JPH06334045A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH06334045A
JPH06334045A JP5144253A JP14425393A JPH06334045A JP H06334045 A JPH06334045 A JP H06334045A JP 5144253 A JP5144253 A JP 5144253A JP 14425393 A JP14425393 A JP 14425393A JP H06334045 A JPH06334045 A JP H06334045A
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circuit
flip
input
output
flop
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JP5144253A
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Toru Kobayashi
徹 小林
Satoru Isomura
悟 磯村
Atsushi Shimizu
淳 清水
Yuko Ito
祐子 伊藤
Takeo Yamada
健雄 山田
Kengo Miyazawa
健悟 宮澤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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    • H01L27/118Masterslice integrated circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でしかも入力端子にプローブを当
てることなく故障診断を可能にした半導体集積回路装置
を提供する。 【構成】 フリップフロップ回路を構成するセルと、そ
れに隣接して配置され、それと同じか整数倍の大きさの
セルで構成され、入力保護用の素子及び出力回路を構成
する素子が形成されてなるセルとをアレイ状態に配置し
ておいて、入力回路及び出力回路を上記フリップフロッ
プ回路と入力用又は出力用の素子を加えて構成するとと
もに、上記入力回路又は出力回路を構成するフリップフ
ロップ回路を含む内部論理回路の任意のフリップフロッ
プ回路を選択して書き込み/読み出しを可能にして故障
診断機能を持たせる。 【効果】 入力回路や出力回路及び内部回路を半導体チ
ップの任意の箇所に配置できるから回路設計が容易にな
るとともに、上記フリップフロップ回路を用いた入力回
路や出力回路を含めたランダム・アクセス・スキャン動
作により故障診断も容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路装置
に関し、ランダム・アクセス・スキャン構成の故障診断
機能を持つゲートアレイのような半導体集積回路装置に
利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、論理機能を有する半導体集積回路
装置(以下、論理LSIという場合がある。)入出力ピ
ン数が増加し、多いものでは数100個ものピンを有す
るものがある。このように、入出力ピン数の多い論理L
SIにおいては、内部論理回路の故障診断が困難とな
る。例えば、論理LSIのテスティングをプローブ検査
で行う場合、入出力ピン(端子)の数が多いと、端子間
隔が狭くなるため、全端子(パッド)へのプローブの正
確な接触が非常に難しくなる。特に、CCB(Controll
ed Collapse Bonding)方式のLSIにおいては、各端子
間の距離が短いために、全パッドへのプローブの接触が
難しくなる。
【0003】そのため、論理LSIの診断方式として、
シフト・スキャン方式が知られている。このシフト・ス
キャン方式は、診断時において、論理LSI内の複数の
フリップフロップ回路を直列に接続することによって、
シフトレジスタとして動作させる方式である。すなわ
ち、診断時には、まず複数のフリップフロップがシフト
レジスタとして動作するように接続され、テストデータ
がシフトレジスタを構成する各フリップフロップ回路に
書き込まれる。その後、各フリップフロップ回路は、通
常動作時と同一の回路接続されることによって、各フリ
ップフロップ回路の後段の論理回路にテストデータを供
給可能にされる。次に、テストデータが後段の論理回路
に供給するように論理LSIが動作させられる。
【0004】後段の論理回路は、テストデータに応答し
て所定の論理動作を実行し、その結果得られたデータ
(テスト結果データ)を、後段論理回路内にある複数の
フリップフロップ回路にラッチされる。テスト結果デー
タは、前記同様にフリップフロップ回路をシフトレジス
タとして動作するように接続することによって、論理L
SI外部に設けられたテスターへ出力される。
【0005】したがって、従来の一般的なスキャン方式
の診断によると、フリップフロップ回路より後段の論理
回路のテストは容易である。しかし、入力回路から最初
のフリップフロップ回路までの論理回路の診断を行うに
は、入力端子にプローブを当ててテスト信号を入力する
必要があった。
【0006】この問題を解決するために、論理LSIの
