JPS63298074A - 論理集積回路の故障診断装置 - 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】 （産業上の利用分ＩＦ） 本発明は、論理集積回路の故障診断によく用いられる電
子ビームテスタに故障辞書を導入し、論理集積回路内の
故障を高速に特定できるようにした論理集積回路の故障
診断装置に関するものである。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）論理
集積回路（ＬＳＩ）の故障診断法の一つに、ＬＳＩテス
タと故障辞書とを用いた方法がある。

この方法は、ＬＳＩに印加するテストパタンに対応して
、ＬＳＩ内の故障箇所とその故障がある場合に得られる
ＬＳＩ出力とを対比させた故障辞書を作成しておき、故
障を有するＬＳＩに上記テストパタンをＬＳＩテスタを
用いて印加し、ＬＳＩからの出力結果と故障辞書とを照
合し、故障箇所を特定するという方法である。この故障
辞書を作成するには、故障シミュレータといって、故障
を自動発生し、故障を含む論理回路に対して故障数分の
論理シミュレーションを実行するプログラムが用いられ
ている。

ここで、故障辞書の例を述べる。第７図において、１は
試験対象のＬＳＩチップ、２はポンディングパッド、３
は内部回路であり、４，５゜６のブロックがＬＳＩテス
タによって故障有りと判断された被疑範囲であると仮定
する。また、第８図はＬＳＩ中の被疑範囲の概念図を示
したものであり、７は第７図の被疑範囲４〜６に相当す
る１つの被疑範囲、Ａ、Ｂ、Ｃは入力端子、Ｊ、には出
力端子、ｄｙ８ｐｆｐｇは論理回路のノード、ｘ、ｙ、
ｚは被疑範囲７の最上層配線をそれぞれ示す。

ＬＳＩに対して実行した故障シミュレーシヨンの結果得
られる故障辞書の一部を第９図に示す。この表は、テス
トベクトルアドレス（ＬＳＩの入力端子に与える信号の
値を成分としたテストベクトルが格納されたメモリのア
ドレス）と入力端子の状態と検出可能な故障またはグツ
ドベクトルと出力端子の状態との関係を示している。

しかして、テストベクトルアドレスが１のとき、テスト
ベクトル（入力ベクトル）は１０１で、このとき出力端
子にＪ＝Ｏ，に＝１の値が出ていれば、故障としてはｄ
　−５Ａ−１か、ｅ　−５Ａ−１か、ｇ−ＳＡ−０が考
えられることを示している。なお、ロー３人−〇とは端
子口が故障により論理″０”に固定（ｓｔａｃｋ　ａｔ
）されていることを示し、ロー録−１とは端子口が故障
により論理゛１ｎに固定されていることを示している。

また、表においてＧＶはグツドベクトルを示し、出力端
子の欄において“−“はグツドベクトル（期待値）と一
致していることを示している。一方、テストベクトルア
ドレスが２では、出力がグツドベクトルと一致してしま
うため、故障を検出することはできない。

ＬＳＩの故障シミュレーシヨンはＬＳＩの各ノードに１
つ１つ故障を仮定していくため、一般にゲート数の２乗
〜３乗に比例したＣＰＵ時間を要し、１０にゲートを越
えるＶＬＳ　Ｉでは実用的でない禁止的な６２０時間と
なっている。

また、集積度の増加により、ゲート／ピン比は１００を
越え、１本のピンで平均１００ゲートの論理動作を取り
扱う計算となり、ＬＳＩの少ない出力ピンからの情報だ
けでは特定できない故障箇所が多数存在し、故障辞書が
事実上、形骸化してきている。

一方、ＬＳＩの配線電位を放出２次電子量から読み取る
電子ビームテスタは、ＬＳｒの内部配線電位を直接観測
できるので、ＬＳＩテスタの弱点を補うツールとして脚
光を浴びてきている。しかし、電子ビームテスタでは１
回でテストできるチップ上の面積が限られており（約５
００μｍ角）、また、テスト時間がＬＳＩテスタに比べ
て極めて長いという欠点があり、大面積のＬＳＩチップ
全体に渡って故障解析を行うには極めて効率が悪く、テ
スト診断工数の増大緩和に向けた工夫が望まれていた。

