JP3893238B2 - 半導体記憶装置の不良解析装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置の不良解析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体記憶装置等のメモリの不良を解析するための手法として、BIST(Built-in Self Test)を使ったメモリテスト手法が良く用いられている。このBISTは、半導体チップの内部にテストパターンをあらかじめ作りこんでおき、そのテストパターンを使ってチップの中で全メモリセルのテストを実行して、その結果メモリ上に不良があったか否かをPASSまたはFAILの情報として半導体チップの外部に出力するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなBISTによるテスト手法を用いれば、メモリテストを高速に行うことができるというメリットがある。しかしながら、得られる情報はメモリ上に不具合があったか否かの情報だけであり、メモリセルのどこに不具合があったのか、何箇所で不具合があったのか等についての情報は一切得ることができないという問題があった。
【0004】
メモリセルに対応して不具合情報を保持するためのレジスタをBIST回路に付加すれば、メモリセルの不良箇所や不良個数等を特定することは可能であるが、これではBISTの回路規模が非常に大きくなってしまう。そして、より多くの不具合情報を取得するためには、より大きなBIST回路が必要になってしまう。また、不具合が発生しなかった場合には、不具合情報を保持するために付加した回路が無駄になってしまう。
【0005】
図7は、このように不具合情報を保持するレジスタを備えた従来のメモリBIST回路の構成例を示す図である。図7に示すように、メモリBIST回路は、メモリ(RAM)100上のメモリセルを特定するためのアドレス情報を出力するアドレスカウンタ回路101、テスト結果の期待値を発生するデータ発生回路102、メモリ100の出力信号と上記期待値とを比較してメモリ100の良否を判定する比較回路103、およびメモリBIST動作のステートを制御するBISTコントローラ回路104から構成される。
【0006】
上記アドレスカウンタ回路101、データ発生回路102および比較回路103は、それぞれBISTコントローラ回路104によって制御される。比較回路103は、比較した結果をビット線の単位でレジスタに保持することができる機能を備えている。そのため、そのレジスタの状態を検出することによって、少なくとも各ビット線上の不良については識別することが可能である。しかし、アドレス情報を保持する機能がないため、より詳細に不良箇所を特定することができないという問題があった。
【0007】
一方、全てのメモリセルの出力信号とテストアドレスとを半導体チップの外部端子に出力し、これを専用のメモリテスタ等に入力して検証するといったテスト手法も行われているが、これでは高速に動作するメモリのテストは行うことができないという問題があった。すなわち、メモリの動作速度に対してメモリテスタの動作速度が遅いため、最近の高速なメモリを専用のメモリテスタで試験するのには限界があった。
【0008】
また、半導体チップに複数のメモリを搭載した製品では、半導体チップの外部端子に全てのメモリセルの出力信号を出力するためには、多くのセレクタ回路が必要になる。そのため、製品全体のテスト回路が大きくなってしまうほか、信号の伝播速度が遅くなり、製品のシステム動作速度を損なう場合があるという問題もあった。
【0009】
以上のことから、BIST手法を使った試験および不良解析は、以下のようにして行われているのが現状である。すなわち、まずBIST手法によってメモリテストを行い、テストを行ったメモリ上における不具合の有無を判定する。この判定方法は、メモリ出力信号とあらかじめ用意した期待値とを比較し、両者が不一致の場合に「不具合有り」の情報をレジスタに記憶させ、この情報を外部端子に出力する。ここで得られる情報は、不具合発生の有無だけである。
【0010】
不具合発生が確認された場合は、次に不良解析を行う。この不良解析では、BIST動作を行い、不具合発生パターンでBIST動作を止めて、そのときの不良箇所を表す情報(ビット線/ワード線情報)を外部端子に出力する回路状態に設定し、不良情報を入手する。
【0011】
