(57)【要約】【課題】半導体装置の故障モードを予測することが可能な故障検出装置を提供する。【解決手段】本故障検出装置は、半導体装置内に設けられた実運用回路の故障モードを予測する故障検出装置であって、前記実運用回路と同一構造の少なくとも３つの故障検出用回路と、各前記故障検出用回路に負荷を与える負荷回路であって、各前記故障検出用回路に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える負荷回路と、各前記故障検出用回路の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて前記実運用回路の故障モードを予測する故障判定回路と、を備える。【選択図】図１
2014235060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置内に設けられた実運用回路の故障モードを予測する故障検出装置であって、
前記実運用回路と同一構造の少なくとも３つの故障検出用回路と、
各前記故障検出用回路に負荷を与える負荷回路であって、各前記故障検出用回路に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える負荷回路と、
各前記故障検出用回路の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて前記実運用回路の故障モードを予測する故障判定回路と、を備える、
故障検出装置。
【請求項２】
前記故障モードには、初期故障、偶発故障、及び磨耗故障が含まれることを特徴とする、
請求項１に記載の故障検出装置。
【請求項３】
前記少なくとも３つの故障検出用回路は、
第１故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記第１故障検出用回路よりも小さい第２故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記第２故障検出用回路よりも小さい第３故障検出用回路と、を含み、
前記故障判定回路は、
前記第１故障検出用回路の前記電気特性と、前記第２故障検出用回路の前記電気特性と、前記第３故障検出用回路の前記電気特性と、の関係に基づいて、前記実運用回路の故障モードを予測することを特徴とする、
請求項２に記載の故障検出装置。
【請求項４】
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の前記電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記第１故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第２故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第１所定値以上であり、かつ、
前記第２故障検出用回路の前記電気特性と前記第３故障検出用回路の前記電気特性との差が第２所定値以下である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測することを特徴とする、
請求項３に記載の故障検出装置。
【請求項５】
前記故障判定回路は、
更に前記第２故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷が第３所定値未満である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、初期故障であると判定することを特徴とする、
請求項４に記載の故障検出装置。
【請求項６】
前記故障判定回路は、
更に前記第２故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷が第３所定値以上の場合に、
前記実運用回路の故障モードは、偶発故障であると予測することを特徴とする、
請求項４又は５に記載の故障検出装置。
【請求項７】
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の前記電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記第１故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第２故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第４所定値以上であり、かつ、
前記第２故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記第３故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第５所定値以上である場合に、
前記実運用回路の故障モードは、磨耗故障であると予測することを特徴とする、
請求項３乃至６のいずれか一項に記載の故障検出装置。
【請求項８】
前記負荷回路は、
各前記故障検出用回路のうち、少なくとも１つに与えられる単位時間当たりの負荷は、前記実運用回路に与えられる単位時間当たりの負荷以上であるように、各前記故障検出用回路に負荷を与え、
前記少なくとも３つの故障検出用回路は、
前記負荷回路により与えられる単位時間あたりの負荷が前記実運用回路に与えられる単位時間当たりの負荷以上である一の故障検出用回路と、
前記負荷回路により与えられる単位時間当たりの負荷が前記一の故障検出用回路よりも小さい他の故障検出用回路と、を含み、
前記故障判定回路は、
前記一の故障検出用回路の前記電気特性と、前記他の故障検出用回路の前記電気特性と、の関係に基づいて、前記一の故障検出用回路が故障しているか否かを判定し、
該判定に基づき、前記実運用回路の故障を予測することを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の故障検出装置。
【請求項９】
前記故障判定回路は、
縦軸を各前記故障検出用回路の電気特性、横軸を各前記故障検出用回路の前記負荷回路により与えられた累積負荷として、
前記一の故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、前記他の故障検出用回路の前記電気特性及び前記負荷回路により与えられた累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第６所定値以上である場合に、
前記一の故障検出用回路は故障していると判定することを特徴とする、
請求項８に記載の故障検出装置
【請求項１０】
前記実運用回路、及び各前記故障検出用回路は、
ＭＯＳトランジスタを含むことを特徴とする、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の故障検出装置。
【請求項１１】
各前記故障検出用回路のうち、少なくとも１つは前記実運用回路の冗長回路であることを特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の故障検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の故障発生率は、時間経過に対していわゆるバスタブ曲線のような傾向となることが経験的に知られている。上記バスタブ曲線は、故障が発生する経過時間に応じて、初期故障期、偶発故障期、磨耗故障期の３つの領域に分類される。すなわち、製造直後は、製造上の欠陥や材料不良等に起因した故障発生率が高く（初期故障）、その後時間経過に従い故障発生率は減少して偶発的な故障のみとなり（偶発故障）、更に時間経過が進むと経年劣化による故障が頻発するようになることを示している（磨耗故障）。
【０００３】
従来から半導体装置の初期故障を防止するため、製品出荷前に温度条件や電圧条件の規格に対して高負荷状態で動作させ、時間経過による初期故障を加速的に発生させることにより、不良品を排除するバーンイン試験等が行われている。しかし、上記バーンイン試験では、偶発故障や摩擦故障を未然に防止することはできない。
【０００４】
そこで、半導体装置の交換時期を判断するため、半導体装置の故障を予測する技術が用いられている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、実際に使用される半導体装置と同一の回路要素を有する劣化チェック用回路を設け、該劣化チェック用回路に半導体装置内の回路要素よりも大きな負荷を加えて、加速的に劣化させることで、半導体装置の故障時期を予測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１２８３８４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７５０３号公報
