浅谈非均匀分布冗余DRAM 的修复策略论文
随着DRAM 制作体积的不断缩小以及存储容量的不断增加，量产出的DRAM 芯片中必然存在失效的存储单元。为了使DRAM 能够正常使用，芯片设计中包含了冗余单元，冗余单元用于失效单元的修复，以达到量产合格DRAM 的目的。在传统DRAM 设计中，冗余单元在芯片中均匀分布，因此，用于分析DRAM 修复的软件仅能够对冗余均匀分布的DRAM 进行修复分析。但随着降低生产成本的要求出现，芯片面积不断减小，设计人员不再采用均匀分布冗余的设计理念，取而代之的是在芯片任意剩余面积上加入冗余，因此，修复软件遇到了瓶颈，影响了DRAM 量产。本文通过虚拟冗余的引入，使任意冗余分布的DRAM 均可复用DRAM 修复软件，并通过虚拟冗余的强制失效处理实现DRAM 的正确修复。
1 非均匀分布冗余DRAM 修复软件的瓶颈
DRAM 的'修复依赖于DRAM 修复软件，修复软件将根据DRAM 冗余字线和冗余位线在地址失效记忆体AFM(AddressFailure Memory)的分布信息以及DRAM 实际功能测试的结果，以提供最优的修复方案，即DRAM 的冗余单元和测试失效地址的修复对应关系。
1.1 DRAM 设计地址与AFM 的映射关系
在通用爱德万DRAM 测试机台中，AFM 的作用有以下2点：①用于记录并累加DRAM 在所有功能测试项中的失效地址;②测试人员可以在AFM 中给出DRAM 冗余的分布信息，DRAM 修复软件将对AFM 中的信息加以提取并进一步分析，最终给出DRAM 的最优化修复方法。
根据JEDEC 设计标准，1G DRAM 有13 位字线地址、10 位位线地址、3 位bank地址以及冗余激活地址。在测试中，测试人员将对设计地址进行AFM 的映射处理，实现设计地址和AFM 地址的一对一映射关系，为DRAM 的修复做准备工作。
1.2 DRAM 的冗余与AFM 的映射关系
冗余分布和AFM 映射分布如图2 所示。针对该款DRAM产品，为了减少芯片面积，进一步提升设计灵活性，芯片设计人员采用了非均匀冗余的设计理念。以1G DRAM bank0 为例，对于位线冗余，电路的设计为位线冗余由RA12 分为2 个独立区域且均匀分布，字线冗余仅分布在RA12 为1 的区域，冗余地址为RA[11∶0]等于[0∶0]和[1∶1]。图2 为冗余分布和AFM的映射关系。在AFM 中，X13 为0 且Y13 为0 的区域为主存储区，X13 为0 且Y13 为1 的区域为位线冗余区，X13 为1 且Y13 为0 的区域为字线冗余区。
1.3 DRAM 修复软件的瓶颈
由于电路设计采用RA12 分割位线冗余，将一个位线冗余地址分为2 段独立的位线用于DRAM 的位线失效修复，以提升修复灵活性。因此，DRAM 修复软件需要从AFM 中提取与RA12对应的X12 的信息对冗余分布状态做评估。字线冗余仅在X12 为1 的区域呈现均匀分布态，该区域有2 个字线冗余，X12 为0 的区域无字线冗余分布。由于以X12 为分割的2个区域内字线冗余分布状态不同，软件无法对DRAM 进行修复分析。
1.4 借用虚拟冗余突破DRAM 修复软件瓶颈
为了不升级DRAM 修复软件并使之继续为该款产品服务，以达到降低生产成本、规避量产风险的目的，一种引入虚拟冗余的修复方法将被采用。如图3 所示，基于冗余修复软件要求，在字线冗余区域内以X12 为分割的左右两边的字线冗余必须呈现均匀分布态。因此，新的方法在X12 为0 的字线冗余区域内同时加入2 个虚拟字线冗余，且虚拟字线冗余地址与字线冗余区域内X12 为1 区域的字线冗余地址相同，即RA[11∶0]等于[0∶0]和[1∶1]，最终使以X12 为分割的字线冗余区内的字线冗余呈均匀分布。
虚拟字线冗余概念的引入可以从根本上解决DRAM 修复软件对冗余均匀分布要求的瓶颈。在该款DRAM 的实际测试中，虚拟字线冗余与DRAM 的真实冗余相结合，使芯片的测试和修复正常进行。
2 虚拟冗余的后续处理
2.1 虚拟冗余引入带来的问题
虚拟冗余的引入使DRAM 的生产测试不受修复软件瓶颈的制约，从而实现DRAM 在爱德万测试机台上的量产。但由于在DRAM 的真实设计中不包含虚拟冗余，因此，虚拟冗余不能用于DRAM 的修复。该问题在DRAM 晶圆级测试的初期必须解决，否则DRAM 修复将发生错误，该错误导致DRAM 的良率为0，即晶圆全损，后端封测无法正常进行。
2.2 虚拟冗余强制失效处理
虚拟冗余不存在于真实的DRAM，不能用于DRAM 的修复。因此，必须使虚拟冗余在AFM 中的记录为失效地址，才不会被DRAM 的修复软件使用。针对此需求，在DRAM 的测试中，引入强制失效测试项，针对虚拟冗余进行强制失效处理。强制失效处理是对虚拟冗余的地址进行读操作，且读操作必须失败。即读1 时，比较数据为0;或读0 时，比较数据为1。该失效信息将被记录在AFM 中，当DRAM 修复软件从AFM中提取失效地址信息时，检测到虚拟冗余的地址是失效的，因此，在生成修复算法时，失效的虚拟冗余将会被修复软件自动过滤，不会用于DRAM 的修复，保证量产的正确性。
在对1G DRAM bank0 引入的两个虚拟字线地址进行强制失效后，AFM 中将记录如下信息：F bit 为1 时表示失效是整个字线或整个位线，并非散点失效;Y11∶Y10 等于0∶0 表示失效位于bank0;X13 为1 表示失效地址位于字线冗余区;X12 为0 表示字线失效位于虚拟冗余区;X11∶0 全0 和全1 为虚拟的2 条字线的实际地址。
如上失效信息被存入AFM 后，DRAM 修复软件将能够产生真实冗余和失效单元的正确修复方案。
3 结束语
本文通过虚拟冗余的引入实现了任意冗余分布的DRAM的正常测试，给芯片设计人员提供了最高的设计灵活性，同时，保证了DRAM 量产修复软件的重复使用。通过虚拟冗余的引入以及后续的强制失效处理，保证了DRAM 的正确修复，降低了生产风险，缩短了生产周期，节约了生产成本。
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