一种SRAM失效问题等效分析方式

一种 SRAM失效问题等效分析方式

摘要：在控制器芯片设计中，SRAM作为不可缺少的一个IP，其设计的稳定性及对失效率的精准控制成为芯片设计的重中之重，在SRAM的设计及布线时的不规范，导致SRAM失效率居高不下。本文基于项目实践通过对SRAM在低温-25摄氏度下，SRAM高失效率问题进行分析和研究，明确了在IP设计以及布线时线间距走向对失效率的作用，通过调节芯片设计及布线方式，使SRAM失效率基本降为0，问题得到有效解决。

关键词：SRAM，失效，IP，失效分析，验证；

1.

引言

集成电路在摩尔定律的快速推动下，处理能力在不断提高，运算速率也在指数型增长，SRAM的读取速率也随之加快，导致Sram设计上的不规范就会快速反应到芯片上。

本文以SRAM在低温下的高失效率为例，详细介绍了一种基于Sram失效率分析的等效替换问题分析方式。

1.

问题概述

在一个基于智能卡开发的项目中，其SRAM为某厂的IP，公司在实际项目使用中，测试发现在低温-25度下，其Sram失效率大概在3%左右，产品良率不达标。

环境介绍：高低温箱设置-25摄氏度，设备采用同测设备（可同时测试200张样卡）。

问题现象：在进行24H，Ram筛选测试时，部分样卡会在测试20H左右出现Ram失效问题。

通过一系列的实验确认问题在低压1.98V及低温-25度下，问题样卡的问题复现率比较大。在常温\高温或3.3V及异常温度电压点，问题也可以复现，但复现率极低。针对这种概率性的问题分析，在测试方来看，目前通用的分析手段就是环境排除法，确认相关触发条件如：温度，电压等等。本项目在各个温度节点及电压下均有失效问题，但问题复现率不同，可以明确和温度及电压相关，但进一步的问题定位就无从下手。

1.

问题分析

针对这种无法从测试角度进一步分析的Sram失效问题，环境排除法已经失效。如何进一步定位问题点，这便是本章介绍的环境分析法。针对失效环境，采集各角度的测试信号，包含和芯片通讯的各个接口信号，环境温度变化信号，意外干扰信号等等。整个问题分析确认过程可以大体分九步进行：

一，针对测试环境，剖析可能存在的异常点。频率，电压，温度，测试时长，出错循环次数等；在本次问题分析中测试出错失效现场及同测设备失效现场如下：

图示2，测试条件及失效现场

二，构建异常环境。根据采集测试数据相关性确认分析方向，即关联性最大的方向。构建异常测试环境，寻求可复现失效问题或测试异常的环境条件。分别针对温度，电压，频率构建异常测试环境，在进行了一系列的测试后，确认了

接口通讯信号的稳定性及干扰对失效问题的复现关联性比较大。采集的测试异常

波形如下：

图示4，同侧设备及VCC=1.62V/3.3V/5.5V干扰波形

三，根据确认的异常环境，进一步剖析分析方向。设计并构建更多的异常点，shmoo异常测试二维图，初步确认问题根源；

图示1，干扰毛刺宽度、深度与问题关系图

四，设计参与构建失效环境精准确认问题点。基于初步确认的失效现场，

由设计参与构建问题分析现场点。测试其他样卡（包含失效样卡和PASS样卡），看是否可复现问题。如下为定点加扰下的测试波形图，定点加扰基于设计给出的

逻辑操作时间动作点，由此确认设计上的动作异常。

图示1，MP300固定干扰位置测试波形及毛刺放大图

五，构建针对性实验。COS中按一定规律擦写SRAM空间，控制干扰加入的

时间点，确认失效地址数据是否符合预期。

图示1，干扰固定操作地址-失效记录

六，进一步确认是SRAM的擦失效还是写失效。构建测试COS的默认SRAM 背景数据并实时更新数据，测试异常SRAM操作后的数据，确认失效操作。

图示1，变更存储器默认数据-失效记录

七，仿真确认，根据测试确认的失效机理，在仿真中构建相同异常点，确认是否可复现问题。仿真确认问题符合预期，可复现失效问题。

图示1，仿真结果

八，修正异常点；改版

针对异常失效问题进行改版芯片设计。

九，修正后问题失效测试；

改版芯片在失效环境中复测问题，测试10张样卡均pass；

5．效果验证

改版芯片选取2000颗进行整套可靠性测试，测试结果SRAM失效率降为0。

6 结论

从上述分析及实验结果看，针对此类SRAM失效问题以及其他失效问题的分析定位，环境分析法还是比较行之有效的一种问题分析手段。

参考文献

[1]王爱英. 智能卡技术（第四版）—IC卡、RFID标签与物联网. 2015

[2]王芳,等. 集成电路芯片测试. 2014

[3]Peter Van Zant. 芯片制造—半导体工艺制程实用教程. 2015

作者简介

张磊，北京中电华大电子设计有限责任公司工程师，主要从事芯片验证、验证环境开发，失效分析等工作。

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