JP4713381B2 - 半導体装置の故障検出装置及び故障検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の故障検出装置及び故障検出方法に関し、特に、クロック配線とシールド配線を有する半導体装置の故障検出装置及び故障検出方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置の製造不良の一つとして、隣接する配線間のショートによるブリッジ故障が知られている。このブリッジ故障を検出するためには、各隣接配線の信号を反転値（論理レベルの０と１）に設定する必要があるため、一般に故障検出が困難な場合が多く、より効率よくブリッジ故障を検出する方法が望まれている。

故障検出方法の一つであるスキャンテストは、Ｆ／Ｆ（フリップフロップ）のスタック故障を検出することを目的としており、ＣＬＫライン（クロックライン）のブリッジ故障も検出することが可能である。しかし、故障検出から漏れたＦ／Ｆや、スキャンテスト対象外のマクロに近接するＣＬＫラインについては、ブリッジ故障を検出することができない。

この故障を検出できない部分については、従来、ユーザパタンを半導体装置に設けて故障検出が行われている。しかし、近年、故障検出用にユーザパタンを用意できない場合もあり、ユーザパタンを設けずに製造不良を除去しなければならない半導体装置が増加している。このため、スキャンテストやユーザパタンによる検出とは別の手法でブリッジ故障を検出する必要がある。

例えば、特許文献１に、ブリッジ故障を検出する従来の故障検出方法が記載されている。図５のフローチャートは、特許文献１に記載されている従来の故障検出方法を示している。

図５に示されるように、従来の故障検出方法では、まず、半導体装置のレイアウトパタンからブリッジ故障の可能性のある素子間の配線の組み合わせを抽出する（Ｓ９０１）。次いで、抽出した配線の組み合わせをそれぞれ論理値０と論理値１にするための論理パタンを求める（Ｓ９０２）。次いで、求めた論理パタンを半導体装置に入力し、電源から流れる静消費電流を測定する（Ｓ９０３）。次いで、測定した静消費電流値とあらかじめ求めておいた正常時の静消費電流値とを比較する（Ｓ９０４）。比較した結果、測定した静消費電流が正常時よりも大きい場合、ブリッジ故障が発生していることを検出する。
特開平５−２６４６７６号公報

しかしながら、従来の故障検出方法では、レイアウトパタンから隣接する配線として各素子を接続する配線の組み合わせを抽出してブリッジ故障を検出しており、ＣＬＫラインとシールドライン間のブリッジ故障については考慮されていなかった。したがって、従来の故障検出方法では、上記のようにスキャンテストで検出できない部分等について、ＣＬＫラインとシールドライン間のブリッジ故障を検出することができないという問題があった。

本発明にかかる半導体装置の故障検出装置は、クロック信号を伝播するクロック配線と、前記クロック配線をシールドするシールド配線と、を有する半導体装置の故障検出装置であって、前記半導体装置は、故障検出モードにおいて、前記クロック配線と前記シールド配線へ互いに相反する信号を供給する反転信号設定部を含み、前記故障検出モードと通常動作モードのときの各々の静消費電流を比較して故障を検出する故障検出判定部と、を備えるものである。

この故障検出装置によれば、クロック配線とシールド配線に相反する信号を供給して静消費電流を測定するため、クロック配線のブリッジ故障を精度よく検出することができる。

本発明にかかる半導体装置の故障検出方法は、クロック信号を伝播するクロック配線と、前記クロック配線をシールドするシールド配線と、を有する半導体装置の故障検出方法であって、前記半導体装置は、故障検出モードにおいて、前記クロック配線と前記シールド配線へ互いに相反する信号を供給し、前記故障検出モードと通常動作モードのときの各々の静消費電流を比較して故障を検出するものである。

この故障検出方法によれば、クロック配線とシールド配線に相反する信号を供給して静消費電流を測定するため、クロック配線のブリッジ故障を精度よく検出することができる。

本発明によれば、クロック配線のブリッジ故障を精度よく検出できる半導体装置の故障検出装置及び故障検出方法を提供することができる。

まず、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の故障検出方法について説明する。本実施形態では、ＣＬＫラインとシールドラインに反転した論理値０／１を入力することで、ＣＬＫラインとシールドラインのブリッジ故障を検出することを特徴としている。

