一种三维堆叠存储器制造技术

一种三维堆叠存储器，包括多层存储器，每层存储器包括：由存储单元排布成的存储阵列，用于存储数据；备用存储单元，用于作为冗余资源替换故障存储单元；内建自测试模块，用于对存储器进行测试，并标定存储阵列中故障存储单元的位置；冗余资源替换模块，用于使用故障存储单元所属层的备用存储单元及与其相邻层中的备用存储单元按照内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换。因为，冗余资源替换模块使用故障存储单元所属层的备用存储单元及与其相邻层中的备用存储单元按照内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换，所以在较少硅通孔面积的条件下可提高冗余资源的利用率和故障单元修复率。

Three dimensional stacked memory

A 3D stacked memory, including multilayer memory, each memory layer includes a memory array from the storage unit are arranged in the backup storage unit for storing data; for, as redundant resources to replace the fault storage unit; built in self test module is used to test the memory, and memory cells in a memory array calibration fault location; for the use of redundant resources replacement module, fault storage unit belongs to backup storage unit backup storage unit layer and the adjacent layer according to the built-in fault storage unit calibration and test module fault location on the storage unit to replace. Because the redundant resources replacement module using the fault memory unit belongs to backup storage unit backup storage unit layer and the adjacent layer in the fault memory cells replaced according to the built-in self testing test fault memory unit module calibration position, so in less silicon vias area under the condition can improve the utilization rate and the fault unit the repair rate of redundant resources.

