隨着DRAM 製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，芯片設計中包含了宂餘單元，宂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，宂餘單元在芯片中均勻分佈，因此，用於分析DRAM 修復的軟件僅能夠對宂餘均勻分佈的DRAM 進行修復分析。但隨着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宂餘的設計理念，取而代之的是在芯片任意剩餘面積上加入宂餘，因此，修復軟件遇到了瓶頸，影響了DRAM 量產。本文通過虛擬宂餘的引入，使任意宂餘分佈的DRAM 均可複用DRAM 修復軟件，並通過虛擬宂餘的強制失效處理實現DRAM 的正確修復。
1 非均勻分佈宂餘DRAM
修復軟件的瓶頸DRAM 的修復依賴於DRAM 修復軟件，修復軟件將根據DRAM 宂餘字線和宂餘位線在地址失效記憶體AFM(AddressFailure Memory)的分佈信息以及DRAM 實際功能測試的結果，以提供最優的修復方案，即DRAM 的宂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 的映射關係
在通用愛德萬DRAM 測試機台中，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 宂餘的分佈信息，DRAM 修復軟件將對AFM 中的信息加以提取並進一步分析，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地址以及宂餘激活地址。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係，為DRAM 的修復做準備工作。
1.2 DRAM 的宂餘與AFM 的映射關係
宂餘分佈和AFM 映射分佈如圖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，芯片設計人員採用了非均勻宂餘的設計理念。以1G DRAM bank0 為例，對於位線宂餘，電路的設計為位線宂餘由RA12 分為2 個獨立區域且均勻分佈，字線宂餘僅分佈在RA12 為1 的區域，宂餘地址為RA[11∶0]等於[0∶0]和[1∶1]。圖2 為宂餘分佈和AFM的映射關係。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 的區域為位線宂餘區，X13 為1 且Y13 為0 的區域為字線宂餘區。
1.3 DRAM 修復軟件的瓶頸
由於電路設計採用RA12 分割位線宂餘，將一個位線宂餘地址分為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 修復軟件需要從AFM 中提取與RA12對應的X12 的信息對宂餘分佈狀態做評估。在圖2 中，字線宂餘僅在X12 為1 的區域呈現均勻分佈態，該區域有2 個字線宂餘，X12 為0 的區域無字線宂餘分佈。由於以X12 為分割的2個區域內字線宂餘分佈狀態不同，軟件無法對DRAM 進行修復分析。
1.4 借用虛擬宂餘突破DRAM 修復軟件瓶頸
為了不升級DRAM 修復軟件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，一種引入虛擬宂餘的修復方法將被採用。如圖3 所示，基於宂餘修復軟件要求，在字線宂餘區域內以X12 為分割的左右兩邊的字線宂餘必須呈現均勻分佈態。因此，新的方法在X12 為0 的字線宂餘區域內同時加入2 個虛擬字線宂餘，且虛擬字線宂餘地址與字線宂餘區域內X12 為1 區域的字線宂餘地址相同，即RA[11∶0]等於[0∶0]和[1∶1]，最終使以X12 為分割的字線宂餘區內的字線宂餘呈均勻分佈。虛擬字線宂餘概念的引入可以從根本上解決DRAM 修復軟件對宂餘均勻分佈要求的瓶頸。在該款DRAM 的實際測試中，虛擬字線宂餘與DRAM 的'真實宂餘相結合，使芯片的測試和修復正常進行。
2 虛擬宂餘的後續處理
2.1 虛擬宂餘引入帶來的問題
虛擬宂餘的引入使DRAM 的生產測試不受修復軟件瓶頸的制約，從而實現DRAM 在愛德萬測試機台上的量產。但由於在DRAM 的真實設計中不包含虛擬宂餘，因此，虛擬宂餘不能用於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 虛擬宂餘強制失效處理
虛擬宂餘不存在於真實的DRAM，不能用於DRAM 的修
復。因此，必須使虛擬宂餘在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，針對虛擬宂餘進行強制失效處理。強制失效處理是對虛擬宂餘的地址進行讀操作，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，檢測到虛擬宂餘的地址是失效的，因此，在生成修復算法時，失效的虛擬宂餘將會被修復軟件自動過濾，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 中將記錄如下信息：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宂餘區;X12 為0 表示字線失效位於虛擬宂餘區;X11∶0 全0 和全1 為虛擬的2 條字線的實際地址。如上失效信息被存入AFM 後，DRAM 修復軟件將能夠產生真實宂餘和失效單元的正確修復方案。
3 結束語
本文通過虛擬宂餘的引入實現了任意宂餘分佈的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 量產修復軟件的重複使用。通過虛擬宂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。
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