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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

国内特許コード P110003816
整理番号 RX05P26
掲載日 2011年6月30日
出願番号 特願2006-301012
公開番号 特開2008-116374
登録番号 特許第5035663号
出願日 平成18年11月6日(2006.11.6)
公開日 平成20年5月22日(2008.5.22)
登録日 平成24年7月13日(2012.7.13)
発明者
  • 温 暁青
  • 梶原 誠司
  • 宮瀬 絋平
  • 皆本 義弘
  • 伊達 博
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 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
発明の概要 【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
従来技術、競合技術の概要


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。



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。



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。



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。



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。



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。



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。



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。



まず、従来のX故障モデルは以下のように定義される。



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。



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。



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。



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。



図7はX挿入、X伝播、X分解を説明するための図である。



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。



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。



【数1】




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。



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。



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。



【表1】




【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

産業上の利用分野


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。

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、
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、
前記発生確率付与手段が付与する発生確率p(Ri)を用いた下記式で表される診断値d(f,v)を用いて診断する、診断装置。



ただし、



ここで、fは故障を表し、vはテストベクトルを表し、R1、R2、・・・、Rk(k≧1)は故障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り、テストベクトルvについてのError_PO(v)は観測応答ObvRes(v)がエラーであるすべての外部出力の集合であり、Reach_PO(f)は故障fを持つ能動素子又は受動素子から到達可能な外部出力の集合であり、Level(f)は故障fを持つ素子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。

【請求項2】
半導体装置における論理回路内の故障箇所を診断する診断装置であって、
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、
前記発生確率付与手段が付与する発生確率p(Ri)を用いた下記式で表される診断値d(f,v)を用いて診断する、診断装置。


ただし、



ここで、fは故障を表し、vはテストベクトルを表し、R1、R2、・・・、Rk(k≧1)は故障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り、テストベクトルvについてのError_PO(v)は観測応答ObvRes(v)がエラーであるすべての外部出力の集合であり、Reach_PO(f)は故障fを持つ能動素子又は受動素子から到達可能な外部出力の集合であり、Level(f)は故障fを持つ素子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。

【請求項3】
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、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、
前記等価発生確率付与手段が付与する発生確率であって上記式の発生確率p(Ri)を等価発生確率1/kに代えた式で表される診断値d(f,v)を用いて診断でき、
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た、請求項2記載の診断装置。

【請求項4】
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、
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を含み、
前記発生確率付与手段が付与する発生確率p(Ri)を用いた下記式で表される診断値d(f,v)を用いて診断する、診断方法。


ただし、


ここで、fは故障を表し、vはテストベクトルを表し、R1、R2、・・・、Rk(k≧1)は故障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り、テストベクトルvについてのError_PO(v)は観測応答ObvRes(v)がエラーであるすべての外部出力の集合であり、Reach_PO(f)は故障fを持つ能動素子又は受動素子から到達可能な外部出力の集合であり、Level(f)は故障fを持つ素子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。


【請求項5】
論理回路内の故障箇所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み、
前記発生確率付与手段が付与する発生確率p(Ri)を用いた下記式で表される診断値d(f,v)を用いて診断する、診断方法。



ただし、



ここで、fは故障を表し、vはテストベクトルを表し、R1、R2、・・・、Rk(k≧1)は故障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り、テストベクトルvについてのError_PO(v)は観測応答ObvRes(v)がエラーであるすべての外部出力の集合であり、Reach_PO(f)は故障fを持つ能動素子又は受動素子から到達可能な外部出力の集合であり、Level(f)は故障fを持つ素子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。

【請求項6】
請求項4又は5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7】
請求項6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。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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