专利名称：一种应用于集成错误校验码的嵌入式存储器的内建修复分析方法
技术领域：
本发明属于利用内建修复分析技术提高系统级芯片中嵌入式存储器良率的技术领域，具体涉及一种利用存储器片上已有的错误校验码，在保证修复率的前提下减小内建修复分析的硬件开销的方法。
背景技术：
在现代系统级芯片(System-on-Chip，SoC)中，嵌入式存储器的数量和容量与日俱增。在不久的将来，各种功能的嵌入式存储器在SoC中的面积将超过80%。因此，嵌入式存储器的设计将采用更高工艺和更具挑战性的设计规则，这将导致其比芯片上的逻辑功能电路更易受到制造过程甚至后制造过程中产生的硬件缺陷影响。因此，嵌入式存储器的良率直接决定了整个SoC芯片的良率。和独立式存储器一样，嵌入式存储器也通过片上冗余的行和列资源修补来提高良率。有效的利用冗余资源来提高存储器的良率，需要高效的存储器测试与修复分析算法。传统的存储器测试和修复分析是通过外部测试设备完成的。但是，随着嵌入式存储器的数量和容量不断的增加，这种通过外部测试设备的方法变得既低效又不经济。这就使得内建自测试和内建修复分析的使用越来越受关注，甚至变得不可或缺，但是内建修复分析的实现必然会造成一定的芯片面积开销。在完整的存储器缺陷图和冗余资源中寻找优化的修补方案是非常耗时的。绝大多数早期的存储器修复分析方法都以具有超强计算能力的外部测试设备和完整的存储器缺陷图为前提，并且主要关注怎样在保持较优的修复率的同时提高修复分析速度。然而，由于资源限制，内建修复分析一般很难提供超强计算能力和存储所测存储阵列完整存储器缺陷图的存储空间。因此，近来内建修复分析器的设计主要是在修复率和硬件开销上做合理的折衷。现有的修复分析方法主要有宽边法、最多优先法、局部最多优先法和ESP法。其中宽边法只是随机的选择冗余行或列对发现的每一个缺陷进行修复，直到所有的缺陷都被修复或者所有的冗余行和列都被用完，计算复杂度和硬件开销非常低，但是与其他方法相比修复率最低。最多优先法优先分配冗余行或列修复缺陷最多的存储行或者列，近乎可以达到修复率的最优，但需要存储完整的存储器缺陷位置图，而且需要根据所包含的缺陷数量实现对缺陷行和列的排序，硬件开销过高，不适于内建修复分析器的设计。局部最多优先法和ESP法是最多优先法的近似，局部最多优先法使用一个小得多的缺陷位图，在局部范围内实现对缺陷最多的行或列优先修复，复杂度相对较低。ESP使用一个很小的寄存器文件替代缺陷位图，逼近最多优先法的修复效率。前面提到的方法，本质上都只在硬件开销和修复率之间做不同的折中。由于局部最多优先法和ESP两种方法的硬件开销小，更适合于内建修复分析的设计。但是，当缺陷密度增加时，为了保持相同级别的存储器良率，局部最多优先法和ESP方法都需要较大的存储开销，如较大的局部位图存储和寄存器文件。同时，研究发现，随着半导体加工工艺尺寸
3的缩小，工艺参数波动引起的存储单元硬件缺陷率将显著增加。因此，随着工艺尺寸的缩小，现有的冗余修复策略可能越来越不能满足要求。这就要求开发在保证修复率条件下效费比更高的冗余修复分析方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的存储器修复分析方法，该方法利用嵌入式存储器已有的片上错误校验码电路显著降低了修复分析器的硬件开销，并且可以达到与传统方法相当甚至更高的修复率，从而提高修复分析的效费比。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种嵌入式存储器的内建修复分析方法包括如下步骤在存储器内建自测试阶段，采用簇缺陷优先修复分析方法，首先判断检测到的缺陷是簇缺陷还是离散缺陷，利用片上冗余的行和列优先修复检测到的簇缺陷，对检测到的离散缺陷采用宽边法进行修复，直到所有缺陷都被修复或者冗余行和列资源被用完。