JP2007040921A - スキャンチェーンにおける故障位置特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していない場合、故障している可能性のあるフリップフロップは１つに特定することができない。１つに特定するためには、回路に修正を加える必要があった。
【解決手段】組み合わせ回路ｎ１，ｎ２間に形成されるスキャンチェーンの複数について故障の有無の判定を行い、次いで、不良スキャンチェーンｃ２に隣接する組み合わせ回路ｎ１からキャプチャ動作により不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットし、次いで、不良スキャンチェーンにおいてセットされたデータ列をシフトアウトし、シフトアウトされたデータ列を期待値と比較して不良スキャンチェーンにおける故障位置を特定する。不良スキャンチェーンにも正しく値をセットでき、不良フリップフロップを１つに特定することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法に関するものである。

図４は、従来の半導体集積回路のスキャンチェーンの構成図の一例である。スキャンチェーンｃ１０を構成するスキャンフリップフロップＦ１〜Ｆ５はそれぞれセット端子、リセット端子を有し、セット・リセット可能に構成されている。不良フリップフロップの検出に際して、まず各フリップフロップＦ１〜Ｆ５をセット端子、リセット端子を用いて所定のビット値“０”または“１”にセットする。この工程により、スキャンチェーンｃ１０は所定のビット列にセットされることとなる。次いで、そのスキャンチェーンｃ１０内をスキャンシフトさせてスキャンアウト端子からのシフトアウトにより出力ビット列を得る。次いで、出力ビット列と期待値ビット列（セットビット列）とを比較して、その不一致箇所に基づいて不良フリップフロップを特定する。いずれかのフリップフロップが不良で、“０”または“１”のいずれかにホールドされていると、その前段の値がどのようなものであっても、これ以降、ホールドされた値が出力されることとなり、出力ビット列において値が期待値と一致しない箇所に対応するフリップフロップが不良として特定される。

次に具体例を説明する。図４で×印で示すようにフリップフロップＦ２とフリップフロップＦ３の間に０縮退故障があるとする。ここで記載しているビット列の並び“１１１１１”については、一番左がフリップフロップＦ１の値、一番右がフリップフロップＦ５の値のように、図示されたフリップフロップＦ１〜Ｆ５と同じ順序で記載している。したがって、シフトイン・シフトアウトされる順序はビット列の右側からとなる。この不良のスキャンチェーンｃ１０のセット端子を用いて“１１１１１”というビット列をセットし、スキャンアウト端子からシフトアウトした値とを比較する。この場合、フリップフロップＦ２の出力側に×印で示す０縮退故障が存在するため、フリップフロップＦ２よりスキャンイン側のフリップフロップの値がどのような値であっても、シフトアウトされる値は“００１１１”となる。期待値“１１１１１”に対して、フリップフロップＦ２よりスキャンイン側のフリップフロップで値が異なっている。したがって、フリップフロップＦ２の出力からフリップフロップＦ３の入力の間に不良が存在すると特定できる。
特開平６−２３００７５号公報（第２−３頁、第１−２図）

しかし、従来の方法で不良フリップフロップを特定する場合、すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有している必要がある。もしすべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していない場合は、故障している可能性のあるフリップフロップは１つに特定できるとは限らず、不良フリップフロップの位置がある範囲内であるとしか判定できなくなる場合があるという問題がある。

その問題について、図５（ａ），図５（ｂ）に基づいて一例を説明する。図５に示すスキャンチェーンｃ２０に属するフリップフロップＦ１〜Ｆ５のうち、フリップフロップＦ２，Ｆ４はセット端子を有し、フリップフロップＦ３はリセット端子を有し、その他のフリップフロップはセット端子もリセット端子も有していない。図５（ａ）では、フリップフロップＦ２とフリップフロップＦ３の間に×印で示す０縮退故障があるとする。図５（ｂ）では、フリップフロップＦ３とフリップフロップＦ４の間に０縮退故障があるとする。そして、セット端子を用いて“Ｘ１Ｘ１Ｘ”というビット列をセットし、スキャンアウト端子からシフトアウトした値と比較する。

図５（ａ）の場合、スキャンアウト端子からシフトアウトされる値は“００Ｘ１Ｘ”となり、フリップフロップＦ２にて期待値と不一致となる。したがって、フリップフロップＦ２の出力側には故障の可能性があることが分かり、実際の故障箇所と一致する。

しかし、図５（ｂ）のようにセット端子がないフリップフロップＦ３に０縮退故障があった場合、シフトアウトされる値は“０００１Ｘ”となるが、これも期待値と不一致となるフリップフロップはやはりフリップフロップＦ２となり、フリップフロップＦ２の出力側に故障あると誤った判断をしてしまう。

