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JP5228499B2 - Degradation detection circuit and semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description

本発明は、エレクトロマイグレーション現象を検知することが可能な劣化検知回路及び半導体集積回路に関するものである。   The present invention relates to a deterioration detection circuit and a semiconductor integrated circuit capable of detecting an electromigration phenomenon.

近年のLSIの高速化により、LSI内部の配線のエレクトロマイグレーション現象が問題となっている。なお、エレクトロマイグレーション現象とは、配線を流れる電子流が配線を構成する金属原子を徐々に『押し流し』、配線内部にボイドと呼ばれる金属原子の欠損を生じさせる現象である。エレクトロマイグレーション現象による配線の平均寿命は、Blackの経験式で表され、金属原子の種類(配線材料)、電流密度、温度に大きく依存することになる。   With the recent increase in speed of LSIs, the electromigration phenomenon of LSI internal wiring has become a problem. The electromigration phenomenon is a phenomenon in which the electron current flowing through the wiring gradually “pushes” the metal atoms constituting the wiring and causes a defect of metal atoms called voids inside the wiring. The average life of the wiring due to the electromigration phenomenon is expressed by Black's empirical formula and greatly depends on the type of metal atom (wiring material), current density, and temperature.

LSIにおける配線材料としてはAl(アルミニウム)が大多数であったが、プロセステクノロジーの150nm〜90nm世代においてエレクトロマイグレーション現象による配線劣化が大きな問題となっている。このため、近年では、配線材料をAl→Cu(銅)に置き換えることで上述した問題を改善するようにしている。   Al (aluminum) is the majority of wiring materials in LSI, but wiring degradation due to electromigration phenomenon has become a major problem in the 150nm to 90nm generation of process technology. For this reason, in recent years, the above-described problems have been improved by replacing the wiring material with Al → Cu (copper).

しかし、プロセステクノロジーによる配線の微細化とMOSトランジスタのON電流の増大が進展し続けており、配線における電流密度の上昇が著しい。即ち、MOSのON電流の上昇+配線断面積削減(世代毎に面積が約半分に削減)という相乗効果により、世代毎に配線の単位面積当たりの電流密度が数倍に上昇することがエレクトロマイグレーション現象による配線劣化の問題を悪化させている。現状ではCu以上に性能・コストに優れた配線材料が発見されておらず、少なくとも今後数世代はCuでのLSI設計を行う必要がある。   However, the miniaturization of wiring due to process technology and the increase in the ON current of MOS transistors continue to progress, and the current density in the wiring has increased significantly. In other words, electromigration means that the current density per unit area of wiring increases several times per generation due to the synergistic effect of increasing MOS ON current + reducing wiring cross-sectional area (reducing the area by about half for each generation). The problem of wiring deterioration due to the phenomenon is exacerbated. At present, wiring materials with better performance and cost than Cu have not been discovered, and at least several generations will need to design LSIs using Cu.

なお、エレクトロマイグレーション現象による配線劣化に対し、各種の検査手法が提案されている。   Various inspection methods have been proposed for wiring deterioration due to the electromigration phenomenon.

例えば、本発明より先に出願された技術文献として、測定対象となるLSI内の配線に対し、外部より直流電流を与え、その抵抗値の変化から配線のエレクトロマイグレーション寿命を測定する技術について開示された文献がある(例えば、特許文献1参照)。   For example, as a technical literature filed prior to the present invention, a technique for measuring the electromigration lifetime of a wiring from a change in resistance value by applying a direct current to the wiring in the LSI to be measured from the outside is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1).

また、LSI内部にLSIの主機能部分とIO端子を共有するように検査用のパイロット配線を設け、検査時にパイロット配線を選択させてバーンイン試験を行うことで不良LSIを排除する技術について開示された文献がある(例えば、特許文献2参照)。   Also disclosed is a technology that eliminates defective LSIs by providing pilot wiring for inspection so that the LSI's main functional parts and IO terminals are shared inside the LSI, and selecting the pilot wiring during inspection to perform a burn-in test. There are documents (see, for example, Patent Document 2).

また、加速試験に必要となる熱源を外部に設置するのではなく、試験対象となる内部配線自体に直流及び交流電流与えることで加熱を促し、試験対象のみで加速試験を実施できるようにする技術について開示された文献がある(例えば、特許文献3参照)。   In addition, a technology that promotes heating by applying direct current and alternating current to the internal wiring itself to be tested, rather than installing a heat source necessary for the accelerated test, so that the accelerated test can be performed only by the test subject Is disclosed (for example, see Patent Document 3).

また、テスト配線近傍にDC電圧を印加した発熱体を配置することで加熱試験を可能とする技術について開示された文献がある(例えば、特許文献4参照)。   Further, there is a document that discloses a technique that enables a heating test by arranging a heating element to which a DC voltage is applied in the vicinity of a test wiring (see, for example, Patent Document 4).

