Enhancement of defect diagnosis based on the analysis of CMOS DUT behaviour

• Autores: Daniel Arumi Delgado
• Directores de la Tesis: Rosa Rodríguez Montañes (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2008
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Joan Figueras Pamies (presid.), José Antonio Rubio Solà (secret.), Víctor Hugo Champac Vilela (voc.), Camelia Hora (voc.), Michel Renovell (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
      • Circuitos integrados
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • Les dimensions dels transistors disminueixen per a cada nova tecnologia CMOS. Aquest alt nivell d'integració complica el procés de fabricació dels circuits integrats, apareixent nous mecanismes de fallada. En aquest sentit, els mètodes de diagnosi actuals no són capaços d'assumir els nous reptes que sorgeixen per a les tecnologies nanomètriques. A més, la inspecció física de fallades (Failure Analysis) no es pot aplicar des d'un bon començament, ja que els costos de la seva utilització són massa alts. Per aquesta raó, conèixer el comportament dels defectes i dels seus mecanismes de fallada és imprescindible per al desenvolupament de noves metodologies de diagnosi que puguin superar aquests nous reptes. En aquest context, aquesta tesi presenta l'anàlisi dels mecanismes de fallada i proposa noves metodologies de diagnosi per millorar la localització de ponts (bridge) i oberts (open). Per a la diagnosi de ponts, alguns treballs s'han beneficiat de la informació obtinguda durant el test de corrent (IDDQ). No obstant no han tingut en compte l'impacte del corrent de dowsntream. Per aquesta raó, en aquesta tesi s'analitza l'impacte d'aquest corrent degut als ponts i la seva dependència amb la tensió d'alimentació (VDD). A més, es presenta una nova metodologia de diagnosi basada en els múltiples nivells de corrent. Aquesta tècnica considera els corrents generats per les diferents xarxes connectades pel pont. Aquesta metodologia s'ha aplicat amb èxit a un conjunt de xips defectuosos de tecnologies de 0.18 µm i 90 nm.Com alternativa a les tècniques basades en corrent, els shmoo plots també poden ser útils per a la diagnosi. Tradicionalment s'ha considerat que valors baixos de VDD són més apropiats per a la detecció de ponts. Tanmateix es demostra en aquesta tesi que en presència de ponts connectant xarxes equilibrades, valors alts de VDD són fins i tot més apropiats que tensions baixes, amb la conseqüent implicació que això té per a la diagnosi.En relació als oberts, s'ha dissenyat i fabricat un xip amb la inclusió intencionada d'oberts complets (full opens) i oberts resistius. Experiments fets amb els xips demostren l'impacte de les capacitats d'acoblament de les línies veïnes. A més, pels oberts resistius s'ha comprovat la influència de l'efecte història i de la localització de l'obert en el retard. Tradicionalment s'ha considerat que el retard màxim s'obté quan un obert resistiu es troba al principi de la línia. No obstant això no es pot generalitzar a oberts poc resistius, ja que en aquests casos es demostra que el màxim retard s'obté per a una localització intermèdia. A partir dels resultats experimentals obtinguts amb el xip, s'ha desenvolupat una nova metodologia per a la diagnosi d'oberts complets a les línies d'interconnexió. Aquest mètode divideix la línia en diferents segments segons la informació de layout de la pròpia línia. Aleshores coneixent els valors de les línies veïnes, es prediu la tensió del node flotant, la qual es compara amb el resultat experimental obtingut a la màquina de test. Aquest mètode s'ha aplicat amb èxit a un seguit de xips defectuosos pertanyents a una tecnologia de 0.18 µm.Finalment, s'ha analitzat l'impacte que tenen els corrents de túnel a través del terminal de porta en presència d'un obert complet. Com les dimensions disminueixen per a cada nova tecnologia, l'òxid de porta és suficientment prim com per generar corrents de túnel que influencien el node flotant. Aquests corrents generen una evolució temporal al node flotant fins fer-lo arribar a un estat quiescent, el qual depèn de la tecnologia. Es comprova que aquestes evolucions temporals són de l'ordre de segons per a una tecnologia de 0.18 µm. Tanmateix les simulacions demostren que aquests temps disminueixen fins a uns quants µs per a tecnologies futures. Degut a l'impacte dels corrents de túnel, un seguit d'oberts complets s'han diagnosticat en xips de 0.18 µm.