JP2005235368A - 半導体集積回路の検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 メモリのインタフェースの検査を実動作経路を用いて行う。
【解決手段】 検査前にメモリ101の値を初期化する工程ST201を設けて、メモリ101の値を確定させた後に、メモリ101をアクセスする論理回路102,103に対して、擬似ランダムパタン発生回路105からランダムパタンを印加する。印加されたランダムパタンに応じて論理回路102,103が動作し、その結果メモリ101へのアクセスが行われ、メモリ101から出力された値を通常動作と同じ経路で論理回路103に取り込む。ランダムパタンのテスト入力と、メモリ101からの出力を論理回路103のテスト入力とし、その出力応答を圧縮回路106に取り込んで期待値と比較することで、不良があったかどうかを判断する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、メモリのインタフェース(入力端子・出力端子)の実動作検査を行う方法に関する。
メモリと論理回路を含む半導体集積回路の動作検査は、通常、論理回路に対する検査とメモリの検査との2つから構成される。論理回路に対する検査としては論理BISTやスキャンテストが代表的なものであり、メモリに対する検査としてはメモリBISTやテスタによるメモリテストが代表的なものである。論理回路に対する検査では配線やトランジスタの故障を検証するのに対して、メモリに対する検査では、論理回路と同様のテストに加え、隣り合うメモリセル同士の保持値の関係や読み出し/書き込みの順序に関するテストが行われる。
<メモリBISTを用いたメモリのインタフェース検査>
メモリの実速度検査を行う方法の1つとしてメモリBISTがある(メモリBISTを用いた手法については、非特許文献1,Figure12.3に記載)。
図12(a)は、メモリ、メモリにアクセスする論理回路およびこれらのメモリをテストするための組み込み自己テスト回路から構成される半導体集積回路例である。図12(a)において、論理回路1202は、通常動作モードにおいてメモリ1201へデータの書き込みを行う。また、論理回路1203は、通常動作モードにおいてメモリ1201からの出力データを取り込む。組み込み自己テスト回路(メモリBIST)1207は、メモリ1201に対して特定のパタンを発生し、メモリ1201からの読み出しデータと期待値を比較してメモリ1201の良否判定を行う。セレクタ1209は、論理回路1202からの信号1211またはメモリBIST1207からの信号1215を選択的にメモリ1201に入力する。メモリ1201のテストを行う際には、メモリBIST1207からの信号1215がセレクタ1209によって選択され、メモリBIST1207からメモリ1201に対して特定のパタンが印加される。印加されたパタンに対するメモリ1201の出力応答1213は、論理回路1203へ取り込まれるとともに、出力応答1213が分岐した信号線1214を通ってメモリBIST1207に取り込まれ、メモリBIST1207内で期待値と比較することで、メモリ1201に不良があったかどうかを判定する。
このように、メモリBIST1207を用いたメモリ1201のテストにおいては、メモリ1201へのテストパタン入力に際しては、通常動作でメモリ1201をアクセスする経路に対してセレクタ1209を挿入することによりメモリBIST1207からの別経路を設けてメモリ1201へパタンが印加されている。また、メモリ1201からの出力は、通常動作でメモリ1201の出力を取り込む論理回路1203への経路と、該経路とは別に、メモリ1201の出力を分岐してメモリBIST1207内に取り込まれる経路が存在し、通常動作状態での経路とは別の経路を用いて期待値の比較が行われている。
図12(b)は、メモリを含む半導体集積回路に対して擬似ランダムパタン発生回路(PRPG)および圧縮回路(MISR)を用いて組み込み自己テストを行う回路例である(メモリをバイパスする手法については、非特許文献1,Figure12.6に記載)。
圧縮回路を用いたテストでは、印加されたテストパタンに対する出力応答を圧縮回路に取り込み、圧縮回路に最終的に残った値と予め算出した値とを比較することで、テスト対象回路の故障の有無を判断する。圧縮回路へ不定値(X)が入力されると圧縮回路内の値が壊されてしまうため、テスト対象回路から圧縮回路へ不定値が伝播しないようにテスト回路設計をしなければならない。
図12(b)では、擬似ランダムパタン発生回路1205からのランダムパタンが信号線1226を介して論理回路1202に印加される。論理回路1202はランダムパタンに対する応答として、信号線1221を介して、メモリ1201へ書き込みまたは読み出し動作を行うとともに、信号線1228を介して圧縮回路1206に出力値が取り込まれる。また、論理回路1202に入力されたランダムパタンに対する出力応答によってメモリ1201からデータが出力されるが、テスト時にはメモリ1201の出力値が確定していないので不定値が出力される。圧縮回路1206へ不定値が取り込まれないようにするために、メモリ1201の出力側にセレクタ1210を配置し、モード信号によって、メモリ1201への入力信号1221をバイパスした信号を選択し、論理回路1203に確定した値を入力させる。また、バイパスした信号線1225にフリップフロップ1208を挿入することで、バイパスした信号の可観測性および論理回路1203に対する可制御性を高めて、故障検出率を向上させる。論理回路1203は、擬似ランダムパタン発生回路1205からの入力と、メモリ1201をバイパスした信号1223を入力として、その出力応答が信号線1229を通って圧縮回路1206に取り込まれる。
このようにメモリ1201を含む半導体集積回路に対して圧縮回路1206を用いてテストを行う場合には、メモリ1201から出力される不定値が圧縮回路1206に取り込まれないようにするために、メモリ1201の出力側にセレクタ1210を配置して、メモリ1201への入力をバイパスした値が選択されるようにして、テストを行っている。
<スキャンテストを用いたメモリのインタフェース検査>
メモリのインタフェースの実速度検査を行うもう一つの方法として、論理回路に対するテストであるスキャンテストによる検査手法がある(スキャンテストを用いた手法については、非特許文献2に記載)。