【特許文献３】特開２００４−２２６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置の故障は、その故障モード（初期故障／偶発故障／磨耗故障の別）を判別することができれば、故障した半導体装置と同一の製品（同一の半導体装置）に対しての抜本的対策を講じることが可能となる。例えば、初期故障の場合は、通常、製造に起因する故障が多く、同一時期に同一製造工程で製造された同一の製品には故障発生の可能性が高いため、これらの製品については交換を行い、製造工程の見直しを図る等の抜本的対策を講じることが可能となる。又、磨耗故障の場合は、通常、設計に起因する故障が多く、同一の製品の全てに故障が発生する可能性が高いため、故障が予測される経過時間に達した同一の製品については交換を行い、設計変更等の抜本的対策を講じることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ある半導体装置の交換時期を判断することはできるが、故障モードを判別することはできない。そのため、故障した半導体装置の交換はできるが、故障の原因が分からないため、抜本的な対策を講じることができない。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑み、半導体装置の故障モードを予測することが可能な故障検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、実施の形態において、本故障検出装置は、
半導体装置内に設けられた実運用回路の故障モードを予測する故障検出装置であって、
前記実運用回路と同一構造の少なくとも３つの故障検出用回路と、
各前記故障検出用回路に負荷を与える負荷回路であって、各前記故障検出用回路に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える負荷回路と、
各前記故障検出用回路の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて前記実運用回路の故障モードを予測する故障判定回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本実施の形態によれば、半導体装置の故障モードを予測することが可能な故障検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る故障検出装置２０を含む半導体装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る負荷回路２１による各故障検出用回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対する電圧印加動作の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る各故障検出用回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対する電圧印加時間の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障モードの予測手法を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２の故障判定手法を説明する図である。
【図６】第１の実施形態に係る故障判定回路２３の構成を示すブロック図の一例である。
【図７】第２の実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２ａの故障判定手法の一例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る故障判定回路２３の構成を示すブロック図の一例である。
【図９】第２の実施形態に係る故障検出装置２０の作用を説明する図である。
【図１０】第３の実施形態に係る故障検出装置２０、半導体装置１及び故障診断装置３０の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る故障検出装置２０を含む半導体装置１の構成を示すブロック図である。
【００１４】
半導体装置１は、任意の半導体装置でよく、本実施形態において、半導体装置１は、車両に搭載された、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等である。
【００１５】
半導体装置１は、実運用回路１０と故障検出装置２０とを含む。
【００１６】
実運用回路１０は、半導体装置１の機能を発揮させるために動作する回路である。実運用回路１０は、電源１１からの電源供給により動作する。電源１１は、実運用回路１０内に設けられ、上記車両のバッテリ（不図示）から供給される電圧１２Ｖの直流電力を実運用回路１０の動作電圧（例えば、５Ｖ）に降圧し、実運用回路１０に供給する。なお、電源１１は、スイッチング電源でもよいし、シリーズ電源等でもよい。
【００１７】
また、実運用回路１０は、少なくとも１つの回路要素を含む。なお、回路要素とは、回路を構成する要素、例えば、ダイオード等の半導体素子や配線等をいう。本実施形態において、実運用回路１０は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のゲート酸化膜を有するＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；金属酸化膜半導体）トランジスタ（不図示）を少なくとも含む。一般に、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜は、電圧が印加され、負荷が与えられることにより経時劣化し、その絶縁性が失われて故障に至る。また、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜の欠陥（異物混入等）による初期故障も生じうる。よって、後述するように、故障検出装置２０は、ＭＯＳトランジスタ（ゲート酸化膜）に起因する実運用回路１０の故障モードを予測する。
【００１８】
故障検出装置２０は、実運用回路１０の故障モードを予測する。具体的には、後述するように、３つの故障検出用回路２２それぞれに電圧が印加される時間が異なるように負荷を与え、３つの故障検出用回路２２それぞれの電気特性の相互関係に基づいて、実運用回路１０の故障モードを予測する。なお、故障モードとは、上述したとおり、初期故障、偶発故障、磨耗故障の別のことを指す。また、以下において、電圧が印加される時間のことを電圧印加時間と呼ぶ場合がある。
【００１９】
また、故障検出装置２０は、実運用回路１０の故障を予測する。具体的には、後述するように、各故障検出用回路２２の電気特性が故障判定基準に到達することにより各故障検出用回路２２の故障を判定し、該判定に基づいて、実運用回路１０の故障を予測する。
【００２０】
負荷回路２１は、半導体装置１が起動されている間、後述する３つの故障検出用回路２２に電圧を印加することにより負荷を与える。負荷回路２１は、実運用回路１０と同様、電源１１から供給される直流電力により動作し、各故障検出用回路２２には実運用回路１０と同じ電圧が印加される。なお、半導体装置１が起動されている間とは、半導体装置１に電源が供給され、電源１１からの電力供給により実運用回路１０が動作しているときを意味する。また、負荷回路２１は、各故障検出用回路２２に単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える。具体的には、各故障検出用回路２２に与える電圧は同じとし、各故障検出用回路２２が電圧を印加される時間が異なるように電圧を印加する。詳細な電圧負荷を加えるタイミング等については後述する。これにより、各故障検出用回路２２の劣化進行度に差を生じさせることが可能となり、後述するように、劣化進行度が異なる各故障検出用回路２２を比較することにより実運用回路１０の経時劣化の進行を予測することが可能となる。なお、本実施形態において、負荷回路２１は、各故障検出用回路２２に電圧が印加される時間を変化させることにより、各故障検出用回路２２に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしているが、各故障検出用回路２２に印加される電圧を変化させることにより、各故障検出用回路２２に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしてもよい。また、負荷回路２１は、各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間と印加電圧の双方を変化させることにより、各故障検出用回路２２に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるようにしてもよい。