入力部にバウンダリ・スキャン・フリップフロップ回路
を設け、診断時にはこのフリップフロップ回路にテスト
データ(テストパターン)を保持させることによって、
プローブを用いた診断を不要にする方式が知られてい
る。アイ・イー・イー・イー 1990 バイポーラ サー
キット アンド テクノロジー ミーティング(IEEE 19
90 Bipolar Circuit andTechnology Meeting)6,2 pp122
-131 において、バウンダリ・スキャン・フリップフロ
ップをECL(エミッタ・カップルド・ロジック)回路
と、CMOS(相補型MOS)回路と組み合わせること
によって構成する技術が開示されている。
【0007】他の診断方式として、ランダム・スキャン
方式が知られている。この診断方式は、半導体集積回路
装置内の各フリップフロップを、診断時にアドレス指定
できるように構成したものであり、これが上述のシフト
・スキャン方式と相違する点である。ランダム・スキャ
ン方式において、診断時に半導体集積回路装置内の1つ
のフリップフロップ回路が半導体集積回路装置の外部か
ら供給されたアドレス信号に基づいて、選択状態とされ
る。そして、その選択状態にされたフリップフロップ回
路に対するテストデータの設定又はテストデータの読み
出しが行われる。このようなランダム・スキャン方式に
関しては、米国特許4,701,922号公報がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
バウンダリ・スキャン・フリップフロップは、診断時に
おいてECLレベルの入力信号を受け、これをCMOS
回路で構成されたフリップフロップでラッチし、再びE
CLレベルの出力信号として次段の論理回路に送るとい
う回路形式である。そのため、レベル変換回路がECL
入力部(シリーズゲート)とCMOSフリップフロップ
回路との間及びCMOSフリップフロップ回路とECL
出力部との間にそれぞれ必要とされる。そのため、信号
レベルを合わせるための回路設計が面倒であるばかり
か、通常の動作時及び診断時における信号の伝達速度も
遅くなると考えられる。ランダム・スキャン方式では、
前記シフト・スキャン方式と同様に入力回路から最初の
フリップフロップ回路までの論理回路の診断を行うに
は、入力端子にプローブを当ててテスト信号を入力する
必要があった。
【0009】この発明の目的は、簡単な構成でしかも入
力端子にプローブを当てることなく故障診断を可能にし
た半導体集積回路装置を提供することにある。この発明
の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細
書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、フリップフロップ回路を構
成するセルと、それに隣接して配置され、それと同じか
整数倍の大きさのセルで構成され、入力保護用の素子及
び出力回路を構成する素子が形成されてなるセルとをア
レイ状態に配置しておいて、入力回路及び出力回路を上
記フリップフロップ回路と入力用又は出力用の素子を加
えて構成するとともに、上記入力回路又は出力回路を構
成するフリップフロップ回路を含む内部論理回路の任意
のフリップフロップ回路を選択して書き込み/読み出し
を可能にして故障診断機能を持たせる。
【0011】
【作用】上記した手段によれば、入力回路や出力回路及
び内部回路を半導体チップの任意の箇所に配置できるか
ら回路設計が容易になるとともに、上記フリップフロッ
プ回路を用いた入力回路や出力回路を含めたランダム・
アクセス・スキャン動作により故障診断も容易に行うこ
とができる。
【0012】
【実施例】図1には、この発明に係る半導体集積回路装
置(論理LSI)の一実施例の概略構成図が示されてい
る。同図は、半導体チップにおける幾何学的な配置に合
わせてセルが描かれている。同図では、7×9のセルが
アレイ状態に配置されている。実際の半導体集積回路装
置では、ユーザーの機能に応じた所定のデータ処理等の
ディジタル信号処理を実現するために多数のセルが配置
されている。
【0013】この実施例では、フリップフロップ回路を
構成することのできるセルFFと、入力回路に必要な保
護回路等を構成する素子や、出力回路を構成する素子か
らなる入出力用のセルI/Oが規則的に配置される。す
なわち、フリップフロップ回路を構成するセルFFの隣
に、それと同じ大きさからなる入出力用のセルI/Oが
並んで配置される。
【0014】この実施例では、入力端子や出力端子にプ
ローブを当てることなく、故障診断を可能にするめため
に、入力回路や出力回路は、同図に斜線を付したセルの
ように、セルFFとセルI/Oからなる2つのセルを組
み合わせて、入力回路と出力回路を構成する。
【0015】入力端子と出力端子は電源用端子とともに
CCBにより実装基板の電極と接続されるものであるの
で、上記セルが形成される半導体チップの表面にアレイ
状に設けられる。それ故、上記アレイ状の任意のセルが
入力回路や出力回路として用いることができる。これに
より、回路設計が簡単となり、入力信号や出力信号の引
回しがなく、動作の高速化や動作マージンを改善するこ
ともできる。
【0016】半導体集積回路装置の製造においては、セ
ル数等が異なる何種類かのゲートアレイを用意しておけ
