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采用嵌入式測試器實(shí)現(xiàn)SoC中存儲子系統(tǒng)的良品率設(shè)計

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):609

        

    

    系統(tǒng)級芯片(soc)中存儲器容量的增加以及嵌入式存儲器支配整個裸片良品率的事實(shí),使良品率設(shè)計(dfy)面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),特別是在新興的90nm和65nm半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。由于嵌入式存儲器容易產(chǎn)生較高的缺陷率,會對整個芯片良品率和良品率管理產(chǎn)生重要影響,因而dfy成為制造的關(guān)鍵問題。

    傳統(tǒng)的存儲器測試和修復(fù)方法不能有效地管理當(dāng)前soc的復(fù)雜度和水漲船高的測試成本。為了克服這些挑戰(zhàn),半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)(ip)供應(yīng)商提出了一種稱為iip(基礎(chǔ)架構(gòu)ip)的新型ip,iip的作用就像嵌入芯片內(nèi)部的微型測試器。

    iip的例子包括用于邏輯和存儲器的內(nèi)建自測試(bist),以及用于嵌入式存儲器的內(nèi)建修復(fù)分析(bira)、內(nèi)建自修復(fù)(bisr)和錯誤校正代碼(ecc)。本文將討論這樣一種面向嵌入式存儲器測試和修復(fù)的iip,以及這種iip如何解決設(shè)計和制造過程各個階段的良品率問題。

    技術(shù)挑戰(zhàn)

    摩爾定律引領(lǐng)人們持續(xù)不斷地研究更復(fù)雜和更大規(guī)模的設(shè)計,工藝節(jié)點(diǎn)正在從130nm、90nm、65nm及以下節(jié)點(diǎn)向更小的硅特征尺寸前進(jìn)。這些更新的工藝技術(shù)造成設(shè)計規(guī)則復(fù)雜、制造和掩模成本更高。因此,面向如此先進(jìn)技術(shù)的設(shè)計團(tuán)隊需要了解其設(shè)計能否在可接受的良品率等級上具有可制造性。

    

    

    

    圖1:soc中存儲器的使用情況。

    傳統(tǒng)上,良品率問題一直屬于制造團(tuán)隊的研究范圍,但是,在上述先進(jìn)工藝技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)計工程師正將注意力轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計流程中的可制造性標(biāo)準(zhǔn)。采用新興技術(shù)導(dǎo)致良品率下降體現(xiàn)在三個方面:隨機(jī)缺陷、系統(tǒng)缺陷和參數(shù)缺陷。解決這些問題的良品率改進(jìn)方案有很多,貫穿設(shè)計到制造的產(chǎn)品流程的各個階段都要進(jìn)行良品率管理。

    這可以分類為對設(shè)計進(jìn)行邏輯添加和物理修正。物理修正的一個例子是良品率驅(qū)動的版圖設(shè)計,重點(diǎn)是修改影響設(shè)計性能并進(jìn)一步影響整體良品率的版圖設(shè)計規(guī)則。邏輯添加對設(shè)計添加測試結(jié)構(gòu)以幫助提高制造過程的良品率。測試結(jié)構(gòu)被設(shè)計用于檢測器件中因隨機(jī)、系統(tǒng)和參數(shù)缺陷造成的各種故障,以及修復(fù)嵌入式存儲器中的某些缺陷。

    新興技術(shù)使單芯片中能夠集成更多的嵌入式存儲器,進(jìn)而使存儲器成為soc中占據(jù)支配地位的組成部分,如圖1所示。嵌入式存儲器采用了比芯片上邏輯部分更先進(jìn)的規(guī)則進(jìn)行設(shè)計,因而缺陷級別更高。存儲器的結(jié)構(gòu)致密,實(shí)際上其缺陷密度的代表值是邏輯部分的兩倍。因?yàn)閕c中包含存儲器和邏輯部分,因此存儲器決定了整個soc的良品率。修復(fù)存儲器中的缺陷,就能夠改善整體良品率并實(shí)質(zhì)性節(jié)省制造成本。

