JPH04366777A - 論理集積回路の入力閾値電圧測定方法および入力閾値電圧特性の良・不良判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，論理集積回路における
入力閾値電圧の測定方法および入力閾値電圧特性の良・
不良判定方法に関する。集積回路装置は，製品により入
力閾値電圧が異なるので，論理信号のハイ側とロー側の
電圧を定める基準となる閾値電圧が規格の範囲にあるか
どうか実際の製品について試験する必要がある。

【０００２】そして，この試験は通常大型のＬＳＩテス
ターを用いて行われるが，試験中に測定対象の論理集積
回路内部の動作において発生するノイズのため，正しい
入力閾値電圧を測定できない場合がある。本発明は，簡
単な構成で，正しい閾値電圧を測定できる集積回路の入
力閾値電圧の測定方法および入力閾値電圧特性の良・不
良判定を提供することを目的とする。

【０００３】

【従来の技術】図５は，従来の論理集積回路の入力閾値
電圧測定方法を示す。図（ａ）　は，テストパターン入
力による方法を示し，集積回路の機能試験用のテストパ
ターンによりＬＳＩテスターを用いて試験する場合を示
す。

【０００４】入力信号のハイ側およびロー側の設定電圧
を変えて数回試験を行い，機能試験結果に誤りを生じる
（ＦＡＩＬ）する電圧を入力閾値電圧とする。図は，ハ
イ側の試験において，ハイレベルの電圧を数回に分けて
下げながら機能試験結果を判定し，ロー側の試験におい
て，ローレベルの電圧を数回に分けて上げながら，機能
試験を行い，機能試験結果により入力電圧の閾値電圧を
測定した場合を示す。

【０００５】この方法では，ハイ側の試験において，ロ
ー向きのノイズのために正しく測定されないことがある
。また，ロー側の試験において，ハイ向きのノイズのた
めに，正しい閾値電圧が測定できないことがある。例え
ば，図示のようにハイ側の試験を行う場合，第１回目に
おいては，電圧レベル１から電圧レベル９に変化する電
圧を入力する。その機能試験結果は正しい（ＰＡＳＳ）
とされる。

【０００６】第２回目には，電圧レベル２から電圧レベ
ル９に変化する電圧を印加する。その機能試験結果は正
しいとされる。第３回目には，電圧レベル３から電圧レ
ベル９に変化する電圧を印加する。その機能試験結果は
正しいとされる。

【０００７】第４回目には，電圧レベル４から電圧レベ
ル９に変化する電圧を印加する。このとき，印加電圧は
真の閾値電圧５より上にあって，機能試験結果は正しい
とされるべきものであるが，ロー向きのノイズの影響を
受けて，機能試験結果が正しくない（ＦＡＩＬ）と出力
されることがある。

【０００８】同様に，ロー側の試験においては，第１回
目で電圧レベル９から電圧レベル１に変化する電圧を入
力する。その機能試験の結果は正しいとされる。第２回
目で，電圧レベル８から電圧レベル１までの電圧を入力
する。その機能試験結果は，正しいとされる。

【０００９】第３回目は，電圧レベル７から電圧レベル
１まで変化する電圧を印加する。この時の印加電圧は真
の閾値電圧レベル５より低いのであるから，機能試験結
果は正しいと出力されるべきものであるが，ハイ向きの
ノイズの影響を受けて，正しくない（ＦＡＩＬ）と出力
される場合がある。

【００１０】以上のように，図　（ａ）の方法では，ハ
イ側における測定結果からは電圧レベル４に入力電圧閾
値があると判断され，ロー側において測定した場合には
，入力電圧閾値は電圧レベル７にあると判断され，両者
に大きな食い違いを生じることがある。

【００１１】このように，テストパターンにより，ＬＳ
Ｉテスターにより試験する場合には，大部分の入力回路
，出力回路，内部回路が同時に動作するため，入力電圧
閾値の測定時にノイズの影響を受けて，非測定対象素子
の正しい入力閾値電圧を判定することができないことが
ある。

【００１２】図（ｂ）　は，入出力ピン間のスルーパス
を活性化した後に，入力電圧を変化させ，出力が反転し
た入力電圧を入力閾値電圧とするものである。図は，入
力ピン電圧と出力ピン電圧の関係を示す。入力ピン電圧
を変化して入力した結果出力ピン電圧が変化する点Ｓの
電圧が入力閾値電圧と判定される。

【００１３】この方法においては，ＬＳＩテスター等の
大型機器を必要とし，スルーパスの活性化パターンの設
定が煩雑である。図（ｃ）　，（ｄ）　は入力ピンのＶ
−Ｉ特性から入力電圧閾値を測定する方法を示す。

