JP2007263790A - 半導体集積回路装置、及び、遅延故障試験方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、遅延故障検出率を低下させずに遅延故障試験する遅延故障試験回路及び方法を提供する。
【解決手段】半導体集積回路装置は、複数のフリップフロップ(11〜17)のうちの第1フリップフロップ(13)及び第2フリップフロップ(17)と、制御回路(36〜39)とを具備する。複数のフリップフロップ(11〜17)は、スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する。第1フリップフロップ(13)は、第1選択制御信号に基づいて出力を固定する。第2フリップフロップ(17)は、第2選択制御信号に基づいて出力を固定する。制御回路(36〜39)は、第1フリップフロップ(13)が出力を固定する期間と、第2フリップフロップ(17)が出力を固定する期間が重複しないように第1選択制御信号と第2選択制御信号とを生成する。
【選択図】図6
【解決手段】半導体集積回路装置は、複数のフリップフロップ(11〜17)のうちの第1フリップフロップ(13)及び第2フリップフロップ(17)と、制御回路(36〜39)とを具備する。複数のフリップフロップ(11〜17)は、スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する。第1フリップフロップ(13)は、第1選択制御信号に基づいて出力を固定する。第2フリップフロップ(17)は、第2選択制御信号に基づいて出力を固定する。制御回路(36〜39)は、第1フリップフロップ(13)が出力を固定する期間と、第2フリップフロップ(17)が出力を固定する期間が重複しないように第1選択制御信号と第2選択制御信号とを生成する。
【選択図】図6
Description
本発明は、半導体集積回路装置に関し、特に、半導体集積回路装置に内蔵されるスキャンパステスト回路及びスキャンパステスト回路を使用した遅延故障試験方法に関する。
近年、システムLSI(Large Scale Integrated circuit)の大規模化・高速化が進み、また、これを支えるLSI製造プロセスの微細化による製造欠陥の複雑化も相まって、遅延故障によるLSIの動作不良問題が顕在化してきた。このため、システムLSIの遅延故障試験の重要性が高まっている。遅延故障試験の回路的な実現手法としていくつかの方法があるが、スキャンパステスト回路を使用した遅延故障試験が広く用いられている。
遅延故障の故障モデルとして、一般に知られ用いられているものとして伝播遅延故障(Transition Delay Fault)と経路遅延故障(Path Delay Fault)がある。伝播遅延故障は、あるひとつのゲートの遅延時間が遅くなると仮定し、故障をゲートの入出力端子に起因すると仮定するものである。経路遅延故障は、あるひとつの経路に沿った遅延時間が遅くなると仮定し、故障をパス経路そのものに起因すると仮定するものである。伝播遅延故障モデルは、高い網羅性を有する試験が可能であり、経路遅延故障モデルは、精度の高いクリチカルパスの試験が可能である、という利点がそれぞれある。それぞれの故障モデルに対応したテストパタンは、ATPG(Automatic Test Pattern Generation)技術によりソフトウエアにより生成処理される。
また、現実のシステムLSIの内部ロジックには、フリップフロップ間の遅延時間が1クロックサイクルに収まる必要の無いフォールスパスやマルチサイクルパスと呼ばれるタイミング例外パスが存在する。タイミング例外パスにおいて、半導体チップのレイアウト設計後のフリップフロップ間の遅延は、実際に1クロックサイクルに収まっていない場合が通常である。遅延故障試験において、これらのタイミング例外パスは、試験時に除外される必要がある。
スキャンパス回路を使用した遅延故障試験の方法は、例えば、特公昭52−28613号公報に開示されている。図1に、この従来技術例による遅延故障試験を行う回路例の回路図が示される。この遅延故障試験回路は、スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17、組み合せ回路10、NAND回路31〜33、NOR回路34を備える。スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17は、以下フリップフロップ11〜17とも表記する。
フリップフロップ11〜17のそれぞれは、クロック端子CKにクロック信号CLK、スキャンシフト制御端子SCにスキャンシフト制御信号SSCが供給されている。スキャンパス試験時、フリップフロップ11〜17は、スキャンパスを形成し、スキャンイン端子DTに前段の出力端子Qが接続される。即ち、フリップフロップ11のスキャンイン端子DTに外部からスキャンイン信号SIが入力され、出力端子Qは、次段のフリップフロップ12のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ12の出力端子Qは、フリップフロップ13のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ13の出力端子Qは、フリップフロップ14のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ14の出力端子Qは、フリップフロップ15のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ15の出力端子Qは、フリップフロップ16のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ16の出力端子Qは、フリップフロップ17のスキャンイン端子DTに接続される。
フリップフロップ11、12、14〜16のデータ入力端子Dには組み合せ回路10から入力信号が供給される。NAND回路31の2つの入力端子は、フリップフロップ11、12の出力端子Qに接続され、NAND回路31の出力端子は、フリップフロップ13のデータ入力端子Dに接続される。NAND回路32の2つの入力端子は、フリップフロップ13、14の出力端子Qに接続され、NAND回路32の出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NAND回路33の2つの入力端子は、フリップフロップ15、16の出力端子Qに接続され、NAND回路33の出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NOR回路34の出力端子は、フリップフロップ17のデータ入力端子Dに接続される。スキャンパス試験時、フリップフロップ17の出力端子Qから外部にスキャンアウト信号SOが出力される。
スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17は、図13(a)に示されるように、D型フリップフロップ101と選択回路102とを備える。選択回路102は、スキャンシフト制御端子SCに印加される信号に応答して、データ入力端子Dまたはスキャンイン端子DTに印加された信号を選択してD型フリップフロップ101に入力する。D型フリップフロップ101は、クロック端子CKに印加されるクロック信号の立ち上がりに同期してデータを取り込む。従って、スキャンシフト制御端子SCが“H”レベルのとき、スキャンイン端子DTの信号レベルを、“L”レベルのとき、データ入力端子Dの信号レベルを取り込んで設定する。
次に、図2、図3を参照して回路の動作を説明する。図2は、フリップフロップ11〜17に試験用データを設定する動作を示すタイミングチャートである。クロックサイクルC1においてスキャンシフト制御信号SSCが“H”になり(図2(b))、スキャンシフトが開始される。このとき、フリップフロップ11〜17は、シフトレジスタとして動作する。従って、クロックサイクルC2〜C8に設定されたデータがフリップフロップ11〜17に順次送られる。図2では、フリップフロップ13からフリップフロップ17に至るパスに対する遅延故障試験が想定される。シフトイン信号SIは、シリアルデータ“LHHHLLL”を含み(図2(c))、フリップフロップ11〜17は、それぞれ“L”“L”“L”“H”“H”“H”“L”に設定される(図2(d)〜(j))。
その後、図3に示されるように、遅延故障試験が行われる。図3は、時間軸が拡大されている。クロックサイクルC11が規定される遅延時間tdを示す。即ち、クロックサイクルC11の立ち上がりに同期して各フリップフロップの状態が変化し、クロックサイクルC12の立ち上がりまでに、組み合せ回路の演算結果を示す信号が各フリップフロップに到達することを確認する。このクロックサイクルC11の時間tdは、所望の試験規格になるように設定される(図3(a))。
クロックサイクルC9において、フリップフロップ11〜17は“L”“L”“L”“H”“H”“H”“L”を出力端子Qから出力するため、NAND回路31の出力は“H”、NAND回路32の出力は“H”、NAND回路33の出力は“L”になる(図3(h)(l)(q))。NOR回路34の出力は、“L”である(図3(r))。ここで、スキャンシフト制御信号SSCが“L”になり、フリップフロップ11〜17は、クロック信号CLKに同期してデータ入力端子Dに印加される信号を取り込んで保持する状態になる。
クロックサイクルC11において、クロック信号CLKの立ち上がりに同期して、フリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加される信号を取り込む。フリップフロップ11は組み合せ回路10から出力される“L”を、フリップフロップ12、14〜16は、組み合せ回路10から出力される“H”を取り込むが、クロックサイクルC9と同じレベルであり、出力信号は変化しない。NAND回路31は“H”レベルを出力しているため、フリップフロップ13は、“L”から“H”に変化する(図3(i))。これに伴って、NAND回路32の出力は、“H”から“L”に変化する(図3(l))。NAND回路32の出力が“L”になると、NOR回路34は、両入力が“L”になるため、“H”に変化する(図3(r))。
クロックサイクルC12において、スキャンシフト制御信号SSCが“L”であるから、フリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加される信号レベルを取り込む。即ち、遅延故障試験の結果が各フリップフロップに取り込まれる。フリップフロップ17は、NOR回路34が出力する“H”を取り込んで出力する。従って、フリップフロップ13からフリップフロップ17に至るパスは、クロックサイクルC11の期間tdにおいて信号レベルが変化したことが確認でき、規格を満足していることが判る。
クロックサイクルC13において、スキャンシフト制御信号SSCが“H”になり、フリップフロップ11〜17は、シフトレジスタを形成し、シフト動作をするようになる。クロックサイクルC14以降において、フリップフロップ11〜17に保持された状態はLSIの外部端子に読み出され、試験結果が判定される。
このように、遅延故障試験がなされるが、例えば、フリップフロップ13からNAND回路32に至るパスが非常に長い遅延時間を有する場合、図3に破線で示されるように、NAND回路32の出力の変化が遅れ(図3(l))、NOR回路34の出力の変化が遅れることになる(図3(r))。クロックサイクルC11の期間tdより遅れると、フリップフロップ17は、NOR回路34の出力の変化を取り込むことができず、遅延故障試験において、エラーとなる。
通常、回路中の組み合せ回路部分のパスの遅延は、1クロックサイクル以内に収めることが必要である。しかし、タイミング制約を緩和されたタイミング例外パスである場合、遅延は1クロックサイクルに制約されない。即ち、タイミング例外パスには、上記の遅延時間tdは適用されない。このフリップフロップ13からNAND回路32、NOR回路34を介してフリップフロップ17に至る経路が、タイミング例外パスである場合、図3に破線で示されるタイミングの信号が、正常動作であるにもかかわらず観測され、遅延故障が検出されることになる。
伝播遅延故障モデルを用いて遅延故障試験用のテストパタンを生成する場合、ATPGプログラムは、NAND回路32の遅延故障を検出するようにデータを生成し、NAND回路32がタイミング例外パスの経路上にあることは認識されない。このため、タイミング例外パスを経由するテストパタンが生成され、実LSIの遅延故障試験において故障が検出されるため、そのLSIは遅延故障試験をパスしないことになる。
生成されたテストパタンに対して、タイミング例外パスの影響を考慮してマスク処理を施すことも考えられるが、大規模なLSIのテストパタンにおいて、個別に検討することは現実的ではない。従って、この状態を回避するためには、ATPGプログラム実行時に、タイミング例外パスの終点フリップフロップであるフリップフロップ17の出力に対してマスクを設定して、テストパタンを生成することが必要となる。しかし、このマスク設定は、フリップフロップ17に到達するパスに対するマスク設定となるため、非タイミング例外パスであるフリップフロップ16からNAND回路33、NOR回路34を介し、フリップフロップ17に至るまでの経路の試験結果をマスクすることになる。従って、タイミング例外パスと終点フリップフロップを同じくする通常パス経路の遅延故障検出が行えず、伝播遅延故障モデルによる遅延故障検出率が低下する。
