非均勻分布冗余DRAM的修復(fù)方法

王帆

摘 要：為了適應(yīng)DRAM（Dynamic Random Access Memory，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）芯片設(shè)計(jì)中冗余單元分布的不規(guī)則性以及DRAM失效單元的修復(fù)需求，最大限度地復(fù)用修復(fù)軟件以降低量產(chǎn)成本和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在DRAM修復(fù)中引入虛擬冗余，使DRAM冗余成均勻分布態(tài)，可保證修復(fù)軟件的正常工作。在DRAM實(shí)際測(cè)試中，對(duì)虛擬冗余進(jìn)行強(qiáng)制失效處理，以保證虛擬冗余不被異常使用，最終找到了一種簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、提高設(shè)計(jì)靈活性的非均勻分布冗余DRAM的修復(fù)方法。

關(guān)鍵詞：DRAM；冗余單元；虛擬冗余；芯片

中圖分類(lèi)號(hào)：TP333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.130

隨著DRAM制作體積的不斷縮小以及存儲(chǔ)容量的不斷增加，量產(chǎn)出的DRAM芯片中必然存在失效的存儲(chǔ)單元。為了使DRAM能夠正常使用，芯片設(shè)計(jì)中包含了冗余單元，冗余單元用于失效單元的修復(fù)，以達(dá)到量產(chǎn)合格DRAM的目的。在傳統(tǒng)DRAM設(shè)計(jì)中，冗余單元在芯片中均勻分布，因此，用于分析DRAM修復(fù)的軟件僅能夠?qū)θ哂嗑鶆蚍植嫉腄RAM進(jìn)行修復(fù)分析。但隨著降低生產(chǎn)成本的要求出現(xiàn)，芯片面積不斷減小，設(shè)計(jì)人員不再采用均勻分布冗余的設(shè)計(jì)理念，取而代之的是在芯片任意剩余面積上加入冗余，因此，修復(fù)軟件遇到了瓶頸，影響了DRAM量產(chǎn)。本文通過(guò)虛擬冗余的引入，使任意冗余分布的DRAM均可復(fù)用DRAM修復(fù)軟件，并通過(guò)虛擬冗余的強(qiáng)制失效處理實(shí)現(xiàn)DRAM的正確修復(fù)。

1 非均勻分布冗余DRAM修復(fù)軟件的瓶頸

DRAM的修復(fù)依賴(lài)于DRAM修復(fù)軟件，修復(fù)軟件將根據(jù)DRAM冗余字線(xiàn)和冗余位線(xiàn)在地址失效記憶體AFM（Address Failure Memory）的分布信息以及DRAM實(shí)際功能測(cè)試的結(jié)果，以提供最優(yōu)的修復(fù)方案，即DRAM的冗余單元和測(cè)試失效地址的修復(fù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.1 DRAM設(shè)計(jì)地址與AFM的映射關(guān)系

在通用愛(ài)德萬(wàn)DRAM測(cè)試機(jī)臺(tái)中，AFM的作用有以下2點(diǎn)：①用于記錄并累加DRAM在所有功能測(cè)試項(xiàng)中的失效地址；②測(cè)試人員可以在A(yíng)FM中給出DRAM冗余的分布信息，DRAM修復(fù)軟件將對(duì)AFM中的信息加以提取并進(jìn)一步分析，最終給出DRAM的最優(yōu)化修復(fù)方法。

以一款1G DRAM設(shè)計(jì)為例，如圖1所示，根據(jù)JEDEC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，1G DRAM有13位字線(xiàn)地址、10位位線(xiàn)地址、3位bank地址以及冗余激活地址。在測(cè)試中，測(cè)試人員將對(duì)設(shè)計(jì)地址進(jìn)行AFM的映射處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)地址和AFM地址的一對(duì)一映射關(guān)系，為DRAM的修復(fù)做準(zhǔn)備工作。

1.2 DRAM的冗余與AFM的映射關(guān)系

冗余分布和AFM映射分布如圖2所示。針對(duì)該款DRAM產(chǎn)品，為了減少芯片面積，進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)靈活性，芯片設(shè)計(jì)人員采用了非均勻冗余的設(shè)計(jì)理念。以1G DRAM bank0為例，對(duì)于位線(xiàn)冗余，電路的設(shè)計(jì)為位線(xiàn)冗余由RA12分為2個(gè)獨(dú)立區(qū)域且均勻分布，字線(xiàn)冗余僅分布在RA12為1的區(qū)域，冗余地址為RA[11∶0]等于[0∶0]和[1∶1]。圖2為冗余分布和AFM的映射關(guān)系。在A(yíng)FM中，X13為0且Y13為0的區(qū)域?yàn)橹鞔鎯?chǔ)區(qū)，X13為0且Y13為1的區(qū)域?yàn)槲痪€(xiàn)冗余區(qū)，X13為1且Y13為0的區(qū)域?yàn)樽志€(xiàn)冗余區(qū)。

