Développement et application d’une méthode d’analyse de défaillances fonctionnelles et contribution à l’amélioration de l’utilisation des techniques optiques statiques et dynamiques

De
Publié par

Sous la direction de Dean Lewis
Thèse soutenue le 10 décembre 2008: Bordeaux 1
Avec l’évolution des technologies vers la haute intégration, il devient de plus en plus difficile de localiser les défaillances fonctionnelles situées dans la partie logique des circuits intégrés. En effet, la résolution spatiale fournie par les techniques actuelles n'est pas suffisante. Pour répondre à cette problématique, cette thèse propose une nouvelle approche qui combine le diagnostic ATPG et les techniques optiques. Cette méthode a fait ses preuves sur de nombreux cas d'analyses pour l'amélioration des rendements de production. La méthode utilisant les techniques optiques statiques et dynamiques, une contribution à l'amélioration de l'utilisation de ces techniques a également été apportée par cette thèse.
-Analyse de défaillance
-OBIRCh
-Techniques optiques
-Diagnostic ATPG
Nowadays, with the increasing complexity of new VLSI circuits, currents techniques used for functional logic failure localization reach their limits . To overcome these limitations, a new methodology has been established. This methodology, combines ATPG diagnostic and opticals techniques in order to improve accuracy of fault isolation and defect localization. This work contributes also to improve the use of dynamics and statics opticals techniques.
-failure analysis; diagnostic ATPG; opticals techniques; fonctional failure
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13709/document
Publié le : mercredi 26 octobre 2011
Lecture(s) : 75
Nombre de pages : 159
Voir plus Voir moins


N° d’ordre : 3709
THESE

présentée à

L’UNIVERSITE BORDEAUX I

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR

par Aziz Machouat

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE : Electronique

Développement et application d’une méthode d’analyse
de défaillances fonctionnelles et contribution à
l’amélioration de l’utilisation des techniques optiques
statiques et dynamiques


Soutenue le : 10 Décembre 2008


Après avis de :

M. Christian LANDRAULT Directeur de Recherches, LIRMM, Montpellier Rapporteur
M. Nicolas NOLHIER Professeur, LAAS-CNRS, Toulouse Rapporteur

Devant la commission d’examen formé :

M. Christian LANDRAULT Directeur de Recherches, LIRMM, Montpellier Rapporteur
M. Nicolas NOLHIER Professeur, LAAS-CNRS, Toulouse Rapporteur
M. Dean LEWIS Professeur, IMS, Bordeaux Directeur
M. Gérald HALLER Ingénieur, STMicroelectronics, Rousset Examinateur
Mme. Nathalie MALBERT Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur
M. Vincent POUGET Chargé de Recherches CNRS, Bordeaux Examinateur



-2008-












À mes Parents,
ma femme Nadia
et ma fille Ihsane.



















3 Remerciements

REMERCIEMENTS

Cette thèse s’est déroulée à STMicroelectronics Rousset au sein du service RCCAL
(Rousset Central Characterization & Analysis Laboratory) dans l’équipe d’analyse de
défaillances.
Le RCCAL est en charge de supporter l’unité de fabrication 8 pouces mais également les
différentes divisions du site en offrant une expertise dans les domaines de l’analyse
électrique, de l’analyse physique, de la caractérisation physique et de la caractérisation
électrique.
Il convient donc de remercier en premier lieu les personnes que j’ai pu côtoyer dans ce
service et qui ont contribué à la réussite de ce travail.

Je tiens à adresser mes sincères remerciements à mon responsable industriel et également
responsable du RCCAL Gérald Haller. Il m’a permis de tracer le chemin de cette thèse.
Ses conseils ainsi que sa vision du travail sont pour moi une source d’inspiration pour
ma carrière professionnelle.

Il me tient également à cœur de remercier mon co-responsable industriel et responsable
de l’équipe « Analyse Electrique » Vincent Goubier. Il m’a « managé » et soutenu
pendant ces 3 années. J’ai beaucoup appris à ses côtés sur le plan technique et sur le plan
des relations humaines. Il a activement contribué à l’aboutissement de ce travail.

Il m’importe également de remercier le Professeur Dean Lewis et le Professeur Pascal
Fouillat de l’université de Bordeaux I pour avoir accepté d’être respectivement Directeur
et Co-directeur de cette thèse. Mes sincères remerciements à Monsieur Christian
Landrault Directeur de recherche au LIRMM et Monsieur Nicolas Nolhier Professeur au
LAAS-CNRS d’avoir accepté d’être les rapporteurs de cette thèse.