上記方法を改良した遅延故障試験の方法として、特開平11−219385号公報に開示された技術が知られている。図4に、この従来の技術による遅延故障試験回路例の回路図が示される。回路は、フリップフロップ11、12、17、18、23〜26、組み合せ回路10、NAND回路31〜33、NOR回路34を備える。この回路は、図1に示される回路とほぼ同じであるが、フリップフロップ13〜15が正転信号選択保持機能を有するスキャンパステスト機能付きフリップフロップ23〜25に、フリップフロップ16が反転信号保持機能を有するスキャンパステスト機能付きフリップフロップ26に置き換わり、フリップフロップ18が追加されている。
フリップフロップ11、12、23〜26、17、18のそれぞれは、クロック端子CKにクロック信号CLK、スキャンシフト制御端子SCにスキャンシフト制御信号SSCが供給されている。スキャンパス試験時、これらのフリップフロップはスキャンパスを形成し、スキャンイン端子DTに前段の出力端子Qが接続される。即ち、フリップフロップ11のスキャンイン端子DTに外部からスキャンイン信号SIが入力され、出力端子Qは、次段のフリップフロップ12のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ12の出力端子Qは、フリップフロップ23のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ23の出力端子Qは、フリップフロップ24のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ24の出力端子Qは、フリップフロップ25のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ25の出力端子Qは、フリップフロップ26のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ26の出力端子Qは、フリップフロップ17のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ17の出力端子Qは、フリップフロップ18のスキャンイン端子DTに接続される。
フリップフロップ11、12、24〜26のデータ入力端子Dには組み合せ回路10から入力信号が供給される。NAND回路31の2つの入力端子は、フリップフロップ11の出力端子Q、フリップフロップ12の出力端子Qに接続され、NAND回路31の出力端子は、フリップフロップ23のデータ入力端子Dに接続される。NAND回路32の2つの入力端子は、フリップフロップ23、24の出力端子Qに接続され、NAND回路32の出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NAND回路33の2つの入力端子は、フリップフロップ25、26の出力端子Qに接続され、NAND回路33出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NOR回路34の出力端子は、フリップフロップ17のデータ入力端子Dに接続される。スキャンパス試験時、フリップフロップ17の出力端子Qから外部にスキャンアウト信号SOが出力される。フリップフロップ18のデータ入力端子Dは、常時“L”レベルが入力され、出力端子Qは、フリップフロップ23〜25の正転信号選択保持制御端子HDと、フリップフロップ26の反転信号選択保持制御端子RVとに接続される。
フリップフロップ11、12、17、18は、先に説明されているように、図13(a)に内部構成が示される。正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ23〜25は、図13(b)に示されるように、D型フリップフロップ111と選択回路112、113とを備える。選択回路113は、正転信号選択保持制御端子HDに印加される信号に応答して、スキャンイン端子DTに印加される信号またはD型フリップフロップの出力信号を選択して選択回路112に出力する。選択回路112は、スキャンシフト制御端子SCに印加される信号に応答して、データ入力端子Dに印加される信号または試験用データを出力する選択回路113の出力信号を選択してD型フリップフロップ111に出力する。D型フリップフロップ111は、クロック端子CKに印加されるクロック信号の立ち上がりに同期してデータを取り込む。従って、正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップは、スキャンシフト制御端子SCが“L”レベルのとき、データ入力端子Dに印加される信号を、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ正転信号選択保持制御端子HDが“L”のとき、スキャンイン端子DTに印加される信号を、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ正転信号選択保持制御端子HDが“H”のとき、D型フリップフロップ111の出力信号を、クロック信号CKに同期して取り込む。即ち、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ正転信号選択保持制御端子HDが“H”のとき、正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップの出力は変化しない。