このように、従来の構成でＬＳＩ内に存在する故障を特
定する場合、高い故障検出率ならびに高い分解能を有す
る故障辞書の作成が困難であり、かつ、電子ビームテス
タを用いた効率的な診断手法もなく、ＬＳＩの故障診断
に多大な工数を必要としていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の点に鑑み提案されたものであり、従来の
問題点を解決するため、電子ビームテスタで可１１！測
な配線を等価的に出力端子とみなすことで、電子ビーム
テスタに適した故障辞書を新たにつくり、電子ビームテ
スタの測定結果とその故障辞書とを比較照合することで
簡単に故障箇所を特定できる論理集積回路の故障診断装
置を提案するものである。

更に、本発明では、故障辞書の解析を行い、電子ビーム
テスタで観測するテストベクトルアドレス、１１！測ゾ
ーンの位置について故障を検出する確率の高い順番にす
ることで、少ない測定回数で早目に故障を発見できるよ
うな手法を提案している。

（作用） 本発明は、電子ビームテスタに適した故障辞書の作成が
キーポイントになる。この故障辞書はＬＳＩの可観測な
配線が全て出力端子となることから、故障検出率２分解
能が共に高い故障辞書が得られ、故障箇所の特定が容易
となる。

更に、故障検出を行う確率が高いテストベクトルアドレ
ス、観測ゾーンから順に電子ビームテスタでテストして
いくことから、早目に故障を発見できろ確率が高くなる
。従って、電子ビームテスタによる観測像の収集回数を
大幅に削減でき、結局テスト時間の大幅短縮が図れる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲
で種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまでも
ない。

第１図は本発明の論理集積回路の故障診断装置のハード
ウェアの全体構成図を示したものである。図において、
１１は被試験対象であるＬＳＩの最上層配線の電位コン
トラスト像（ＳＥＭ像）を収集する電子ビームテスタ、
１２はＬＳＩにテストバタンを印加すると共に電子ビー
ムテスタ】１にテストベクトルを与えるＬＳＩテスタ、
１４はＬＳＩの論理接続情報とマスクバタン情報と最上
層配線を等価出力端子とした論理接続情報とを有する設
計データベース、１８はＬＳＩに印加するテストバタン
（テストベクトル）と電子ビームテスタ月故障辞書と電
子ビームテスタの出力結果とを有するテストデータベー
ス、１０は設計データベース１４およびテストデータベ
ース１８を用いた各種データ処理、電子ビームテスタ１
１とのデータの授受、ＬＳＩテスタ１２へのテストバタ
ン転送等を行うホストコンピュータ、１３はホストコン
ピュータ１０の操作を行う制御端末である。

第２図は本発明の一実施例であって、１１は電子ビーム
テスタ、２２は故障シミュレータ、１４は設計データベ
ース、１５は論理接続情報、１６はマスクバタン情報、
１７はマスクバタン情報の中で電子ビームテスタ１１で
可観測な最上層配線を等価出力端子とした論理接続情報
、１８はテストデータベース、１９はテストベクトル、
２ｏは電子ビームテスタ用故障辞書、２１は電子ビーム
テスタ１１を用いて得られる観測像を示す。

従来技術の説明で使用した第８図をもとに最上Ｍ配線ｘ
、ｙ、ｚを等価出力端子とみなしたときの、電子ビーム
テスタ用故障辞書２０の一部を第３図に示す。この表は
第９図と同様にテストベクトルアドレスと入力端子の状
態と検出可能な故障また１まグツドベクトルと出力端子
の状態との関係を示している。両方を比較すれば明らか
なように、第９図の従来の故障辞書に比べ、第３図の電
子ビームテスタ用故障辞書２０は、検出故障数が３つか
ら５つに増え、故障検出率が増加していることを示して
いる。また、第９図では唯１つに絞れなかったｄ−ＳＡ
−１、ｅ　−５Ａ−１。

ｇ−５Ａ−０の３つの故障も、ｘ、ｙ、ｚの端子の増加
により区別することが可能となり、分解能が向上してい
ることを示している。

第２図の構成で故障解析を実施する手順を以下に述べる
。まず、従来の手法のＬＳＩテスタによる故障診断で明
らかにされた被疑範囲の中で、最上層配線に着目し、そ
のノードを等値出力端子とみなす。これば、設計データ
ベース１４の論理接続情報１５ならびにマスクバタン情
報１６を用いて実行できる。次に、テストデータベース
１８のテストベクトル１９と、設計データベース１４の
等値出力端子を持つ論理接続情報１７とから、故障シミ
ュレータ２２を用いて電子ビームテスタ用故障辞書２０
を作成する。被疑範囲のみに故障を仮定するため、一般
のＬＳＩ全体の故障を仮定する場合に比べて、故障シミ
ュレーションのＣＰＬＪ時間が格段に短縮できろ。