【技术实现步骤摘要】
一种三维堆叠存储器
本专利技术涉及存储器领域，具体涉及一种三维堆叠存储器。
技术介绍
三维堆叠存储器利用硅通孔(TSV)、微凸点(MicroBump)等构成垂直方向的信号通路，实现二维存储器芯片的纵向堆叠，可以使存储器在集成度和存储器访问带宽两方面同时获得改善，是突破计算机性能提升的"存储墙″问题的一种重要手段。JEDEC已经制定了面向存储器与逻辑电路三维堆叠应用的WideI/O接口标准，大大提升了三维堆叠存储器的三维堆叠集成能力。三维堆叠存储器的示意图如图1所示，据预测，在不久的将来三维堆叠存储器将在大规模存储与高性能计算领域发挥重要的作用。存储器是典型的高集成度、小尺寸器件的芯片，物理缺陷造成的存储单元故障十分常见。为了增加存储器的成品率，往往需要通过在存储阵列中增加冗余存储行和/或存储列的方式来对故障存储单元进行修复。在系统上电自检时，通过运行存储器测试程序或激活存储器自建内测试(BIST)机制可以获得存储单元的故障信息，故可使用冗余的存储资源对故障存储单元进行替换，从而修复故障，维持存储器的完好。三维堆叠存储器同样需要设计冗余修复机制来增强其使用可靠性。当前三维堆叠存储器的冗余修复策略有以下几类：第一类，层内冗余修复：与二维存储器相同，三维堆叠存储器中的每层存储器仅使用本层的冗余存储资源进行故障单元修复。该策略实现简单，但修复率和冗余存储资源利用率不高。第二类，整层冗余修复：将三维堆叠存储器中的一层存储器作为冗余资源池，其它层中不设冗余存储器资源。当发现其它层中出现故障单元时，均利用该层存储器进行冗余修复。这种策略可以实现100％的修复，但冗余资源的利用率很低。第三类，全局冗余修复：三维堆叠存储器中每层均设置冗余存储资源，且允许存储资源的全局共享，即任何层中的故障单元可任选本层或其它层中的冗余存储资源进行修复。这种策略可以实现很高的修复率，但是各层之间均需布置TSV通路，造成很大的TSV面积。此外，这种修复策略的控制过于复杂，实现难度大。第四类，结对冗余修复：三维堆叠存储器中每层均设置冗余存储资源，将三维堆叠存储器中的每两层结为一对，在这两层之内的故障存储单元可以共享这两层中的冗余存储资源，但不同对存储器层之间的冗余存储资源不可共享。这种策略可以在较小的TSV面积代价下实现较好的修复率，且通过共享提高了冗余存储资源的利用率。由于TSV尺寸的微缩慢于晶体管尺寸的缩小，因此对于集成度与面积敏感的存储器芯片而言，过多的TSV将带来不可忍受的面积代价。现有的全局冗余修复策略需要增加大量的TSV，从而使得这种策略的实现代价大大增加。层内冗余修复策略和整层冗余修复策略的资源利用率均偏低，而结对冗余修复策略不能有效共享结对层之间的冗余存储资源，也限制了冗余存储资源的利用率。
技术实现思路
针对三维堆叠存储器中冗余修复存在的问题，本申请提供一种三维堆叠存储器。一种实施例中，提供一种三维堆叠存储器，包括多层存储器，每层存储器包括：由存储单元排布成的存储阵列，存储单元用于存储数据；备用存储单元，用于作为冗余资源替换故障存储单元，备用存储单元与相邻层的备用存储单元相连；内建自测试模块，用于对存储器进行测试，并标定存储阵列中故障存储单元的位置；冗余资源替换模块，用于使用故障存储单元所属层的备用存储单元及与其相邻层中的备用存储单元按照内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换。一种实施例中，备用存储单元包括行备用存储单元和列备用存储单元，存储器还包括故障分析模块，故障分析模块用于根据内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行故障分类，并根据备用存储单元的数量判定存储器是否可修复，冗余资源替换模块根据故障存储单元的分类使用行备用存储单元或列备用存储单元对故障存储单元进行替换。一种实施例中，故障分析模块将故障存储单元分类为行故障、列故障和正交单个单元故障，冗余资源替换模块使用行备用存储单元替换分类为行故障的故障存储单元，使用列备用存储单元替换分类为列故障的故障存储单元，使用行备用存储单元或列备用存储单元替换分类为正交单个单元故障的故障存储单元。一种实施例中，备用存储单元与相邻层的备用存储单元通过硅通孔或微凸点相连。一种实施例中，冗余资源替换模块优先利用故障存储单元所属层的上层存储器中的备用存储单元对故障存储单元进行替换修复，当上层存储器中的备用存储单元数量不足以满足修复需求时，则使用故障存储单元所属层的备用存储单元对故障存储单元进行替换修复，当故障存储单元所属层的备用存储单元数量不足以满足修复需求时，则使用下层存储器中的备用存储单元对故障存储单元进行替换修复。依据上述实施例的三维堆叠存储器，其基于相邻层间冗余资源共享策略，使得冗余资源替换模块不仅可以使用故障存储单元所属层的备用存储单元按照内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换，还可以使用与其相邻层中的备用存储单元按照内建自测试模块标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换，所以本专利技术较少硅通孔面积的条件下，可提高冗余资源的利用率和故障单元修复率。附图说明图1为三维堆叠存储器的结构示意；图2为三维堆叠存储器原理框图；图3为每一层存储器的电路原理图；图4为故障存储单元替换流程图；图5为一个四层的三维堆叠存储器的相邻层间冗余资源共享图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在本专利技术实施例中，基于相邻层间冗余资源共享，通过合理设计三维堆叠存储器的修复策略，以达到提高存储器中冗余资源的利用率和较高的故障单元修复率，同时还可以有效避免死锁问题。本实施例提供一种三维堆叠存储器，包括多层存储器1，每层存储器1包括：存储阵列11、备用存储单元12、内建自测试模块13、冗余资源替换模块15，其原理框图如图2所示。具体的，存储阵列11由存储单元排布形成，存储单元用于存储数据。备用存储单元12用于作为冗余资源替换故障存储单元，而且，备用存储单元12与相邻层的备用存储单元12相连，如，通过硅通孔或微凸点相连以在相邻层中的备用存储单元12之间形成信号通路，使得每一层存储器都可以通过信号通路获得相邻层存储器的冗余资源，从而达到相邻层间的冗余资源共享的目的。内建自测试模块13用于对存储器进行测试，并标定存储阵列11中故障存储单元的位置；冗余资源替换模块15用于使用故障存储单元所属层的备用存储单元12及与其相邻层中的备用存储单元12按照内建自测试模块13标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换。进一步，本例的三维堆叠存储器还包括选择器，该选择器是一个二选一的选择器，其根据一控制信号选择存储阵列11中非故障存储单元的数据作为存储器的输出数据，或选择备用存储单元12中的数据作为存储器的输出数据。进一步，备用存储单元12包括行备用存储单元121和列备用存储单元122，存储器还包括故障分析模块14，故障分析模块14用于根据内建自测试模块13标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行故障分类，本例中，故障分析模块14将故障存储单元分类为行故障、列故障和正交单个单元故障，其中，行故障指一行存储单元中有两个以上故障存储单元，列故障指一列存储单元中有两个以上故障存储单元，正交单个单元故障指该故障存储单元是其所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维堆叠存储器，包括多层存储器，其特征在于，每层存储器包括：由存储单元排布成的存储阵列(11)，所述存储单元用于存储数据；备用存储单元(12)，用于作为冗余资源替换故障存储单元，所述备用存储单元(12)与相邻层的备用存储单元(12)相连；内建自测试模块(13)，用于对存储器进行测试，并标定存储阵列(11)中故障存储单元的位置；冗余资源替换模块(15)，用于使用故障存储单元所属层的备用存储单元(12)及与其相邻层中的备用存储单元(12)按照内建自测试模块(13)标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换。

【技术特征摘要】
1.一种三维堆叠存储器，包括多层存储器，其特征在于，每层存储器包括：由存储单元排布成的存储阵列(11)，所述存储单元用于存储数据；备用存储单元(12)，用于作为冗余资源替换故障存储单元，所述备用存储单元(12)与相邻层的备用存储单元(12)相连；内建自测试模块(13)，用于对存储器进行测试，并标定存储阵列(11)中故障存储单元的位置；冗余资源替换模块(15)，用于使用故障存储单元所属层的备用存储单元(12)及与其相邻层中的备用存储单元(12)按照内建自测试模块(13)标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行替换。2.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述备用存储单元(12)包括行备用存储单元(121)和列备用存储单元(122)，所述存储器还包括故障分析模块(14)，所述故障分析模块(14)用于根据内建自测试模块(13)标定的故障存储单元的位置对故障存储单元进行故障分类，并根据备用存储单元(12)的数量判定存储器是否可修复，所述冗余资源替换模块(15)根据故障存储单元的分类使用行备用存储单元(121)或列备用存储单元(122...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔小乐，张世界，金玉丰，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44