Fault Diagnosis for Embedded Read-Only Memories

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1 Fault Diagnosis for Embedded Read-Only Memories
ITC(International Test Conference) 2009 Paper 7.1 N. Mukherjee, A. Pogiel, J. Rajski(Mentor Graphics) J. Tyszer(Poznan Uni. Poland) 이재훈

2 Introduction ITRS의 예측 회로 크기, 복잡도 증가 결함
향후 Chip area의 90% 이상은 메모리가 차지할 것으로 예측 회로 크기, 복잡도 증가 Memory Array가 다른 부분보다 결함에 더 취약 Embedded Memory가 테스트 과정에서 크기와 복잡도에 비례하여 yield를 떨어트리는 요소가 될 것 결함 반도체 고집적도로 polysilicon, diffusion, metal간의 거리가 극단적으로 가까워져 결함 가능성 커짐 MBIST(Memory-BIST)는 메인 DFT방법으로 자신을 테스트하고, 나머지 부분은 상대적으로 간단한 test logic을 이용하여 테스트한다 IIRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)

3 Introduction ROM Diagnosis
기술의 발달로 multiple metal layer, Low-power를 위한 storage solution으로 계속적으로 많이 사용될 것 ROM에서의 defect를 찾는 과정이 중요 ROM diagnosis를 위해서는 ROM의 내용을 알 수 있는 초기화 파일(initialization file)이 제공되야 한다 초기화 파일은 테스트와 연관되는 random vector 일 수 도 있다 ROM의 내용은 different addressing scheme과 compressed signature등에서 여러 번 사용된다 ROM에서 결함 존재시 ROM의 모든 내용을 읽어 address, data 검사 – time consuming 부가적인 회로를 추가하여 ROM의 내용을 검사

4 Test Logic Architecture
일반적인 ROM 구조

5 Embedded ROM Test Address에 defect 존재 시 문제 복잡 Embedded ROM의 내용이 바뀌면 Rom
Row address X Assumption Permanent Address independent failure Column data

6 기본 개념 M개 X개 fault 존재 시 X+1번의 test로 검출 Memory Diagnosis를 위한 부가회로 삽입
(Area Overhead 문제) Partition과 group으로 빠른 검출을 보장 Algorithm + Hardware …… X

7 Collection of Diagnostic data
Diagnostic environment to collect diagnostic data from the ROM array row, column selector에 의해 선택된 데이터를 signature register에서 observed된다 row enable=0, column enable=1 row selecting(선택) column selector disable (2) row enable=1, column enable=0 row selector disable 원하는 column 선택 (3) row enable=0, column enable=0 선택된 row와 column에 존재하는 memory cell의 observation을 허용

8 Collection of Diagnostic data
Diagnostic environment 만일 signature 결과가 reference(golden) signature와 일치하면 fault free 이 논문의 scheme은 [4]에서 scan based diagnosis를 위해 제안된 deterministic partition을 개선 => Fault source의 가장 빠른 인식을 보장 [4] “The construction of optimal deterministic partitioning in scan-based BIST fault diagnosis : mathematical foundations and cost-effective implementations”, IEEE Trans. Comput. Jan 2005

9 Signature register Signature Register
MIRG(Multiple Input Ring Generator) 선택된 Memory로 부터 얻은 test response를 모으는데 사용  입력 증가 – diagnostic resolution 증가 다른 입력으로부터 전달된 error를 인식 가능하게 한다  : bitwise addition modulo 2

10 Deterministic Partitioning
Row, Column Selection Single diagnostic test run동안 관찰되는 row와 column의 선택은 [4]의 deterministic scheme과 일치 Memory row와 column은 분리된 partition으로 2n개의 group으로 분해된다 n = 0.5 log2v (v : total # of memory words or column) (예) v=16이면 n=2가 되므로 group은 22 = 4가 된다 Such a technique guarantees the most time-efficient tracking down of faulty row or column Memory array가 x개의 failing element를 갖는다면 faulty item을 유일하게 결정하기 위해 x+1개의 group을 test하면 충분하다[4]

11 Deterministic Partitioning
Example group 0 16 row memory array – 4 partition, Suppose row 7 is faulty 그림 a에서 1개의 error가 있으므로 2개의 group을 test하면 된다. group 0에서 partition 3를 제외한 partition 0,1,2는 fault-free가 되고 row 3,7,11,15에 x를 표시한다. Group 1에서 7이 유일하게 결정 그림 b에서 error가 3개(5,10,11)라고 가정하면 4 group test group 0에서 partition 0가 fault free이므로 partition 0,4,8,12는 fault-free이고, 나머지 partition에는 x를 표시 group 1 에서 x가 표시된 것 중에서 error가 있는 row표시 group 4에서 5,10,11이 결정

12 Row and Column Selection
Row,Column Selection Hardware solution for the row and column selectors 4개의 register로 구성 partition, group register – up counter diffractor : LFSR offset register – down counter

13 Row and Column Selection
Row Selection 주어진 group g내에서 successive partition p의 member r을 구하는 식 r = Sk +( p  ( gk )), k=0,1,…,P (1) S : Size of partition  : bit-wise addition modulo 2(2진수 덧셈) p : # of partition  : g k : LFSR state (k의 next state) k=0인 경우 g k=0 (k : # of row) S=4(partition수가 4), k=0,1,2,3 assume diffractor state trajectory 1->2->3->1 1  0 = 012  002 = 012 =1 1  2 = 012  102 = 112 =3 1  3 = 012  112 = 102 =2 1  1 = 012  012 = 002 =0 For g=2 and p=1 k=0: r = 4  0 + (1  ( 2  0 )) = 0 + (1  0) = = 1 k=1: r = 4  1 + (1  ( 2  1 )) = 4 + (1  2) = = 7 k=2: r = 4  2 + (1  ( 2  2 )) = 8 + (1  3) = = 10 k=3: r = 4  3 + (1  ( 2  3 )) = 12 + (1  1) = = 12

14 Row and Column Selection
Row selection Row address 증가에 따라 partition, group내의 모든 address가 선택된다 전체 address에 대해 test Row selection 은 offset counter가 0이 될 때 까지 수행 diffractor의 state 수 감소 회로 내 observe row의 검출 g=3,p=2의 경우 offset = p  diffractor

15 Row and Column Selection
Row selection g=3(112), p=2 (102) offset = p  이전 state diffractor 처음 로드 시 offset number는 partition number가 된다 p offset 102 -> =2 1 3 3 10  = 01= 1 1 3 2 10  = 11= 3 2 2 1 10  = 00= 0 3 3 2 1 2,5,11,12

16 Row and Column Selection
Column Selector Row Selector와 유사 동일한 selection 원리를 수행 가장 큰 차이는 offset 부분이 decoder로 바뀜 Decoder는 column decoder의 B 출력 중 하나를 선택

17 Row and Column Selection
Column Selector 1 2 3 1 2 3 Column address 0 Column address 1 00 11 14 10 01 5 11

18 Combined row & Co,umn Selection

19 Hardware Overhead Area Overhead NAND2 = 1,XOR2 = 4, INV = 0.6
PS = 2n XOR = 8n Gate count depends on Memory Word Size Area Overhead가 그리 크지 않음

20 Experimental Results Memory와 compacter size의 함수로 diagnostic coverage를 나타내었다

21 Experimental Results Memory run증가 -> diagnostic coverage 향상
Application time 증가