また、テスト対象となる配線にリングオシレータを付加し、パルス波形を印加することでACストレス試験を可能とする技術について開示された文献がある(例えば、特許文献5参照)。
特開平4−191684号公報 特開平1−238134号公報 特表2005−536871号公報 特開平7-201944号公報 特開平6-216212号公報
Further, there is a document that discloses a technique that enables an AC stress test by adding a ring oscillator to a wiring to be tested and applying a pulse waveform (see, for example, Patent Document 5).
Japanese Patent Laid-Open No. 4-191684 JP-A-1-238134 JP 2005-536871 A JP 7-201944 A JP-A-6-216212

しかし、上記特許文献1にはLSIへの詳細な実装手法について示唆されていない。また、上記特許文献2の技術は、出荷前試験に限定されている。また、上記特許文献3、4、5は、テスト時、あるいは試験専用の集積回路を前提としたものであり、実際の製品のLSIへの適用方法について何ら考慮されていない。   However, the above Patent Document 1 does not suggest a detailed mounting method on the LSI. Moreover, the technique of the said patent document 2 is limited to the test before shipment. Patent Documents 3, 4, and 5 are premised on an integrated circuit dedicated for testing or testing, and no consideration is given to a method of applying an actual product to an LSI.

このため、上記特許文献1〜5に開示された技術では、出荷後のLSIにおけるエレクトロマイグレーション劣化現象を検知することができない。   For this reason, the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 5 cannot detect the electromigration deterioration phenomenon in the LSI after shipment.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上述した課題である、出荷後のLSIにおけるエレクトロマイグレーション劣化現象を検知することが可能な劣化検知回路及び半導体集積回路を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a deterioration detection circuit and a semiconductor integrated circuit capable of detecting an electromigration deterioration phenomenon in an LSI after shipment, which is the problem described above. It is what.

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。   In order to achieve this object, the present invention has the following features.

<劣化検知回路>
本発明にかかる劣化検知回路は、
エレクトロマイグレーション現象による配線劣化を検知する劣化検知回路であって、
クロック信号を入力し、当該クロック信号の2倍の周波数を持つ倍周信号を生成する倍周回路と、
前記クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号を生成する分周回路と、
前記分周信号を入力し、配線劣化を検知するテスト回路と、
前記倍周信号を入力し、前記テスト回路を加熱するヒータ回路と、を有することを特徴とする。
<Deterioration detection circuit>
The deterioration detection circuit according to the present invention is
A deterioration detection circuit that detects wiring deterioration due to electromigration phenomenon,
A frequency multiplication circuit for inputting a clock signal and generating a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal;
A frequency dividing circuit for generating a frequency-divided signal having a half frequency of the clock signal;
A test circuit for inputting the frequency-divided signal and detecting wiring deterioration;
And a heater circuit that inputs the frequency-multiplied signal and heats the test circuit.

<半導体集積回路>
また、本発明にかかる半導体集積回路は、
上記記載の劣化検知回路をN(但し、Nは、2以上の整数)個含んで構成する半導体集積回路であることを特徴とする。
<Semiconductor integrated circuit>
The semiconductor integrated circuit according to the present invention is
The semiconductor integrated circuit includes N (where N is an integer of 2 or more) deterioration detection circuits described above.

本発明によれば、出荷後のLSIにおけるエレクトロマイグレーション劣化現象を検知することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to detect an electromigration deterioration phenomenon in an LSI after shipment.

まず、図1を参照しながら、本実施形態の半導体集積回路の概要について説明する。
本実施形態における半導体集積回路は、エレクトロマイグレーション現象による配線劣化を検知する劣化検知回路(1)をN(但し、Nは、2以上の整数)個含んで構成する半導体集積回路である。
First, the outline of the semiconductor integrated circuit of this embodiment will be described with reference to FIG.
The semiconductor integrated circuit according to this embodiment is a semiconductor integrated circuit including N (where N is an integer of 2 or more) deterioration detection circuits (1) that detect wiring deterioration due to electromigration.

なお、劣化検知回路(1)は、クロック信号を入力し、当該クロック信号の2倍の周波数を持つ倍周信号を生成する倍周回路(10)と、クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号を生成する分周回路(11)と、分周信号を入力し、配線劣化を検知するテスト回路(17)と、倍周信号を入力し、テスト回路(17)を加熱するヒータ回路(16)と、を有することを特徴とする。   The degradation detection circuit (1) receives a clock signal and generates a frequency-multiplied signal having a frequency twice that of the clock signal, and a frequency-dividing circuit having a frequency half that of the clock signal. A frequency divider (11) that generates a signal, a test circuit (17) that receives a frequency-divided signal and detects wiring deterioration, and a heater circuit (16) that inputs a frequency-divided signal and heats the test circuit (17) ).

