JP2001042008A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2001042008A
JP2001042008A JP11216775A JP21677599A JP2001042008A JP 2001042008 A JP2001042008 A JP 2001042008A JP 11216775 A JP11216775 A JP 11216775A JP 21677599 A JP21677599 A JP 21677599A JP 2001042008 A JP2001042008 A JP 2001042008A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路において、マクロセルを動作
させることなく、論理回路のスキャンテストを行う。 【解決手段】 通常動作モードとスキャンテストモード
とでデータパスを切り換える複数のスキャンフリップフ
ロップSFF1〜SFF6と、このスキャンフリップフ
ロップを用いたスキャンテスト対象の論理回路16,1
7と、この論理回路16,17に接続され前記スキャン
テスト非対象のマクロセル18と、マクロセル18をバ
イパスするバイパス路19,19とを備え、スキャンテ
ストモード時に論理回路16,17のスキャンテストを
行う際、バイパス路19,19によりマクロセル18を
バイパスすることにより、スキャンテストのためにわざ
わざ動作させる必要が無い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スキャンテスト機
能を備えた半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の大規模化、複雑化に伴
って、半導体集積回路のテストが非常に困難になってき
ており、従来のような回路外部からの機能テストのみで
はテストベクトルの量が膨大なものとなり、テストベク
トルの発生時間の増加のみならず、量産時のLSIテス
タ使用時間の著しい増加を招いている。尚、ここで言う
テストには、半導体集積回路の信頼性試験(初期不良を
取り除くバーンイン試験等)も含まれている。
【0003】信頼性試験では、半導体集積回路の内部回
路を動作させる必要があり、ここでもテストパターンを
与えるために、LSIテスタを使用しなくてはならな
い。これらの問題は、製品コストに多大な影響を及ぼし
ており、より深刻な問題となりつつある。
【0004】これらの問題への有効な対策として、テス
ト容易化設計が盛んに用いられており、中でも短時間で
テストを済ませることができることから、スキャンテス
トと呼ばれる手法が用いられることが多い。
【0005】スキャンテストは、半導体集積回路内部の
フリップフロップにスキャン機能の付加を行ない、シリ
アルな接続経路を設け、スキャンモード時にはデータが
順次転送されるようにする(これをスキャン動作可能と
いう)ことにより、これらのフリップフロップを外部か
ら制御及び観測できるようにするテスト手法である。
【0006】このスキャンテストにより、半導体集積回
路内のフリップフロップを疑似的な外部端子と見做すこ
とができ、その半導体集積回路はあたかも小規模なLS
Iの集合であるように見做すことができる。一般に、テ
ストデータ生成の困難度(必要なCPUコスト)は回路
規模の2乗〜3乗に比例するため、スキャンテストによ
り小規模に切り分けられたLSIに対するテストデータ
の生成は飛躍的に容易となり、結果として半導体集積回
路全体のテストも容易になる。また、このスキャン化の
作業は、ルーチン化がしやすく、CAT(Computer Aid
ed Testing)ツールを活用することにより容易に行なえ
ることもその特長である。
【0007】図9は、テスト対象の半導体集積回路に対
して、スキャンテストが用いられるブロック回路の概念
図である。
【0008】スキャンテストでは、先ずスキャンイン機
能を利用して、VLSI外部入力端子EXINを介して
スキャンテスト部50内の全てのスキャンフリップフロ
ップ51の内部状態(これが1つのテストデータに相当
する)を設定した後、スキャンテスト対象の組合せ論理
回路52を通常動作させて、その動作結果をスキャンフ
リップフロップ51にD入力を介して取り込み、スキャ
ンアウト機能を利用して半導体集積回路外部の出力端子
EXOUTを介して回路外部に取り出して、期待値と比
較する。この一連の動作を、ATPG(Automatic Test