電子ビームテスタ１１では、あるテストベクトルアドレ
スでテストベクトルを止めておき、そのときの５００μ
ｍ角程度の観測ゾーンのａｎ像（電位コントラスト像）
２】を収集する。この観測像２１とマスクバタン情報１
６から作成した設計論理マツプ（最上層配線の論理状態
を示したマツプ）と照合をとることで、最上層配線のノ
ード名とその論理状態がわかる。次に、電子ビームテス
タ用故障辞書２０とその観測像２１とを照合することで
、故障と考えられる候補を抽出することができる。観測
したノード数が少なくて故障候補がたくさん出てきた場
合には、別のノードを再度観測して唯１つに特定できる
まで、操作を繰り返す。

このように、電子ビームテスタ１１故障辞書を用いるこ
とから、 ■故障箇所特定の高速化 ■出力が最上層配線に出ていない故障をも特定可能 という特徴を本発明（よ有する。

第４図に本発明の他の実施例を示す。第４図において構
成は第２図と概略同じであり、新たに付加されたものは
故障辞書アナライザ２３である。故障辞書アナライザ２
３は、電子ビームテスタ用故障辞書２０を解析し、電子
ビームテスタ１１でｉ測像を収集するときに、Ｊ！）適
なテストベクトルアドレスの順番もしくはＵ測位置の順
番を指示する機能を有するものである。これらの手法を
説明する前に、電子ビームテスタのテスト時間Ｔを決め
る要素について説明する。

テスト時間Ｔは概略、以下の式で表わせる。

Ｔｃｃ　（ＴＡ＋ＴＩ！ｌ）　　”　ｃ　’　Ｎ。

ここで、 ＴＡ：ＬＳＩの電位コントラスト像を収集するのに要す
る時間 ＴＢ：電位コントラスト像と設計値とから収集した像の
ノード名とその論理値とを 求めるのに要する時間 Ｎｏ：故障箇所を求めるまでに、像を収集するときに着
目するテストベクトルアド レスを変える回数 Ｎ　：故障箇所を求めるまでに、像を収集するときに移
動させる観測ゾーンの移動 回数 である。

ＴＡ＋　７８は、データ収集、ノード名とその論理値の
抽出等をＣＡＤとリンクすることにより自動化した電子
ビームテスタでも１分以上かかり、まして自動化されて
いなければ５分以上は確実にかかり、誤りの入る場合も
多々ある。従って、ＮｏとＮｏの値を小さくすることが
、テスト時間Ｔを小さくすることに貢献することがわか
る。

まず、Ｎｃを小さくするため、テストベクトルに着目し
た本発明の詳細な説明する。電子ビームテスタ用故障辞
書２０（第４図参照）を分析すると、テストベクトルア
ドレスと検出可能な故障数との関係が求められる。これ
を第５図（ａ）に示す。このなかで、検出可能な故障数
のうち最大の故障数を与えるテストベクトルアドレスを
選択する。この例ではＴ４が選択されろ。次に、そのテ
ストベクトルアドレスで検出された故障を除いて、テス
トベクトルアドレスと検出可能な故障数との関係を求め
る。これが第５図（ｂ）であり、この中から再び検出可
能な故障数の最大値を与えるテストベクトルアドレスを
選択する。この例ではＴ６が選択される。この操作を、
残りの検出可能な故障数がＯになるまで実行する。その
結果、選んだ順にテストベクトルアドレスを決めれば、
この順番が故障を検出する確率の高い順に相当する。ま
た、この手法によれば、各テストベクトルアドレスに重
複している故障が除去できるため、着目する必要のない
テストベクトルアドレスも上記の処理で明らかとなる。

例えば、上記の場合、テストの順番は、第５図（ｃ）の
如（Ｔ４→Ｔ　、−４７、→Ｔ　２となり、Ｔ１はもち
ろんの乙とＴ５．　Ｔ、のテストベクトルアドレスも着
目する必要のないことがわかる。

