JP2003344502A

JP2003344502A - 半導体集積回路及び、その故障解析方法

Info

Publication number: JP2003344502A
Application number: JP2002155917A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakamura; 博幸中村
Original assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Current assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP4234357B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内部状態を観察したい時点で動作を停止さ
せ、半導体集積回路の外部から該半導体集積回路の内部
状態を観察した後に、該動作停止を続行再開させること
ができるようにして、半導体集積回路の故障解析のテス
トパターン削減、及び故障解析能率向上を図ることがで
きる。【解決手段】スキャン・チェーンの信号入力に２つの
信号の内から１つを選択するシフト・フィードバック用
セレクタ２５を設け、該シフト・フィードバック用セレ
クタによって、当該半導体集積回路外部から入力する信
号、又は該スキャン・チェーンの出力信号を選択させ
る。又、フリップフロップが少ないスキャン・チェーン
にフリップフロップを追加して、スキャン・チェーン間
でフリップフロップ数が同一になるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
故障解析のテストパターン削減、及び故障解析能率向上
を図ることができる半導体集積回路及び、その故障解析
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路において所望の論理回路
が作り込まれているロジック部のテスト手法には、スキ
ャン方式が多く採用されている。

【０００３】図３は、従来からの一般的な、スキャン回
路を搭載した半導体集積回路内部の回路図である。図
中、符号ＳＥＮ、符号ＣＬＫなどが付された「□」記号
は、半導体集積回路の外部に対して信号を入力、あるい
は出力する端子である。

【０００４】このスキャン方式においては、半導体集積
回路のロジック部は機能毎にブロック化して回路を作り
込んでおき、ブロック間の信号毎にスキャン・フリップ
フロップを設ける。又、該スキャン・フリップフロップ
により構成されるスキャン・チェーンに取り込んだデー
タをシフトさせることで、半導体集積回路の内部信号を
外部からモニタする（シフトモード）。

【０００５】例えば図３では、論理回路部分１０〜１２
という３つのブロックがある。又、これらブロック間に
は、スキャン回路として、セレクタ２１と共にフリップ
フロップ２２が信号毎に設けられている。セレクタ２１
には、切替選択を制御するスキャン・イネーブル信号Ｓ
ＥＮが入力されている。

【０００６】半導体集積回路を通常動作させる場合は、
スキャン・イネーブル信号ＳＥＮを「０（Ｌ状態）」
（通常動作モード）にして、クロック信号ＣＬＫを叩
く。

【０００７】これに対して、スキャン方式により、半導
体集積回路の内部状態をモニタする場合は、スキャン・
イネーブル信号ＳＥＮを「１（Ｈ状態）」にして、クロ
ック信号ＣＬＫを叩く毎に、スキャン・フリップフロッ
プに保持されている、内部回路から取り込んだデータを
シフトさせることができ、該データは、シフト毎に、出
力端子ＳＯＵＴ１やＳＯＵＴ２から半導体集積回路の外
部で観測できる。又、該シフトの過程において、入力端
子ＳＩＮ１やＳＩＮ２により半導体集積回路の外部から
入力されたデータをスキャン・フリップフロップ間でシ
フトさせ、このようにしてスキャン・フリップフロップ
に保持するデータを外部から設定できるようになってい
る。

【０００８】なお、スキャン方式により、半導体集積回
路内部の個々のブロックの動作をテストする際に、半導
体集積回路の外部から入力するパターンを、スキャン・
パターンと呼ぶこととする。又、スキャン・パターン以
外のテストパターンを、ファンクション・パターンと呼
ぶこととする。

【０００９】テストによる期待値不一致などで故障あり
とされた後の、その故障箇所を見出す故障解析に際し
て、半導体集積回路の動作状態を通常の出力信号のみに
よって観測している場合、該出力信号に異常があって
も、該異常が内部のどの部分の動作不良によるものか、
推定することは困難である。例えば図３において出力信
号ＯＵＴ１に異常があっても、論理回路部分１０〜１２
のどの部分に動作不良があるのか、推定することは大抵
不可能である。

