DE4223479A1 - Hochintegrierte master-slice-schaltung mit fehlererfassungs-schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochintegrierte Schal­ tung (LSI = large scale integrated circuit) und insbesondere auf eine Fehlererfassung bei einem Master-Slice-LSI bzw. ei­ nem hochintegriertem Siliziumscheibchen (waver) mit größerer Anzahl von Komponentengruppen.

Hochintegrierte Master-Slice-Schaltungen sind bekannt. Diese stellen hochintegrierte Schaltungen derjenigen Art dar, bei der eine Anordnung von Halbleiterelementen wie etwa Transi­ storen in einem Substrat gepackt bzw. ausgebildet wird und ein Teil der Halbleiterbauelemente in der Anordnung zur Be­ reitstellung gewünschter Funktionen verdrahtet wird. Solche hochintegrierten Schaltungen können für Massenproduktionen in großem Maßstab ungeeignet sein.

Damit hochintegrierte Master-Slice-Schaltungen korrekt ar­ beiten können, müssen alle benutzten Halbleiterbauelemente fehlerfrei sein.

Eine hochintegrierte Master-Slice-Schaltung ist in dem Auf­ satz "High Performance CMOS Array with an Embedded Test Structure", von Kerry Pierce und anderen, in "Proceedings of the IEEE 1990, CUSTOM INTEGRATED CIRCUIT CONFERENCE (gehal­ ten in Boston von 13. bis zum 16. Aprilil 1990)" gezeigt. Die in diesem Aufsatz offenbarte hochintegrierte Master-Slice-Schaltung weist Reihen von mehreren auf einem Substrat aus­ gebildeten Transistoren, einen Satz von Lese- bzw. Abfrage-Ver­ stärkern zum Überprüfen der jeweiligen Transistoren im Hinblick auf Fehler mittels eines Testsignals und zum Er­ fassen eines fehleranzeigenden Signals, einen Satz von Schieberegistern zum Erfassen der Positionen von fehlerhaf­ ten Transistoren für jede der Transistorreihen, eine Decoder zum sequentiellen Verteilen bzw. Zuführen eines Testsignals zu jeweiligen Transistorreihen und eine Teststeuerschaltung auf. Entlang der Peripherie des Substrats ist eine Anzahl von Elektroden angeordnet.

Von einer gegebenen der Elektroden wird ein Testsignal an den Decoder angelegt, der das Testsignal sequentiell den Transistorreihen zuführt. Die Lese- bzw. Abfrage-Verstärker erfassen ein fehleranzeigendes Signal und die Schieberegi­ ster bestimmen die Position eines fehlerhaften Transistors. Ein die Position des fehlerhaften Transistors anzeigendes Signal wird von einer weiteren der Elektroden abgeleitet bzw. aufgenommen. Die Steuerschaltung kann auch entfallen.

Da die Verdrahtung nach Wunsch zwischen einzelnen der ausge­ bildeten Transistoren hergestellt werden kann, um gewünschte Funktionen zu erzielen, ist eine solche Master-Slice-LSI-Her­ stellungstechnik zur Herstellung verschiedener Arten von hochintegrierten Schaltungen, aber in einer verhältnismäßig kleinen Anzahl wie etwa mehreren tausenden oder mehreren zehntausenden geeignet.

Bei der in dem vorgenannten Artikel offenbarten hochinte­ grierten Schaltung erfordert der Abfrage-Verstärkersatz Ab­ frage-Verstärker in einer der Anzahl ausgebildeter Transi­ storen entsprechenden Anzahl, während der Schieberegister­ satz Schieberegister in einer der Anzahl der Transistorrei­ hen entsprechenden Anzahl fordert, wobei jedes Schieberegi­ ster Elemente in einer der Anzahl der Transistoren in jeder Reihe entsprechenden Anzahl enthält. Weiterhin muß der Deko­ dierer ausreichende Kapazität zur Verarbeitung von Signalen entsprechend der Anzahl der Transistorreihen besitzen. Dementsprechend beträgt die durch die Testschaltung ein­ schließlich der Abfrage-Verstärker, der Schieberegister, des Dekodierers und der Steuerschaltung belegte Fläche üblicher­ weise mehr als 20% der durch die ausgebildeten Transistoren belegten Fläche.

