具改進可測內置電可擦可編程只讀存儲器的單片微計算機的製作方法

2023-10-08 13:55:49

專利名稱：具改進可測內置電可擦可編程只讀存儲器的單片微計算機的製作方法
技術領域：
本發明涉及單片微計算機，尤其涉及具有內置EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)的單片微計算機。
中央處理單元、數據存儲器、程序存儲器、總線系統和接口集成在單個半導體晶片上的計算機稱為「單片微計算機」。通常用掩模ROM(只讀存儲器)作為程序存儲器，在製造單片微計算機期間把被編程指令存儲在掩模ROM內。半導體晶片被分成一些窄區域，這些窄區域被分別用於單片微計算機的各個成品。重複沉積步驟、構圖步驟、摻雜步驟和其它眾所周知的步驟來製造單片微計算機，製造商得到單片微計算機的一些半成品。掩模ROM在這些半成品中是未完成的。在單片微計算機的半成品中形成場效應電晶體陣列，該陣列構成了掩模ROM。利用選擇生溝道摻雜對掩模ROM進行編程。用摻雜物雜質有選擇地摻雜這些場效應電晶體。通過摻雜使選定的場效應電晶體變成常導通型，而其它場效應電晶體仍為常截止型。這兩種場效應電晶體對應於兩種邏輯電平，把被編程指令存儲在了掩模ROM內。因此，單片微計算機是一個整體，掩模ROM與其它元件是不可分離的。此外，被編程指令是不可重寫的。
單片微計算機已有廣泛的應用。汽車動力元件的控制是這些應用的一個典型例子。單片微計算機是一控制單元的主要部分，該控制單元安裝在汽車內。單片微計算機順序執行存儲在程序存儲器內的被編程指令，控制燃油注入和引擎的運轉等。存儲在掩模ROM內的被編程指令免不了有錯誤。在把控制單元裝入汽車之後，可能發現了錯誤。汽車製造商有義務為用戶換一個新的控制單元。如上所述，被編程指令是不可重寫的，而且掩模ROM不可從單片微計算機中分離出來。這意味著汽車製造商要用新的控制單元來替換。這種替換成本很高。
為了減小損失，半導體製造商用EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)代替掩模ROM。EEPROM包括可尋址存儲單元，這些可尋址存儲單元用浮置柵極型場效應電晶體來實現。在製造商把被編程指令存入存儲單元陳列時，電子被有選擇地集中在存儲單元的浮置柵極，於是改變了選定存儲單元的閾值。高閾值和低閾值對應於兩種邏輯電平，被編程指令以不同閾值的形式存儲在EEPROM的存儲單元陣列中。
被編程指令是可擦除的，新的被編程指令存儲在EEPROM的存儲單元陣列中。當集中的電子從存儲單元的浮置柵極被抽出時，被編程指令就從存儲單元陣列中被擦除。在擦除之後，電子就再被有選擇地集中在存儲單元的浮置柵極，一組新的被編程指令被存入EEPROM的存儲單元陣列。雖然用EEPROM實現的程序存儲器不可從單片微計算機分離出來，但被編程指令是可重寫的。如果發現了錯誤，汽車製造商只重寫存儲在EEPROM內的被編程指令，修復工作不那麼昂貴。為此，對具有內置EEPROM的單片微計算機有極大需求。
具有內置EEPROM的單片微計算機的數據處理能力已有改進，對於複雜的任務需要大的程序存儲器和大的數據存儲器。數據總線已從4位經過8位、16位變為32位。地址線也已增大到12位-32位，EEPROM的數據存儲容量從1千字節增大到100千字節。因此，在單片微計算機中採用了大的EEPROM供存儲被編程指令用。
一旦製造過程結束，製造商就檢查成品，看所有元件是否都可操作，無任何故障。單片微計算機把地址信號從中央處理單元傳送給程序存儲器，而被編程指令從程序存儲器傳送給中央處理單元。因此，地址信號和被編程指令在內部各元件之間傳送，不傳出單片微計算機。為此，製造商在成品從半導體晶片分離成為晶片之前對其進行測試。
可在短時間內完成對中央處理單元、隨機存取存儲器、接口/輸入/輸出埠和定時器進行的測試。但是，對EEPROM的測試需較長時間。這是因為把電子注入浮置柵極和把電子從中抽出很花費時間。測試系統測試每一個EEPROM單元要花費幾個毫秒，測試EEPROM單元陣列要花費幾十分鐘。一塊半導體晶片上有若干個單片微計算機的成品，測試一塊半導體晶片需花費幾個小時。這導致生產率低下。在以下說明中，把未從半導體晶片分離的半導體晶片稱為「半導體區域」。
EEPROM的測試如下。第一種方法是利用內置測試電路的診斷。測試電路在製造過程期間與其它元件一道被集成在半導體區域上。測試電路順序尋址各EEPROM單元，並將一個測試模式寫入EEPROM單元。然後，測試電路讀出測試模式，把讀出的測試模式與寫入的測試模式作比較，看這些EEPROM單元是否保持測試模式，沒有反相測試位。當讀出的測試模式與寫入的測試模式一致時，測試電路就輸出表示診斷的診斷信號。
第二種方法使用內置測試程序。中央處理單元順序取供測試用的被編程指令，並執行這些被編程指令來產生地址信號和測試模式。把地址信號傳送給EEPROM單元，以便順序地從單元陣列中選擇EEPROM單元。把測試模式寫入選定EEPROM單元。一旦結束寫入，中央處理單元就順序尋址這些EEPROM單元，從中讀出該測試模式。讀出的測試模式與寫入的測試模式作比較，看這些EEPROM單元是否保持測試模式，沒有反相測試位。當讀出的測試模式與寫入的測試模式一致時，中央處理單元就把這些EEPROM單元診斷為無故障。
第三種方法是利用外部測試系統的診斷。該測試系統裝備有測試插板，該測試插板具有許多探頭。相反地，單片微計算機具有供測試用的附加輸入/輸出埠。測試系統把測試插板移向半導體晶片，使探頭與選定半導體區域中的輸入/輸出埠接觸。測試系統通過這些探頭和輸入/輸出埠把地址信號和測試模式傳送給選定半導體區域中的地址線和數據總線，把測試模式寫入EEPROM單元。然後，通過輸入/輸出埠把測試模式從這些EEPROM單元讀出至測試系統，測試系統檢查讀出的測試模式，看這些EEPROM單元是否保持測試模式，沒有反相測試位。當讀出的測試模式與寫入的測試模式一致時，中央處理單元就把這些EEPROM單元診斷為無故障。
