JPH08507868A - Icにおける信号経路およびバイアス経路の分離i▲下ddq▼試験 - Google Patents

Icにおける信号経路およびバイアス経路の分離i▲下ddq▼試験

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JPH08507868A JP7516636A JP51663695A JPH08507868A JP H08507868 A JPH08507868 A JP H08507868A JP 7516636 A JP7516636 A JP 7516636A JP 51663695 A JP51663695 A JP 51663695A JP H08507868 A JPH08507868 A JP H08507868A
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Abstract

(57)【要約】 ICを、IDDQ測定法によって試験する。前記IC基板は、ある導電型の領域を具え、この領域は、前記回路の電源用電源ノードと、前記領域をバイアスするバイアス電圧に接続するバイアスノードとを有する。前記電源ノードと前記バイアスノードとを直流的に遮断し、前記回路の機能的な特徴による零入力電流への影響を、バイアスの特徴による零入力電流への影響から分離している間に、前記回路のIDDQ試験を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 ICにおける信号経路およびバイアス経路の分離IDDQ試験 技術分野 本発明は、半導体基板に集積された電子回路の試験方法に関するものである。 前記基板は、ある導電型の領域を具え、この領域は、前記回路に給電する電源ノ ードと前記領域をバイアスするバイアス電圧に接続するバイアスノードとを有す る。本発明方法は、前記回路を流れる零入力電流を決定することも含む。 背景技術 電子回路、特に集積回路の組織的かつ自動的な試験は、益々重要になってきて いる。回路の世代を追う毎に、常により高い素子密度を開発したり、常にシステ ムの機能の個数を増す傾向がある。個々の回路は、徹底的で費用が嵩む試験によ る以外はもはや、処理上の欠陥を検出したり、位置決めしたりできない程度に複 雑になってきている。顧客は、動作中の隠れた欠陥を呈しこれによりシステムを 信頼できないようにする回路製品を受け入れることを望んでいない。したがって 、製造者と顧客の双方にとって最も重要なことは、回路製品の完全な動作を保証 する試験が行われることである。 集積回路の電流電源監視方法(CSM)とも称される零入力電流試験(IDDQ 試験)は、零入力電流を監視することによって回路における処理の欠陥の位置を 求めることを目的とする。IDDQ試験の詳細に関しては、K.-J.LeeおよびM.A.Bre uerによる″Design and Test Rules for CMOS Circuits to Facilitate IDDQ Te sting of Bridging Faults″,IEEE Transactions on Computer-Aided Design,Vo l.II,No.5,May 1992,pp.659-669を参照されたい。IDDQ試験技術は、代表的 にスタティックCMOS ICにおける、実際の処理の欠陥の解析において多大 の可能性を呈した。CMOS論理回路における零入力電流または定常電流は、例 えば1μA程度に極めて小さくする必要がある。したがってどのような制御偏差 も、容易に検出しうる。この試験技術の位置づけは、費用削減や品質および 信頼性の向上の点で重要である。 縮退故障は、回路ノードと電源ラインとの間の意図しない導電性相互接続によ って生じる現象であり、これにより論理動作に影響を及ぼすハードワイアードプ ルアップまたはプルダウンを生じる。電源ラインと信号ラインとの間の低抵抗の 導電橋絡によって形成される橋絡欠陥が、縮退現象を生じる。ゲート酸化物の欠 陥の影響は、しばしば特性上のパラメータとなる。すなわちこれは、論理電圧レ ベルによって規定されず、したがってしばしば通常の電圧方法によっては検出さ れない。ゲート酸化物欠陥も、縮退現象を生ずる恐れがある。 発明の開示 本発明の目的は、測定された零入力電流をより正確に診断するIDDQ試験方法 を提供することである。本発明の他の目的は、零入力電流の原因を識別するIDD Q 試験方法を提供することである。 この目的のために、本発明は、零入力電流の測定が、前記ノードのある一つを 流れる電流の量の決定を含むことを特徴とする、上述したような方法を提供する 。 