DE4233271A1 - Integrierte halbleiterschaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Fehlerermittlungsfunktion, die es ermöglicht, Ausgangssignalpotentiale entsprechender Schaltfunktionsblöcke, die die integrierte Schaltungsanordnung bildet, zu erfassen und im besonderen eine solche integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, die Fehlerzustände der integrierten Schaltungsanordnung selbst zu erfassen vermag, auf der Basis vorbestimmter Kombinationen von Eingangs-/Ausgangsfunktionssignalen, die in Abhängigkeit von Testmustern erzeugt werden, zur Betriebsüberprüfung der integrierten Schaltungsanordnung und welche außerdem in der Lage ist, Fehlerzustände von Schaltfunktionsblöcken zu erfassen, die nicht auf der Basis der Eingangs-/Ausgangsfunktionssignalkombinationen erfaßt werden können.

Einige herkömmliche integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen umfassen eine Funktion zur Bestimmung von Fehlerzuständen von Schaltfunktionsblöcken in der integrierten Schaltungsanordnung auf der Basis von Ausgangssignalen, die von den jeweiligen Blöcken entwickelt worden sind in Abhängigkeit von Eingangssignalen, die entsprechend vorbestimmten Testmustern angelegt wurden. In diesem Fall können Fehlerzustände von nur 60 bis 70% der gesamten Schaltfunktionsblöcke erfaßt werden, wobei jedoch schwierige und komplizierte Anstrengungen zu machen sind, um die Fehler in den verbleibenden Blöcken zu erfassen.

Um dieses Problem zu lösen, sind integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen mit Fehlererfassungsfunktion beispielsweise beschrieben in einem Artikel "High Performance CMOS Array with an Embedded Test Structure" Seiten 4.1.1.-4.1.4. IERE 1990 CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE, in einem Artikel "Embedded test circuitry improves fault detection in digital ASICs", COMPUTER DESIGN, 1. Dezember 1989 und in einem Artikel "Cross Check: A cell Based VLSI Testability Solution", 26th DAC Proceedings, 1989.

Die Fig. 1 zeigt das Grundrezept der herkömmlichen Anordnungen, wie sie in den vorgenannten Artikeln beschrieben sind. In Fig. 1 sind in den peripheren Bereichen einer integrierten Schaltungsanordnung, die allgemein mit der Bezugsziffer 10 identifiziert ist, Eingabe-/Ausgabeanpassungsglieder 1, 1, 1, . . ., 1 für die jeweiligen Abschnitte der integrierten Schaltungen in der Anordnung vorgesehen. Die integrierte Schaltungsanordnung umfaßt eine Mehrzahl von Abfrageleitungen 2, 2, . . ., 2 sowie eine Mehrzahl von Prüfleitungen 3, 3, . . ., 3, die zur Erfassung der Fehlerzustände eingesetzt werden.

Die integrierte Schaltungsanordnung umfaßt außerdem Schaltfunktionsblöcke 41, 42, 43, die die Grundschaltfunktionen ausführen. Als Schaltfunktionsblöcke in der integrierten Schaltungsanordnung können zusätzlich zu den AND- und NAND-Schaltungen, die in Fig. 1 dargestellt sind, auch OR-, NOR-Schaltungen und andere Logikschaltungen vorgesehen sein in Abhängigkeit von den auszuführenden Funktionen. Eine Prüfleitungstreiberstufe 6 ist vorgesehen, um die angestrebten Prüfleitungen 3 anzusteuern. Ein Abfrageleitungsempfänger 7 liest die Signale von den angestrebten Abfrageleitungen 2 ab. Die integrierte Schaltungsanordnung 10 umfaßt außerdem Eingangsklemmen 8 zum Anlegen der Eingangssignale an die Logikschaltung mit einer Mehrzahl von Schaltfunktionsblöcken sowie einer Ausgangsklemme zur Abführung eines Ausgangssignals von der Logikschaltung.

Am Ausgang eines jeden der Schaltungsfunktionsblöcke 41, 42 und 43 der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist ein Abfragetransistor 12 vorgesehen zum Abfragen eines Ausgangssignalpotentials gemäß der Darstellung in Fig. 2. In Fig. 2 repräsentiert ein Schaltfunktionsblock 4 irgendeinen der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltfunktionsblöcke. Ein Ausgangskontaktstift 11 des Schaltfunktionsblocks 4 ist an eine Abfrageleitung 2 über den Source-Drain-Weg des Ausgangssignalpotentialabfragetransistors 12 angeschlossen, dessen Gitter mit einer der Prüfleitungen 3 in Verbindung steht. Der Ausgangskontaktstift 11 ist außerdem an einen anderen Schaltfunktionsblock oder die Ausgangsklemme 9 über eine Leitung 13 angeschlossen.