【００１４】図　（ｃ）に示すように，入力電流の変化
する点の入力電圧Ｓから入力電圧閾値を求めることがで
きる。この方法は，測定のために大型の機器を必要とせ
ず，ノイズの影響を受けないで測定できるが，論理集積
回路によっては，入力部の回路構成から入力電圧と入力
電流の関係が図（ｄ）　のようになる場合があり，この
場合には，閾値電圧がどの点にあるかを判定できない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路の入力
閾値電圧測定方法のうち，図４　（ａ）の方法は，ＬＳ
Ｉテスター等の大型の測定器を必要とする上に，集積回
路内部において発生するノイズの影響を受けて正しい閾
値が測定できないものであった。また，図　（ｂ）の方
法は，ＬＳＩテスター等の大型の測定器を必要とし，ス
ルー活性化パターンを設定する必要があり煩雑なもので
あった。 また，図　（ｃ），の方法は，集積回路における入力回
路の構成によっては，入力閾値電圧を判定することが不
可能な場合があった。

【００１６】本発明は，簡単な構成で入力閾値電圧を正
確に測定できる論理集積回路における入力閾値電圧およ
び入力閾値電圧特性の良・不良の判定方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は，集積回路内部
においてチェーン接続されたフリップフロップのスキャ
ンモードでは，チェーンが接続された各フリップフロッ
プがイネーブルからディセーブル，もしくはディセーブ
ルからイネーブルに変化するとき，集積回路に流れる電
源電流が変化することを利用し，フリップフロップ回路
のイネーブル，ディセーブルの状態を定めるコントロー
ル信号電圧を徐々に低下させるか，もしくは減少させる
ことにより各フリップフロップの状態をイネーブルから
ディセーブルもしくはディセーブルからイネーブルに変
化させ，その状態が変化する時のコントロール信号の電
圧が入力閾値電圧に等しいことから，入力閾値電圧を測
定するようにした。

【００１８】図１により本発明の基本構成を示す。図　
（ａ）は測定回路である。図において，１は集積回路で
あって，内部にフリップフロップ回路（ＦＦ）２〜４を
含み，スキャンモードにおいて，チェーン接続された各
フリップフロップがスキャンイン信号によりスキャンさ
れるものである。２〜４はフリップフロップ回路であっ
て，スキャンモードにおける，イネーブルにおいて，ス
キャンイン信号入力により各フリップフロップが動作す
るものである。５は入力部のゲート，６はコントロール
信号入力手段であって，フリップフロップ回路２〜４を
イネーブルまたはディセーブルにする信号を，電圧可変
にフリップフロップ回路２〜４に入力するものである。 ７はコントロール信号の電圧を測定する電圧計である。 ８は電源電流を測定する電流計である。

【００１９】図　（ｂ）は，入力電圧閾値測定方法を示
す図である。図において，横軸は，コントロール信号の
入力電圧，縦軸は電源電流である。Ｓは入力閾値電圧点
を示す。

【００２０】

【作用】本発明の基本構成の動作を説明する。フリップ
フロップ回路２〜４がディセーブル状態からイネーブル
状態に変化するように，コントロール信号を電圧変化さ
せて，各フリップフロップ２〜４に印加する場合につい
て説明する。

【００２１】フリップフロップ回路に印加されるコント
ロール電圧がハイレベルでディセーブルになり，ローレ
ベルでイネーブルになるものとする。コントロール信号
をハイレベルから，徐々に低下させるようにして，コン
トロール信号を入力すると，入力部のゲート５の閾値電
圧以下になった時点でフリップフロップ回路２〜４がイ
ネーブルとなり，スキャンイン入力信号に基づいて各フ
リップフロップが一斉に動作を開始する。そのため，電
源電流がその時点で急激に増加する。そして，その時の
コントロール信号の電圧が入力閾値電圧である。

【００２２】図　（ｂ）はコントロール電圧と電源電流
Ａの関係を表している。コントロール信号の電圧をディ
セーブル状態からイネーブルに徐々に変化させたとき，
コントロール信号の電圧がＳで各フリップフロップがイ
ネーブルに変化し，電源電流が増加したことを表す。

【００２３】そして，Ｓ点の電圧がゲート５の閾値電圧
に等しくなる。同一集積回路内部においては，集積回路
の他のゲートの特性もそろっているので，ゲート５の閾
値電圧が集積回路１の他の入力端子の入力閾値電圧と等
しくなる。従って，本発明のように，電源電流が変化す
るＳ点のコントロール電圧を測定することにより，集積
回路１の各入力端子の入力閾値電圧を簡略的に知ること
ができる。特に，ディセーブルからイネーブルに変化す
る場合には，ノイズの影響がなく，正確な入力閾値電圧
を測定できる。

【００２４】なお，上記説明においては，各フリップフ
ロップをディセーブルからイネーブルに変化させる場合
について説明したが，イネーブルからディセーブルへ変
化するようにしてもよい。