IDDQ試験において、電子回路を許容するか否かの決定は、極めて小さい測定 された電流の値に基づいて行われる。通常、代表的に10μAまたはそれ以上の 零入力電流は、欠陥がある装置を示すものとして解釈され、一方欠陥がない装置 は、それより少なくとも一桁少ない量の零入力電流を発生する。本発明は、大き い零入力電流は、回路の機能的な動作が不正確であるということを意味するとは 限らず、この電流は、恐らく処理の欠陥とは異なった原因によって生じることも あるという考えに基づいている。p−n接合部において発生する漏れ電流または 基板電流は、他の完全に良好に動作する電子装置において、零入力電流を相当な 大きさに増大させる恐れがある。例えば、非エピタキシャル基板に関する漏れ電 流密度の大きさは、代表的に10-6A/cm2程度である。例えば、J.W.Slotboo m,M.J.J.Theunissen and A.J.R.de KockによるIEEE電子装置レターVol.EDL-4,N o.11,Nov.1983,pp.403-406の「漏れ電流によるシリコン基板の影響(Impact of Silicon Substrates on Leakage Currents)」を参照されたい。漏れ電流 は、ベースウエハの品質、ウエハに行われた処理、または基板およびウエル接点 の不正確な位置決めによるものであることもある。これらの漏れ電流の全ては、 電子回路それ自身に行う機能動作、例えば、ディジタル回路における論理動作、 またはアナログ回路における信号処理に直接的には影響しない。非バッテリ動作 の装置に関して、電流漏れは、平均余命および動作上の使用に関してより小さい 問題に過ぎない。 したがって、電子装置を、従来のIDDQ試験の下で大きい定常電流が発生した ことにのみ基づいて欠陥装置として取り除くことは、常に正しいとは限らない。 したがって、本発明は、バイアスノードを流れる電流の試験から電源ノードを流 れる電流の試験を、例えば前記ノードを試験中互いに直流的に遮断することによ って分離する。直流的な遮断とは、前記ノードを短絡せず、電子回路の機能動作 を表す前記ノードを流れる電流を、別々に測定できるようにすることであると理 解されたい。すなわち、電源ノードを流れる電流経路は、バイアスノードを流れ る電流経路から機能的に分離され、試験中この2つの電流が区別される。電源ノ ードを流れる定常電流は、バイアスノードおよび電源ノードを流れる定常電流が 結合されたものよりも、回路の動作適合性をより適切に示すものである。本発明 によれば、製造処理の歩留りを、p−n接合部の両端間の漏れ電流と回路の機能 的な動作用の電源電流とを区別することによって、効果的に向上させることがで きる。すなわち、本発明による試験は、通常のIDDQ試験によって破棄されたか もしれない装置を、正常に機能する装置として分類する。 回路の機能的な動作を、電源ノードを流れる零入力電流を決定することによっ て試験する。漏れ電流を、バイアスノードを流れる電流を決定することによって 試験する。電源ノードとバイアスノードとの直流的な分離によって、電源電圧と は別に、電源電圧とバイアス電圧との種々の組み合わせの下で、回路のテストを 行えるようになる。 J.BurrおよびA.Petersonは、「超低電力CMOS技術(Ultra Low Power CMOS Tec hnology)」,Proc.3-rd NASA Symposium on VLSI Design,1991,pp.1-11にお いて、例えば数100ミリボルト程度の極めて低い電源電圧における、ディジタ ル回路の実現について記述している。多量の並列信号処理における動作毎のエネ ルギを減少することが求められている。PFETゲートにp+を添加し、NFETゲート にn+を添加する。チャネルの注入を除くとすると、双方の装置は、ゼロボルト に近いしきい値を有する。このしきい値を、基板バイアス電圧を調節することに よって調節することができる。この装置は、少なくとも1個のバイアスノードを 、電源ノードから直流的に分離することを必要とする。しかしながら、この先行 技術による回路において、ノードの分離を、超低電圧電源ディジタル回路の機能 的な動作に用いる。本発明において、ノードの分離を、ある方法の試験を行うこ とができる1個の回路において行う。ここで、ノードを、通常の動作において例 えば5ボルトまたは3.3ボルトまたは2.7ボルトの固定電源電圧に代表的に 接続する。すなわち、本発明による回路は、1ボルトより十分に高い電源電圧の 下で動作する。