(57)【要約】【課題】      診断の分解能をさらに向上させて良好な診断結果を得ることが可能な診断装置等を提供する。【解決手段】    診断装置１は記号挿入部３を備え、記号挿入部３は能動素子用記号挿入部５と受動素子用記号挿入部７を有する。診断装置１は発生確率付与部９と等価発生確率付与部１１と切替部１３を備える。診断装置１によるパーテストＸ故障診断フローは故障情報の収集ステージと診断の結論を出すステージで構成される。受動素子用記号挿入部７により、ディープサブミクロンＬＳＩ回路のレイアウトがしばしば多層配線を必要とし、広範囲で使用されるビアの情報が利用されるのでビアレベルでの欠陥個所を示すことが可能になり診断の分解能が大幅に向上する。発生確率付与部９により、新しい診断値を使用し、とりうる可能性のある故障の論理的組合せの発生確率を考慮するのでディープサブミクロンＬＳＩ回路の実動作がより良く反映され、診断の分解能の向上に役立つ。【選択図】  図１
2011149956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層配線構造の論理回路内に生じた物理欠陥による論理動作の故障箇所を、ファンアウト分岐上に割り当てられた異なる識別記号を使用して表現することにより、診断する診断装置であって、
前記論理回路の能動素子は異なる層の間で接続されるとともに受動素子にも接続されており、
前記受動素子は前記論理回路の能動素子を異なる層の間で接続する接続素子を含み、
前記能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記能動素子内若しくは当該能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入する能動素子用記号挿入手段と、
前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための拡張した新たな識別記号を挿入する受動素子用記号挿入手段と、
前記能動素子用記号挿入手段及び前記受動素子用記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記故障箇所を特定する故障箇所特定手段とを備えた、診断装置。
【請求項２】
多層配線構造の論理回路内に生じた物理欠陥による論理動作の故障箇所を、ファンアウト分岐上に割り当てられた異なる識別記号を使用して表現することにより、診断する診断方法であって、
前記論理回路の能動素子は異なる層の間で接続されるとともに受動素子にも接続されており、
前記受動素子は前記論理回路の能動素子を異なる層の間で接続する接続素子を含み、
記号挿入手段が、前記能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記能動素子内若しくは当該能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入するとともに、前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための拡張した新たな識別記号を挿入するステップと、
故障箇所特定手段が、前記記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記故障箇所を特定するステップとを含む、診断方法。
【請求項３】
請求項２記載の診断方法をコンピュータに実行させることが可能なプログラム。
【請求項４】
請求項３に記載されたプログラムをコンピュータが実行することが可能にて記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置、診断方法、その診断方法をコンピュータに実行させることが可能なプログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に半導体装置における論理回路内の故障を診断する診断装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
故障診断は、故障したＬＳＩ回路内の物理的欠陥の局所化を手伝うために最も幅広く使用されているアプローチである。故障診断では、抽象的な回路モデル（論理ゲートレベルのネットリストがよく使用される）内の故障モデルは、実際のＬＳＩ回路内の物理的欠陥の論理的な動作を表わすのに使用される。回路モデルの故障の模擬応答が故障診断手続きで使用される確実な基準のもとでの障害を起こした回路の観測応答に一致するなら、故障は確実に存在すると考えられる。物理的欠陥の存在個所は、そのような確実な故障情報の援助があれば特定される。明らかに、良い故障モデルと良い故障診断手続きは、故障診断で十分な分解能を得るために必要である。
【０００３】
故障診断に役立つ故障モデルは、故障箇所と論理動作という２つの属性の見地で物理的欠陥を支援することに共通点を持つべきである。ゲートレベルの回路モデルでは、故障箇所の属性は１つ若しくはそれ以上のネットやピンを意味し、論理動作の属性は１つ若しくはそれ以上の論理値を意味する。故障モデルは、これらの属性を一般的な規則で定義する。一方、物理的欠陥は以降で述べるように、複雑性（単純、複雑）、時間性（静的、動的）、個数性（単一、多重）の３つの見地から特性づけることができる。ある単純な欠陥は単一の欠陥位置を強制的に論理値０又は１に固定する。一方、抵抗性のショート又はオープンのような複雑な欠陥は、欠陥位置の周囲で複数のありうる影響を引き起こす。ある静的な欠陥は、全ての入力ベクトルで同じ動作を示し、動的な欠陥は異なる入力ベクトルで動作を変える。一つの回路は、単純又は多重の欠陥を持つかもしれない。