Um zu bestimmen, ob irgendeiner der jeweiligen Funktionsblöcke der integrierten Schaltungsanordnung sich in einem Fehlerzustand befindet, wird die integrierte Schaltung zum Betrieb aktiviert, und die Prüfleitungen 3 werden von dem Prüfleitungstreiber 6 angesteuert, um in Aufeinanderfolge die Abfragetransistoren 12 zu aktivieren. Die Ausgangssignale von den jeweiligen Schaltfunktionsblöcken 4 werden über den zugeordneten Abfragetransistor 12 und die zugeordneten Abfrageleitungen 2 abgelesen und durch den Abfrageleitungsempfänger 7 erfaßt. Ob sich der jeweilige Schaltfunktionsblock 4 in einem Fehlerzustand befindet oder nicht, wird ermittelt aufgrund des Ausgangssignals, welches durch den Abfrageleitungsempfänger 7 abgelesen wurde.

Um den Fehlerermittlungswirkungsgrad einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung mit Fehlerermittlungsfunktion zu verbessern, werden die Prüfleitungen 3 und die Abfrageleitungen 2 in einem Gitter angeordnet, wie dies in Fig. 1 wiedergegeben ist, so daß die Ausgangssignalpotentiale von allen Schaltfunktionsblöcken oder soviel Schaltfunktionsblöcken wie möglich erfaßt werden können. Darüber hinaus sind Abfragetransistoren zum Erfassen der Ausgangssignalepotentiale für gerade diese Schaltfunktionsblöcke vorgesehen, deren Fehlerzustand ermittelt werden kann, auf den Grund-Eingangs-/Ausgangssignalkombinationen, die entsprechend den vorbestimmten Testmustern erzeugt werden können. Dementsprechend erfordert die integrierte Schaltungseinrichtung eine große Zahl von Abfragetransistoren, eine große Zahl von Prüfleitungen zur Aktivierung der Abfragetransistoren, eine große Zahl von Abfrageleitungen zum Ablesen der Ausgangssignale von den Schaltfunktionsblöcken durch die Abfragetransistoren, eine Prüfleitungstreiberstufe sowie einen Abfrageleitungsempfänger. Diese Bauteile erfordern nachteiligerweise große Flächen aktiver und verdrahteter Bereiche.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine Fehlerermittlungsfunktion erfaßt, wobei die Fläche der aktiven und verdrahteten Bereiche, die für die Fehlererfassung eingesetzt wird, vermindert ist.

Gemäß der Erfindung wird ein Aufbau einer integrierten Halbleiterschaltung mit Fehlerermittlungsfunktion bestimmt, ob irgendwelche Schaltfunktionsblöcke vorhanden sind, deren Fehlerzustände nicht auf der Basis der Entwicklung vorbestimmter Eingangs-/Ausgangsfunktionssignalkombinationen bestimmt werden können. (Nachfolgend werden solche Schaltfunktionsblöcke als Schaltfunktionsblöcke mit nicht erfaßbaren Fehlern bezeichnet.) Wenn ein solcher Schaltfunktionsblock mit nicht erfaßbaren Fehlern eingesetzt werden muß, wird ein Schaltfunktionsblock, der dessen Ausgangssignalpotential abfragen kann, wie der in Fig. 2 dargestellte, nur für diesen Schaltfunktionsblock mit nicht erfaßbarem Fehler eingesetzt.

Gemäß der Erfindung werden nur Schaltfunktionsblöcke mit nicht erfaßbaren Fehlern, deren Fehlerzustand nicht erfaßt werden kann, auf der Basis von Eingangs-/Ausgangsfunktionssignalkombinationen in der Form eines Schaltfunktionsblockes ausgebildet mit einer Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion, wodurch es möglich wird, die Anzahl der Abfragetransistoren zu reduzieren, womit sich die Anzahl der Abfrage- und Prüfleitungen zum Treiben und Überwachen der Abfragetransistoren vermindert. Hierdurch wird darüber hinaus eine Größenreduzierung einer Prüfleitungstreiberstufe sowie eines Abfrageempfängers möglich, so daß die Bereiche der aktiven Fläche und der verdrahteten Fläche verkleinert werden können, die sonst zur Verfügung gestellt werden müßten, um die Fehlererfassung zu realisieren.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches das Grundkonzept einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltanordnung mit Fehlererfassungsfunktion wiedergibt,

