Detecção de defeitos do tipo Resistive-Open em SRAM com o uso de lógica comparadora de vizinhança - Lavratti, Felipe de Andrade Neves (2012)
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.