ばよい。これにより、回路素子の下地が形成された半導
体集積回路装置が形成されるウェハを共通化でき、その
ようなウェハを在庫として見込み生産できる。これによ
り、最終的には小量多品種とされる特定用途向の半導体
集積回路装置の量産性を向上させることができる。
【0017】また、上記のように下地が形成されたウェ
ハを予め製造して置くことができるから、マスタースラ
イス方式による配線設計の完了により、配線製造工程を
追加させるだけで所望の回路機能を持つ半導体集積回路
装置を得ることができるようになる。
【0018】図2には、この発明に係る半導体集積回路
装置(論理LSI)の他の一実施例の概略構成図が示さ
れている。同図では、フリップフロップを構成すること
ができるセルFFに対して、その3倍の大きさを持つ入
力回路又は出力回路用の素子を構成するセルI/Oが設
けられる。このセルI/Oは、セルFFに隣接して配置
され、セルFFの4個分を単位として上下左右に繰り返
しパターンで構成される。
【0019】このように、1個のフリップフロップ回路
を構成することができるセルFFに対して、1個の入力
回路又は出力回路を構成するたための素子が形成される
セルI/Oとを組み合わせるものの他、セルFFに対し
てその2個分の面積によりセルI/Oが構成されるもの
では、2個のセルFFに対して1個のセルI/Oを組み
合わせて、1つの単位を構成するものであってもよい。
【0020】例えば、図2の例では、2個のセルFFを
横又は縦方向に並べ、1個のセルI/Oを上記2個のセ
ルFFの上又は横に隣接して配置させるようにし、全体
でセル4個分からなる方形の単位セルを構成してもよ
い。このように、入力回路や出力回路を構成する回路素
子の大きさや、その配置は種々の実施形態を採ることが
できる。
【0021】なお、セルFFは、フリップフロップ回路
を構成するもの他、そこに形成された素子を用いて組合
せ論理回路を構成する単位ゲート回路を構成することも
できることはいうまでもない。それ故、セルFFは、フ
リップフロップ回路を構成できるだけの素子の他に、上
記のような単位ゲート回路を構成することも想定した素
子が下地として作り込まれるものである。
【0022】図3には、上記セルI/Oを構成する回路
素子の一実施例を説明するための回路図が示されてい
る。同図においては、各素子の用途の理解を容易にする
ために、それが実際使用される形態の回路図として示さ
れている。ダイオードD1とD2は、静電破壊保護素子
を構成するものである。抵抗R1は、ダンピング抵抗と
して用いられる。抵抗R2は、プルアップ若しくはプル
ダウン又は終端抵抗として選択的に用いられる。トラン
ジスタQ1〜Q3と抵抗R3と、上記トランジスタQ1
とQ2の共通エミッタに設けられる定電流源Ioは、出
力バッファ用に形成される。上記出力トランジスタQ3
は、所望の出力電流が得るために、差動トランジスタQ
1,Q2を構成するトランジスタに比べて比較的大きな
サイズにより形成される。
【0023】図4には、セルFFを構成する回路素子の
一実施例を説明するための回路図が示されている。同図
においては、各素子の用途の理解を容易にするために、
それがフリップフロップ回路を構成するために接続され
た形態に対応した回路図で示されている。それ故、セル
FFに形成される全ての素子が示されているわけではな
く、論理ゲートを構成するの等のために形成されている
素子が一部省略されている。
【0024】同図の各回路素子に付された回路記号は、
回路図が複雑になり見にくくなってしまうのを防ぐため
に、前記図1のものや後述する回路図のものと一部重複
しているが、それぞれは別個の回路機能を持つものであ
ると理解されたい。
【0025】差動トランジスタQ1とQ4の共通エミッ
タには、クロックCKを受けるトランジスタQ7が接続
される。このトランジスタQ7のエミッタには、定電圧
VCSがベースに供給されたトランジスタQ12とエミ
ッタ抵抗R5からなる定電流源が設けられる。
【0026】上記トランジスタQ1のベースには、シテ
スムデータ端子Dが接続される。トランジスタQ4のベ
ースには、−1.15Vのような基準電圧VBBが供給
される。これらの回路は、通常動作用の入力回路とされ
る。
【0027】ラッチ機能を付加するために、上記トラン
ジスタQ7には差動形態にされたトランジスタQ8が設
けられる。このトランジスタQ8のベースには、クロッ
クCKに対して逆相にされたクロックCKBが供給され
る。このトランジスタQ8のコレクタには、ベースとコ
レクタとが互いに交差接続されてラッチ形態にされた差
動トランジスタQ5,Q6が設けられる。これらの差動
トランジスタQ5とQ6のコレクタには、負荷抵抗R1
とR2が設けられる。
【0028】上記ラッチ部の出力信号は、エミッタフォ
ロワ出力トランジスタQ10とQ11を通して出力され
る。トランジスタQ10とQ11のエミッタは、出力端
子QとQ’に接続される。これらのトランジスタQ10
とQ11のエミッタには、エミッタ負荷抵抗R3とR4
が設けられる。特に制限されないが、電流消費を小さく
するために、抵抗R3とR4が接続される電源は、−2
VのようなVTTとされる。これに対して、定電流源を
構成するエミッタ抵抗R5は、電源電圧VEEに接続さ
れる。また、負荷抵抗R1,R2や出力トランジスタQ