【０００４】
欠陥の複雑性問題は、単一故障モデルの組合せまたは現実の故障モデルの使用で示されてきた。たとえば、さまざまな欠陥をカバーするために４つの故障モデルを使用する例がある。一方、スタック−オープン故障、ブリッジ故障、トランジスタのリーク故障、ビザンチン故障のような様々な実際の故障モデルは、現実の欠陥の構造を良く表わしている。一般に、間接的なアプローチは不十分な診断精度の影響を被り、直接的なアプローチはその故障シミュレーション費用の高騰化に悩まされる。
【０００５】
最近、複雑な欠陥、特にそのような予測できないかつ決定できない論理動作を表わすために、本願の発明者によって、Ｘ故障モデルと呼ばれる新しい現実的な故障モデルが提案されてきている（非特許文献１、２、特許文献１参照）。Ｘ故障モデルは、ファンアウト分岐上に割り当てられた異なるＸ記号を使用することにより、ゲート内またはそのファンアウト分岐上、あるいはその双方に存在する一つ若しくは複数の物理的欠陥の取りうる故障回路の論理動作を表現する。これにより、故障のモデリングで失われる情報がないため、Ｘ故障モデルは高い診断精度を持つ。加えて、部分的記号故障シミュレーションは、高い時間的効果を得るために、完全な記号故障シミュレーションのかわりに使用される。ディープサブミクロンＬＳＩ回路内には、予測できないかつ決定できない論理動作により明示される物理的欠陥が増加する一方であるため、故障診断でＸ故障モデルを使用することは従来手法よりもより一層有益になっている。
【０００６】
パーテスト故障診断は複雑な欠陥の個数性及び時間性問題を扱うための有効なアプローチとして好評である。基本的な考えは、あるフェイルを生じるテストベクトルによりＬＳＩ回路の複数の欠陥のただ一つの欠陥だけが活性化されることを観測することに基づいた、故障診断時に一度にフェイルを生じるテストベクトルを分離して処理することである。このことは、単一の故障モデルは、活性化された欠陥及び、複数のかつ、若しくは動的な欠陥の替わりに使用されることができ、単一故障シミュレーションに基づく関係のある簡単な故障診断過程を仮定することができることを意味する。すなわち、パーテスト故障診断は個数性問題と時間性問題の両方を同時に解決するのに有効である。
【０００７】
パーテスト故障診断手法については、既にいくつか提案されてきている。単一縮退故障モデル、縮退故障、スタック−オープン故障、ネット故障、ブリッジ故障の組合せのこれらの手法はできるだけ多くのフェイルを生じるテストベクトルを説明する最小の故障集合を見つけようとする。そのような故障集合はマルチプレットと呼ばれる。加えて、故障により説明されるフェイルを生じるテストベクトルの数に依存する故障のためのスコアが計算され、マルチプレットからの診断情報がさらに引き出される場合もある。一方、確率関数に基づいて各マルチプレットを記録する場合もある。
【０００８】
最近、上記したようにＸ故障モデルに基づいた故障診断手法が提案されてきている。Ｘ故障モデル化によりまとめられた精度の上に、この故障診断手続きはマッチングの詳細を考慮する柔軟性のあるマッチング基準を使用する。観測された応答とシミュレーションの応答の間の関係から引き出される詳細な診断情報は、各Ｘ故障と各フェイルを生じるテストベクトルに対する診断値として表わされ、すべての診断値はマルチプレットが得られかつ順序づけられる診断表を構成する。そのようなパーテスト故障診断が複雑な、複数のかつ若しくは動的な欠陥に対する高精度な診断結果を集約できることが示されてきている。
【０００９】
以下に、特許文献１にも記載されているが、従来のパーテスト故障診断手法を具体的に説明する。
【００１０】
まず、従来のＸ故障モデルは以下のように定義される。
【００１１】
定義１：あるファンアウトゲートが、ゲート内若しくはそのファンアウト分岐上のすべての若しくはその１つの物理的欠陥に対応するＸ故障を持つ。Ｘ故障は故障シミュレーション時にすべての取りうる可能性のある故障論理値を表わすために、ｎ個のファンアウト分岐上にｎ個の異なるＸ記号を仮定する。
【００１２】
図６は２つのファンアウト分岐を持つＡＮＤゲートのＸ故障の例を示す図である。
【００１３】
Ｘ１、Ｘ２は２つの不定な故障論理値を表わす。明らかに、<Ｘ１、Ｘ２>は、ファンアウト分岐上に現れるかもしれないすべての取りうる故障論理の組合せを表わす。従来のＸ故障モデルは、すべてのファンアウト分岐を直接信号線に接続されているように扱う。
【００１４】
Ｘ故障シミュレーションについて説明する。Ｘ故障ｆと入力ベクトルｖが与えられるとき、Ｘ故障シミュレーションは、ＳｉｍＲｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１,Ｒ２,・・・,Ｒｋ｝で表わされるｖの下でｆのシミュレート応答を得る。ここで、Ｒ１、Ｒ２、・・・、Ｒｋ（ｋ≧１）は、ｆが存在する場所でのｋ個の取りうる可能性のある故障の論理的組合せをＣ１、Ｃ２、・・・、Ｃｋとするときのそれぞれに対応する外部出力での論理的組合せである。一般的に、Ｘ故障シミュレーションは、以下の３つの段階で構成される部分的記号手続きを使用する。すなわち、（１）異なるＸ記号をゲートのファンアウト分岐に割り当てるＸ挿入、（２）Ｘ記号を外部出力に伝播するＸ伝播、（３）最終的なシミュレーション結果を得るために外部出力ですべてのＸ記号を分解するＸ分解である。