Um eine gewünschte hochintegrierte Schaltung herzustellen, muß allerdings eine Verdrahtung zur gegenseitigen Verbindung notwendiger Transistoren und auch von Tansistorreihen be­ reitgestellt werden. Daher ist es nicht möglich, alle Tran­ sistorreihen zu benutzen. Üblicherweise wird jede dritte Transistorreihe benutzt und die Verdrahtung wird auf den üb­ rigen Reihen angeordnet. Daher haben die Abfrage-Verstärker und die Schieberegister für solche nichtbenutzten Transi­ storreihen keine Funktion bzw. Bedeutung.

Vorliegender Erfindung liegt als eine Aufgabe die Schaffung einer mit einer Fehlererfassungsschaltung versehenen hochin­ tegrierten Master-Slice-Schaltung mit verringerter Fläche zugrunde. Die Verringerung der Fläche der hochintegrierten Schaltung wird durch Bereitstellung von Abfrage- bzw. Lese-Ver­ stärkern und Schieberegistern lediglich für die tatsäch­ lich benutzten Transistorreihen erzielt, so daß nicht benö­ tigte Abfrage- bzw. Lese-Verstärker und Schieberegister ent­ fallen. Die Reduzierung der Fläche der hochintegrierten Schaltung führt zu einer Verringerung der Materialkosten und einer leichten bzw. einfachen Herstellung.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Verbesserung der Ausbeutungsrate von hochintegrierten Schal­ tungen durch Verringerung der Produktion von nicht akzeptab­ len Produkten. Die Rate der Herstellung von zurückzuweisen­ den bzw. nicht akzeptablen hochintegrierten Schaltungen wird als proportional zur Fläche der hochintegrierten Schaltungen angesehen. Dementsprechend führt die Reduzierung der Flächen der hochintegrierten Schaltungen zu einer Verringerung der Produktion von nicht akzeptablen hochintegrierten Schaltun­ gen oder zu einer Erhöhung der Ausbeutungsrate.

Eine weitere Zielsetzung vorliegender Erfindung besteht in der Bereitstellung einer mit Fehlererfassungsfähigkeit ver­ sehenen hochintegrierten Master-Slice-Schaltung, deren Her­ stellungskosten aufgrund der durch die Verringerung der Flä­ che der hochintegrierten Schaltung erzielten Verringerung der Materialkosten und Verbesserung der Ausbeutungsrate er­ heblich reduziert sind.

Gemäß vorliegender Erfindung sind Halbleiterbauelemente wie etwa Transistoren in Reihen auf der gesamten Fläche gepackt bzw. angeordnet und durch Elektroden eines Substrats umge­ ben. Jede zweite oder dritte Reihe der Halbleiterbauelemente wird zur Bereitstellung einer gewünschten Funktion einge­ setzt und eine Verdrahtung auf den nicht benutzten Reihen angeordnet, um gewünschte der benutzten Halbleiterbauelement­ reihen miteinander zu verbinden oder die Reihen mit Elek­ troden zu verbinden. In einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel sind ein Satz von Abfrage- bzw. Lese-Verstärkern zum Erfassen eines Fehlerprüfsignals für entsprechende Halblei­ terbauelemente und ein Schieberegister zum Erfassen der Po­ sition eines fehlerhaften Halbleiterbauelements für jede der benutzten Halbleiterbauelementreihen durch einige der Halb­ leiterbauelemente in dieser Reihe gebildet. Ein Decoder bzw. Dekodierer zum Verteilen bzw. Zuordnen eines Testsignals zu den Halbleiterbauelementreihen ist durch eine oder mehrere geeignete Reihen der gepackten bzw. ausgebildeten Halbleiterbauelemente, die nicht für jene besondere Funktion benutzt wird bzw. werden, gebildet.

Gemäß einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung ist ent­ weder nur der Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz oder nur das Schieberegister für jede benutzte Halbleiterbauelementreihe durch einen Teil der Halbleiterbauelemente in jener Reihe gebildet, während der bzw. das andere durch eine nicht be­ nutzte Halbleiterbauelementreihe gebildet ist.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal vorliegender Erfindung sind sowohl der Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz als auch das Schieberegister für jede der benutzten Halbleiterbauele­ mentreihen durch unbenutzte Halbleiterbauelementreihen ge­ bildet.