1.3 DRAM修復(fù)軟件的瓶頸

由于電路設(shè)計(jì)采用RA12分割位線(xiàn)冗余，將一個(gè)位線(xiàn)冗余地址分為2段獨(dú)立的位線(xiàn)用于DRAM的位線(xiàn)失效修復(fù)，以提升修復(fù)靈活性。因此，DRAM修復(fù)軟件需要從AFM中提取與RA12對(duì)應(yīng)的X12的信息對(duì)冗余分布狀態(tài)做評(píng)估。在圖2中，字線(xiàn)冗余僅在X12為1的區(qū)域呈現(xiàn)均勻分布態(tài)，該區(qū)域有2個(gè)字線(xiàn)冗余，X12為0的區(qū)域無(wú)字線(xiàn)冗余分布。由于以X12為分割的2個(gè)區(qū)域內(nèi)字線(xiàn)冗余分布狀態(tài)不同，軟件無(wú)法對(duì)DRAM進(jìn)行修復(fù)分析。

1.4 借用虛擬冗余突破DRAM修復(fù)軟件瓶頸

引入虛擬冗余的冗余分布和AFM映射分布如圖3所示。

為了不升級(jí)DRAM修復(fù)軟件并使之繼續(xù)為該款產(chǎn)品服務(wù)，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、規(guī)避量產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的目的，一種引入虛擬冗余的修復(fù)方法將被采用。如圖3所示，基于冗余修復(fù)軟件要求，在字線(xiàn)冗余區(qū)域內(nèi)以X12為分割的左右兩邊的字線(xiàn)冗余必須呈現(xiàn)均勻分布態(tài)。因此，新的方法在X12為0的字線(xiàn)冗余區(qū)域內(nèi)同時(shí)加入2個(gè)虛擬字線(xiàn)冗余，且虛擬字線(xiàn)冗余地址與字線(xiàn)冗余區(qū)域內(nèi)X12為1區(qū)域的字線(xiàn)冗余地址相同，即RA[11∶0]等于[0∶0]和[1∶1]，最終使以X12為分割的字線(xiàn)冗余區(qū)內(nèi)的字線(xiàn)冗余呈均勻分布。

虛擬字線(xiàn)冗余概念的引入可以從根本上解決DRAM修復(fù)軟件對(duì)冗余均勻分布要求的瓶頸。在該款DRAM的實(shí)際測(cè)試中，虛擬字線(xiàn)冗余與DRAM的真實(shí)冗余相結(jié)合，使芯片的測(cè)試和修復(fù)正常進(jìn)行。

2 虛擬冗余的后續(xù)處理

2.1 虛擬冗余引入帶來(lái)的問(wèn)題

虛擬冗余的引入使DRAM的生產(chǎn)測(cè)試不受修復(fù)軟件瓶頸的制約，從而實(shí)現(xiàn)DRAM在愛(ài)德萬(wàn)測(cè)試機(jī)臺(tái)上的量產(chǎn)。但由于在DRAM的真實(shí)設(shè)計(jì)中不包含虛擬冗余，因此，虛擬冗余不能用于DRAM的修復(fù)。該問(wèn)題在DRAM晶圓級(jí)測(cè)試的初期必須解決，否則DRAM修復(fù)將發(fā)生錯(cuò)誤，該錯(cuò)誤導(dǎo)致DRAM的良率為0，即晶圓全損，后端封測(cè)無(wú)法正常進(jìn)行。

2.2 虛擬冗余強(qiáng)制失效處理

虛擬冗余不存在于真實(shí)的DRAM，不能用于DRAM的修復(fù)。因此，必須使虛擬冗余在A(yíng)FM中的記錄為失效地址，才不會(huì)被DRAM的修復(fù)軟件使用。針對(duì)此需求，在DRAM的測(cè)試中，引入強(qiáng)制失效測(cè)試項(xiàng)，針對(duì)虛擬冗余進(jìn)行強(qiáng)制失效處理。

強(qiáng)制失效處理是對(duì)虛擬冗余的地址進(jìn)行讀操作，且讀操作必須失敗。即讀1時(shí)，比較數(shù)據(jù)為0；或讀0時(shí)，比較數(shù)據(jù)為1。該失效信息將被記錄在A(yíng)FM中，當(dāng)DRAM修復(fù)軟件從AFM中提取失效地址信息時(shí)，檢測(cè)到虛擬冗余的地址是失效的，因此，在生成修復(fù)算法時(shí)，失效的虛擬冗余將會(huì)被修復(fù)軟件自動(dòng)過(guò)濾，不會(huì)用于DRAM的修復(fù)，保證量產(chǎn)的正確性。

如圖4所示，在對(duì)1G DRAM bank0引入的兩個(gè)虛擬字線(xiàn)地址進(jìn)行強(qiáng)制失效后，AFM中將記錄如下信息：F bit為1時(shí)表示失效是整個(gè)字線(xiàn)或整個(gè)位線(xiàn)，并非散點(diǎn)失效；Y11∶Y10等于0∶0表示失效位于bank0；X13為1表示失效地址位于字線(xiàn)冗余區(qū)；X12為0表示字線(xiàn)失效位于虛擬冗余區(qū)；X11∶0全0和全1為虛擬的2條字線(xiàn)的實(shí)際地址。

如上失效信息被存入AFM后，DRAM修復(fù)軟件將能夠產(chǎn)生真實(shí)冗余和失效單元的正確修復(fù)方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)虛擬冗余的引入實(shí)現(xiàn)了任意冗余分布的DRAM的正常測(cè)試，給芯片設(shè)計(jì)人員提供了最高的設(shè)計(jì)靈活性，同時(shí)，保證了DRAM量產(chǎn)修復(fù)軟件的重復(fù)使用。通過(guò)虛擬冗余的引入以及后續(xù)的強(qiáng)制失效處理，保證了DRAM的正確修復(fù)，降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

〔編輯：張思楠〕