【００１５】
図７はＸ挿入、Ｘ伝播、Ｘ分解を説明するための図である。
【００１６】
図７（Ａ）で、Ｘ挿入では、ゲートＧ１の３個のファンアウト分岐ｂ１、ｂ２、ｂ３のそれぞれに、３個の初期Ｘ記号、Ｘ１（ｂ１)、Ｘ２（ｂ２）、Ｘ３（ｂ３）が割り当てられる。図７（Ｂ）で、Ｘ伝播は否定関数を保持するがその他すべての否定でない論理関数を無視することで実行される。たとえば、ゲートＧ４の出力は¬Ｘ１（ｂ１）とＸ２（ｂ２）のＡＮＤ関数である。この関数情報は無視され、新しいＸ記号Ｘ４（ｂ１，ｂ２）が出力結果となる。ここで、（ｂ１，ｂ２）はＧ４の出力が分岐ｂ１とｂ２だけが到達することを示すために使用される。図７（Ｃ）で、Ｘ分解は初期シミュレート応答に存在するＸ記号による曖昧さを排除することで実行される。ｂ３は外部出力に伝播可能ではないため、３個の取りうる可能性のある故障の論理的組合せＣ１、Ｃ２、Ｃ３のみが故障の存在個所で考慮される必要がある。結果として、最終的なシミュレート応答は、ＳｉｍＲｅｓ（ｆ,ｖ）＝｛Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３｝である。ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対応する。従来のＸ故障シミュレーション手続きでは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は同じように等価であると仮定されることに注意する。たとえば、これらの各発生確率は25％である。
【００１７】
診断値計算について説明する。フェイルを生じるテストベクトルｖの下でＸ故障ｆに対するＸ故障シミュレーションの実行後、シミュレート応答ＳｉｍＲｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｋ｝は診断情報を引き出すために観測応答ＯｂｖＲｅｓ（ｖ）との比較が必要である。比較結果は、ｄ（ｆ，ｖ）で表わされるｖとｆの下でのいわゆる診断値により表わされる。従来のｄ（ｆ，ｖ）の計算方法は以下の通りである。
【００１８】
【数１】
2011149956.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｅｒｒｏｒ＿ＰＯ（ｖ）は観測応答がエラーであるすべての外部出力の集合であり、Ｒｅａｃｈ＿ＰＯ（ｖ）はＸ故障ｆを持つゲートから到達可能な外部出力の集合である。図７（Ｃ）で、Ｅｒｒｏｒ＿ＰＯ（ｖ）＝{ＰＯ１}であり、Ｒｅａｃｈ＿ＰＯ（ｖ）＝{ＰＯ１,ＰＯ２,ＰＯ３}である。さらに、Ｌｅｖｅｌ（ｆ）はＸ故障ｆを持つゲートの出力のレベルであり、Ｌｍａｘはすべての外部出力のレベルを１と仮定するときの回路内の最大レベルである。図７では、Ｌｅｖｅｌ（ｆ）＝３であり、Ｌｍａｘ＝３である。
【００２０】
図７（Ｃ）のＸ故障シミュレーション結果からＳｉｍＲｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３｝＝｛＜１１１＞,＜００１＞,＜００１>｝、ＯｂｖＲｅｓ（ｖ）＝＜００１＞、正常回路のシミュレーション結果は＜１０１＞である。ｄ(ｆ，ｖ，Ｒ１)＝０であり、d(ｆ，ｖ，Ｒ２)＝d(ｆ，ｖ，Ｒ３)＝（３／３）×（１／３）＝０．３３である。それゆえ、d(ｆ，ｖ)＝（０＋０．３３＋０．３３）／３＝０．２２である。
【００２１】
診断値はすべてのフェイルするテストベクトルと故障に対して計算され、表１に表わされるような故障診断テーブルとよばれるテーブルに格納される。明らかに、通常の０と１のみで構成される故障辞書と比較すると、故障診断テーブルはより多くの診断情報を持つ。診断値が外部出力の到達可能な範囲、マッチしたエラーの数、故障の深度を考慮するユニークなマッチング基準で計算されることは明らかである。
【００２２】
【表１】
2011149956.tif 000004
【００２３】
【非特許文献１】X.  Wen,  T.  Miyoshi,  S.  Kajiihara,  L.-T.  Wang,  K.  K.  Saluja,  and  K.  Kinoshita,  “On  Per-Test  Fault  Diagnosis  Using  the  X-Fault  Model”,  Proc.  Int’l  Conf.  on  Computer-Aided  Design,  pp.  633-640,  2004.
【非特許文献２】X.  Wen,  H.  Tamamoto,  K.  K.  Saluja,  and  K.  Kinoshita,  “Fault  Diagnosis  for  Physical  Defects  of  Unknown  Behaviors”,  Proc.  Asian  Test  Symp.,  pp.  236-241,  2003.