【００２５】

【実施例】図２は本発明の実施例１を示す。図　（ａ）
は本発明をシリアルスキャン構成のフリップフロップ回
路を備える論理集積回路に適用した場合の測定回路であ
る。

【００２６】図において，１１は集積回路であって，内
部にフリップフロップ（ＦＦ■）〜フリップフロップ（
ＦＦ■）を含み，スキャンモードにおいて，各フリップ
フロップがチェーン接続されるものである。１２は電源
電流を測定する電流計，１３，１４は電圧計であって，
フリップフロップ（ＦＦ■）〜フリップフロップ（ＦＦ
■）をイネーブルもしくはディセーブルに設定するクロ
ックパルス電圧（コントロール信号電圧）を測定するも
のである。２２〜２５はフリップフロップ回路である。 ２０，２１はそれぞれ，クロックパルスの入力部のゲー
トである。ＳＣＡＮ−ＩＮは，フリップフロップ回路２
２〜２５に入力されるスキャンイン信号である。 Ａクロック，Ｂクロックは，フリップフロップ回路２２
〜２５をイネーブルもしくはディセーブルに設定するク
ロックパルス（コントロール信号）である。

【００２７】図の構成の動作を説明する。スキャンモー
ドにおいて，Ａクロック電圧とＢクロック電圧の両方を
イネーブル側にすると，チェーン接続された全フリップ
フロップ２２〜２５がスキャンイン信号に基づく動作を
開始する。このとき，電源電流は大となる。

【００２８】そこで，例えば，Ａクロック，Ｂクロック
ともに各フリップフロップ回路がイネーブルになるよう
にしておく。そして，Ａクロック電圧を徐々に上昇させ
，ディセーブルにする。ディセーブルへの変化は，電源
電流が小となった時点で判定できるので，その時のＡク
ロック電圧（コントロール信号電圧）を測定する。その
Ａクロックの電圧がＡクロックの入力端子の入力閾値電
圧をあたえる。

【００２９】同様に，Ａクロック，Ｂクロックともに各
フリップフロップともにイネーブルにしておいて，Ｂク
ロックの電圧を徐々に上昇させる。そして，ディセーブ
ルになって，電源電流が減少したときのＢクロックの電
圧を測定する。その電圧がＢクロックの入力端子の入力
閾値電圧を与える。

【００３０】以上により，Ａクロック入力端子，Ｂクロ
ック入力端子の入力電圧閾値を測定できるが，他の入力
端子の入力閾値電圧も同様の特性であると考えられる。 従って，Ａ，Ｂクロックの入力端子の入力閾値電圧から
，他の入力端子の入力閾値電圧を知ることができる。

【００３１】図３は本発明の実施例（２）　を示す。図
は本発明をアドレスによりフリップフロップ回路を指定
するアドレススキャン構成のフリップフロップ回路を備
える論理集積回路に本発明を適用した場合の実施例を示
す。

【００３２】図において，３０は集積回路，３１〜３４
はフリップフロップ回路，３５はフリップフロップ回路
をアドレスにより指定するアドレス回路であって，各フ
リップフロップ３１〜３２を全てイネーブルに設定する
オール・アドレス，イネーブル入力部を備えているもの
である。３６は電源電流を測定する電流計，３７はオー
ル・アドレス・イネーブルの電圧変化を検出する電圧計
である。

【００３３】オール・アドレス・イネーブル信号は，バ
ーンイン試験において，自己発熱により装置温度を上昇
させるための駆動用信号であって，全アドレスを同時に
指定してイネーブルとし，各フリップフロップ回路を動
作させるものである。図の構成の動作を説明する。

【００３４】リセット信号をセットし，スキャンイン信
号を入力した状態で，オール・アドレス・イネーブルの
入力電圧を徐々に上昇させる。オール・アドレス・イネ
ーブル信号の電圧が，アドレス回路の入力部のゲートの
閾値電圧を超えると，全フリップフロップ回路が一斉に
動作を開始する。フリップフロップ回路がイネーブルに
変化した時点は，電源電流が増加することから判定でき
る。そして，その時のオール・アドレス・イネーブル信
号の電圧を測定する。その電圧が，入力閾値電圧である
。

【００３５】本実施例においては，一入力端子のみの入
力閾値電圧の測定であるが，他の入力端子の入力電圧閾
値の値もほぼ同様である。本発明によれば，電源電流と
入力電圧の電流−電圧特性を簡単に測定でき，集積回路
の特性解析に有効であるが，さらに本発明を応用して，
集積回路の最大閾値電圧と最小閾値電圧の規格について
の良・不良判定を簡単に行うことができる。

