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Document type: Dissertação
Title: Detecção de defeitos do tipo Resistive-Open em SRAM com o uso de lógica comparadora de vizinhança
Author: Lavratti, Felipe de Andrade Neves 
Advisor: Vargas, Fabian Luis
Abstract (native): O mundo de hoje é cada vez mais dependente dos avanços tecnológicos sendo os sistemas em chip (SoC, do inglês System-on-Chip) um dos principais alicerces desse avanço. Para tanto que a lei de Moore, que previu que a capacidade computacional dos SoCs dobraria a cada ano, já foi ultrapassada. Devido a essa forte demanda por crescimento novas tecnologias surgiram e junto novos modelos de falhas passaram a afetar a con abilidade dos SoCs. Os SoCs produzidos nas tecnologias mais avançadas (VDSM - Very Deep Sub-Micron), devido a sua alta integração de transistores em uma área pequena, passaram a apresentar um grande número de interconexões fazendo com que os defeitos do tipo Resistive-Open, que ocorrem nessas interconexões, se tornassem os maiores responsáveis por SoCs com defeitos escaparem os testes de manufaturas. Ainda, segundo projeções da SIA Roadmap, a área consumida pela SRAM será em torno de 95% da área utilizada por um SoC. E sabendo que essas memórias possuem inúmeras interconexões, existe uma grande probabilidade de ocorrer defeitos do tipo Resistive-Open em seus circuitos. Esses defeitos são capazes de causar falhas funcionais do tipo estáticas ou dinâmicas, de acordo com a sua intensidade. As falhas estáticas são sensibilizadas com apenas uma operação e as dinâmicas necessitam de duas ou mais operações para que sejam sensibilizadas. Os testes de manufatura mais utilizados para aferir a saúde dos SoCs durante o processo de manufatura são hoje ine cientes frente aos defeitos do tipo Resistive-Open. O mais comum deles é o March Test, que efetua operações de escrita e leitura na memória com o objetivo de sensibilizar falhas e por m detectá-las, entretanto é ine ciente para detectar as falhas do tipo dinâmicas porque é necessário efetuar mais operações que o tempo disponível permite para que essas falhas sejam sensibilizadas. Outro teste utilizado durante a manufatura chama-se teste de corrente quiescente (teste de Iddq), este monitora a corrente consumida do SoC como um todo durante a injeção de vetores nos sinais de entrada, o consumo de corrente do chip é comparado com limiares ou outro chip idêntico sob o mesmo teste para detectar defeitos, entretanto não é possível distinguir entre variações inseridas, nos sinais monitorados, pelos defeitos ou pelos corners, que são variações nas características dos transistores fruto do processo de manufatura. E, por m, o último teste que é apresentado é uma mistura dos dois testes anteriores, utiliza sensores de correntes e algoritmos de operações como em March Test onde que o defeito é detectado pelos sensores de corrente embutidos quando a corrente monitorada ultrapassa dado limiar, embora esse teste tenha condições de detectar defeitos que causam falhas dinâmicas e de não sofrerem in uência dos corners, ele é ine caz ao detectar defeitos do tipo Resistive-Open que possam ocorrer em qualquer local, com qualquer tamanho de impedância em uma SRAM executando qualquer operação, porque os defeitos do tipo Resistive-Open ora aumentam o consumo de corrente e ora o diminui de acordo com essas três características citadas. Comparações por limiares não têm condições de contornar esta di culdade. Com tudo isso, o objetivo desta dissertação de mestrado é propor uma técnica de detec ção de defeitos que seja capaz de vencer as três limitações dos testes convencionais de manufatura apontadas. Para a tarefa, sensores de corrente são utilizados associadamente com March Test, entretanto com o acréscimo de uma Lógica Comparadora de Vizinhança (LCV) que tomará para si a função de detectar defeitos, deixando os sensores apenas encarregados em transformar a corrente analógica em um sinal digital e que tem a capacidade de eliminar a necessidade do uso de limiares, junto com as demais limitações apontadas. A LCV monitora o comportamento de uma vizinhança células e, comparando-os entre si, acusa aquela ou aquelas células que se comportarem diferentemente das suas vizinhas como defeituosas, desta maneira a referência de comportamento correto é obtida da pró- pria vizinhança durante a execução do teste de manufatura, eliminando a necessidade de conhecimento prévio do tipo de distúrbio causado pelos defeitos do tipo Resistive-Open, trazendo facilidade na hora de projetar o sistema de detecção de defeitos e adicionado o poder de detectar qualquer defeito que gere alterações no sinal de corrente consumida das células da SRAM. Neste contexto, o sensor de corrente tem apenas a função de gerar o sinal digital, que é de 1 bit para cada sinal monitorado (V dd e Gnd) e modulado em largura de pulso (PWM), assim a LCV também tem sua complexidade diminuída, pois é constituída por apenas portas lógicas. A LCV e os sensores de corrente são utilizados durante o teste de manufatura, as comparações que ocorrem na vizinhança são efetuadas paralelamente nas células da mem ória, então o teste de manufatura necessita efetuar operações de acesso para excitar semelhantemente todas as células que participam da mesma vizinhança. O March Test é um teste que efetua operações desta natureza e, portanto, é utilizado para controlar a execução do teste e recolher os dados proveniente da LCV, que contém o resultado da detecção efetuada em cada vizinhança. A LCV, o sensor de corrente e o March Test juntos compõem a técnica de detecção de defeitos proposta nesta dissertação, e foram validados quanto as suas funções para comprovar que operam como projetados. Por m, a técnica proposta se mostrou capaz de detectar as 10 milhões de células defeituosas (com o defeito mais difícil de detectar que causa falha funcional dinâmica) em uma SRAM de 1Gbit, sem deixar passar nenhuma célula defeituosa pelo teste de manufatura, junto a isso, 294.890 células boas foram desperdiçadas, isto-é, foram dadas como defeituosas enquanto não tinham defeitos, o que representa apenas 0,029% de desperdício. Tudo isso, ao custo de área equivalente a área consumida por 56 células de memória, por coluna monitorada, e ao custo de um teste de manufatura que executa apenas 5 operações em cada linha da SRAM.
