作者：賈柱良，本文來(lái)自作者的EETOP博客，論壇ID:jiazhuliang 

在芯片流片之后，需要測(cè)試芯片的靜態(tài)漏電流的設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，如果芯片的靜態(tài)電流過(guò)大，比如應(yīng)用到手機(jī)、筆記本電腦等需要電池供電的芯片會(huì)嚴(yán)重的影響待機(jī)時(shí)間，使芯片的在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)處于不利地位，所以靜態(tài)功耗需要慎重考慮。

    本人在五年前負(fù)責(zé)后端設(shè)計(jì)的一個(gè)SOC芯片，該芯片嵌入了SRAM、eeprom等模塊，芯片的前后端設(shè)計(jì)和驗(yàn)證都非常充分，而且在FPGA板上驗(yàn)證都沒(méi)有問(wèn)題，可謂是萬(wàn)事具備只欠東分，就等芯片流片回來(lái)測(cè)試，工夫不負(fù)有“芯人”，芯片流片回來(lái)，所有的功能測(cè)試在測(cè)試工程師的一個(gè)個(gè)不同的測(cè)試向量在芯片，非常的順利。不同的worst 、type 、 best corner都能正常通過(guò)，可謂時(shí)序功能雙豐收。

在測(cè)芯片的AC參數(shù)如PAD的高低電平，也達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。而該測(cè)試的芯片的靜態(tài)漏電流也達(dá)到了指標(biāo)的10uA.大伙都認(rèn)為設(shè)計(jì)非常的成功。但是在芯片在可靠性測(cè)試和成品率分析中發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，有的芯片的最大漏電流達(dá)到300uA,最小的漏電流2uA,而且從測(cè)試芯片的概率來(lái)分析成線性分布。

發(fā)現(xiàn)了使用了各種不同的上電順序如先1.8v后3.3v所有的輸入都接固定的電平如VDD或者VSS，卻保所有的雙向PAD為輸出狀態(tài)，目的是防止輸入為懸空狀態(tài)，而導(dǎo)致漏電流變大。但是芯片漏電流大的還是大，漏電小的還是小。于是我聯(lián)想到是不是foundry廠家生產(chǎn)良率問(wèn)題造成的？我就這問(wèn)題還專(zhuān)門(mén)的咨詢(xún)個(gè)foundry,廠家也給我提了很多建議，如查看生產(chǎn)后的PCM參數(shù)，如廠家在wafer上有選擇抽區(qū)10個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，如果有一到兩個(gè)PCM 參數(shù)有少量的失真屬于比較正常的設(shè)計(jì)范圍。找到了生產(chǎn)后foundry產(chǎn)家寄回來(lái)的PCM 參數(shù)表，下載產(chǎn)家網(wǎng)站上生產(chǎn)前的PCM參數(shù)，仔細(xì)的對(duì)比只有一個(gè)測(cè)試點(diǎn)有一個(gè)NMOS的域值電壓有點(diǎn)超標(biāo)。后來(lái)打聽(tīng)與我們一起做MPW的所的設(shè)計(jì)的芯片，他們的芯片在靜態(tài)電流上非常正常，與設(shè)計(jì)的指標(biāo)uA級(jí)的，上下波動(dòng)不超過(guò)2uA。這樣有排除了foundry生產(chǎn)上的良率可能造成的問(wèn)題。

  在漫長(zhǎng)的測(cè)試和討論，前端與后端設(shè)計(jì)工程師都認(rèn)為自己的設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題，甚至都在心底都懷疑對(duì)方設(shè)計(jì)存在不足，只是沒(méi)有上升到公開(kāi)的臺(tái)面上的爭(zhēng)吵。后來(lái)在絕望中，又想到了一個(gè)方法，那就是做EMMI（也就是微光拍照），微光拍照是在上海宜碩做的，照片寄回來(lái)，果然在漏電流最大的幾個(gè)芯片存在亮點(diǎn)，而且亮點(diǎn)的位置在同一個(gè)位置，補(bǔ)充說(shuō)明有亮點(diǎn)說(shuō)明有大的漏電流。從亮點(diǎn)的所在芯片的位置是在數(shù)字邏輯上，而不是在芯片的模擬位置，如果是模擬部分那還好說(shuō)，如有大電流的比較器或者放大器，本身會(huì)存在PMOS和NMOS同時(shí)道通導(dǎo)致短路電流。如果短路電流比較大如超過(guò)80uA，也會(huì)在EMMI上也會(huì)拍出來(lái)。既然出在數(shù)字電路門(mén)電路上，那么只有兩種可能導(dǎo)致大電流：

