掃描測試提高130nm成品率

傳統基于掃描的實(shí)時(shí)(at-speed)延遲測試系統以系統時(shí)鐘的速度來(lái)檢查信號的躍遷。但對于130nm節點(diǎn)及以下的設計，實(shí)時(shí)測試已不足以檢測出許多設計路徑中的微小延遲缺陷。因此，我們需要一種新的檢測方法，能夠檢測所有電路路徑中的微小延遲，并且比實(shí)時(shí)測試速度更快。
由于像電阻斷路等故障并不會(huì )影響一個(gè)電路的整個(gè)邏輯結果，因此很難采用單時(shí)鐘(粘著(zhù)性故障)模式來(lái)進(jìn)行檢測。雖然其中一些缺陷可以采用IDDQ模式進(jìn)行檢測，但是，這種方式卻很難隔離和診斷檢測出來(lái)的故障，而且，盡管是在新設計中，相對較高的背景漏電流也會(huì )使IDDQ檢測很難進(jìn)行。
為了有效地檢測延遲缺陷，業(yè)內正在轉向路徑延遲測試。這種模式的檢測效果取決于一個(gè)故障傳輸以及最終觀(guān)測到的路徑中的松弛量(slack)。如果微小物理缺陷（small physical defect）與其觀(guān)測點(diǎn)相距過(guò)于松弛的話(huà)，就會(huì )無(wú)法觀(guān)測到缺陷，因為，松弛量過(guò)大就會(huì )延長(cháng)故障時(shí)間。

實(shí)時(shí)延遲測試
延遲測試生成算法基于可控性和可觀(guān)測性評估，趨向于沿著(zhù)最容易接近的路徑生成測試模式，這些算法以系統時(shí)鐘速度對瞬態(tài)變化進(jìn)行測試，其所選擇的路徑也趨向于最短。
如果在一個(gè)較短路徑中，模式生成器將故障劃分為“已測”，那么，生成器就不會(huì )再次對該故障進(jìn)行評估，而是沿著(zhù)較長(cháng)的路徑繼續觀(guān)測。因此，較短路徑中其他的微小缺陷可能就會(huì )被漏測，甚至被標記為已檢測。
例如，如圖1，假設在位置A有一個(gè)缺陷，并且缺陷效應可以在位置B或C觀(guān)測到，則自動(dòng)測試模式生成器將會(huì )沿著(zhù)底部較短的、到C的短路徑進(jìn)行檢測，因為這樣做相對容易并且速度較快，但如果沿著(zhù)頂部較長(cháng)路徑檢測，其發(fā)現微小缺陷的機會(huì )會(huì )更大。
圖 1

為了在現有測試軟件的局限性?xún)裙ぷ?現有軟件趨向于沿著(zhù)較短的、不重要的路徑檢測和劃分故障)并消除沿路的松弛量(消除逃脫測試的可能性)，可以使用比系統速度更快的新技術(shù)來(lái)測試芯片。

比實(shí)時(shí)延遲測試更快的測試技術(shù)
解決松弛問(wèn)題相當直接的辦法是在盡可能消除松弛的情況下創(chuàng )建測試模式。假設對測試生成或故障仿真不做任何變化，增加測試模式的時(shí)鐘速度就可以消除松弛量。
換言之，該方法仍然測試短路徑，但是測試速度將會(huì )變快。為了采用這種方法，必須確定合適的時(shí)鐘范圍，以便大部分路徑在盡可能小的松弛量下被測量。針對每一個(gè)時(shí)鐘域獲取電路中路徑長(cháng)度的分布，來(lái)確定時(shí)鐘范圍。一旦確定了范圍，就需要生成在這些不同速度下運行的測試模式，而且必須選擇每一個(gè)頻率增量的間隔。這些間隔可能再次引入松弛問(wèn)題，但是，工程師們可以選擇足夠小的間隔使松弛量為最小。理想情況下，測試生成器將為每一個(gè)具有最小可能松弛量的瞬變自動(dòng)創(chuàng )建測試。
在圖2中，FTAS（faster than at-speed）測試消除了沿著(zhù)路徑A到C的松弛，并允許在A(yíng)檢測故障。然而，為了這個(gè)測試成功，必須標記沿著(zhù)較長(cháng)路徑的觸發(fā)器。因此，為了以各種速度創(chuàng )建工作在實(shí)際硅片測試器上的測試模式，必須指示出那些不能以高于系統速度運行的路徑所反饋的觸發(fā)器，以便測量Xs(不必在意狀態(tài))。
圖 2