如果冗余资源用完后还残留有离散缺陷，则将离散缺陷的位置信息存储在一个非易失存储器中。这些残留的缺陷将在存储器测试结束后，存储器使用过程中通过片上的错误校验电路进行修复。所述的存储器内建自测试将存储器的测试电路放在存储器内部，在存储器测试阶段，内建自测控制器控制测试向量产生器产生预先设计好的向量序列，对存储单元进行一系列的读写操作，将操作结果和预定的结果进行比较，以判断存储器单元是否存在缺陷，并返回缺陷所在的位置信息。所述的簇缺陷和离散缺陷的含义同一个存储行或者存储列中有多个缺陷单元， 这样的在空间上相对连续的出现的缺陷我们称之为簇缺陷。同一个存储行或者存储列中随机出现的个别缺陷，在空间上离散分布，我们称之为离散缺陷。所述的用簇缺陷优先修复分析方法优先修复检测到的簇缺陷的方法是，在存储器内建测试过程中，用一个容量很小的缺陷收集缓存器存储检测到的但未被修复缺陷的位置信息，当检测到新的缺陷时，首先检测缺陷所在的行或者列是否已经被修复，如果是，则直接忽略该缺陷。如果其所在的行和列都没有被修复，将其位置信息与缺陷收集缓存器中之前检测出且未修复的缺陷的位置信息逐条进行比较，如果缺陷收集缓存器中某一缺陷与新检测到的缺陷在同一行或者同一列，则将这两个缺陷作为簇缺陷，分配冗余的行或者列资源进行修复。当缺陷收集缓存器中没有与之匹配的条目时，如果收集器未满，则将该缺陷的位置信息作为新条目存入缺陷收集器，否则从缺陷收集缓存器中随机的弹出一个缺陷，并使用宽边法进行修复，然后将新检测到的缺陷位置信息存入缺陷收集缓存器。所述的用宽边修复法修复离散缺陷的方法是，在存储器内建自测试过程中，为缺陷收集器中弹出的每一个缺陷，随机的选择冗余的行或者列对其进行修复。在存储器内建自测试结束后，为缺陷收集器中所存的每一个未修复的缺陷随机的分配冗余行或者列进行修复，直到所有的缺陷都被修复或者冗余的行和列用完。所述的非易失存储器采用不会产生额外加工开销的电子可编程熔丝阵列存储器。所述的使用片上错误校验电路修复残留缺陷的实现方式是，在存储器内建自测试结束后，残留缺陷的位置信息被存储在上述非易失存储器中。在存储器使用过程中，如果存
4储器读取时检测到无法纠正的错误，即检测到的错误超出其自身错误校验码的纠错能力， 则从非易失存储器中读取残留缺陷的位置信息并提供给错误校验码解码器，利用错误校验码的检错纠错能力对其进行纠正。本发明的有益效果是与已有的方法相比，这种错误校验码辅助内建修复分析方法可以以非常低的硬件开销实现相同或者更高的缺陷修复率。
图1是应用本发明提出的低开销内建修复分析方法的存储器的系统框图。图2是存储器内建自测试模块的结构框图。图3是簇缺陷优先修复分析模块的结构框图。
具体实施例方式图1表示的是应用本发明所提出的低开销内建修复分析方法的存储器的系统框图。该系统包括集成错误校验码的存储阵列、存储器内建自测模块、簇缺陷优先修复模块、 非易失性存储器和错误校验码解码模块。在存储器内建自测试阶段，存储器内建自测试模块对存储器的每一个存储单元进行检测，判断其是否存在缺陷，并返回缺陷所在的位置信息。当检测到缺陷时，将新检测到的缺陷的位置信息传送给簇缺陷优先修复模块。簇缺陷优先修复模块首先区分该缺陷是簇缺陷还是离散缺陷，并优先分配冗余资源对簇缺陷进行修复，对离散缺陷，则采用低开销的宽边修复算法进行修复。如果所有的冗余资源都被用完后还残留未被修复的离散缺陷，则将残留缺陷的位置信息存储在一个非易失性存储器中， 这些残留缺陷所造成的存储错误将在存储器使用过程中利用已有的片上错误校验码电路进行纠正。。图2是存储器内建自测试模块的结构框图。存储器内建自测试模块包括测试控制器、向量生成单元、比较单元。