これにより、ヒータ回路(16)が自己完結し、ヒータ回路(16)によりテスト回路(17)を加熱することが可能となる。その結果、出荷後のLSIにおけるエレクトロマイグレーション劣化現象を検知することが可能となる。また、クロック信号の2倍の周波数をもつ倍周信号を用いてヒータ回路(16)を構成することで、簡便かつ小型化した構成で、エレクトロマイグレーション劣化現象を検知することが可能となる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態における半導体集積回路について詳細に説明する。   Thereby, the heater circuit (16) is self-contained, and the heater circuit (16) can heat the test circuit (17). As a result, it is possible to detect the electromigration deterioration phenomenon in the LSI after shipment. Further, by configuring the heater circuit (16) using a frequency-multiplied signal having a frequency twice that of the clock signal, it is possible to detect the electromigration deterioration phenomenon with a simple and miniaturized configuration. Hereinafter, the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<半導体集積回路の構成>
まず、図1を参照しながら、本実施形態の半導体集積回路の構成について説明する。
<Configuration of semiconductor integrated circuit>
First, the configuration of the semiconductor integrated circuit of this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態における半導体集積回路は、複数の劣化検知回路(1)と、排他的論理和回路(4)と、F/F(6)と、を有して構成する。   The semiconductor integrated circuit according to this embodiment includes a plurality of deterioration detection circuits (1), an exclusive OR circuit (4), and an F / F (6).

各劣化検知回路(1)の出力信号は、排他的論理和回路(4)に出力する。   The output signal of each deterioration detection circuit (1) is output to the exclusive OR circuit (4).

排他的論路和回路(4)は、隣接する劣化検知回路(1)同士の出力信号を比較し、その比較した比較信号をF/F(6)に出力する比較器である。F/F(6)は、比較信号を保持し、排他的論理和回路(4)で比較した比較結果を保持する。   The exclusive logical sum circuit (4) is a comparator that compares output signals of adjacent deterioration detection circuits (1) and outputs the compared signal to the F / F (6). F / F (6) holds a comparison signal and holds a comparison result compared by the exclusive OR circuit (4).

なお、F/F(6)は、シリアル接続し、F/F(6)で保持した比較結果をLSIの外部に出力するように構成している。   The F / F (6) is serially connected, and the comparison result held in the F / F (6) is output to the outside of the LSI.

また、各劣化検知回路(1)は、シリアル接続し、クロック信号を入力するように構成している。また、各劣化検知回路(1)は、LSIの外部から制御信号を入力するように構成している。   Each deterioration detection circuit (1) is serially connected and configured to input a clock signal. Each deterioration detection circuit (1) is configured to receive a control signal from outside the LSI.

<劣化検知回路;1の内部構成>
次に、各劣化検知回路(1)の内部構成について説明する。
本実施形態における劣化検知回路(1)は、倍周回路(10)と、分周回路(11)と、セレクタ(12)と、F/F(13)と、バッファ(14、15)と、ヒータ回路(16)と、テスト回路(17)と、出力バッファ(18)と、を有して構成している。
<Deterioration detection circuit; 1 internal configuration>
Next, the internal configuration of each deterioration detection circuit (1) will be described.
The deterioration detection circuit (1) in this embodiment includes a frequency divider (10), a frequency divider (11), a selector (12), an F / F (13), a buffer (14, 15), A heater circuit (16), a test circuit (17), and an output buffer (18) are included.

倍周回路(10)は、クロック信号を入力し、当該クロック信号の2倍の周波数をもつ倍周信号を生成し、該生成した倍周信号をセレクタ(12)に出力する。   The frequency doubler circuit (10) receives the clock signal, generates a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal, and outputs the generated frequency doubled signal to the selector (12).

分周回路(11)は、クロック信号を入力し、当該クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号を生成し、該生成した分周信号を、テスト回路(17)の入力信号としてバッファ(15)に出力する。   The frequency divider (11) receives a clock signal, generates a frequency-divided signal having a half frequency of the clock signal, and uses the generated frequency-divided signal as an input signal to the test circuit (17) as a buffer (15 ).

F/F(13)は、セレクタ(12)を制御する制御信号を保持する。なお、図1には、図示していないが、F/F(13)には、クロック信号が入力されることになる。   The F / F (13) holds a control signal for controlling the selector (12). Although not shown in FIG. 1, a clock signal is input to F / F (13).

セレクタ(12)は、倍周信号と、クロック信号と、GND信号と、を入力し、F/F(13)から入力される制御信号を基に、倍周信号と、クロック信号と、GND信号と、の何れか1つの信号を選択し、該選択した選択信号を、ヒータ回路(16)の入力信号としてバッファ(14)に出力する。   The selector (12) receives the doubled signal, the clock signal, and the GND signal, and based on the control signal input from the F / F (13), the doubled signal, the clock signal, and the GND signal And the selected selection signal is output to the buffer (14) as an input signal of the heater circuit (16).