図13は、メモリ、メモリにアクセスする論理回路から構成される半導体集積回路である。図13において、記憶素子1301は、通常動作モードにおいて組合せ回路1302を介してメモリ1303へ書き込みを行う。また、記憶素子1304は、通常動作モードにおいて、組合せ回路1305を介して、メモリ1303の出力データを取り込む。記憶素子1301および記憶素子1304は、クロックCKのエッジ毎に、端子SEの値が「0」の時には端子Dの値を取り込むと同時に端子Qへ取り込んだ値を出力し、端子SEの値が「1」の時には端子SIの値を取り込むと同時に端子SOへ取り込んだ値を出力する。テスタは端子SEの値を「1」にすると共に、端子SIからクロック毎に値を順次送り込むスキャンシフト動作によって、記憶素子1301および記憶素子1304に値を設定するとともに、記憶素子1301および記憶素子1304の値を端子SOから順次読み出し期待値と比較することによって、メモリインタフェースの検査を行う。
メモリの様なシフト動作が出来ない記憶素子を含む場合、メモリの値はシフト動作によって直接値を設定することが出来ないため、シフト動作可能な記憶素子に対してシフト動作で値を設定した後、通常動作によってメモリに取り込ませるという様に、間接的に値を設定する必要がある。これには、全てスキャン記憶素子で構成された回路に対するフルスキャンテスト技術より高度なパーシャルスキャンテスト技術が必要であり、テストパタンが増加する傾向がある。
「A Designer's Guide to Built-in Self-Test」by Chrles E.Stroud, Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7050-0 12.2 章 RAM BIST Architectures, Figure 12.3 12.4 章 Bypassing Regular Structures During BIST, Figure 12.6 「FASTSCAN AND THE ATPG PROCUCT FAMILY DATASHEET」by MentorGraphics, http://www.mentor.com/dft/fastscan#ds.pdf
メモリの入力および出力の実動作検査に関して、メモリBISTを用いた場合には、通常経路とは異なるメモリBIST用の経路からテストパタンがメモリに印加される。また、メモリの出力信号は、メモリの出力信号を使用する論理回路への入力が分岐されて、メモリBIST回路中の期待値比較回路でメモリ内に不良があったかどうか判断する。そのため、メモリBIST実施時には、メモリへのテストパタンの印加およびメモリからの出力信号の取り込みが、通常動作時とは異なる経路を通って行われ、実動作と同じ経路を用いてメモリの入力および出力の実動作検査ができない。
これを解決するために、メモリBIST等のメモリテストによるメモリデバイスの動作検証に加えて、通常動作でのテストパタンを作成することによって実動作経路の検証を行う場合があるが、この場合、通常動作テストパタンの作成は人手で行うため半導体集積回路の設計工数が増加してしまうという課題がある。更にはメモリと記憶素子の間に存在する組合せ回路が複雑になると現実的には通常動作テストパタン設計が困難になってくる。また、論理BISTやスキャンテストによる検証と通常動作テストパタンによる検証は別EDAツールで行うため、検査完成度の指標である故障検出率を算出する作業が煩雑になってしまうという問題もある。
また、圧縮回路を用いて、メモリを含む半導体集積回路をテストする場合には、圧縮回路に不定値が取り込まれないようにするために、メモリの出力側にセレクタを配置して、テスト時にはメモリをバイパスした値の確定した信号が選択されるようにしている。そのため、テスト時には、メモリからの出力信号が使用されず、また、通常論理からメモリへ書き込まれた信号もメモリ出力から読み出されない。従って、メモリへの書き込み動作およびメモリからの読み出し動作が正しく行われているかどうかをテストできない。
一方、スキャンテストによるメモリインタフェースの検査手法では、実動作検査ができない問題、実動作テストパタン作成の問題、故障検出率算出の煩雑さの問題は解決できるが、実動作ならば1サイクルで設定できるメモリの値の設定が、シフト動作によって論理回路内のメモリへのアドレスや書き込み信号に対応する記憶素子を設定してから初めて行うパーシャルスキャンテスト手法を取るため、例えば256Kbyte/32bitワードのメモリのもつアドレス信号は16bitであるから、シフト動作だけでも16サイクル以上が必要となり、16倍以上の長い検査時間が必要になるという課題がある。論理BIST時にはバイパス回路を用意しない場合には全てのメモリ領域を初期化する必要があり、現実的には使えないという問題もある。
本発明の目的は、メモリの入力および出力信号の実動作検査を可能とする検査方法を提供することである。
本発明による検査方法は、第1の記憶素子と第2の記憶素子との間に設けられたメモリ回路を有する半導体集積回路を検査する方法であって、前記メモリ回路を初期化するステップ(a)と、前記第1の記憶素子にテストパタンを与えるステップ(b)と、前記第1の記憶素子に与えられたテストパタンに応じたメモリアクセス信号を通常動作で使用する経路を使って前記メモリ回路に与えるステップ(c)と、前記メモリアクセス信号に応答して前記メモリ回路から出力された値を通常動作で使用する経路を使って前記第2の記憶素子に取り込むステップ(d)と、前記第2の記憶素子に取り込まれた値と期待値とを比較するステップ(e)とを備える、ことを特徴とする。
上記検査方法において、前記半導体集積回路は、擬似ランダムパタン発生回路と圧縮回路とをさらに備え、前記ステップ(b)では、前記擬似ランダムパタン発生回路からのランダムパタンを前記テストパタンとして前記第1の記憶素子に与え、前記ステップ(e)では、前記第2の記憶素子に取り込まれた値を前記圧縮回路で圧縮し、当該圧縮の結果得られた信号と前記期待値とを比較する、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記第1および第2の記憶素子はスキャン可能な記憶素子であり、前記ステップ(b)では、前記第1の記憶素子にテストパタンをシフト動作により与え、前記ステップ(e)では、前記第2の記憶素子に取り込まれた値をシフト動作により読み出し、読み出した値と前記期待値と比較する、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記メモリ回路は、書き込みポートと読み出しポートを個別に持つマルチポートメモリであり、前記半導体集積回路は、前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、テスト時に、前記メモリ回路の書き込みポートと読み出しポートの同一のアドレスに同時に書き込みおよび読み出しを行わないようにするアドレス変換回路をさらに備える、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記半導体集積回路は、前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、前記ステップ(c)〜(d)において行われる前記メモリ回路へのアクセスを所定の領域に限定するアドレス変換回路をさらに備え、前記ステップ(a)では、前記メモリ回路の領域のうち前記アドレス変換回路によって限定された領域を初期化する、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(b)において、前記メモリ回路への書き込みを行うパタンを前記テストパタンとして前記第1の記憶素子に与える、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記半導体集積回路は、前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、前記ステップ(b)〜(e)において前記メモリ回路への書き込みを禁止する書き込み禁止回路をさらに備える、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(a)における前記メモリ回路の初期化をメモリテストにおいて行う、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(a)は、メモリテストを行うステップ(a1)と、前記メモリ回路の一部の領域の値を設定するステップ(a2)とを含む、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記半導体集積回路は、前記メモリ回路を検査するためのメモリBIST回路をさらに備え、前記メモリテストは、前記メモリBIST回路を用いて行われる、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記メモリ回路は不揮発性領域を有しており、前記ステップ(a)では、前記不揮発性領域に初期値を格納する、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(a)では、前記メモリ回路を初期化する値として、前記メモリ回路のデータ出力端子を始点に含み、前記メモリ回路のデータ出力端子から出力される信号が到達可能な記憶素子を終点とする組合せ回路に対して作成した検査系列の前記データ出力端子に割り当てられた検査系列を用いる、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(b)〜(e)において行われる行程を前記半導体集積回路の実動作速度で行う、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記メモリ回路を組合せ順序回路にモデル化するステップ(f)と、前記モデル化されたメモリ回路を用いてテストパタンを生成するステップ(g)とをさらに備え、前記ステップ(b)では、前記ステップ(g)において生成されたテストパタンを前記第1の記憶素子に与える、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記メモリ回路を組合せ順序回路にモデル化するステップ(f)と、前記メモリ回路への書き込みを含まないテストパタンを前記モデル化されたメモリ回路を用いて生成するステップ(g)とをさらに備え、前記ステップ(b)では、前記ステップ(g)において生成されたテストパタンを前記第1の記憶素子に与える、ことが好ましい。
上記検査方法において、前記ステップ(f)では、前記メモリ回路は組合せ回路にモデル化される、ことが好ましい。
本発明の検査方法では、メモリ回路を初期化する工程を設けてメモリ回路を初期化しておくため、その後のテスト行程においてメモリ回路からの読み出し動作で不定値が出力されないようになる。これにより、メモリ回路の出力値を通常動作で使用する経路を使って取り込み、取り込んだ値と期待値とを比較することにより、メモリ回路の出力とその値を受け取る通常論理(第2の記憶素子を含む)間の実動作速度テストを行うことが可能となる。メモリ回路への書き込みを行わない状態でもメモリ回路の読み出しによって、メモリ回路前後の論理回路(第1の記憶素子および/または第2の記憶素子を含む)の検査が可能となる。
また、マルチポートメモリに対しても、テスト時に、マルチポートメモリの書き込みポートと読み出しポートの同一のアドレスに同時に書き込みおよび読み出しを行わないようにするアドレス変換回路を追加することによって、同様な効果が期待できる。
また、ランダムパタンによって論理回路(第1の記憶素子を含む)に入力されたテストパタンに応じて、論理回路(第1の記憶素子を含む)からメモリ回路に値を書き込み、書き込まれた値を読み出して、メモリ回路から読み出された値を論理回路(第2の記憶素子を含む)で取り込むことで、通常動作で使用する経路を使ってメモリ回路への書き込みおよびメモリ回路からの読み出しを実動作速度でテストを行うことが可能となる。
また、メモリ回路の初期化工程を設けてメモリ回路を初期化しておくことで、メモリ回路の前後に接続した論理回路(第1の記憶素子および/または第2の記憶素子を含む)を検査する値をスキャンテストによってメモリ回路に設定する必要が無くなり、検査時間の短縮を図ることが可能になる。
また、メモリ回路を初期化する範囲を限定することで、メモリ回路の設定を省略することができ、検査時間の短縮を図ることが可能になると同時に、BISTテストやスキャンテスト時におけるアクセスを初期化した領域のみに限定する回路を追加することにより、検査系列の生成時の制限がなくなり、検査系列の生成が容易になる。
また、BISTテストやスキャンテスト時にメモリへの書き込みを行うパタンを印加することにより、BISTテストやスキャンテスト前にメモリ回路に設定した値にかかわらず、メモリ回路の前後に接続した論理回路(第1の記憶素子および/または第2の記憶素子を含む)を検査する値をメモリ回路に設定し、検査を行うことが可能となる。
また、メモリ回路の初期化をメモリテストで行うことにより、メモリ回路の設定を省略することができ、検査時間の短縮を図ることが可能になる。
また、メモリテストで設定したメモリ回路の値に加えて、メモリ回路の前後に接続した論理回路の検査ができる量だけ適切にメモリ回路を初期化することにより、メモリ回路の設定による検査時間の短縮が可能になると同時に、メモリ回路の前後に接続した論理回路の検査を、メモリ回路への書き込みなしに行うことが可能になる。
また、RAMやROMなどの不揮発領域にメモリ回路の初期値を格納することにより、メモリ設定の為の検査時間が不要となり、同時に、ROMなどの不揮発性メモリにおいてもメモリ回路の前後に接続した論理回路の検査が可能になる。
また、テストパタン生成ツールでメモリ回路の初期値を決定することにより、メモリ回路の前後に接続した論理回路が複雑になった場合でも容易に縮退故障や遅延故障などの検査の目的に合わせたメモリ回路の設定値を決定することが可能になる。
また、テストを実動作周波数で実行することにより、メモリインタフェースの実動作速度でのテストが可能になる。