図１を用いて、本実施形態にかかる半導体装置の故障検出装置の構成について説明する。図１に示されるように、この故障検出装置は、被検査対象である半導体装置１、論理値０／１を発生させる論理レベル発生器２１、半導体装置１を動作させるための電源２２、電源２２から半導体装置１に流れる静消費電流を測定する電源電流測定器２３を備えている。論理レベル発生器２１は、半導体装置１の入出力パッド８に接続されており、電源２２は、電源電流測定器２３を介して、半導体装置１の電源端子（不図示）に接続されている。電源電流測定器２３は、故障検出モードと通常動作モードのときの各々の静消費電流を比較して故障を検出する故障検出判定部である。

半導体装置１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）など所定の機能を有する複数のマクロ２ａ，２ｂが形成されている。マクロ２ａ，２ｂには、ＣＬＫライン（クロック配線）１１がそれぞれ接続されてＣＬＫ信号（クロック信号）が供給されている。

ＣＬＫライン１１は、ＣＬＫ信号生成回路（不図示）からマクロ２ａ，２ｂへＣＬＫ信号を伝播するための配線である。ＣＬＫライン１１には、クロックスキューを抑止するために、複数のバッファ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが接続されている。

さらに、ＣＬＫライン１１には、ＣＬＫ信号に応じて動作するＦ／Ｆ３ａ，３ｂが接続されている。例えば、Ｆ／Ｆ３ａ，３ｂは、スキャンテスト用のスキャンＦ／Ｆであり、複数のＦ／Ｆ３ａ，３ｂを連結したスキャンチェーンによってスキャンテストを行うことができる。

図１では、ＣＬＫライン１１の末端に接続されるマクロ２ａ，２ｂは、スキャンテスト対象外のマクロであり、Ｆ／Ｆ３ａ，３ｂは、ＣＬＫライン１１でマクロ２ａ，２ｂに最も近い位置に接続される最終Ｆ／Ｆである。Ｆ／Ｆ３ａ，３ｂがＣＬＫライン１１に接続される位置の直後（マクロ２ａ，２ｂ側に直近）にバッファ４２ａ，４２ｂが配置されている。ＣＬＫライン１１のうち、バッファ４２ａ，４２ｂからマクロ２ａ，２ｂまでの部分は、マクロ２ａ，２ｂのみにＣＬＫ信号を供給するマクロ専用部Ｌ１となる。

そして、ＣＬＫライン１１に沿ってシールドライン（シールド配線）１２が設けられている。シールドライン１２は、隣接するＣＬＫライン１１の寄生容量による雑音や信号遅延を低減するため、ＣＬＫライン１１に併走して形成されている。尚、図１の例では、ＣＬＫライン１１の片側にのみシールドライン１２が設けられているが、これに限らず、ＣＬＫライン１１の両側にシールドライン１２を設けてもよい。各ＣＬＫライン１１毎のシールドライン１２は、入出力パッド（外部端子）８に共通接続されている。論理レベル発生器２１は、入出力パッド８にプロービングして、入出力パッド８から論理値０／１（基準信号）を入力する。シールドライン１２には、シールドライン１２に入力された論理値０／１を反転した反転値を生成するインバータ６ａ，６ｂが接続されている。インバータ６ａ，６ｂは、故障検出モードにおいて、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２へ互いに相反する信号を供給する反転信号設定部である。

インバータ６ａ，６ｂ及びバッファ４２ａ，４２ｂと、マクロ２ａ，２ｂとの間にはマルチプレクサ５ａ，５ｂが接続されている。特に、マルチプレクサ５ａ，５ｂは、ＣＬＫライン１１のマクロ専用部Ｌ１に設けられている。すなわち、マルチプレクサ５ａ，５ｂは、マクロ２ａ，２ｂに最も近いＦ／Ｆ３ａ，３ｂよりも、マクロ２ａ，２ｂに近い位置に設けられている。マルチプレクサ５ａ，５ｂは、バッファ４２ａ，４２ｂから出力されるＣＬＫ信号と、インバータ６ａ，６ｂから出力される反転値の信号とのいずれかを選択し、選択した信号をマクロ２ａ，２ｂへ供給する信号選択部である。

マルチプレクサ５ａ，５ｂは、モード設定信号（切替信号）に応じて選択する信号を切り替える。このモード設定信号は、外部端子であるモード設定端子９から、バッファ７を介して各マルチプレクサ５ａ，５ｂに共通に入力される。ここで設定されるモードは、通常動作のための通常動作モードと、ブリッジ故障検出のために静消費電流を測定する故障検出モードである。マルチプレクサ５ａ，５ｂは、通常動作モードの場合、バッファ４２ａ，４２ｂからのＣＬＫ信号を選択して出力し、故障検出モードの場合、インバータ６ａ，６ｂからの反転値を選択して出力する。