このように期待値が“Ｘ”となってしまう箇所、つまりセット・リセット端子を有していないフリップフロップに故障が存在していた場合を考慮すると、故障の可能性はフリップフロップＦ２の出力側とフリップフロップＦ３の出力側のどちらにあるかが直接には判断できず、故障フリップフロップを１つに特定できないことになる。

本発明の目的は、従来技術における問題点を解決し、すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していなくても、回路構成に特別な変更を加えることなく、スキャンチェーンにおける故障位置を正確に特定することができる故障位置特定方法を提供することにある。

本発明によるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法は、
組み合わせ回路間に形成される複数のフリップフロップのチェーンであるスキャンチェーンの複数について故障の有無の判定を行うステップと、
次いで、故障のあった不良スキャンチェーンに隣接する組み合わせ回路からキャプチャ動作により前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップと、
次いで、前記不良スキャンチェーンにおいてセットされた前記データ列をシフトアウトするステップと、
次いで、シフトアウトされた前記データ列を期待値と比較して前記不良スキャンチェーンにおける故障位置を特定するステップとを含むものである。

すなわち、スキャンチェーンのフリップフロップが必ず有している組み合わせ回路からの入力端子を用いて、組み合わせ回路からのキャプチャ動作により不良スキャンチェーンに任意のビット列をセットし、スキャンシフトによりその出力ビット列を得て、期待値ビット列と比較することにより、不良フリップフロップの位置を特定する。このように、不良スキャンチェーンに対して組み合わせ回路経由で任意のビット列をセットできるので、すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していなくても、回路構成に特別な変更を加えることなく、スキャンチェーンにおける故障位置を正確に特定することができる。

上記において、さらに、前記故障の有無の判定を行うステップと前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップとの間に、前記不良スキャンチェーンにも正しく初期値をシフトイン可能とするために、前記不良スキャンチェーン上の初期値を不定値“Ｘ”の連続データとしてテストパターン自動生成を行い、得られたテストパターンを前記複数のスキャンチェーンにシフトインするステップを有しているものとする。

フリップフロップにおける組み合わせ回路からの入力端子を用いて不良スキャンチェーンに任意のビット列をセットするためには、テストパターンの自動生成を行い、前段のスキャンチェーンのフリップフロップに初期値を入力する必要がある。また、生成したテストパターンを不良スキャンチェーンに正しくシフトインするためには、不良スキャンチェーンにシフトイン可能なパターンにする必要がある。パターン生成時に、不良スキャンチェーンにシフトインすべき値を不定値“Ｘ”としてパターン生成を行うことで、不良スキャンチェーンでも生成したパターンを正しくシフトインすることができる。

あるいは、上記において、さらに、前記故障の有無の判定を行うステップと前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップとの間に、前記不良スキャンチェーンにも正しく初期値をシフトイン可能とするために、前記不良スキャンチェーン上の初期値を、スキャンチェーン上に存在する故障値の連続データとしてテストパターン自動生成を行い、得られたテストパターンを前記複数のスキャンチェーンにシフトインするステップを有しているものとする。これによれば、生成可能なパターンのバリエーションを増やすことができ、キャプチャ動作後における不良スキャンチェーンの状態を任意の値にセットしやすくなり、結果として、故障位置の特定が容易になる。

また、上記において、前記テストパターン自動生成を伴うステップは、前記不良スキャンチェーン上の初期値の設定にフリップフロップのセット・リセット端子も併用することは好ましい。これによれば、生成可能なパターンのバリエーションを増やすことができ、キャプチャ動作後における不良スキャンチェーンの状態を任意の値にセットしやすくなり、結果として、故障位置の特定が容易になる。

また、上記において、前記キャプチャ動作により前記組み合わせ回路を介して前記不良スキャンチェーンにセットした任意のデータ列が不定値“Ｘ”を含んでいる場合には、セット端子付きのフリップフロップではそのセットを行い、リセット端子付きのフリップフロップではそのリセットを行って任意にデータ列の再設定を行うという態様がある。これによれば、組み合わせ回路から不良スキャンチェーンにセットした任意のデータ列に不定値“Ｘ”が含まれていても、不良スキャンチェーンを任意の値に再度セットし直すことができ、結果的に不良位置を特定しやすくなる。

本発明によれば、不良スキャンチェーンに対して組み合わせ回路経由で任意のビット列をセットできるので、すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していなくても、回路構成に特別な変更を加えることなく、スキャンチェーンにおける故障位置を正確に特定することができる。