10,Q11のコレクタは、回路の接地電位に接続され
る。
【0029】この実施例では、上記のようなフリップフ
ロップ回路に診断機能を付加するために、上記トランジ
スタQ7,Q8とエミッタが共通化されたトランジスタ
Q13とQ14が設けられる。トランジスタQ13のベ
ースは、セット端子Sに接続される。トランジスタQ1
4のベースは、リセット端子Rに接続される。これらの
トランジスタQ13とQ14のコレクタは、上記ラッチ
回路の一対の入出力ノードに接続され、トランジスタQ
13がオン状態にされたときにラッチ部をセット状態に
し、トランジスタQ14がオン状態にされたときにラッ
チ部をリセット状態にさせる。
【0030】通常動作モードでは、セット端子Sとリセ
ット端子Rが共にロウレベルにされる。これにより、フ
リップフロップ回路は、クロック信号CKがハイレベル
で、クロック信号CKBがロウレベルにされたとき、ト
ランジスタQ7がオン状態になり、トランジスタQ8が
オフ状態にされる。トランジスタQ7のオン状態により
トランジスタQ12のコレクタ定電流が差動トランジス
タQ1,Q4に流れるようにされ、トランジスタQ8の
オフ状態によりラッチ部のトランジスタQ5とQ6には
動作電流が流れなくされる。その結果、データ端子Dか
ら供給された入力信号が差動トランジスタQ1とQ4及
び出力トランジスタQ10とQ11を通してそのまま出
力端子Qに伝達され、出力端子Q’からその反転信号が
出力される。
【0031】クロック信号CKがロウレベルに、クロッ
ク信号CKBがハイレベルにされると、これに応じてト
ランジスタQ7がオフ状態に、トランジスタQ8がオン
状態にされる。トランジスタQ8のオン状態によりトラ
ンジスタQ12のコレクタ定電流がラッチ部を構成する
差動トランジスタQ5,Q6に流れるようにされ、トラ
ンジスタQ8のオフ状態により入力部のトランジスタQ
1とQ4には動作電流が流れなくされる。その結果、デ
ータ端子Dから供給された入力信号が差動トランジスタ
Q5とQ6のラッチ部で保持され、出力トランジスタQ
10とQ11を通して出力される。
【0032】前記のようにフリップフロップ回路を入力
回路や出力回路として使用するときには、上記クロック
信号CKがハイレベルに、クロック信号CKBがロウレ
ベルにされて、データ端子Dから入力された入力信号を
そのまま通過させる。
【0033】診断モードでは、クロック信号CKがロウ
レベルに、クロック信号CKBがハイレベルにされる。
そして、セット端子Sとリセット端子Rにテストデータ
が入力される。例えば、ラッチ部のトランジスタQ6が
オン状態でトランジスタQ5がオフ状態にされていたと
き、セット端子Sにハイレベルを供給すると、トランジ
スタQ13がオン状態になって、ラッチ部の差動トラン
ジスタQ6のベース電位をロウレベルに引き抜いてオフ
状態にさせる。このトランジスタQ6のオフ状態によ
り、そのコレクタ電位がハイレベルになってトランジス
タQ5をオン状態にさせる。これにより、出力端子Qか
らトランジスタQ6のオフ状態に対応してハイレベルが
出力され、出力端子Q’からトランジスタQ5のオン状
態に対応してロウレベルが出力される。
【0034】上記のようにトランジスタQ5がオン状態
で、トランジスタQ6がオフ状態にされるセット状態に
おいて、セット端子Sをロウレベルにし、リセット端子
Rをハイレベルにすると、トランジスタQ14がオン状
態になって、ラッチ部の差動トランジスタQ5のベース
電位をロウレベルに引き抜いてオフ状態にさせる。この
トランジスタQ5のオフ状態により、そのコレクタ電位
がハイレベルになってトランジスタQ6をオン状態にさ
せる。これにより、出力端子QからトランジスタQ6の
オン状態に対応してロウレベルが出力され、出力端子
Q’からトランジスタQ5のオフ状態に対応してハイレ
ベルが出力される。
【0035】このように診断モードのときには、クロッ
ク信号CKをロウレベルに、CKBをハイレベルにする
ことによって、フリップフロップ回路は、SRフリップ
フロップ回路としての動作を行うようにされる。
【0036】図5には、この発明に係る半導体集積回路
装置における入力回路の一実施例の構成図が示されてい
る。この実施例では、上記のようなセルFFとセルI/
Oが組み合わせされて入力回路が構成される。すなわ
ち、セルI/Oのうちの静電破壊保護素子としてのダイ
オードD1,D2と、ダンピング抵抗R1とプルダウン
抵抗R2とを組み合わせて、前記のようなフリップフロ
ップ回路を構成するセルFFの入力端子Dに入力ピンか
ら供給された入力信号を伝える。フリップフロップ回路
FFには、スキャン信号として、前記のようなクロック
信号CK,CKBやセット信号Sやリセット信号Rが供
給される。
【0037】通常動作時には、上記フリップフロップ回
路FFのクロック信号CKがロウレベルに、CKBがハ
イレベルに固定されることによって、入力信号をそのま
ま通過させる入力回路としての動作を行い、診断モード
ときには入力端子に対してプローブを接触させることな
く、ランダム・アクセス・スキャン動作によりセット/
リセットにより任意の入力データを保持させることがで
きる。
【0038】図6には、この発明に係る半導体集積回路
装置における出力回路の一実施例の構成図が示されてい
る。この実施例では、上記のようなセルFFとセルI/