したがって、故障検出モードでは、シールドライン１２とＣＬＫライン１１には、常に反転値（相反するデータ）が入力され、このときの静消費電流を用いることでブリッジ故障の検出が可能になる。

図２は、マクロ２ａ〜２ｄを含む半導体装置１の構成例である。ＣＬＫライン１１によって、バッファ４０，４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄを介してマクロ２ａ〜２ｄにそれぞれＣＬＫ信号が供給される。図１と同様に、Ｆ／Ｆ３ａ〜３ｄは、ＣＬＫラインの最終Ｆ／Ｆであり、バッファ４２ａ〜４２ｄは、最終Ｆ／Ｆの直後のバッファであり、バッファ４２ａ〜４２ｄからマクロ２ａ〜２ｄまでが、ＣＬＫライン１１のマクロ専用部Ｌ１となる。マクロ２ａ〜２ｄはスキャンテストの対象外であり、最終Ｆ／ＦまでのＣＬＫライン１１についてはスキャンテストによりブリッジ故障を検出できるが、マクロ専用部Ｌ１のＣＬＫライン１１については、スキャンテストによりブリッジ故障を検出することができない。このマクロ専用部Ｌ１のＣＬＫライン１１が、単独（孤立）で配線され、かつ、長配線となっている場合、この部分でブリッジ故障が起こりやすい。

ＲＡＭなどのマクロ２ａ〜２ｄは、１〜４ＡＬ（第１層目〜第４層目の配線層）で構成されており、ＣＬＫライン１１は、５〜７ＡＬ（第５層目〜第７層目の配線層）で構成されている。ＣＬＫライン１１に信号配線が隣接して配線されるとクロストークなどの影響を受けるため、ＣＬＫライン１１に隣接してシールド配線を設け、クロストークなどの影響を低減させる必要がある。特に、マクロ２ａ〜２ｄの周辺では、マクロ２ａ〜２ｄで使用されていない層で配線を引くことになり、ＣＬＫライン１１と信号配線を引く箇所が限られ、ＣＬＫライン１１と信号配線の隣接する可能性が高いため、シールド配線は必須である。例えば、マクロ２ｄでは、ＣＬＫライン１１のマクロ専用部Ｌ１において、６ＡＬ（第６層目の配線層）に、ＣＬＫライン４０１とシールドライン４０２が形成されており、４０１の配線が長配線となっている場合に、４０１と４０２の配線がショートする確率が高い。尚、図２の例では、ＣＬＫライン４０１の両側にシールドライン４０１が設けられているが、図１と同様に、ＣＬＫライン４０１の片側にのみシールドライン４０１を設けてもよい。

さらに、図２のようにマクロ２ａ〜２ｄが多く搭載されているほど、ＣＬＫライン１１の末端でマクロ２ａ〜２ｄのみにＣＬＫを供給するマクロ専用部Ｌ１が多くなり、長配線で未検出となる箇所がさらに増え、ショート故障となる確率は高くなる。

したがって、本実施形態では、マクロ２ａ〜２ｄのみにＣＬＫを供給するマクロ専用部Ｌ１に図１のマルチプレクサ５ａ，５ｂを配置して、ＣＬＫライン１１のブリッジ故障を効果的に検出する。

次に、図３のフローチャートを用いて、本実施形態にかかる故障検出方法について説明する。この故障検出方法は、図１の構成において、半導体装置１でＣＬＫライン１１とシールドライン１２のショートによるブリッジ故障を検出する方法である。

まず、モード設定端子９からモード設定信号を入力し、マルチプレクサ５ａ，５ｂを故障検出モードに設定する（Ｓ１０１）。故障検出モードの場合、マルチプレクサ５ａ，５ｂは、インバータ６ａ，６ｂの出力を選択する。

次いで、論理レベル発生器２１から入出力パッド８に論理値０／１を入力する（Ｓ１０２）。そうすると、シールドライン１２は入力された論理値となり、ＣＬＫライン１１は入力とは反対の反転値となる。

次いで、電源電流測定器２３によって、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２に反転値が入力されている状態の静消費電流（第１の静消費電流）を測定する（Ｓ１０３）。

次いで、モード設定端子９からモード設定信号を入力し、マルチプレクサ５ａ，５ｂを通常動作モードに設定する（Ｓ１０４）。通常動作モードの場合、マルチプレクサ５ａ，５ｂは、バッファ４２ａ，４２ｂの出力を選択する。

次いで、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２を同電位に設定する（Ｓ１０５）。論理レベル発生器２１から、入出力パッド８にＣＬＫライン１１と同じレベルの信号を入力する。