このようにテストベクトルアドレスのテスト順序を決め
ろ機能を持つ故障辞書アナライザ２３（第４図参照）を
備えれば、電子ビームテスタ１１を用いた故障診断が効
率的となる。

次に、故障検出を行う確率が高い順に、観測ゾーンを決
める手法について説明を行う。電子ビームテスタでは、
ＩＩ測ゾーンが限られており、被疑範囲は一般にこの観
測ゾーンよりかなり大きり、１１１測ゾーンを移動して
故障箇所の探索を行う必要が生じる。ここでは、電子ビ
ームテスタ用故障辞書２０（第４図参照）において、出
力端子の値がグツドベクトルと異なる場合の数を指標に
用いる。例えば、第３図のテストベクトルアドレスが１
の場合においては、出力端子Ｚはグツドベクトルと２回
異なり、出力端子Ｘ、　Ｙはそれぞれ１回である。ここ
で、グツドベクトルと異なる場合数の大きい出力端子は
ど故障検出を行う確率が大きいとみなす。従って、ある
観測ゾーンに含まれる各最上層配線のグツドベクトルと
異なる場合数を合計すれば、その観測ゾーンの故障検出
を行う確率が得られる。

ここでは被疑範囲を観測ゾーンの大きさで複数のセグメ
ントに分割し、各セグメントの故障検出を行う確率（「
故障検出確率値」と呼ぶこととする。）を求める。そし
て、各セグメントの中で最大の故障検出確率値を与える
観測ゾーンを第１に選択する。第６図はその手法を説明
する図であり、第６図（ａ）のｍ３〜ｍ７が故障検出確
率値に相当する。このなかで、第６図（ｂ）に示す観測
ゾーンＺｏｎｅ　１はｍ３＋　ｍ、　＋　ｍ、の故障検
出確率値を持ち、セグメントの中で最大値を有している
。まず、観測ゾーンＺｏｎｅ　１のＵ測を行い、等値出
力端子Ｐ３．　Ｐ４．　Ｐ５がそれぞれ０，１．１の論
理値を持っていることがわかる。次に、電子ビームテス
タ用故障辞書２０（第４図参照）とその測定値とを照合
すると、故障候補が抽出される。第６図（ａ）の例では
、ａ−５Ａ−１、ｆ　−５Ａ−０。

ｉ”Ｓ人−０が故障候補となる。もし、故障候補がなけ
れば、そのテストベクトルアドレスでは故障が検出でき
ないことになり、次のテストベクトルアドレスに移る。

上記３つの故障候補のうちから、真の故障を選択するに
は等値出力端子Ｐ６．　Ｐ７の最上層配線を１１１ｍす
れば良いことが、電子ビームテスタ用故障辞書２０を分
析すればわかる。従って、まず等値出力端子Ｐ６を含む
１１測ゾーンＺｏｎｅ　２を１１！測し、次に等値出力
端子Ｐ７を含むＩ！測ゾーンＺｏｎｅ３をｍ測する。こ
れらの観測から、ｐＱ＝　Ｏ、Ｐ７＝　Ｏの論理値が得
られ、真の故障はｉ−Ｓ人−〇であることがわかる。

以上、電子ビームテスタ用故障辞書を解析してテストベ
クトルアドレスもしくは１１！測ゾーンの一方を決めて
いく手法を述べたが、テストベクトルアドレスとＩｉ！
測ゾーンとの両方を、今まで述べた手法を用いてうまく
決定していけば、更に電子ビームテスタを用いた故障診
断が効率的になることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、電子ビ−ムテスタ
を用いたテスト工数は従来に比べ約１桁削減できると見
積もれ、ＬＳＩの開発期間の短縮、コストの低減に大い
に貢献することが期待できる。また、テストベクトルア
ドレス。