情況1：在該區(qū)域的MOS版圖設(shè)計(jì)沒(méi)有滿足foundry給出latch up的設(shè)計(jì)規(guī)則，而導(dǎo)致MOS由于寄生的三極管發(fā)生了正反饋電流急劇增加。而正反饋是不受控制的直至MOS被損壞。

情況2：有可能該數(shù)字門(mén)電路的輸入端懸空，有可能導(dǎo)致PMOS和NMOS同時(shí)導(dǎo)通，存在短路電流，如果MOS管的尺寸越大表現(xiàn)出來(lái)的漏電流就越大。

從本能上，我首先要懷疑的后端版圖是不是出了問(wèn)題，根據(jù)照片上的亮，通過(guò)照片上可見(jiàn)的頂層和模糊的下層的比較大的stripe金屬電源地，定位出來(lái)的邏輯門(mén)器件是一個(gè)比較大驅(qū)動(dòng)的BUF單元，我看了版圖的加了足夠的well tap 和sub tap ,且所有BUF的MOS管單元離tap的距離不超過(guò)20微米，我可以肯定不可能發(fā)生在版圖上發(fā)生latch up 效應(yīng)的。假設(shè)如果整的發(fā)生了 latch up，因?yàn)閘atch up是受控制的，那么在功能測(cè)試上一定為表現(xiàn)出該單元的邏輯功能會(huì)失效，而且是永久性的，是不可能恢復(fù)的，直到該區(qū)域的MOS器件被燒毀，除非及時(shí)關(guān)掉電源，只要上電就回發(fā)生。但是邏輯功能上分析該BUF單元影響的邏輯功能并沒(méi)有出錯(cuò)啊，而且在高溫下測(cè)試該功能也正常，從latch up角度分析越是高溫就越容易發(fā)生 latch up.所以更進(jìn)一步的正式不是latch up 導(dǎo)致的大電流。

 那么另一種可能是BUF的輸入是懸空，導(dǎo)致電流從VDD經(jīng)過(guò)PMOS  NMOS 到GND上的大短路電流。從亮點(diǎn)上的BUF的第一個(gè)反向器的尺寸比較大，我又用SPICE仿真，在GND和NMOS管加了一個(gè)1K歐姆的電阻，在輸入模擬的加上一個(gè)不確定的邏輯狀態(tài)的電壓，最大的漏電流測(cè)試有80uA左右，符合EMMI亮點(diǎn)的所需電流的條件。那么就追BUF的輸入是從何而來(lái)，最后查出是連接eeprom的輸出，那么是不是eeprom的輸出是不是有Z的高阻，找電路人員分析了eeprom的說(shuō)明文檔確實(shí)有輸出Z的狀態(tài)，且受OEN信號(hào)控制，但 OEN為高時(shí)輸出為高阻，碰巧的是給出測(cè)試漏電流條件OEN始終沒(méi)有為高，因?yàn)樵诟咦鑒uffer的電壓是隨機(jī)分布的，在測(cè)試漏電流統(tǒng)計(jì)分布存在最大和最小之間隨機(jī)大小的電流。好家伙問(wèn)題找到，后來(lái)前端工程師修改了測(cè)試向量，在測(cè)漏電流是eeprom的OEN為低使eeprom的輸出為穩(wěn)定的邏輯狀態(tài)，果然芯片漏電有300uA的芯片有回到了2uA漏電流。這個(gè)看起來(lái)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，如果在設(shè)計(jì)中不注意的話，會(huì)帶來(lái)比較大的麻煩，其實(shí)在后端工程師也是有責(zé)任的，如果仔細(xì)的查看文擋，可以在象SRAM  EEPROM的輸出有高阻的pin第一級(jí)單元選用盡量小尺寸的mos門(mén)器件，即使有高阻導(dǎo)致短路電流，但也是很小的。

總結(jié)，芯片設(shè)計(jì)前后工程師需要良好的溝通，彌補(bǔ)各個(gè)層次方面知識(shí)的不足，盡可能多提出些可能存在的風(fēng)險(xiǎn)性的問(wèn)題。這樣才能做出好的芯片。