次いで、電源電流測定器２３によって、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２が同電位の状態の静消費電流（第２の静消費電流）を測定する（Ｓ１０６）。

次いで、Ｓ１０３の故障検出モード時の静消費電流値とＳ１０６の通常動作モード時の動作静消費電流値の差分を取り、差分が規格内かどうか判定する（Ｓ１０７）。この判定は、例えば、電源電流測定器２３で行われる。

例えば、ＣＬＫライン１１にブリッジ故障が発生していない場合、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２を反転値としても電位は変動しないため、故障検出モードの静消費電流は、通常動作モード時とほぼ同じ値となる。ＣＬＫライン１１にブリッジ故障が発生している場合、ＣＬＫライン１１とシールドライン１２を反転値とすると、図４に示すように、ショート箇所でＣＬＫライン１１からシールドライン１２に向かって（もしくは逆方向に）電流が流れるため、故障検出モードの静消費電流は、通常動作モード時よりも大きい値となる。したがって、Ｓ１０７では、静消費電流の差分が規格よりも大きい場合、ブリッジ故障が発生していると判定する。

以上のように、本実施形態では、シールドラインとＣＬＫラインをインバータを介して接続してＣＬＫラインに反転データを入力することにより、従来のような複雑な論理パタンを用いることなく、容易にブリッジ故障を検出することができる。

また、マルチプレクサにより、検出対象箇所の信号を切り替えることにより、切り替え前後での静消費電流値を比較し、故障検出を行うことができる。したがって、従来のように、あらかじめ正常な半導体装置の静消費電流を確認する必要がなく、１つの半導体装置のみで故障の検出が可能となる。

さらに、通常動作時は、入出力パッドから論理値０／１のどちらかを設定することでシールドラインとしての役割を果たすことが可能となる。

尚、上述の実施の形態に限らず、このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形、実施が可能である。

本発明にかかる半導体装置の故障検出装置の構成図である。 本発明にかかる半導体装置の故障検出装置の構成図である。 本発明にかかる半導体装置の故障検出方法を示すフローチャートである。 本発明にかかる半導体装置でブリッジ故障が発生した状態を示す図である。 従来の半導体装置の故障検出方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 半導体装置
２，２ａ，２ｂ マクロ
３，３ａ，３ｂ Ｆ／Ｆ
５，５ａ，５ｂ マルチプレクサ
６，６ａ，６ｂ インバータ
７ バッファ
８ 入出力パッド
９ モード設定端子
１１ ＣＬＫライン
１２ シールドライン
２１ 論理レベル発生器
２２ 電源
２３ 電源電流測定器
４１，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ バッファ

Claims (7)

1. クロック信号を伝播するクロック配線と、前記クロック配線をシールドするシールド配線と、を有する半導体装置の故障検出装置であって、
   故障検出モードにおいて、前記クロック配線と前記シールド配線へ互いに相反する信号を供給する反転信号設定部と、
   前記故障検出モードと通常動作モードのときの各々の静消費電流を比較して故障を検出する故障検出判定部と、を備える、
   半導体装置の故障検出装置。
2. 前記反転信号設定部は、前記半導体装置の外部端子から前記シールド配線に入力される基準信号を反転した反転信号を前記クロック配線に供給する、
   請求項１に記載の半導体装置の故障検出装置。
3. 前記反転信号もしくは前記クロック信号を選択して前記クロック配線に供給する信号選択部をさらに有する、
   請求項２に記載の半導体装置の故障検出装置。
4. 前記クロック配線は、フリップフロップが接続された上流のクロック配線と、マクロブロックとに接続され、
   前記信号選択部は、前記マクロブロックに最も近い前記フリップフロップよりも、前記マクロブロックに近い位置で、前記反転信号もしくは前記クロック信号を選択する、
   請求項３に記載の半導体装置の故障検出装置。
5. 前記故障検出モードのときの静消費電流は、前記クロック配線と前記シールド配線のそれぞれに０と１もしくは１と０の論理レベルの信号を供給したときの静消費電流である、
   請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体装置の故障検出装置。
6. 前記通常動作モードのときの静消費電流は、前記クロック配線と前記シールド配線が同電位のときの静消費電流である、
   請求項１乃至５のいずれか一つに記載の半導体装置の故障検出装置。
7. クロック信号を伝播するクロック配線と、前記クロック配線をシールドするシールド配線と、を有する半導体装置の故障検出方法であって、
   故障検出モードにおいて、前記クロック配線と前記シールド配線へ互いに相反する信号を供給し、
   前記故障検出モードと通常動作モードのときの各々の静消費電流を比較して故障を検出する、
   半導体装置の故障検出方法。

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