！！！測ゾーンの設定に関し指針が得られ、電子ビーム
テスタのｗ１測回数を大幅に創減することができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の論理集積回路の故障診断装置のハード
ウェアの全体構成図、第２図は一実施例を示す構成図、
第３図は電子ビームテスタ用故障辞書の例、第４図は他
の実施例を示す構成図、第５図は電子ビームテスタ用故
障辞書を解析してテストベクトルアドレスを決めていく
手法の説明図であり、（ａ）はテストベクトルアドレス
と検出可能な故障数との関係を示す図、（ｂ）は最大の
故障数のテストベクトルアドレスにかかる故障を除いた
場合のテストベクトルアドレスと検出可能な故障数との
関係を示す図、（Ｃ）はテストの順番を示す図、第６図
は電子ビームテスタ用故障辞書を解析してＩＩ測ゾーン
を決めていく手法の説明図であり、（ａ）は電子ビーム
テスタ用故障辞書の例、（ｂ）は観測ゾーンの移動の様
子を示す図、第７図ないし第９図は従来の故障診断の説
明図であり、第７図は故障を有するＬＳＩの図、第８図
はＬＳＩ中の被疑範囲の模式図、第９図は故障辞書の例
である。 １・・・・・・ＬＳＩチップ、２・・・・・ポンディン
グパッド、３・・・・・・内部回路、４〜７・・・・・
・被疑範囲、１０・・・・・・本ストコンビューク、１
１・・・・・電子ビームテスタ、１２・・・・・・ＬＳ
Ｉテスタ、１３・・・・・制御端末、１４・・・・・設
計データベース、１５・・・・・・論理接続情報、】６
・・・・・・マスクバタン情報、１７・・・・・・論理
接続情報、１８・・・・・テストデータベース、１９・
・・・・・テストベクトル、２０・・・・・・電子ビー
ムテスタ用故障辞書、２１・・・・・・ｉｌｌ測像、２
２・・・・・・故障シミュレータ、２３・・・・・故障
辞書アナライザ、ｄ、。Ｐ　’　２ｇ　”””ラード、
ｘ、ｙ、ｚ・・・・・・最上層配線特許出願人　　日本
電信電話株式会社 ｒへ　　　　　　　　　Ｃ）　　　　　　　　　　−第
３図 第４又 第６図 （ｂ） で詣１都畳を躯　　　　　　　　　　。 どヨ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）論理集積回路内部の配線の論理値を観測すること
   ができる電子ビームテスタを用いた論理集積回路の故障
   診断装置において、論理集積回路上の任意の領域を故障
   の被疑範囲とし、上記電子ビームテスタで可観測な上記
   論理集積回路上のノードを等価的に出力端子とみなして
   故障シミュレーションを実行することにより故障辞書を
   作成する手段と、上記電子ビームテスタの出力結果と上
   記故障辞書とを照合することにより故障診断を行う手段
   とを有することを特徴とした論理集積回路の故障診断装
   置。
2. （２）故障辞書からテストベクトルアドレスと検出可能
   な故障数との対応関係を求める手段と、最大の検出可能
   な故障数を示すテストベクトルアドレスを求める手段と
   、該テストベクトルアドレスで検出可能な故障を故障辞
   書から除去する手段と、検出可能な故障数が該故障辞書
   からなくなるまで上記３手段を順次繰り返し適用し、抽
   出したテストベクトルアドレスの順に電子ビームテスタ
   で観測を実行する手段とを有してなる特許請求の範囲第
   １項記載の論理集積回路の故障診断装置。
3. （３）あるテストベクトルアドレスの故障辞書から等価
   的な出力端子の故障辞書の値が期待値と異なる場合数を
   算出する手段と、電子ビームテスタの寸法の決まった観
   測ゾーン内に含まれる等価的な出力端子の該場合数の総
   和を比較する手段と、該総和の最大を与える観測ゾーン
   の位置から電子ビームテスタで観測を実行する手段とを
   有してなる特許請求の範囲第１項記載の論理集積回路の
   故障診断装置。
4. （４）故障辞書からテストベクトルアドレスと検出可能
   な故障数との対応関係を求める手段と、最大の検出可能
   な故障数を示すテストベクトルアドレスを求める手段と
   、該テストベクトルアドレスで検出可能な故障を故障辞
   書から除去する手段と、検出可能な故障数が該故障辞書
   からなくなるまで上記３手段を順次繰り返し適用し、抽
   出したテストベクトルアドレスの順に電子ビームテスタ
   で観測を実行する手段とを備えると共に、あるテストベ
   クトルアドレスの故障辞書から等価的な出力端子の故障
   辞書の値が期待値と異なる場合数を算出する手段と、電
   子ビームテスタの寸法の決まった観測ゾーン内に含まれ
   る等価的な出力端子の該場合数の総和を比較する手段と
   、該総和の最大を与える観測ゾーンの位置から電子ビー
   ムテスタで観測を実行する手段とを有してなる特許請求
   の範囲第１項記載の論理集積回路の故障診断装置。