以下、本発明にかかわる故障位置特定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法を説明するための半導体集積回路の回路概略図である。図３に示す半導体集積回路１は、第１ないし第３のスキャンチェーンｃ１，ｃ２，ｃ３を備えている。第１のスキャンチェーンｃ１はチェーン状に接続された５段のスキャンフリップフロップＦ１１〜Ｆ１５を備えている。同様に、第２のスキャンチェーンｃ２は５段のスキャンフリップフロップＦ２１〜Ｆ２５を備え、第３のスキャンチェーンｃ３は５段のスキャンフリップフロップＦ３１〜Ｆ３５を備えている。第１のスキャンチェーンｃ１を構成するフリップフロップＦ１１〜Ｆ１５は第２のスキャンチェーンｃ２を構成するフリップフロップＦ２１〜Ｆ２５に対して第１の組み合わせ回路ｎ１を介して接続され、第２のスキャンチェーンｃ２を構成するフリップフロップＦ２１〜Ｆ２５は第３のスキャンチェーンｃ３を構成するフリップフロップＦ３１〜Ｆ３５に対して第２の組み合わせ回路ｎ２を介して接続されている。各フリップフロップは、組み合わせ回路からの入力端子とスキャン入力するための入力端子とを備えており、スキャンイネーブル信号により制御される。

分かりやすくするために、言葉の定義を行う。本方法では、ビット列をスキャンチェーンに入力する動作が２通りある。１つ目は、不良スキャンチェーンに対して組み合わせ回路からキャプチャ動作により任意の値を代入する動作であり、これを“セットする”と定義する。２つ目は、不良スキャンチェーンに値をセットするために、テストパターンの自動生成で生成したパターンを初期値として、組み合わせ回路の入力側のフリップフロップに対してスキャンイン端子から入力する動作であり、これを“初期値を入力する“と定義する。

本発明の実施の形態１におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法の動作を図１に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、図３のスキャンチェーンｃ２において、×印で示すようにスキャンイン端子ｉ２から２段目のフリップフロップＦ２２と３段目のフリップフロップＦ２３の間に０縮退故障が存在する場合を例に挙げて説明する。

まずステップＳ１において、第１ないし第３のスキャンチェーンｃ１〜ｃ３における故障の有無の判定を行う。すなわち、それぞれスキャンイン端子ｉ１〜ｉ３から第１ないし第３のスキャンチェーンｃ１〜ｃ３のフリップフロップにデータを入力し、スキャンシフトにより入力したデータをそのままそれぞれスキャンアウト端子ｏ１〜ｏ３から出力する。この動作により、スキャンイン端子ｉ１〜ｉ３から入力したデータと５段シフトした後にスキャンアウト端子ｏ１〜ｏ３から出力されるデータがそれぞれ一致するか否かを判断し、一致すれば、第１ないし第３のスキャンチェーンｃ１〜と第３のスキャンチェーンｃ３のそれぞれには故障がないと判断でき、不一致があれば故障があると判断できる。図３の例では、第１のスキャンチェーンｃ１と第３のスキャンチェーンｃ３には故障が存在しないため、スキャンインした値とスキャンアウトした値が一致し、故障が存在しないと判断できる。一方、第２のスキャンチェーンｃ２には例に挙げた０縮退故障が存在しているので、スキャンイン端子ｉ２の入力値とスキャンアウト端子ｏ２からの出力値が不一致となり、故障があると判断できる。

次いでステップＳ２において、故障のあった不良スキャンチェーンがどのスキャンチェーンかを特定するとともに、第２のスキャンチェーンｃ２上の故障が０縮退か１縮退かを判断する。なお、このステップでは故障位置までは特定できない。

具体的には、第２のスキャンチェーンｃ２のスキャンイン端子ｉ２から“１１１００”というデータをシフトインし、スキャンアウト端子ｏ２からシフトアウトされるデータが“０００００”となるため、入力したデータと出力されたデータの不一致が生じる。また、シフトアウトされるデータから第２のスキャンチェーンｃ２に存在する故障は０縮退故障であると判断できる。

次いでステップＳ３において、故障位置特定用のテストパターンの自動生成を行う。これは、後述するステップＳ４、ステップＳ５にて不良スキャンチェーンに任意の値が正しく設定できるように考慮した上で生成されるパターンである。故障のある第２のスキャンチェーンｃ２に対してスキャンイン端子ｉ２から入力する初期値がすべて不定値“ＸＸＸＸＸ”であっても、キャプチャ動作で第１の組み合わせ回路ｎ１を経由してセットされる値が例えば“１１１１１”となるように、その他のスキャンチェーンｃ１，ｃ３にシフトインすべき初期値を定める。ここで、テストパターンの生成について詳しく説明する。