【００１０】これに対して、故障解析にスキャンパス方
式を採用すると、論理回路部分１０〜１２のそれぞれの
信号入出力状態を半導体集積回路の外部から観測するこ
とができるので、これら論理回路部分１０〜１２のどの
部分に動作不良があるのか、推定することが可能であ
る。

【００１１】例えば、あるファンクション・パターンを
図３の半導体集積回路に外部から入力する過程で、該半
導体集積回路に動作不良（故障）が見出され、該動作不
良の内部箇所を見出すために、故障解析を行うものとす
る。図２の（ａ）から（ｅ）は従来の故障解析の動作を
示すタイムチャートである。該ファンクション・パター
ンは、図２においては最上段に示す「ファンクション・
パターンａ」であり、これは例えば７０００ｎＳの時間
長であるものとする。該「ファンクション・パターン
ａ」は、スキャンパス方式に専用のパターンではなく、
他の目的にも用いられるものである。又、該「ファンク
ション・パターンａ」を入力していく過程で、０ｎＳ
（スタート時）から２０００ｎＳ経過時点、２０１０ｎ
Ｓ経過時点、２０２０ｎＳ経過時点において、故障によ
って動作不良が発生していると推定されるものとする。

【００１２】このような故障解析では、半導体集積回路
の内部状態を、これら２０００ｎＳ経過時点、２０１０
ｎＳ経過時点、２０２０ｎＳ経過時点のそれぞれにおい
て、半導体集積回路の内部状態を外部から観測する。
又、これらそれぞれの時点で観測するために、図２に示
すような「ファンクション・パターンｂ」〜「ファンク
ション・パターンｄ」を用いる。

【００１３】まず、「ファンクション・パターンｂ」の
斜線部分は、「ファンクション・パターンａ」における
０ｎＳ（スタート時）から２０００ｎＳ経過後までのパ
ターンと同じである。次に、「ファンクション・パター
ンｃ」の斜線部分は、「ファンクション・パターンａ」
における０ｎＳ（スタート時）から２０１０ｎＳ経過後
までのパターンと同じである。又、「ファンクション・
パターンｄ」の斜線部分は、「ファンクション・パター
ンａ」における０ｎＳ（スタート時）から２０２０ｎＳ
経過後までのパターンと同じである。つまり、いずれの
斜線部分においても、その冒頭部には、「ファンクショ
ン・パターンａ」における０ｎＳ（スタート時）から２
０００ｎＳ経過後までのパターンと同じパターンが存在
する。又、符号Ｐ１が付された部分は、互いに同じもの
であり、スキャン・チェーンに保持されている半導体集
積回路の内部状態を、シフトさせながら外部に読み出し
観測したり、スキャン・チェーンに保持されるデータを
外部から設定したりするための動作である。

【００１４】例えば、図３においての故障解析にスキャ
ンパス方式を採用し、論理回路部分１０が出力し、符号
Ｆ０４のフリップフロップ２２に保持された信号に異常
があった場合は、図中において論理回路部分１０の一点
鎖線で示される範囲に異常があったものと推定される。
又、論理回路部分１０が出力し、符号Ｆ０５のフリップ
フロップ２２に保持された信号に異常があった場合は、
図中において論理回路部分１０の二点鎖線で示される範
囲に異常があったものと推定される。更に、論理回路部
分１０が出力する、符号Ｆ０４のフリップフロップ２２
に保持された信号と、符号Ｆ０５のフリップフロップ２
２に保持された信号とに異常があった場合は、図中右上
がり斜線領域の回路に異常があったものと推定される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、故障解
析にスキャンパス方式を用いる場合にも問題がある。即
ち、故障解析では、故障によって動作不良が発生してい
ると推定される複数の時点において、スキャン・イネー
ブル信号ＳＥＮを「１」にして半導体集積回路の外部か
らクロック信号ＣＬＫを順次入力し、論理回路部分１０
〜１２のそれぞれの動作状態を半導体集積回路の外部か
ら観測する。これらそれぞれの時点を観測する際には、
個々の時点の観測毎に、半導体集積回路の初期状態から
毎回再現する必要があり、再現した動作状態をスキャン
・チェーンにおいてシフトさせ出力信号ＳＯＵＴ１やＳ
ＯＵＴ２として外部から観測する。例えば、図２におい
て、０ｎＳ（スタート時）から２０００ｎＳ経過後の時
点、２０１０ｎＳ経過後の時点、２０２０ｎＳ経過後の
時点それぞれを観測するために、毎回半導体集積回路の
内部状態を初期化してから、「ファンクション・パター
ンｂ」〜「ファンクション・パターンｄ」のそれぞれを
行う必要があった。