Pattern Generator)と呼ばれるCATツールによって
生成されたテストデータについて行うことにより、組合
せ論理回路52がテストされることになる。
【0009】しかしながら、このスキャンテストも万能
ではなく、テストデータをシリアルに転送する必要上、
半導体集積回路内にメモリ回路(RAM,ROM)やP
LA等の大規模マクロセル53が存在するときには、L
SIテスタの使用時間が長くなり、設計TAT(Turn A
round Time)が増大するため、このような場合には、B
IST(Build In Self Test)等のような別の手法を用
いる必要がある。尚、BISTとは、半導体集積回路の
内部にテストデータ生成器を持ち、そこから発生するテ
ストデータをテスト対象回路に与え、テスト結果を圧縮
するという動作を繰り返し、最終的にBIST対象回路
が正常かどうかの結果のみを、VLSI外部に出力する
テスト手法である。
【0010】ところがこのような手法では、組合せ論理
回路52とメモリ等のマクロセルとの境界部分、すなわ
ち、組合せ論理回路52(52a,52b)とマクロセ
ル53とが互いに接続された部分において、組合せ論理
回路52a,52bにスキャンテストを行うことができ
ない問題が生じる。
【0011】そこで、前記境界部分の組合せ論理回路5
2a,52bを対象にテストを行う際に、このテストの
対象外であるRAMの動作を伴う手法が、例えば、「IE
EE International Test Conference, pp.717-726, 199
8」に記載されている。これによれば、RAMをBIS
Tモードで一旦初期化してイネーブル状態に保ったまま
論理回路スキャンテストを行うことで、RAMと境界部
分の論理回路のテストを行う。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来例のように、前記
境界部分の組合せ論理回路52a,52bを対象にテス
トを行う際に、該テストの対象外であるRAMの動作を
伴う手法を用いると、以下のような問題が生じる。
【0013】(1)組合せ論理回路52とマクロセルで
あるRAM53の出力とが互いに接続された部分に存在
する組合せ論理回路52bのテストを行うためには、組
合せ論理回路52bの入力にテストパターンを与える操
作が必要であるが、この操作のためにはテストパターン
をRAMに書き込み、読み出す必要があり、そのぶんテ
ストパターンのステップ数が増大し、LSIテスタの使
用時間が長くなり、設計TATが増大する。
【0014】(2)組合せ論理回路52とRAM53の
データ入力とが互いに接続された部分に存在する組合せ
論理回路52aのテストを行うためには、組合せ論理回
路52aの出力がRAM53に書き込まれ、この書き込
みデータがRAM53から読み出され、該読み出しデー
タが組合せ論理回路52b,52を介してスキャンフリ
ップフロップ51に反映される必要があり、そのぶんテ
ストパターンのステップ数が増大し、LSIテスタの使
用時間が長くなり、設計TATが増大する。
【0015】(3)スキャンフリップフロップへのテス
トパターンの設定は、シフト動作のみで容易に行うこと
ができるが、上記(1)に記載したRAMへのテストパ
ターンの設定はこれと同じ方法で行えないので、テスト
パターンを自動生成する場合に、計算機上での計算時間
が増大し、設計TATが増大する。
【0016】本発明は、斯かる問題点に鑑み、スキャン
テスト対象の論理回路とスキャンテスト非対象のマクロ
セルとの境界部分に存在する論理回路を、効率的にスキ
ャンテストすることのできる半導体集積回路を提供する
ことをその目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の局面にお
ける半導体集積回路は、スキャンテスト対象の論理回路
と、この論理回路に接続されたスキャンテスト非対象の
マクロセルと、スキャンテストモード時に前記マクロセ
ルをバイパスするバイパス路とを具備したことをその要
旨とする。このように、論理回路のスキャンテストを行
う際、バイパス路によりマクロセルをバイパスするの
で、スキャンテストのためにわざわざマクロセルを動作
させる必要がない。
【0018】また、本発明の第2の局面における半導体
集積回路は、通常動作モードとスキャンテストモードと
でデータパスを切り換える複数のスキャンフリップフロ
ップと、このスキャンフリップフロップを用いたスキャ