Je remercie tout particulièrement Monsieur Philippe Perdu Ingénieur au CNES qui a
activement contribué à la réussite de ce projet.



5 Remerciements

C’est très sincèrement que je remercie les membres de l’équipe « analyse de
défaillances » qui sont aujourd’hui bien plus que des collègues. A leurs côtés, j’ai
beaucoup appris, et ils ont tous contribué à ce travail de recherche. Dans le désordre, je
remercie Brigitte Garcia, Christophe Garagnon, Christophe Eva, Alban Formisano, Jacky
Gomez, Stephane Cury, Alexandre Girin, Holly.

Pour terminer ces remerciements, je tiens à remercier mes parents qui m’ont toujours
soutenu, ma femme Nadia sans qui je ne serais pas qui je suis et ma fille Ihsane. Elles
sont aujourd’hui les moteurs de ma vie.
























6 Tables des Matières

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION ................................................................................................................................ 11

CHAPITRE 1 : ANALYSE DE DEFAILLANCES FONCTIONNELLES DANS LES CIRCUITS
INTEGRES NUMERIQUES ...............................................................................................................13
1.1 INTRODUCTION.....................................................................................................................13
1.2 TEST DES CIRCUITS INTEGRES...............................................................................................15
1.2.1 Notions de Défaut, Erreur, Faute ...................................................................................15
1.2.2 Les divers types de tests..................................................................................................16
1.2.2.1 Les tests paramétriques ....................................................................................................... 16
1.2.2.2 Les tests de logique............................................................................................................. 18
1.2.2.2.1 Le test fonctionnel ......................................................................................................... 18
1.2.2.2.2 Test structurel ................................................................................................................ 18
1.2.2.3 La technique « Scan path » ................................................................................................. 19
1.2.3 Les testeurs de circuits intégrés......................................................................................21
1.2.3.1 Architecture d’un testeur..................................................................................................... 22
1.2.3.2 Testeurs de production ........................................................................................................ 24
1.2.3.3 Testeurs DFT ...................................................................................................................... 24
1.2.3.4 Testeur Inovys Personal Ocelot utilisé au RCCAL ............................................................. 25
1.3 LOCALISATION DE DEFAUTS BASEE SUR LE DIAGNOSTIC LOGIQUE .......................................26
1.3.1 Qu’est-ce que le diagnostic et pourquoi le diagnostic ?.................................................26
1.3.2 Les débuts du diagnostic.................................................................................................27
1.3.3 Les défaillances physiques dans les circuits intégrés .....................................................28
1.3.3.1 Les Mécanismes de défaillances ......................................................................................... 28
1.3.3.2 Les défaillances physiques dans les circuits intégrés .......................................................... 28
1.3.4 Les modèles de fautes .....................................................................................................30
1.3.4.1 Le collage simple ................................................................................................................ 30
1.3.4.2 Circuit ouvert « open »........................................................................................................ 31
1.3.4.3 Le court-circuit « bridge »................................................................................................... 32
1.3.4.4 Le collage multiple.............................................................................................................. 34
1.3.4.5 Transition et Délai............................................................................................................... 34
1.3.5 Diagnostic de fautes .......................................................................................................35
1.3.5.1 Diagnostic de fautes de collage simple ............................................................................... 37
1.3.5.2 Diagnostic de fautes de court-circuit................................................................................... 37
1.3.5.3 Diagnostic des chaînes de Scan........................................................................................... 38
1.3.5.4 Diagnostic au niveau cellule ............................................................................................... 42
1.3.5.4.1 Flot général de Diagnostic ............................................................................................. 42
1.3.5.4.2 Etat de l’art du Diagnostic ATPG au RCCAL ............................................................... 43
1.3.5.5 Diagnostic au niveau transistor ........................................................................................... 47
1.3.5.6 Analyse et amélioration du premier diagnostic ................................................................... 48
1.3.5.6.1 Diagnostic non convergent ............................................................................................ 48
7 Tables des Matières