Erfindungsgemäß sind Halbleiterbauelemente in Reihen in der gesamten Fläche eines Substrats mit Ausnahme derjenigen Flä­ che, in der Elektroden angeordnet sind, ausgebildet, und jede zweite oder dritte Reihe der Halbleiterbauelemente wird zur Bereitstellung einer beabsichtigten LSI-Funktion be­ nutzt. Ein Abfrage-Verstärkersatz, ein Schieberegister und ein Decoder zur Verwendung beim Testen von Halbleiterbauele­ menten sind lediglich für diejenigen Halbleiterbauelemen­ treihen vorgesehen, die tatsächlich benutzt werden. Damit beträgt die für die Testanordnung benötigte Fläche des Sub­ strats lediglich die Hälfte oder ein Drittel der Fläche, die von einer herkömmlichen, für alle Halbleiterbauelemente vor­ gesehenen Testanordnung benötigt wird.

Folglich erfordert die erfindungsgemäße Testanordnung im Vergleich zu einer herkömmlichen hochintegrierten Master-Slice-Schal­ tung mit einer Testanordnung, die eine Fläche von ungefähr 20% oder mehr der Halbleiterbauelement-Packungsflä­ che belegt, lediglich ungefähr 10-17%, so daß die Größe des Halbleitersubstrats entsprechend verringert werden kann. Dies ermöglicht eine Verbesserung in der Ausbeutungsrate und eine Verringerung der Materialkosten, was zu einer Verringe­ rung der Herstellungskosten der hochintegrierten Schaltungen führt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche hochintegrierte Master-Slice-Schal­ tung mit einer Fehlererfassungsschaltung, bei der ein Abfrage-Verstärkersatz, ein Schieberegister, ein Decoder und eine Teststeuerschaltung außerhalb des Bereichs, in dem die Transistoren in Reihen angeordnet sind, vorgesehen sind,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hochintegrierten Master-Slice-Schaltung mit Fehlererfas­ sungsschaltung, bei der Transistoren in Reihen ausgebildet sind, ein Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz und ein Schiebe­ register durch Transistoren in jeder der für einen besonde­ ren beabsichtigten Zweck benutzten Reihen gebildet sind und ein Decoder bzw. Dekodierer durch eine nicht für den beab­ sichtigten Zweck benutzte Transistorreihe gebildet ist,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, bei der ein Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz für jede für einen bestimmten Zweck benutzte Transistorreihe durch Transistoren in dieser Transistorreihe gebildet ist, während ein Schieberegister für jene Transistorreihe in ei­ ner benachbarten nicht benutzten Transistorreihe und ein De­ coder bzw. Dekodierer in einer weiteren nicht benutzten Transistorreihe gebildet sind, und

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel vorliegender Er­ findung, bei der Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätze, Schie­ beregister und ein Decoder bzw. Dekodierer in nicht für einen beabsichtigten Zweck benutzten Transistorreihen gebil­ det sind.

Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Substrat 100 für eine hochin­ tegrierte Schaltung (LSI), das Reihen von Transistoren 11, 12, 13, .., 22, die in einer durch Anschlüsse 2 umgebenen Fläche gepackt bzw. angeordnet oder ausgebildet sind, sowie einen Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz 3, ein Schieberegi­ ster 4, einen Decoder bzw. Dekodierer 5 und eine Teststeuer­ schaltung 6 aufweist. Bei dem dargestellten Beispiel sind die tatsächlich zur Erzielung einer gewünschten Funktion eingesetzten Transistorreihen lediglich die Reihen 12, 15, 18 und 21, die durch Rechtecke 121, 151, 181 und 211 umgeben sind, während die übrigen Reihen 11, 13, 14, 16, 17, 19, 20 und 22 nicht benutzt werden. Der durch die nicht benutzten Transistorreihen belegte Platz wird zur Anordnung einer Ver­ drahtung für die Verbindung zwischen den benutzten Transi­ storreihen 12, 15, 18 und 21, dem Lese- bzw. Abfrage-Ver­ stärkersatz 3, dem Schieberegister 4 und dem Decoder 5 benutzt.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung gezeigt. Entlang der Peripherie der Oberfläche eines Sub­ strats 1 sind Elektroden 2 angeordnet, während Reihen 11, 12, 13..., 25 aus einer Anzahl von Halbleiterbauelementen in einer durch die Elektroden 2 umgebenen Packungsfläche 10 ge­ packt bzw. untergebracht sind. Jedes Halbleiterbauelement ist in den Zeichnungen als ein kleines vertikal gelängtes Rechteck gezeigt. Falls beispielsweise CMOS-Transistoren eingesetzt werden, arbeitet ein Paar, das p-Kanal- und n-Ka­ nal-Transistoren enthält, als ein Einheits-Bauelement. Übli­ cherweise enthält jede Reihe mehrere tausende von Halblei­ terbauelementen und es sind mehrere zehn solcher Halbleiter­ bauelement-Reihen auf dem Substrat angeordnet.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Bauelementreihen 12, 15, 18 und 24 zur Bereitstellung einer gewünschten hochintegrierten Schaltung mit beabsichtigter Funktion eingesetzt, wobei die notwendige, nicht gezeigte Verdrahtung vorhanden ist. Ein Teil der Verdrahtung läuft über die nicht benutzten Halbleiterbauelementreihen 11, 13, 14, 16, 17, 19, 20, 23 und 25.

