考慮缺陷可能性，將車用IC DPPM降至零

半導(dǎo)體公司需要思考如何應(yīng)對(duì)所有設(shè)計(jì)流程中的新挑戰(zhàn)，方能在快速成長(zhǎng)的車用 IC市場(chǎng)中提升競(jìng)爭(zhēng)力。為了符合ISO 26262國(guó)際安全規(guī)范中零百萬(wàn)缺陷率（DPPM）的目標(biāo)，可測(cè)試性設(shè)計(jì)（DFT）工程師采用了新的測(cè)試模式類型，包括單元識(shí)別（cell-aware）、互連和單元間橋接（單元鄰域）；但是在選擇應(yīng)用模式類型和設(shè)置覆蓋率目標(biāo)時(shí)，傳統(tǒng)方式不管在質(zhì)量、測(cè)試時(shí)間還是測(cè)試成本上都存在著改善空間。


 
圖一 : 半導(dǎo)體公司需要思考如何應(yīng)對(duì)所有設(shè)計(jì)流程中的新挑戰(zhàn)，方能在快速成長(zhǎng)的車用IC市場(chǎng)中提升競(jìng)爭(zhēng)力。（source：Siemens）

不論是為固定性故障（stuck-at fault）模型進(jìn)行的靜態(tài)測(cè)試，還是針對(duì)瞬變故障（transition fault）模型的動(dòng)態(tài)測(cè)試，其測(cè)試覆蓋率（Test coverage）通常基于檢測(cè)到的故障率。這些需求因公司而異，通常需要數(shù)年的生產(chǎn)失敗數(shù)據(jù)才能定下適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)；當(dāng)公司需要增添新的故障模型時(shí)，目標(biāo)可能與先前依據(jù)完整故障列表所得到的測(cè)試覆蓋率完全不同。例如，所有潛在橋接故障的測(cè)試覆蓋率中，也許檢測(cè)到99%橋接故障，卻仍可能遺漏數(shù)百個(gè)最可能故障的橋接；為了降低 DPPM，選擇一部分最有可能發(fā)生故障的橋接更為有效。

最先進(jìn)的方法是透過(guò)檢測(cè)到的故障或缺陷數(shù)量除以故障或缺陷的總數(shù)，得出測(cè)試覆蓋率，進(jìn)而選擇模式。依照此方法計(jì)算出的測(cè)試覆蓋率與個(gè)別故障產(chǎn)生的制造缺陷概率無(wú)關(guān)，也讓打造最佳模式集變得不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檫@種方法將導(dǎo)致測(cè)試模式集過(guò)于龐大、測(cè)試時(shí)間多于必要的測(cè)試時(shí)間，更降低IC質(zhì)量信賴度。以上都是為了滿足現(xiàn)今車用IC的DPPM要求及需要面臨的現(xiàn)實(shí)情況和問(wèn)題。

作為測(cè)試指標(biāo)的關(guān)鍵面積
為了因應(yīng)此挑戰(zhàn)，業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)半導(dǎo)體廠商密切合作開(kāi)發(fā)出的新方法，能夠根據(jù)發(fā)生實(shí)體缺陷的可能性進(jìn)行模式價(jià)值評(píng)估，并依模式計(jì)算與故障相關(guān)的總關(guān)鍵面積（Total Critical Area；TCA）。換句話說(shuō)，我們首先根據(jù)關(guān)鍵面積確認(rèn)缺陷發(fā)生的可能性，接著就檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行模式集排序，選擇最有效的應(yīng)用模式。

TCA提供通用指針以評(píng)估特定模式對(duì)DPM的影響，藉此分類或排序模式以實(shí)現(xiàn)最低DPPM。透過(guò)使用TCA，即便模式數(shù)量和原本模式集相同，仍可以搭配針對(duì)新故障模型模式，得到更有效的模式集。此外，也可以根據(jù)檢測(cè)實(shí)體缺陷的能力，從整個(gè)模式集中選擇或排序出最有效的模式。

關(guān)鍵面積是指設(shè)計(jì)布局中決定特定實(shí)體缺陷可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗的區(qū)域（圖二）。 TCA是兩個(gè)連接器間的短路或聯(lián)機(jī)中開(kāi)路的所有個(gè)別關(guān)鍵面積總和，并由該光斑尺寸（spot size）的發(fā)生概率進(jìn)行加權(quán)。TCA覆蓋率不僅是計(jì)算故障數(shù)，還考慮了缺陷可能性，為所有故障模型提供一致的衡量標(biāo)準(zhǔn)。


 
圖二 : 兩網(wǎng)之間橋接的總關(guān)鍵面積計(jì)算。（source：Siemens）

TCA值是由實(shí)體布局信息計(jì)算得出的，而自定義錯(cuò)誤模型（UDFM）檔案中儲(chǔ)存著各種缺陷類型（單元內(nèi)部、橋接、開(kāi)放式、單元鄰域）的模型。任何使用單元識(shí)別或汽車級(jí)自動(dòng)測(cè)試向量產(chǎn)生（ATPG）的用戶對(duì)于UDFM文件也會(huì)感到熟悉，在UDFM文件被輸入到ATPG工具后會(huì)產(chǎn)出測(cè)試模式，并可用于執(zhí)行布局識(shí)別和單元識(shí)別的故障診斷；當(dāng)ATPG工具讀取數(shù)據(jù)時(shí)，包含TCA故障數(shù)據(jù)的UDFM文件即可應(yīng)用于模式，將模式依據(jù)最高到最低的TCA進(jìn)行排序。

使用TCA的優(yōu)勢(shì)

* 選擇最有效的模式
* 為模式類型和覆蓋率范選擇目標(biāo)
* 確定新模式類型的可行性
* 依據(jù)檢測(cè)缺陷的可能性對(duì)模式值進(jìn)行分級(jí)
* 自動(dòng)排序和選擇模式
* 鎖定ATPG運(yùn)行中的多個(gè)故障模型，打造更小的模式集

在商用ATPG工具中，這是首次針對(duì)芯片中數(shù)字邏輯部分缺陷所推出的關(guān)鍵面積計(jì)算。使用TCA可為車用IC打造最高效的測(cè)試模式，確保裝置符合ISO 26262質(zhì)量規(guī)范與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（作者Ron Press為Siemens EDA技術(shù)執(zhí)行總監(jiān)）