動作的な使用におけるしきい値の調節は、ここでは必要ない。 回路における零入力電流の測定は、極めて感度のよい測定装置を必要とする。 この目的のために、いわゆる組み込み電流(Built-In-Current:BIC)センサ が開発されており、このセンサを回路内に集積することができる。BICセンサ 用の回路配置の一例を、米国特許明細書第5057774号において見ることが できる。BICセンサを、電源ノードを流れる零入力電流を測定するのに使用す ることができ、バイアスノードを流れる零入力電流を測定するのに使用すること ができる。 図面の簡単な説明 本発明を、例として、添付した図の参照と共に以下に説明する。ここで、 図1は、先行技術における試験中の電子装置の一例を示し、 図2、3および4は、本発明による試験用の電子装置の例を説明し、 図5、6、7、8、9および10は、本発明によって実現される試験方法の代 表的な例を示し、 図11は、零入力電流を測定する組み込み電流センサの例を示し、 図12は、本発明による電子装置を含む集積回路用電源ラインの構成を示す。 これらの図を通して、同一の参照符は、同様のまたは対応する特徴を示す。 発明を実施するための最良の形態 図1は、nウエル処理で形成された先行技術の装置のnウエル102を有する p-半導体基板100の一部の断面図を示す。前記p-基板100に、本実施例に おいては代表的にp+がドープされている基板接点104を設ける。前記nウエ ル102に、本実施例においては代表的にn+がドープされているウエル接点1 06を設ける。さらに、NFET112用のソース108およびドレイン110 を基板100に形成し、PFET118用のソース114およびドレイン116 をnウエル102に形成する。NFET112およびPFET118を、入力端 子124および出力端子126によって、CMOSインバータ形式の論理ゲート として相互接続する。NFETおよびPFETの形成と論理ゲートの形成とは、 技術的に既知であり、ここではさらに説明しない。代表的に、PFET118の ソース114は、端子120における電源電圧VDDに接続すべき電源ノードと して作用し、ここでVDDは電源電圧VDDおよびVSSの高い方であり、一方 NFET112のソース108は、端子122におけるVSSに接続すべき電源 ノードとして作用し、ここでVSSは電源電圧VDDおよびVSSの低い方であ る。 基板100とソース108およびドレイン110との間のp−n接合が導通す るのを阻止するために、基板接点104が基板100をVSSに接続し、これに より基板100をバイアスする。nウエル102と基板100との間およびnウ エル102とソース114およびドレイン116との間の導通を回避するために 、ウエル接点106によりウエル102をVDDに接続し、これによりnウエル 102をバイアスする。 通常、回路を流れる零入力電流を、VDD端子120とVSS端子122との 間の経路における電流を測定することによって決定する。すなわち、例えばトラ ンジスタ112および118間の相互接続における橋絡欠陥によって生じる電流 と、例えばnウエル102と基板100とのp−n接合部を流れる電流である基 板100を流れる漏れ電流とを組み合わせて測定する。 図2は、nウエル処理によって形成された本発明による装置のnウエル102 を有するp-半導体基板100の一部を示す断面図である。本発明によるIDDQ 試験の間、nウエル接点106および電源接点114を、別個のVDD電源端子 200および202に各々接続し、基板接点104およびソース108を、別個 のVSS電源端子204および206に各々接続する。結果として、トランジス タおよびトランジスタ間の相互接続部における欠陥によって生じる定常電流への 第1の影響を、当該技術に固有の寄生効果によって生じる定常電流への第2の影 響と別々に測定することができる。第1の影響を、端子202と206との間の 経路を流れる電流を測定することによって決定し、第2の影響を、端子200と 204との間の経路における電流を測定することによって決定する。 電源ノード114および108とバイアスノード106および104との直流 分離を、種々の方法において行うことができる。第1の方法は、基板上に分離さ れた接着パッドを設けることである。図3は、nウエル接点106に接続される バイアス接着パッド300と、電源ノード114に接続される電源接着パッド3 02と、基板接点104に接続されるバイアス接着パッド304と、電源ノード 108に接続されるVSS電源接着パッド306とを上面に設けた基板100の 図式的な配置を示す。