【００３６】図４は，本発明を応用した，集積回路の入
力閾値電圧の良・不良の簡易測定方法を示す。図　（ａ
）は，集積回路の良・不良判定の原理を示す。確実にイ
ネーブルとする閾値よりも十分低い電圧ａで，電源電流
Ａ１を測定する。次に，確実にディセーブルとする閾値
電圧よりも十分に高い電圧ｂにより，電源電流Ａ２を測
定する。

【００３７】次に，集積回路の最大閾値電圧αで電源電
流を測定する。次に最小閾値電圧βで，電源電流を測定
する。図　（ｂ）は，最大・最小閾値電圧と閾値電圧の
関係を示す図である。最小閾値電圧αで，電源電流を測
定したところ，電流値がＡ１であれば，閾値電圧はαよ
り高いＳにある。しかし，電流値がＡ２であれば，閾値
電圧は，αより低いＳ’にある。

【００３８】同様に，最大閾値電圧βについては，電源
電流の電流値がＡ２であれば，閾値はベータより低いＳ
にあり，電流値がＡ２であれば，閾値はβより高いＳ’
にある。（ｃ）は，以上の方法により，集積回路の入力
閾値電圧特性の良・不良を判定する方法を示す。

【００３９】１は，最大閾値電圧βが閾値電圧Ｓより低
い場合で不良と判定される。２は最小閾値電圧αが閾値
電圧Ｓよりも高い場合で，不良と判定される場合である
。３は閾値電圧が最大閾値電圧より低く，最小閾値電圧
よりも高い場合で，良と判定される場合を示す。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば，簡単な構成で，論理集
積回路の入力閾値電圧を，ノイズの影響をうけることな
く正確に測定できる。また，集積回路の入力部の構成，
特性によらず，測定可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例（１）　を示す図である。

【図３】本発明の実施例（２）　を示す図である。

【図４】本発明により集積回路の入力閾値特性の良・不
良特性を判定する方法を示す図である。

【図５】従来の入力閾値電圧測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１　　：論理集積回路 ２〜４：フリップフロップ回路 ５　　：ゲート ６　　：コントロール信号入力手段 ７　　：電圧計 ８　　：電流計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　集積回路内部のフリップフロップ回路
   （２〜４）をスキャンする機能を備える論理集積回路（
   １）　の入力閾値電圧測定方法において，該フリップフ
   ロップ回路（２〜４）をイネーブルもしくはディセーブ
   ルに設定するコントロール信号を該フリップフロップ回
   路（２〜４）に入力し，スキャンイン信号を該フリップ
   フロップに入力した状態において，上記コントロール信
   号の電圧を徐々に低下もしくは上昇させながら，電源電
   流およびコントロール信号電圧を測定し，電源電流の変
   化により該フリップフロップ回路（２〜４）がディセー
   ブルからイネーブル，もしくはイネーブルからディセー
   ブルへの変化を検出し，該変化を生じた時のコントロー
   ル電圧を入力閾値電圧とすることを特徴とする論理集積
   回路の入力閾値電圧測定方法および入力閾値電圧特性の
   良・不良判定方法。
2. 【請求項２】　　請求項１において，論理集積回路（１
   ）　はフリップフロップ回路（２〜４）をアドレス指定
   によりスキャンする機能を備え，該フリップフロップ回
   路（２〜４）をイネーブルもしくはディセーブルにする
   信号入力端子を備えたものであって，該フリップフロッ
   プ回路をイネーブルもしくはディセーブルにするコント
   ロール信号を該信号入力端子に印加し，コントロール信
   号電圧を徐々に上昇もしくは低下させながらすることに
   より，該フリップフロップをディセーブルからイネーブ
   ル，もしくはイネーブルからディセーブルへ変化させる
   ものであることを特徴とする論理集積回路の入力閾値電
   圧測定方法および入力閾値電圧特性の良・不良判定方法
   。
3. 【請求項３】　　請求項１もしくは２の入力閾値電圧測
   定方法により論理集積回路（１）　の入力閾値電圧の良
   もしくは不良を判定する方法において，フリップフロッ
   プ回路のイネーブルおよびディセーブルにおける電源電
   流を測定し，最大入力閾値電圧および最小入力閾値電圧
   をコントロール信号入力端子に印加することにより電源
   電流を測定し，コントロール信号電圧の低い側にイネー
   ブルおよび高い側にディセーブルがある場合において，
   最小入力閾値電圧がイネーブル側および最大入力閾値電
   圧がディセーブル側にある場合に良と判定し，コントロ
   ール信号電圧の高い側にイネーブルおよび低い側にディ
   セーブルがある場合において，最大入力閾値電圧がイネ
   ーブル側および最小入力閾値電圧がディセーブル側にあ
   る場合に良と判定することを特徴とする論理集積回路の
   入力閾値電圧特性の良・不良判定方法。