非均勻分布冗余DRAM的修復方法

王帆

摘 要：為了適應DRAM（Dynamic Random Access Memory，動態隨機存儲器）芯片設計中冗余單元分布的不規則性以及DRAM失效單元的修復需求，最大限度地復用修復軟件以降低量產成本和生產風險。通過在DRAM修復中引入虛擬冗余，使DRAM冗余成均勻分布態，可保證修復軟件的正常工作。在DRAM實際測試中，對虛擬冗余進行強制失效處理，以保證虛擬冗余不被異常使用，最終找到了一種簡潔、準確、提高設計靈活性的非均勻分布冗余DRAM的修復方法。

關鍵詞：DRAM；冗余單元；虛擬冗余；芯片

中圖分類號：TP333 文獻標識碼：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容量的不斷增加，量產出的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，以達到量產合格DRAM的目的。在傳統DRAM設計中，冗余單元在芯片中均勻分布，因此，用于分析DRAM修復的軟件僅能夠對冗余均勻分布的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。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DRAM冗余字線和冗余位線在地址失效記憶體AFM（Address Failure Memory）的分布信息以及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個獨立區域且均勻分布，字線冗余僅分布在RA12為1的區域，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的區域為主存儲區，X13為0且Y13為1的區域為位線冗余區，X13為1且Y13為0的區域為字線冗余區。

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做評估。在圖2中，字線冗余僅在X12為1的區域呈現均勻分布態，該區域有2個字線冗余，X12為0的區域無字線冗余分布。由于以X12為分割的2個區域內字線冗余分布狀態不同，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

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DRAM修復軟件并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，在字線冗余區域內以X12為分割的左右兩邊的字線冗余必須呈現均勻分布態。因此，新的方法在X12為0的字線冗余區域內同時加入2個虛擬字線冗余，且虛擬字線冗余地址與字線冗余區域內X12為1區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內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的真實冗余相結合，使芯片的測試和修復正常進行。

2 虛擬冗余的后續處理

2.1 虛擬冗余引入帶來的問題

虛擬冗余的引入使DRAM的生產測試不受修復軟件瓶頸的制約，從而實現DRAM在愛德萬測試機臺上的量產。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，比較數據為0；或讀0時，比較數據為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，保證量產的正確性。

如圖4所示，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；X12為0表示字線失效位于虛擬冗余區；X11∶0全0和全1為虛擬的2條字線的實際地址。

如上失效信息被存入AFM后，DRAM修復軟件將能夠產生真實冗余和失效單元的正確修復方案。

3 結束語

本文通過虛擬冗余的引入實現了任意冗余分布的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量產修復軟件的重復使用。通過虛擬冗余的引入以及后續的強制失效處理，保證了DRAM的正確修復，降低了生產風險，縮短了生產周期，節約了生產成本。

〔編輯：張思楠〕