基板100を、ウエハまたはチップとしてもよい。試験に よって回路が良好であることを確かめた後、基板100にリードフレームを設け 、これをカプセル封じする。接着パッド300および302を、このリードフレ ームの別個の接続ピンに接続するか、2重接着を使用した同一の接続ピンに接続 してもよい。同様に、接着パッド304および306を、リードフレームの別個 の接続ピンか、2重接着を使用した同一の接続ピンに接続してもよい。2重接着 を使用した場合、本発明による試験をもはや行うことはできない。 図4は、電源ノード(例えばノード114)および接着パッド(例えば400 )間の接続部と、バイアスノード(例えば106)および同一の接着パッド(例 えば400)間の接続部との内の少なくとも一方にスイッチ402を機能的に含 む第2の方法を示す。スイッチ402は、例えば、チップ上に設けられた回路( 図示せず)によってプログラム制御することができるか、または外部から制御す る。この図においては、スイッチ402を、電源ノード(例えば114)と接着 パッドとの間に設けており、一方バイアスノードは、接着パッドに接続されてい る。このようにすれば、回路を、漏れ電流を決定するために機能的に動作させな いようにすることができる。 基板100が、CPU、メモリ、バスインタフェース、レジスタおよびその他 のような複数の補助回路(図示せず)を有する回路、例えばマイクロプロセッサ を含むものと仮定する。スイッチ402のようなスイッチを、各々の補助回路と 電源端子およびバイアス端子との間に個々に設け、個々の補助回路における零入 力電流を監視するために、補助回路の特定の一つを選択的に動作しうるようにす ることもできる。このようにすると、起こりうる欠陥の場所を見つけることがで きる。 図5、6、7、8、9および10は、図2の基板100の線図であり、対応す る零入力電流を決定するために接続端子200、202、204および206を 種々の構成で組み合わせることにより測定する種々の例を示す。基板100にお けるp−n接合部を、ダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6およびD 7によって示す。D1は、ソース114のp+領域とn-ウエル102との間のダ イオードを示す。D2は、nウエル102とドレイン116のp+領域との間の ダイオードを示す。D3は、ドレイン110のn+領域とp-基板100との間の ダイオードを示す。D4は、p-基板100とソース108のn+領域との間のダ イオードを示す。D5は、n-ウエル102とp-基板100との間のダイオード を示す。NFET112が導通している場合、その導通チャネルとp-基板10 0との間にダイオードが存在し、このダイオードをD6によって示す。PFET 118が導通している場合、その導通チャネルとn-ウエル102との間にダイ オードが存在し、このダイオードをD7によって示す。 図5は、端子206に流れ込む零入力電流を決定する第1の方法を示す。端子 200および202を、例えば5ボルトまたは3ボルトに保ち、端子204およ び206を接地し、入力端子124を高レベルに設定する。ここでNFETが導 通するため、D3およびD4は消滅し、ダイオードD6が存在する。電流測定装 置500を、端子206の付近の電流分岐に配置する。端子206に流れ込む合 計の電流に影響する副電流を、破線で示す。この第1の方法は、例えばトランジ スタ112と118との間の相互接続部についての情報を与える。端子200お よび202が直流的に遮断されているため、端子200および202における電 圧を、互いに異なって選択することができることに注意されたい。 図6は、図5と同様のセットアップを示すが、ここでは入力端子124を低レ ベルに設定している。PFET118が導通するため、D1およびD2は消滅し 、D7が存在する。NFET112が導通しないため、D3およびD4は存在し 、D6は消滅する。 図7は、端子204に流れ込む零入力電流を決定する第2の方法を示す。端子 200および202を、例えば5ボルトまたは3ボルトに保ち、端子204およ び206を接地し、入力端子124を高レベルに設定する。ここでNFET11 2が導通するため、ダイオードD6が存在し、PFET118が導通しないため 、ダイオードD1およびD2が存在する。電流測定装置600を、端子204の 付近の電流分岐に配置する。端子204に流れ込む合計の電流に影響する副電流 を、破線で示す。この第2の方法は、例えばnウエル102と基板接点104と のp−n接合部についての情報を与える。 