Oが組み合わせされて出力回路が構成される。すなわ
ち、セルI/Oのうちの静電破壊保護素子としてのダイ
オードD1,D2と、出力バッファを構成するトランジ
スタQ1〜Q3及び抵抗R3と定電流源Ioとを組み合
わせて、前記のようなフリップフロップ回路を構成する
セルFFを通した出力信号を外部ピンへ送出させる。フ
リップフロップ回路FFには、スキャン信号として、前
記のようなクロック信号CK,CKBやセット信号Sや
リセット信号Rが供給される。
【0039】通常動作時には、上記フリップフロップ回
路FFのクロック信号CKがロウレベルに、CKBがハ
イレベルに固定されることによって、入力信号をそのま
ま通過させる出力回路としての動作を行い、診断モード
ときには前段の組合せ論理回路の出力信号を保持してプ
ローブを接触させることなく、ランダム・アクセス・ス
キャン動作により読み出すことができる。
【0040】図7には、この発明に従う半導体集積回路
装置の一実施例の概略構成図が示されている。半導体集
積回路装置は、同図において太い実線で示されたシリコ
ンのような単結晶半導体基板上に、公知の半導体製造技
術によって、集積形成される。二重丸は、半導体集積回
路装置の信号入力又は信号出力用の外部端子を示してい
る。
【0041】同図において、11、12及び13は、そ
れぞれ内部記憶能力を持たず、所定の論理機能を有する
組合せ論理回路とされる。上記組合せ論理回路11、1
2及び13のそれぞれは、特に制限されないが、ECL
ゲート回路が複数組み合わせられて構成されている。
【0042】FF21〜FF33は、上記組合せ論理回
路11と12との間、上記組合せ論理回路12と13の
間に、FF11〜FF13は上記組合せ論理回路11の
前段に、FF41〜FF42は組合せ論理回路13の後
段にそれぞれ設けられたデータラッチ用のフリップフロ
ップ回路(データ保持手段)を示す。これらのフリップ
フロップFF11〜FF42は、それぞれ診断用の入力
部が付加されており、上記組合せ論理回路11〜13の
診断モードのときに、診断用のフリップフロップとして
動作させられる。
【0043】組合せ論理回路11は、フリップフロップ
回路FF11〜F13のそれぞれに結合された入力端
と、フリップフロップ回路FF21〜FF22のそれぞ
れに結合された出力端子とを有する。同様に、組合せ論
理回路12は、フリップフロップ回路FF21〜F22
のそれぞれに結合された入力端と、フリップフロップ回
路FF31〜FF33のそれぞれに結合された出力端子
とを有し、組合せ論理回路13は、フリップフロップ回
路FF31〜F33のそれぞれに結合された入力端と、
フリップフロップ回路FF41〜FF42のそれぞれに
結合された出力端子とを有する。
【0044】上記フリップフロップ回路FF11〜FF
13は、前記のような入力用の保護回路等を構成するセ
ルI/Oと組み合わせられて、入力回路を兼用したフリ
ップフロップとされる。これらのフリップフロップ回路
FF1〜FF13は、診断モードのときに、外部端子3
1から供給される診断用入力クロックCKiとに同期し
て、入力ピン(入力端子)41、42及び43から入力
された入力信号をラッチしたり、上記組合せ論理回路1
1のためのテストデータをラッチしたりするために利用
される。一方、通常動作モード時において、フリップフ
ロップ回路FF11〜FF13は、上記入力クロックC
Kiが供給されないこと(例えばハイレベル又はロウレ
ベルに固定される。)によって、上記入力端子41〜4
3から入力された入力信号をそのまま通過させる入力回
路として機能させられる。すなわち、上記フリップフロ
ップ回路FF11〜FF13は、バウンダリ・スキャン
・フリップフロップ回路とされる。
【0045】上記フリップフロップ回路FF21〜FF
22及びFF31〜FF33は、それぞれ上記組合せ論
理回路11及び12の出力信号をラッチするフリップフ
ロップ回路とされる。上記フリップフロップ回路FF2
1とFF22は、通常動作モード時及び診断モード時に
外部端子32から供給されるシステムクロックCK1に
よって上記組合せ論理回路11の出力データあるいは組
み合わせ論理回路12のためのテストデータをラッチす
るために利用される。同様に、上記フリップフロップ回
路FF31とFF33は、通常動作モード時及び診断モ
ード時に外部端子32から供給されるシステムクロック
CK2によって上記組合せ論理回路12の出力データあ
るいは組み合わせ論理回路13のためのテストデータを
ラッチするために利用される。
【0046】そして、上記フリップフロップ回路FF4
1〜FF42は、前記のような出力バッファ等を構成す
るセルと組み合わせられて、出力回路を兼用したフリッ
プフロップ回路とされる。このフリップフロップ回路F
F41及びFF42は、診断モード時に外部端子34か
ら供給される診断用出力クロックCKoによって、上記
組合せ論理回路13の出力データをラッチする。一方、
通常モード時に、フリップフロップ回路FF41及びF
F42は、上記出力クロックCKoが供給されないこと
(例えばハイレベルに固定される。)によって、上記組
合せ論理回路13の出力データをそのまま通過させて出
力ピン51及び52に出力させる。すなわち、上記フリ
ップフロップ回路FF41及びFF42は、バウンダリ