【００２１】
故障検出用回路２２は、負荷回路２１により負荷が与えられることで、実運用回路１０の故障を模擬するために設けられる。故障検出用回路２２は、３つの故障検出用回路、すなわち、第１故障検出用回路２２ａ、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃを有する。各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一構造を有する。ここで、同一構造とは、実運用回路１０の故障検出対象となる回路要素（本実施形態におけるＭＯＳトランジスタ）を含み、該回路要素の劣化を模擬しうる構造のことを指す。なお、実運用回路１０の故障を模擬する上での精度向上のため、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一プロセスで設けられることが好ましい。本実施形態においては、ＭＯＳトランジスタに起因した実運用回路１０の故障を検出するため、各故障検出用回路２２は、ＭＯＳトランジスタを含み、ＭＯＳトランジスタのゲート電極に電圧が印加され、負荷が与えられることにより、ゲート酸化膜の劣化が進行する。上述したとおり、負荷回路２１によって各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間が異なるように負荷が与えられることにより、劣化進行度が異なる３つの故障検出用回路２２を生成することができる。なお、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０の冗長回路であってもよい。冗長回路は、通常は未使用であるが、実運用回路１０に異常が生じた場合等に、使用される回路である。このように、各故障検出用回路２２の少なくとも１つが実運用回路１０の冗長回路を兼用する場合には、半導体装置１、故障検出装置２０等の肥大化を防止することができる。
【００２２】
ここで、具体的に、負荷回路２１により各故障検出用回路２２に与えられる負荷のタイミングと各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間について説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る負荷回路２１による各故障検出用回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対する電圧印加動作の一例を示す図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第１故障検出用回路２２ａに対する電圧印加タイミングチャート、第２故障検出用回路２２ｂに対する電圧印加タイミングチャート、第３故障検出用回路２２ｃに対する電圧印加タイミングチャートを示している。なお、図中ＯＮは、各故障検出用回路２２に電圧印加されることを表し、ＯＦＦは、各故障検出用回路２２に電圧印加されないことを表している。
【００２４】
図２（ａ）を参照するに、第１故障検出用回路２２ａに対する電圧印加タイミングチャートは、常にＯＮである。すなわち、第１故障検出用回路２２ａには、半導体装置１が起動されている間、負荷回路２１により常時負荷が与えられる。これにより、第１故障検出用回路２２ａに対する電圧印加時間は、必ず、実運用回路１０に対する電圧印加時間以上となる。なお、時間軸の最初にＯＦＦの部分があるのは、ＯＦＦからＯＮに切り替えられることを示している。
【００２５】
図２（ｂ）を参照するに、第２故障検出用回路２２ｂに対する電圧印加タイミングチャートは、ＯＦＦ時間とＯＦＦ時間の２倍のＯＮ時間とが交互に繰り返される。すなわち、第２故障検出用回路２２ｂに対する電圧印加時間は、半導体装置１が起動されている時間の２／３であり、第１故障検出用回路２２ａに対する電圧印加時間の２／３である。
【００２６】
図２（ｃ）を参照するに、第３故障検出用回路２２ｃに対する電圧印加タイミングチャートは、ＯＦＦ時間とＯＦＦ時間の半分のＯＮ時間とが、図２（ｂ）の第２故障検出用回路２２ｂに対する電圧印加タイミングチャートと同じ周期で交互に繰り返される。すなわち、第３故障検出用回路２２ｃに対する電圧印加時間は、半導体装置１が起動されている時間の１／３であり、第１故障検出用回路２２ａに対する電圧印加時間の１／３である。
【００２７】
第１故障検出用回路２２ａ、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃのそれぞれに対する電圧印加時間の比は、３：２：１である。このように、各故障検出用回路２２に電圧印加される時間がそれぞれ異なるように負荷が与えられる。なお、各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間の比、タイミング等は、電圧印加時間の異なる３つの故障検出用回路２２が生成されるものであれば、任意に設定されてよい。
【００２８】
図３は、各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間と実運用回路１０に対する電圧印加時間１０との関係の一例を示すグラフである。横軸は実運用回路１０に対する電圧印加時間、縦軸は各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間を示す。
【００２９】
上述のとおり、第１故障検出用回路２２ａ、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃのそれぞれに対する電圧印加時間の比は、３：２：１であり、その電圧時間の比が各故障検出用回路２２の傾きの違いとして表れている。
【００３０】
また、図３の一例において、第１故障検出用回路２２ａのグラフの傾きは、約１．５であり、すなわち、第１故障検出用回路２２ａに電圧が印加される時間は、実運用回路１０の約１．５倍であることを示している。また、第２故障検出用回路２２ｂのグラフの傾きは、約１であり、すなわち、第２故障検出用回路に電圧が印加される時間は、実運用回路１０と略同等であることを示している。また、第３故障検出用回路２２ｃのグラフの傾きは、約２／３であり、すなわち、第３故障検出用回路に電圧が印加される時間は、実運用回路１０の約２／３であることを示している。
【００３１】
なお、実運用回路１０に対する電圧印加時間は、実運用回路１０が半導体装置１においてどのような機能を有する回路であるかにより変動し、図３に相当するグラフもそれに応じて変動する。また、後述する実運用回路１０の故障モード及び各故障検出用回路２２の故障の判定は、実運用回路１０が故障するタイミングよりも可能な限り早く行われることが好ましい。よって、３つの故障検出用回路２２全てに対する電圧印加時間は、実運用回路１０より電圧印加時間が長くなるように設定されることが好ましい。
【００３２】
図２に示す電圧印加タイミングで各故障検出用回路２２に負荷を与える負荷回路２１は、２ビットカウンタ、デコーダ、半導体リレー等により構成することが可能である。例えば、半導体装置１内の基本クロックを２ビットカウンタによりカウントし、カウント値をデコーダによりデコードさせ、上述した電圧印加タイミングチャートに対応する３種類の電圧印加タイミング信号を生成させる。該信号に対応して３つの半導体リレーがＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、負荷回路２１は、各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間が異なるように負荷を与えることができる。
【００３３】