【００１６】なぜなら、図２において、符号Ｐ１の部分
で、半導体集積回路の内部状態をシフトさせ観測する
と、観測後のスキャン・チェーンに保持されている論理
状態は、観測直前のものとは異なる。このため、観測後
は観測直前の動作が継続できず、希望する時点の観測毎
に、半導体集積回路の動作状態を初期状態から毎回再現
する必要があるからである。

【００１７】なお、スキャンパス方式において、スキャ
ン・チェーンをシフトさせて内部状態を観測する際に
は、該シフト直前のスキャン・チェーンの内容を予めシ
ミュレーションなどで把握し、テスタメモリなどに保存
しておく。そうして、内部状態観測後には、該保存に基
づいて、例えば図１の半導体集積回路外部からの入力信
号ＳＩＮ１や入力信号ＳＩＮ２などを入力して、スキャ
ン・チェーンを上記シフト直前の内容に再現することも
考えられる。しかしながら、このようにすると、シミュ
レーションをする必要があったり、テスタメモリが必要
になったりするなどの問題がある。従って、半導体集積
回路の不良箇所はチップ毎に異なるなど、内部状態を観
測したいタイミングは多様になるので、このようなシミ
ュレーションを毎回行ったり、テスタメモリの容量が増
大したりするなどの問題がある。

【００１８】更に、以上の説明のように、「ファンクシ
ョン・パターンｂ」〜「ファンクション・パターンｄ」
のそれぞれを順次行うと、図２において符号ｅで示され
る「パターンの総合時間」に示されるようになる。この
ように、従来は故障解析に長時間要するという問題もあ
る。

【００１９】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、内部状態を観察したい時点で、半導
体集積回路を通常動作モードからシフトモードに切り替
え、該半導体集積回路の外部から該半導体集積回路の内
部状態を観察した後に、シフトモードから通常動作モー
ドに切り替え、該動作停止させていた内部動作を続行再
開させることができるようにして、半導体集積回路の故
障解析のパターン削減、及び故障解析能率向上を図るこ
とができる半導体集積回路及び、その故障解析方法を提
供することを目的とする。

【００２０】なお、ここで半導体集積回路の内部状態は
スキャン・フリップフロップの保持するデータがシフト
により変わることにより変動するため一定しないが、内
部状態を観測終了後に元の状態に戻ることを動作停止と
いう。

【００２１】

【課題を解決するための手段】まず、本願の第１発明の
半導体集積回路は、複数のスキャン・フリップフロップ
を接続して構成されたスキャン・チェーンを備える半導
体集積回路において、該スキャン・チェーンの信号入力
に、シフト・フィードバック用セレクタを設け、当該半
導体集積回路外部から入力する信号、又は、該スキャン
・チェーンの出力信号を、選択させるように構成したこ
とにより、前記課題を解決したものである。

【００２２】又、前記半導体集積回路において、複数の
前記スキャン・チェーンを有すると共に、該スキャン・
チェーン間でフリップフロップの数が異なる場合は、フ
リップフロップが少ないスキャン・チェーンにフリップ
フロップを追加して、スキャン・チェーン間でフリップ
フロップ数が同一になるようにしたことにより、すべて
のスキャン・チェーンにおいて保持している論理状態を
読み出した後には、保持している論理状態を初期状態
に、同時に復元することができる。