    此外,先進(jìn)技術(shù)提供了廣泛的工藝選擇,滿足了在同一設(shè)計上具有不同存儲器容量和架構(gòu)的多種應(yīng)用(設(shè)計)的需要。對于需要存儲器測試和修復(fù)方案的多種存儲器架構(gòu)以及不同冗余配置的設(shè)計,這些挑戰(zhàn)增強(qiáng)了對良品率管理的需求。

    嵌入式存儲器測試和修復(fù)

    在嵌入式存儲器中管理良品率的一種方法是在制造修復(fù)過程中利用冗余或空閑單元。以歷史的觀點(diǎn)看,嵌入式存儲器一直具有自測試能力,但是不能自修復(fù)。近來,嵌入式存儲器因缺陷密度較高,被迫采用冗余單元,就像獨(dú)立式存儲器一樣。對給定的存儲器確定足夠及合適類型的冗余單元,需要存儲器設(shè)計知識和待選用工藝節(jié)點(diǎn)的歷史故障信息。這本身就是一個挑戰(zhàn),何況正確的冗余單元并不能解決全部問題。掌握存儲器缺陷檢測和定位的方法并分配冗余單元需要用到缺陷分布的制造知識。

    傳統(tǒng)的存儲器測試和修復(fù)方法依靠外部存儲器測試器和通用目的冗余分配軟件來修復(fù)存儲器,然而,不斷增加的測試成本促使人們開發(fā)嵌入到soc之中的集成式測試和修復(fù)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的存儲器測試和修復(fù)系統(tǒng)通常被嵌入到芯片上以診斷出現(xiàn)故障的存儲器位,并利用存儲器中的冗余資源(行或列或二者都用)修復(fù)出現(xiàn)故障的存儲器。

    

    

    

    圖2:star存儲器系統(tǒng)。

    這樣的系統(tǒng)由一個測試和修復(fù)處理器以及封包器(嵌入關(guān)鍵測試功能)構(gòu)成,以便與存儲器、儲存存儲器配置標(biāo)志的熔絲盒以及存儲器本身(包括冗余和非冗余存儲器)接口。處理器具有四個關(guān)鍵測試和修復(fù)功能:一個bist引擎用來創(chuàng)建存儲器的特定測試模式;一個bist診斷引擎用來分析和識別故障;bira、修復(fù)和冗余分

        

    

    系統(tǒng)級芯片(soc)中存儲器容量的增加以及嵌入式存儲器支配整個裸片良品率的事實(shí),使良品率設(shè)計(dfy)面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),特別是在新興的90nm和65nm半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。由于嵌入式存儲器容易產(chǎn)生較高的缺陷率,會對整個芯片良品率和良品率管理產(chǎn)生重要影響,因而dfy成為制造的關(guān)鍵問題。

    傳統(tǒng)的存儲器測試和修復(fù)方法不能有效地管理當(dāng)前soc的復(fù)雜度和水漲船高的測試成本。為了克服這些挑戰(zhàn),半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)(ip)供應(yīng)商提出了一種稱為iip(基礎(chǔ)架構(gòu)ip)的新型ip,iip的作用就像嵌入芯片內(nèi)部的微型測試器。

    iip的例子包括用于邏輯和存儲器的內(nèi)建自測試(bist),以及用于嵌入式存儲器的內(nèi)建修復(fù)分析(bira)、內(nèi)建自修復(fù)(bisr)和錯誤校正代碼(ecc)。本文將討論這樣一種面向嵌入式存儲器測試和修復(fù)的iip,以及這種iip如何解決設(shè)計和制造過程各個階段的良品率問題。

    技術(shù)挑戰(zhàn)

    摩爾定律引領(lǐng)人們持續(xù)不斷地研究更復(fù)雜和更大規(guī)模的設(shè)計,工藝節(jié)點(diǎn)正在從130nm、90nm、65nm及以下節(jié)點(diǎn)向更小的硅特征尺寸前進(jìn)。這些更新的工藝技術(shù)造成設(shè)計規(guī)則復(fù)雜、制造和掩模成本更高。因此,面向如此先進(jìn)技術(shù)的設(shè)計團(tuán)隊需要了解其設(shè)計能否在可接受的良品率等級上具有可制造性。

    

    

    

