關於淺析非均勻分佈冗餘DRAM 的修復方法的論文
關於淺析非均勻分佈冗餘DRAM 的修復方法的論文
隨著DRAM 製作體積的不斷縮小以及儲存容量的不斷增加，量產出的DRAM 晶片中必然存在失效的儲存單元。為了使DRAM 能夠正常使用，晶片設計中包含了冗餘單元，冗餘單元用於失效單元的修復，以達到量產合格DRAM 的目的。在傳統DRAM 設計中，冗餘單元在晶片中均勻分佈，因此，用於分析DRAM 修復的軟體僅能夠對冗餘均勻分佈的DRAM 進行修復分析。但隨著降低生產成本的要求出現，芯片面積不斷減小，設計人員不再採用均勻分佈冗餘的設計理念，取而代之的是在晶片任意剩餘面積上加入冗餘，因此，修復軟體遇到了瓶頸，影響了DRAM 量產。本文透過虛擬冗餘的引入，使任意冗餘分佈的DRAM 均可複用DRAM 修復軟體，並透過虛擬冗餘的強制失效處理實現DRAM 的正確修復。
1 非均勻分佈冗餘DRAM
修復軟體的瓶頸DRAM 的修復依賴於DRAM 修復軟體，修復軟體將根據DRAM 冗餘字線和冗餘位線在地址失效記憶體AFM(AddressFailure Memory)的分佈資訊以及DRAM 實際功能測試的結果，以提供最優的修復方案，即DRAM 的'冗餘單元和測試失效地址的修復對應關係。
1.1 DRAM 設計地址與AFM 的對映關係
在通用愛德萬DRAM 測試機臺中，AFM 的作用有以下2點：①用於記錄並累加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 冗餘的分佈資訊，DRAM 修復軟體將對AFM 中的資訊加以提取並進一步分析，最終給出DRAM 的最最佳化修復方法。以一款1G DRAM 設計為例，如圖1 所示，根據JEDEC 設計標準，1G DRAM 有13 位字線地址、10 位位線地址、3 位bank地址以及冗餘啟用地址。在測試中，測試人員將對設計地址進行AFM 的對映處理，實現設計地址和AFM 地址的一對一對映關係，為DRAM 的修復做準備工作。
1.2 DRAM 的冗餘與AFM 的對映關係
冗餘分佈和AFM 對映分佈如圖2 所示。針對該款DRAM產品，為了減少芯片面積，進一步提升設計靈活性，晶片設計人員採用了非均勻冗餘的設計理念。以1G DRAM bank0 為例，對於位線冗餘，電路的設計為位線冗餘由RA12 分為2 個獨立區域且均勻分佈，字線冗餘僅分佈在RA12 為1 的區域，冗餘地址為RA[11∶0]等於[0∶0]和[1∶1]。圖2 為冗餘分佈和AFM的對映關係。在AFM 中，X13 為0 且Y13 為0 的區域為主儲存區，X13 為0 且Y13 為1 的區域為位線冗餘區，X13 為1 且Y13 為0 的區域為字線冗餘區。
1.3 DRAM 修復軟體的瓶頸
由於電路設計採用RA12 分割位線冗餘，將一個位線冗餘地址分為2 段獨立的位線用於DRAM 的位線失效修復，以提升修復靈活性。因此，DRAM 修復軟體需要從AFM 中提取與RA12對應的X12 的資訊對冗餘分佈狀態做評估。在圖2 中，字線冗餘僅在X12 為1 的區域呈現均勻分佈態，該區域有2 個字線冗餘，X12 為0 的區域無字線冗餘分佈。由於以X12 為分割的2個區域內字線冗餘分佈狀態不同，軟體無法對DRAM 進行修復分析。
1.4 借用虛擬冗餘突破DRAM 修復軟體瓶頸
為了不升級DRAM 修復軟體並使之繼續為該款產品服務，以達到降低生產成本、規避量產風險的目的，一種引入虛擬冗餘的修復方法將被採用。如圖3 所示，基於冗餘修復軟體要求，在字線冗餘區域內以X12 為分割的左右兩邊的字線冗餘必須呈現均勻分佈態。因此，新的方法在X12 為0 的字線冗餘區域內同時加入2 個虛擬字線冗餘，且虛擬字線冗餘地址與字線冗餘區域內X12 為1 區域的字線冗餘地址相同，即RA[11∶0]等於[0∶0]和[1∶1]，最終使以X12 為分割的字線冗餘區內的字線冗餘呈均勻分佈。虛擬字線冗餘概念的引入可以從根本上解決DRAM 修復軟體對冗餘均勻分佈要求的瓶頸。在該款DRAM 的實際測試中，虛擬字線冗餘與DRAM 的真實冗餘相結合，使晶片的測試和修復正常進行。
2 虛擬冗餘的後續處理
2.1 虛擬冗餘引入帶來的問題
虛擬冗餘的引入使DRAM 的生產測試不受修復軟體瓶頸的制約，從而實現DRAM 在愛德萬測試機臺上的量產。但由於在DRAM 的真實設計中不包含虛擬冗餘，因此，虛擬冗餘不能用於DRAM 的修復。該問題在DRAM 晶圓級測試的初期必須解決，否則DRAM 修復將發生錯誤，該錯誤導致DRAM 的良
率為0，即晶圓全損，後端封測無法正常進行。
2.2 虛擬冗餘強制失效處理
虛擬冗餘不存在於真實的DRAM，不能用於DRAM 的修
復。因此，必須使虛擬冗餘在AFM 中的記錄為失效地址，才不會被DRAM 的修復軟體使用。針對此需求，在DRAM 的測試中，引入強制失效測試項，針對虛擬冗餘進行強制失效處理。強制失效處理是對虛擬冗餘的地址進行讀操作，且讀操作必須失敗。即讀1 時，比較資料為0;或讀0 時，比較資料為1。該失效資訊將被記錄在AFM 中，當DRAM 修復軟體從AFM中提取失效地址資訊時，檢測到虛擬冗餘的地址是失效的，因此，在生成修復演算法時，失效的虛擬冗餘將會被修復軟體自動過濾，不會用於DRAM 的修復，保證量產的正確性。
地址進行強制失效後，AFM 中將記錄如下資訊：F bit 為1 時表示失效是整個字線或整個位線，並非散點失效;Y11∶Y10 等於0∶0 表示失效位於bank0;X13 為1 表示失效地址位於字線冗餘區;X12 為0 表示字線失效位於虛擬冗餘區;X11∶0 全0 和全1 為虛擬的2 條字線的實際地址。如上失效資訊被存入AFM 後，DRAM 修復軟體將能夠產生真實冗餘和失效單元的正確修復方案。
3 結束語
本文透過虛擬冗餘的引入實現了任意冗餘分佈的DRAM的正常測試，給晶片設計人員提供了最高的設計靈活性，同時，保證了DRAM 量產修復軟體的重複使用。透過虛擬冗餘的引入以及後續的強制失效處理，保證了DRAM 的正確修復，降低了生產風險，縮短了生產週期，節約了生產成本。