キャプチャ動作により第２のスキャンチェーンｃ２に任意の値を正しくセットする上で、第１のスキャンチェーンｃ１だけでなく、全スキャンチェーンｃ１〜ｃ３に正しく初期値を代入する必要がある。それは、例えば、第２のスキャンチェーンｃ２において、フリップフロップＦ２２の出力信号が組み合わせ回路を経由してフリップフロップＦ２４にフィードバックされるような場合もあるからである。

第２のスキャンチェーンｃ２に“１１１１１”をセットするためのテストパターンが、第１のスキャンチェーンｃ１に初期値“１１０００”、第２のスキャンチェーンｃ２に初期値“１０１１１”、第３のスキャンチェーンｃ３に初期値“００００１”であるとする。しかし、第２のスキャンチェーンｃ２には０縮退故障が存在しているため、スキャンイン端子ｉ２から初期値“１０１１１”を入力しようとしても、実際には“１００００”という初期値が設定されてしまう。この場合、第１の組み合わせ回路ｎ１からの出力値により第２のスキャンチェーンｃ２にセットする値は“１１１１１”とならない。

そこで、ステップＳ３でパターン生成を行うときには、スキャンイン端子ｉ２から第２のスキャンチェーンｃ２に入力する初期値がすべて不定値“ＸＸＸＸＸ”でも、組み合わせ回路を経由してセットされる値が“１１１１１”となるように、その他のスキャンチェーンｃ１，ｃ３にシフトインすべき初期値のテストパターンの自動生成を行う。これにより、第２のスキャンチェーンｃ２の初期値にかかわらず、ステップＳ５での組み合わせ回路経由で第２のスキャンチェーンｃ２にセットされる値は正しく“１１１１１”に設定されることになるはずである。

次いでステップＳ４において、上記で生成したテストパターンを各スキャンイン端子ｉ１〜ｉ３からそれぞれシフトイン動作によりスキャンチェーンｃ１〜ｃ３に入力する。不良でない第１および第３のスキャンチェーンｃ１，ｃ３にはそれぞれスキャンイン端子ｉ１，ｉ３からシフトインにて初期値を正しく入力できる。

次いでステップＳ５において、キャプチャ動作を行い、スキャンチェーンｃ１〜ｃ３に入力された値を用いて不良の第２のスキャンチェーンｃ２に値をセットする。すなわち、スキャンイン端子ｉ２から第２のスキャンチェーンｃ２に入力された初期値がすべて不定値“ＸＸＸＸＸ”でも、第１の組み合わせ回路ｎ１を（場合によっては第２の組み合わせ回路ｎ２も）経由して第２のスキャンチェーンｃ２にセットされる値は所望の通りの“１１１１１”となる。

次いでステップＳ６において、第２のスキャンチェーンｃ２の値をスキャンアウト端子ｏ２からシフトアウトすることで、第２のスキャンチェーンｃ２に代入されているビット列を出力する。

そしてステップＳ７において、出力値を期待値と比較する。ここでは期待値は“１１１１１”のはずであるが、例の場合、フリップフロップＦ２２とフリップフロップＦ２３の間に０縮退故障が存在するため、スキャンアウト端子ｏ２から出力した値は“００１１１”となる。したがって、フリップフロップＦ２２の出力側に故障が存在すると判断できる。

本実施の形態によれば、すべてのフリップフロップがセット・リセット端子を有していなくても、回路構成に特別な変更を加えることなく、スキャンチェーンにおける故障位置を正確に特定することができる。

（実施の形態２）
なお、上記実施の形態１では、ステップＳ３で、第２のスキャンチェーンｃ２にもシフトイン可能なテストパターンの自動生成にてすべて不定値“ＸＸＸＸＸ”を設定した。しかし、第２のスキャンチェーンｃ２上の故障値はスキャンチェーンが故障しているかどうかを調べるステップＳ２の段階で分かっている。したがって、パターン生成時に故障が存在する第２のスキャンチェーンｃ２に与える初期値を“ＸＸＸＸＸ”とする代わりに、第２のスキャンチェーンｃ２にて観測した故障値０（縮退値）を入力側に伝播させた値“０００００”を初期値として用いてもよい。このように組み合わせ回路の入力として与える初期値のバリエーションを増やすことで、故障が存在する第２のスキャンチェーンｃ２に任意の値をセットするためのテストパターンの自動生成を行うときに、より多くのパターンを生成することができるため、故障位置の特定が容易になる。