因為有缺陷內置測試電路和有錯誤程序序列會作出錯誤診斷，所以第一和第二種方法不可靠。第三種方法很少作出錯誤診斷。但是，第三種方法需要附加的輸入/輸出埠。增大了地址碼和指令碼的寬度。內置EEPROM用16位地址信號尋址，指令碼由32位組成。測試系統需要由大量通信焊盤組成的附加輸入/輸出埠，製造商感到把大量焊盤分配給這些附加輸入/輸出埠有困難。這是第三種測試方法固有的第一個問題。
另一個問題是並行測試的困難。如上所述，對具有內置EEPROM的單片微計算機的測試是很費時的，最好能實現對多個半導體區域的並行測試。但是，對探頭有限制。標準測試系統只能夠與256個探頭進行通信，這些深頭在直徑為10-15釐米的圓形區域中形成。在並行測試期間，要求測試系統同時與在相鄰半導體區域中形成的輸入/輸出埠進行通信。在每一個半導體區域中以同一模式設計通信焊盤。製造商要把相同的信號提供給相應的通信焊盤，並要跨越相鄰半導體區域的邊界複雜地布置測試插板上的探頭。因此，對半導體晶片的並行測試不易實現。
未審查日本專利申請2-189946公開了一種測試插板。該未審查日本專利申請建議如附圖的

圖1所示沿半導體晶片22的兩個邊緣設置測試用的通信焊盤20。測試用的通信焊盤20用陰影線表示，以區別於其它焊盤。因為測試插板的探頭24平行地設置，沒有任何交叉，所以測試系統如圖2所示能夠同時與多個半導體晶片22進行通信。雖然焊盤和探頭的設置使測試系統能夠執行並行測試，但測試系統只與排成一行的半導體晶片進行通信，測試插板的長度限制了可被同時測試的半導體晶片的數目。
因此，本發明的一重要目的是提供具有內置EEPROM的單片微計算機，它使測試系統能夠同時測試比在上述未審查日本專利申請中測試的半導體晶片成品多的成品。
本發明人仔細考慮了上述問題，注意到如果每一成品的通信焊盤沿半導體晶片22的一個邊緣排列，則測試插板可用於兩行成品。
本發明人已能做到在EEPROM存儲容量相對小的情況下沿一個邊緣排列供EEPROM測試用的通信焊盤。但是，一旦存儲容量增大，就難於沿一個邊緣排列通信焊盤。具體來說，單片微計算機具有13個8位輸入/輸出埠，內置EEPROM通過32位地址總線和16位數據總線與中央處理單元進行通信。沿著單片微計算機的周緣形成160個通信焊盤，沿半導體晶片的每一個邊緣排列40個焊盤。這意味著供EEPROM測試用的通信焊盤被限於40個。為了進行EEPROM測試，測試系統需要16條數據線、32條地址線、2條電源線和至少5條控制信號線。需要的通信焊盤總數至少是55個。供EEPROM測試用的通信焊盤最好有60個。本發明人得出的結論是通信焊盤的多種用途將導致大容量EEPROM的一行通信焊盤。
根據本發明的一個方面，提供了在半導體晶片上製造的、具有數據處理模式和測試模式的單片微計算機，它包括中央處理單元，在數據模式中執行表示至少一個作業的被編程指令；電可擦可編程只讀存儲器，存儲在數據處理模式中被中央處理單元使用的一些信息段，這些信息段被測試以便確定在測試模式中它們是否被正確地保持；多個通信焊盤，分成在數據處理模式中僅供作業使用的第一通信焊盤組和在測試模式中供測試使用的第二通信焊盤組，沿半導體晶片的邊緣排列；多個導電通路，有選擇地連接在多個通信焊盤、中央處理單元和電可擦可編程只讀存儲器之間。
閱讀以下參看附圖的描述將更清楚具有內置EEPROM的單片微計算機的特點和優點，附圖中圖1是表示在未審查日本專利申請2-189946中公開的測試插板的平面圖2是表示同時被測試的4個半導體晶片的透視圖；圖3是表示本發明的單片微計算機所包括的主要元件的設置的方框圖；圖4是表示本發明的另一單片微計算機所包括的主要元件的設置的方框圖；圖5是表示傳送測試模式給寄存器的時序圖；圖6是表示把測試模式寫入存儲單元的操作的時序圖；圖7表示驗證寫入的測試模式的時序圖；圖8表示擦除的時序圖；圖9是表示在數據處理模式中單片微計算機的信號通路的方框圖；圖10是表示單片微計算機的元件和輸入/輸出埠的布圖的平面圖；圖11是表示測試EEPROM使用的測試插板的透視圖。
第一實施例元件的布置參看如圖的圖3，應用本發明的單片微計算機包括中央處理單元30、隨機存取存儲器32、定時器34、閃速型EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)36以及共享數據總線系統38。中央處理單元30和隨機存取存儲器32分別縮寫為「CPU」和「RAM」，它們都與共享總線系統38相連。隨機存取存儲器32主要用作數據存儲器，被編程指令存儲在EEPROM32中。EEPROM36的存儲容量相當小。地址信號、數據信號和指令信號通過共享總線系統38傳送。單片微計算機進入EEPROM32的「測試模式」，順序執行「數據處理模式」中給定任務的被編程指令。
該單片微計算機還包括輸入/輸出埠PORT1、PORT2、PORT3、PORT4和PORT6，以及有選擇地與這些輸入/輸出埠PORT1至PORT6連接的通信焊盤40。雖然未在圖3中示出，但焊盤40與信號引線電連接。輸入/輸出埠PORT1和PORT2用來在數據處理模式中與其它系統元件進行通信。儘管準備好了兩個以上的輸入/輸出埠與其它系統元件進行通信，但圖3隻示出了兩個輸入/輸輸出埠PORT1/PORT2。