故障判定回路２３は、各故障検出用回路２２の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて、実運用回路１０の故障モードを予測する。また、故障判定回路２３は、各故障検出用回路２２の電気特性を測定し、該電気特性に基づいて、各故障検出用回路２２の故障を判定する。また、該判定に基づいて、実運用回路１０の故障を予測する。本実施形態において、実運用回路１０に含まれるＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜の経時劣化に伴う故障モード及び故障を予測するため、上記電気特性として、各故障検出用回路２２に含まれるＭＯＳトランジスタのゲートリーク電流を測定する。なお、故障判定回路２３の構成例については、後述する。
【００３４】
次に、故障検出装置２０（故障判定回路２３）による実運用回路１０の故障モード判定について説明をする。
【００３５】
図４は、本実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障モードの予測手法を説明する図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、縦軸に各故障検出用回路２２の電気特性（本実施形態においては、ゲートリーク電流）、横軸に各故障検出用回路２２の累積負荷（本実施形態においては、電圧印加時間）として、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。なお、各故障検出用回路２２の累積負荷とは、負荷回路２１により各故障検出用回路２２に与えられた負荷を累積したものを意味し、以下、同じ意味で用いる。各故障検出用回路２２は、単位時間当たりに与えられる負荷が異なるため、累積負荷が異なり、これによって、劣化進行度が異なる。また、上述のとおり、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一構造である。よって、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷で表される点をプロットすることにより、累積負荷が大きくなるのに応じて、実運用回路１０の電気特性がどのように変化するのかを間接的に予測することができる。なお、本実施形態において、負荷回路２１は、各故障検出用回路２２に対して、電圧は一定で、電圧印加時間を変化させることにより、単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与えているため、累積負荷にあたる指標として、横軸に電圧印加時間（電圧が印加された時間）を用いている。また、各故障検出用回路２２の電気特性は、一般に、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化進行により大きな値を示すようになる。本実施形態においても、ゲートリーク電流は、ゲート酸化膜の絶縁層が正常な場合、所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。また、該所定範囲は、ＭＯＳトランジスタのプロセスに依って決まる。
【００３６】
図４（ａ）は、実運用回路１０の故障モードが初期故障であると予測される場合の各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。また、図４（ｂ）は、実運用回路１０の故障モードが偶発故障であると予測される場合の各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。図４（ａ）、（ｂ）を参照するに、累積負荷が小さい方から第３故障検出用回路２２ｃに対応する点３００（以下、単に点３００と呼ぶ）と第２故障検出用回路２２ｂに対応する点２００（以下、単に点２００と呼ぶ）とを比較すると、電気特性の差はほとんどなく（電気特性の差が所定範囲に収まり）、それぞれ比較的小さい値を示す。それに対して、点２００と第１故障検出用回路に対応する点１００（以下、単に点１００と呼ぶ）とを比較すると、点１００の電気特性の方が点２００の電気特性よりも比較的大きな値を示し、点２００と点１００との間の直線の傾きが比較的急である。このように、初期故障は、欠陥による劣化が急峻に進む故障モードであり、偶発故障も、偶発的に劣化が急に進むことにより発生する故障モードであるため、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより初期故障又は偶発故障であると予測することができる。具体的には、点１００と点２００との傾きが第１所定値Ａ１以上であり、かつ、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性と第３故障検出用回路２２ｃの電気特性との差が第２所定値Ａ２未満である場合に、実運用回路１０の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測する。なお、第２所定値Ａ２は、上述した各故障検出用回路２２が正常な場合に示す比較的小さい電気特性値が含まれる上記所定範囲により決定される値である。例えば、該所定範囲の最大値と最小値の差を第２所定値Ａ２として設定すればよい。
【００３７】
また、第２故障検出用回路２２ｂの累積負荷を比較すると、図４（ａ）の初期故障であると予測される場合の方が図４（ｂ）の偶発故障であると予測される場合よりも累積負荷が小さい（電圧印加時間が短い）ことが分かる。このように、初期故障は、累積負荷が比較的小さい（電圧印加時間が比較的短い）段階で発生するものであるのに対して、偶発故障は、累積負荷が比較的大きい（電圧印加時間が比較的長い）段階で生じるものである。よって、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより更に初期故障であるのか、偶発故障であるのかを予測することができる。具体的には、第２故障検出用回路の累積負荷（電圧印加時間）が第３所定値Ａ３未満である場合に、実運用回路１０の故障モードは、初期故障であると予測し、第３所定値以上である場合に、実運用回路１０の故障モードは、偶発故障であると予測する。
【００３８】
また、図４（ｃ）は、実運用回路１０の故障モードが摩耗故障であると予測される場合の各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷の関係を表したグラフである。図４（ｃ）を参照するに、累積負荷が小さい方から点３００と点２００とを比較すると、点２００の電気特性の方が点３００の電気特性よりもある程度大きい値を示し、点３００と点２００との間の直線も急ではないがある程度の傾きが生じている。また、点２００と点１００とを比較すると、点３００と点２００との関係と同様に、点１００の電気特性の方が点２００の電気特性よりもある程度大きい値を示し、点２００と点１００との間の直線も急ではないがある程度の傾きが生じている。このように、摩耗故障は、緩やかに劣化が進行して故障に至る故障モードであるため、上記のようなグラフ上の特徴を検出することにより摩耗故障であると予測することができる。具体的には、点１００と点２００との傾きが第４所定値Ａ４以上であり、かつ、点２００と点３００との傾きが第５所定値Ａ５以上である場合に、実運用回路１０の故障モードは摩耗故障であると予測する。なお、摩耗故障においては、緩やかに劣化が進行するため、第５所定値Ａ５は、第１所定値Ａ１よりも小さい値である。
【００３９】
次に、故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２の故障判定について説明をする。
【００４０】
図５は、本実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２の故障判定手法を説明する図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、縦軸に各故障検出用回路２２の電気特性（本実施形態においては、ゲートリーク電流）、横軸に各故障検出用回路２２の累積負荷（本実施形態においては、電圧印加時間）として、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。
【００４１】
上述したとおり、各故障検出用回路２２の電気特性は、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。よって、各故障検出用回路２２の電気特性が故障判定基準値Ｉｓｔ以上になった場合に、各故障検出用回路２２の故障を判定することができる。
【００４２】
