一种SRAM失效问题等效分析方式

张磊

射频识别电路检测技术北京市重点实验室

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。

2. 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。

3. 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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