LSIの大規模化,微細化,高速化,及び低電圧化に伴い,テスト時の信号劣化が深刻な問題になってきている.信号劣化は誤ったテスト結果を引き起こし,歩留りを低下させる危険性を持っている.本稿では,まずLSIテストに多用されるスキャン方式を説明し,それに関連する様々なシグナルインテグリティ問題を明らかにする.次に,シグナルインテグリティ問題の1つである電源ノイズの原因となるIRドロップを削減する技術を紹介する.最後に,種々のシグナルインテグリティ問題を体系的に解決するSIAT(Signal-Integrity-Aware Testing)の概念を提起し,関連する研究テーマを探る.

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近年の半導体の微細化,高集積化に伴い,LSIのテスト,故障診断の重要性が増している.そのため,テスト,故障診断技術の研究開発が活発に行われてきている.本稿では,筆者の所属する(株)半導体理工学研究センターで研究開発を行っているテスト・故障診断技術の概要紹介を行う.さらに,その中でも故障診断技術における最近の研究成果について紹介する.

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VLSIの高機能化と高性能化,また製造プロセスの微細化とともに,性能の劣化現象が着目されている.システムに組み込まれたVLSIがフィールドで性能劣化を進行させる中で,その劣化を事前に検知し,障害発生による事故を予防することが重要な課題となりつつある.本論文ではVLSIの劣化に着目して,システムの高信頼化を実現するアプローチについて,最新の研究開発動向を解説・展望する.

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LSIの微細化にともないゲート酸化膜が薄くなり,破壊による寿命低下が懸念されている.本稿では,寿命試験に代えてシミュレーションにより寿命特性を評価する方法について述べる.ゲート酸化膜を格子状に分割して欠陥をランダムに1つずつ発生させ,欠陥連がゲート酸化膜を貫通する状態をチェックするプログラムを開発し,ワイブル分布のβ,ηを評価した.この結果,膜厚が欠陥サイズに近くなると特異な特性を示すことが明らかになった.また,シグナル・フロー・グラフを応用した理論解析を部分的に行った.シミュレーション結果を応用して,実験データからβ,ηを推定する方法を提案する.最後に,円形の欠陥を任意の位置に発生させた場合との比較を行う.

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集積回路はその出現当初,バイポーラトランジスタを使用したTTL回路,CML回路などが主流であったが,その後CMOS回路によるものが主流となってきた.これはCMOS回路が,TTL回路,CML回路に比べて消費電力が少ないこと,回路を構成する素子数が少ないこと,製造プロセスがバイポーラトランジスタに比較して簡単なことなどにより集積化に適しており,集積化の進展によって性能がバイポーラトランジスタによる回路を上回ってきたためである.CMOS回路の製造プロセスの世代交代は著しく,ほぼ3年ごとに更新されてきた.プロセスの世代交代に合わせてそのプロセスを用いて開発する集積回路の性能を正しく予測しなければならない.性能予測の基本は基本論理機能ブロックの性能であり,基本遅延時間,負荷特性を正確に把握しておくことが重要である.本稿では基本論理機能ブロックの基本遅延時間,負荷特性を評価する二つの方法について概説する.

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LSIの高集積化/大規模化に伴い,観察箇所は広範になり,目視による故障位置特定の難易度は増大しています.また,LSIの微細化に伴い,故障原因が多様化し,益々故障位置特定の難易度が上がっています.本稿ではCADデータを併用するCAD Navigationの概要をご紹介し,故障位置特定における高信頼性やTAT短縮等のメリットについて述べます.

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アナログ回路の故障診断は設計者に依存することが多く,設計者以外の技術者が診断を行うことは困難であった.アナログ回路の汎用的な診断法として,断線やショート(ハード故障)に対応した故障モデルをたて,故障応答との比較を行う故障辞書法がある.しかし,ハード故障の発生箇所は無数にあり,故障モデルが増大する問題がある.一方,故障を素子パラメータ値の変動(パラメータ故障)としてとらえ,パラメータ値を診断する方法も提案されている.しかし,全素子パラメータを未知数とするため,多数の可観測な回路ノード数を必要とするなどの問題があった.これらの問題を回避するため,診断の対象を配線故障の主要原因の一つであるビア故障に限定した故障辞書アルゴリズム,パラメータ故障数に一定の制約を置くことで現実的な時間内にアナログ回路の診断が可能なパラメータ算定法アルゴリズム,を紹介する.また,これらのアルゴリズムの適用可能な回路規模は数十トランジスタまでと考えられるため,故障箇所を絞り込む前段階の手法として,ガイデッドプローブ法により故障経路を追跡し,故障を絞り込む手法も紹介する.

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簡易な操作でリーク故障に伴い顕在化する論理故障の発生箇所を特定する診断技術を開発している.この技術はリーク故障によりもたらされた中間電位となった信号がトランジスタのゲート電極に印加したとき,そのデバイスの動作点が飽和領域に位置することから算出されるインピーダンス値を利用した方式であり,電圧値をベースとした診断技術である.CMOS回路の場合この動作は貫通電流回路網を形成する.そして貫通網を形成するトランジスタを抵抗体に置き換えることで,その網のインピーダンス分割比から出力論理を電圧値として取り出す.この診断方式を実故障品の診断に適用し,有効性を確認できた.

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LSIの微細化,大規模化によりLSIの設計はもとよりテストにおいても,その作業はより複雑で高度なものになっている.同時にコスト削減のための更なる要求を満たすことが今日の厳しい競争を勝ち抜くための条件といえる.半導体ビジネスモデルは垂直統合型モデルだけでなく,ファブレスモデルの登場により従来のテストビジネスモデルでは対処できない課題も出てきた.本稿ではこのような時代の変化による課題に対し,新たなテストソリューションサービスについて解説する.

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