【特許文献１】特開２００６−１１８９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、従来のパーテストＸ故障診断手法は以下に述べるような２つの重大な問題に直面している。
【００２５】
図８は従来のパーテストＸ故障診断手法における第１の問題を説明するための図である。
【００２６】
第１の問題として、ビアの存在はファンアウト分岐の関連として考慮されていない。従来のＸ故障モデルでは、ビアの存在は無視される。ビア自体は多層配線において必要とされる接続手段であって受動素子であり、ゲートのような能動素子と異なり、内部で演算が行われるわけでなく、故障が生じることが理論的には考えにくいことが考慮されていなかった一因である。しかしながら、ディープサブミクロンＬＳＩ回路のレイアウトはしばしば多層配線を必要とし、ビアが広範囲で使用されることを意味し、ビアの影響を受ける欠陥は無視できるレベルではない。この点を具体的に説明すると、従来の手法では、ゲートからのファンアウト分岐に着目されているため、図８では、ゲートＧに対して６個のファンアウト分岐Ｌ１〜Ｌ６があり、すなわち６個のＸ記号Ｘ１〜Ｘ６が信号線Ｌ１〜Ｌ６にそれぞれ割り当てられるのに必要である。しかしながら、実際には、図８に示されるように３個のビアＶ１〜Ｖ３が存在する。ビアの存在を無視することは、ファンアウト分岐の数を誤って増やすことがある。その結果、Ｘ故障シミュレーション時間が長くなる。加えて、Ｘ故障診断は欠陥のあるファンアウト分岐を特定できないので、同一ゲートからのファンアウト分岐として多くの信号線を扱うことは診断の分解能を下げることがある。
【００２７】
図９は従来のパーテストＸ故障診断手法における第２の問題を説明するための図である。
【００２８】
第２の問題として、物理的欠陥のとりうる可能性のある論理動作の発生確率の差異は無視される。従来のＸ故障診断手続きでは、あるゲートのファンアウト分岐ですべての取りうる可能性のある論理の組合せは同じと考えられた。しかしながら、実際には、このことは多くの場合正しくない。すなわち、図９（Ａ）に示すように、ゲートＧが欠陥のある電圧Ｖｍを持つとし、Ｖｍは中間電圧かもしれないとする。図９（Ａ）で、ゲートＧは２個のファンアウト分岐Ｌ１、Ｌ２を持つとし、それぞれの閾値電圧がＶｔｈ１、Ｖｔｈ２に一致するとする。ここで、Ｆａｕｌｔｙは故障回路、Ｆａｕｌｔｙ−Ｆｒｅｅは正常回路を意味する。図９（Ｂ）に示すように、ケース１（Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２）の場合、Ｌ１とＬ２で取りうる可能性のある電圧の組合せは＜００＞、＜１０＞、＜１１＞である。しかしながら、図９（Ｃ）に示すように、ケース２（Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２）の場合、Ｌ１とＬ２で取りうる可能性のある電圧の組合せは＜００＞、＜０１＞、＜１１＞である。ディープサブミクロンＬＳＩ回路特に低電圧設計では、Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２間の状態関係がプロセス変動のため予測できないことがある。そのため、ケース１とケース２の双方の場合が現れる。この条件下での＜００＞、＜０１＞、＜１０＞、＜１１＞の発生確率はそれぞれ、２／６、１／６、１／６、２／６であり、同一でない。それゆえ、Ｘ故障診断手続きでは、あるゲートのファンアウト分岐のすべての論理的組合せの発生確率を同じと扱うことは診断の分解能を下げるし、誤った診断結果を導き出すことがある。
【００２９】
ゆえに、本発明は、診断の分解能をさらに向上させてさらに良好な診断結果を得ることが可能な診断装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本願発明の第１の観点は、論理回路内の物理欠陥の論理動作をファンアウト分岐上に割り当てられた異なる識別記号を使用して表現することにより診断する診断装置であって、前記論理回路の能動素子は受動素子に接続されており、前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入する受動素子用記号挿入手段と、前記受動素子用記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記受動素子に生じた故障を特定する故障箇所特定手段とを備える。
【００３１】
本願発明の第２の観点は、多層配線構造の論理回路内の故障を診断する診断装置であって、前記論理回路の能動素子は異なる層の間で接続されるとともに受動素子にも接続されており、前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入する受動素子用記号挿入手段と、前記受動素子用記号挿入手段が挿入した記号を用い、前記受動素子に生じた故障を特定する故障箇所特定手段とを備える。
【００３２】
本願発明の第３の観点は、第２の観点に係る発明において、前記受動素子は、前記論理回路の能動素子を異なる層の間で接続する接続素子を含むものである。
【００３３】