図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図４にて説明した実運用回路１０の故障モードが初期故障、偶発故障、摩耗故障と判定される場合において、第１故障検出用回路２２ａの電気特性が故障判定基準値Ｉｓｔ以上になった場合を示している。このように、一般に、累積負荷が最も大きい第１故障検出用回路２２ａの電気特性が最初に故障判定基準値Ｉｓｔ以上になる。また、負荷回路２１により第１故障検出用回路２２ａに電圧が印加される時間は、上述のように、実運用回路１０に電圧が印加される時間よりも長い。すなわち、負荷回路２１により第１故障検出用回路２２ａに与えられた累積負荷は、実運用回路１０に与えられた累積負荷よりも大きい。また、上述のとおり、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一構造である。よって、第１故障検出用回路２２ａの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路１０の故障を予測することができる。例えば、第１故障検出用回路２２ａと実運用回路１０との電圧印加時間の差、半導体装置１の使用頻度、使用状況等から実運用回路１０を含む半導体装置１の交換時期等を予測することができる。また、第１故障検出用回路２２ａの故障判定がされた時点で、実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を行う等してもよい。
【００４３】
また、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃが不良品等のような場合には、第１故障検出用回路２２ａよりも先に第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃが故障する可能性もある。よって、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃについても、故障判定が行われるのが好ましい。第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃについても、上述したとおり、電気特性が故障判定基準値Ｉｓｔ以上になった場合に、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃの故障を判定する。このように、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃの方が先に故障判定された場合には、実運用回路１０についても同様の故障が時期を問わず生じる可能が高いと予測される。よって、この場合には、実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を早急に行う等の対応を行うとよい。
【００４４】
なお、負荷回路２１により第２故障検出用回路２２ｂに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路１０以上である場合は、第２故障検出用回路２２ｂの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路１０の故障を予測してもよい。また、同様に、第３故障検出用回路２２ｃに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路１０以上である場合は、第３故障検出用回路２２ｃの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路１０の故障を予測してもよい。
【００４５】
上述した実運用回路１０の故障モードの判定及び各故障検出用回路２２の故障の判定を行う故障判定回路２３は、コンパレータを含む比較回路等により構成することが可能である。
【００４６】
ここで、図６は、本実施形態に係る故障判定回路２３の構成の一例を示すブロック図である。
【００４７】
図６を参照するに、故障判定回路２３は、故障モード判定用比較回路２４、故障判定比較回路２５、出力回路２６等を有する。
【００４８】
故障モード判定用比較回路２４は、比較回路２４ａ、２４ｂを含む。
【００４９】
比較回路２４ａは、第１故障検出用回路２２ａと第２故障検出用回路２２ｂとから入力されたそれぞれのゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第１故障検出用回路２２ａのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第２故障検出用回路２２ｂのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、の関係が上述した初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の予測条件に合致するか否かを判定する。
【００５０】
同様に、比較回路２４ｂは、第２故障検出用回路２２ｂと第３故障検出用回路２２ｃとから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第２故障検出用回路２２ｂのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第２故障検出用回路２２ｃのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、の関係が上述した初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の予測条件に合致するか否かを判定する。
【００５１】
なお、電圧印加時間は、故障検出装置２０が図示しないタイマや電圧印加回数をカウントするカウンタ等を有し、該タイマや該カウンタから入力された信号に基づき比較回路２４ａ、２４ｂが算出してよい。また、該タイマや該カウンタ等がない場合でも故障検出装置２０の外部から入力される情報に基づいて、比較回路２４ａ、２４ｂが間接的に算出してもよい。例えば、半導体装置１が車両に搭載されたＥＣＵ等である場合、車両のオドメータ（走行距離計）の情報や平均車速の情報等を故障判定回路２３が受信し、オドメータや平均車速の情報に基づいて、電圧印加時間を間接的に算出してよい。また、車両がハイブリッド自動車、電気自動車等の場合、該自動車に搭載された高電圧バッテリの使用時間を積算記憶する記憶装置等からの情報を故障判定回路２３が受信し、高電圧バッテリの使用時間の情報に基づいて、電圧印加時間を間接的に算出してよい。また、半導体装置１が車両以外に搭載される場合、半導体装置１が起動している時間を直接的、間接的に表す情報を故障判定回路２３が受信し、該情報に基づいて、同様に、電圧印加時間を間接的に算出してよい。
【００５２】
比較回路２４ａ、２４ｂにおける判定結果の信号は、出力回路２６に入力される。出力回路２６は、比較回路２４ａ、２４ｂ双方の判定結果に基づいて、実運用回路１０の故障モードが初期故障、偶発故障、又は摩耗故障のいずれであるかを判定し、判定信号を故障判定回路２３の外部に出力する。なお、実運用回路１０を使用し始めて間もない時期等には、上記初期故障、偶発故障、又は摩耗故障の判定ができない場合が生じるので、その場合には、モード未定等と判定するとよい。該判定信号に基づいて、表示モニタ（不図示）やアラーム（不図示）等により故障モードを通知することにより、半導体装置１の開発者、設計者等は実運用回路１０の故障モードを知ることができる。
【００５３】
また、故障判定用比較回路２５は、比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃを含む。
【００５４】
比較回路２５ａは、第１故障検出用回路２２ａから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定されたゲートリーク電流がリファレンス値である上述した故障判定基準値Ｉｓｔ以上であるかどうかを判定することにより、第１故障検出用回路２２ａが故障しているか否かを判定する。
【００５５】
同様に、比較回路２５ｂ、２５ｃについても、それぞれ第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃから入力されたゲートリーク電流を測定し、該ゲートリーク電流と故障判定基準値Ｉｓｔとの関係により、第２故障検出用回路２２ｂ、第３故障検出用回路２２ｃが故障しているか否かを判定する。
【００５６】
