適用於快閃記憶體之自我修復系統研究

深次微米積體電路製造技術的進步已推動著嵌入式記憶體(embedded memory)的使用，並且對於系統單晶片(SOC)以及系統級封裝(SIP)而言，嵌入式非揮發性記憶體(embedded non-volatile memory)的強烈需求也使得快閃記憶體(flash memory)逐漸地越來越重要。此外，隨著嵌入式記憶體容量與面積的增長，系統單晶片的良率逐漸被嵌入式記憶體的良率所主宰。然而，記憶體中由深次微米缺陷以及製造參數不確定性所導致的良率損失一直是最重要的問題。為了解決此一問題，使用備用記憶體修復被認為是一個很有效率的方法來提升記憶體良率。對於嵌入式記憶體而言，自我修復系統(BISR)更是一個符合成本效益的解決方案。然而，在快閃記憶體上實作自我修復系統並非是微不足道的問題。近幾年來，對於記憶體有許多有關於自我修復系統的研究成果提出，但是針對快閃記憶體而言，則尚未有適用的方法發表。在這篇論文中，我們針對NOR型與NAND 型快閃記憶體分別進行自我修復系統之探討與研究。自我修復系統包含了自我測試電路(BIST)、內建式備用記憶體分析電路(BIRA)以及晶片上修復電路(on-chip repair)。自我測試電路可以使用測試演算法來測試快閃記憶體，例如March FT。內建式備用記憶體分析電路可以分析錯誤之記憶體單元的資訊並找出修復方法，而晶片上修復電路可把錯誤單元以分配之備用記憶體置換。對於NOR 型快閃記憶體上之自我修復系統，我們採用一個典型的備用記憶體架構，而基於這個架構，我們藉由著分析三個已知的備用記憶體分析演算法並提出一個方法。因為該典型的備用記憶體架構是一個有限制的二維行列備用記憶體架構，已知的演算法可能會發生錯誤修復的情形。因此，我們所提出的分析方法主要是一個貪婪演算法且高比重地使用備用行(spare row)，這個方法主要是基於前人所提出的ESP 演算法所發展而成。透過使用我們所提出的分析方法，錯誤修復的情形便可以避免。對於NAND 型快閃記憶體而言，我們依據一個有效率的二維備用記憶體架構提出一個備用記憶體分析演算法，另外考慮到在NAND 型快閃記憶體中廣泛使用的頁面模式(page mode)操作所帶來的影響，我們也提出一個可以找到現在正在存取之位址的方法。由於在NAND 型快閃記憶體上特殊的記憶體單元排列，備用行的架構是不適用且不允許的，所以我們提出一種特殊備用記憶體單元，稱為備用NAND 型區塊(spare NAND block)。在此，我們修改ESP 演算法使其適用於該備用記憶體架構。然而，對於NAND 型快閃記憶體而言，晶片上修復電路是另一項問題。為了解決這個問題，自動產生現在正在存取之位址的方法是必須的。利用我們的方法，晶片上修復電路可以確切地知道正在存取的記憶體位址以進行修復。我們也發展了一個模擬工具，而該工具支援NOR 型與NAND 型快閃記憶體。使用這個工具，我們模擬了提出來的方法。對於NOR 型快閃記憶體而言，模擬結果呈現出有缺陷的記憶體的確可以被有效地修復，而且結果也隱含著較偏好使用備用行的情形。另一方面，對於NAND 型快閃記憶體而言，結果呈現出備用NAND型區塊可能是比備用列(spare column)更好的選擇。

關鍵字

快閃記憶體；自我修復系統；內建式備用記憶體分析電路；備用記憶體分析演算法；架構；良率

並列摘要

無資料

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Flash Memories ； Built-In Self-Repair Schemes ； Built-In Redundancy Analysis ； Redundancy Analysis Algorithm ； Architecture ； Yield

參考文獻

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