Amélioration des solutions de test fonctionnel et structurel des circuits intégrés

par Aymen Touati

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques et micro-électroniques

Sous la direction de Alberto Bosio et de Patrick Girard.

Le président du jury était Daniel Chillet.

Le jury était composé de Alberto Bosio, Patrick Girard, Daniel Chillet, Stefano Di Carlo, Matteo Sonza Reorda, Arnaud Virazel.

Les rapporteurs étaient Daniel Chillet, Stefano Di Carlo.


  • Résumé

    Compte tenu de la complexité des circuits intégrés de nos jours et des nœuds technologiques qui ne cessent pas de diminuer, être au rendez-vous avec les demandes de design, test et fabrication des dispositifs de haute qualité est devenu un des plus grands défis. Avoir des circuits intégrés de plus en plus performants devrait être atteint tout en respectant les contraintes de basse consommation, de niveaux de fiabilité demandés, de taux de défauts acceptables ainsi que du bas coût. Avec ce fascinant progrès de l’industrie des semi-conducteurs, les processus de fabrication sont devenus de plus en plus difficile à contrôler, ce qui rend les puces électroniques de nos jours plus disposés aux défauts physiques. Le test était et restera l’unique solution pour lutter contre l’occurrence des défauts de fabrication ; même il est devenu un facteur prédominant dans le coût totale de fabrication des circuits intégrés. Même si des solutions de test, qui existent déjà, étaient capables de satisfaire ce fameux compromis coût-qualité ces dernières années, il arrive d’observer encore des mécanismes de défauts malheureusement incontrôlables. Certains sont intrinsèquement reliés au processus de fabrication en lui-même. D’autres reviennent sans doute aux pratiques de test et surtout quand on analyse le taux de défauts détectés et le niveau de fiabilité atteint.L’objectif principal de cette thèse est d’implémenter des stratégies de test robustes et efficaces qui répondent aux lacunes des techniques de tests classiques et qui proposent des modèles de fautes plus réalistes et répondent au mieux aux attentes des fournisseurs. Dans l’objectif d’améliorer l’efficacité de test en termes de coût, capacité de couverture de faute, nous présentons divers contributions significatives qui touchent différents domaines entre-autres le test sur le terrain, les tests à hautes fréquences sous contraintes de puissance et finalement le test des chaines de scan.La partie majeure de cette thèse était consacrée pour le développement de nouvelles techniques de tests fonctionnels ciblant les systèmes à processeurs.Les méthodologies appliquées couvrent les problèmes de test sur terrain aussi bien que les problèmes de test de fabrication. Dans le premier cas, la techniques adoptée consiste à fusionner et compacter un ensemble initial de programmes fonctionnels afin d’atteindre une couverture de faute satisfaisante tout en respectant les contraintes du test sur terrain (temps de test réduit et ressource mémoire limitée). Cependant dans le deuxième cas, comme nous avons assez d’informations sur la structure du design, nous proposons un nouveau protocole de test qui va exploiter l’architecture de test existante. Dans ce contexte, nous avons validé et confirmé la relation complémentaire qui joint le test fonctionnel avec le test structurel. D’autres part, cette prometteuse approche assure un test qui respecte les limites de la consommation fonctionnelle et donc une fiabilité meilleure.La dernière contribution de cette thèse accorde toute l’attention à l’amélioration de test de la structure DFT « Design For Test » la plus utilisée qui est la chaîne de scan. Nous présentons dans cette contribution une approche de test qui cible les défauts physiques au sein de la cellule en elle-même.Cette approche représente une couverture de défauts meilleure et une longueur de test plus réduit si nous la comparons avec l’ATPG classique ciblant les mêmes défauts « Intra-cell defect ATPG ».Comme résultat majeur de cette efficace solution de test, nous avons observé une amélioration de 7.22% de couverture de défaut accompagné d’une réduction de 33.5% du temps de test en comparaison avec la couverture et le temps du test atteints par le « Cell-awer ATPG ».

  • Titre traduit

    Improving Functional and Structural Test Solutions for Integrated Circuits


  • Résumé

    In light of the aggressive scaling and increasing complexity of digital circuits, meeting the demands for designing, testing and fabricating high quality devices is extremely challenging.Higher performance of integrated circuits needs to be achieved while respecting the constraints of low power consumption, required reliability levels, acceptable defect rates and low cost. With these advances in the SC industry, the manufacturing process are becoming more and more difficult to control, making chips more prone to defects.Test was and still is the unique solution to cover manufacturing defects; it is becoming a dominant factor in overall manufacturing cost.Even if existing test solutions were able to satisfy the cost-reliability trade-off in the last decade, there are still uncontrolled failure mechanisms. Some of them are intrinsically related to the manufacturing process and some others belong to the test practices especially when we consider the amount of detected defects and achieved reliability.The main goal of this thesis is to implement robust and effective test strategies to complement the existing test techniques and cope with the issues of test practices and fault models. With the objective to further improve the test efficiency in terms of cost and fault coverage capability, we present significant contributions in the diverse areas of in-field test, power-aware at-speed test and finally scan-chain testing.A big part of this thesis was devoted to develop new functional test techniques for processor-based systems. The applied methodologies cover both in-field and end-of manufacturing test issues. In the farmer, the implemented test technique is based on merging and compacting an initial functional program set in order to achieve higher fault coverage while reducing the test time and the memory occupation. However in the latter, since we already have the structure information of the design, we propose to develop a new test scheme by exploiting the existing scan chain. In this case we validate the complementary relationship between functional and structural testing while avoiding over as well under-testing issues.The last contribution of this thesis deals with the test improvement of the most used DFT structure that is the scan chain. We present in this contribution an intra-cell aware testing approach showing higher intra-cell defect coverage and lower test length when compared to conventional cell-aware ATPG. As major results of this effective test solution, we show that an intra-cell defect coverage increase of up to 7.22% and test time decrease of up to 33.5 % can be achieved in comparison with cell-aware ATPG.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.