図8は、図7と同様のセットアップを示すが、ここでは入力端子124を低レ ベルに設定している。このようにするとPFET118が導通するので、ダイオ ードD7が存在し、NFET112が導通しないので、ダイオードD3およびD 4が存在する。 図9は、端子206に流れ込む零入力電流を決定する第3の方法を示す。端子 200を、例えば5ボルトに保ち、端子202、204および206を接地し、 入力端子124を高レベルに設定する。ここでNFET112が導通するので、 ダイオードD6が存在し、PFET118が導通しないので、ダイオードD1お よびD2が存在する。電流測定装置700、702および704を、端子204 、206および202付近の電流分岐に各々配置する。前記端子に流れ込む合計 の電流に影響する副電流を、破線で示す。これらの測定値の組み合わせは、個々 のp−n接合部および相互接続部の各々についての情報を与える。 図10は、図9と同様のセットアップを示すが、ここでは入力端子124を低 レベルに設定している。このようにするとPFET118が導通するので、ダイ オードD7が存在し、NFET112が導通しないので、ダイオードD3および D4が存在する。 図11は、各々の電源VSSlogic、VSSsubstrate、VDDlogicおよびV DDwell用の電源パッド802、804、806および808を有する全体のチ ップ配置800を図式的に示す。BICセンサ810を、パッド802とパッド 812との間に接続し、他のBICセンサ814を、パッド804とパッド81 6との間に接続する。BICセンサは、そこを流れる電流を測定し、その測定値 を、ここでさらには記述しないある論理によって取り出す。BICセンサの詳細 に関しては、米国特許明細書第5057774号を参照されたい。通常モードに おいて、回路は、パッド802、804、806および808で種々の形式の電 源を直接受ける。すなわち、BICセンサは、どの電源ラインにも存在せず、動 作しない。このようにするとBICセンサは、回路の動作状態に悪影響を与えな い。試験モードにおいて、零入力電流を測定する場合、VSSlogicの電源をパ ッド812を経て印加することによってBICセンサ810を動作させ、VSSsubstrate の電源をパッド816を経て印加することによってBICセンサ81 4を動作させる。ここで、測定装置として2つのセンサを使用して、零入力電流 の測定が可能になる。 IDDQ試験を、ダイやパッケージされた回路に対して行うことができる。ダ イの試験の結果に基づいて、ダイを破棄するかパッケージするかを決定する。電 源パッドと外部ピンとの結合に関して、以下のものを含む種々の方法が可能であ る。すなわち、 − パッド802、804、806、808、812および816を外部ピンに 各々接着し、BICセンサを使用して、ノードと基板を別々に流れる零入力電流 を測定する完全な機能が、パッケージング後に得られるようにし、 − パッド802、804、806および808を各々外部ピンに接着し、パッ ド812および816を無視し、パッケージング後、零入力電流を測定するため の全機能が得られるも、BICセンサを用いることがもはや出来ないようにし、 − パッド802および804を一緒に1つの外部ピンに接着し、パッド806 および808を一緒に他の外部ピンに接続し、パッド812および816を無視 し、従来のIDDQ試験の可能性のみがパッケージング後に得られるも 、ノードおよび基板を流れる電流を別々に測定出来ないようにする。 どの方法を用いるかは、パッケージ上の追加のピンの個数と、動作寿命中のID DQ試験の必要性との間の関係による。 図11において電源パッドに接続されたBICセンサの使用の例は、2個の特 定のパッドに対して2個のセンサを含む。センサおよびパッドの他の組み合わせ と、他の数のセンサとの組み合わせも可能である。 図12は、本発明を使用する多数の電子回路を含む集積回路のレベル位置に関 する電源ラインの構成を示す。電子回路を保持する論理チャネル202を設ける 。このような電子回路の例の断面図を、図2に示す。集積回路全体が所望の機能 を実行するように、電子回路を相互接続するワイアを保持する経路チャネル20 4を設ける。本発明による電子回路は、4個の異なった電力接続ラインを必要と する。これらを、論理チャネル202内に延在する4つの並列電源ラインによっ て設ける。異なった論理チャネルの第1の電源ラインを互いに接続してメッシュ 206を形成し、このメッシュを外部接続用接着パッド208に接続する。同様 のメッシュ210、212および214を、他の電源ラインに対して形成する。 