・スキャン・フリップフロップとされる。
【0047】上記各フリップフロップ回路FF11〜F
F42にラッチされたテストデータは、診断モードにお
いて、診断データ出力端子55から半導体集積回路装置
の外部に出力される。
【0048】診断制御回路10は、診断モードのときに
外部アドレス端子61〜65から供給されるアドレス信
号をデコードして、各フリップフロップ回路FF11〜
FF42に単する選択信号を形成する。また、診断制御
回路10は、入力端子67から供給されたテストデータ
TD及び入力端子68から供給されたスキャンクロック
CKsに基づいて、各フリップフロップ回路FF11〜
FF42にセット信号S又はリッセト信号Rを形成した
り、あるいは入力端子69から入力された診断モード切
替信号TMを、各フリップフロップ回路FF11〜FF
42にそれぞれ分配する。
【0049】このような診断制御回路10は、前記図1
又は図2のようなゲートアレイにおいて、適宜のゲート
を組み合わせて構成される。このようにゲートアイレの
セルを用いて診断制御回路10を構成するものでは、そ
れが搭載される前記のような組合せ論理回路や、入力回
路及び出力回路やデータラッチ用のフリップフロップ回
路とともに最適に形成できる。
【0050】この構成に代えて、図8に示すうよに、上
記診断制御回路10を専用回路により構成してもよい。
図8においては、半導体基板上における実際の幾何学的
な配置に合わせて各回路ブロックが示されている。すな
わち、論理LSIの一辺にそってXデコーダを形成し、
それと対向する辺にテストモード信号、スキャンインデ
ータ及びクロックの配線バスを設け、上記Xデコーダか
ら上方向に延びて延長されるデコーダ出力線と平行にな
るような分岐線を設ける。これらに隣接する他辺にそっ
てYデコーダを形成し、このYデコーダと対向する他辺
に沿って出力用のオアゲート回路を構成し、Yデコーダ
の横方向に延長される出力線にそってデータ出力用の配
線を設けて上記オアゲート回路に入力させる。
【0051】これらに囲まれたチップの内部において、
上記デコーダの出力線や出力用データ線等の交点に、上
記フリップフロップ回路を構成できるセルと、入出力用
の素子が形成されたセルとがアレイ状に配置される。こ
れにより、入力回路、出力回路及び内部のデータラッチ
用のフリップフロップ回路に対して、ランダム・アクセ
ス・スキャンを行うことができる。この構成では、専用
回路によりXデコーダやYデコーダ等が形成されるか
ら、チップサイズを小さく形成することができる。逆に
言えば、故障診断回路に費やされるチップ面積が減るか
ら、その分セル数を多くすることができる。
【0052】図9には、前記のようなフリップフロップ
回路を用いた診断モードを説明するための回路図が示さ
れている。この実施例では、1つのフリップフロップ回
路に着目して、アドレス選択回路やデータ入力回路と出
力回路が示されている。
【0053】フリップフロップ回路FFのセット端子S
とリセット端子Rには、アンドゲート回路G3とG4の
出力信号が供給される。アンドゲート回路G3とG4の
入力には、Xアドレス信号を受けるデコーダDECとY
アドレス信号を受けるデコーダDECの出力信号が供給
される。また、セット端子Sに対応したアンドゲート回
路G3の残り1つの入力には、スキャン・イン・データ
SIDと、スキャン・イン・クロックSICとを受ける
アンドゲート回路G1の出力信号が供給され、リセット
端子Rに対応したアンドゲート回路G4の残り1つの入
力には、スキャン・イン・データSIDの反転信号と、
スキャン・イン・クロックSICとを受けるアンドゲー
ト回路G2の出力信号が供給される。
【0054】フリップフロップ回路FFの出力端子Qの
信号は、上記のようなデコーダの出力信号を受けるアン
ドゲート回路G5の残り1つの入力に供給される。この
アンドゲート回路G5の出力信号は、オアゲート回路G
6を通してスキャン・アウト・データSODとして出力
される。上記のようなアンドゲート回路G3〜G5を構
成する素子は、フリップフロップ回路FF側のセルに作
り込むようにされる。フリップフロップ回路FFを構成
するセルサイズが大きくなりすぎたり、あるいはセルI
/O側で余裕があれば、これらのゲートをセルI/Oに
作り込んでおいてもよい。
【0055】上記デコーダにより、フリップフロップ回
路を指定するとゲート回路G3〜G5がゲートを開く、
このときスキャン・イン・データSIDがハイレベルな
らアンドゲート回路G1の出力信号がハイレベルにされ
るので、フリップフロップ回路FFがセットされる。上
記のようにフリップフロップ回路FFが選択されたとき
に、スキャン・イン・データSIDがロウレベルならア
ンドゲート回路G2の出力信号がハイレベルにされるの
で、フリップフロップ回路FFがリセットされる。そし
て、上記のようなアドレス指定により選択されたフリッ
プフロップ回路FFの出力信号Qがオアゲート回路G6
を通してスキャン・アウト・データSODとして出力さ
れるものである。
【0056】上記のような診断モードのときには、フリ
ップフロップ回路FFに供給されるクロック信号CKが
ロウレベルに、クロック信号CKBがハイレベルにされ
ている。そして、通常動作のときには、クロック信号C
Kがハイレベルに、クロック信号CKBがロウレベルに