（実施の形態３）
なお、上記実施の形態１，２と同様に、ステップＳ３で、第２のスキャンチェーンｃ２にもシフトイン可能なテストパターンの自動生成にてすべて不定値の“ＸＸＸＸＸ”や“０００００”を生成するようにした。これを、第２のスキャンチェーンｃ２に属するフリップフロップＦ２１〜Ｆ２５が有しているセット・リセット端子を使用したパターン“Ｘ１０１Ｘ”を併用することで、初期値として用いてもよい。このように組み合わせ回路の入力として与える初期値のバリエーションを増やすことで、故障が存在する第２のスキャンチェーンｃ２に任意の値をセットするためのテストパターンの自動生成を行うときに、より多くのパターンを生成することができるため、故障位置の特定が容易になる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法は、図２のフローチャートに従うものである。フローの違いは、図１のステップＳ５、ステップＳ６の間に新たなステップＳ５ａが加わった点である。ステップＳ５にて、組み合わせ回路からの値をキャプチャ動作により不良の第２のスキャンチェーンｃ２にセットする。このときテストパターンの自動生成で生成したパターンを用いてキャプチャ動作を行った結果、不良の第２のスキャンチェーンｃ２にセットされる値が“１Ｘ１Ｘ１”というパターンしか生成できなかった場合、ステップＳ５ａにて不良の第２のスキャンチェーンｃ２に属するフリップフロップＦ２１〜Ｆ２５の有するセット・リセット端子を併用し、値を再度設定することで、不良の第２のスキャンチェーンｃ２に最終的に“１１１１１”を代入することができる。このようにキャプチャ動作後に不良の第２のスキャンチェーンｃ２に代入されている値のバリエーションを増やすことで、故障位置の特定が容易になる。

上記実施の形態１〜４では、０縮退故障がある場合を想定して、その故障箇所を特定する例を挙げて説明したが、本発明では１縮退故障も同様にその故障箇所を特定可能である。また、スキャンチェーンのどこに故障があっても、その故障位置を正確に特定することができる。

本発明のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法は、スキャンチェーンを有する半導体集積回路において、スキャンチェーン上のフリップフロップ群における不良フリップフロップを特定する技術として有用である。

本発明の実施の形態１〜３におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態４におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態におけるスキャンチェーンにおける故障位置特定方法を説明するための半導体集積回路の回路概略図 従来の技術におけるスキャンチェーンの構成図（その１） 従来の技術におけるスキャンチェーンの構成図（その２）

符号の説明

１ 半導体集積回路
ｃ１，ｃ２，ｃ３ スキャンチェーン
Ｆ１１〜Ｆ１５，Ｆ２１〜Ｆ２５，Ｆ３１〜Ｆ３５ スキャンフリップフロップ

Claims (5)

1. 組み合わせ回路間に形成される複数のフリップフロップのチェーンであるスキャンチェーンの複数について故障の有無の判定を行うステップと、
   次いで、故障のあった不良スキャンチェーンに隣接する組み合わせ回路からキャプチャ動作により前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップと、
   次いで、前記不良スキャンチェーンにおいてセットされた前記データ列をシフトアウトするステップと、
   次いで、シフトアウトされた前記データ列を期待値と比較して前記不良スキャンチェーンにおける故障位置を特定するステップとを含むスキャンチェーンにおける故障位置特定方法。
2. 前記故障の有無の判定を行うステップと前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップとの間に、前記不良スキャンチェーンにも正しく初期値をシフトイン可能とするために、前記不良スキャンチェーン上の初期値を不定値“Ｘ”の連続データとしてテストパターン自動生成を行い、得られたテストパターンを前記複数のスキャンチェーンにシフトインするステップを有している請求項１に記載のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法。
3. 前記故障の有無の判定を行うステップと前記不良スキャンチェーンに対して任意のデータ列をセットするステップとの間に、前記不良スキャンチェーンにも正しく初期値をシフトイン可能とするために、前記不良スキャンチェーン上の初期値を、スキャンチェーン上に存在する故障値の連続データとしてテストパターン自動生成を行い、得られたテストパターンを前記複数のスキャンチェーンにシフトインするステップを有している請求項１に記載のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法。
4. 前記テストパターン自動生成を伴うステップは、前記不良スキャンチェーン上の初期値の設定にフリップフロップのセット・リセット端子も併用する請求項２または請求項３に記載のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法。
5. 前記キャプチャ動作により前記組み合わせ回路を介して前記不良スキャンチェーンにセットした任意のデータ列が不定値“Ｘ”を含んでいる場合には、セット端子付きのフリップフロップではそのセットを行い、リセット端子付きのフリップフロップではそのリセットを行って任意にデータ列の再設定を行う請求項２から請求項４までのいずれかに記載のスキャンチェーンにおける故障位置特定方法。

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