反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ26は、図13(c)に示されるように、D型フリップフロップ121と選択回路122、123とインバータ回路124とを備える。選択回路123は、反転信号選択保持制御端子RVに印加される信号に応答して、スキャンイン端子DTに印加される信号またはインバータ回路124を介して接続されるD型フリップフロップの出力信号の反転信号のどちらかを選択して選択回路122に出力する。選択回路122は、スキャンシフト制御端子SCに印加される信号に応答して、データ入力端子Dに印加される信号または試験用データを出力する選択回路123の出力信号を選択してD型フリップフロップ121に出力する。D型フリップフロップ121は、クロック端子CKに印加されるクロック信号の立ち上がりに同期してデータを取り込む。従って、正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップは、スキャンシフト制御端子SCが“L”レベルのとき、データ入力端子Dに印加される信号を、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ反転信号選択保持制御端子RVが“L”のとき、スキャンイン端子DTに印加される信号を、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ反転信号選択保持制御端子RVが“H”のとき、D型フリップフロップ121の出力信号の反転信号を、クロック信号CKに同期して取り込む。即ち、スキャンシフト制御端子SCが“H”かつ正転信号選択保持制御端子HDが“H”のとき、クロック信号が立ち上がると、反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップの出力は反転する。
次に、図5を参照して回路の動作を説明する。各フリップフロップに試験用データを設定する動作は、図2に示されるように、シフトレジスタの動作であるため、詳細な説明は省略される。図5に示されるように、遅延故障試験を行うために設定されるデータは、“HHHHHLLH”である。スキャンイン信号SIは、スキャンシフト制御信号SSCが“H”の期間にクロック信号CLKに同期して“HLLHHHHH”を与える。従って、クロックサイクルC9では、フリップフロップ11、12、23、24、25、18は“H”レベルを保持し(図5(e)(g)(i)(k)(n)(u))、フリップフロップ26、17は“L”レベルを保持する(図5(p)(s))。
フリップフロップ18が“H”を出力するため(図5(u))、クロックサイクルC11において、クロック信号CLKが立ち上がっても、正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ23〜25の出力は変化しない(図5(i)(k)(n))。一方、反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ26は、出力を反転する(図5(p))。即ち、反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ26の出力の変化により、遅延故障試験が実施されることになる。フリップフロップ23からフリップフロップ17に至るパスがタイミング例外パスであっても、フリップフロップ23の出力が変化しないため、この遅延故障試験に影響が及ばない。
このように、経路遅延故障モデルに基づいて、フリップフロップ26からNAND回路33、NOR回路34を介してフリップフロップ17に至る経路の遅延故障試験を容易化するために、フリップフロップ23〜25は正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップに、フリップフロップ26は反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップに置換されている。このため、正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ23からNAND回路32、NOR回路34を介してフリップフロップ17に至る経路は、遅延故障試験時に活性化されないことになる。従って、伝播遅延故障モデルにより、テストパタンを生成するときにATPGプログラムにおいてフリップフロップ17の出力をマスク設定する必要は無くなる。しかし、経路遅延故障試験の対象となる経路の終点フリップフロップに至る他の経路の始点フリップフロップは、保持機能付きフリップフロップに置換されることになり、遅延故障が検出できなくなる。図4の例の場合、フリップフロップ23からフリップフロップ17に至る経路、フリップフロップ24からフリップフロップ17に至る経路、フリップフロップ25からフリップフロップ17に至る経路における遅延故障試験ができない。さらに、フリップフロップ23が遅延故障試験時に、正転信号保持機能を有するフリップフロップであるため、フリップフロップ12からフリップフロップ23に至る経路、フリップフロップ11からフリップフロップ23に至る経路に関しても伝播遅延故障モデルによる遅延故障を検出することができなくなる。従って、この方法においても、伝播遅延故障モデルによる遅延故障検出率が低下してしまう。
上述のように、大規模化・高速化の進んだLSIにおいて、クリチカルパスを優先的に試験する経路遅延故障試験のみならず、伝播遅延故障試験を組み合わせた遅延故障試験により故障検出の網羅性をあげることも重要となっている。しかし、従来の遅延故障試験回路ではこれを実現することができなかった。本発明は、遅延故障検出率を低下させずに遅延故障試験する遅延故障試験回路及び方法を提供する。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の観点では、半導体集積回路装置は、複数のフリップフロップ(11〜17)のうちの第1フリップフロップ(13)及び第2フリップフロップ(17)と、制御回路(36〜39)とを具備する。複数のフリップフロップ(11〜17)は、スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する。第1フリップフロップ(13)は、第1選択制御信号に基づいて出力を固定する。第2フリップフロップ(17)は、第2選択制御信号に基づいて出力を固定する。制御回路(36〜39)は、第1フリップフロップ(13)が出力を固定する期間と、第2フリップフロップ(17)が出力を固定する期間が重複しないように第1選択制御信号と第2選択制御信号とを生成する。
本発明の他の観点では、遅延故障試験方法は、第1ステップと、第2ステップと、制御ステップとを具備し、スキャンチェーンにテストデータを供給して遅延故障の有無を試験する。複数のフリップフロップ(11〜17)は、スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する。第1ステップは、複数のフリップフロップ(11〜17)のうちの第1フリップフロップ(13)の出力を第1選択制御信号に基づいて固定する。第2ステップは、複数のフリップフロップ(11〜17)のうちの第2フリップフロップ(17)の出力を第2選択制御信号に基づいて固定する。制御ステップは、第1ステップと第2ステップとが重複しないように、第1選択制御信号と第2制御信号とを生成する。
本発明によれば、遅延故障検出率を低下させずに遅延故障試験する遅延故障試験回路及び方法を提供することができる。
図を参照して、本発明の実施の形態が説明される。図6に、本発明の第1の実施の形態に係る遅延故障試験回路が示される。