されている。通常動作から診断モードに切り替えると、
その直前のデータがフリップフロップ回路FFに保持さ
れ、上記のようなアドレス指定により選択されたフリッ
プフロップ回路の保持データをスキャン・アウト・デー
タSODとして出力させることができる。
【0057】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1) フリップフロップ回路を構成するセルと、それ
に隣接して配置され、それと同じか整数倍の大きさのセ
ルで構成され、入力保護用の素子及び出力回路を構成す
る素子が形成されてなるセルとをアレイ状態に配置して
おいて、入力回路及び出力回路を上記フリップフロップ
回路と入力用又は出力用の素子を加えて構成するととも
に、上記入力回路又は出力回路を構成するフリップフロ
ップ回路を含む内部論理回路の任意のフリップフロップ
回路を選択して書き込み/読み出しを可能にして故障診
断機能を持たせる。この構成では、入力回路や出力回路
及び内部回路を半導体チップの任意の箇所に配置できる
から回路設計が容易になるとともに、上記フリップフロ
ップ回路を用いた入力回路や出力回路を含めたランダム
・アクセス・スキャン動作により故障診断も容易に行う
ことができるという効果が得られる。
【0058】(2) 上記(1)により、半導体集積回
路装置の製造においては、セル数等が異なる何種類かの
ゲートアレイを用意しておけばよく、回路素子の下地が
形成された半導体集積回路装置が形成されるウェハを共
通化できるから、そのようなウェハを在庫として見込み
生産でき、最終的には小量多品種とされる特定用途向の
半導体集積回路装置の量産性を向上させることができる
という効果が得られる。
【0059】(3) フリップフロップ回路がECL回
路により構成されたレベルセンス型のD型ラッチで構成
されているため、クロック信号のレベルを所定レベルに
固定するこにより入力信号を通過させる増幅回路として
作用させることができるとともに、バウンダリ・スキャ
ン・フリップフロップ機能を持たせることができるとい
う効果が得られる。
【0060】(4) 上記(3)より、ECLレベルを
CMOSレベルに変換したり、CMOSレベルをECL
レベルに変換する変換回路が省略でき、回路の簡素化と
診断動作の高速化を図ることができるという効果が得ら
れる。
【0061】(5) 診断制御回路をアレイ状に配列さ
れたセルを用いて構成することにより、診断機能も含め
て柔軟性に富んだ半導体集積回路装置を得ることができ
るという効果が得られる。
【0062】(6) 診断回路をチップの周辺部に固定
的に組み込んで配置することにより、論理LSIの集積
度を高くすることができるという効果が得られる。
【0063】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、フリ
ップフロップ回路を構成する具体的回路は、種々の実施
例形態を採ることができる。この場合、フリップフロッ
プ回路は、入力回路としても使用することが前提である
ので、前記のようなスルーラッチ動作を行う回路で構成
する必要がある。この発明は、診断機能を持つようにさ
れた論理LSIに広く利用できるものである。
【0064】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、フリップフロップ回路を構
成するセルと、それに隣接して配置され、それと同じか
整数倍の大きさのセルで構成され、入力保護用の素子及
び出力回路を構成する素子が形成されてなるセルとをア
レイ状態に配置しておいて、入力回路及び出力回路を上
記フリップフロップ回路と入力用又は出力用の素子を加
えて構成て構成するとともに、上記入力回路又は出力回
路を構成するフリップフロップ回路を含む内部論理回路
の任意のフリップフロップ回路を選択して書き込み/読
み出しを可能にして故障診断機能を持たせることによ
り、回路設計が容易になるとともに、上記フリップフロ
ップ回路を用いた入力回路や出力回路を含めたランダム
・アクセス・スキャン動作により故障診断も容易に行う
ことができる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体集積回路装置の一実施例
を示す概略構成図である。
【図2】この発明に係る半導体集積回路装置の他の一実
施例を示す概略構成図である。
【図3】図1と図2のセルI/Oを構成する回路素子の
一実施例を説明するための回路図である。
【図4】図1と図2のセルFFを構成する回路素子の一
実施例を説明するための回路図である。
【図5】この発明に係る半導体集積回路装置における入
力回路の一実施例を示す構成図である。
【図6】この発明に係る半導体集積回路装置における出
力回路の一実施例を示す構成図である。
【図7】この発明に従う半導体集積回路装置の一実施例
を示す概略構成図である。
【図8】この発明に従う半導体集積回路装置の一実施例
を示す概略レイアウト図である。
【図9】図4のようなフリップフロップ回路を用いた診
断モードを説明するための概略回路図である。
【符号の説明】
FF,I/O…セル、D1,D2…ダイオード、R1〜
R5…抵抗、Q1〜Q12…トランジスタ、10…診断
制御回路、11〜13…組合せ論理回路、FF11〜F
F42…フリップフロップ回路、G1〜G6…ゲート回
路、DEC…デコーダ回路。