本願発明の第４の観点は、第１又は第２の観点に係る発明において、前記能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記能動素子内若しくは当該能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入する能動素子用記号挿入手段を備え、前記故障箇所特定手段は、前記能動素子用記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記能動素子に生じた故障も特定するものである。
【００３４】
本願発明の第５の観点は、第４の観点に係る発明において、前記能動素子又は前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに発生しうる論理値の故障組み合わせに対し、前記能動素子又は前記受動素子の電圧と前記ファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれにおける閾値電圧との関係に基づく発生確率であって前記故障組み合わせの全ての発生確率が等価である場合を除いた発生確率を付与する発生確率付与手段を備える。
【００３５】
本願発明の第６の観点は、半導体装置における論理回路内の故障を診断する診断装置であって、能動素子又は受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに発生しうる論理値の故障組み合わせに対し、前記能動素子又は受動素子の電圧と前記ファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれにおける閾値電圧との関係に基づく発生確率であって前記故障組み合わせの全ての発生確率が等価である場合を除いた発生確率を付与する発生確率付与手段を備える。
【００３６】
本願発明の第７の観点は、第６の観点に係る発明において、能動素子又は受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに発生しうる論理値の故障組み合わせに対し、全ての発生確率が等価である発生確率を付与する等価発生確率付与手段を備え、ユーザの選択指示に応答して、前記発生確率付与手段と前記等価発生確率付与手段とを切り替える切替手段とを備える。
【００３７】
本願発明の第８の観点は、論理回路内の物理欠陥の論理動作をファンアウト分岐上に割り当てられた異なる識別記号を使用して表現することにより診断する診断方法であって、前記論理回路の能動素子は受動素子に接続されており、記号挿入手段が、前記能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記能動素子内若しくは当該能動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入するとともに、前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入するステップと、故障箇所特定手段が、前記記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記能動素子又は受動素子に生じた故障を特定するステップとを含むものである。
【００３８】
本願発明の第９の観点は、論理回路内の物理欠陥の論理動作をファンアウト分岐上に割り当てられた異なる識別記号を使用して表現することにより診断する診断方法であって、前記論理回路の能動素子は受動素子に接続されており、受動素子用記号挿入手段が、前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに、前記受動素子内若しくは当該受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれ又はその双方に存在する一つ又は複数の欠陥の論理動作を表現するための識別記号を挿入するステップと、受動素子用故障箇所特定手段が、前記受動素子用記号挿入手段が挿入した識別記号を用い、前記受動素子に生じた故障を特定するステップとを含むものである。
【００３９】
本願発明の第１０の観点は、第８の観点に係る発明において、発生確率付与手段が、前記能動素子又は前記受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに発生しうる論理値組合せに対し、前記能動素子又は前記受動素子の電圧と前記ファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれにおける閾値電圧との関係に基づく発生確率であって前記故障組み合わせの全ての発生確率が等価である場合を除いた発生確率を付与するステップを含むものである。
【００４０】
本願発明の第１１の観点は、論理回路内の故障を診断する診断方法であって、発生確率付与手段が、能動素子又は受動素子が出力する信号を伝播可能なファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれに発生しうる論理値組合せに対し、前記能動素子又は受動素子の電圧と前記ファンアウト分岐による複数の信号線のそれぞれにおける閾値電圧との関係に基づく発生確率であって前記故障組み合わせの全ての発生確率が等価である場合を除いた発生確率を付与するステップを含むものである。
【００４１】
本願発明の第１２の観点は、第８から第１１の観点に係る発明における診断方法をコンピュータに実行させることが可能なプログラムである。
【００４２】