本発明の検査方法では、BISTテストあるいはスキャンテスト前にメモリ回路が初期化されており、BISTテストあるいはスキャンテスト時に書き込みを行わない半導体集積回路に対して、メモリ回路を組合せ順序回路にモデル化することにより、メモリ回路の論理が単純化され、テストパタン生成に必要な時間を短縮することが可能になる。
また、テストパタン生成において書き込み動作パタンの生成を禁止することにより、BISTテストあるいはスキャンテスト時にメモリの書き込みを禁止する書込み禁止回路を実装する必要がなくなり、半導体集積回路のコストダウンを図ることが可能となる。
また、メモリ回路の前後の論理回路に印加するクロックに対して、メモリ回路に印加するクロックが遅延クロックである場合には、メモリ回路は、組み合わせ回路にモデル化することが可能となり、従来のフルスキャンテスト技術でテストパタンを生成することが可能となり、また、最新のスキャンテストツールにおいても、テストパタン生成に必要な時間を短縮することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図面において同一の部分または相当する部分には同じ参照符号を付してその説明は繰り返さない。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施の形態における半導体集積回路例である。第1の実施形態では、図1に示した半導体集積回路に含まれているメモリ101のインタフェース(入力および出力)の実速度検査について説明する。メモリ101は、論理回路102から制御され、メモリ101の出力が論理回路103に取り込まれる。論理回路102および103はスキャンテスト設計が行われていて、内部にスキャンフリップフロップと組合せ回路部を有し、スキャンフリップフロップはスキャンチェーンを形成し、スキャンイン端子SI、スキャンアウト端子SO、Scan Enable端子SEを持つ。擬似ランダムパタン発生回路105は、論理回路102および論理回路103のSI端子に擬似ランダムパタンを印加する。圧縮回路106は、擬似ランダムパタンに対する論理回路102および論理回路103の出力応答をSO端子から取り込み、その値を圧縮してシグネチャを生成する。制御回路104は論理回路102および論理回路103を制御する。
クロック信号CKは、メモリ101およびその他のブロックのクロック信号である。Scan Enable信号SEは、制御回路104から論理回路102および103に印加され、Scan Enable信号SEの値が「1」の時にシフト動作が行われ、「0」の時にキャプチャ動作が行われる。
メモリ101のアドレス信号AD、Write Enable信号WE、データ入力信号DIは、擬似ランダムパタン発生回路105で生成されたパタンが論理回路102に入力され、その結果として論理回路102からメモリ101に対して印加される信号である。Write Enable信号WEが「0」の時にはメモリ101にデータの書き込みが行われ、「1」の時にはメモリ101からデータの読み出しが行われる。メモリ101のデータ出力信号DOは、メモリ101に対して印加された信号に応じて読み出される値であり、読み出された値はキャプチャ動作時に論理回路103に取り込まれる。
擬似ランダムパタン発生回路105で生成された擬似ランダムパタンが論理回路102に印加され、擬似ランダムパタンに応答して論理回路102からメモリ101にアクセスされた結果としてメモリ101のデータ出力値が論理回路103に印加される。これらの入力に対する論理回路102,103の出力応答を圧縮回路106で圧縮して取り込みシグネチャを生成する。圧縮回路106に格納された値を、あらかじめ求められた期待値と比較することで、論理回路102、103およびメモリ101に故障があったかどうかを判断することができる。
図2は本発明の第1の実施の形態におけるメモリインタフェースの実動作検査方法のフローチャートである。
ステップST201では、図1のメモリ101を初期化する。この初期化は、論理回路102を動作させてメモリ101への書き込み動作を行うことで実現する。メモリ101の初期化が完了すると、ステップST202において、メモリ101を動作させながら論理ブロックのテストを行う。ステップST202での動作について、図3の波形図を例として説明する。
<メモリ出力から通常論理への経路の実動作テスト>
時刻t0のクロックCKの立ち上がりで、擬似ランダムパタン発生回路105からのテストパタンに応じて論理回路102からメモリ101に対するアドレス信号ADが生成される(図2のADの斜線部)。時刻t0で生成されたアドレス信号ADは、時刻t1のクロックCKの立ち上がりで、メモリ101に取り込まれる。この時のWrite Enable信号WEの値が1なので、メモリ101からデータが読み出される(図2のDOの斜線部)。メモリ101はステップST201で既に初期化されているため、メモリ101のデータ出力信号DOとして不定値が出力されることはなく、初期化によってメモリ101に書き込まれた確定した値がデータ出力信号DOとして出力される。
時刻t2におけるクロックCKの立ち上がりでは、Scan Enable信号SEが0になっているため、メモリ101から読み出された値(図2のDOの斜線部)が、通常動作と同じ経路を通って、論理回路103に取り込まれる。取り込まれた値は、時刻t3以降、Scan Enable信号SEが1のシフト状態で、論理回路103のSO端子を通して圧縮回路106に取り込まれる。
<通常論理からメモリ入力への経路の実動作テスト>
時刻t3におけるクロックCKの立ち上がりで、擬似ランダムパタン発生回路105からのテストパタンに応じて論理回路102からメモリ101に対して信号が印加される。図3の例では、アドレス値「2E」、データ入力値「FFFF」およびWrite Enable信号値「0」が論理回路102からメモリ101に印加される。時刻t4のクロックCKの立ち上がりで、Write Enable信号が「0」、アドレス値「2E」、データ入力値「FFFF」がメモリ101に取り込まれ、論理回路102からメモリ101に対して、通常動作と同じ経路を通って、アドレス「2E」に対して、データ値「FFFF」が書き込まれる。
それ以降も同様に、擬似ランダムパタン発生回路105からのテストパタンに応じて論理回路102からメモリ101に信号が印加され、メモリ101に印加される信号値に応じて、メモリ101へのデータの書き込み/メモリ101からのデータの読み出しが行われる。
擬似ランダムパタン発生回路105からのテストパタンに応じて論理回路102からメモリ101に時刻t4で書き込みが行われたアドレス値「2E」が時刻tn−1において再び生成され、さらに時刻tnでWrite Enable信号WEが1の状態になることで、時刻tnにおいて、時刻t4でメモリ101に書き込まれた値「FFFF」が該当アドレスから出力される。この時Scan Enable信号SEが1から0になると、次の時刻tn+1で論理回路がキャプチャ動作となり、メモリ101から読み出された値「FFFF」が、通常動作と同じ経路を通って、論理回路103に取り込まれる。取り込まれた値は、時刻tn+1以降、Scan Enable信号SEが1のシフト状態で、論理回路103のSO端子を通して圧縮回路106に取り込まれる。
