Why Fault Modeling？

電路中存在太多可能的缺陷，故障模型能夠量化測(cè)試質(zhì)量，并量化難以處理的缺陷，電路中的故障數(shù)量可輕松計(jì)算。Fault model使測(cè)試自動(dòng)化成為可能，如ATPG、Fault simulation、Automatic diagnosis。因此，Automatic Tools Need Fault Model。正式學(xué)習(xí)之前，先辨析幾個(gè)概念（以與門為例）：

Defect Introduction

物理缺陷(Defect)是指在集成電路制造過(guò)程中，在硅片上產(chǎn)生的物理異常，導(dǎo)致物理缺陷的原因有：

1. 連線的短路或開路

2. 摻雜濃度不穩(wěn)定

3. 金屬導(dǎo)線不規(guī)則

4. 過(guò)孔不完整或過(guò)大

總之，物理缺陷是千奇百怪的，而這些物理缺陷就是DFT需要甄別、測(cè)試的對(duì)象。

Fault Model

故障模型（Fault model）：在晶體管級(jí)或門級(jí)對(duì)物理缺陷Defect的建模，為實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化以及量化測(cè)試品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

• 故障模型能精確反映物理缺陷的行為和特點(diǎn)

• 要求故障模型復(fù)雜度合理

故障模型種類分為數(shù)字邏輯單元中的故障模型、存儲(chǔ)器的故障模型。

3.1? Logic Fault Model

??3.1.1????Stuck-at Fault

Single stuck-at fault（SSF）指邏輯門中一條信號(hào)線的邏輯狀態(tài)，一直固定在0或1，與其他信號(hào)線上的邏輯值無(wú)關(guān)。

• 最常見的故障建模：短路/粘連

• 可表示為SA0/SA1或s-a-0/ s-a-1，如固定在0，則表示為SA0/s-a-0

• 故障數(shù)量級(jí)可接受，與芯片規(guī)模呈線性關(guān)系

3.1.2????Delay Fault

Delay fault?導(dǎo)致電路時(shí)序不能滿足設(shè)計(jì)要求，原因有以下三點(diǎn)：

• 摻雜濃度不穩(wěn)定

• 金屬導(dǎo)電率

• 光刻不規(guī)則

Delay?存在于任何邏輯門或者連線中，主要分為以下兩種：

• Transition delay fault

• Path delay? fault?

Transition Delay faultTransition delay fault（TDF）：因邏輯門故障節(jié)點(diǎn)延時(shí)，導(dǎo)致未能在期望時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到正確的輸出結(jié)果。

• Slow-to-rise node：0到1的跳 變緩慢

• Slow-to-fall ?node：1到0的跳變緩慢

• 線性數(shù)量級(jí)

Path Delay faultPath delay fault（PDF）：指定路徑上所有組合門電路的跳變延時(shí)之和的故障，導(dǎo)致未能在期望時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到正確的輸出結(jié)果。

• Falling ↓ （at PI）

• Rising? ↑ （at PI）

• 指數(shù)數(shù)量級(jí)

3.1.3? ??IDDQ Fault

理想CMOS電路的靜態(tài)漏電流很小，IDDQ測(cè)試是通過(guò)檢測(cè)CMOS靜態(tài)漏電流是否有較明顯變化來(lái)判斷電路中是否有開/短路等故障。引起IDDQ的主要原因有：

• 對(duì)地和對(duì)電源的短路

• 由塵埃引起的連線斷路

• 金屬穿通引起晶體管源或漏的短路

• 靜電擊穿

3.1.4? ??Bridge Fault

隨著芯片集成度不斷增大，器件特征尺寸不斷減小，導(dǎo)線數(shù)不斷增多，線間距越來(lái)越小，Bridge fault主要檢測(cè)由兩個(gè)或多個(gè)器件元素之間的粘連導(dǎo)致的短路故障。

三種類型：

• wire-AND

• wire-OR

• A-dominant

3.2?Memory Fault Model

Memory fault model主要針對(duì)RAM，其中memory故障模型分為Static faults和Dynamic faults。靜態(tài)faults包括Single cell fault, Double cell fault, Address-decoder fault，其中Single cell fault主要介紹Stuck-at fault、Transition fault，Double cell fault主要介紹Coupling fault；動(dòng)態(tài)faults包括Recovery fault， Retention fault，接下來(lái)讓我們深度學(xué)習(xí)部分靜態(tài)Memory Fault Model。

3.2.1? ??Stuck-at Fault

SAF(Stuck-at Fault)：存儲(chǔ)單元中的值固定為0，稱為SA0；存儲(chǔ)單元中的值固定為1，稱為SA1。正常情況下，對(duì)存儲(chǔ)單元寫入0時(shí)，存儲(chǔ)單元的值為0，寫入1時(shí)，存儲(chǔ)單元的值為1。但出現(xiàn)SA0故障時(shí)，無(wú)論寫入0還是1，存儲(chǔ)單元的值始終固定在0；同理，出現(xiàn)SA1故障時(shí)，無(wú)論寫入0還是1，存儲(chǔ)單元中的值始終固定為1。?3.2.2????Transition Fault轉(zhuǎn)換故障TF(Transition Fault)：一個(gè)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)無(wú)法從0轉(zhuǎn)換到1或無(wú)法從1轉(zhuǎn)換到0。存儲(chǔ)器中的轉(zhuǎn)換故障有兩類，上轉(zhuǎn)換故障和下轉(zhuǎn)換故障。上轉(zhuǎn)換故障時(shí)值無(wú)法從0跳變到1，下轉(zhuǎn)換故障時(shí)值無(wú)法從1跳變到0。

Tips：發(fā)生TF時(shí)，單元能夠正常寫0或是寫1，只是無(wú)法跳變，要和SAF區(qū)分開哦~

3.2.3????Coupling Fault

• CFst?(state coupling fault)狀態(tài)耦合故障
  4 types:

• CFin(inversion coupling fault)倒置耦合故障?

  2 types：

• CFid(idempotent coupling fault)固化耦合故障
  4 types:

3.2.4?????Address-Decoder Fault

• Fault 1: 對(duì)于給定的地址，不存在相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元

• Fault 2: 對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)單元，沒有相對(duì)應(yīng)的物理地址

• Fault 3: 對(duì)于給定的地址，可以訪問(wèn)多個(gè)固定的存儲(chǔ)單元

• Fault 4: 對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)單元，有多個(gè)地址可以訪問(wèn)
  

除此之外還有許多其它的故障類型，當(dāng)然也可以由用戶自定義故障模型，但文章篇幅有限不能逐一介紹，感興趣的同學(xué)可以自行學(xué)習(xí)。

以上便是對(duì)Fault model的簡(jiǎn)單介紹，主要介紹了Logic fault model 與 Memory fault model，了解故障模型是DFT工作必備的基礎(chǔ)概念，也為后期學(xué)習(xí)ATPG打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。事實(shí)上，從DFT誕生開始，DFT的方法就一直在進(jìn)化。無(wú)論是Fault model，還是測(cè)試方法，DFT一直在進(jìn)步并且一直會(huì)被需要。