    圖1:soc中存儲器的使用情況。

    傳統(tǒng)上,良品率問題一直屬于制造團(tuán)隊的研究范圍,但是,在上述先進(jìn)工藝技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)計工程師正將注意力轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計流程中的可制造性標(biāo)準(zhǔn)。采用新興技術(shù)導(dǎo)致良品率下降體現(xiàn)在三個方面:隨機(jī)缺陷、系統(tǒng)缺陷和參數(shù)缺陷。解決這些問題的良品率改進(jìn)方案有很多,貫穿設(shè)計到制造的產(chǎn)品流程的各個階段都要進(jìn)行良品率管理。

    這可以分類為對設(shè)計進(jìn)行邏輯添加和物理修正。物理修正的一個例子是良品率驅(qū)動的版圖設(shè)計,重點(diǎn)是修改影響設(shè)計性能并進(jìn)一步影響整體良品率的版圖設(shè)計規(guī)則。邏輯添加對設(shè)計添加測試結(jié)構(gòu)以幫助提高制造過程的良品率。測試結(jié)構(gòu)被設(shè)計用于檢測器件中因隨機(jī)、系統(tǒng)和參數(shù)缺陷造成的各種故障,以及修復(fù)嵌入式存儲器中的某些缺陷。

    新興技術(shù)使單芯片中能夠集成更多的嵌入式存儲器,進(jìn)而使存儲器成為soc中占據(jù)支配地位的組成部分,如圖1所示。嵌入式存儲器采用了比芯片上邏輯部分更先進(jìn)的規(guī)則進(jìn)行設(shè)計,因而缺陷級別更高。存儲器的結(jié)構(gòu)致密,實(shí)際上其缺陷密度的代表值是邏輯部分的兩倍。因?yàn)閕c中包含存儲器和邏輯部分,因此存儲器決定了整個soc的良品率。修復(fù)存儲器中的缺陷,就能夠改善整體良品率并實(shí)質(zhì)性節(jié)省制造成本。

    此外,先進(jìn)技術(shù)提供了廣泛的工藝選擇,滿足了在同一設(shè)計上具有不同存儲器容量和架構(gòu)的多種應(yīng)用(設(shè)計)的需要。對于需要存儲器測試和修復(fù)方案的多種存儲器架構(gòu)以及不同冗余配置的設(shè)計,這些挑戰(zhàn)增強(qiáng)了對良品率管理的需求。

    嵌入式存儲器測試和修復(fù)

    在嵌入式存儲器中管理良品率的一種方法是在制造修復(fù)過程中利用冗余或空閑單元。以歷史的觀點(diǎn)看,嵌入式存儲器一直具有自測試能力,但是不能自修復(fù)。近來,嵌入式存儲器因缺陷密度較高,被迫采用冗余單元,就像獨(dú)立式存儲器一樣。對給定的存儲器確定足夠及合適類型的冗余單元,需要存儲器設(shè)計知識和待選用工藝節(jié)點(diǎn)的歷史故障信息。這本身就是一個挑戰(zhàn),何況正確的冗余單元并不能解決全部問題。掌握存儲器缺陷檢測和定位的方法并分配冗余單元需要用到缺陷分布的制造知識。

    傳統(tǒng)的存儲器測試和修復(fù)方法依靠外部存儲器測試器和通用目的冗余分配軟件來修復(fù)存儲器,然而,不斷增加的測試成本促使人們開發(fā)嵌入到soc之中的集成式測試和修復(fù)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的存儲器測試和修復(fù)系統(tǒng)通常被嵌入到芯片上以診斷出現(xiàn)故障的存儲器位,并利用存儲器中的冗余資源(行或列或二者都用)修復(fù)出現(xiàn)故障的存儲器。

    

    

    

    圖2:star存儲器系統(tǒng)。

    這樣的系統(tǒng)由一個測試和修復(fù)處理器以及封包器(嵌入關(guān)鍵測試功能)構(gòu)成,以便與存儲器、儲存存儲器配置標(biāo)志的熔絲盒以及存儲器本身(包括冗余和非冗余存儲器)接口。處理器具有四個關(guān)鍵測試和修復(fù)功能:一個bist引擎用來創(chuàng)建存儲器的特定測試模式;一個bist診斷引擎用來分析和識別故障;bira、修復(fù)和冗余分

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