<論理回路部のテスト>
また、論理回路102に対しては、擬似ランダムパタン発生回路105で生成されたランダムパタンがテスト入力として印加される。論理回路103に対しては、論理回路102に印加されたランダムパタンに対する応答として論理回路102からメモリ101へアクセスし、その結果メモリ101から読み出されて論理回路103に入力される信号と、擬似ランダムパタン発生回路105で生成されたランダムパタンとがテスト入力として印加される。これらのテスト入力に対する論理回路102,103の出力応答が圧縮回路106に取り込まれ圧縮される。この圧縮された値とあらかじめ求められた期待値とを比較することで論理回路102、103のテストも実施できる。
メモリ101を動作させて論理ブロックのテストが終了すると、ステップST203に移り、圧縮回路106の値を期待値と比較する。
上述のように第1の実施の形態では、メモリの初期化工程ST201を設けてメモリ101を初期化しておくため、メモリ101からの読み出し動作で不定値が出力されないようになる。これにより、メモリ101の出力値DOを通常動作で使用する経路を使って取り込み、圧縮回路106を用いて、メモリ101の出力DOとその値を受け取る通常論理間の実動作速度テストを行うことが可能となる。また、ランダムパタンによって論理回路102、103に入力されたテストパタンに応じて論理回路102からメモリ101に値を書き込み、書き込んだ値をメモリ101から読み出し、読み出した値を論理回路103で取り込むことで、通常動作で使用する経路を使ってメモリ101への書き込みおよびメモリ101からの読み出しを実動作速度でテストを行うことが可能となる。
なお、第1の実施の形態では、テストパタン発生に関して、擬似ランダムパタン生成回路105を用いたが、擬似ランダムパタン生成回路105を用いずに外部端子からのテストパタン入力であっても第1の実施の形態と同様の効果を得られる。
なお、第1の実施の形態では、ステップST201で、論理回路102を動作させてメモリ101への書き込みを行ってメモリ101を初期化したが、図4(a)に示すように、メモリ101をテストするためのメモリBIST部107が組み込まれた回路構成の場合には、ステップST201でメモリBIST部107を起動して、メモリBIST部107からセレクタ411、412、413を介してメモリ101に特定のパタンが入力され、その結果としてメモリ101を初期化した場合であっても第1の実施の形態と同様の効果を得られる。
また、メモリの初期化工程ST201を図4(b)のように、メモリ101をIsolationし、外部端子431、432、433からセレクタ411、412、413を介してメモリ101に直接パタン入力をすることで、メモリ101の初期化を実施しても第1の実施の形態と同様の効果を得られる。
また、図5のようにデュアルポートメモリ501を含む半導体集積回路に対する場合には、テスト時に同一アドレスに対してWrite動作とRead動作が同時に起こらないように、Write AddressであるADWとRead AddressであるADRとが同一の値にならないようにアドレスを変換するアドレス変換回路510を設ける。これにより、デュアルポートメモリ501にアクセスする論理回路502からの信号に応答してデュアルポートメモリ501から不定値が出力されてしまうことを防ぎ、値が確定した出力DOが論理回路503に取り込まれるため、第1の実施の形態と同様の効果を得られる。
(第2の実施形態)
図6は本発明の第2の実施の形態における半導体集積回路例である。第2の実施形態では、図6に示した半導体集積回路に含まれているメモリ101のインタフェース(入力および出力)の実速度検査について説明する。
図6においてメモリ101は、論理回路102から制御され、メモリ101の出力が組合せ回路601を介して論理回路103に取り込まれる。
クロック信号CKは、メモリ101のクロック信号およびその他のブロックのクロック信号である。メモリ101のクロックは、論理回路102、103のクロックに対して遅延回路602により遅延されたクロックが注入されている。
SE端子603には外部からScan Enable信号SEが印加される。SE端子603に印加されたScan Enable信号SEは論理回路102,103に与えられる。Scan Enable信号SEの値が「1」の時にはシフト動作により、シフトイン端子604およびシフトイン端子605に外部から論理回路102および論理回路103の設定値が注入されるとともにシフトアウト端子606およびシフトアウト端子607から論理回路102および論理回路103に格納された値が出力され、出力された値と期待値とが比較される。Scan Enable信号SEの値が「0」の時にはキャプチャ動作により、論理回路102の値に従ってメモリ101が動作するとともに、読み込み時にはメモリ101の出力が組合せ回路601を介して論理回路103に取り込まれる。
スキャンテストモード端子608にはスキャンテストモード示す信号が印加される。書き込み禁止回路609はスキャンテストモード時に書き込みを禁止する回路である。スキャンテストモード端子608は通常動作時には「0」となりメモリ101への書き込みを許可し、スキャンテストモード時には「1」となりメモリ101への書き込みを禁止する。
メモリテストモード端子610にはメモリテストモードを示す信号が外部から印加される。メモリテストモード端子610に印加された信号はセレクタ411,412,413に与えられる。メモリテスト時やメモリ初期化時には、外部端子431,432,433からセレクタ411,412,413を介してメモリ101にメモリアクセス信号AD,WE,DIを印加し、書き込み時にはメモリ101の値を設定すると共に、読み出し時には外部端子611から出力されるメモリ101の出力データを期待値と比較する。
メモリアクセス信号AD、WE、DIは、それぞれメモリ101のアドレス信号AD、Write Enable信号WEおよびデータ入力信号DIである。Write Enable信号WEが「1」の時にはメモリ101にデータの書き込みが行われ、Write Enable信号WEが「0」の時にはメモリ101からデータの読み出しが行われる。本実施例ではアドレス信号ADの幅は3ビットであり8ワードX32ビットのメモリとしている。
メモリ101のデータ出力信号DOは、メモリ101に対して印加された信号に応じて読み出される値であり、読み出された値は、組合せ回路601を介して論理回路103にキャプチャ動作時に取り込まれる。
