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基于三星11nm工艺MEMC可测性设计

基于三星11nm工艺MEMC可测性设计

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作者：关华宵西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于半导体制造技术的进步使得芯片设计的复杂性和芯片性能达到了空前的水平,芯片测试的成本所占比重也越来越高,因此芯片测试已成为纳米级片上系统SOC(System-on-Chip)设计的首要挑战。推动芯片测试不断发展的主要原因是消费类电子领... 详细信息

由于半导体制造技术的进步使得芯片设计的复杂性和芯片性能达到了空前的水平,芯片测试的成本所占比重也越来越高,因此芯片测试已成为纳米级片上系统SOC(System-on-Chip)设计的首要挑战。推动芯片测试不断发展的主要原因是消费类电子领域的巨大需求和复杂应用,无论是从数字电路、RF电路、存储器、再到模拟和数模混合信号的测试,以及这些电路在纳米级设计中的相互影响都是目前主要的研究方向。如何延长电池寿命,降低芯片运行和测试的功耗也是数字电路的研究重点之一。因此如何有效的测试芯片和低功耗设计尤为重要。本课题以上海晶晨半导体有限公司的TV芯片中的一个模块MEMC(Motion Estimation and Motion Compensation)为实验对象实现基于芯片级的可测性设计,保证stuck-at故障的故障覆盖率达到95%以上,Transition-delay故障的故障覆盖率达到90%以上,并在此基础上提出几种方案以提高故障覆盖率,分析功耗对于芯片的影响并提出几种降低功耗的解决方案。MEMC模块作为一个软IP(Intellectual Property)核,并未构建其测试框架,因此首先需要分析电路结构,通过初步综合预估寄存器数量和测试所需输入输出端口并在芯片级规划GPIO端口以满足此模块测试需求,对模块进行物理分区,基于11nm工艺选取合适的工艺库进行综合,在综合的同时替换扫描寄存器、串联扫描链、插入压缩逻辑和片上时钟控制器等实现全扫描测试结构。修改网表实现GPIO复用,分析并解决设计中可能会降低故障覆盖率的问题。利用时钟门控、Multi-bit寄存器、X-Filling等技术手段降低工作功耗。通过产生低翻转率的测试向量降低测试功耗,分析Shift Control技术和扫描排序技术实现降低测试功耗的可能性。本课题中的创新点包括以下几点:1、通过物理分区设计可有效的提高综合效果、减少编译时间、并简化设计约束和脚本。分析功耗与性能之间的关系选择合适的工艺库进行综合编译。2、插入压缩逻辑并通过GPIO复用设计有效解决芯片GPIO数量限制以提高测试效率。3、实现基于芯片级的扫描测试结构设计并对分析解决设计过程中遇到的问题,提出提高故障覆盖率的方案使得模块的stuck-at故障的故障覆盖率达到95%以上,Transition-delay故障的故障覆盖率达到90%以上。4、使用时钟门控,Multi-bit寄存器等手段降低工作功耗31.2%,使用模拟退火算法解决扫描排序问题,并通过MT-filling技术最小化测试过程中的平均功耗和峰值功耗。生成功耗较低的测试向量,使得扫描链的平均翻转率降低20～35%。

关键词：可测性设计 stuck-at故障 Transition-delay故障全扫描测试模拟退火算法

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