在存储器内建测试时，测试控制器控制向量生成单元生成预定的测试向量，对存储器阵列中的每一个存储单元进行一系列的读写操作，并将读写操作后的向量送入比较单元。比较单元经过比较存储单元在一系列的读写操作后的输出向量和预定的向量，判断该单元是否存在缺陷，如果有缺陷，则输出缺陷存储单元所在的位置信肩、ο图3是簇缺陷优先修复分析模块的结构框图，簇缺陷优先修复分析模块包括可以存储一个缺陷位置信息的缺陷位置缓存器、缺陷收集缓存器、地址比较模块、控制模块、 宽边修复模块。在数字存储器中，存储器硬件缺陷分为很多种类型，如耦合缺陷和固定缺陷等。这些不同的缺陷只能通过不同的测试方法来检测。因此，完整的存储器测试通常需要一系列不同的测试向量，而每个测试向量通常面向一种或者多种硬件缺陷。结果造成一些空间上相邻的硬件缺陷需要使用不同的测试向量来检测，因此其捕获时间也不相同。也就是说，那些空间上相邻的缺陷在测试时可能在被检测到的时间上相隔较长。不过，对于簇缺陷，在测试过程中其在捕获时间上会表现出相连续的特点。这是因为簇缺陷一般由同一原因造成， 因而属于相同类型的缺陷。同时，簇缺陷内的缺陷单元数比离散缺陷的单元数要多得多。由于簇缺陷在空间和时间上都具有局部性，可以以相对较低的硬件开销将其与随机出现的离散缺陷区分开。本发明中开发了一种硬件开销低的簇缺陷优先(Cluster Defect Oriented，CDO) 修复分析技术。该技术硬件开销低的原因在于该技术仅仅使用了一个容量很小的缺陷收集(Defect Collecting, DC)缓冲器来存储已检测出且未被修复的缺陷的位置信息以识别簇缺陷；同时，该技术采用最简单的宽边法来修复离散缺陷。上述簇缺陷优先修复分析技术的具体实施方案如下。当存储器内建自测试模块测试到一个新的缺陷并给出缺陷位置信息时，新检测出的缺陷的位置信息被存储在缺陷位置缓存器中。我们首先检测新检测出的缺陷所在的行或者列是不是已经被标注为已修复。如果是，则直接忽略该缺陷。否则，将缺陷位置缓存器中的缺陷位置信息与缺陷收集缓存器中存储的之前检测到但未修复的缺陷的位置信息逐条进行比较，如果缺陷收集缓存器中的某一缺陷的行或者列地址与该缺陷的行或者列相符，即这两个缺陷处于同一行或者同一列，则将这两个缺陷视为簇缺陷，并分配冗余的行或列优先对其进行修复。这就保证了簇缺陷具有较高的优先级，合理的利用冗余资源修复缺陷。在缺陷收集缓存器中的缺陷的行列地址都没有与之相符的情况下，如果缺陷收集缓存器未满，则将缺陷地址缓存器中的这一缺陷的位置信息作为一个新的条目加入到缺陷收集缓存器中；否则从缺陷收集缓存器中随机选择一个缺陷并使用宽边修复模块(随机的选择一个可用的冗余行或列修复所选缺陷) 对其进行修复。一旦存储器检测完成后，宽边修复模块将利用可用的冗余行或列对缺陷收集缓存器中的缺陷进行修复，直到所有的缺陷都被修复或者冗余的行和列都被用完，在这一阶段， 位于同一存储字中的缺陷会被优先修复。如果在所有的冗余行列资源都被用完时，缺陷收集缓存器中还有缺陷未被修复，则将这些残留的缺陷的位置信息存储到一个非易失存储阵列中。如上面提到过的，这些残留的缺陷造成的错误将在存储器使用过程中，通过片上错误校验码电路进行纠正。上面的讨论都假设每个包含错误校验码冗余在内的存储字都存储在一个单独的存储子阵列中的情况。这样，每个子阵列间的修复分析是相互独立的。本方法可以直接扩展到当每个存储字分散在几个存储子阵列中的情况。在这种情况下，几个存储子阵列需要共享非易失存储阵列。在修复分析阶段，可以在非易失性存储阵列中查找先前已处理过的存储子阵列的存储信息，从而优先修复那些纠错电路已经被用作修复硬件缺陷的存储字。对于大容量存储器，共享非易失存储阵列还可以使修复更加灵活，从而可以提高整个存储器的修复率。
权利要求