遅延故障試験回路は、スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17、組み合せ回路10、選択回路21〜22、NAND回路31〜33、NOR回路34、AND回路36〜37、インバータ回路38〜39を備える。スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17は、図13(a)に示されるデータ保持機能を持たないスキャンパステスト機能付きフリップフロップである。以下、スキャンパステスト機能付きフリップフロップ11〜17は、フリップフロップ11〜17とも表記する。
フリップフロップ11〜17のそれぞれは、クロック端子CKにクロック信号CLK、スキャンシフト制御端子SCにスキャンシフト制御信号SSCが供給されている。スキャンパス試験時、フリップフロップ11〜17は、スキャンパスを形成し、スキャンイン端子DTに前段の出力端子Qが接続される。即ち、フリップフロップ11のスキャンイン端子DTに外部からスキャンイン信号SIが入力され、出力端子Qは、次段のフリップフロップ12のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ12の出力端子Qは、フリップフロップ13のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ13の出力端子Qは、フリップフロップ14のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ14の出力端子Qは、フリップフロップ15のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ15の出力端子Qは、フリップフロップ16のスキャンイン端子DTに接続される。フリップフロップ16の出力端子Qは、フリップフロップ17のスキャンイン端子DTに接続される。
フリップフロップ11、12、14〜16のデータ入力端子Dには組み合せ回路10から入力信号が供給される。NAND回路31の2つの入力端子は、フリップフロップ11、12の出力端子Qに接続され、NAND回路31の出力端子は、選択回路21の一方の入力端子Lに接続される。選択回路21の他方の入力端子Hは、フリップフロップ13の出力端子Qに接続される。選択回路21の出力端子は、フリップフロップ13のデータ入力端子Dに接続され、選択回路21の制御端子は、AND回路36の出力に接続される。NAND回路32の2つの入力端子は、フリップフロップ13、14の出力端子Qに接続され、NAND回路32の出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NAND回路33の2つの入力端子は、フリップフロップ15、16の出力端子Qに接続され、NAND回路33の出力端子は、NOR回路34の入力端子に接続される。NOR回路34の出力端子は、選択回路22の一方の入力端子Lに接続される。選択回路22の他方の入力端子Hは、フリップフロップ17の出力端子Qに接続される。選択回路22の出力端子は、フリップフロップ17のデータ入力端子Dに接続され、選択回路22の制御端子は、AN回路37の出力に接続される。AND回路37は、外部から入力され、スキャンパスを利用した遅延故障試験を実施することを示す試験中信号TSTと、選択回路21、22を制御する保持制御信号HSLと、インバータ回路39を介して反転されたスキャンシフト制御信号SSCとを入力し、論理積をとった結果を選択回路22に選択制御信号として出力する。AND回路36は、試験中信号TSTと、インバータ回路38を介して反転された保持制御信号HSLと、インバータ回路39を介して反転されたスキャンシフト制御信号SSCとを入力し、論理積をとった結果を選択制御信号として選択回路21に出力する。スキャンパス試験時、フリップフロップ17の出力端子Qから外部にスキャンアウト信号SOが出力される。
フリップフロップ13からフリップフロップ17に至る経路がタイミング例外パスとなっている。タイミング例外パスの始点となるフリップフロップ13、及び、終点となるフリップフロップ17は、自身の出力を選択回路21、22を介してデータ入力端子Dに接続するパスを有している。従って、選択回路21がフリップフロップ13の出力を選択して出力していると、フリップフロップ13はロック状態になり、選択回路22がフリップフロップ17の出力を選択して出力していると、フリップフロップ17はロック状態になる。選択回路21、22は、それぞれAND回路36、27の出力信号により出力する信号が選択される。AND回路36には、保持制御信号HSLがインバータ回路38により反転されて入力され、AND回路37には保持制御信号HSLがそのまま入力される。従って、選択回路21がフリップフロップ13の出力を選択して出力しているとき、即ち、フリップフロップ13がロック状態のとき、選択回路22はNOR回路34の出力を選択して出力するため、フリップフロップ17は組み合せ回路の出力を取り込むことができ、フリップフロップ17がロック状態のときはフリップフロップ13が組み合せ回路の出力を取り込むことができる。
次に、図6に示される回路の動作を説明する。図7は、スキャンパスを使用して遅延故障試験を行うための試験用データを各フリップフロップに設定する動作を示すタイミングチャートである。クロックサイクルC1において、スキャンシフト制御信号SSCがアクティブになり(図7(b))、フリップフロップ11〜17は、クロック信号CLKの立ち上がりに同期してデータをシフトさせるシフトレジスタとして動作するようになる。クロックサイクルC2〜C8にシフトイン信号SIに設定されたデータがフリップフロップ11〜17に順次送られる。ここでは、シフトイン信号SIにデータ“LLHHHHH”が設定される(図7(c))。従って、クロックサイクルC9において、フリップフロップ11〜17は、それぞれ出力端子Qから“H”、“H”、“H”、“H”、“H”、“L”、“L”を出力するように設定される(図7(d)〜(j))。
その後、図8に示されるように、遅延故障試験が行われる。図8は、時間軸が拡大されている。クロックサイクルC11の期間が規定される遅延時間tdを示す。即ち、クロックサイクルC11の立ち上がりに同期して各フリップフロップは、データ入力端子Dに印加されているデータを取り込んで出力する。出力された信号は、組み合せ回路を介して次段のフリップフロップに達し、クロックサイクルC12の立ち上がりに同期して各フリップフロップに取り込まれる。クロックサイクルC12までに組み合せ回路の出力が到達しない場合に遅延故障が発生したと判定される。従って、クロックサイクルC11の時間tdは、所望の試験規格になるように設定される(図8(a))。