自動(dòng)生成FTAS測試的方法之一，是采用電路時(shí)序，為較短的路徑生成FTAS測試，并根據需要掩蔽較長(cháng)的路徑。根據從業(yè)內標準時(shí)序分析工具獲得的標準延遲格式(SDF)時(shí)序數據，可以為自動(dòng)測試程序生成器(ATPG)引擎提供時(shí)序信息。ATPG引擎以?xún)炔繛闇y試模式“安排時(shí)序”，并確定哪些觸發(fā)器要被不滿(mǎn)足所需時(shí)序的路徑反饋。然后自動(dòng)標記這些觸發(fā)器以便在模式集里測量X。
測試生成算法應該首先創(chuàng )建頻率最快的模式，然后依次創(chuàng )建頻率較慢的模式。隨著(zhù)測試生成的進(jìn)行，測試覆蓋率也逐漸被累計起來(lái)。而后續的測試模式運行不會(huì )再沿著(zhù)較慢的路徑測試這些故障，從而節省了測試生成和仿真的時(shí)間。

實(shí)際測試案例
我們研究了該方法在130nm圖像處理器上的應用，其中生成了大約27,000個(gè)雙時(shí)鐘延遲測試模式，實(shí)現了85%的瞬態(tài)故障覆蓋率。這些測試模式都是以功能速度(functional speed, 保持系統功能正常的運行速度)運行。盡管利用了這種魯棒（robust）的模式集，但在系統級測試里仍然發(fā)現了一些故障。
在芯片的特定路徑上，主時(shí)鐘域里，我們運行了靜態(tài)延遲分析以確定松弛量(假設時(shí)鐘以實(shí)時(shí)運行)，如圖3所示。注意大約一半的路徑松弛時(shí)間超過(guò)1ns。該芯片非常適合用做這些實(shí)驗，因為許多路徑都具有高松弛時(shí)間。增加大量短路徑，會(huì )增加故障效應流入短路徑和長(cháng)路徑的機會(huì )。
圖 3

這些芯片中有一個(gè)被發(fā)現沒(méi)有通過(guò)系統級測試的芯片X。芯片X通過(guò)了27,000個(gè)實(shí)時(shí)延遲測試模式的魯棒集，我們將此集合稱(chēng)為模式集P1。另外增加的1000個(gè)測試模式稱(chēng)為模式集P2，它們被定時(shí)為剛好超過(guò)兩倍功能時(shí)鐘速度(在鄰近某處對13%的延遲故障進(jìn)行檢測)。
在根據模式集P1劃分出的覆蓋率頂上，我們對模式集P2進(jìn)行了故障仿真，發(fā)現沒(méi)有額外故障被劃分出。這就表明，模式集P1已經(jīng)測試了由模式集P2覆蓋的所有故障，因此，兩個(gè)模式集的主要差異在于測試器上模式運行的速度。
我們又利用為低壓和高溫這樣的最壞情況生成的SDF文件創(chuàng )建了模式集P2。由于實(shí)際測試器條件比創(chuàng )建SDF的條件(較高溫度和較高電壓)要好一些，所以，我們線(xiàn)性地調整了延遲數據，直到測試模式以其額定速度開(kāi)始在實(shí)際硅片上開(kāi)始工作。我們無(wú)法以額定速度對觸發(fā)器進(jìn)行測量，所以必須正確地校正延遲數據以便掩蔽觸發(fā)器。根據經(jīng)驗，當我們將數據調整為其數值的95%時(shí)，為1.08 V和125