1.一种嵌入式存储器的内建修复分析方法，包括如下步骤在存储器内建自测试阶段，采用簇缺陷优先修复分析方法，首先区分检测到的缺陷是簇缺陷还是离散缺陷，利用片上冗余的行和列优先修复检测到的簇缺陷，对检测到的离散缺陷采用宽边修复法进行修复，直到缺陷修复完成或者冗余行和列资源用完；如果冗余资源用完还有离散缺陷残留，则将残留的离散缺陷的位置信息存储在一个非易失存储器中，这些残留的缺陷将使用片上的错误校验电路进行修复；所述的簇缺陷优先修复分析方法为使用一个容量很小的缺陷收集缓冲器来存储检测到但未被修复的缺陷的位置信息，当检测到新的缺陷时，首先检测其所在的行或者列是否已经被标注为已修复，如果是则直接忽略该缺陷；否则将其行和列地址与缺陷收集缓存器中记录的缺陷位置信息逐条进行比较，如果与其中某一条目的行或者列地址相符，则将这两个缺陷视为簇缺陷，并分配冗余行或者冗余列优先对其进行修复；在缺陷收集缓存器中没有与之行或列地址相符的缺陷的情况下，如果缺陷收集缓冲器未满，则将该缺陷的位置信息作为一个新的条目加入缺陷收集缓存器，否则从缺陷收集缓存器中随机的弹出一个缺陷并使用宽边修复法进行修复，然后将该缺陷的位置信息存入缺陷收集缓冲器；一旦存储器检测完成，继续按照宽边修复法利用可用的冗余行或者列对缺陷收集缓存器中的缺陷进行修复，直到所有缺陷都被修复或者冗余的行和列都用完，这一阶段同一存储字中的缺陷会被优先修复；所述的宽边修复法随机的选择冗余的行或者列对每一个需要修复的缺陷进行修复，直到所有的缺陷修复完成或者冗余的行和列用完；所述的使用片上错误校验电路修复残留缺陷的实现方式是，存储器内建自测试结束后，将残留缺陷的位置信息存储在一个非易失存储器中；在存储器使用过程中，如果读取时检测到无法纠正的错误，即错误超出其自身的纠错能力，则从非易失存储器中读取残留缺陷的位置信息并提供给错误校验码解码器，利用错误校验码的检错纠错能力对其进行纠正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在存储器内建自测试阶段，存储器的测试电路放在存储器内部，该测试电路包括自测控制器、测试向量产生器和比较器；内建自测控制器控制测试向量产生器产生预先设计好的向量序列，对存储器的每一个存储单元进行一系列读写操作，比较器将操作的结果与预计的结果进行比较，以判断存储器单元是否存在缺陷，并返回缺陷的位置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的将硬件缺陷分为簇缺陷和离散缺陷的方式为，在存储器内建自测试过程中，如果检测到的新缺陷所在的行或者列中有其他缺陷已被检测出且未被修复，则该缺陷和之前被检测出且未修复的缺陷所在的同一行或者同一列的缺陷被认为是簇缺陷；如果新检测到的缺陷所在的行和列在该缺陷被修复之前未检测到其他缺陷，则该缺陷被认为是离散缺陷。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的非易失存储器采用电子可编程熔丝阵列存储器。
全文摘要
一种嵌入式存储器的内建修复分析方法，包括如下步骤利用片上冗余的行和列优先修复簇缺陷，离散缺陷采用宽边法进行修复，直到缺陷修复完成或者冗余行和列资源用完；如果冗余行资源和列资源用完后还有离散缺陷未被修复，则将残留的缺陷的位置信息存储在一个非易失存储器中，这些残留的缺陷造成的存储错误将在存储器使用过程中通过片上错误校验电路进行纠正。与已有的方法相比，这种利用片上错误校验码电路辅助的内建修复分析方法可以以非常低的硬件开销实现相同或者更高的缺陷修复率。
文档编号G11C29/44GK102420016SQ20111034385
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者吕敏杰, 孙宏滨, 张彤, 郑南宁 申请人:西安交通大学