比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃからの判定結果の信号は、出力回路２６に入力される。出力回路２６は、比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃのいずれかから故障を判定した信号が入力された場合に、故障判定回路２３の外部に故障判定信号を出力する。該故障判定信号に基づいて、表示モニタやアラーム等により何れの故障検出用回路２２が故障したのかを通知することにより、半導体装置１が搭載された車両等の使用者や半導体装置１の開発者、設計者等は実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を行うことができる。また、出力回路２６は、比較回路２５ａ、２５ｂ、２５ｃの何れかから故障を判定した信号が入力された場合に、実運用回路１０の故障時期等を予測し、実運用回路１０の交換時期を表示モニタ等により通知してもよい。
【００５７】
次に、本実施形態に係る故障検出装置２０の作用について説明をする。
【００５８】
本実施形態に係る故障検出装置２０は、実運用回路１０と同一構造の少なくとも３つの故障検出用回路２２を備える。また、負荷回路２１により各故障検出用回路２２に与えられる単位時間当たりの負荷が異なるように負荷を与える。これにより、劣化進行度が異なる３つの故障検出用回路２２を生成することが可能となり、３つの故障検出用回路２２の電気特性を比較することにより、実運用回路１０の電気特性がどのように変化するのか、すなわち、実運用回路１０の故障モードを模擬することが可能となる。そのため、実運用回路１０の故障モードを予測することができる。
【００５９】
また、実運用回路１０の故障モードが予測可能なことにより、故障原因の絞込みや故障対象製品（半導体装置１と同一製品のうち、同様の原因により故障する可能性が高い製品）の絞込みを行うことができ、同一製品に対する抜本的な対策をすることができる。例えば、初期故障は、通常、製造に起因する故障が多いため、製造工程等に故障原因を絞り込むことが可能である。又、初期故障の場合、製造に起因する故障が多いため、同一時期に同一製造工程で製造された同一製品に故障発生の可能性が高く、当該製品を故障対象製品として絞り込むことができ、当該製品についての交換等の対策を当該製品に故障が発生する前に行うことが可能である。更に、製造工程の見直しを図る等の抜本的対策を講じることも可能となる。これに対して、磨耗故障は、通常、設計に起因する故障が多いため、設計領域に故障原因を絞り込むことが可能である。又、同一製品の全てに磨耗故障が発生する可能性が高いため、故障が予測される経過時間に達する前に同一製品の交換を行う等の対策をすることができる。更に、設計変更等の抜本的対策を講じることも可能となる。
【００６０】
また、具体的には、本実施形態に係る故障検出装置２０は、第１故障検出用回路２２ａの電気特性と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性と、第３故障検出用回路２２ｃの電気特性との関係に基づいて、故障モードが初期故障、偶発故障、又は摩耗故障のいずれであるかを予測することができる。
【００６１】
また、初期故障又は偶発故障の場合、欠陥による又は偶発的な劣化が急峻に進む。よって、縦軸を各故障検出用回路２２の電気特性、横軸を各故障検出用回路２２の累積負荷として、第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷（電圧印加時間）で表される点と、第２故障検出用回路の電気特性及び累積負荷（電圧印加時間）とで表される点と、を結ぶ直線の傾きが第１所定値Ａ１以上であり、かつ、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性と第３故障検出用回路２２ｃの電気特性との差が第２所定値Ａ２以下である場合に、実運用回路１０の故障モードは、初期故障又は偶発故障であると予測することができる。
【００６２】
また、初期故障は、累積負荷が比較的小さい（電圧印加時間が比較的短い）段階で発生するものであるのに対して、偶発故障は、累積負荷が比較的大きい（電圧印加時間が比較的長い）段階で生じるものである。よって、更に、第２故障検出用回路の累積負荷（電圧印加時間）が第３所定値Ａ３未満である場合に、実運用回路１０の故障モードは、初期故障であると予測し、第３所定値Ａ３以上である場合に、偶発故障であると予測することができる。
【００６３】
また、摩耗故障の場合、緩やかに劣化が進行して故障に至る。よって、第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷で表される点と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第４所定値Ａ４以上であり、かつ、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷で表される点と、第３故障検出用回路２２ｃの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第５所定値Ａ５以上である場合に、実運用回路１０の故障モードは、摩耗故障であると予測することができる。
【００６４】
また、本実施形態において、各故障検出用回路２２のうち、少なくとも１つ（故障検出用回路２２ａ）に与えられる単位時間当たりの負荷は、実運用回路１０に与えられる単位時間当たりの負荷以上である。これにより、故障検出用回路２２ａの劣化は、実運用回路１０よりも進行するため、故障検出用回路２２ａの故障を判定することにより、該判定に基づいて、実運用回路１０の故障を予測することができる。具体的には、故障検出用回路２２ａの電気特性を測定し、該電気特性が故障判定基準Ｉｓｔ以上となった場合に、故障検出用回路２２ａの故障を判定するとよい。
【００６５】
また、本実施形態において、負荷回路２１は、実運用回路１０に与えられる負荷と同じ電圧を印加することにより、各故障検出用回路２２に負荷を与える。これにより、各故障検出用回路２２の劣化を実運用回路１０よりも進行させるための昇圧回路等を用いないため、故障検出装置２０の肥大化を防止することができる。
【００６６】
また、本実施形態において、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０の冗長回路であってもよい。これにより、各故障検出用回路２２の少なくとも１つが実運用回路１０の冗長回路を兼用する場合には、半導体装置１、故障検出装置２０等の肥大化を防止することができる。
【００６７】
また、本実施形態において、実運用回路１０及び各故障検出用回路２２は、ＭＯＳトランジスタを含み、上記電気特性としてゲートリーク電流を用いることにより、ゲート酸化膜の劣化に起因した故障モード及び故障の予測をすることができる。
【００６８】
［第２の実施形態］
次いで、第２の実施形態について説明する。
【００６９】
本実施形態に係る故障検出装置２０は、第１故障検出用回路２２ａの電気特性と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性との関係に基づいて、故障判定が行われる点が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明をする。
【００７０】
図１は、本実施形態に係る故障検出装置２０を含む半導体装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施形態に係る負荷回路２１による各故障検出用回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対する電圧印加動作の一例を示す図である。また、図３は、各故障検出用回路２２に対する電圧印加時間と実運用回路１０に対する電圧印加時間１０との関係を示すグラフの一例を示す図である。以上は、第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００７１】
また、図４は、本実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障モードの判定手法を説明する図である。故障モードの判定手法については、第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７２】
次に、本実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２の故障判定について説明をする。