Halbleiterbauelemente, die in Abschnitten 121, 151, 181 und 241 der jeweiligen benutzten Halbleiterbauelementreihen 12, 15, 18 und 24 angeordnet sind, werden zur Erzielung der be­ absichtigten Funktion der hochintegrierten Schaltung einge­ setzt. Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätze 122, 152, 182 und 242 für die Halbleiterbauelemente in den jeweiligen Ab­ schnitten 121, 151, 181 und 241 sowie Schieberegister 123, 153, 183 und 243 für die Halbleiterbauelemente in den jewei­ ligen Abschnitten 121, 151, 181 und 241 sind durch nicht bei der Erzielung der beabsichtigten Funktion eingesetzte Halb­ leiterbauelemente in denselben Reihen wie die jeweiligen Ab­ schnitte gebildet. Ein Decoder 214 ist durch Halbleiterbau­ elemente in der Reihe 21, die nicht zur Erzielung der beab­ sichtigten Funktion eingesetzt wird, gebildet.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel enthalten die Reihen von Halbleiterbauelementen 12, 15, 18 und 24 je­ weilige Abschnitte 121, 151, 181 und 241, die zum be­ absichtigten Zweck der Erzielung einer gewünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung eingesetzte Halbleiterbauele­ mente enthalten, und jeweilige Lese- bzw. Abfrage-Verstär­ kersätze 122, 152, 182 und 242 für die Halbleiterbauelemente in den jeweiligen zugeordneten Abschnitten. Schieberegister 123, 153, 183 und 243 für die jeweiligen Abschnitte 121, 151, 181 und 241 sind durch Halbleiterbauelemente in Reihen 13, 16, 19 bzw. 23 gebildet, die nicht zur Erzielung der gewünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung benutzt werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung, bei dem Reihen 12, 15, 18 und 24 aus Halbleiter­ bauelementen lediglich Abschnitte 121, 151, 181 bzw. 241 aufweisen, die zur Erzielung einer gewünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung herangezogene Halbleiterbauele­ mente enthalten. Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätze 122, 152, 182 und 242 für die entsprechenden Abschnitte 121, 151, 181 und 241 sind durch Halbleiterbauelemente in Reihen bzw. Zeilen 13, 16, 19 bzw. 23 gebildet, die nicht zur Erzielung der gewünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung ein­ gesetzt werden. Schieberegister 123, 153, 183 und 243 für die jeweiligen Abschnitte 121, 151, 181 und 241 sind durch Halbleiterbauelemente in Reihen 14, 17, 20 bzw. 22 gebildet, die nicht zur Erzielung der gewünschten Funktion der hochin­ tegrierten Schaltung herangezogen werden.

Wie vorstehend im Detail beschrieben, wird erfindungsgemäß eine verbesserte hochintegrierte Master-Slice-Schaltung mit einer Anzahl von in einem Substrat angeordneten Halbleiter­ bauelementreihen bereitgestellt, bei der Testschaltungen einschließlich Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätzen, Schiebe­ registern und eines Decoders lediglich für diejenigen Halb­ leiterbauelementreihen angeordnet sind, die zur Erzielung einer gewünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung benutzt werden, wobei die Testschaltungen durch Verwendung von Teilen der Halbleiterbauelementreihen gebildet werden. Dementsprechend besteht kein Notwendigkeit zur Aussparung einer Fläche für die Testschaltungen, so daß die Größe der hochintegrierten Schaltung reduziert werden kann, woraus eine Verringerung der Herstellungskosten resultiert.