【００２３】次に、本願の第２発明の半導体集積回路の
故障解析方法は、上述の半導体集積回路を故障解析対象
とし、当該半導体集積回路を通常動作モードからシフト
モードに切り替え、前記シフト・フィードバック用セレ
クタに前記スキャン・チェーンの出力信号を選択させ
て、クロック信号を順次入力しながら当該半導体集積回
路の外部に前記スキャン・フリップフロップのデータを
読み出し、該スキャン・チェーンのフリップフロップの
数だけ、前記クロック信号を入力した後、シフトモード
から通常動作モードに切り替え、動作を続行するように
したことにより、前記課題を解決したものである。

【００２４】以下、本発明の作用について、簡単に説明
する。

【００２５】本発明は、シフト・フィードバック用セレ
クタによって、前記スキャン・チェーンの出力信号を選
択すると、該スキャン・チェーンは、リング・カウンタ
のように構成される。即ち、該選択とした状態でクロッ
ク信号を順次入力すると、該スキャン・チェーンの出力
信号は、該スキャン・チェーンの入力信号として入力さ
れ、フィードバックされる。従って、スキャン・チェー
ンにおいてデータが順次シフトしながら一巡し、個々の
スキャン・フリップフロップに保持されているデータ
は、該一巡後には該一巡前の初期状態に復帰する。

【００２６】従って、本発明によれば、当該半導体集積
回路の内部動作を停止させてから、上述のようにスキャ
ン・チェーンにおいてデータを順次シフトしながら一巡
させると、これらのすべてのデータは当該半導体集積回
路の外部から観測できる。又、該一巡後には保持されて
いるデータは初期状態に復帰するので、この後は、上記
の停止の内部動作を続行することができる。

【００２７】このように本発明によれば、内部状態を観
察したい時点で、半導体集積回路の故障解析観測対象の
内部動作を停止させておいて、該半導体集積回路の外部
から該半導体集積回路の内部状態を観察した後に、該動
作停止させていた内部動作を続行再開させることができ
るようにして、半導体集積回路の故障解析のパターン削
減、及び故障解析能率向上を図ることができる。

【００２８】なお、本発明において、スキャン・チェー
ンにおいてデータを順次シフトしながら観測する半導体
集積回路の内部状態は、スキャン・パターンによって動
作させた後の状態であってもよく、ファンクション・パ
ターンによって動作させた後の状態であってもよく、該
内部状態がどのようにして得られたものであるか本発明
は具体的に限定するものではない。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。

【００３０】図１は、本発明が適用された実施形態の半
導体集積回路に作り込まれているロジック部の回路図で
ある。

【００３１】本実施形態の構成は、本発明を適用して、
スキャンパス方式の故障解析に用いるスキャン・チェー
ンの信号入力に、本発明のシフト・フィードバック用セ
レクタを設けている。該シフト・フィードバック用セレ
クタは、２つの信号の内から１つを選択するセレクタで
あり、当該半導体集積回路外部から入力する信号、又は
スキャン・チェーンの出力信号を選択する。

【００３２】ここで、スキャン・チェーンをシフトさせ
て内部状態を観測する場合、半導体集積回路から入力す
る外部選択信号ＳＥＬを“１”（Ｈ状態）にする。この
場合、スキャン・チェーンはあたかもリング・カウンタ
のように構成され、クロック信号ＣＬＫを順次入力する
と、スキャン・チェーンの出力信号は、該スキャン・チ
ェーンの入力信号として入力され、フィードバックされ
る。

【００３３】本実施形態では、フリップフロップ２２に
よって構成される複数のスキャン・チェーンは、本来ス
キャン・チェーン間でフリップフロップの数が異なって
いる。このため、フリップフロップ２２の数が少ないス
キャン・チェーンにフリップフロップ２７を追加して、
これによって、スキャン・チェーン間でフリップフロッ
プ数が同一になるようにしている。