試験中信号TSTは、このスキャンパス試験の間、常時“H”になっているため、タイミングチャートには図示されない。保持制御信号HSLは、選択回路21、22が選択する信号を制御する信号であり、ここでは少なくともクロックサイクルC11及びC12の期間“L”とするため、クロックサイクルC9で“L”になる(図8(c))。また、スキャンシフト制御信号SSCは、シフトが終了したクロックサイクルC9で“L”になる(図8(b))。従って、AND回路36は“H”を、AND回路37は“L”を出力する(図8(d)(e))。即ち、クロックサイクルC11及びC12の期間において、選択回路21は、フリップフロップ13の出力信号を選択して出力し、選択回路22は、NOR回路34の出力信号を選択して出力する。
クロックサイクルC9において、フリップフロップ11〜17は、それぞれ“H”“H”“H”“H”“H”“L”“L”を出力端子Qから出力しているため、NAND回路31の出力は“L”、NAND回路32の出力は“L”、NAND回路33の出力は“H”となる(図8(k)(p)(u))。従って、NOR回路34は、“L”を出力する(図8(v))。ここで、スキャンシフト制御信号SSCが“L”になり、フリップフロップ11〜17は、クロック信号CLKに同期してデータ入力端子Dに印加される信号を取り込んで出力する状態になる。
クロックサイクルC11において、クロック信号CLKの立ち上がりに同期して、フリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加される信号を取り込んで出力する。フリップフロップ11、12、14〜16は、組み合せ回路10から出力される“H”を取り込み、フリップフロップ16のみ出力が“L”から“H”に変化する(図8(h)(j)(o)(r)(t))。フリップフロップ13は、選択回路21が出力する自身の出力信号を取り込む。従って、フリップフロップ13は、この遅延故障試験時(クロックサイクルC11、C12)、ロック状態になっている(図8(m))。フリップフロップ17は、選択回路22が出力するNOR回路34の出力信号を取り込んで出力する(図8(x))。
フリップフロップ16の出力が“L”から“H”に変化したことにより、NAND回路33の出力は、“H”から“L”に変化する(図8(u))。NAND回路33の出力が“H”から“L”に変化したことにより、NOR回路34の出力は、“L”から“H”に変化する(図8(v))。従って、クロックサイクルC11の間に選択回路22の出力が“L”から“H”に変化する(図8(w))。
クロックサイクルC12において、クロック信号CLKの立ち上がりに同期してフリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加される信号を取り込んで出力する。即ち、遅延故障試験の結果が各フリップフロップに取り込まれる。フリップフロップ17は、フリップフロップ16からNAND回路33、NOR回路34、選択回路22を介してフリップフロップ17に至る経路の遅延故障試験の結果を取り込んだことになる。クロックサイクルC12の立ち上がりまでに、信号の変化が到達しており、遅延故障が無いことがわかる。
クロックサイクルC13において、スキャンシフト制御信号SSCが“H”になり、フリップフロップ11〜17は、シフトレジスタを形成し、シフト動作をするようになる。クロックサイクルC14以降にフリップフロップ11〜17に保持された状態がLSIの外部端子から出力され、試験結果が判定される。
このように、クロックサイクルC10からC11において、保持制御信号HSLは“L”に設定され、フリップフロップ13はロック状態になっているため、フリップフロップ13の出力信号は、この遅延故障試験に影響を与えない。一方、フリップフロップ17は、NOR回路34の出力信号をラッチ可能な状態になっている。従って、保持制御信号HSLが“L”であれば、フリップフロップ13の出力信号に影響されずにフリップフロップ17を終点フリップフロップとする他の経路の遅延故障試験は実施可能となる。
図9は、保持制御信号HSLが“H”である場合の動作を示すタイミングチャートである。フリップフロップ11〜17に試験用データを設定する動作は、図7と同じであり、データ内容が異なるのみであるため、説明は省略される。ここでは、シフトイン信号SIとして、試験用データ“LHHHLLL”が入力され、クロックサイクルC9において、フリップフロップ11〜17には、それぞれ“L”“L”“L”“H”“H”“H”“L”が設定される(図9(f)(h)(j)(m)(o)(r)(t)(x))。
従って、クロックサイクル9において、NAND回路31は“H”を出力し、NAND回路32は“H”を出力し、NAND回路33は“L”を出力する(図9(k)(p)(u))。これを受けて、NOR回路34は、“L”を出力する(図9(v))。ここでスキャンシフト制御信号SSCが“L”になり(図9(b))、フリップフロップ11〜17は、クロック信号CLKに同期してデータ入力端子Dに印加される信号を取り込んで出力する状態になる。また、保持制御信号HSLが“H”となり(図9(c))、AND回路36は“L”を、AND回路37は“H”を出力し(図9(d)(e))、選択回路21、22を制御する。従って、フリップフロップ17は出力を変化させないロック状態になり、フリップフロップ13は、NAND回路31の出力信号に基づいて、クロック信号CLKの立ち上がりに同期して出力が変化するようになる。
クロックサイクルC11において、クロック信号CLKの立ち上がりに同期して、フリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加される信号を取り込んで出力する。フリップフロップ11〜13は、データ入力端子Dに印加されている“H”信号を取り込み、出力が“H”に変化する(図9(h)(j)(m))。フリップフロップ11、12の出力が“H”に変化するため、NAND回路31の出力は“L”に変化し(図9(k))、選択回路21を介してフリップフロップ13のデータ入力端子Dに入力される。
クロックサイクルC12において、クロック信号CLKの立ち上がりに同期してフリップフロップ11〜17は、データ入力端子Dに印加されている信号を取り込んで出力する。即ち、遅延故障試験の結果が各フリップフロップに取り込まれる。フリップフロップ11、12の出力信号が変化したことによりフリップフロップ13の入力信号が変化し、フリップフロップ13は、フリップフロップ11、12を始点フリップフロップとする経路の遅延故障試験の結果を取り込んだことになる。