しかしながら、このようなテスト手法では、複数の不具合があるメモリの場合には、全ての不良情報を取得するのにBIST動作と不良情報検出動作とを繰り返し行う必要がある。このため、BIST動作に連続性がなくなってしまい、最初に不具合の有無を検証する際の試験結果と異なる場合が生じてしまう。さらに、どのパターンで不具合が発生したか分かっていないため、最後のパターンまでBIST動作を実行して不具合情報を入手しなければならず、不良情報検出に長い時間がかかってしまうという問題があった。
【0012】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、複雑な回路構成を追加することなく、不具合の有無、箇所、個数等を一度のBIST試験で特定することができるようにし、メモリテストに要する処理時間を大幅に短くできるようにすることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置の不良解析装置では、半導体記憶装置のテスト回路を用いて、半導体記憶装置に供給されるアドレス情報に基づいて当該半導体記憶装置の内部の不良判定を順次行い、その結果出力される不良判定結果情報とアドレス情報とをスキャンレジスタ回路に順次取り込んで保持する。このスキャンレジスタ回路は、複数のシフトレジスタにより構成され、第1の方向に対するシフト動作と第2の方向に対するシフト動作とを切り替えるセレクタを備える。
【0014】
本発明は上記技術手段より成るので、半導体記憶装置以外のロジック回路のテストを行う際に使用するために元々存在するスキャンレジスタ回路を有効に利用して、半導体記憶装置のテスト時に検出される不良判定結果情報をアドレス情報と共にスキャンレジスタ回路に順次保持していくことが可能となるとともに、ロジック回路のテスト時と半導体記憶装置のテスト時とに応じてスキャン動作の方向を第1の方向と第2の方向とに切り替えることができる。これにより、複雑な回路構成を追加しなくても、不良が検出される度にテスト動作を止めてその不良箇所を特定するという処理を繰り返し行う必要がなくなり、一度のテストで1つ以上の不良箇所および不良個数に関する情報をスキャンレジスタ回路に取得することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態による半導体記憶装置の不良解析装置の構成例を示す図である。
【0016】
図1において、16は本実施形態のメモリBIST回路であり、アドレスカウンタ回路11、データ発生回路12、比較回路13およびBISTコントローラ回路14から構成される。上記アドレスカウンタ回路11は、メモリ(RAM)10上のメモリセルを特定するためのアドレス情報を出力する。データ発生回路12は、テスト結果の期待値を発生するものである。
【0017】
比較回路13は、アドレス情報に基づきメモリ10から出力された信号と、上記データ発生回路12から出力された期待値とをそれぞれのリードパターン毎に比較してメモリ10の良否を判定するものである。BISTコントローラ回路14は、メモリBIST動作のステートを制御するものである。上記アドレスカウンタ回路11、データ発生回路12および比較回路13は、それぞれBISTコントローラ回路14によって制御される。
【0018】
また、15はスキャンフリップフロップで構成されたロジックスキャンチェインである。このロジックスキャンチェイン15は、複数のシフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nに分割されている。分割された各シフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nはそれぞれ、1つのビット線上に存在するメモリセルの数(例えば72個)とほぼ同数のレジスタで構成されている。
【0019】
このロジックスキャンチェイン15は、メモリ10以外のロジック部分(図示せず)について試験を行う際の故障検出率を高くするために元々備えられている構成であり、本実施形態ではこのように元々備えられている構成をメモリテストにも利用する。
【0020】
通常のロジックテストを行う際には、それぞれのシフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nはX方向(図の横方向)にシフト動作を行う。これに対して、メモリテストを行う際にはY方向(図の縦方向)にシフト動作を行うようにする。本実施形態では、ロジックスキャンチェイン15が備える既存の構成に、Y方向にもシフト動作を行えるようにするための構成を追加している。これについての詳細は後述する。