【００３４】図１においては、フリップフロップ数が同
一になるように、前述の図３に対して、符号Ｆ１１及び
符号Ｆ１２で示される２つのフリップフロップ２７を設
けている。これらフリップフロップ２７を設けることに
よって、論理回路部分１０及び１１の間において受け渡
している信号を保持するフリップフロップ２２の個数６
個と、論理回路部分１１及び１２の間において受け渡し
ている信号を保持するフリップフロップ２２及び２７の
個数（４＋２＝６）個とが等しくなっている。

【００３５】以上のように、スキャン・チェーンをシフ
トさせて内部状態を観測する場合には、外部選択信号Ｓ
ＥＬを“１”（Ｈ状態）にすることで、いずれのスキャ
ン・チェーンにおいても、その出力信号はその入力信号
としてフィードバックされ、かつ、これらスキャン・チ
ェーンが有するフリップフロップの数が相互に同一で、
いずれもシフト段数は等しい（６段）。このため、外部
選択信号ＳＥＬを“１”（Ｈ状態）にして、クロック信
号ＣＬＫを順次入力しながらスキャン・チェーンを６回
シフトさせると、いずれのスキャン・チェーンにおいて
も、すべてのフリップフロップ２２や２７に保持される
状態を出力端子ＳＯＵＴ１やＳＯＵＴ２から観察するこ
とができる。

【００３６】又、シフトの際にスキャン・チェーンの出
力信号はその入力信号としてフィードバックされるの
で、シフト段数に等しい回数のシフトによる内部状態観
測の後には、スキャン・チェーンに保持されている状態
は、これらシフト前の状態に再び復帰し、本実施形態で
は、６回シフトの後には、スキャン・チェーンに保持さ
れている状態は、該６回シフト前の状態に再び復帰す
る。このため該６回シフトの後に、論理回路部分１０〜
１２のそれぞれの動作状態を含め、該６回シフトの際に
中断していた本実施形態の半導体集積回路の動作を再開
させることも可能である。

【００３７】例えば、図２の「ファンクション・パター
ンａ」における、０ｎＳ（スタート時）から２０００ｎ
Ｓ経過後の時点、２０１０ｎＳ経過後の時点、２０２０
ｎＳ経過後の時点のそれぞれで、スキャン・チェーンに
保持されている、半導体集積回路の内部状態を表すデー
タをシフトさせながら外部に読み出し観測する場合を考
える。この場合は、本実施形態は、図２（ｆ）に示す
「実施形態のパターン（以下、ファンクション・パター
ンｆと呼ぶ）」として示されるパターンでテストを行
う。

【００３８】まず、２０００ｎＳの時点における内部状
態観察では、「ファンクション・パターンｆ」において
時刻ｔａからｔｂまでの、「ファンクション・パターン
ａ」の０ｎＳから２０００ｎＳまでと同じファンクショ
ン・パターンを入力する。そうしてから、時刻ｔｂから
ｔｃまでは、符号Ｐ１で示されるように、スキャン・チ
ェーンに保持されている半導体集積回路の内部状態をシ
フトさせ、外部に読み出して観測する。該シフト後には
スキャン・チェーンに保持されている状態は、該シフト
前に復帰している。

【００３９】このように復帰しているため、半導体集積
回路やスキャン・チェーンを初期化する必要なく上記の
観測に続いて、２０１０ｎＳの時点における内部状態観
察を続行することができ、該内部状態観測では、「ファ
ンクション・パターンｆ」において時刻ｔｃから１０ｎ
Ｓまでの、「ファンクション・パターンａ」の２０００
ｎＳから２０１０ｎＳまでのパターンと同じファンクシ
ョン・パターンを入力する。そうしてから、符号Ｐ１で
示されるように、スキャン・チェーンに保持されている
半導体集積回路の内部状態をシフトさせ、外部に読み出
して観測する。該シフト観測後にはスキャン・チェーン
に保持されている状態は、該シフト前に復帰している。