【００７３】
図７は、本実施形態に係る故障検出装置２０（故障判定回路２３）による故障検出用回路２２の故障判定手法を説明する図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、縦軸に各故障検出用回路２２の電気特性（本実施形態においては、ゲートリーク電流）、横軸に各故障検出用回路２２の累積負荷（本実施形態においては、電圧印加時間）として、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示したものである。
【００７４】
上述したとおり、各故障検出用回路２２の電気特性は、正常な場合は所定範囲の比較的小さい値を示し、劣化が進行すると、該所定範囲を超えて大きな値を示すようになる。ここで、各故障検出用回路２２の電気特性が急に変化し、大きな値を示すようになった場合には、劣化の進行が早まっていることを表していると考えられる。よって、本実施形態においては、ある程度劣化の進行が早まった時点で各故障検出用回路２２の故障を判定する。
【００７５】
上述したとおり、各故障検出用回路２２は、累積負荷が異なり、これによって、劣化進行度が異なる。また、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一構造である。よって、第１故障検出用回路２２ａの電気特性と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性との関係に基づいて、第１故障検出用回路２２ａの故障を判定することができる。また、同様に、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性と、第３故障検出用回路２２ｃの電気特性と、の関係に基づいて、第２故障検出用回路２２ｂの故障を判定することができる。具体的には、第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷で表される点と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第６所定値Ａ６以上になった場合に、第１故障検出用回路２２ａの故障を判定することができる。また、同様に、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷により表される点と、第３故障検出用回路２２ｃの電気特性及び累積負荷により表される点と、を結ぶ直線の傾きが第６所定値Ａ６以上になった場合に、第２故障検出用回路２２ｂの故障を判定することができる。
【００７６】
図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図４にて説明した実運用回路１０の故障モードが初期故障、偶発故障、摩耗故障と判定される場合において、第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷により表される点と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷により表される点と、を結ぶ直線の傾きが第６所定値Ａ６以上になった場合を示している。このように、一般に、累積負荷が最も大きい第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷で表される点と、第２故障検出用回路２２ｂの電気特性及び累積負荷で表される点と、の傾きが最初に第６所定値Ａ６以上になる。また、負荷回路２１により第１故障検出用回路２２ａに電圧が印加される時間は、上述のように、実運用回路１０に電圧が印加される時間よりも長い。すなわち、負荷回路２１により第１故障検出用回路２２ａに与えられた累積負荷は、実運用回路１０に与えられた累積負荷よりも大きい。また、上述のとおり、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０と同一構造である。よって、第１故障検出用回路２２ａの故障を判定し、該判定に基づいて実運用回路１０の故障を予測することができる。例えば、第１故障検出用回路２２ａと実運用回路１０との電圧印加時間の差、半導体装置１の使用頻度、使用状況等から実運用回路１０を含む半導体装置１の交換時期等を予測することができる。また、第１故障検出用回路２２ａの故障判定がされた時点で、実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を行う等してもよい。
【００７７】
また、第２故障検出用回路２２ｂが不良品等のような場合には、第１故障検出用回路２２ａよりも先に第２故障検出用回路２２ｂが故障する可能性もある。このように、第２故障検出用回路２２ｂの方が先に故障判定された場合には、実運用回路１０についても同様の故障が時期を問わず生じる可能が高いと予測される。よって、この場合には、実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を早急に行う等の対応を行うとよい。
【００７８】
なお、負荷回路２１により第２故障検出用回路２２ｂに与えられる単位時間当たりの負荷が実運用回路１０以上である場合は、第２故障検出用回路２２ｂと第３故障検出用回路２２ｃとにより第２故障検出用回路２２ｂの故障を判定し、該判定に基づいて、実運用回路１０の故障を予測してもよい。
【００７９】
上述した実運用回路１０の故障モードの判定及び各故障検出用回路２２の故障の判定を行う故障判定回路２３は、第１の実施形態と同様に、コンパレータを含む比較回路等により構成することが可能である。
【００８０】
ここで、図８は、本実施形態に係る故障判定回路２３の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る故障判定回路２３は、第１実施形態に係る故障判定回路２３に対して、故障判定比較回路２５のみ異なる。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明をする。
【００８１】
図８を参照するに、故障判定用比較回路２５は、比較回路２５ａ、２５ｂを含む。
【００８２】
比較回路２５ａは、第１故障検出用回路２２ａと第２故障検出用回路２２ｂとから入力されたそれぞれのゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第１故障検出用回路２２ａのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第２故障検出用回路２２ｂのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、を結ぶ直線の傾きがＡ６以上であるか否かを判定する。これにより、第１故障検出用回路２２ａが故障しているか否かを判定する。
【００８３】
同様に、比較回路２４ｂは、第２故障検出用回路２２ｂと第３故障検出用回路２２ｃとから入力されたゲートリーク電流を測定する。また、測定された各ゲートリーク電流に基づいて、第２故障検出用回路２２ｂのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、第３故障検出用回路２２ｃのゲートリーク電流及び電圧印加時間と、を結ぶ直線の傾きがＡ６以上であるか否かを判定する。これにより、第２故障検出用回路２２ｂが故障しているか否かを判定する。
【００８４】
比較回路２５ａ、２５ｂからの判定結果の信号は、出力回路２６に入力される。出力回路２６は、比較回路２５ａ、２５ｂの何れかから故障を判定した信号が入力された場合に、故障判定回路２３の外部に故障判定信号を出力する。該故障判定信号に基づいて、表示モニタ（不図示）やアラーム（不図示）等により何れの故障検出用回路２２が故障したのかを通知することにより、半導体装置１が搭載された車両等の使用者や半導体装置１の開発者、設計者等は実運用回路１０を含む半導体装置１の交換を行うことができる。また、出力回路２６は、比較回路２５ａから第１故障検出用回路２２ａの故障を判定した信号が入力された場合に、実運用回路１０の故障時期等を予測し、実運用回路１０の交換時期を表示モニタ等により通知してもよい。
【００８５】
次に、本実施形態に係る故障検出装置２０の作用について説明をする。なお、本実施形態に係る故障検出装置２０についても第１の実施形態と同様の作用・効果を奏し、以下、本実施形態に係る故障検出装置２０特有の作用を中心に説明をする。
【００８６】