バッファ(14)は、セレクタ(12)から入力された選択信号(倍周信号、クロック信号、GND信号の何れかの信号)を基に、ヒータ回路(16)を駆動する。   The buffer (14) drives the heater circuit (16) based on the selection signal (any one of the frequency-multiplied signal, the clock signal, and the GND signal) input from the selector (12).

バッファ(15)は、分周回路(11)から入力された分周信号を基に、テスト回路(17)を駆動する。   The buffer (15) drives the test circuit (17) based on the frequency-divided signal input from the frequency-dividing circuit (11).

ヒータ回路(16)は、テスト回路(17)を加熱するための回路である。   The heater circuit (16) is a circuit for heating the test circuit (17).

テスト回路(17)は、テスト回路(17)を構成する配線を劣化させ、当該配線の劣化現象を検知するための回路である。なお、テスト回路(17)の出力信号は、出力バッファ(18)に出力する。   The test circuit (17) is a circuit for degrading the wiring configuring the test circuit (17) and detecting the deterioration phenomenon of the wiring. The output signal of the test circuit (17) is output to the output buffer (18).

出力バッファ(18)は、テスト回路(17)の出力信号を排他的論理和回路(4)に出力する。   The output buffer (18) outputs the output signal of the test circuit (17) to the exclusive OR circuit (4).

本実施形態における劣化検知回路(1)は、倍周回路(10)を設け、クロック信号の2倍の周波数をもつ倍周信号を生成し、該生成した倍周信号をヒータ回路(16)の入力信号として利用するように構築している。これにより、ヒータ回路(16)が自己完結し、ヒータ回路(16)によりテスト回路(17)を加熱することが可能となる。その結果、外部に熱源を設けることなく、テスト回路(17)を加熱することが可能となる。このため、本実施形態では、LSIの通常動作時において配線の劣化現象を検知することが可能となる。   The deterioration detection circuit (1) in the present embodiment is provided with a frequency doubler circuit (10), generates a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal, and the generated frequency doubled signal is supplied to the heater circuit (16). It is constructed to be used as an input signal. Thereby, the heater circuit (16) is self-contained, and the heater circuit (16) can heat the test circuit (17). As a result, the test circuit (17) can be heated without providing an external heat source. For this reason, in this embodiment, it is possible to detect the deterioration phenomenon of the wiring during the normal operation of the LSI.

また、本実施形態における劣化検知回路(1)は、クロック信号の2倍の周波数をもつ倍周信号をヒータ回路(16)に入力し、また、クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号をテスト回路(17)に入力するように構築している。これにより、LSIの通常動作時において配線の劣化現象の検知を効率的に行うことが可能となる。   In addition, the deterioration detection circuit (1) in this embodiment inputs a frequency-divided signal having a frequency twice that of the clock signal to the heater circuit (16), and also outputs a frequency-divided signal having a frequency that is half that of the clock signal. It is constructed to input to the test circuit (17). As a result, it is possible to efficiently detect the deterioration phenomenon of the wiring during the normal operation of the LSI.

一般のLSIで最も高い周波数を持つ信号は、クロック信号であり、LSI内部ではクロック信号、または、クロック信号と同一周波数で動作する回路が最も高い発熱源、所謂、ホットスポットとして動作することになる。エレクトロマイグレーション現象による配線寿命は、以下の(式1)のBlackの経験式で表される。   A signal having the highest frequency in a general LSI is a clock signal, and a circuit operating at the same frequency as the clock signal or the clock signal in the LSI operates as the highest heat generation source, a so-called hot spot. . The wiring life due to the electromigration phenomenon is expressed by the following Black's empirical formula (Formula 1).

MTTF∝exp{Ea÷(k×T)}×J^−n・・・(式1)   MTTF∝exp {Ea ÷ (k × T)} × J ^ −n (Expression 1)

但し、MTTFは、平均寿命、Eaは、活性化エネルギー、kは、ボルツマン定数、Tは、絶対温度、Jは、電流密度、nは、材料などで決まる定数、^は、べき乗を意味する演算子を示す。   Where MTTF is the average life, Ea is the activation energy, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, J is the current density, n is a constant determined by the material, etc. Indicates a child.

上記(式1)のBlackの経験式から明らかなように、エレクトロマイグレーション現象は、発熱により加速される現象であるため、ホットスポット近辺が最も配線劣化が進行する領域であり、劣化現象の検知を行うべき部位であるといえる。   As is clear from Black's empirical formula in (Equation 1), the electromigration phenomenon is a phenomenon accelerated by heat generation, so the vicinity of the hot spot is the region where the wiring degradation is most advanced, and the degradation phenomenon is detected. It can be said that this is a site to be performed.