【００４０】該観測に続いて、「ファンクション・パタ
ーンｆ」の時刻ｔｄから１０ｎＳのパターンは、「ファ
ンクション・パターンａ」の２０１０ｎＳから２０２０
ｎＳまでのパターンと同じファンクション・パターンを
入力する。そうしてから、符号Ｐ１で示されるように、
スキャン・チェーンに保持されている半導体集積回路の
内部状態をシフトさせ、外部に読み出して観測する。

【００４１】本実施形態では前述のように、内部状態を
観察したい時点での、故障解析観測対象の動作の停止、
該半導体集積回路外部からの内部状態観察、該観察後の
動作停止させていた動作の続行再開が可能である。これ
により、２０００ｎＳの時点、２０１０ｎＳの時点、及
び２０２０ｎＳの時点という、３つの時点における内部
状態観察が、時刻ｔａで開始する上述のような１つの
「ファンクション・パターンｆ」のそれぞれ時刻ｔｂ、
ｔｃ、ｔｄにおいて可能であり、半導体集積回路の故障
解析のテストパターン削減、及び故障解析能率向上を図
ることができる。

【００４２】又、「ファンクション・パターンｆ」と、
前述した従来の符号ｅで示される「パターンの総合時
間」とを比較して明らかのように、本実施形態によれ
ば、故障解析時間を短縮することが可能になる。

【００４３】以上のように、本実施形態では本発明を効
果的に適用することが可能になる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、半導体集積回路の故障
解析のテストパターン削減、及び故障解析能率向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された実施形態の半導体集積回路
に作り込まれているロジック部の回路図

【図２】上記実施形態の故障解析及びこれに比較する従
来例の動作を示すタイムチャート

【図３】従来からの一般的な、スキャンパス方式で故障
解析する半導体集積回路内部のロジック部の回路図

【符号の説明】

１０〜１２…論理回路部分２１…セレクタ２２…フリップフロップ２５…シフト・フィードバック用セレクタＳＥＮ…スキャン・イネーブル信号ＣＬＫ…クロック信号ＳＩＮ１、ＳＩＮ２…半導体集積回路外部からの入力信
号ＳＯＵＴ１、ＳＯＵＴ２…半導体集積回路外部への出力
信号ＳＥＬ…外部選択信号（本発明動作実施用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G132 AA01 AB01 AC03 AC14 AD06 AG00 AG08 AH07 AK07 AK09 AK11 AK14 AK15 AK23 AK24 AL09 4M106 AA01 AA02 AA04 AC01 BA01 5F038 DF16 DT06 DT15 DT17 DT18 EZ20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスキャン・フリップフロップを接続
して構成されたスキャン・チェーンを備える半導体集積
回路において、該スキャン・チェーンの信号入力に、シフト・フィード
バック用セレクタを設け、当該半導体集積回路外部から入力する信号、又は、該ス
キャン・チェーンの出力信号を、選択させるように構成
したことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】請求項１に記載の半導体集積回路におい
て、複数の前記スキャン・チェーンを有すると共に、該スキャン・チェーン間でフリップフロップの数が異な
る場合は、フリップフロップが少ないスキャン・チェー
ンにフリップフロップを追加して、スキャン・チェーン
間でフリップフロップ数が同一になるようにしたことを
特徴とする半導体集積回路。
【請求項３】請求項２に記載の半導体集積回路を故障解
析対象とし、当該半導体集積回路を通常動作モードからシフトモード
に切り替え、前記シフト・フィードバック用セレクタに
前記スキャン・チェーンの出力信号を選択させて、クロ
ック信号を順次入力しながら当該半導体集積回路の外部
に前記スキャン・フリップフロップのデータを読み出
し、該スキャン・チェーンのフリップフロップの数だけ、前
記クロック信号を入力した後、シフトモードから通常動
作モードに切り替え、動作を続行するようにしたことを
特徴とする半導体集積回路の故障解析方法。