ンテスト対象の論理回路と、この論理回路に接続され前
記スキャンテスト非対象のマクロセルと、スキャンテス
トモード時に前記マクロセルをバイパスするバイパス路
とを具備したことをその要旨とする。このように、論理
回路のスキャンテストを行う際、バイパス路によりマク
ロセルをバイパスするので、スキャンテストのためにわ
ざわざマクロセルを動作させる必要がない。
【0019】この場合において、前記スキャンフリップ
フロップは、前記スキャンテスト対象の論理回路のスキ
ャンパスに組み込まれてシリアルシフトレジスタを構成
することが望ましい。
【0020】また、前記マクロセルの出力又は入力と前
記バイパス路とのいずれかを選択するセレクタと、この
セレクタの動作を制御するテスト制御部とを具備するこ
とが望ましい。
【0021】また、前記論理回路とバイパス路とが閉ル
ープを構成する場合には、前記バイパス路にフリップフ
ロップを挿入することが望ましい。こうすることで、前
記論理回路の入力と出力とが閉ループが構成されること
を防止する。特に、前記バイパス路を複数本設けた場合
に、各バイパス路毎にフリップフロップを挿入すること
が望ましい。
【0022】また、前記バイパス路上に設けたフリップ
フロップはスキャンフリップフロップであり、少なくと
も一つのスキャンフリップフロップが、スキャンテスト
モードにおいて、前記シリアルシフトレジスタの一部を
構成することが望ましい。
【0023】また、前記バイパス路上に論理ゲートを設
け、前記マクロセルの入力端子側のバイパス路の数に比
べて出力端子側のバイパス路の数を減少させてもよい。
こうすることで、種々のマクロセルに本発明を適用する
ことができる。また、前記マクロセルの入力端子側のバ
イパス路の必要数に比べて出力端子側のバイパス路の必
要数が少ない場合にも対応できる。
【0024】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)本発明を具体化
した第1の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0025】図5は、本第1実施形態に係る半導体集積
回路の全体構成を示すブロック回路図である。同図にお
いて、半導体集積回路1は、テスト制御部2、MPU
3、命令キャッシュ部4、データキャッシュ部5及びポ
ート用スキャンパス部6を備えている。
【0026】テスト制御部2は、通常動作モードとスキ
ャンテストモードの切り替えを行う。MPU3は、デー
タパス部7と制御部8とからなり、データパス部7は、
図6に示すような2リード2ライト方式のレジスタファ
イル9を内蔵している。
【0027】命令キャッシュ部4、データキャッシュ部
5はそれぞれ、2ウェイセットアソシアティブ方式であ
り、それぞれ図7に示すようなタグRAM10を2個、
図8に示すようなデータRAM11を2個内蔵してい
る。タグRAM10とデータRAM11とは、クロック
に同期して動作するスタティックRAM(SRAM)か
ら構成されている。
【0028】ポート用スキャンパス部6は、テスト制御
部2の信号をMPU3、命令キャッシュ部4及びデータ
キャッシュ部5に伝達する。
【0029】図1は、本第1実施形態に係る半導体集積
回路1の要部回路図を示している。同図において、半導
体集積回路1は、スキャンテスト対応回路部12とスキ
ャンテスト非対応のマクロセル部13とを備えている。
本第1実施形態では、図5におけるMPU3、命令キャ
ッシュ部4及びデータキャッシュ部5のうち、レジスタ
ファイル9、タグRAM10及びデータRAM11がそ
れぞれマクロセル部13に属し、それ以外の論理回路
が、スキャンテスト対応回路部12に属する。
【0030】スキャンテスト対応回路部12は、スキャ
ンフリップフロップSFF1〜SFFn(スキャンレジス
タも同義とする。尚、図1ではSFF1〜SFF6を示し
ている)とスキャンテスト対象の組合せ論理回路14,
15,16,17からなる。
【0031】マクロセル部13は、上述したレジスタフ
ァイル9、タグRAM10、データRAM11等のマク
ロセル18と、このマクロセル18をバイパスするバイ
パス路19,19と、マクロセル18の出力経路とバイ
パス路19,19とを選択するセレクタ20,20とを
備えている。
【0032】例えば、レジスタファイル9については、
バイパス路19,19は、図6において32ビットのデ
ータ入力1と32ビットのデータ出力1とをバイパス
し、32ビットのデータ入力2と32ビットのデータ出
