非均匀分布冗余DRAM的修复方法

王帆

摘 要：为了适应DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存储器）芯片设计中冗余单元分布的不规则性以及DRAM失效单元的修复需求，最大限度地复用修复软件以降低量产成本和生产风险。通过在DRAM修复中引入虚拟冗余，使DRAM冗余成均匀分布态，可保证修复软件的正常工作。在DRAM实际测试中，对虚拟冗余进行强制失效处理，以保证虚拟冗余不被异常使用，最终找到了一种简洁、准确、提高设计灵活性的非均匀分布冗余DRAM的修复方法。

关键词：DRAM；冗余单元；虚拟冗余；芯片

中图分类号：TP333 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.130

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（Address Failure 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。

以一款1G DRAM设计为例，如图1所示，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。在图2中，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

引入虚拟冗余的冗余分布和AFM映射分布如图3所示。

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產。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。

如图4所示，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。

〔编辑：张思楠〕