輸入/輸出埠PORT3、PORT4及PORT6作為通用埠，可用於EEPROM測試。輸入/輸出埠PORT3、PORT4及PORT6與其它通信焊盤40電連接，後者再與信號引線(未示出)連接。在數據處理模式中，信號通過信號引線在系統元件和輸入/輸出埠PORT3、PORT4及PORT6之間傳送。但是，在測試模式中，外部測試器(未示出)通過通信焊盤40向輸入/輸出埠PORT3提供表示操作子模式的控制信號。單片微計算機響應該控制信號，使EEPROM有選擇地進入寫入子模式、驗證/讀出子模式和擦除子模式。
輸入/輸出埠PORT4被分配給地址信號。外部測試器(未示出)通過通信焊盤40向輸入/輸出埠PORT4提供地址信號，以確定EEPROM36中的存儲單元。輸入/輸出埠PORT6被分配給數據信號，數據信號通過通信焊盤40和輸入/輸出埠PORT6在外部測試器(未示出)和EEPROM36之間傳送。
測試焊盤42被分配給表示模式變換的控制信號，該控制信號在測試模式和數據處理模式之間改變單片微計算機。測試焊盤42與信號引線(未示出)連接，外部測試器向該測試焊盤42提供該控制信號。與輸入/輸出埠PORT3、PORT4及PORT6連接的測試焊盤42和通信焊盤40沿半導體晶片的一個邊緣43排列。
該單片微計算機還包括一組信號線44、一選擇器46、一組信號線48和一組信號線50。輸入/輸出埠PORT3通過信號線組44與選擇器46連接，信號線組48和50與選擇器46連接。信號線組48連接選擇器到共享總線系統38。選擇器46響應測試焊盤42處的控制信號，連接信號線組44到信號線組50或另一組信號線48。在單片微計算機運行在數據處理模式期間，測試焊盤42處的控制信號處於無效電平，選擇器46通過信號線組48把信號線組44連接到共享總線系統38。一旦測試焊盤42處的控制信號從無效電平改變為有效電平，選擇器46就連接信號線組44到另一組信號線50。
該單片微計算機還包括選擇器52、寄存器54和解碼器56。信號線組50和共享總線系統38與選擇52連接，選擇器52響應測試焊盤42處的控制信號，有選擇地連接信號線組50和共享總線系統38到寄存器54。解碼器56還與輸入/輸出埠PORT6連接。
當測試焊盤42處的控制信號表示測試模式時，選擇器52就連接信號線組50到寄存器54。於是，選擇器46和52就在測試模式中把表示操作子模式的控制信號從輸入/輸出埠PORT3傳送到寄存器54。該控制信號被暫存在寄存器54中，並被解碼器56解碼。解碼信號提供給EEPROM36的控制埠，在EEPROM36中建立指定的操作子模式。EEPROM36還具有數據埠，共享總線系統38直接與EEPROM36的該數據埠連接。
該單片微計算機還包括一組信號線58、一選擇器60、一組信號線62、一選擇器64和兩組信號線66和68。輸入/輸出埠PORT4通過信號線組58與選擇器60連接，選擇器60響應測試焊盤42處的控制信號有選擇地把信號線組58連接到信號線組62和信號線組68。信號線組62與共享總線系統38連接，另一組信號線68與另一選擇器64連接。共享總線系統38還與選擇器64連接，選擇器64響應測試焊盤42處的控制信號，以便通過信號線組66把信號線組68連接到EEPROM36的地址埠。於是，選擇器60和64就把地址信號從輸入/輸出埠PORT4傳送到EEPROM36的地址埠。
該單片微計算機還包括信號線組70和信號線72。輸入/輸出埠PORT6通過信號線組70與共享總線系統38連接。如以上對解碼器56所描述的那樣，解碼器56還與輸入/輸出埠PORT6連接，解碼信號從解碼器56傳送到輸入/輸出埠PORT6。解碼信號使輸入/輸出埠PORT6把信號從通信焊盤40傳送到共享總線系統38和把信號從共享總線系統38傳送到通信焊盤40。
信號線72與選擇器46、52、60、64的控制節點、輸入/輸出埠PORT3和PORT4的控制節點以及中央處理單元30的控制節點連接。表示操作模式的控制信號從測試焊盤42傳送到選擇器46、52、60和64、輸入/輸出埠PORT3/PORT4以及中央處理單元30。
選擇器46、52、60和64如上所述改變連接。測試焊盤42處的控制信號在工作和不工作之間改變中央處理單元30。當測試焊盤42處的控制信號表示數據處理模式時，中央處理單元30工作，執行給定任務的被編程指令。相反地，在出現表示測試模式的控制信號時，中央處理單元30不工作。該控制信號在信號傳送自通信焊盤40和信號傳送到通信焊盤40之間改變輸入/輸出埠PORT3和PORT4。一旦測試焊盤42處的控制信號表示測試模式，輸入/輸出埠PORT3和PORT4就把控制信號和地址信號從通信焊盤40傳送到相關的選擇器46和60。
EEPROM測試以下參看圖3說明EEPROM測試的要點。當單片微計算機的製造過程結束時，就分別在以矩陣形式排列在半導體晶片上的各窄半導體區域中獲得了該單片微計算機的一些成品。當把該半導體晶片分割為一些半導體晶片時，這些窄半導體區域就對應於這些半導體晶片。把半導體晶片輸送給外部測試器(未示出)，使測試插板(未示出)的探頭與至少兩行半導體區域中的各成品的通信焊盤40接觸。如上所述，輸入/輸出埠PORT3、PORT4及PORT6的通信焊盤40和測試焊盤42沿相鄰半導體區域之間的邊界、即沿邊緣43排列，所以探頭可以與這兩行中的各成品的通信焊盤40和測試焊盤42連接。於是，外部測試器通過測試插板可以與多個成品進行通信。但是，為清楚起見，只對成品之一概述EEPROM測試。
外部測試器向測試焊盤42提供表示測試模式的控制信號，該控制信號被分發給輸入/輸出埠PORT3和PORT4、中央處理單元30和選擇器46、52、60和64。中央處理單元30不工作，而輸入/輸出埠PORT3和PORT4做好了把信號從通信焊盤40傳送到相關選擇器46和50的準備。選擇器46和52選擇信號線組50，選擇器60和64選擇信號線組68。因此，輸入/輸出埠PORT3通過選擇器46、信號線組50和選擇器52與寄存器52連接，而輸入/輸出埠PORT4通過選擇器60、信號線組68、選擇器64和信號線組66與EEPROM36的地址埠連接。