本願発明の第１３の観点は、第１２の観点に係る発明におけるプログラムをコンピュータが実行することが可能にて記録した記録媒体である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、例えばビアのような受動素子に関係する欠陥による故障も特定でき、特定箇所を細分化できることから、診断の分解能をさらに向上させて診断時間の短縮化を図りつつ、さらに良好な診断結果を得ることができる。さらに、いわゆる故障組み合わせの全ての発生確率を等価とせず診断を行うことから、特に実回路の動作における複数の閾値電圧と中間電圧との関係を考慮した診断を行える。その結果、歩留まり向上、プロセス改善、信頼性の改善が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、本発明の実施の形態による診断装置の一例の主要構成を示したブロック図である。図２は、図１の診断装置が動作する前提となるパーテストＸ故障診断フローを示した図である。
【００４５】
図１を参照して、診断装置１は記号挿入部３を備え、記号挿入部３は能動素子用記号挿入部５と受動素子用記号挿入部７とを有する。また、診断装置１は、発生確率付与部９と、等価発生確率付与部１１と、切替部１３とを備える。各構成の動作の詳細は後述するものとし、図２を参照して、パーテストＸ故障診断の処理を簡単に説明する。
【００４６】
パーテストＸ故障診断フローは、２つのステージで構成される。一つは故障情報の収集ステージであり、他方は診断の結論を出すステージである。ステージ１（情報収集）では、Ｘ故障はすべてのフェイルするテストベクトルでシミュレートされ（ＳＴ１、ＳＴ２参照）、シミュレート応答は観測応答と比較され、診断テーブルが作成される（ＳＴ３〜ＳＴ５参照）。ステージ２（診断推論）では、診断結果は故障診断テーブルから生成される。基本の工程は、故障診断テーブル内の全部が０ではない列に一致するすべてのフェイルするテストベクトルを被覆する最小集合を見つけることである。そのような故障集合はマルチプレットと呼ばれる。このとき、各マルチプレットのスコアがすべての構成されたＸ故障の診断値を追加することで計算される（ＳＴ６、ＳＴ７参照）。このスコアはマルチプレットの順番を決定するために使用され、最上位のマルチプレット内のＸ故障は最終的な故障診断結果を形成する。
【００４７】
上記フローは基本的な２つのステージ構成としては従来と同様であるが、以下で詳しく説明するような点が従来の処理フローと異なる。上記したようにディープサブミクロンＬＳＩ回路のレイアウトはしばしば多層配線を必要とし、ビアが広範囲で使用されることを意味する。そのようなビア情報が利用されるので、ビアレベルでの欠陥個所を示すことが可能になり、診断の分解能が大幅に向上する。加えて、ゲート若しくはビアからのファンアウト分岐数がより少なくなるので、Ｘ分解の処理時間もより短くなる。また、新しい診断値を使用し、とりうる可能性のある故障の論理的組合せの発生確率を考慮するので、ディープサブミクロンＬＳＩ回路の実動作がより良く反映され、診断の分解能の向上に役立つ。
【００４８】
まず、ビアの情報を扱うために、以下の定義を導入する。
【００４９】
定義２：あるファンアウトの要素（ゲート若しくはビア）は要素内若しくはそのファンアウト分岐上のあらゆる物理的欠陥若しくは複数の欠陥に対応する単一のＸ故障を持つ。故障シミュレーション時に非決定的な故障の論理値を表わすため、Ｘ故障は要素のファンアウト分岐上に異なるＸ記号を仮定する。
【００５０】
図３は上記定義を導入した拡張Ｘ故障モデルの例を示す図である。
【００５１】
論理ゲートＧに３個のビアＶ１〜Ｖ３があるので、図８に示す従来のＸ故障ｆに加えて３個の拡張Ｘ故障ｆ１〜ｆ３が追加される。３個の拡張Ｘ故障ｆ１〜ｆ３に対応して、それぞれ５個、２個、２個の相異なるＸ記号が仮定される。これらの新しく追加されたＸ故障はすべて、図８で示される従来のＸ故障ｆと異なる。拡張Ｘ故障モデルの最大の利点は、ビアレベルでの欠陥を突き止められることであり、診断の分解能を劇的に改善する。図３の場合、Ｇだけでなく、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３からも診断結果を得ることが可能になる。このようなビアなどの受動素子に対しての記号挿入は受動素子用記号挿入部７によって行われ、論理ゲートなど能動素子に対しての記号挿入は能動素子用記号挿入部５によって行われる。
【００５２】
次に、ゲート若しくはビアがｎ個のファンアウト分岐Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌｎを持ち、各分岐に対応する閾値電圧をそれぞれＶｔｈ１、Ｖｔｈ２、・・・、Ｖｔｈｎとする。Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２、・・・、Ｖｔｈｎの状態が固定かつ既知ならば、ファンアウト分岐では正確にはｎ＋１個のとりうる可能性のある論理的組合せがある。しかしながら、実際のＬＳＩ回路にはディープサブミクロン時代ではプロセス変動と増加する一方である低電圧設計における閾値電圧の中での差異の縮小は、ゲート若しくはビアのファンアウト分岐に対応する閾値電圧の状態を決定的に知ることを難しくする。言い換えると、ファンアウト分岐でのすべてのとりうる可能性がある閾値電圧の状態を考慮することが必要である。図９で示すように、このことが、ゲート若しくはビアのファンアウト分岐でのとりうる論理的組合せの発生確率が異なる結果となっている。この現象は以下の定理により定量的に表わすことが可能である。