力2とをバイパスする。
【0033】また、タグRAM10については、バイパ
ス路19,19は、図7において、26ビットのデータ
入力と26ビットのデータ出力とをバイパスする。
【0034】また、データRAM11については、バイ
パス路19,19は、図8において、32ビットのデー
タ入力と32ビットのデータ出力とをバイパスする。
【0035】スキャンテスト対象の組合せ論理回路1
6,17は、マクロセル部13との境界に位置し、組合
せ論理回路16はマクロセル部13の入力端子18a,
18a及びバイパス路19,19に、組合せ論理回路1
7はセレクタ20,20にそれぞれ接続されている。ま
た、組合せ論理回路15の出力が組合せ論理回路16に
接続され、組合せ論理回路17の出力が組合せ論理回路
14に接続されている。すなわち、図1では、スキャン
テストモードにおいて、「SFF3,SFF4−組合せ論
理回路15−組合せ論理回路16−バイパス路19,1
9−セレクタ20,20−組合せ論理回路17−組合せ
論理回路14−SFF3,SFF4」というデータ処理経
路が形成される。
【0036】セレクタ20,20は、例えば一対のトラ
ンスミッションゲートからなり、テスト制御部2からの
モード切替信号MODEによって制御される。モード切
り替え信号MODEは、通常動作において「0」とな
り、スキャンテストにおいて「1」となる信号であり、
セレクタ20,20の選択制御信号となって、通常動作
モードにおいてはマクロセル18の出力端子18bから
の出力を選択し、スキャンテストモードにおいてはバイ
パス路19,19を選択する。また、テスト制御部2
は、SFF1〜SFFnのスキャンイネーブル信号SEを
生成し、スキャンイネーブル信号SEが「1」の場合
に、SFF1〜SFFnがチェーン結合されてシリアルシ
フトレジスタ21として機能するようになる。
【0037】斯かる構成において、通常動作モードにお
いては、テスト制御部2によるスキャンイネーブル信号
SEが「0」となって外部入力端子EXINを非選択状
態とし、通常のデータD1が、「SFF1−組合せ論理
回路14−SFF4−組合せ論理回路15−SFF5−」
という経路で処理され、また、通常のデータD2が、
「SFF2−組合せ論理回路14−SFF3−組合せ論理
回路15−SFF6−」という経路で処理される。また
この間、モード切替信号MODEは「0」となっている
ので、セレクタ20,20はマクロセル18の出力を選
択している。
【0038】一方、スキャンテストモードにおいては、
テスト制御部2によるスキャンイネーブル信号SEが
「1」となって、SFF1〜SFFnがチェーン結合され
てシリアルシフトレジスタ21として機能するようにな
り、スキャンイン機能を利用して、外部入力端子EXI
Nから、スキャンテスト回路部12内の全てのSFF1
〜SFFnの内部状態を設定する。これが1つのテスト
パターン(テストデータ)に相当する。
【0039】次に、スキャンイネーブル信号SEを
「0」に切り換え、SFF1〜SFFnのチェーン結合を
解除して、スキャンテスト対象組合せ論理回路14〜1
7を通常動作させて、その動作結果をスキャンシフトレ
ジスタ21に取り込む。
【0040】そして、再びスキャンイネーブル信号SE
を「1」として、SFF1〜SFFnをチェーン結合し、
スキャンアウト機能を利用して外部出力端子EXOUT
を介してスキャンシフトレジスタ21のデータを外部に
取り出して、期待値と比較する。この一連の動作を、A
TPGと呼ばれるCATツールによって生成されたテス
トパターンについて行うことにより、スキャンテスト回
路部12がテストされることになる。
【0041】そしてこの間、モード切替信号MODEは
「1」となっているので、セレクタ20,20はバイパ
ス路19,19を選択している。従って、「SFF3
SFF4−組合せ論理回路15−組合せ論理回路16−
バイパス路19,19−セレクタ20,20−組合せ論
理回路17−組合せ論理回路14−SFF3,SFF4
というデータ処理経路が形成されるため、マクロセル1
8を動作させなくても、マクロセル部13との境界に位
置する組合せ論理回路16,17のスキャンテストを行
うことができる。
【0042】以上、本第1実施形態にあっては、スキャ
ンテスト回路部12においてマクロセル部13との境界
に位置する組合せ論理回路16,17のスキャンテスト
を行う際、わざわざマクロセル18を動作させる必要が
ないので、スキャンテストのためのテストパターンのス
