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淺談非均勻分布冗余DRAM 的修復策略論文
隨著DRAM 制作體積的不斷縮小以及存儲容量的不斷增加，量產(chǎn)出的DRAM 芯片中必然存在失效的存儲單元。為了使DRAM 能夠正常使用，芯片設計中包含了冗余單元，冗余單元用于失效單元的修復，以達到量產(chǎn)合格DRAM 的目的。在傳統(tǒng)DRAM 設計中，冗余單元在芯片中均勻分布，因此，用于分析DRAM 修復的軟件僅能夠?qū)θ哂嗑鶆蚍植嫉腄RAM 進行修復分析。但隨著降低生產(chǎn)成本的要求出現(xiàn)，芯片面積不斷減小，設計人員不再采用均勻分布冗余的設計理念，取而代之的是在芯片任意剩余面積上加入冗余，因此，修復軟件遇到了瓶頸，影響了DRAM 量產(chǎn)。本文通過虛擬冗余的引入，使任意冗余分布的DRAM 均可復用DRAM 修復軟件，并通過虛擬冗余的強制失效處理實現(xiàn)DRAM 的正確修復。
1 非均勻分布冗余DRAM 修復軟件的瓶頸
DRAM 的修復依賴于DRAM 修復軟件，修復軟件將根據(jù)DRAM 冗余字線和冗余位線在地址失效記憶體AFM(AddressFailure Memory)的分布信息以及DRAM 實際功能測試的結(jié)果，以提供最優(yōu)的修復方案，即DRAM 的冗余單元和測試失效地址的修復對應關系。
1.1 DRAM 設計地址與AFM 的映射關系
在通用愛德萬DRAM 測試機臺中，AFM 的作用有以下2點：①用于記錄并累加DRAM 在所有功能測試項中的失效地址;②測試人員可以在AFM 中給出DRAM 冗余的分布信息，DRAM 修復軟件將對AFM 中的信息加以提取并進一步分析，最終給出DRAM 的最優(yōu)化修復方法。
根據(jù)JEDEC 設計標準，1G DRAM 有13 位字線地址、10 位位線地址、3 位bank地址以及冗余激活地址。在測試中，測試人員將對設計地址進行AFM 的映射處理，實現(xiàn)設計地址和AFM 地址的一對一映射關系，為DRAM 的修復做準備工作。
1.2 DRAM 的冗余與AFM 的映射關系
冗余分布和AFM 映射分布如圖2 所示。針對該款DRAM產(chǎn)品，為了減少芯片面積，進一步提升設計靈活性，芯片設計人員采用了非均勻冗余的設計理念。以1G DRAM bank0 為例，對于位線冗余，電路的設計為位線冗余由RA12 分為2 個獨立區(qū)域且均勻分布，字線冗余僅分布在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的映射關系。在AFM 中，X13 為0 且Y13 為0 的區(qū)域為主存儲區(qū)，X13 為0 且Y13 為1 的區(qū)域為位線冗余區(qū)，X13 為1 且Y13 為0 的區(qū)域為字線冗余區(qū)。
1.3 DRAM 修復軟件的瓶頸
由于電路設計采用RA12 分割位線冗余，將一個位線冗余地址分為2 段獨立的位線用于DRAM 的位線失效修復，以提升修復靈活性。因此，DRAM 修復軟件需要從AFM 中提取與RA12對應的X12 的信息對冗余分布狀態(tài)做評估。字線冗余僅在X12 為1 的區(qū)域呈現(xiàn)均勻分布態(tài)，該區(qū)域有2 個字線冗余，X12 為0 的區(qū)域無字線冗余分布。由于以X12 為分割的2個區(qū)域內(nèi)字線冗余分布狀態(tài)不同，軟件無法對DRAM 進行修復分析。
1.4 借用虛擬冗余突破DRAM 修復軟件瓶頸
為了不升級DRAM 修復軟件并使之繼續(xù)為該款產(chǎn)品服務，以達到降低生產(chǎn)成本、規(guī)避量產(chǎn)風險的目的，一種引入虛擬冗余的修復方法將被采用。如圖3 所示，基于冗余修復軟件要求，在字線冗余區(qū)域內(nèi)以X12 為分割的左右兩邊的字線冗余必須呈現(xiàn)均勻分布態(tài)。因此，新的方法在X12 為0 的字線冗余區(qū)域內(nèi)同時加入2 個虛擬字線冗余，且虛擬字線冗余地址與字線冗余區(qū)域內(nèi)X12 為1 區(qū)域的字線冗余地址相同，即RA[11∶0]等于[0∶0]和[1∶1]，最終使以X12 為分割的字線冗余區(qū)內(nèi)的字線冗余呈均勻分布。
虛擬字線冗余概念的引入可以從根本上解決DRAM 修復軟件對冗余均勻分布要求的瓶頸。在該款DRAM 的實際測試中，虛擬字線冗余與DRAM 的真實冗余相結(jié)合，使芯片的測試和修復正常進行。
2 虛擬冗余的后續(xù)處理
2.1 虛擬冗余引入帶來的問題
虛擬冗余的引入使DRAM 的生產(chǎn)測試不受修復軟件瓶頸的制約，從而實現(xiàn)DRAM 在愛德萬測試機臺上的量產(chǎn)。但由于在DRAM 的真實設計中不包含虛擬冗余，因此，虛擬冗余不能用于DRAM 的修復。該問題在DRAM 晶圓級測試的初期必須解決，否則DRAM 修復將發(fā)生錯誤，該錯誤導致DRAM 的良率為0，即晶圓全損，后端封測無法正常進行。
2.2 虛擬冗余強制失效處理
虛擬冗余不存在于真實的DRAM，不能用于DRAM 的修復。因此，必須使虛擬冗余在AFM 中的記錄為失效地址，才不會被DRAM 的修復軟件使用。針對此需求，在DRAM 的測試中，引入強制失效測試項，針對虛擬冗余進行強制失效處理。強制失效處理是對虛擬冗余的地址進行讀操作，且讀操作必須失敗。即讀1 時，比較數(shù)據(jù)為0;或讀0 時，比較數(shù)據(jù)為1。該失效信息將被記錄在AFM 中，當DRAM 修復軟件從AFM中提取失效地址信息時，檢測到虛擬冗余的地址是失效的，因此，在生成修復算法時，失效的虛擬冗余將會被修復軟件自動過濾，不會用于DRAM 的修復，保證量產(chǎn)的正確性。
在對1G DRAM bank0 引入的兩個虛擬字線地址進行強制失效后，AFM 中將記錄如下信息：F bit 為1 時表示失效是整個字線或整個位線，并非散點失效;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冗余區(qū);X12 為0 表示字線失效位于虛擬冗余區(qū);X11∶0 全0 和全1 為虛擬的2 條字線的實際地址。
如上失效信息被存入AFM 后，DRAM 修復軟件將能夠產(chǎn)生真實冗余和失效單元的正確修復方案。
3 結(jié)束語
本文通過虛擬冗余的引入實現(xiàn)了任意冗余分布的DRAM的正常測試，給芯片設計人員提供了最高的設計靈活性，同時，保證了DRAM 量產(chǎn)修復軟件的重復使用。通過虛擬冗余的引入以及后續(xù)的強制失效處理，保證了DRAM 的正確修復，降低了生產(chǎn)風險，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
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