淺談非均勻分布冗余DRAM 的修復(fù)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(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)依賴于DRAM 修復(fù)軟件，修復(fù)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(shí)際功能測試的結(jié)果，以提供最優(yōu)的修復(fù)方案，即DRAM 的冗余單元和測試失效地址的修復(fù)對應(yīng)關(guān)系。
1.1 DRAM 設(shè)計(jì)地址與AFM 的映射關(guān)系
在通用愛德萬DRAM 測試機(jī)臺中，AFM 的作用有以下2點(diǎn)：①用于記錄并累加DRAM 在所有功能測試項(xiàng)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(fù)軟件將對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。
根據(jù)JEDEC 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(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，對于位線冗余，電路的設(shè)計(jì)為位線冗余由RA12 分為2 個(gè)獨(dú)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(guān)系。在AFM 中，X13 為0 且Y13 為0 的區(qū)域?yàn)橹鞔鎯^(qū)，X13 為0 且Y13 為1 的區(qū)域?yàn)槲痪�冗余區(qū)，X13 為1 且Y13 為0 的區(qū)域?yàn)樽志�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 分割位線冗余，將一個(gè)位線冗余地址分為2 段獨(dú)立的位線用于DRAM 的位線失效修復(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對應(yīng)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(gè)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(gè)區(qū)域內(nèi)字線冗余分布狀態(tài)不同，軟件無法對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
為了不升級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(shí)加入2 個(gè)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(fù)軟件對冗余均勻分布要求的瓶頸。在該款DRAM 的實(shí)際測試中，虛擬字線冗余與DRAM 的真實(shí)冗余相結(jié)合，使芯片的測試和修復(fù)正常進(jìn)行。
2 虛擬冗余的后續(xù)處理
2.1 虛擬冗余引入帶來的問題
虛擬冗余的引入使DRAM 的生產(chǎn)測試不受修復(fù)軟件瓶頸的制約，從而實(shí)現(xiàn)DRAM 在愛德萬測試機(jī)臺上的量產(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)。該問題在DRAM 晶圓級測試的初期必須解決，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，后端封測無法正常進(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AFM 中的記錄為失效地址，才不會被DRAM 的修復(fù)軟件使用。針對此需求，在DRAM 的測試中，引入強(qiáng)制失效測試項(xiàng)，針對虛擬冗余進(jìn)行強(qiáng)制失效處理。強(qiáng)制失效處理是對虛擬冗余的地址進(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AFM 中，當(dāng)DRAM 修復(fù)軟件從AFM中提取失效地址信息時(shí)，檢測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被修復(fù)軟件自動過濾，不會用于DRAM 的修復(fù)，保證量產(chǎn)的正確性。
在對1G DRAM bank0 引入的兩個(gè)虛擬字線地址進(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)字線或整個(gè)位線，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(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
本文通過虛擬冗余的引入實(shí)現(xiàn)了任意冗余分布的DRAM的正常測試，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。
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