1.3.5.6.2 Confiance vis-à-vis du diagnostic.................................................................................. 50
1.3.5.6.3 Amélioration du diagnostic............................................................................................ 50
1.3.5.7 Contraintes industrielles...................................................................................................... 50
1.3.5.7.1 Conversion des datalogs testeurs ................................................................................... 50
1.3.5.7.2 Conversion des patterns de test...................................................................................... 51
1.4 LOCALISATION DE DEFAUTS BASEE SUR LES TECHNIQUES OPTIQUES....................................52
1.4.1 Les techniques optiques Statiques...................................................................................52
1.4.1.1 Les techniques basées sur la stimulation laser..................................................................... 53
1.4.1.1.1 Généralités ..................................................................................................................... 53
1.4.1.1.2 Les techniques basées sur la Stimulation Laser Thermique OBIRCh et TIVA.............. 54
1.4.1.1.3 Autres techniques utilisant la stimulation laser.............................................................. 60
1.4.1.2 Les techniques basées sur l’émission de lumière ................................................................ 61
1.4.1.2.1 Principe de la technique EMMI ..................................................................................... 62
1.4.1.3 Application des techniques statiques sur le système I-Phemos ........................................... 66
1.4.1.3.1 Description de l’équipement I-Phemos.......................................................................... 66
1.4.1.3.2 Mode opératoire d’une analyse statique sur l’équipement I-Phemos............................. 67
1.4.2 Les techniques dynamiques.............................................................................................70
1.4.2.1 Principe des techniques DLS............................................................................................... 71
1.4.2.2 L’approche asynchrone ....................................................................................................... 72
1.4.2.3 L’approche synchrone......................................................................................................... 75
1.4.2.4 Application des techniques dynamiques sur le système I-Phemos...................................... 76
1.5 CONCLUSION........................................................................................................................76

CHAPITRE 2 : PROBLEMATIQUES ET ALTERNATIVE PROPOSEE A L’ANALYSE DE
DEFAILLANCES FONCTIONNELLES...........................................................................................79
2.1 INTRODUCTION.....................................................................................................................79
2.2 LIMITES DES TECHNIQUES ACTUELLES .................................................................................80
2.2.1 Limites des techniques basées sur le diagnostic ATPG ..................................................81
2.2.2 Limites des techniques optiques......................................................................................82
2.3 ALTERNATIVE PROPOSEE......................................................................................................83
2.3.1 Principe de la méthodologie...........................................................................................83
2.3.2 Les divers types de cas d’analyse ...................................................................................84
2.3.3 Approche statique ou dynamique : Etude du datalog testeur .........................................86
2.4 VECTEUR DE TEST OPTIMAL POUR UNE ANALYSE OBIRCH..................................................87
2.4.1 Objectif et Motivation .....................................................................................................87
2.4.2 Choix du pattern de test basé sur la mesure de courant.................................................88
2.4.3 Choix du pattern de test basé sur le résultat de simulation ............................................90
2.4.3.1 Localisation du défaut physique.......................................................................................... 90
2.4.3.2 Schéma de simulation ......................................................................................................... 91
2.4.3.3 Validation de la méthode de simulation sur une structure simple ....................................... 93
2.4.3.4 Etude par simulation de l’effet du pattern de test sur le signal OBIRCh............................. 94
2.4.3.5 Conclusion des simulations................................................................................................. 99
2.5 EFFETS DES DEFAUTS SUR UN SHMOO PLOT TENSIONS-PERIODES .......................................100
8 Tables des Matières

2.5.1 Circuit utilisé pour l’étude............................................................................................100
2.5.2 Etude de l’effet d’un défaut de type « pull-up »............................................................102
2.5.3 Etude de l’effet d’un défaut de type « pull-down » .......................................................105
2.5.4 Etude de l’effet d’un défaut de type « court-circuit intra cellule » ...............................106
2.5.5 Etude de l’effet d’un défaut de type « résistance série »...............................................107
2.5.6 Etude de l’effet d’un défaut de type « circuit ouvert »..................................................109
2.5.7 Synthèse des résultats de simulation.............................................................................110
2.5.8 Validation des simulations sur silicium ........................................................................111
2.5.9 Diagnostic à partir des simulations..............................................................................112
2.6 CONCLUSION......................................................................................................................114