外部測試器通過通信焊盤40把表示寫入子模式的控制信號提供給輸入/輸出埠PORT3。該控制信號從輸入/輸出埠PORT3傳送到寄存器54並存儲在其內。解碼器56根據該控制信號產生解碼信號，並把該碼信號提供給EEPROM36的控制埠和輸入/輸出埠PORT6。該解碼信號在EEPROM36中建立寫入子模式，使輸入/輸出埠PORT6做好通過信號線組70向共享總線系統38傳送數據信號的準備。
然後，外部測試器把表示地址位置的地址信號和表示測試模式的數據信號提供給輸入/輸出埠PORT3和PORT4。該地址信號通過信號線組44、選擇器58、選擇器60、信號線組68、選擇器64和信號線組66傳送到EEPROM36的地址埠，使EEPROM36把數據埠連接到該地址位置的存儲單元。相反地，數據信號通過信號線組70和共享總線系統38傳送到EEPROM36的數據埠，測試模式被寫入指定位置的存儲單元。
然後，外部測試器把表示驗證/讀出子模式的控制信號提供給輸入/輸出埠PORT3。該控制信號傳送給寄存器54，被解碼器56解碼。解碼信號在EEPROM36中建立驗證/讀出子模式，使輸入/輸出埠PORT6做好把信號從信號線組70傳送到相關通信焊盤40的準備。
外部測試器向輸入/輸出埠PORT4傳送地址信號，該地址信號傳送到EEPROM36的地址埠。內部讀出放大器使電路流向該地址位置的存儲單元，檢查電流路徑的電位電平，以便確定這些存儲單元是否使電流流向放電導線。如果測試模式已將選定的存儲單元改變為高閾值，則該選定存儲單元就不會提供任何導電通路，無電流流動。為此，該電流路徑保持高的電位電平。相反地，如果測試模式已將選定的存儲單元改變為低閾值，則選定存儲單元就在電流路徑和放電線路之間提供了一導電通路，並放電電流。這就導致電流路徑使電位電平減小。測試模式的測試位以閾值的形式存儲在存儲單元內，讀出放大器根據電流路徑上的電位電平鑑別存儲的位。讀出放大器產生表示讀出的測試模式的輸出數據信號，該輸出數據信號從地址埠通過共享總線系統38、信號線組70、輸入/輸出埠PORT6和通信焊盤40傳送到外部測試器。外部測試器比較讀出的測試模式和寫入的測試模式，以便確定存儲單元是否保持了測試模式，沒有反相測試位。對所有存儲單元重複上述序列，外部測試器把EEPROM36診斷為有故障或無故障。
然後，外部測試器把表示擦除子模式的控制信號提供給輸入/輸出埠PORT3。該控制信號傳送給寄存器54，被解碼器56解碼。解碼信號使EEPROM36進入擦除子模式，保持輸入/輸出埠PORT6。從所有存儲單元的浮置柵極電極中抽出累積的電子，從存儲單元陳列中擦除了測試模式。
最後，外部測試器再把表示驗證/讀出模式的控制信號提供給輸入/輸出埠PORT3，把地址信號提供給輸入/輸出埠PORT4。讀出放大器順序檢查各存儲單元，確定閾值是否返回初始狀態。EEPROM36利用數據信號報告結果，外部測試器確認各存儲單元的電流狀態。如果在存儲單元陣列的一部分中留有測試模式，外部測試器可重複擦除操作。
由以上說明可見，製造商沿半導體晶片的一個邊緣43排列供EEPROM測試用的通信焊盤40/41，外部測試器使兩行探頭與在半導體晶片上排成兩行的各成品的通信焊盤接觸。這樣做的結果是外部測試器同時診斷的成品數目是上述未審查日本專利申請的兩倍。因此，本發明的單片微計算機利用並行診斷提高了可測試性，減小了生產成本。
第二實施例元件的布置圖4表示應用本發明的另一單片微計算機。對應於第一實施例元件的元件用相同標號表示。但是，EEPROM36的存儲容量比第一實施例的大。在該單片微計算機中採用32位數據總線76和16位地址總線78，設置了14個輸入/輸出埠PORT0、PORT1、PORT2、PORT3、PORT4、PORT5、PORT6、PORT7、PORT8、PORT9、PORT10、PORT11、PORT12和PORT13與外部設備進行通信。斜線左側的數字表示通過總線或信號線組傳送的信號位數。這14個輸入/輸出埠PORT0至PORT13可在數據處理模式中用來進行通信。
輸入/輸出埠PORT3、PORT4和PORT6在EEPROM測試中被分配給表示操作子模式的控制信號、地址信號和數據信號。雖然16個地址位組成地址信號，但輸入/輸出埠PORT4通過8條信號線與選擇器60連接。在這種情況下，8個地址位從外部測試器向輸入/輸出埠PORT4傳送兩次。為此，在信號線組68和EEPROM36的地址埠之間插入了一些附加元件，用兩個選擇器64-1和64-2代替選擇器64。
第一個附加元件是選擇器80。選擇器80連接在信號線組68和兩個選擇器64-1和64-2之間，兩組信號線98-1和98-2連接在選擇器80和兩個選擇器64-1和64-2之間。選擇器80響應通信焊盤82處的控制信號，有選擇地通過信號線組98-1把信號線組68連接到選擇器64-1和通過信號線組98-2把信號線組68連接到另一選擇器64-2。
第二個附加元件是兩個8位地址寄存器84-1和84-2。選擇器64-1與8位地址寄存器84-1連接，另一選擇器64-2與另一8位地址寄存器84-2連接。這兩個地址寄存器84-1和84-2與EEPROM36的地址埠連接。
外部測試器首先把表示選擇器64-1的控制信號提供給選擇器80，把8個地址位提供給輸入/輸出埠PORTR4。這8個地址位通過選擇器80傳送給選擇器64-1，選擇器64-1再把它們傳送給8位地址寄存器84-1。然後，外部測試器改變控制信號以表示另一選擇器64-2。其餘8個地址位通過選擇器80傳送給另一選擇器64-2，選擇器64-2再把它們傳送給另一8位地址寄存器84-2。這樣一來，16位地址信號就存儲在了地址寄存器84-1和84-2中，由它們提供給EEPROM36的地址埠。向地址寄存器84-1和84-2傳送兩次8個地址位。因為在EEPROM測試中只需尋址8個通信焊盤，所以這一特點是EEPROM測試所需要的。
輸入/輸出埠PORT6接收8個數據位，EEPROM具有一32位輸入數據埠和一32位輸出數據埠。為此，同樣把一些附加元件插入數據傳送路徑之中。第一個附加元件是4個選擇器86-1、86-2、86-3和86-4以及連接在這4個選擇器86-1、86-2、86-3和86-4和EEPROM36的輸入數據埠之間的4個8位數據緩衝器88。數據總線76具有32條數據信號線。選自數據總線76的8條數據信號線與4個選擇器86-1、86-2、86-3和86-4的第一輸入埠連接。32條數據信號線分成4組，每組有8條數據信號線，這4組數據信號線分別與選擇器86-1、86-2、86-3和86-4的第二輸入埠連接。選擇器86-1、86-2、86-3和86-4響應測試焊盤42處的控制信號，有選擇地把第一輸入埠和第二輸入埠連接到數據緩衝器88。相反地，數據緩衝器88響應解碼信號，在數據寫入和數據讀出之間進行改變。
第二個附加元件是串聯連接在EEPROM36的32位輸出數據埠和32位數據總線76之間的選擇器90和92。32位輸出數據埠直接與選擇器92的第一輸入埠連接，還與選擇器90的4個8位輸入埠連接。選擇器90的8位輸出埠與選擇器92的第二輸入埠連接。2位控制信號由地址寄存器84-2提供給選擇器90的控制埠，使選擇器90有選擇地把4個8位輸入埠連接到另一選擇器92的第二輸入埠。選擇器92響應測試焊盤42處的控制信號，有選擇地把第一輸入埠和第二輸入埠連接到數據總線76。
通信焊盤94被分配給時鐘信號，該時鐘信號提供給中央處理單元30的時鐘埠、隨機存取存儲器32的時鐘埠、定時器34的時鐘埠和寄存器54的時鐘埠。與輸入/輸出埠PORT3、PORT4和PORT6連接的通信焊盤40、通信焊盤82和測試焊盤42都是EEPROM測試所需的，為此，它們都沿半導體晶片的邊緣99排列。於是在EEPROM測試中只使用了26個焊盤40/42和82。
EEPROM測試單片微計算機在封裝之前被測試。單片微計算機的成品排列在半導體晶片上。外部測試器具有類似圖2所示測試插板的測試插板，探頭同時與在半導體晶片上排成兩行的成品的焊盤40/42和82接觸。EEPROM測試如下進行。
首先，外部測試器把測試模式存儲在數據緩衝器88中。圖5表示往數據緩衝器88的數據傳送。外部測試器如帶圓圈的數字1所示把測試焊盤42處的控制信號改變為高電平，高電平表示EEPROM測試。然後，中央處理單元30不工作。輸入/輸出埠PORT3做好了從外部測試器接收控制信號的準備。選擇器46和52選擇信號線組50，選擇器60選擇信號線組68，選擇器86-1、86-2、86-3和86-4選擇信號線組96。
然後，外部測試器如帶圓圈的數字2所示把表示寫入子模式的控制信號提供給輸入/輸出埠PORT3。該控制信號通過選擇器46、信號線組50和選擇器52傳送給寄存器54，並寫入其內。該控制信號被解碼，解碼信號提供給EEPROM36、數據緩衝器88和輸入/輸出埠PORT6。解碼信號在EEPROM36中建立寫入子模式，使輸入/輸出埠PORT6做好從外部測試器接收數據信號的準備，使數據緩衝器86-1、86-2、86-3和86-4做好存儲數據信號的準備。
然後，外部測試器把表示測試模式的8位數據信號提供給輸入/輸出埠PORT6。該8位數據信號通過數據總線76、信號線組96和選擇器86-1、86-2、86-3和86-4傳送給數據緩衝器88，並存儲在這4個8位數據緩衝器88內。結果，測試模式存儲在每個8位數據緩衝器88內。
然後，外部測試器命令單片微計算機把測試模式寫入存儲單元。圖6表示寫入序列。外部測試器如帶圓圈的數字11所示把測試焊盤42處的控制信號改變為高電平。然後，中央處理單元30不工作。輸入/輸出埠PORT3和PORT4做好了從外部測試器接收控制信號和地址信號的準備。選擇器60選擇信號線組68，選擇器64-1和64-2選擇信號線組98-1和98-2。選擇器46和52保持信號線組50。
外部測試器把通信焊盤82處的控制信號改變為高電平。然後，選擇器80響應通信焊盤82處的控制信號，把信號線組68連接到信號線組98-1。外部測試器把表示地址較高部分的8位地址信號提供給輸入/輸出埠PORT4，該8位地址信號通過選擇器60、信號線組68、選擇器80、信號線組98-1和選擇器64-1傳送給地址寄存器84-1。該8位地址信號如帶圓圈的數字2所示存儲在地址寄存器84-1內。
然後，外部測試器把通信焊盤82處的控制信號改變為低電平。選擇器80響應通信焊盤82處的控制信號，把信號線組68連接到另一信號線組98-2。外部測試器把表示地址較低部分的8位地址信號提供給輸入/輸出埠PORT4，該8位地址信號通過選擇器60、信號線組68、選擇80、信號線組98-2和選擇器64-2傳送給地址寄存器84-2。該8位地址信號如帶圓圈的數字3所示存儲在地址寄存器84-2內。
外部測試器把表示寫入子模式的控制信號提供給輸入/輸出埠46，該控制信號通過選擇器46、信號線組50和選擇器52傳送給寄存器54，並如帶圓圈的數字4所示存入其內。該控制信號被解碼，解碼信號在EEPROM中建立寫入子模式。解碼信號命令數據緩衝器88把測試模式提供給EEPROM36的輸入數據埠。測試模式寫入被分配了與存儲在地址寄存器84-1和84-2內的地址相同的地址的存儲單元內。