【0021】
上記のように構成した不良解析装置でBISTによるメモリテストを行うときには、ロジックスキャンチェイン15は、Y方向のシフトレジスタをアクティブにする。このとき、アドレスカウンタ回路11から出力されるアドレス情報と、比較回路13から出力されるメモリ10の不良判定結果情報(1つのビット線につながる各メモリセル分の不良判定情報)は、ロジックスキャンチェイン15内の1段目のシフトレジスタ15−1に常に出力されている。
【0022】
この場合、あるアドレス情報にて示されるビット線上のBIST試験をした結果、そのビット線上の各メモリセルに不具合が全くない場合には、全ての値が“0”の不良判定結果情報が一段目のシフトレジスタ15−1に出力される。一方、あるビット線上の各メモリセルの何れか1つにでも不具合があった場合は、そのメモリセルに対応する部分の値が“1”となった不良判定結果情報が1段目のシフトレジスタ15−1に出力される。
【0023】
そして、不良が検出されると、ロジックスキャンチェイン15を動作させるクロックが発生し、アドレス情報と不良判定結果情報とがレジスタ内に取りこまれる。1つの不良が検出された場合でもBISTによるメモリテストは継続して行われる。そして、複数の不良が検出された場合には、1段目のシフトレジスタ15−1は2段目のシフトレジスタ15−2に、2段目のシフトレジスタ15−2は3段目のシフトレジスタ15−3というように、レジスタ内に格納された不良情報をY方向に順次シフトする。これにより、最大でn個の不良情報を各シフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nに保持することが可能である。
【0024】
以上のBIST試験の結果、各シフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nに保持された情報の状態を検出することによって、アドレス情報に基づきメモリ10上の不良箇所を詳細に特定することができる。また、メモリ10上にいくつの不良があったのかについても簡単に知ることができる。
【0025】
図2は、上記ロジックスキャンチェイン15を構成する1つのスキャンフリップフロップの回路構成を示す図である。
図2に示すように、スキャンフリップフロップは、D型フリップフロップ(DFF)21と、2個のセレクタ22,23とにより構成される。このような構成のスキャンフリップフロップが、図3に示すようにマトリクス状に複数配置されて、図1のロジックスキャンチェイン15が構成されている。なお、図3において、点線はロジックテスト時に使用するX方向のスキャン動作の流れを示し、実線はメモリテスト時に使用するY方向のスキャン動作の流れを示している。
【0026】
図2において、SIx,SIyはそれぞれスキャンチェインの入力端子、SOx、SOyはそれぞれスキャンチェインの出力端子である。図示しないロジック部のテストを行う際のロジックスキャンチェイン(X方向のシフト動作)は、入力端子SIxと出力端子SOxとにより実現される。すなわち、あるスキャンフリップフロップの出力端子SOxから出力された情報は、X方向の隣りにある次段のスキャンフリップフロップの入力端子SIxに入力される。
【0027】
また、メモリ10のテストを行う際のBIST状態(Y方向のシフト動作)は、入力端子SIyと出力端子SOyとにより実現される。すなわち、あるスキャンフリップフロップの出力端子SOyから出力された情報は、Y方向の隣りにある次段のスキャンフリップフロップの入力端子SIyに入力される。
【0028】
このようなX方向およびY方向のチェインの切り替えは、セレクタ22がメモリテストモード信号MTに基づいて行う。すなわち、セレクタ22には、X方向の入力端子SIxからの情報と、Y方向の入力端子SIyからの情報とが入力されている。セレクタ22は、入力されるメモリテストモード信号MTに従って何れかの情報を選択し、選択した情報をセレクタ23に出力する。
【0029】
セレクタ23には、上記セレクタ22により選択された情報と、テスト時以外の通常のシステム動作時に与えられる情報Sys-inとが入力されている。セレクタ23は、入力されるセレクトイネーブル信号SEに従って何れかの情報を選択し、選択した情報をDFF21に出力する。セレクタ23は、製品出荷前のロジックテストあるいはメモリテスト時にはセレクタ22からの出力情報を選択し、製品出荷後はシステム情報Sys-inを常に選択する。
【0030】