本実施形態の劣化検知回路(1)は、クロック信号の2倍の周波数をもつ倍周信号をヒータ回路(16)に入力しているため、ヒータ回路(16)は、クロック信号の2倍の周波数で動作することになる。これにより、ヒータ回路(16)を通常のLSIにおけるホットスポット以上の発熱源として利用することが可能となる。   Since the deterioration detection circuit (1) of the present embodiment inputs a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal to the heater circuit (16), the heater circuit (16) is twice the clock signal. It will operate at a frequency. This makes it possible to use the heater circuit (16) as a heat source that exceeds the hot spot in a normal LSI.

また、上記(式1)のBlackの経験式によれば、平均寿命は、電流密度に対して依存する。その依存度を表わす係数nは、経験則的に2が用いられており、配線の平均寿命は、電流密度の二乗に反比例する。   Further, according to Black's empirical formula (Formula 1), the average life depends on the current density. As a rule of thumb, 2 is used as the coefficient n representing the dependence, and the average life of the wiring is inversely proportional to the square of the current density.

本実施形態の劣化検知回路(1)は、クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号を、テスト回路(17)に入力している。LSI内部の一般の信号は、通常、F/F(13)から駆動されており、その場合、最も高い動作率、即ち、動作率100%の信号の周波数は、クロック信号の周波数の半分となる。従って、本実施形態の劣化検知回路(1)は、テスト回路(17)の電流密度としてLSI内部における最悪値を利用することが可能となる。   In the deterioration detection circuit (1) of the present embodiment, a frequency-divided signal having a half frequency of the clock signal is input to the test circuit (17). The general signal inside the LSI is normally driven from the F / F (13). In this case, the frequency of the signal having the highest operating rate, that is, the operating rate of 100% is half the frequency of the clock signal. . Therefore, the deterioration detection circuit (1) of this embodiment can use the worst value inside the LSI as the current density of the test circuit (17).

また、本実施形態の劣化検知回路(1)は、ヒータ回路(16)、及び、テスト回路(17)を、配線で構成している。なお、劣化検知の目的から、テスト回路(17)を構成する配線は、テスト対象となる配線層においてLSI内で使用される配線幅のうちで最も細い配線を採用することが好ましい。   In the deterioration detection circuit (1) of the present embodiment, the heater circuit (16) and the test circuit (17) are configured by wiring. For the purpose of detecting deterioration, it is preferable that the wiring constituting the test circuit (17) is the thinnest wiring among the wiring widths used in the LSI in the wiring layer to be tested.

なお、上記(式1)のBlackの経験式により、エレクトロマイグレーション現象の配線寿命は、電流密度の二乗に反比例するので、LSIの製造に利用されるプロセスの設計ルールにおいて細い配線を採用することで、LSI内で最も劣化が早く進む配線モデルを構築することが可能となる。   Note that the wiring life of the electromigration phenomenon is inversely proportional to the square of the current density according to Black's empirical formula in (Equation 1) above, so by adopting thin wiring in the design rule of the process used for LSI manufacturing Therefore, it is possible to construct a wiring model that progresses most rapidly in the LSI.

一方、ヒータ回路(16)に対しては、LSIの通常動作時にヒータ回路(16)自身が劣化するのを回避するために、エレクトロマイグレーション現象の配線劣化に対して余裕を持った配線幅を採用することが好ましい。配線幅をテスト回路(16)の2倍にすると、上記(式1)のBlackの経験式により、配線寿命は、4倍程度となる。ヒータ回路(16)を構成する配線は、一般配線のデザインルールを満たし、かつ、テスト回路(17)に最も近接するように配置することが好ましい。これにより、効率的にテスト回路(17)を加熱することが可能となる。   On the other hand, for the heater circuit (16), in order to avoid the deterioration of the heater circuit (16) itself during normal LSI operation, a wiring width with a margin against electromigration phenomenon wiring deterioration is adopted. It is preferable to do. When the wiring width is doubled that of the test circuit (16), the wiring life is about four times according to the Black empirical formula (Equation 1). It is preferable that the wiring constituting the heater circuit (16) satisfy the general wiring design rules and be arranged closest to the test circuit (17). As a result, the test circuit (17) can be efficiently heated.

なお、本実施形態の劣化検知回路(1)は、ヒータ回路(16)、及び、テスト回路(17)を設けることで、加速試験状態をLSI内部に簡易に構築することが可能であり、かつ、LSIの通常動作時において配線の劣化現象を検知することが可能となる。   The deterioration detection circuit (1) of the present embodiment can easily build an accelerated test state inside the LSI by providing the heater circuit (16) and the test circuit (17), and Therefore, it is possible to detect the deterioration phenomenon of the wiring during the normal operation of the LSI.