Fig. 2 ein Beispiel eines Schaltfunktionsblockes, der in der Lage ist, dessen Ausgangssignalpotential abzufragen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Grundkonzeptes einer integrierten Halbleiterschaltanordnung mit einer Fehlererfassungsfunktion gemäß der Erfindung und

Fig. 4 einen Programmablaufplan zur Untersuchung, ob bei einem bestimmten Schaltfunktionsblock ein Fehler erfaßbar ist oder nicht auf der Basis vorbestimmter Eingangs-/Ausgangssignalkombinationen, die durchgeführt wird, während des Aufbaues einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Die Fig. 3 zeigt eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit Fehlererfassungsfunktion gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, die allgemein mit der Bezugsziffer 20 versehen ist, umfaßt Eingabe-/Ausgabeanpassungsglieder 21, die jeweils als Bestandteile der integrierten Schaltung vorgesehen sind. Die integrierte Halbleiterschaltungsanordnung 20 gemäß der Erfindung umfaßt Schaltfunktionsblöcke 51, 52, 53 usw., die ähnlich aufgebaut sind wie diejenigen, die in der in Fig. 1 wiedergegebenen herkömmlichen integrierten Schaltungsanordnung vorgesehen sind. Aus einem später noch zu beschreibenden Grund ist nur beispielsweise der Schaltfunktionsblock 53 als logischer Funktionsblock ausgebildet mit einer Ausgangssignalpotentialabfragefunktion einschließlich eines Abfragetransistors 12 ähnlich demjenigen, wie er in Fig. 2 wiedergegeben ist. Eine Abfrageleitung 22 sowie eine Prüfleitung 23 sind an den Schaltfunktionsblock 53 angeschlossen. Eingangsklemmen 8 stehen mit der Logikschaltung in Verbindung, die durch die jeweiligen Schaltfunktionsblöcke gebildet ist zum Anlegen der Eingangssignale hieran, während eine Ausgangsklemme 9 an eine Logikschaltung angeschlossen ist, die durch andere Schaltfunktionsblöcke gebildet ist zur Ableitung eines Ausgangssignals hiervon. Die Prüfleitung 23 ist an eine Prüfleitungstreiberstufe 26 angeschlossen und die Abfrageleitung 22 steht mit einem Signalablesungs- Abfrageleitungsempfänger 27 in Verbindung.

Die integrierte Halbleitschaltungsanordnung mit Fehlererfassungsfunktion gemäß der Erfindung wird aufgebaut und hergestellt auf der Basis von Ergebnissen einer Untersuchung, die durchgeführt wird entsprechend einem Programmablaufplan, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, um zu bestimmen, ob Fehlerzustände bestimmter Schaltfunktionsblöcke erfaßbar sind oder nicht basierend auf vorbestimmten Eingabe-/Ausgabesignalkombinationen.

Im Schritt 101 wird ein Funktionstest-Eingabe-/Ausgabetestmuster erzeugt, um eine Fehlersimulation für übliche integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen auszuführen.

Als nächstes werden im Schritt 102 Grundsignale, die entsprechend dem Eingabe-/Ausgabetestmuster erzeugt wurden, eingesetzt, um herauszufinden, ob Schaltfunktionsblöcke mit nicht erfaßbaren Fehlern vorhanden sind, d. h. Schaltfunktionsblöcke, deren Fehlerzustände nicht mit solchen Grundsignalen erfaßt werden können.

Im Schritt 103 wird ein Schaltfunktionsblock mit Fehlererfassungsfunktion einschließlich eines Abfragetransistors 12, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, nur für den Schaltfunktionsblock mit nicht erfaßbarem Fehler, der im Schritt 102 herausgefunden wurde, eingesetzt. Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist der Schaltfunktionsblock 53, der somit ersetzte Schaltfunktionsblock ohne Ausgangssignalpotential, Abtragefunktion.

Durch die vorerwähnte Technik lassen sich integrierte Halbleiterschaltanordnungen mit einer Fehlererfassungsfähigkeit aufbauen, die auf 100% oder auf ein gewünschtes Niveau gesteigert ist. Im Schritt 104 werden die Eingabe-/Ausgabesignalkombinationen, die für normale Schaltfunktionsblöcke zu erwarten sind, eingesetzt, um zu ermitteln, ob irgendein Fehlerzustand in irgendeinem der normalen Schaltfunktionsblöcke vorliegt, und es werden auch Signale von den Schaltfunktionsblöcken mit einer Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion untersucht, ob solche Blöcke sich in einem Fehlerzustand befinden oder nicht. Somit können im wesentlichen alle Schaltfunktionsblöcke der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung auf Fehlerzustände hin untersucht werden. Damit wird eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung zur Verfügung gestellt, die als Teil den Schaltfunktionsblock 53 mit Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion einschließt zur Erfassung seines Fehlerzustandes entsprechend der Darstellung in Fig. 3.