このように、本実施形態では、スキャンフリップフロップの構成として元々備えられていたセレクタ23およびDFF21に対し、セレクタ22を追加することにより、BISTによるメモリテスト時にはY方向にもシフト動作を行えるようにしている。
【0031】
上記セレクタ23で選択された情報は、DFF21に供給されるクロックCKに従って当該DFF21に保持される。BISTによるメモリテスト実行時におけるクロックCKは、図1の比較回路13におけるBISTの判定結果に基づき生成される不良フラグに従って生成される。この不良フラグを生成するための回路は、例えば図4のように構成される。
【0032】
図4に示すように、図1に示した比較回路13に対して不良フラグ生成回路41を追加している。比較回路13は、1つのビット線上に存在するメモリセルの数(例えば72個)と同数の比較処理部42−1,42−2,…,42−mを有している。それぞれの比較処理部42−1,42−2,…,42−mは、メモリ10内のメモリセルからの出力信号とデータ発生回路12からの期待値とを2入力とするXOR回路43と、このXOR回路43の出力信号とリードイネーブル信号REとを2入力とするAND回路44と、このAND回路44の出力信号をクロックCKに従って保持するレジスタ45とから構成される。
【0033】
上記リードイネーブル信号REは、リード状態では“H”となり、ライト状態では“L”となる。これにより、メモリ10のメモリセルから読み出された信号と期待値との不一致が検出されると、レジスタ45の出力信号は“H”となる。このような不良判定動作が複数の比較処理部42−1,42−2,…,42−mにおいてそれぞれ行われ、その結果が全て不良フラグ生成回路41内のOR回路46に入力される。
【0034】
したがって、複数の比較処理部42−1,42−2,…,42−mにおいて、あるビット線上に存在する複数のメモリセルに関してそれぞれ不良判定を行った結果、何れか1つでもメモリセルの不良が検出された場合には、OR回路46から“H”の信号が出力される。OR回路46の出力信号は、クロックCKと共にNAND回路47に入力され、このNAND回路47の出力信号が不良フラグとして出力される。これにより、不良フラグとしては、クロックCKと逆相のパルスが出力される。
【0035】
このようにして不良フラグ生成回路41により生成された不良フラグは、図1に示したロジックスキャンチェイン15の動作クロックとして使用する。図5にその場合の概要図を示す。図5は、ロジックスキャン時に使用するクロックとBISTによるメモリスキャン時に使用するクロックとの切り替え方法を説明するための図であり、上記不良フラグ生成回路41を含めた構成を示している。なお、図5において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【0036】
図5に示すように、不良フラグ生成回路41より出力された不良フラグと、外部より供給されるクロックCKとの何れかを、メモリテストモード信号MTに従ってセレクタ51にて選択し、選択した方の信号をロジックスキャンチェイン15の動作クロックとして使用している。ロジックスキャン時には外部より供給されるクロックCKをロジックスキャンチェイン15に供給し、メモリスキャン時には不良フラグをロジックスキャンチェイン15に動作クロックCKとして供給する。
【0037】
これにより、メモリスキャン時には、ロジックスキャンチェイン15は、メモリ10上で不良が検出されたときにのみ、その不良情報をシフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nに順次取りこんでいく。
【0038】
すなわち、メモリ10のあるビット線上で不良が検出されると、不良フラグ生成回路41より不良フラグが出力され、アドレスカウンタ回路11より出力されるアドレス情報と、比較回路13より出力される不良判定結果情報とがロジックスキャンチェイン15の1段目のシフトレジスタ15−1に入力され、不良フラグの立ち上がりエッジによって不良判定結果情報が取り込まれる。
【0039】
また、不良が2つ検出された場合は、不良フラグの立ち上がりエッジに同期して、1段目のシフトレジスタ15−1に保持された不良情報が2段目のシフトレジスタ15−2にシフトされ、新しい不良情報が1段目のシフトレジスタ15−1に上書きされる。3つ以上の不良が検出された場合も同様に、レジスタ内に保持された不良情報をY方向に順次シフトする。これにより、最大でn個の不良情報を各シフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nに保持する。