本実施形態において、各故障検出用回路２２のうち、少なくとも１つ（第１故障検出用回路２２ａ）に与えられる単位時間当たりの負荷は、実運用回路１０に与えられる単位時間当たりの負荷以上である。これにより、故障検出用回路２２ａの故障を判定することにより、該判定に基づいて、実運用回路１０の故障を予測することができる。
【００８７】
また、故障検出装置２０は、第１故障検出用回路２２ａの電気特性と、第２故障検出用回路２２ａの電気特性と、の関係に基づいて、第１故障検出用回路２２ａが故障しているか否かを判定する。具体的には、第１故障検出用回路２２ａの電気特性及び累積負荷で表される点と、第２故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷で表される点と、を結ぶ直線の傾きが第６所定値Ａ６以上である場合に、第１故障検出用回路２２ａは故障していると判定する。
【００８８】
ここで、本実施形態に係る故障検出装置２０による当該故障判定手法の効果について説明をする。
【００８９】
図９は、本実施形態に係る故障検出装置２０の作用を説明する図である。図９（ａ）は、縦軸を各故障検出用回路２２の電気特性とし、横軸を各故障検出用回路２２の累積負荷として、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示し、本実施形態に係る故障判定手法による故障検出までの時間短縮作用を説明した図である。また、図９（ｂ）は、同様に、縦軸を各故障検出用回路２２の電気特性とし、横軸を各故障検出用回路２２の累積負荷として、各故障検出用回路２２の電気特性及び累積負荷をグラフ上に示し、本実施形態に係る故障判定手法によって新たに検出可能な故障モードの一例を示す図である。
【００９０】
図９（ａ）を参照するに、一番上は、従来の故障判定手法（電気特性が故障判定基準Ｉｓｔ以上の場合に故障と判定）を用いた場合に、第１故障検出用回路２２ａが故障していると判定された場合の一例を示す図である。なお、故障モードは、磨耗故障の場合を示しており、第１故障検出用回路２２ａの電気特性が故障判定基準Ｉｓｔ以上となった時点で故障と判定する。これに対して、中段は、一番上の図に対応した本実施形態に係る故障判定手法を用いた場合を示しており、点１００と点２００とを結ぶ直線の傾きがＡ６以上の場合に故障を判定する。これにより、劣化進行が早まった時点を当該傾きで早期に検出することが可能となり、図中に示すとおり、第１故障検出用回路２２ａが故障していると判定するまでの時間を短縮することができる。また、該判定に基づいて、早期に実運用回路１０の故障を予測することが可能となる。
【００９１】
また、故障検出用回路２２の数を４つ以上に増やしてもよい。一番下の図は、故障検出用回路２２を４つに増やした場合を示している。なお、点４００は、増やした故障検出用回路２２ｄの電気特性及び累積負荷に対応する点である。故障検出用回路２２の数を増やすことにより、実運用回路１０の劣化を模擬した累積負荷に対する電気特性の変化を細かく捉えることが可能となる。よって、劣化進行が早まった時点を更に早期に検出することが可能となり、更に第１故障検出用回路２２ａが故障していると判定するまでの時間を短縮することができる。また、該判定に基づいて、更に早期に実運用回路１０の故障を予測することが可能になる。
【００９２】
また、図９（ｂ）を参照するに、従来の故障判定手法を用いた場合、上図のような劣化進行モードを示した場合は、明らかに劣化が進行しているにも関わらず、第１故障検出用回路２２ａの故障判定までに相当の時間を要し、故障判定ができない場合もありうる。これに対して、本実施形態に係る故障判定手法を用いた場合、下図のように、点１００と点２００との傾きに基づいて、第１故障検出用回路２２ａの故障を判定するため、上図のような場合であっても早期に第１故障検出用回路２２ａの故障を判定することができる。
【００９３】
［第３の実施形態］
次いで、第３の実施形態について説明する。
【００９４】
本実施形態に係る故障検出装置２０は、故障判定回路２３が半導体装置１の外部に設けられる点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明をする。
【００９５】
図１０は、本実施形態に係る故障検出装置２０、半導体装置１及び故障診断装置３０の構成を示すブロック図である。
【００９６】
図１０を参照するに、故障検出装置２０は、第１実施形態と同様に、負荷回路２１、故障検出用回路２２、故障判定回路２３を含む。第１実施形態とは異なり、故障判定回路２３は、半導体装置１の外部の故障診断装置３０内に設けられる。
【００９７】
故障診断装置３０は、故障や劣化状態を診断する装置である。例えば、半導体装置１とは別体に設けられた半導体装置１の故障をモニタリングする装置や半導体装置１の定期的なメンテナンス等に用いられ、メンテナンスの際に半導体装置１にケーブル等で接続されて、故障の有無等を診断する装置等である。
【００９８】
故障診断装置３０は、故障判定回路２３と故障診断部３１等を含む。
【００９９】
故障診断部３１には、故障判定回路２３からの故障モード判定結果及び／又は故障判定結果等の出力信号が入力される。故障診断部３１は、故障判定回路２３の出力信号に基づき、故障診断装置３０の表示部（不図示）に故障モード判定結果等を表示させたり、より詳細な故障診断を行ったりしてよい。例えば、過去のメンテナンス時の故障判定回路２３からの出力データを履歴的に保存したり、外部と通信可能に構成して、半導体装置１と同一の製品の故障情報等を受信したりして、総合的に半導体装置１の故障モード、故障原因、故障時期等を診断する等してよい。
【０１００】
上述した本実施形態のように、故障判定回路２３を半導体装置１の外部に設けた場合においても、第１の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【０１０１】
なお、本実施形態は、第１の実施形態に係る故障検出装置２０の故障判定回路２３を半導体装置１の外部に設けたものであったが、第２の実施形態に係る故障検出装置２０を同様に構成してもよい。
【０１０２】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０３】
上述した各実施形態において、故障検出用回路２２の数は、３つであったが、４つ以上であってもよい。この場合、故障モードの判定は、任意に３つの故障検出用回路２２を選択して実運用回路１０の故障モードを予測することができ、負荷回路２１により与えられる単位時間当たりの負荷が大きい方から３つの故障検出用回路２２を用いて故障モードの予測を行うのが好ましい。また、何れかの故障モードであるかの判定に加えて、詳細な劣化進行を分析することができる。
【０１０４】
また、上述した各実施形態において、故障検出装置２０は、実運用回路１０の故障モード及び故障を予測するが、故障モード又は故障のいずれか一方を予測してもよい。
【０１０５】
また、上述した各実施形態において、故障検出装置２０は、実運用回路１０に含まれるＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜に起因する故障モード等を予測したが、他の回路要素に起因した故障モード等を予測してもよいし、複数の回路要素に起因した故障モード等を予測してもよい。例えば、故障検出装置２０は、マイグレーション現象によって劣化進行する実運用回路１０内の配線に起因する実運用回路１０の故障モード等を予測してもよい。この場合、各故障検出用回路２２は、実運用回路１０内の配線と同一構造の配線を含み、故障判定回路２３は、電気特性として配線の抵抗値等を測定することにより故障モード等を予測することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１        半導体装置
１０      実運用回路
２０      故障検出装置
２１      負荷回路
２２      故障検出用回路
２２ａ    第１故障検出用回路
２２ｂ    第２故障検出用回路
２２ｃ    第３故障検出用回路
２３      故障判定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014235060.tif 000008
【図７】
2014235060.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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