Bei normalen integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen sind 30% bis 40% der Schaltfunktionsblöcke solche, deren Fehlerzustand nicht erfaßt werden kann mit Hilfe vorbestimmter Grundsignale, die entsprechend einem Eingabe-/Ausgabetestmuster erzeugt wurden wie im Schritt 102. Dementsprechend sind bei der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gemäß der Erfindung 20% bis 40% der Schaltfunktionsblöcke der Anordnung als Schaltfunktionsblöcke mit Ausgabesignalpotential-Abfragefunktion entsprechend der Fig. 2 ausgerüstet und der verbleibende Teil, d. h. 60% bis 70% der Blöcke werden untersucht auf der Basis vorbestimmter Eingabe-/ Ausgabesignalkombinationen, die entsprechend einem vorbestimmten Testmuster erzeugt wurden.

Es werden somit gemäß der Erfindung nur die Schaltfunktionsblöcke, deren Fehlerzustände nicht erfaßt werden können, basierend auf zu erwartenden Grundeingangs-/ausgangssignalkombinationen, die entsprechend einem vorbestimmten Testmuster erzeugt wurden, in einem Schaltfunktionsblock ausgebildet, um somit eine Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion zu besitzen. Hierdurch läßt sich die Anzahl der Abfragetransistoren, der Prüfleitungen und Abfrageleitungen auf 30% bis 40% reduzieren relativ zu der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Außerdem lassen sich die Größe der Prüfleitungstreiberstufe und des Abfrageleitungsempfängers verkleinern. Es ist somit möglich, ohne eine Verminderung der Fehlererfassungsfähigkeit, die Bereiche der aktiven Fläche und der verdrahteten Fläche, die erforderlich sind, um eine Fehlererfassungsfunktion zur Verfügung zu stellen, zu vermindern, so daß dementsprechend der wirksame Raum, der zum Zweck der integrierten Schaltfunktion zur Verfügung gestellt werden soll, vergrößert wird.

Zusammenfassend wird ein Schaltfunktionsblock, der eine Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion besitzt, eingesetzt anstelle eines jeden Schaltfunktionsblockes, dessen Fehlerzustände nicht erfaßt werden können auf der Basis vorbestimmter Eingabe-/Ausgabesignalkombinationen, um zu ermitteln, ob die integrierte Halbleiterschaltungsanordung korrekt arbeitet. Prüfleitungen und Abfrageleitungen sind nur an die Schaltfunktionsblöcke angeschlossen, die eine Ausgangssignalpotential-Abfragefunktion besitzen. Die Prüfleitungen werden von einer Prüfleitungstreiberstufe angesteuert und ein Abfrageleitungsempfänger liest die Signale der Abfrageleitungen ab. Somit lassen sich ohne eine Reduzierung des Fehlererfassungs- Wirkungsgrades die Bereiche einer aktiven Fläche und einer verdrahteten Fläche, die für die Bildung einer Fehlererfassungsanordnung erforderlich sind, reduzieren.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Modifikationen und Abänderungen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (1)

1. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Fehlererfassungsfunktion, gekennzeichnet durch:
   eine Mehrzahl von Schaltfunktionsblöcken (51, 52, 53) einschließlich von Schaltfunktionsblöcken, deren Fehlerzustände erfaßbar sind, auf der Basis vorbestimmter Kombinationen von Eingabe- und Ausgabefunktionssignalen, die erzeugt wurden in Abhängigkeit eines Eingabe-/Ausgabefunktionssignaltestmusters für die Untersuchung der Funktionen der integrierten Halbleiterschaltanordnung und einschließlich mindestens eines Schaltfunktionsblockes, der aufgebaut ist als Schaltfunktionsblock mit einer Ausgangssignalpotential- Abfragefunktion zur Erfassung eines seiner Fehlerzustände,
   Prüfleitungen (23) und Abfrageleitungen (22), die nur an die Schaltfunktionsblöcke mit Ausgangssignalpotential-Abfragefunktion angeschlossen sind, eine Prüfleitungstreiberstufe (26) zum Ansteuern der Prüfleitungen (23) und
   einen Abfrageleitungsempfänger (27) zum Ablesen der Signale der Abfrageleitungen (22).