Zusammenfassend werden Schaltungen zum Erzielen einer ge­ wünschten Funktion einer hochintegrierten Master-Slice-Schal­ tung durch Teile von Reihen von Halbleiterbauelementen gebildet, die in Zeilen auf einem Substrat angeordnet sind. Eine Testschaltung zum Auffinden fehlerhafter Halbleiterbau­ elemente umfaßt Sätze von Abfrage-Verstärkern zum Auffinden von Fehlern in einem Halbleiterbauelement in der mit dem be­ treffenden Abfrage-Verstärkersatz verbundenen Reihe, Schie­ beregister zum Bestimmen der Position des fehlerhaften Bauelements in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des hiermit verknüpften Abfrage-Verstärkersatzes und einen Deko­ dierer. Die Testschaltung ist lediglich für die die Schal­ tungen bildenden Halbleiterbauelementreihen vorgesehen und durch einen Teil der in den Reihen angeordneten Halbleiter­ bauelemente gebildet.

Claims (6)

1. Hochintegrierte Master-Slice-Schaltung mit Fehler­ erfassungsschaltung, mit
Schaltungen (121, 151, 181, 241) zum Erzeugen einer ge­ wünschten Funktion der hochintegrierten Schaltung, die durch einen Teil einer Mehrzahl von Reihen (10 bis 25) von auf einem Substrat (1) angeordneten Halbleiterbau­ elementen gebildet sind,
einem auf dem Substrat (1) angeordneten Dekodierer (214) zum Aufteilen eines Testsignals auf die Halbleiterbau­ elementreihen,
Sätzen von auf dem Substrat angeordneten Lese- bzw. Ab­ frage-Verstärkern (122, 152, 182, 242) zum Erfassen ei­ nes einen Fehler eines Halbleiterbauelements in den Halbleiterbauelementreihen anzeigenden Signals, das als Reaktion auf das Testsignal erzeugt wird, und
auf dem Substrat (1) angeordneten Schieberegistern (123, 153, 183, 243) zum Bestimmen der Position des fehlerhaf­ ten Halbleiterbauelements in Abhängigkeit von Ausgangs­ signalen der Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätze, dadurch gekennzeichnet, daß die Lese- bzw. Abfrage-Ver­ stärkersätze (122, 152, 182, 242) und die Schieberegi­ ster (123, 153, 183, 243) lediglich für diejenigen Halbleiterbauelementreihen vorgesehen sind, die zur Bil­ dung der Schaltungen benutzt werden, und daß der Deko­ dierer (214), die Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersätze und die Schieberegister durch einen Teil der Reihen der ge­ packten bzw. ausgebildeten Halbleiterbauelemente gebil­ det sind.

2. Master-Slice-Schaltung nach Anspruch 1, bei der jeder Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz (122, 152, 182, 242) in der mit dem betreffenden Lese- bzw. Abfrage-Verstär­ kersatz verknüpften Halbleiterbauelementreihe angeordnet ist.

3. Master-Slice-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schieberegister (123, 153, 183, 243) in der mit dem betreffenden Schieberegister verknüpften Halbleiterbauelementreihe angeordnet ist.

4. Master-Slice-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz in einer nicht benutzten Halbleiterbauelementreihe benach­ bart zur oder nahe bei der mit dem jeweiligen Lese- bzw. Abfrage-Verstärkersatz verknüpften Halbleiterbauelement­ reihe angeordnet ist.

5. Master-Slice-Schaltung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schieberegister in einer Reihe unbenutzter Halbleiterbauelemente, die benachbart zur oder nahe bei der mit dem betreffenden Schieberegister verknüpften Halbleiterbauelementreihe liegen, angeordnet ist.

6. Master-Slice-Schaltung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekodierer (214) in einer Reihe von nicht zur Bildung der Schaltun­ gen eingesetzten Halbleiterbauelementen angeordnet ist.