テップ数を小さく抑えることができる。 (第2実施形態)本発明を具体化した第2の実施形態を
図面に基づいて説明する。但し、第1実施形態と同様の
構成には同じ符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【0043】図2は、本第2実施形態に係る半導体集積
回路1の要部回路図を示している。
【0044】本第2実施形態においては、組合せ論理回
路16,17間を直結する経路22が存在しており、仮
に第1実施形態のようなバイパス路19,19が選択さ
れた場合、組合せ論理回路16,17間で閉ループが形
成されてしま、発振が生じて論理値が定まらず、テスト
ができなくなったり、閉ループ上の論理ゲートへの入力
が中間電位となって貫通電流が生じ、論理ゲートを形成
するトランジスタが故障する問題が生じる。
【0045】そこで、本第2実施形態では、バイパス路
19,19のそれぞれにスキャンフリップフロップSF
7,SFF8を挿入することにより、組合せ論理回路1
6,17間に閉ループが形成されることを防止してい
る。
【0046】斯かる構成において、通常動作モードにお
ける動作は、第1実施形態と同様である。
【0047】スキャンテストモードにおいては、バイパ
ス路19,19に挿入されたSFF 7,SFF8は、SF
1〜SFF6と共にチェーン結合されて、シリアルシフ
トレジスタ21の一部を構成し、スキャンテスト用のテ
ストパターンが設定される。このように、SFF7,S
FF8がシリアルシフトレジスタ21の一部を構成して
いることから、組合せ論理回路16の出力の観測性と、
組合せ論理回路17の制御性が高くなる。
【0048】尚、SFF7,SFF8の双方でなくても、
いずれか一つがシリアルシフトレジスタ21の一部を構
成するようにしても良い。 (第3実施形態)本発明を具体化した第3の実施形態を
図面に基づいて説明する。但し、第1実施形態と同様の
構成には同じ符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【0049】図3は、本第3実施形態に係る半導体集積
回路の要部回路図を示している。
【0050】本第3実施形態においては、マクロセル1
8の入力数が出力数に比べて多い場合に、バイパス路1
9…上に論理ゲート23…(ANDゲート)を挿入する
ことで、バイパス路19…の本数を、マクロセル18の
出力数と同数にしている。具体的には、図3において
は、マクロセル18は8個の入力に対し4個の出力を備
え、それに合わせて、8本のバイパス路19…を、2本
を1組として論理ゲート23…により4本にしている。
【0051】このように、論理ゲート23…を用いた本
第3実施形態では、入力数と出力数の異なる種々のマク
ロセル18に対しても適応することが可能となる。
【0052】尚、論理ゲート23として、ANDゲート
以外に、ORゲート、XORゲート、NANDゲート、NORゲー
ト、XNORゲート等を用いても良い。 (第4実施形態)本発明を具体化した第4の実施形態を
図面に基づいて説明する。但し、第1〜第3実施形態と
同様の構成には同じ符号を用い、その詳細な説明を省略
する。
【0053】図4は、本第4実施形態に係る半導体集積
回路の要部回路図を示している。
【0054】本第4実施形態は、第2実施形態と第3実
施形態とを組合せたものである。すなわち、組合せ論理
回路16,17間を直結する経路22が存在しており、
マクロセル18の入力数が出力数に比べて多い場合、バ
イパス路19…上に論理ゲート23…を挿入することで
バイパス路19…の本数を減らすと共に、減らしたバイ
パス路19…にスキャンフリップフロップSFF9〜S
FF12をそれぞれ挿入する。SFF9〜SFF12は、S
FF7,SFF8と同様にスキャンテストモードにおいて
他のSFF1〜SFF6と共にチェーン結合されてシリア
ルシフトレジスタ21の一部を構成する。
【0055】尚、SFF9〜SFF12のいずれか一つが
シリアルシフトレジスタ21の一部を構成するようにし
ても良い。
【0056】以上の第1〜第4実施形態にあっては、セ
レクタ20を、マクロセル18の出力側に設けている
が、これをマクロセル18の入力側に設けても良い。
【0057】
【発明の効果】本発明にあっては、マクロセルを動作さ
せることなく、論理回路のスキャンテストを行うことが
できるので、スキャンテスト対象の論理回路とスキャン
テスト非対象のマクロセルとの境界部分に存在する論理
回路を、効率的にスキャンテストして、設計TATの短