組合せ回路601は、DI端子に入力されたデータをSEL端子への入力612に従って修飾してDO端子に出力する。具体的には、SEL端子に入力される信号612の値が2'b00(2ビット幅の値で、2進数表記で00であることを示す)の時にはDI[31:0]を、2'b01の時には[DI[23:0],DI[31,24]]を、2'b10の時には[DI[15:0],DI[31,16]]を、2'b11の時には[DI[7:0],DI[31,8]]をDO端子から出力するローテーター機能を有する。
図7は本発明の第2の実施の形態におけるメモリインタフェースの実動作検査方法のフローチャートである。
ST701はメモリのモデル化時に格納されているメモリの初期値を決めるステップである。ST702はメモリのモデル化を行うステップであり、図6のメモリ101を組合せ回路にモデル化する。ST703はモデル化したメモリと論理回路に対してスキャンテストパタンを生成するステップである。ST704はメモリテストを行うステップであり、メモリ101のメモリセルのテスト等を行う。ST705はメモリ初期化を行うステップであり、ST704とあわせて、ST701のメモリの初期値に対応する値の設定を行う。ST706はスキャンテストを行うステップであり、ST703で生成したスキャンテストパタンを実行しメモリインタフェースの検査を行う。
<メモリの初期値を決めるステップST701>
このステップST701は、ステップST704で行われるメモリテスト実行後のメモリ101の初期値を決定するステップと、ステップST705で行われるメモリ101に接続された組合せ回路601の検査が最適に行われるための設定値を決めるステップとで構成される。
通常のメモリテストでは、メモリテスト完了時には全領域が同じ値に設定されていることが多い。ここでは図8(a)に示すように、全領域が32‘h00000000(32ビット幅の値で、16進数表記で00000000であることを示す)に初期化されている。これをメモリテスト実行後のメモリ101の初期値とする。
次に、半導体集積回路の、メモリ101のデータ出力端子DOから出力される信号が到達可能な論理回路103を終点とし、メモリ101のデータ出力端子DOと組合せ回路610のセレクト信号SELを始点とする、仮想的な組み合わせ回路613を定義し、組合せ回路601と論理回路103の検査が最適に行われるテストパタンを決定する。ここでは組合せ回路601をローテーター回路とし、バイト単位のデータの選択、全ビットの0/1の変化が検査できることを目的として、図8(b)の4パタンをテストパタンとした。次に、メモリ101への入力信号の1/0の変化が検査できること、具体的にはアドレス信号ADの各ビットの0/1の変化が検査できることを目的として、図8(c)の様に、初期値のメモリ上の配置を決定する。これらのステップによって、検査の観点からのメモリの初期値は図8(c)となる。なお、図中のデータ値が"-"の領域は、検査の観点からはどの値でも構わないことを示しており、この領域はメモリテストの初期値を流用することでメモリ初期化に要する時間を削減することができる。特に大容量メモリの場合には、検査の観点からのメモリの初期化領域はメモリ容量より少ないため効果が大きい。
最終的にステップST701により、メモリの初期値は図8(d)となる。
<メモリのモデル化を行うステップST702>
図6の半導体集積回路の例においては、メモリ101へ印加されるクロックは、論理回路102や論理回路103へ印加されるクロックに対して、遅延回路602によって遅延しているため、クロックのエッジで考えた場合、メモリ101はクロック端子が動作に影響しないとしてモデル化することができる。また、スキャンテスト時にメモリ101に対して書き込みを行わない場合には、端子WE,端子DIも動作に影響しないとしてモデル化することができる。最終的に、メモリ101は、図9に示すように、端子ADに対して端子DOからデータを出力する組合せ回路にモデル化することができる。
<モデル化したメモリを用いスキャンテストパタンを生成するステップST703>
図6の半導体集積回路に対して、図6のメモリ101を図9のメモリ101に置き換えてスキャンテストパタンを生成する。この時、メモリ101以外の回路がフルスキャンテスト設計であれば、モデル化した半導体集積回路もフルスキャンテスト設計となり、従来のスキャンテストツールでパタン生成が可能であり、パーシャルスキャンテスト対応ツールを使った場合においてもテストパタン生成時間を短縮することができる。
<メモリをテストするステップST704>
メモリテスト時、メモリテストモード端子610は「1」に設定され、外部端子431,432,433からセレクタ411,412,413を介してメモリアクセス信号AD,WE,DIを印加したり、外部端子611の値を取り込んだりすることで、書き込みや読み込みを行い、配線やトランジスタの故障の検証に加え、隣り合うメモリセル同士の保持値の関係や読み込みや書き込みの順序に関するテストが行われる。このステップによってメモリ101は図8(a)に示す値に設定される。
なお、一般的に、メモリの出力遅延は、クロックのエッジと、クロックのエッジからメモリ内部で生成するタイミングでメモリセルの出力を取り込むセンスアンプの関係で規定されており、メモリテストでは個々のメモリセルの出力がセンスアンプの取り込みタイミングに間に合うことを検証するため、読み出しアドレスによって出力遅延が変化しない。よって後述するステップST706のスキャンテストにおいて、実速度検査を行う場合においても全てのアドレスへのアクセスを検証する必要はない。
<メモリを初期化するステップST705>
メモリテストと同様、メモリテストモード端子610を「1」に設定し、外部端子431,432,433からセレクタ411,412,413を介してメモリアクセス信号AD,WE,DIを印加し、図8(c)に示す値の書き込みを行う。このステップによってメモリ101は図8(d)に示す値に設定される。
<スキャンテストを実施するステップST706>
スキャンテスト時には、メモリテストモード端子610は「0」となり、論理回路102からの信号がセレクタ411,412,413により選択され、同時に、スキャンモード信号608は「1」となり、メモリ101への書き込みが禁止される。
SE端子603を「1」にし、シフトイン端子604およびシフトイン端子605に外部から論理回路102および論理回路103の設定値が入力されるとともにシフトアウト端子606およびシフトアウト端子607から論理回路102および論理回路103に格納された値が出力され、期待値と比較される。SE端子603が「0」の時にはキャプチャ動作により、論理回路102の値に従ってメモリ101が動作するとともに、読み込み時にはメモリ101の出力が組合せ回路601を介して論理回路103に取り込まれる。これらの動作の繰り返しにより、メモリインタフェースの検証が行われる。