一方、クロックサイクルC11において、フリップフロップ13の出力が“H”に変化することにより、NAND回路32の出力が“L”に変化する(図9(p))。このフリップフロップ13からNAND回路32までの経路は、例えば、接続配線長が長く、配線遅延が大きいタイミング例外パスである。NAND回路32の出力の変化に伴って、NOR回路34の出力が“H”に変化する(図9(v))。このとき、既にクロックサイクルC12の期間になっているため、遅延時間tdを試験規格とする遅延故障試験では故障となる。選択回路22は、このNOR回路34の出力を選択していないため(図9(w))、この経路は、遅延故障試験の対象にならない。
クロックサイクルC13において、スキャンシフト制御信号SSCが“H”になり、フリップフロップ11〜17は、シフトレジスタを形成し、シフト動作をするようになる。クロックサイクルC14以降にフリップフロップ11〜17に保持された状態がLSIの外部端子から出力され、試験結果が判定される。
このように、クロックサイクルC10からC11において、保持制御信号HSLは“H”に設定され、フリップフロップ17はロック状態になっているため、フリップフロップ17はNOR回路34の出力信号の影響を受けない。即ち、タイミング例外パスの遅延故障試験を回避することができる。このとき、タイミング例外パスの始点フリップフロップであるフリップフロップ13を終点フリップフロップとする他の経路の遅延故障試験は、それに影響されずに実施可能であることが判る。また、フリップフロップ13を始点フリップフロップとする経路でタイミング例外パスでない他の経路があれば、その経路の遅延故障試験も実施可能であることはいうまでもない。
従って、保持制御信号HSLが“L”のとき、タイミング例外パスの始点フリップフロップを始点としない全ての経路の遅延故障試験が可能である。また、保持制御信号HSLが“H”のとき、タイミング例外パスの終点フリップフロップを終点としない全ての経路の遅延故障試験が可能である。即ち、このように、選択回路21、22をタイミング例外パスの始点及び終点フリップフロップの前段に挿入して制御することにより、タイミング例外パスを対象とする遅延故障試験を回避することができ、遅延故障検出率を低下させずに遅延故障試験することができる。
従って、タイミング例外パスの終点フリップフロップがタイミング例外パスの状態に影響を受けることがないため、ATPGプログラム実行し、テストパタン生成する際にフリップフロップ17の出力をマスク設定する必要がない。また、クロックサイクルC11に示されるように、試験規格条件のクロックを印加しているクロックサイクルにおいて、常にタイミング例外パスの始点フリップフロップのラッチ動作を有効にせず保持制御信号によってラッチ可能動作状態も発生させることができる。そのため、タイミング例外パスの始点フリップフロップの前段フリップフロップから、タイミング例外パスの始点フリップフロップへのパスの遅延故障試験も行うことができる。
図10に本発明の第2の実施の形態に係る遅延故障試験回路が示される。この遅延故障試験回路では、保持制御信号HSLは、フリップフロップ18により生成され、フリップフロップ18の出力は、試験用データとして外部からスキャンパスを経由して設定される。従って、図10に示される遅延故障試験回路は、図6に示される遅延故障試験回路にフリップフロップ18が追加され、その出力信号が保持制御信号HSLとして各部に供給される。フリップフロップ18のスキャンイン端子DTはフリップフロップ17の出力端子Qに接続され、データ入力端子Dは自身の出力端子Qに接続される。クロック端子CKにはクロック信号CLKが供給され、スキャンシフト制御端子SCにはスキャンシフト制御信号SSCが供給される。従って、フリップフロップ18は、フリップフロップ11〜17により形成されるスキャンパスの最後尾に付加されたように接続されるが、他の位置に挿入されてもよい。フリップフロップ18以外は図6と同じであるため、説明は省略される。
また、動作に関しても、クロックサイクルC9において、所望のデータが設定され、遅延故障試験期間C11〜C12の間、そのデータを保持していればよく、遅延故障試験動作は、第1の実施の形態と同じである。スキャンパステスト機能付きフリップフロップ18が追加されたことにより、フリップフロップ11〜18に試験用データを設定する動作が異なるため、試験用データ設定動作について図11、図12を参照して説明する。
図11は、遅延故障試験期間C11〜C12の間、保持制御信号HSLを“L”にするときの試験用データ設定動作の例を示すタイミングチャートである。フリップフロップ18が追加されているため、データ設定は1クロックサイクル増加する。ここでは、クロックサイクルC1において、スキャンシフト制御信号SSCがアクティブになるとともに、1番目のスキャンインデータを入力する。試験用データの設定動作は、単純なシフトレジスタの動作である。従って、クロックサイクルC1〜C8にスキャンイン信号SIに設定されたデータが、クロックサイクルC9にフリップフロップ18〜11に設定される。
ここで設定されたデータは、フリップフロップ11に“H”、フリップフロップ12に“H”、フリップフロップ13に“H”、フリップフロップ14に“H”、フリップフロップ15に“H”、フリップフロップ16に“L”、フリップフロップ17に“L”であり、図8に示される遅延故障試験の場合と同じデータである。フリップフロップ18にデータ“L”が設定され、図8(c)に示される保持制御信号HSLが“L”に設定されることも実現できる。
その後、クロックサイクルC11、C12において、クロック信号CLKが立ち上がるとき、フリップフロップ18は、データ入力端子Dに自身の出力端子Qが接続されているため、状態は変化せず、出力信号HSLは、“L”を維持する。クロックサイクルC13においてスキャンシフト制御信号SSCが“H”になると、フリップフロップ18は、クロック信号CLKに同期してフリップフロップ17の出力信号を取り込んで出力するように動作する。従って、図8(c)に示される保持制御信号HSLとは異なり、フリップフロップ18の出力信号は、試験データに依存して変動する。しかし、AND回路36、37にはスキャンシフト制御信号SSCがインバータ回路39により反転されて入力されているため、選択回路21、22に対する制御信号は同じになる。
図12は、遅延故障試験期間C11〜C12の間、保持制御信号HSLを“H”にするときの試験用データ設定動作の例を示すタイミングチャートである。クロックサイクルC1においてスキャンイン信号SIに設定するデータが“H”に替わるだけで、クロックサイクルC9〜C13におけるフリップフロップ18の出力信号が“H”に設定される。クロックサイクルC2〜C8に設定されるデータは、試験内容に応じて自由に設定できることはいうまでもない。