また、本実施形態の半導体集積回路は、上述した劣化検知回路(1)を複数含んで構成しており、隣接する劣化検知回路(1)の出力信号を排他的論理和回路(4)で比較するように構成している。   In addition, the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment includes a plurality of the above-described deterioration detection circuits (1), and compares the output signals of adjacent deterioration detection circuits (1) with an exclusive OR circuit (4). It is configured to do.

また、複数の劣化検知回路(1)は、シリアル接続しており、各劣化検知回路(1)にクロック信号を入力するように構成している。そして、劣化検知回路(1)内部のヒータ回路(16)にクロック信号を入力するように構成している。また、ヒータ回路(16)には、クロック信号の他に、当該クロック信号の2倍の周波数を持った倍周信号を入力するように構成している。   The plurality of deterioration detection circuits (1) are serially connected, and are configured to input a clock signal to each deterioration detection circuit (1). The clock signal is input to the heater circuit (16) in the deterioration detection circuit (1). In addition to the clock signal, the heater circuit (16) is configured to receive a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal.

なお、上述した(式1)のBlackの経験式から分かるように、エレクトロマイグレーション現象は温度に大きな依存性を持つ。従って、各劣化検知回路(1)の設定温度を変化させることで、エレクトロマイグレーション現象による配線劣化で断線を起こすまでの想定寿命を再設定することが可能となる。   As can be seen from the Black empirical formula (Equation 1) described above, the electromigration phenomenon has a large dependence on temperature. Therefore, by changing the set temperature of each deterioration detection circuit (1), it is possible to reset the expected life until disconnection occurs due to wiring deterioration due to electromigration phenomenon.

また、セレクタ(12)は、F/F(13)の制御信号を基に、クロック信号、または、倍周信号をヒータ回路(16)に出力するように構成している。これにより、ヒータ回路(16)に出力する信号を、倍周信号からクロック信号に変化することが可能となるため、ヒータ回路(16)に与える信号周波数を下げ、断線を起こすまでの想定寿命を遅延することが可能となる。   The selector (12) is configured to output a clock signal or a frequency-multiplied signal to the heater circuit (16) based on the F / F (13) control signal. As a result, the signal output to the heater circuit (16) can be changed from a frequency-multiplied signal to a clock signal, so the signal frequency given to the heater circuit (16) is lowered and the expected life until disconnection occurs. It becomes possible to delay.

また、セレクタ(12)は、F/F(13)の制御信号を基に、GND信号をヒータ回路(16)に出力するように構成している。GND信号をヒータ回路(16)に入力した場合には、ヒータ回路(16)の動作が停止するため、テスト回路(17)の動作温度をLSIのない温度と一致させることが可能となる。その結果、一般配線と同じ想定寿命に設定することが可能となる。従って、本実施形態の半導体集積回路は、複数の劣化検知回路(1)を設け、各々の劣化検知回路(1)に対し、異なる想定寿命を設定し、各々の劣化検知回路(1)同士の劣化結果を比較することが可能となる。   The selector (12) is configured to output a GND signal to the heater circuit (16) based on the control signal of the F / F (13). When the GND signal is input to the heater circuit (16), the operation of the heater circuit (16) stops, so that the operating temperature of the test circuit (17) can be matched with the temperature without the LSI. As a result, it is possible to set the same expected life as that of general wiring. Therefore, the semiconductor integrated circuit of the present embodiment is provided with a plurality of deterioration detection circuits (1), set different assumed lifetimes for each deterioration detection circuit (1), and each deterioration detection circuit (1) It becomes possible to compare the deterioration results.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.

本実施形態の半導体集積回路は、個々の劣化検知回路(1)において、テスト回路用信号生成回路(20)を有して構成する。なお、テスト回路用信号生成回路(20)は、分周信号を入力し、設定値に従って遷移確率を減じた信号を、バッファ(15)を介してテスト回路(17)に出力するものである。テスト回路用信号生成回路(20)の内部構成を図3に示す。   The semiconductor integrated circuit of the present embodiment is configured by including a test circuit signal generation circuit (20) in each deterioration detection circuit (1). The test circuit signal generation circuit (20) receives the frequency-divided signal and outputs a signal obtained by reducing the transition probability according to the set value to the test circuit (17) via the buffer (15). FIG. 3 shows an internal configuration of the test circuit signal generation circuit (20).

テスト回路用信号生成回路(33)は、F/F(100)と、シフトレジスタ(102)と、論理積回路(103)と、を有して構成している。   The test circuit signal generation circuit (33) includes an F / F (100), a shift register (102), and an AND circuit (103).