上述のように第2の実施形態では、第1の実施形態に加え、メモリの初期化を、メモリテストで設定した値を流用したり、スキャンテストでなく直接設定したりすることにより、大容量メモリにおいても初期化のためのテスト時間を短縮することができ、直接設定する初期値を最低量だけ適切に設定することにより、メモリインタフェースの検査中にメモリへの書き込みを行なわずに、メモリに接続された組合せ回路のメモリインタエースの実動作検査が最適に可能となる。さらに、実速度で動作させることにより実動作速度テストを行うことも可能となる。
また、書き込みを禁止し、メモリを組合せ回路にモデル化することによって、従来のフルスキャンテスト技術でメモリの出力とその値を受け取る通常論理間の検査パタンを生成することができ、既存のテストツールでもメモリインタフェースの実動作検証が可能となり、また、最新ツールでも書き込みを考慮しないことで、パタン作成時間を短縮することが可能となる。
特に、マイクロプロセッサのパイプラインでは、パイプライン伸張の要因でメモリの動作とは別にメモリへのアドレス保持回路が必要であるためメモリの直前にメモリへ印加する制御信号を保持する記憶素子が必要となるが、無駄なサイクルを削減するために、メモリへ印加するクロックを遅延クロックとすることが多く、また、サイクルに余裕がある場合には、同一サイクル中に、メモリと組合せ回路を特にメモリの出力側に挿入する設計をする場合が多く、本実施の形態の効果が高い。
なお、スキャンテスト時に検証しない端子WEや端子DIの検証は、単純な通常動作テストパタン(全ビット0データの書き込み、および、全ビット1データの書き込み)を実行することで確認できるため、大きな問題にはならない。また、メモリテストのための信号のセレクタ411,412,413と、メモリ101の間に、記憶素子を挿入し、挿入した記憶素子とメモリ101の間は通常動作時やメモリテストで回路を共有することによってメモリテストによる書き込みテストで行うこともできる。
なお、第2の実施形態の半導体集積回路では、スキャンテスト中にメモリ101への書き込みを禁止する書き込み禁止回路609を用いているが、特にこれは必須の回路ではなく、スキャンテストパタン生成ツール側で書き込み動作を行わないスキャンテストパタンを生成すれば同等の効果を得られる。また、書き込み動作を行わないスキャンテストパタンを実施した後に書き込み動作を行うスキャンパタンを追加することで、スキャンテストパタンの後に書き込み動作を確認する通常動作テストパタンを省略することが可能になる。
また、第2の実施形態の半導体集積回路では、メモリ101に印加するクロックは遅延回路602を経由した遅延クロックであったが、論理回路102や論理回路103と同じクロックを注入する図10(a)に示すような半導体集積回路においては、メモリ101は、図10(b)に示すようにモデル化できる。この時、モデル化されたメモリ内部に存在する記憶素子1001は非スキャンテスト対応であるため、パーシャルスキャンテスト技術が必要になる。ただし、メモリ101が記憶する値を変更する訳ではなく、メモリ101への制御信号をラッチするだけであり、組合せ回路601を検査するためのパタンはあらかじめメモリ101に格納されているため、スキャンテストパタン生成に必要な時間が短縮できる。
また、メモリテストを行うがスキャンテストの後に実施する場合、あるいは、メモリテストを行うがメモリテスト完了後のメモリの保持する値が不明な場合には、ステップST704を省略し、メモリの初期化はステップST705のみになる。この時、初期化しない領域へのアクセスが発生した時の不定値の取り込みを抑制するために、図11(a)に示すようにアドレス変換回路1101を挿入すれば本実施の形態と同じ効果を得られる。アドレス変換回路1101の実現例を図11(b)に示す。
また、第2の実施形態で示した様に、組合せ回路を検査するために必要なメモリの初期値が少ない場合、ROMの一部の領域や、RAMにテストROM領域など、特定の不揮発領域にあらかじめ初期値を格納したメモリを用いることによって本実施の形態と同じ効果を得られる。
また、ステップST701では、バイト単位のデータの選択、全ビットの0/1の変化が検査できることを目的としてメモリに格納するパタンを作成したが、縮退故障の観点から各ビットの0/1の変化を検証したり、速度故障の観点からクリティカルパスの検証を行ったりすることが可能である。さらに、パタン生成は、仮想ブロック613に対して、ATPGツールで生成させることも可能である。
また、第2の実施形態で示した半導体集積回路は、スキャンテスト時に書き込みを禁止する書込み禁止回路609を持つが、書込み禁止回路609ではなく、検査系列生成ツールに書込み禁止指示を与えることにより、BISTテストやスキャンテスト時にメモリに対して書き込みを行わない検査系列生成方法で作成したスキャンテストパタンを使用することによっても、同様にメモリをモデル化することは可能である。
なお、メモリBISTとメモリテスト、および、論理BISTとスキャンテストを区別して説明したが、BISTはメモリテストやスキャンテスト技術を基本に自己診断機能を追加したものであり、自己診断に必要なパタン発生回路や圧縮回路のハードウェアの相違や、パタン生成回路が生成するテストパタンの制約や、圧縮回路の取り込み値が不定値を取り込めないという制約を除けば、両者の技術や効果は共通である。
本発明にかかる検査方法は、メモリ回路の初期化工程を設けて、テスト開始前にメモリ回路の値を確定させておくことで、テスト時にメモリ回路から不定値が出力されなくなり、メモリ回路の出力をそのまま取り込んでテストを行うことができ、圧縮回路を用いた組み込み自己検査等として有用であり、特にメモリ回路のインタフェース(入力端子・出力端子)の実動作検査に適している。スキャンテストによる検査方法においても、メモリ回路の初期化工程を設けて、テスト開始前にメモリ回路の領域のうち必要最小限の領域の値を確定させておくことで、メモリ値の設定時間の短縮を図ることができ、結果として半導体集積回路のテストコストの削減が可能になる。
本発明の第1の実施の形態による半導体集積回路例を示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態によるメモリインタフェースの実動作検査方法のフローチャートである。 図1に示した半導体集積回路の動作波形図である。 メモリアクセス回路を含む半導体集積回路例を示すブロック図である。 デュアルポートメモリを含む半導体集積回路例を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態による半導体集積回路例を示すブロック図である。 本発明の第2の実施の形態によるメモリインタフェースの実動作検査方法のフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態における、メモリの初期値の決定フローを示す図である。 本発明の第2の実施の形態における、組合せ回路にモデル化されたメモリの論理を示す図である。 本発明の第2の実施の形態における、半導体集積回路例を示すブロック図及び組合せ順序回路にモデル化されたメモリの論理を示す図である。 特定領域のみ初期化されたメモリをもつ半導体集積回路例を示すブロック図である。 従来の半導体集積回路例を示すブロック図である。 従来のスキャンテストによるメモリインタフェース検査を行う半導体集積回路例を示すブロック図である。