このように、保持制御信号HSLは、フリップフロップを追加することによりスキャンイン信号に乗せることができる。従って、外部に接続される端子数を削減することができる。
以上説明したように、本発明によれば、スキャンパス回路を使用したLSIの遅延故障試験、特に伝播遅延故障モデルにより生成したテストパタンを用いた遅延故障試験において、タイミング例外パスの影響による遅延故障検出率の低下を防ぐことができる。
10 組み合せ回路
11〜18 スキャンパステスト機能付きフリップフロップ
21、22 選択回路
23〜25 正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ
26 反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ
31〜33 NAND回路
34 NOR回路
36、37 AND回路
38、39 インバータ回路
101、111、121 フリップフロップ
102、112、113、122、123 選択回路
11〜18 スキャンパステスト機能付きフリップフロップ
21、22 選択回路
23〜25 正転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ
26 反転信号保持機能を有したスキャンパステスト機能付きフリップフロップ
31〜33 NAND回路
34 NOR回路
36、37 AND回路
38、39 インバータ回路
101、111、121 フリップフロップ
102、112、113、122、123 選択回路
Claims (12)
- スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する複数のフリップフロップのうちの第1フリップフロップと、前記第1フリップフロップは、クロック信号に同期して第1入力信号を取り込んで第1出力信号を出力し、第1選択制御信号に基づいて前記第1出力信号を固定し、
前記複数のフリップフロップのうちの第2フリップフロップと、前記第2フリップフロップは、前記クロック信号に同期して第2入力信号を取り込んで第2出力信号を出力し、第2選択制御信号に基づいて前記第2出力信号を固定し、
前記第1フリップフロップが出力を固定する期間と、前記第2フリップフロップが出力を固定する期間が重複しないように前記第1選択制御信号と前記第2選択制御信号とを生成する制御回路と
を具備する
半導体集積回路装置。 - 前記第1選択制御信号に基づいて、前記第1出力信号又は組み合せ回路から出力される第1組み合わせ信号のいづれかを選択して前記第1フリップフロップに前記第1入力信号として供給する第1選択回路と、
前記第2選択制御信号に基づいて、前記第2出力信号又は前記組み合せ回路から出力される第2組み合せ信号のいずれかを選択して前記第2フリップフロップに前記第2入力信号として供給する第2選択回路と
をさらに具備する
請求項1に記載の半導体集積回路装置。 - 前記第1フリップフロップの出力から前記第2フリップフロップの入力までの信号経路は、遅延時間が前記クロック信号の1クロックサイクルに収まる必要の無いタイミング例外パスである
請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路装置。 - 前記制御回路は、遅延故障を検出する遅延故障試験中であることを示す試験中信号に基づいて、前記第1選択制御信号と前記第2選択制御信号とを生成する
請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体集積回路装置。 - 外部から入力される保持制御信号に基づいて、前記制御回路は、前記第1フリップフロップが前記第1出力信号を入力するか、前記第2フリップフロップが前記第2出力信号を入力するかを決定し、前記第1選択制御信号と前記第2選択制御信号とを生成する
請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体集積回路装置。 - さらに、前記スキャンチェーンに第3フリップフロップを備え、
前記第3フリップフロップから前記保持制御信号を出力する
請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体集積回路装置。 - 前記スキャンチェーンに供給されるテストデータは、前記第3フリップフロップに設定され、前記保持制御信号の状態を示すデータを含む
請求項6に記載の半導体集積回路装置。 - スキャンパステスト時にスキャンチェーンを形成し、シフトレジスタとして動作する複数のフリップフロップのうちの第1フリップフロップの出力を第1選択制御信号に基づいて固定する第1ステップと、
前記複数のフリップフロップのうちの第2フリップフロップの出力を第2選択制御信号に基づいて固定する第2ステップと、
前記第1ステップと前記第2ステップとが重複しないように前記第1選択制御信号と前記第2制御信号とを生成する制御ステップと
を具備し、
前記スキャンチェーンにテストデータを供給して遅延故障の有無を試験する
遅延故障試験方法。 - 前記複数のフリップフロップは、クロック信号に同期して動作し、
前記複数のフリップフロップの間に設定される信号経路のうちのタイミング例外パスの始点フリップフロップを前記第1フリップフロップに設定する始点設定ステップと、前記タイミング例外パスは、前記信号経路を信号が伝達する遅延時間が前記クロック信号の1クロックサイクルに収まる必要のない前記信号経路であり、
前記タイミング例外パスの終点フリップフロップを前記第2フリップフロップに設定する終点設定ステップと
をさらに備える
請求項8に記載の遅延故障試験方法。 - 前記制御ステップは、遅延故障を検出する遅延故障試験中であることを示す試験中信号に基づいて、前記第1選択制御信号と前記第2選択制御信号とを生成するステップを含む
請求項8または請求項9に記載の遅延故障試験方法。 - 前記制御ステップは、保持制御信号に基づいて、前記第1選択制御信号又は前記第2選択制御信号を有効にするステップを含む
請求項8から請求項10のいずれかに記載の遅延故障試験方法。 - 前記制御ステップは、前記テストデータに基づいて、前記第1選択制御信号又は前記第2選択制御信号を有効にするステップを含む
請求項8から請求項10のいずれかに記載の遅延故障試験方法。
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