【0040】
全てのBIST動作が完了した後、メモリテストモード信号MTを切り替えてロジックスキャン状態にし、各シフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nの保持結果を外部端子SDOより出力して検証することにより、不良が発生した箇所や個数を正確に検出することができる。
【0041】
なお、上記実施形態では、メモリ10が1つの場合について説明したが、ロジックスキャンチェイン15の長さを変えることによって、複数のメモリを同時にテストし、不良情報も一度に収集することが可能である。
図6は、2つのメモリ60−1,60−2を同時にテストする場合の構成例を示す図である。なお、この図6において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、重複する説明を省略する。
【0042】
図6に示すメモリBIST回路61は、アドレスカウンタ回路11と、データ発生回路12と、2つの比較回路13−1,13−2と、BISTコントローラ回路14とを備えている。アドレスカウンタ回路11は、同一のアドレス情報を2つのメモリ60−1,60−2に出力する。これに応じてメモリ60−1,60−2は、指定された同じアドレスのメモリセルの情報を2つの比較回路13−1,13−2に出力する。比較回路13−1,13−2は、不良判定処理を並列的に実行する。
【0043】
また、図6に示すロジックスキャンチェイン62は、複数のシフトレジスタ62−1,62−2,…,62−nに分割されている。分割された各シフトレジスタ62−1,62−2,…,62−nはそれぞれ、2つのメモリ60−1,60−2のそれぞれにある1つのビット線上に存在するメモリセルの合計数とほぼ同数のレジスタで構成されている。つまり、メモリ60−1,60−2がそれぞれ図1のメモリ10と同等の容量を持つものであるとすれば、図6のシフトレジスタ62−1,62−2,…,62−nが持つレジスタ数は、図1のシフトレジスタ15−1,15−2,…,15−nが持つレジスタ数の2倍となる。
【0044】
この図6のように構成した場合も、BISTによるメモリテストを行うときには、ロジックスキャンチェイン62は、Y方向のシフトレジスタをアクティブにする。このとき、アドレスカウンタ回路11から出力されるアドレス情報と、2つの比較回路13−1,13−2から出力されるメモリ60−1,60−2の不良判定結果情報は、ロジックスキャンチェイン62内の1段目のシフトレジスタ62−1に常に出力されている。
【0045】
この場合、あるアドレス情報にて示されるビット線上のBIST試験をした結果、そのビット線上の各メモリセルに不具合が全くない場合には、全ての値が“0”の不良判定結果情報が1段目のシフトレジスタ62−1に出力される。一方、あるビット線上の各メモリセルの何れか1つにでも不具合があった場合は、そのメモリセルに対応する部分の値が“1”となった不良判定結果情報が1段目のシフトレジスタ62−1に出力される。
【0046】
そして、不良が検出されると、ロジックスキャンチェイン62を動作させるクロックが発生し、アドレス情報と不良判定結果情報とがレジスタ内に取りこまれる。1つの不良が検出された場合でもBISTによるメモリテストは継続して行われる。そして、複数の不良が検出された場合には、1段目のシフトレジスタ62−1は2段目のシフトレジスタ62−2に、2段目のシフトレジスタ62−2は3段目のシフトレジスタ62−3というように、レジスタ内に格納された不良情報をY方向に順次シフトする。これにより、2つのメモリ60−1,60−2に関する不良情報を最大でn個同時に各シフトレジスタ62−1,62−2,…,62−nに保持することが可能である。
【0047】
そして、全てのBIST動作が完了した後、メモリテストモード信号MTを切り替えてロジックスキャン状態にし、各シフトレジスタ62−1,62−2,…,62−nの保持結果を外部端子SDOより出力して検証することにより、2つのメモリ60−1,60−2において不良が発生した箇所や個数を正確に検出することができる。
【0048】