F/F(100)は、制御信号を保持するものである。
シフトレジスタ(102)は、1サイクルに1ビットずつデータを出力し、その出力したデータを再度自身の最下位ビットに入力するように構成している。シフトレジスタ(102)の初期値は、制御信号を保持するF/F(100)によりセットされる。なお、シフトレジスタ(102)はクロック信号で駆動する。
論理積回路(103)は、分周信号と、シフトレジスタ(102)の出力信号と、の論理積を生成し、該生成した信号をバッファ(15)を介してテスト回路(17)に出力するものである。
F / F (100) holds a control signal.
The shift register (102) is configured to output data one bit at a time and to input the output data to its least significant bit again. The initial value of the shift register (102) is set by the F / F (100) that holds the control signal. Note that the shift register (102) is driven by a clock signal.
The logical product circuit (103) generates a logical product of the frequency-divided signal and the output signal of the shift register (102), and outputs the generated signal to the test circuit (17) via the buffer (15). Is.

テスト回路用信号生成回路(20)の動作を示すタイミングチャートを図4に示す。図4に示すように、シフトレジスタ(102)の出力信号が“0”の場合は、ディセーブルされ、論理積回路(103)から信号が出力されず、シフトレジスタ(102)の出力信号が“1”の場合のみ、論理積回路(103)から信号が出力されることになる。   FIG. 4 shows a timing chart showing the operation of the test circuit signal generation circuit (20). As shown in FIG. 4, when the output signal of the shift register (102) is “0”, it is disabled, no signal is output from the AND circuit (103), and the output signal of the shift register (102) is “ Only in the case of 1 ″, a signal is output from the AND circuit (103).

本実施形態における半導体集積回路は、個々の劣化検知回路(1)に対し、図3に示すテスト回路用信号生成回路(20)を設けることで、個々の劣化検知回路(1)毎に、テスト回路(17)に与える信号の動作率を別々に設定することが可能となる。   In the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment, the test circuit signal generation circuit (20) shown in FIG. 3 is provided for each deterioration detection circuit (1), so that the test is performed for each deterioration detection circuit (1). It is possible to set the operation rate of the signal applied to the circuit (17) separately.

また、テスト回路用信号生成回路(20)により、テスト回路(17)用の周波数の種類を増やすことが可能となる。   Further, the test circuit signal generation circuit (20) can increase the types of frequencies for the test circuit (17).

劣化検知回路(1)の増加と、その想定寿命のバリエーションを増加することで、より正確に配線寿命を検知することが可能となる。   By increasing the deterioration detection circuit (1) and increasing the variations in its assumed life, it becomes possible to detect the life of the wiring more accurately.

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。   The above-described embodiment is a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment alone, and various modifications are made without departing from the gist of the present invention. Implementation is possible.

例えば、上述した本実施形態における半導体集積回路を構成する各装置における制御動作は、ハードウェア、または、ソフトウェア、あるいは、両者の複合構成を用いて実行することも可能である。   For example, the control operation in each device constituting the semiconductor integrated circuit in the present embodiment described above can be executed using hardware, software, or a combined configuration of both.

なお、ソフトウェアを用いて処理を実行する場合には、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ内のメモリにインストールして実行させることが可能である。あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。   In the case of executing processing using software, it is possible to install and execute a program in which a processing sequence is recorded in a memory in a computer incorporated in dedicated hardware. Alternatively, the program can be installed and executed on a general-purpose computer capable of executing various processes.

例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやROM(Read Only Memory)に予め記録しておくことが可能である。あるいは、プログラムは、リムーバブル記録媒体に、一時的、あるいは、永続的に格納(記録)しておくことが可能である。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することが可能である。なお、リムーバブル記録媒体としては、フロッピー(登録商標)ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、MO(Magneto optical)ディスク、DVD(Digital Versatile Disc)、磁気ディスク、半導体メモリなどが挙げられる。   For example, the program can be recorded in advance on a hard disk or ROM (Read Only Memory) as a recording medium. Alternatively, the program can be stored (recorded) temporarily or permanently in a removable recording medium. Such a removable recording medium can be provided as so-called package software. Examples of the removable recording medium include a floppy (registered trademark) disk, a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), an MO (Magneto optical) disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a magnetic disk, and a semiconductor memory.

なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールすることになる。また、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送することになる。また、ネットワークを介して、コンピュータに有線で転送することになる。   The program is installed in the computer from the removable recording medium as described above. In addition, it is wirelessly transferred from the download site to the computer. In addition, it is transferred to the computer via a network by wire.

また、本実施形態における半導体集積回路は、上記実施形態で説明した処理動作に従って時系列的に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力、あるいは、必要に応じて並列的にあるいは個別に実行するように構築することも可能である。   In addition, the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment is not only executed in time series according to the processing operation described in the above embodiment, but also the processing capability of the apparatus that executes the processing, or in parallel as necessary. It can also be constructed to run individually.

本発明は、デジタル回路等に適用可能である。   The present invention is applicable to digital circuits and the like.

本実施形態における半導体集積回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor integrated circuit in this embodiment. 第2の実施形態における半導体集積回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor integrated circuit in 2nd Embodiment. テスト回路用信号生成回路(20)の内部構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of an internal structure of the signal generation circuit for test circuits (20). テスト回路用信号生成回路(20)の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the signal generation circuit for test circuits (20).

