバイス（１）を含む半導体装置において、
半導体デバイス（１）の温度を検出する温度検出装置（４）と、
この温度検出装置（４）によって、半導体デバイス（１）の温度が所定の下限値を下回った場合に、集積回路（２）を制御して、ダミー動作サイクルを実行させる制御ユニット（５）と、
熱発生のための電流消費体（６）であって、制御ユニット（５）と接続される発振器と
を有することを特徴とする半導体装置。