【００５３】
定理１：ｎ個のファンアウト分岐を持つゲート若しくはビアに対して、ファンアウト分岐での閾値電圧のとりうる可能性のある状態の組合せの数はｎ！である。加えて、ファンアウト分岐がｐ個の０（０≦ｐ≦ｎ）になる論理的組合せを持つ確率は（ｐ！×（ｎ−ｐ）！）／(ｎ＋１)！である。
【００５４】
証明：図４に示すような一般的な場合を考える。ここでゲート若しくはビアがｎ個のファンアウト分岐Ｌ１〜Ｌｎを持ち、各分岐に対応する閾値電圧をそれぞれＶｔｈ１〜Ｖｔｈｎとする。加えて、分岐元のＬは非決定的な電圧Ｖｍを持つと仮定する。Ｖｔｈ１〜ＶｔｈｎはＬの関係に依存するので、異なる論理的組合せがＬ１〜Ｌｎに現れることがある。
【００５５】
前半：ｎ個の閾値電圧の状態が定まるとき、最初の閾値電圧に対してｎ通りの選択があり、次の閾値電圧に対しては（ｎ−１）通りの選択があり、…、ｎ番目の閾値電圧に対しては１通りである。結果として、ｎ個の閾値電圧のとりうる可能性のある状態は合計ｎ！通り存在する。
【００５６】
後半：最初に、各ｎ個の閾値電圧の状態に対し、（ｎ＋１）個のとりうる可能性のある論理的組合せが存在し、中間電圧Ｖｍに落ちることに対応する順番で（ｎ＋１）個の電圧間隔に依存する。すなわち、とりうる可能性のある論理的組合せの数の合計は（ｎ＋１）×ｎ！となる。加えて、ある論理的組合せがｐ個の０（０≦ｐ≦ｎ）を持つということは、ｐ個の閾値電圧がＶｍよりも低く（ｎ−１）個の閾電圧がＶｍよりも高いことを意味する。結果として、そのような論理的組合せの発生確率は（ｐ！×（ｎ−ｐ）！）／(ｎ＋１)！である。
【００５７】
ｎ個のファンアウト分岐での論理的組合せの発生確率は表２で要約され、特別な場合としてｎ＝３の例を表３に示す。０の数が異なる論理的組合せは異なる発生確率を持つことがあることが分かる。
【００５８】
【表２】
2011149956.tif 000005
【００５９】
【表３】
2011149956.tif 000006
【００６０】
次に、図１の発生確率付与部９の動作に関連する説明を行う。定理１に基づいて、ゲート若しくはビアのファンアウト分岐におけるすべてのとりうる可能性のある故障の論理的組合せに対する発生確率を決定することができる。この情報は、ディープサブミクロンＬＳＩ回路の実動作より良く反映させるために、Ｘ故障シミュレーションの間、Ｘ分解で使用される。
【００６１】
図５は図７と同じゲートＧのＸ故障シミュレーションに対する発生確率を考慮するＸ分解の例を説明するための図である。
【００６２】
このゲートは３本のファンアウト分岐ｂ１、ｂ２、ｂ３を持ち、とりうる可能性のある故障の論理的組合せをＣ１＝＜０１Ｘ＞、Ｃ２＝＜１０Ｘ＞、Ｃ３＝＜０１Ｘ＞とする。Ｃ１はそれぞれ８％の発生確率である＜０１０＞と＜０１１＞を表わすので、Ｃ１の発生確率は16％である。同様に、Ｃ２とＣ３それぞれの発生確率16％と32％が得られる。結果として、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の発生確率はそれぞれ16％、16％、32％であり、図７（Ｃ）で示されるような各ファンアウト分岐の発生確率を等しく25％とする従来の仮定とは異なる。
【００６３】
テストベクトルｖのもとでＸ故障ｆに対するファンアウト分岐のとりうる可能性のある論理的組合せをＣ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎとし、それに対応する発生確率をそれぞれp(Ｃ１)、p(Ｃ２)、・・・、p(Ｃｎ)と仮定する。p(Ｃ１)、p(Ｃ２)、・・・、p(Ｃｎ)は定理１を使用して容易に計算できる。また、Ｒ１,Ｒ２,・・・,Ｒｎを、Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎのそれぞれに対応した外部出力での論理的組合せの結果とするときのシミュレート応答をＳｉｍＲｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１，Ｒ２，・・・,Ｒｎ｝と仮定する。p(Ｃ１)、p(Ｃ２)、・・・、p(Ｃｎ)で表わされるＲ１,Ｒ２,・・・,Ｒｎの発生確率はそれぞれ、p(Ｃ１)、p(Ｃ２)、・・・、p(Ｃｎ)に等しい。たとえば、図５では、ファンアウト分岐のとりうる可能性のある論理的組合せＣ１、Ｃ２、Ｃ３の発生確率はそれぞれ16％、16％、32％であり、外部出力での論理的組合せＲ１、Ｒ２、Ｒ３の発生確率はまた、それぞれ16％、16％、32％である。
【００６４】
従来の診断値の定義では、ゲートのファンアウト分岐でのとりうる可能性のある故障の論理的組合せの発生確率は等価であると仮定するが、実際はそうとは限らない。以下に、発生確率が異なることを考慮する新しい診断値の定義を提案する。
【００６５】
一般に、シミュレート応答ＳｉｍＲｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１,Ｒ２,・・・，Ｒｋ｝は診断情報を引き出すために観測応答ＯｂｖＲｅｓ(ｖ)と比較され、比較結果は、ｄ（ｆ，ｖ）で表わされるｖとｆの下での診断値により表わされる。新しいｄ（ｆ，ｖ）の計算方法は以下の通りである。