符号の説明Explanation of symbols

1 劣化検知回路
4 排他的論理和回路(比較器)
6 F/F
10 倍周回路
11 分周回路
12 セレクタ
13 F/F
14、15 バッファ
16 ヒータ回路
17 テスト回路
18 出力バッファ
20 テスト回路用信号生成回路
100 F/F
102 シフトレジスタ
103 論理積回路
1 Deterioration detection circuit 4 Exclusive OR circuit (comparator)
6 F / F
10 frequency divider 11 frequency divider 12 selector 13 F / F
14, 15 Buffer 16 Heater circuit 17 Test circuit 18 Output buffer 20 Test circuit signal generation circuit 100 F / F
102 Shift register 103 AND circuit

Claims (10)

エレクトロマイグレーション現象による配線劣化を検知する劣化検知回路であって、
クロック信号を入力し、当該クロック信号の2倍の周波数を持つ倍周信号を生成する倍周回路と、
前記クロック信号の半分の周波数をもつ分周信号を生成する分周回路と、
前記分周信号を入力し、配線劣化を検知するテスト回路と、
前記倍周信号を入力し、前記テスト回路を加熱するヒータ回路と、を有することを特徴とする劣化検知回路。
A deterioration detection circuit that detects wiring deterioration due to electromigration phenomenon,
A frequency multiplication circuit for inputting a clock signal and generating a frequency doubled signal having a frequency twice that of the clock signal;
A frequency dividing circuit for generating a frequency-divided signal having a half frequency of the clock signal;
A test circuit for inputting the frequency-divided signal and detecting wiring deterioration;
A deterioration detection circuit, comprising: a heater circuit that inputs the frequency-multiplied signal and heats the test circuit.
前記テスト回路、及び、前記ヒータ回路は、配線で構成されていることを特徴とする請求項1記載の劣化検知回路。   The deterioration detection circuit according to claim 1, wherein the test circuit and the heater circuit are configured by wiring. 前記ヒータ回路は、前記テスト回路の近傍に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の劣化検知回路。   The deterioration detection circuit according to claim 1, wherein the heater circuit is disposed in the vicinity of the test circuit. 前記テスト回路は、
LSIの製造に利用されるプロセスの設計ルールにおいて細い配線で構成されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の劣化検知回路。
The test circuit includes:
4. The deterioration detection circuit according to claim 1, wherein the deterioration detection circuit is configured by thin wiring in a design rule of a process used for manufacturing an LSI.
前記倍周信号と、前記クロック信号と、の何れかの信号を前記ヒータ回路に出力する選択回路を有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の劣化検知回路。   5. The deterioration detection circuit according to claim 1, further comprising a selection circuit that outputs any one of the frequency-multiplied signal and the clock signal to the heater circuit. 6. 前記倍周信号と、前記クロック信号と、GND信号と、の何れかの信号を前記ヒータ回路に出力する選択回路を有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の劣化検知回路。   5. The deterioration according to claim 1, further comprising: a selection circuit that outputs any one of the frequency-multiplied signal, the clock signal, and the GND signal to the heater circuit. Detection circuit. 前記分周信号を入力し、設定値に従って遷移確率を減じた信号を、前記テスト回路に出力するテスト回路用信号生成回路を有することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の劣化検知回路。   7. The test circuit signal generation circuit according to claim 1, further comprising: a test circuit signal generation circuit that inputs the frequency-divided signal and outputs a signal obtained by reducing a transition probability according to a set value to the test circuit. Deterioration detection circuit. 前記テスト回路用信号生成回路は、
設定値を保持するシフトレジスタと、
前記分周信号と、前記シフトレジスタの出力信号と、の論理積を生成し、該生成した信号を前記テスト回路に出力する論理積回路と、を有することを特徴とする請求項7記載の劣化検知回路。
The test circuit signal generation circuit includes:
A shift register that holds the setting value;
8. The deterioration according to claim 7, further comprising: a logical product circuit that generates a logical product of the divided signal and an output signal of the shift register and outputs the generated signal to the test circuit. Detection circuit.
請求項1から8の何れか1項に記載の劣化検知回路をN(但し、Nは、2以上の整数)個含んで構成することを特徴とする半導体集積回路。   9. A semiconductor integrated circuit comprising: N (where N is an integer of 2 or more) deterioration detection circuits according to any one of claims 1 to 8. 第K(但し、1≦k<N)の劣化検知回路の出力信号と、第k+1の劣化検知回路の出力信号と、を比較する比較器を有することを特徴とする請求項9記載の半導体集積回路。   10. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, further comprising a comparator for comparing the output signal of the Kth (where 1 ≦ k <N) degradation detection circuit and the output signal of the (k + 1) th degradation detection circuit. circuit.
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