符号の説明
101 メモリ
102 メモリにアクセスする論理回路
103 メモリの出力を取り込む論理回路
104 制御回路
105 擬似ランダムパタン発生回路
106 圧縮回路
107 メモリBIST部
CK クロック信号
AD アドレス信号
WE ライトイネーブル信号
DI データ入力信号
DO データ出力信号
SE スキャンイネーブル信号

Claims (16)

  1. 第1の記憶素子と第2の記憶素子との間に設けられたメモリ回路を有する半導体集積回路を検査する方法であって、
    前記メモリ回路を初期化するステップ(a)と、
    前記第1の記憶素子にテストパタンを与えるステップ(b)と、
    前記第1の記憶素子に与えられたテストパタンに応じたメモリアクセス信号を通常動作で使用する経路を使って前記メモリ回路に与えるステップ(c)と、
    前記メモリアクセス信号に応答して前記メモリ回路から出力された値を通常動作で使用する経路を使って前記第2の記憶素子に取り込むステップ(d)と、
    前記第2の記憶素子に取り込まれた値と期待値とを比較するステップ(e)とを備える、
    ことを特徴とする検査方法。
  2. 請求項1において、
    前記半導体集積回路は、擬似ランダムパタン発生回路と圧縮回路とをさらに備え、
    前記ステップ(b)では、
    前記擬似ランダムパタン発生回路からのランダムパタンを前記テストパタンとして前記第1の記憶素子に与え、
    前記ステップ(e)では、
    前記第2の記憶素子に取り込まれた値を前記圧縮回路で圧縮し、当該圧縮の結果得られた信号と前記期待値とを比較する、
    ことを特徴とする検査方法。
  3. 請求項1において、
    前記第1および第2の記憶素子はスキャン可能な記憶素子であり、
    前記ステップ(b)では、
    前記第1の記憶素子にテストパタンをシフト動作により与え、
    前記ステップ(e)では、
    前記第2の記憶素子に取り込まれた値をシフト動作により読み出し、読み出した値と前記期待値と比較する、
    ことを特徴とする検査方法。
  4. 請求項2において、
    前記メモリ回路は、
    書き込みポートと読み出しポートを個別に持つマルチポートメモリであり、
    前記半導体集積回路は、
    前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、テスト時に、前記メモリ回路の書き込みポートと読み出しポートの同一のアドレスに同時に書き込みおよび読み出しを行わないようにするアドレス変換回路をさらに備える、
    ことを特徴とする検査方法。
  5. 請求項1において、
    前記半導体集積回路は、
    前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、前記ステップ(c)〜(d)において行われる前記メモリ回路へのアクセスを所定の領域に限定するアドレス変換回路をさらに備え、
    前記ステップ(a)では、
    前記メモリ回路の領域のうち前記アドレス変換回路によって限定された領域を初期化する、
    ことを特徴とする検査方法。
  6. 請求項1において、
    前記ステップ(b)において、
    前記メモリ回路への書き込みを行うパタンを前記テストパタンとして前記第1の記憶素子に与える、
    ことを特徴とする検査方法。
  7. 請求項1において、
    前記半導体集積回路は、
    前記第1の記憶素子と前記メモリ回路との間に設けられ、前記ステップ(b)〜(e)において前記メモリ回路への書き込みを禁止する書き込み禁止回路をさらに備える、
    ことを特徴とする検査方法。
  8. 請求項1において、
    前記ステップ(a)における前記メモリ回路の初期化をメモリテストにおいて行う、
    ことを特徴とする検査方法。
  9. 請求項1において、
    前記ステップ(a)は、
    メモリテストを行うステップ(a1)と、
    前記メモリ回路の一部の領域の値を設定するステップ(a2)とを含む、
    ことを特徴とする検査方法。
  10. 請求項8または9において、
    前記半導体集積回路は、前記メモリ回路を検査するためのメモリBIST回路をさらに備え、
    前記メモリテストは、前記メモリBIST回路を用いて行われる、
    ことを特徴とする検査方法。
  11. 請求項1において、
    前記メモリ回路は不揮発性領域を有しており、
    前記ステップ(a)では、
    前記不揮発性領域に初期値を格納する、
    ことを特徴とする検査方法。
  12. 請求項1において、
    前記ステップ(a)では、
    前記メモリ回路を初期化する値として、
    前記メモリ回路のデータ出力端子を始点に含み、前記メモリ回路のデータ出力端子から出力される信号が到達可能な記憶素子を終点とする組合せ回路に対して作成した検査系列の前記データ出力端子に割り当てられた検査系列を用いる、
    ことを特徴とする検査方法。
  13. 請求項1において、
    前記ステップ(b)〜(e)において行われる行程を前記半導体集積回路の実動作速度で行う、
    ことを特徴とする検査方法。
  14. 請求項7において、
    前記メモリ回路を組合せ順序回路にモデル化するステップ(f)と、
    前記モデル化されたメモリ回路を用いてテストパタンを生成するステップ(g)とをさらに備え、
    前記ステップ(b)では、
    前記ステップ(g)において生成されたテストパタンを前記第1の記憶素子に与える、
    ことを特徴とする検査方法。
  15. 請求項1において、
    前記メモリ回路を組合せ順序回路にモデル化するステップ(f)と、
    前記メモリ回路への書き込みを含まないテストパタンを前記モデル化されたメモリ回路を用いて生成するステップ(g)とをさらに備え、
    前記ステップ(b)では、
    前記ステップ(g)において生成されたテストパタンを前記第1の記憶素子に与える、
    ことを特徴とする検査方法。
  16. 請求項14または15において、
    前記ステップ(f)では、
    前記メモリ回路は組合せ回路にモデル化される、
    ことを特徴とする検査方法。
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