【００６６】
【数２】
2011149956.tif 000007
【００６７】
ここで、Ｅｒｒｏｒ＿ＰＯ（ｖ）、Ｒｅａｃｈ＿ＰＯ（ｖ）、Ｌｅｖｅｌ（ｆ）、Ｌｍａｘは前述で定義されたものと同じものである。たとえば、図５において、Ｓｉｍｒｅｓ（ｆ，ｖ）＝｛Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３｝＝｛＜１１１＞,＜００１＞,＜００１＞｝、ＯｂｖＲｅｓ（ｖ）＝＜００１＞、正常回路のシミュレーション結果は＜１０１＞である。この場合、d(ｆ，ｖ，Ｒ１)＝０であり、d(ｆ，ｖ，Ｒ２)＝d(ｆ，ｖ，Ｒ３)＝（３／３）×（１／３）＝０．３３である。それゆえ、d(ｆ，ｖ)＝０×１６%＋０．３３×１６%＋０．３３×２５%＝０．１４である。この診断値は図７（Ｃ）で求めた診断値０．２２とは異なる。
【００６８】
次に、実験結果について説明する。表４に実験結果の概要を示す。
【００６９】
【表４】
2011149956.tif 000008
【００７０】
各回路に対する入力テストベクトル数を“Ｖｅｃｔｏｒ”に示す。各実験において、欠陥のあるチップを模倣するために、あるファンアウトゲートにビアのオープン欠陥をランダムに挿入し、欠陥はゲートの分岐で故障の影響を引き起こすと仮定した。各回路に対して１０回実験を行ない、故障回路の平均ファンアウト分岐数は２．０である。
【００７１】
各サンプルに対して、３種類のパーテスト故障診断プログラムを実行した。“ＯＬＤ”は従来のＸ故障モデルを使用する。“Ｎｅｗ−Ａ”は拡張Ｘ故障モデルを使用するが、従来の診断値計算手法を使用する。“Ｎｅｗ−Ｂ”は拡張Ｘ故障モデルと今回提案する診断値計算手法を使用する。“ＳＬＡＴ”は１０個のサンプルに対する平均ＳＬＡＴテストベクトル数を示す。なお、ＳＬＡＴはsingle  location  at-a-timeの略称で、多重物理欠陥が存在しても、単一の故障を検出する場合の出力応答に一致する出力応答を得るテストベクトルのことである。“ＭＰＬＴ”は平均マルチプレット数、“Ｅｘａｃｔ”は正確な診断結果、すなわちすべての挿入された故障を含むマルチプレットの平均パーセントである。“ＦＨ”（First  Hit）はマルチプレットリスト内の最初の正確な診断で生成されるマルチプレットの平均位置である。“Ｔｉｍｅ”は“Ｎｅｗ−Ｂ”の平均実行時間である。
【００７２】
平均ＦＨ結果を見ると、ビア情報を考慮した“Ｎｅｗ−Ａ”では「３．７」、ビア情報を考慮し且つ新しい診断値計算手法を採用した“Ｎｅｗ−Ｂ”では「３．４」という結果が得られ、拡張Ｘ故障モデルの使用が極めて有効であることが実験からも得られた。さらに、診断値計算時の発生確率の使用を行えばＦＨを一層改良できる。
【００７３】
ところで、図１の診断装置には、等価発生確率付与部１１を備えさせ、ユーザの要求に応答して上記した発生確率付与部９との切り替えを行うことができるようにしている。しかし、本願の発明において、等価発生確率付与部１１は従来と同様の動作を行うものであり、必須のものではない。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、受動素子としてビアを一例として挙げたが、例えば抵抗のように能動素子と異なるものであればよく、ビアに限定されるものではない。
【００７５】
また、上記実施の形態について、その適用範囲は、スキャン回路方式及びクロックの種類、数に依存しないため、フルスキャン設計を適用したＬＳＩ回路全般である。すなわち、複数本のスキャンチェーンが存在しても、またスキャン回路を駆動するクロックが複数個存在してもよく、スキャン回路に組み合わせ部分からフリップ・フロップに値を取り込むタイミングが異なるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態による診断装置の一例の主要構成を示したブロック図である。
【図２】図１の診断装置が動作する前提となるパーテストＸ故障診断フローを示した図である。
【図３】上記定義を導入した拡張Ｘ故障モデルの例を示す図である。
【図４】一般的なゲート若しくはビアがｎ個のファンアウト分岐Ｌ１〜Ｌｎを持ち、各分岐に対応する閾値電圧をそれぞれＶｔｈ１〜Ｖｔｈｎした場合を示す図である。
【図５】図７と同じゲートＧのＸ故障シミュレーションに対する発生確率を考慮するＸ分解の例を説明するための図である。
【図６】２つのファンアウト分岐を持つＡＮＤゲートのＸ故障の例を示す図である。
【図７】Ｘ挿入、Ｘ伝播、Ｘ分解を説明するための図である。
【図８】従来のパーテストＸ故障診断手法における第１の問題を説明するための図である。
【図９】従来のパーテストＸ故障診断手法における第２の問題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  診断装置
３  記号挿入部
５  能動素子用記号挿入部
７  受動素子用記号挿入部
９  発生確率付与部
１１  等価発生確率付与部
１３  切替部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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