なお、上記に示した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、ロジックテストのために元々存在するスキャンレジスタ回路をメモリテストにも有効に利用して、半導体記憶装置のテスト時に検出される不良判定結果情報をアドレス情報と共にスキャンレジスタ回路に順次保持していくことが可能となる。これにより、複雑な回路構成を追加することなく、一度のテストで1つ以上の不良箇所および不良個数を特定することができ、メモリテストに要する処理時間を大幅に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態による半導体記憶装置の不良解析装置の構成例を示す図である。
【図2】ロジックスキャンチェインを構成する1つのスキャンフリップフロップの回路構成を示す図である。
【図3】図2に示したスキャンフリップフロップを用いたレジスタチェインの構成例を示す図である。
【図4】不良フラグ生成回路の構成例を示す図である。
【図5】ロジックスキャン時に使用するクロックとBISTによるメモリスキャン時に使用するクロックとの切り替え方法を説明するための図である。
【図6】本実施形態による半導体記憶装置の不良解析装置の他の構成例を示す図である。
【図7】従来のメモリBIST回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
10 メモリ(RAM)
11 アドレスカウンタ回路
12 データ発生回路
13 比較回路
14 BISTコントローラ回路
15 ロジックスキャンチェイン
15−1,15−2,15−n シフトレジスタ
16 メモリBIST回路
22 セレクタ
41 不良フラグ生成回路
51 セレクタ
60−1,60−2 メモリ(RAM)
61 メモリBIST回路
13−1,13−2 比較回路
62 ロジックスキャンチェイン
62−1,62−2,62−n シフトレジスタ
Claims (7)
- 半導体記憶装置の内部に作り込まれたテスト回路を用いて、供給されるアドレス情報に基づき上記半導体記憶装置の内部の不良判定を順次行う不良判定回路と、
上記不良判定回路から出力される不良判定結果情報と上記アドレス情報とを取り込んで順次保持するスキャンレジスタ回路と
を備えた半導体記憶装置の不良解析装置であって、
上記スキャンレジスタ回路は複数のシフトレジスタにより構成され、第1の方向に対するシフト動作と第2の方向に対するシフト動作とを切り替えるセレクタを備えたことを特徴とする半導体記憶装置の不良解析装置。 - 上記不良判定回路は、上記半導体記憶装置からの出力信号の期待値を発生するデータ発生回路と、
上記半導体記憶装置からの出力信号と上記データ発生回路から出力される期待値とを比較し、一致または不一致の結果を上記不良判定結果情報として出力する比較回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。 - 上記スキャンレジスタ回路は、上記半導体記憶装置以外のロジック回路のテストを行う際に使用されるロジックスキャンレジスタ回路であることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。
- 上記セレクタは、上記ロジック回路のテストを行う際には上記第1の方向に対するシフト動作を選択し、上記半導体記憶装置のテストを行う際には上記第2の方向に対するシフト動作を選択することを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。
- 上記比較回路によって上記半導体記憶装置からの出力信号と上記データ発生回路から出力される期待値との不一致が検出されたときに、不良フラグを生成し、上記不良フラグをテスト動作クロックと同期して出力する不良フラグ生成回路を備えたことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。
- 上記不良フラグ生成回路より出力される不良フラグを上記スキャンレジスタ回路の動作クロックとして用いるようにしたことを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。
- 上記不良判定回路は、複数の半導体記憶装置に共通に供給されるアドレス情報に基づいて上記複数の半導体記憶装置の内部の不良判定を行い、
上記スキャンレジスタ回路は、上記不良判定回路から出力される上記複数の半導体記憶装置に関する不良判定結果情報と上記アドレス情報とを取り込んで順次保持することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置の不良解析装置。
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