縮に寄与する半導体集積回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した第1実施形態における半導
体集積回路の要部ブロック図である。
【図2】本発明を具体化した第2実施形態における半導
体集積回路の要部ブロック図である。
【図3】本発明を具体化した第3実施形態における半導
体集積回路の要部ブロック図である。
【図4】本発明を具体化した第4実施形態における半導
体集積回路の要部ブロック図である。
【図5】本発明を具体化した第1〜第4実施形態におけ
る半導体集積回路の全体構成を示すブロック図である。
【図6】レジスタファイルの説明図である。
【図7】タグRAMの説明図である。
【図8】データRAMの説明図である。
【図9】従来例における半導体集積回路の要部ブロック
図である。
【符号の説明】
1 半導体集積回路 2 テスト制御部 12 スキャンテスト回路部 13 マクロセル部 14〜17 組合せ論理回路 18 マクロセル 19 バイパス路 20 セレクタ 21 シリアルシフトレジスタ 23 論理ゲート SFF1〜SFF12 スキャンフリップフロップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 節 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 2G032 AA01 AA07 AC10 AK16 5B048 AA20 CC06 CC18 FF01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スキャンテスト対象の論理回路と、この
    論理回路に接続されたスキャンテスト非対象のマクロセ
    ルと、スキャンテストモード時に前記マクロセルをバイ
    パスするバイパス路とを具備したことを特徴とする半導
    体集積回路。
  2. 【請求項2】 通常動作モードとスキャンテストモード
    とでデータパスを切り換える複数のスキャンフリップフ
    ロップと、このスキャンフリップフロップを用いたスキ
    ャンテスト対象の論理回路と、この論理回路に接続され
    前記スキャンテスト非対象のマクロセルと、スキャンテ
    ストモード時に前記マクロセルをバイパスするバイパス
    路とを具備したことを特徴とする半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記スキャンフリップフロップは、前記
    スキャンテスト対象の論理回路のスキャンパスに組み込
    まれてシリアルシフトレジスタを構成することを特徴と
    した請求項2に記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記マクロセルの出力又は入力と前記バ
    イパス路とのいずれかを選択するセレクタと、このセレ
    クタの動作を制御するテスト制御部とを具備したことを
    特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導
    体集積回路。
  5. 【請求項5】 前記バイパス路にフリップフロップを挿
    入したことを特徴とした請求項1乃至4のいずれか1項
    に記載の半導体集積回路。
  6. 【請求項6】 前記バイパス路を複数本設けた場合に、
    各バイパス路毎にフリップフロップを挿入したことを特
    徴とした請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体
    集積回路。
  7. 【請求項7】 前記バイパス路上に設けたフリップフロ
    ップはスキャンフリップフロップであり、少なくとも一
    つのスキャンフリップフロップが、スキャンテストモー
    ドにおいて、前記シリアルシフトレジスタの一部を構成
    することを特徴とした請求項5又は6に記載の半導体集
    積回路。
  8. 【請求項8】 前記バイパス路上に論理ゲートを設け、
    前記マクロセルの入力端子側のバイパス路の数に比べて
    出力端子側のバイパス路の数を減少させたことを特徴と
    する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体集積
    回路。
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