外部測試器順序地將地址較低部分遞增4，測試模式被同時寫入選定的存儲單元。一旦地址較低部分遞增到FFH，外部測試器就把通信焊盤82處的控制信號改變為高電平，並將地址較高部分遞增1。外部測試器就把通信焊盤82處的控制信號改變為低電平，並順序地遞增地址較低部分。最後，測試模式被寫入所有存儲單元。
一旦完成寫入，外部測試器就如圖7所示執行驗證。外部測試器如帶圓圈的數字1所示把測試焊盤42處的控制信號改變為高電平。該控制信號使輸入/輸出埠PORT3和PORT4做好從外部測試器接收控制信號和地址信號的準備，選擇器64-1和64-2分別把信號線組98-1和98-2連接到地址寄存器84-1和84-2。選擇器92把選擇器90連接到數據總線76。
外部測試器向輸入/輸出埠PORT3提供表示驗證子模式的控制信號。該控制信號通過選擇器46、信號線組50和選擇器52傳送到寄存器54，該控制信號如帶圓圈的數字2所示存儲在寄存器54內。該控制信號被解碼，解碼信號提供給EEPROM36和輸入/輸出埠PORT6。在EEPROM36中建立驗證子模式，輸入/輸出埠PORT6做好了向外部測試器傳送數據信號的準備。EEPROM36把讀出放大器(未示出)的閾值設定為預定電平，啟動輸出數據埠。
外部測試器把通信焊盤82處的控制信號改變為高電平。該控制信號提供給選擇器80，選擇器80把信號線組68連接到信號線組98-1。外部測試器把8位地址信號提供給輸入/輸出埠PORT4。該8位地址信號通過選擇器60、信號線組68、選擇器80、信號線組98-1和選擇器64-1傳送給地址寄存器84-1，並如帶圓圈的數字3所示存儲在該地址寄存器84-1內。
外部測試器把通信焊盤82處的控制信號改變為低電平。該控制信號提供給選擇器80，選擇器80把信號線組68連接到信號線組98-2。外部測試器把8位地址信號提供給輸入/輸出埠PORT4。該8位地址信號通過選擇器60、信號線組68、選擇器80、信號線組98-2和選擇器64-2傳送給地址寄存器84-2，並如帶圓圈的數字4所示存儲在該地址寄存器84-2內。於是就在地址寄存器84-1和84-2內存儲了一地址，並把該地址提供給了EEPROM36的地址埠。
EEPROM通過電流路徑把讀出放大器連接到被指定了該地址的存儲單元，讀出放大器使電流通過電流路徑流向該選定的存儲單元。讀出放大器檢查電流路徑的電位電平，確定該選定的存儲單元是否放電電流。如果該存儲單元放電電流，則相關電流路徑的電位電平就變為低於閾值。相反地，如果該存儲單元將相關電流路徑與放電線路隔離開來，則電位電平就超過閾值。讀出放大器確定存儲在選定存儲單元內的測試位的邏輯電平，並把表示被讀出測試模式的8位數據信號提供給輸出數據埠。
地址寄存器84-2把最低兩個位提供給選擇器90作為控制信號，該選擇器有選擇地把輸出數據埠的32個輸出節點連接到選擇器92。選擇器92通過數據總線76把8位數據信號傳送給輸入/輸出埠PORT6，該8位數據信號如帶圓圈的數字5所示再從該輸入/輸出埠PORT6傳送給外部測試器。外部測試器將讀出的測試模式與寫入的測試模式作比較，對存儲單元進行診斷。在最低兩個位從
變為[11]過程中，外部測試器就檢查了從選定的字讀出的4個測試模式。
外部測試器重複分別用帶圓圈的數字4和5表示的步驟，將地址遞增1。讀出的測試模式到達4組輸出節點。但是，選擇器90順序地連接這4組輸出節點到選擇器92，所有讀出的測試模式都通過輸入/輸出埠PORT6提供給外部測試器。
一旦地址較低部分遞增到FFH，外部測試器就將地址較高部分遞增1，並重複分別用帶圓圈的數字4和5表示的步驟。於是，32個測試位被分成4組，通過輸入/輸出數據埠PORT6把它們從EEPROM36順序地讀出至外部測試器。這樣就減少了驗證所用的通信焊盤40。
然後，外部測試器從EEPROM36中擦除測試模式。圖8表示擦除操作。外部測試器如帶圓圈的數字1所示把測試焊盤42處的控制信號改變為高電平。在單片微計算機中建立了測試模式之後，外部測試器就向輸入/輸出埠PORT3提供表示擦除子模式的控制信號。該控制信號傳送到寄存器54，並如帶圓圈的數字2所示存儲在該寄存器54內。該控制信號被解碼，解碼信號EEPROM36中建立擦除子模式。然後，累積的電子作為Fowler-Nordheim隧道電流從存儲單元的浮置柵極中被抽出。
在擦除之後，外部測試器重複驗證以確定是否已從所有存儲單元中擦除了測試模式。一旦被擦除狀態得到確認，外部測試器就結束EEPROM測試。
在測試後，半導體晶片被分割成為半導體晶片，這些半導體晶片被封裝在合適的外殼裡。通信焊盤40與信號引線連接。在單片微計算機工作在數據處理模式中時，如圖9所示，輸入/輸出數據埠PORT3和PORT4分別通過用灰箭頭A1和A2表示的8位數據通路與數據總線76連接，中央處理單元30通過用灰箭頭A3表示的32位數據通路與數據總線76連接、通過用灰箭頭A4表示的16位地址通路與EEPROM36的地址埠連接，在數據總線76和EEPROM36的輸入數據埠/輸出數據埠之間設置了用灰箭頭A5和A6表示的32位數據通路。本發明的單片微計算機在數據處理模式中的操作與標準單片微計算機的相同，為簡單起見，以下不再說明。
圖10表示各元件和輸入/輸出埠PORT0至PORT13的布局。電源提供給焊盤EP，焊盤GND接地。測試焊盤42、通信焊盤82以及輸入/輸出埠PORT3、PORT4和PORT6沿半導體晶片103的邊緣102排列。EEPROM36佔據一矩形區域，該矩形區域的長邊100與邊緣102平行。因此，EEPROM測試所用的焊盤40、42和82的大多數都通過半導體晶片上短的信號線與各元件連接，信號的傳播無嚴重延遲。