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 祐子 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 山田 健雄 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 宮澤 健悟 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フリップフロップ回路を構成するセル
    と、それに隣接して配置され、それと同じか整数倍の大
    きさのセルで構成され、入力保護用の素子及び出力回路
    を構成する素子が形成されてなるセルとがアレイ状態に
    配置されてなるアレイ部を含み、入力回路及び出力回路
    に上記フリップフロップ回路を組み合わせてラッチ機能
    を持たせるとともに、それらのフリップフロップ回路を
    含む任意のフリップフロップ回路を選択して書き込み/
    読み出しを可能にした故障診断機能とを持たせてなるこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 上記フリップフロップ回路は、データ入
    力用の回路と、診断試験用の入力回路とを持ち、情報保
    持部が上記2つの入力部に対して共通化されるものであ
    ることを特徴とする請求項1の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 上記半導体集積回路装置の外部端子は、
    半導体チップの表面に形成された半田バンプにより実装
    基板と接続されるものであることを特徴とする請求項1
    又は請求項2の半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 上記入力保持用の素子と出力回路を構成
    する素子は、静電破壊保護素子、入力ダンピング抵抗、
    プルアップ若しくはプルダウン又は終端抵抗として選択
    的に使用可能な抵抗素子からなり力バッファを構成する
    素子並びに出力バッファを含むものであるあることを特
    徴とする請求項1又は請求項2の半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 上記故障診断機能を実現する回路は、上
    記アレイ状に構成されているセルを用いて形成されるも
    のであることを特徴とする請求項1の半導体集積回路装
    置。
  6. 【請求項6】 上記故障診断機能を実現する回路は、半
    導体チップにおける第1の辺にそって設けられ専用の回
    路により形成されたXデコーダと、それと隣接する第2
    の辺にそって設けられ専用の回路により形成されたYデ
    コーダと、上記第1又は第2の辺と対向する辺にそって
    延長され、上記Xデコーダ又はYデコーダの出力線と平
    行になるような分岐配線を持つようにされた動作モード
    とテストデータ及びクロック線と、上記第2又は第1の
    辺と対向する辺にそって設けられ、上記Yデコーダ又は
    Xデコーダの出力線と平行となるような出力データ線が
    入力されるスキャン出力回路とを持ち、これらの診断用
    回路に囲まれた内部にアレイ状に上記各セルが規則的に
    配置されるものであることを特徴とする請求項1の半導
    体集積回路装置。
JP5144253A 1993-05-24 1993-05-24 半導体集積回路装置 Pending JPH06334045A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016110905A1 (ja) * 2015-01-08 2016-07-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置及びその設計方法

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WO2016110905A1 (ja) * 2015-01-08 2016-07-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置及びその設計方法
CN107112281A (zh) * 2015-01-08 2017-08-29 松下知识产权经营株式会社 半导体装置以及其设计方法
JPWO2016110905A1 (ja) * 2015-01-08 2017-10-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置及びその設計方法
US9941270B2 (en) 2015-01-08 2018-04-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor device and design method of same
CN107112281B (zh) * 2015-01-08 2020-11-10 松下半导体解决方案株式会社 半导体装置以及其设计方法

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