Abstract (english): The world we live today is very dependent of the technology advance and the Systemson- Chip (SoC) are one of the most important actors of this advance. As a consequence, the Moore's law has been outperformed due to this strong demand on the SoCs for growth, so that new silicon technologies has emerged along with new fault models that decreased the reliability of these devices. SoCs built using Very Deep Sub-Micron technology have a great number of interconnections, increasing the occurrence of Resistive-Open defects that occur on these interconnections up to the point where Resistive-Open defects have become the most important responsible for defective SoCs escaping the manufacturing tests. According to SIA Roadmap's projection, the area consumed by the SRAM on the SoC will be around 95% of the available area, knowing these memory have a great number of interconnections there is also a great probability of occurring Resistive-Open defects on the SRAM circuits which will compromise the overall SoC reliability. When found on SRAMs cells, these defects are able to cause dynamic and static functional faults according to its size, where static faults are sensitized by performing only one operation at the SRAM cell, while dynamic are sensitized by two or more operations. The most common manufacturing tests used to detect defective SoCs are today unable to detect dynamic faults caused by weak Resistive-Open defects. March test performs access on the memory with the intention of sensitizing the faults and detect them as consequence. Due to the higher number of operations necessary to sensitize dynamics faults, this test is not able to detect them properly. Another test is the Iddq test, which is able to detect the presence of defects by monitoring the overall current consumption of a SoC while it's being excited by a known vector of data on its inputs. The consumed current is compared to thresholds or to another similar device that is being excited on the same way. Iddq test is not able to distinguish the variations on current caused by process variations or defects presence. There is an other type of test using On-Chip Current Sensors (OCCS) with March tests that performs current monitoring on the circuits of the SoC and compare them with a threshold in order to set a ag when the monitored current gets higher or lower than a con gured thresholds. Because the mentioned test uses threshold, it is not able to detect Resistive-Open defects that could happen in any node, with any size, in the SRAM cell performing any operation. In this scenario the current consumption could be higher or lower than the defectless current consumption of a cell, making impossible to detect defects using thresholds. By all that, the objective of this dissertation is to propose a defect detection technique able to overcome the three mentioned limitations of preview explained tests. For that, OCCS are along with March test, but a Neighborhood Comparator Logic (NCL) has been included with the objective to perform the detections itself, removing from the OCCS the mission of nding defects. Now the OCCS is only responsible in converting the monitored current consumption signal to a one bit PWM digital signal. In this form, no threshold will be required because the NCL will obtain the reference of the correct current consumption (behavior reference) within the SRAM circuits, by comparing the neighboring cells and adopting the most common behavior as the reference one, so that it will detect those cells that behave di erently from the reference as defective ones. The neighborhood's cells are excited in a parallel form by the test processor, which performs a March test algorithm. The NCL, the OCCS and the March test, together, compose the proposed Resistive-Open detection technique, which has been validated on this work. As result, the proposed technique has shown being able to detect all of the 10 million defective cells of a 1Gbit SRAM containing the hardest defect to detect (small ones). No defective cell has escaped the simulated test and there was only 294,890 good cells being wasted, which represents 0.029% of the simulated SRAM cells. All of that, by costing only the equivalent to the area of 56 SRAM cells per monitored column and a manufacturing test that performs 5 operations per line of the SRAM.
Keywords: ENGENHARIA ELÉTRICA
MICROELETRÔNICA
ALGORITMOS
CIRCUITOS ELETRÔNICOS
TOLERÂNCIA A FALHAS (INFORMÁTICA)
CNPQ Knowledge Areas: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Institution Acronym: PUCRS
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Citation: LAVRATTI, Felipe de Andrade Neves. Detecção de defeitos do tipo Resistive-Open em SRAM com o uso de lógica comparadora de vizinhança. 2012. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2012.
Access type: Acesso Aberto
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/3045
Issue Date: 30-Mar-2012
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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