由以上描述可見，如圖11所示，外部測試器通過探頭24與在半導體晶片上排成兩行的成品104同時進行通信。製造商完成EEPROM測試所需的時間只是已有技術EEPROM測試所需時間的一半。於是，製造商減少了EEPROM測試的成本。
雖然已描述了本發明的一些具體實施例，但不超出本發明的範圍，本領域普通技術人員可作出各種改進。
例如，代替共享總線38，另一種單片微計算機可以具有數據總線和地址總線。
可把地址信號分成兩個以上的地址位組。在這種情況下，用具有一個以上焊盤的埠代替通信焊盤82。
還一種單片微計算機可以間斷地傳送地址位組，但32位數據信號在32位數據埠和EEPROM36的數據埠之間傳送。
再一種單片微計算機可以間斷地在EEPROM36和數據埠PORT6之間傳送數據位組，但16位地址信號直接提供給地址埠。
權利要求
1.在半導體晶片(103)上製造、具有數據處理模式和測試模式的單片微計算機，包括中央處理單元(30)，在所述數據處理模式中執行表示至少一個作業的被編程指令；電可擦可編程只讀存儲器(36)，存儲在所述數據處理模式中被所述中央處理單元(30)使用的一些信息段，所述這些信息段被測試以便確定在所述測試模式中它們是否被正確地保持；多個通信焊盤，分成在所述數據處理模式中僅供所述作業使用的第一通信焊盤組(PORT1/PORT2；PORT0-PORT2/PORT5/PORT7-PORT13)和在所述測試模式中供測試使用的第二通信焊盤組(PORT3/PORT4/PORT6/42；PORT3/PORT4/PORT6/42/82)；多個導電通路，有選擇地連接在所述多個通信焊盤、所述中央處理單元和所述電可擦可編程只讀存儲器之間，其特徵在於所述第二通信焊盤組的通信焊盤沿所述半導體晶片的一個邊緣(43；99；102)排列。
2.權利要求1的單片微計算機，其中所述多個導電通路包括第一導電通路(70；96/86-1-86-4/88/90/92)，在所述測試模式中連接在所述第二通信焊盤組的第一子組(PORT6)和所述電可擦可編程只讀存儲器(36)的數據埠之間，把表示要被寫入所述電可擦可編程只讀存儲器之中的寫入測試模式的第一數據信號傳送給所述數據埠，把表示從所述電可擦可編程只讀存儲器中讀出的讀出測試模式的第二數據信號傳送給所述第一子組(PORT6)，第二導電通路(58/60/68/64/66；60/68/80/98-1，89-2/64-1，64-2/84-1，84-2)，在所述測試模式中連接在所述第二通信焊盤組的第二子組(PORT4)和所述電可擦可編程只讀存儲器(36)的地址埠之間，傳送表示地址位置的第一地址信號，所述測試模式將在該電址位置處寫入所述地址埠，以及第三導電通路(44/46/48/52/54/56；46/52/54/56)，在所述測試模式中連接在所述第二通信焊盤組的第三子組(PORT3)和所述電可擦可編程只讀存儲器的控制埠之間，把表示進行所述測試的指令的第一控制信號傳送給所述控制埠。
3.權利要求2的單片微計算機，其中所述電可擦可編程只讀存儲器(36)佔據所述半導體晶片(103)的一矩形區域，該矩形區域的一對邊線基本上與所述邊緣(102)平行，所述第一導電通路、所述第二導電通路和所述第三導電通路沿所述邊緣和所述一對邊線之一(100)在所述第二通信焊盤組的所述第一、第二和第三子組之間延伸。
4.權利要求2的單片微計算機，其中所述多個導電通路還包括起共享總線作用的第四導電通路(38)，所述第一導電通路具有連接在所述第二通信焊盤組的所述第一子組(PORT6)和所述第四導電通路之間的第一導電子通路(70)以及連接在所述第四導電通路和所述數據埠之間的第二導電子通路。
5.權利要求2的單片微計算機，其中所述第三導電通路具有用來存儲表示所述指令的所述第一控制信號的寄存器(52)和連接在所述寄存器和所述控制埠之間的解碼器(54)，把所述指令傳送給所述電可擦可編程只讀存儲器(36)。
6.權利要求2的單片微計算機，其中所述第一子組(PORT6)、所述第二子組(PORT4)和所述第三子組(PORT3)是雙向信號埠，還可用於所述數據處理模式。
7.權利要求6的單片微計算機，其中所述多個導電通路還具有起共享總線作用的第四導電通路(38)，第五導電通路(62)，與所述第四導電通路連接，在所述數據處理模式中在所述第二子組和所述第四導電通路之間傳送第三數據信號，第六導電通路(48)，與所述第四導電通路連接，在所述數據處理模式中在所述第三子組和所述第四導電通路之間傳送第四數據信號，第七導電通路，與所述第四導電通路連接，在所述數據處理模式中把第二地址信號傳送給所述地址埠，以及第八導電通路，與所述第四導電通路連接，把表示所述指令的第二控制信號傳送給所述控制埠。
8.權利要求7的單片微計算機，其中所述第二導電通路具有把所述第二子組(PORT4)有選擇地連接到所述第二導電通路和所述第五導電通路(62)的第一選擇器(60)以及把所述第二導電通路和所述第七導電通路有選擇地連接到所述電可擦可編程只讀存儲器(36)的所述地址埠的第二選擇器(64)，所述第三導電通路具有把所述第三子組(PORT3)有選擇地連接到所述第三導電通路和所述第六導電通路的第三選擇器(46)以及把所述第三導電通路和所述第八導電通路有選擇地連接到所述電可擦可編程只讀存儲器(36)的所述控制埠的第四選擇器(52)。
9.權利要求8的單片微計算機，其中所述第二導電焊盤組還具有用來傳送表示所述數據處理模式和所述測試模式之一的第三控制信號的第四子組(42)，所述第一選擇器、所述第二選擇器、所述第三選擇器和所述第四選擇器響應所述第三控制信號，根據所述第三控制信號表示的操作模式的不同改變自己內部的導電通路。