当業者には明らかなように、本発明による回路の試験は、その回路が、pウエ ル技術、nウエル技術またはツインウエル技術によって形成された回路かどうか に係わらず、またその回路が、一方の形式の電界効果トランジスタ(例えば、N MOSまたはPMOS)のみ、2つの相補型トランジスタ(例えば、CMOS) 、またはバイポーラトランジスタおよび相補型電界効果トランジスタ(例えば、 BI−CMOS)で形成されているかに係わらずに行うことが出来る。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 半導体基板に集積された電子回路の試験方法であって、前記基板が、第1 の導電型の領域を具え、この領域が、前記回路の電源用電源ノードと前記領域を バイアスするバイアス電圧に接続するバイアスノードとを有し、前記方法が、前 記回路を流れる零入力電流を決定することを含む試験方法において、前記零入力 電流の決定が、前記ノードのある1個を流れる電流の大きさを決定することを含 むことを特徴とする電子回路試験方法。 2. 請求項1に記載の電子回路試験方法において、前記基板が、前記第1の導 電型と反対の第2の導電型の他の領域を具え、前記他の領域が、第2電源ノード と、前記他の領域をバイアスする第2バイアス電圧に接続する第2バイアスノー ドとを具え、前記電流の大きさの決定が、 前記第1電源ノードから前記第2電源ノードに流れ込む電流の大きさの決 定と、 前記第1バイアスノードから前記第2バイアスノードに流れ込む電流の大 きさの決定と、 結合された前記第1電源ノードおよび第1バイアスノードを経て、前記第 2電源ノードに流れ込む電流の大きさの決定と、 結合された前記第1電源ノードおよび第1バイアスノードを経て、前記第 2バイアスノードに流れ込む電流の大きさの決定との内の少なくとも1つを含ん でいることを特徴とする電子回路試験方法。 3. 請求項1に記載の電子回路試験方法において、前記電源ノードと前記バイ アスノードとを、試験中に互いに直流的に分離することを特徴とする電子回路試 験方法。 4. 請求項1に記載の電子回路試験方法において、前記ノードの少なくとも1 個を流れる電流を、前記基板に集積された組み込み電流センサによって決定 することを特徴とする電子回路試験方法。 5. 1ボルトより十分に高い電源電圧によって動作する電子回路であって、前 記回路が、ある導電型の少なくとも1つの領域を具えた半導体基板を有し、前記 領域が、前記回路の電源用電源ノードと、前記領域をバイアスするバイアス電圧 に接続するバイアスノードとを有する電子回路において、前記バイアスノードと 前記電源ノードとを、互いに直流的に分離したか分離可能であることを特徴とす る電子回路。 6. 請求項5に記載の電子回路において、前記バイアスノードをバイアス接着 パッドに接続し、前記電源ノードを電源接着パッドに接続したことを特徴とする 電子回路。 7. 請求項5に記載の電子回路において、前記電源ノードを電源接着パッドか ら分離したり接続したりしうるようにし、前記バイアスノードを前記電源接着パ ッドに接続したことを特徴とする電子回路。 8. 請求項5に記載の電子回路において、前記電子回路が、接続ピンを有する リードフレームに搭載され、かつカプセル封じされ、前記リードフレームが、前 記バイアスノードに直流的に接続された第1接続ピンを有し、前記電源ノードに 直流的に接続された第2接続ピンを有することを特徴とする電子回路。 9. 請求項5に記載の電子回路において、少なくとも前記電源ノードまたはバ イアスノードを、組み込み電流センサに接続したことを特徴とする電子回路。 10. 請求項5に記載の電子回路が位置する多数の並列チャネルを具える集積 回路において、各々のチャネルが4つの電源ラインを含み、これらすべての電源 ラインが前記チャネルに対して長手方向に延在し、前記チャネル中の電 子回路に給電するようになっており、この4つのラインのうち、第1ラインは第 1電源ノードに給電し、第2ラインは第1バイアスノードに給電し、第3ライン は第2電源ノードに給電し、第4ラインは第2バイアスノードに給電するように し、すべてのチャネルの第1電源ラインを、チャネル領域の外部に位置する第1 接続ラインによって相互接続して、第1接続パッドに接続された第1メッシュを 形成し、同様のメッシュおよび接続パッドを、前記第2、第3および第4電源ラ インに対して形成したことを特徴とする集積回路。
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