[實用新型]一種用于RRAM的存儲單元片內自測電路

有效

• 申請號: 201520593701.0
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN204884572U
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 王小光
• 申請（專利權）人: 西安華芯半導體有限公司
• 主分類號: G11C29/12
• 分類號: G11C29/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

技術領域

本實用新型涉及一種用于RRAM的存儲單元片內檢測電路。

背景技術

FLASH存儲器作為傳統主流的非易失存儲介質，在電子信息領域扮演著核心且不可或缺的角色。隨著工藝尺寸的不斷縮小，由于復雜的掩模圖形及昂貴的制造成本，越來越大的字線漏電和單元之間的串擾，以及浮柵中電子數目越來越少等原因，FLASH存儲器的發展受到了限制。因此業界逐漸研究開發一些新興的非揮發存儲器，如CBRAM、MRAM、PRAM、RRAM等。其中阻變型隨機存儲器RRAM作為一種新型的非易失性數據存儲技術，具有速度高、容量大、功耗低、成本低以及可靠性高的優點，RRAM被普遍認為是替代FLASH存儲器的最具潛力的新型存儲器。

同非易失性內存NANDFALSH一樣，在阻變型隨機存儲器RRAM存儲器陣列中，數據以位的方式保存在存儲單元，這些存儲單元以8個或者16個為單位，連成子線，形成所謂的字節(x8)或字(x16)，即存儲器的位寬。一定數目的字線會再組成頁。RRAM也是以頁為單位進行讀寫數據操作。

然而在RRAM存儲器的芯片制造過程中由于工藝制程以及應用中的各類原因，RRAM存儲器中不可避免會存在存儲單元損壞的情況，使之不能夠正確工作。所以在存儲器芯片出廠測試流程中，需要通過特定方法將存儲陣列中天生損壞的存儲單元測試并記錄出來，然后通過相關修復策略在一定程度上將這些損壞的存儲單元修復或替換，從而將那些自身損壞的存儲單元數目在可修復范圍內的芯片挽救回來，作為合格存儲器芯片出廠，提高了良品率。

同NANDFALSH一樣，在RRAM存儲器內部工作中，RRAM存儲器也是以整頁為基本操作單位進行讀寫操作的。RRAM存儲器芯片根據從外部接口得到的地址，譯碼并選中存儲陣列中的某一頁，然后按照內部操作的流程對選中頁進行數據的存取。如圖2a，在以頁為最小數據操作單元的一類存儲芯片中，會有一個頁緩存器，它是一個與存儲陣列中的一頁存儲空間大小相同且存儲位置完全對等的鎖存器陣列，用于在存儲器內部數據傳輸時起到數據的緩沖存儲作用。

在頁操作類的存儲器讀寫過程中，數據的搬移一般會有兩個傳輸階段，一個階段是發生在外部接口IO與頁緩存器之間，這里稱為頁緩存器操作階段，主要是完成從外部接口IO到芯片內部的數據接收與發送：如寫操作時將寫數據從外部接口IO搬到頁緩存器的頁緩存器寫入工作；和讀操作時將數據從頁緩存器搬移到外部接口IO的頁緩存器讀取工作。另一個階段是發生在存儲陣列和頁緩存器之間，稱之為陣列操作階段，用于完成芯片內部存儲陣列的讀寫工作：如在寫操作時將數據從頁緩存器搬移到存儲陣列選中頁相應位置的寫陣列操作；和讀操作時，將數據從存儲陣列中的選中頁搬到頁緩存器相應位置的讀陣列操作，如圖2b所示。

RRAM存儲器主要包括存儲陣列、頁緩存器、數據通路、驗證模塊、控制判斷邏輯模塊和地址發生器等，其中數據通路包括寫數據通路和讀數據通路。

在RRAM存儲器的寫陣列操作階段過程中，片內的地址發生器會根據工作需求按照累加的方式遍歷所有地址，將頁緩存器中各地址的數據讀取并逐次搬移到選中頁陣列的相應位置。每次通過寫數據通路進行的寫操作(擦除或編程)，系統會根據地址發生器的當前地址對陣列相應位置進行寫入操作，同時會將本次操作的寫數據保存在驗證模塊中，每次寫操作完成后，會有一個讀驗證操作，它會讀取之前所寫地址上的數據，并在驗證模塊中與原始寫數據進行比較，以判斷本次操作是否成功。如果比較結果相同即本次寫操作成功，驗證模塊將輸出成功標志位為1，控制判斷邏輯模塊會通知地址發生器加1，然后繼續對下一地址操作。如果比較結果不同則認為失敗，驗證模塊會重置成功標志位為0，控制判斷邏輯模塊會通知地址發生器會保持當前的操作地址，同時控制判斷邏輯模塊會告知相關模塊調節存儲單元相應字線或位線的操作電壓(一般是以一定的步長上調電壓)，然后芯片會對當前地址再重復一次寫操作以及讀驗證，以此類推，如果在規定操作次數上限時(如同一地址最多重復操作8次)還不能成功操作，即返回操作失敗信息，放棄對本地址的寫操作，地址發生器加1，繼續對下一地址執行寫操作。如圖3所示操作過程中可知，在RRAM寫陣列操作時，隨著對遞增的地址的逐次操作，在每個地址操作結束時，控制判斷邏輯模塊根據操作標志位的結果，已經擁有了當前地址是否能夠正確讀取操作的信息。然而這個反映每個地址成功與否的信息只是用于內部重復操作的判斷依據，而芯片外部接口端無從得知此類信息。

對于如何將存儲器陣列中的損壞存儲單元檢測并記錄，目前主要的測試方式為：在存儲器芯片出廠前測試階段，通過測試基臺對存儲器芯片進行測試具體做法如下：