10.權利要求9的單片微計算機，其中所述第四選擇器(52)把所述第三導線和所述第四導線有選擇地連接到寄存器(54)，以便存儲所述第一和第二控制信號之一，所述寄存器通過解碼器(56)與所述控制埠連接，把所述第一和第二控制信號之一解碼為表示所述指令的解碼信號。
11.權利要求10的單片微計算機，其中所述解碼信號之一提供給所述第一子組(PORT6)，有選擇地傳送所述第一數據信號和所述第二數據信號。
12.權利要求2的單片微計算機，其中所述第一地址信號被分成多個地址位組，這些地址位組從所述第一子組(PORT4)間斷地傳送到所述地址埠。
13.權利要求12的單片微計算機，其中所述第二導電通路具有用來分別存儲所述多個地址位組的多個地址寄存器，這些地址寄存器與所述地址埠連接，把所述第一地址信號提供給所述地址埠。
14.權利要求13的單片微計算機，其中所述第二導電通路還具有連接在所述第二子組(PORT4)和所述多個地址寄存器(84-1/84-2)之間的第一選擇器(80)，所述第二通信焊盤組還具有第四子組(82)，該子組(82)在所述測試模式中把第二控制信號傳送給所述第一選擇器(80)，以便有選擇地把所述第二子組連接到所述多個地址寄存器。
15.權利要求14的單片微計算機，其中所述多個導電通路還包括與所述中央處理單元(30)連接的、在所述數據處理模式中把第二地址信號傳送給所述地址埠的第四導電通路(78)，所述第二導電通路還具有多個第二選擇器(64-1/64-2)，它們響應表示操作模式的第三控制信號，根據所述第三控制信號表示的操作模式有選擇地把所述第一選擇器(80)和所述第四導電通路(78)連接到所述多個地址寄存器。
16.權利要求2的單片微計算機，其中所述第一導電通路具有平行排列的、與所述電可擦可編程只讀存儲器的所述數據埠連接的多個數據寄存器(88)，所述第一數據信號同時提供給所述多個數據寄存器，以便把所述寫入測試模式存儲在所述多個數據寄存器的每一個之中。
17.權利要求16的單片微計算機，其中所述第一導電通路還具有與所述數據埠連接、有選擇地把所述數據埠的導電節點連接到所述第一子組(PORT6)的第一選擇器(90)。
18.權利要求17的單片微計算機，其中所述多個導電通路還具有起總線系統作用的第四導電通路(76)，所述第一導電通路還具有連接在所述第一子組(PORT6)和所述第四導電通路(76)之間的第一導電子通路，平行地連接在所述第四導電通路和所述多個數據寄存器(88)之間的多個第二導電子通路(96)，以及與所述第一選擇器連接、通過所述第四導電通路和所述第一導電子通路把所述讀出測試模式傳送給所述第一子組的第三導電子通路。
19.權利要求2的單片微計算機，其中所述第一地址信號分成多個地址位組，這些地址位組從所述第一子組間斷地傳送到所述地址埠，所述第一導電通路具有平行排列的、與所述電可擦可編程只讀存儲器的所述數據埠連接的多個數據寄存器(88)，所述第一數據信號同時提供給所述多個數據寄存器，以便把所述寫入測試模式存儲在所述多個數據寄存器的每一個之中。
20.權利要求19的單片微計算機，其中所述第一子組(PORT6)、所述第二子組(PORT4)和所述第三子組(PORT3)還可在所述數據處理模式中用於數據傳送。
21.權利要求20的單片微計算機，其中所述多個導電通路還包括起地址總線作用把第二地址信號從所述中央處理單元傳送到所述地址埠的第四導電通路(78)，起數據總線作用的第五導電通路(76)，與所述第四導電通路連接、在所述數據處理模式中把第三數據信號傳送到所述數據埠的第六導電通路，與所述數據埠連接、在所述數據處理模式中傳送來自所述數據埠的第四數據信號的第七導電通路，以及在所述第二子組和所述第四導電通路之間與所述第五數據信號連接的第八導電通路，所述第一導電通路還具有連接在所述第一子組(PORT6)和所述第四導電線路(76)之間的第一導電子通路，平行地與所述數據埠連接、每一個都存儲所述寫入測試模式的所述多個數據寄存器(88)，連接在所述第四導電通路和所述多個數據寄存器之間、用來把所述第一數據信號同時提供給所述多個數據寄存器的第二導電子通路(96)，根據操作模式的不同有選擇地把所述第二導電子通路和所述第六導電通路連接到所述多個數據寄存器的第一選擇器(86-1至86-4)，與所述數據埠連接以便有選擇地傳送來自所述數據埠的連接導電節點的所述讀出測試模式的第二選擇器(90)，與所述第四導電通路(76)連接、有選擇地傳送所述第二數據信號和所述第四數據信號的第三導電子通路，以及根據所述操作模式的不同有選擇地連接所述第二選擇器和所述第七導電通路到所述第三導電子通路的第三選擇器(92)，以及所述第二導電通路包括間斷地傳送所述地址位組的第一導電子通路(68)，根據所述操作模式的不同把所述第二子組(PORT4)有選擇地連接到所述第八導電通路和所述第二導電通路的所述第一子通路的第四選擇器(60)，分別存儲所述地址位組的多個地址寄存器(84-1/84-2)，把所述第二導電通路的所述第一導電子通路有選擇地連接到其輸出埠的第五選擇器(80)，以及根據所述操作模式的不同有選擇地把所述第五選擇器的所述輸出埠和所述第四導電通路連接到所述多個寄存器的第六選擇器(64-1/64-2)。
22.權利要求1的單片微計算機，其中所述各信息段表示所述被編程指令。
全文摘要
在單片微計算機內的EEPROM(36)存儲被編程指令代碼,在把半導體晶片分割成半導體晶片之前對該EEPROM(36)進行測試,在EEPROM測試中使用的焊盤(PORT6,PORT4,PORT3,42)沿半導體晶片的一個邊緣(43)排列,使外部測試器能夠同時將兩行探頭與之接觸,由此提高可測試性。
文檔編號G06F11/26GK1252562SQ9911167
公開日2000年5月10日 申請日期1999年8月5日 優先權日1998年8月5日
發明者吉江武生 申請人:日本電氣株式會社