CHAPITRE 3 : APPLICATION DE LA METHODOLOGIE DEVELOPPEE SUR DES
ETUDES DE CAS D’ANALYSE FONCTIONNELLE...................................................................117
3.1 INTRODUCTION...................................................................................................................117
3.2 ETUDE DE CAS 1 : DIAGNOSTIC ATPG ET TECHNIQUES OPTIQUES STATIQUES ...................117
3.2.1 Analyse du datalog .......................................................................................................118
3.2.2 Localisation par Diagnostic ATPG ..............................................................................119
3.2.3 Localisation par techniques optiques statiques ............................................................120
3.2.4 Corrélation des deux approches ...................................................................................121
3.2.5 Analyse physique ..........................................................................................................123
3.3 ETUDE DE CAS 2 : DIAGNOSTIC ET TECHNIQUES OPTIQUES DYNAMIQUES...........................125
3.3.1 Contexte........................................................................................................................125
3.3.2 Impact du « soft defect » sur la fonctionnalité du circuit et choix du pattern de test pour
l’analyse SDL..............................................................................................................................126
3.3.3 Localisation par Diagnostic ATPG ..............................................................................128
3.3.4 Localisation par technique optique dynamique............................................................129
3.3.5 Corrélation des deux approches ...................................................................................131
3.4 ETUDE DE CAS 3 : DIAGNOSTIC ET TECHNIQUES OPTIQUES STATIQUES / DYNAMIQUES PAR LA
FACE AVANT .....................................................................................................................................132
3.4.1 Analyse du datalog .......................................................................................................132
3.4.2 Localisation par Diagnostic ATPG ..............................................................................134
3.4.3 Localisation par technique optique statique.................................................................135
3.4.4 Localisation par technique optique dynamique............................................................136
3.4.5 Corrélation des deux approches ...................................................................................138
3.4.6 Analyse physique ..........................................................................................................140
3.5 ETUDE DE CAS 4 : DIAGNOSTIC ET TECHNIQUES OPTIQUES STATIQUES / DYNAMIQUES PAR LA
FACE ARRIERE...................................................................................................................................142
3.5.1 Analyse du datalog .......................................................................................................142
3.5.2 Localisation par Diagnostic ATPG ..............................................................................143
3.5.3 Localisation par technique optique statique.................................................................144
9 Tables des Matières

3.5.4 Localisation par technique optique dynamique............................................................145
3.5.5 Corrélation des deux approches ...................................................................................146
3.5.6 Analyse physique ..........................................................................................................148
3.6 CONCLUSION......................................................................................................................149

CONCLUSION ET PERSPECTIVES.............................................................................................. 151

REFERENCES ................................................................................................................................... 153













10 Introduction

INTRODUCTION


La microélectronique s’intéresse à l’étude et à la fabrication de composants
électroniques à l’échelle micronique. Cette technologie de pointe est sûrement celle
qui a subit la plus grande évolution depuis sa création. Certains produits commerciaux
ont des transistors intégrés d’une longueur de grille de 45nm.
D’après l’ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) cette
dimension passera à 20nm en 2010 et 13nm en 2013. Cette miniaturisation des
procèdes de fabrication et l’augmentation du nombre de niveaux d’interconnexion ont
permis d’intégrer de véritables systèmes sur une même puce composée de
processeurs, mémoires, systèmes logiques et autres.
Ces systèmes se retrouvent entre autre dans des applications militaires, spatiales,
automobiles et produits grand public (télévisions, lecteurs DVD, appareils photos
numériques,…). On comprend aisément que certaines de ces applications nécessitent
d’avoir des circuits avec un très fort niveau de qualité.

Pour être compétitif sur le marché, il est nécessaire d’avoir des rendements de
production élevés. Pour assurer ces rendements, les causes des défaillances survenues
lors de la fabrication des circuits doivent être identifiées. Il arrive également que
certaines puces soient testées fonctionnelles après leur fabrication et défaillantes une
fois mises dans l’application du client. Cette défaillance peut se manifester après un
certain nombre d’heures d’utilisation.
Pour améliorer le niveau de qualité, là encore il faut identifier la cause de la
défaillance. Pour cela, on a recourt à l’analyse de défaillance.

Pour répondre à la complexité des circuits devenant de plus en plus importante avec
l’avancée des procédés de fabrication, les outils et les techniques d’analyse de
défaillance se sont également adaptés. Malgré l’évolution de ces derniers, certaines
limites physiques subsistent et rendent ces techniques peu efficaces dans certains cas.
L’analyse de défaillances fonctionnelles située dans les parties logiques des circuits
devient une réelle problématique notamment avec l’apparition des technologies
submicroniques.
11

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi