專利名稱：存儲器及其冗余替代方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路設計領(lǐng)域，尤其涉及一種存儲器及其冗余替代方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的半導體存儲器在數(shù)據(jù)讀取時，通常采用感應放大器來檢測存儲單元上的位線電流與基準電流的差值，從而判斷存儲單元內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)為“0”或“1”位元。如圖1所示，傳統(tǒng)的感應放大器主要包含MOS管M2、M3、M5及M6。其中，M3與存儲單元M4相匹配，可將M4上輸出電流Ieell鏡像到M3上的輸出電流，即Ieell = Im3 ；M2與Ml相匹配，可將Ml上輸出電流Iref鏡像到M2上的輸出電流，即Iref = Im2 ；M5與M6相匹配，即Im5 = Im6。M6的漏極電壓Ve將取決于Im3與Im6的大小。當感應放大器用于測試存儲單元M4存儲位元為“0” 或 “1” 時，由于 Icell = Im3、Iref = Iffl2> Iffl5 = Im6、又 Im2 = Im5，如果存儲單元 M4 為“0” 位元， 則Iceii < Iref，M6的漏極電壓被Im6拉向地線，為低電平，即緩存器buffer輸出Dout (感應電壓)為“0”;如果存儲單元M4單元M4為“1”位元，則Icell > Iref，M6的漏極電壓被Im3拉向電源線Vdd，為高電平，即緩存器buffer輸出Dout為“1”。上述感應放大器是在與存儲單元理想匹配的情況下，根據(jù)緩存器的輸出判斷存儲單元存儲“0”或“ 1”位元。
但實際情況下，感應放大器并不一定能夠與存儲單元理想匹配，如Ml與M2、M3與 M4、M5與M6之間由于制造工藝等很難做到完全匹配(即長寬比W/L—致)。如果感應放大器與存儲單元不匹配(Ml與M2、M3與M4)，及本身電路內(nèi)部(M5與M6)不匹配，緩存器輸出錯誤的判斷信息，導致實際檢測存儲單元存儲“0”或“1”位元時，出現(xiàn)誤判的缺陷。感應放大器實際工作時，現(xiàn)有技術(shù)通常初始設定感應放大器的匹配系數(shù)，如并聯(lián)多個MOS管構(gòu)成 M2，通過電熔絲或者存儲單元來控制構(gòu)成MOS管的個數(shù)，從而設置感應放大器的匹配系數(shù) X。所述匹配系數(shù)X的定義為公知技術(shù)，更多關(guān)于調(diào)節(jié)匹配系數(shù)X的內(nèi)容可以參見申請?zhí)枮?"201010121420. 7”的中國專利申請。由于傳統(tǒng)做法只是簡單的預先設定匹配系數(shù)，依然難以避免檢測中出現(xiàn)邏輯錯誤。此外隨著存儲器長期使用，存儲單元的擦除次數(shù)達到100 100000次后，其內(nèi)部半導體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)老化，阻值上升輸出的位線電流也相應減弱，而基準電流保持不變，最終也將導致感應放大器匹配度下降，無法檢測出存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)，存儲單元失效，進而導致整個存儲器報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種存儲器及其冗余替代方法，能夠延長存儲器的使用壽命。本發(fā)明提供的一種存儲器，包括存儲單元所組成的存儲陣列以及用于讀取存儲單元數(shù)據(jù)的感應放大器，其特征在于，所述存儲單元包括工作單元以及冗余單元，所述工作單元用于數(shù)據(jù)的存儲，所述冗余單元與工作單元的器件結(jié)構(gòu)相同，并與位線以及字線連接，作為所述工作單元的備份，用于在工作單元失效時替代所述工作單元。
本發(fā)明還提供了應用于上述存儲器的存儲器冗余替代方法，其特征在于，包括檢測數(shù)據(jù)讀取失效的工作單元；根據(jù)各工作單元的平均輸出的位線電流，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)；重新檢測各工作單元的數(shù)據(jù)讀取是否失效；在工作單元的數(shù)據(jù)讀取仍失效時， 使用冗余單元對失效的工作單元進行同址替代。可選的，在存儲器中通過字線選中各工作單元，在所述工作單元內(nèi)產(chǎn)生極大值的位線電流，將各位線電流的值求和并取平均得到平均輸入電流；將所述平均輸入電流以及基準電流輸入感應放大器，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)。可選的，所述調(diào)節(jié)感應放大器匹配系數(shù)包括設定感應放大器的初始匹配系數(shù)； 輸入平均輸入電流及基準電流，所述基準電流等于所述平均輸入電流；檢測感應電壓，依據(jù)所述感應電壓調(diào)節(jié)所述感應放大器的匹配系數(shù)；若所述感應電壓穩(wěn)定為“1”，遞增調(diào)節(jié)所述匹配系數(shù)直至所述感應電壓為“0”;若所述感應電壓穩(wěn)定為“0”，遞減調(diào)節(jié)所述匹配系數(shù)直至所述感應電壓為“1”?？蛇x的，所述初始匹配系數(shù)范圍為0. 4 1. 6，所述遞增調(diào)節(jié)或遞減調(diào)節(jié)的幅度為 0. 01 0. 1。可選的，所述同址替代包括任意選擇一冗余單元作為替代的單元；變更存儲器譯碼器的地址表，將該失效的工作單元的譯碼地址賦于所選擇的冗余單元，使得所述冗余單元成為新的工作單元；檢測所述新工作單元數(shù)據(jù)讀取是否正常。優(yōu)選的，所述同址替代還包括標識并屏蔽所述失效的工作單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的存儲器主要具有以下優(yōu)點能夠根據(jù)存儲單元不同的輸出位線電流自適應調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)，并通過冗余替代的方式替換失效的存儲單元，進而延長存儲器的使用壽命。


圖1為現(xiàn)有的存儲器及其感應放大器的電路原理圖；圖2為本發(fā)明所述存儲器及其感應放大器的電路原理圖；圖3為本發(fā)明所述存儲器冗余替代方法的流程示意圖；圖4為本發(fā)明調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)的原理示意圖；圖5為本發(fā)明實施例調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)的步驟示意圖；圖6為本發(fā)明同址替代的步驟示意圖。
具體實施例方式根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的描述，在半導體存儲器中，因感應放大器自身器件的參數(shù)漂移，以及存儲單元老化所造成的感應放大器與存儲單元匹配度下降，進而導致存儲單元失效，是影響存儲器壽命的重要因素。本發(fā)明提供的存儲器電路則依據(jù)多個存儲單元的輸出平均位線電流作為感應放大器的輸入電流，依據(jù)該輸入電流調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)，使得感應放大器總能及時準確地檢測到存儲單元的輸出位線電流，從而判斷存儲單元的存儲數(shù)據(jù)。進一步的，隨著個別存儲單元老化，即使經(jīng)過感應放大器的匹配系數(shù)調(diào)整，依然無法準確檢測其存儲數(shù)據(jù)，本發(fā)明存儲器利用冗余單元對失效的存儲單元進行同址替換，避免存儲器因個別存儲單元的失效而報廢，從而延長存儲器壽命。具體的，圖2示出了本發(fā)明所述存儲器及其感應放大器的電路原理圖。如圖2所示，與現(xiàn)有的存儲器相比，本發(fā)明存儲器的存儲單元包括工作單元以及冗余單元，所述工作單元用于數(shù)據(jù)的存儲，所述冗余單元與工作單元的器件結(jié)構(gòu)相同，并與位線以及字線連接， 作為所述工作單元的備份，用于在工作單元失效時替代工作單元；感應放大器電路則與現(xiàn)有存儲器中感應放大器電路的結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。圖3為本發(fā)明所述存儲器冗余替代方法的流程示意圖，所述方法包括如下步驟Si、檢測數(shù)據(jù)讀取失效的工作單元；其中判斷工作單元是否失效，可以對測試數(shù)據(jù)進行存儲并讀取，然后驗證讀取的數(shù)據(jù)是否與原先存儲的數(shù)據(jù)一致，如果某一工作單元存在讀取錯誤則表示該工作單元失效 (類似于硬盤中的壞道)；若不存在失效的工作單元，則表示存儲器工作正常，無需進行冗余替代。S2、根據(jù)各工作單元的平均輸出的位線電流，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)；工作單元存儲的數(shù)據(jù)通常為“0”或“1”，因此在正常工作進行讀取時，其位線電流只有極大值以及極小值(近似于0)兩個狀態(tài)，而基準電流應當處于上述極大值以及極小值的中間位置；所述平均輸出的位線電流指各工作單元在輸出極大值位線電流時的位線電流平均值。S3、重新檢測各工作單元的數(shù)據(jù)讀取是否失效；S4，在工作單元的數(shù)據(jù)讀取失效時，使用冗余單元對失效的工作單元進行同址替代，并返回步驟S3。其中，在經(jīng)過步驟S2的匹配系數(shù)調(diào)節(jié)后，應當可以有效修復部分失效的工作單元，但如果工作單元老化嚴重，僅通過匹配系數(shù)調(diào)節(jié)也無法修復時，便需要選擇冗余單元對其進行同址替代。所述同址替代中的“址”指的是存儲器的邏輯地址，即系統(tǒng)對工作單元的標識，而字線的連接決定的是存儲單元的物理地址；所述同址替代包括系統(tǒng)通過物理地址選中冗余單元，然后將失效工作單元的邏輯地址賦予該冗余單元，使其成為新的工作單元。上述同址替代方法由軟件實現(xiàn)。圖4為本發(fā)明所述調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)的原理示意圖，包括在存儲器中通過字線選中各工作單元，在所述工作單元內(nèi)產(chǎn)生位線電流(事先往工作單元中寫入數(shù)據(jù)，使其在讀取時能夠獲得極大值的位線電流)，將各位線電流的值求和并取平均得到平均輸入電流；將所述平均輸入電流以及基準電流輸入感應放大器，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)。圖5示出了所述調(diào)節(jié)感應放大器匹配系數(shù)的具體調(diào)節(jié)步驟，結(jié)合圖5以及圖3所示，具體步驟如下當感應放大器開始工作時，由于感應放大器的匹配系數(shù)X在存儲器生產(chǎn)出廠時已有初始的預設值，通常在0. 4 1. 6左右，故可以直接輸入平均輸入電流及基準電流(步驟S201)，當然也可以通過熔絲處理等方法先人為預設匹配系數(shù)X的初始值。根據(jù)前述內(nèi)容平均輸入電流為多個存儲單元的輸出極大值位線電流的平均值，因此是個定值，記為 I。ell_ave，基準電流記為1&，且須調(diào)節(jié)外界的電流源使得基準電流等于所述平均輸入電
ICell-ave°
接著檢測感應放大器的感應電壓Dout (步驟S202)。由于輸入的基準電流與平均輸入電流I。ell_are相等，則所述感應系數(shù)的最佳匹配狀態(tài)應當能夠使得感應電壓Dout處于“1”或“O”的臨界狀態(tài)。若感應電壓Dout穩(wěn)定為“1”，表明感應放大器的匹配系數(shù)X偏小，則需給匹配系數(shù) X增加一個增量b (步驟S217)，其中b的取值范圍為0.01 0. 1，可以通過重新設置外部的電調(diào)整寄存器(該設備與感應放大器各晶體管連接，能夠通過熔絲處理等手段變更晶體管參數(shù)進而調(diào)節(jié)匹配系數(shù))，從而給匹配系數(shù)X —個增量b。增加增量后，重新檢測感應電壓 Dout的大小(步驟S219)，若Dout仍為“1”，則需繼續(xù)增加匹配系數(shù)值，重復上述操作逐級增加所述匹配系數(shù)X，直至感應電壓Dout剛好輸出變?yōu)椤?”，才停止調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)X，表明感應放大器匹配已達到最佳。當Dout剛好為“O”時，即達到前述的臨界狀態(tài)， 此時增加或減小匹配系數(shù)X均會使得X由“ 1”變“O”或由“O”變“ 1 ”。同理，若感應電壓Dout穩(wěn)定為“0”，表明感應放大器的匹配系數(shù)X偏大，則需給匹配系數(shù)X —個減量b’(步驟S207)，所述b’的取值范圍為0.01 0. 1，同樣可以通過重新設置外部的電調(diào)整寄存器降低所述匹配系數(shù)。減少減量b’后，重新檢測感應電壓Dout的大小(步驟S209)，若Dout仍為“0”，則需繼續(xù)減少匹配系數(shù)值，重復上述操作逐級減少所述匹配系數(shù)X，直至感應電壓Dout剛好輸出變?yōu)椤?”，才停止調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)X， 表明感應放大器匹配已達到最佳。由于可以調(diào)節(jié)基準電流Iref等于平均輸入電流Ι。ε11_■本發(fā)明在匹配系數(shù)的初始值基礎上，通過不斷的逐級調(diào)節(jié)匹配系數(shù)X，即給匹配系數(shù)的初始值一個補償，讓匹配系數(shù)達到一個臨界狀態(tài)，使得增加或減少匹配系數(shù)值X均會改變感應電壓Dout的輸出值。如果上述感應放大器已調(diào)至最佳匹配狀態(tài)，即增加或減少匹配系數(shù)X均會導致感應電壓Dout輸出改變，此時，若輸入的存儲單元的待測位線電流與工作單元的平均輸出位線電流偏差過大，感應放大器可以很靈敏的判斷出來，判定其失效。需要另外指出的是，在進行匹配系數(shù)調(diào)節(jié)時所使用的基準電流與存儲器正常工作時的基準電流并不相同，在存儲器讀取數(shù)據(jù)時，應當重新調(diào)節(jié)基準電流，使其介于位線電流的極大值與極小值之間。上述匹配系數(shù)的調(diào)整，可以修復部分失效的工作單元。但即使感應放大器已經(jīng)調(diào)至最佳匹配狀態(tài)，由于個別工作單元老化嚴重，其輸出的位線電流已經(jīng)明顯偏離于平均值， 導致檢測時出現(xiàn)輸出邏輯錯誤是無法避免的。這樣的工作單元已無法使用，必須使用冗余單元對其進行同址替代。根據(jù)前述內(nèi)容，同址替代是存儲器系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)(通過存儲器的操作指令) 的，基本思想是將失效工作單元的邏輯地址賦予冗余單元，使得所述冗余單元成為新的工作單元。圖6為所述同址替代的流程示意圖，基本步驟包括S301、任意選擇一冗余單元作為替代的單元；S302、變更存儲器譯碼器的地址表，將該失效的工作單元的譯碼地址賦于所選擇的冗余單元，使得所述冗余單元成為新的工作單元；S303、檢測所述新工作單元數(shù)據(jù)讀取是否正常。根據(jù)公知原理，存儲器中每個存儲單元通過字線連接從而具有唯一的物理地址， 此外在存儲器系統(tǒng)中還對應一個譯碼地址(即邏輯地址)，外部應用服務對存儲器進行數(shù)據(jù)讀取時，提供所需調(diào)用數(shù)據(jù)的存儲位置也即譯碼地址，通常存儲器的譯碼器會根據(jù)地址表(包含譯碼地址與物理地址的對應關(guān)系信息)找到該存儲單元，并通過字線選中，以便于感應放大器讀取數(shù)據(jù)。上述同址替換即變更譯碼地址與存儲單元的物理地址對應關(guān)系，使得所述選擇的冗余單元替代原失效的工作單元對應該譯碼地址。作為優(yōu)選的方案，通常在同址替代后，還需將原失效的工作單元屏蔽，即在存儲器系統(tǒng)中標識該工作單元已失效，以避免存儲器將其作為冗余單元替代其他工作單元，同樣通過軟件實現(xiàn)。綜上，經(jīng)過調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)以及替換失效的工作單元，本發(fā)明的存儲器能夠獲得較長的使用壽命。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種存儲器，包括存儲單元所組成的存儲陣列以及用于讀取存儲單元數(shù)據(jù)的感應放大器，其特征在于，所述存儲單元包括工作單元以及冗余單元，所述工作單元用于數(shù)據(jù)的存儲，所述冗余單元與工作單元的器件結(jié)構(gòu)相同，并與位線以及字線連接，作為所述工作單元的備份，用于在工作單元失效時替代所述工作單元。
2.一種應用權(quán)利要求1所述存儲器的存儲器冗余替代方法，其特征在于，包括檢測數(shù)據(jù)讀取失效的工作單元；根據(jù)各工作單元的平均輸出的位線電流，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)；重新檢測各工作單元的數(shù)據(jù)讀取是否失效；在工作單元的數(shù)據(jù)讀取仍失效時，使用冗余單元對失效的工作單元進行同址替代。
3.如權(quán)利要求2所述的冗余替代方法，其特征在于，在存儲器中通過字線選中各工作單元，在所述工作單元內(nèi)產(chǎn)生極大值的位線電流，將各位線電流的值求和并取平均得到平均輸入電流；將所述平均輸入電流以及基準電流輸入感應放大器，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的冗余替代方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)感應放大器匹配系數(shù)包括設定感應放大器的初始匹配系數(shù)；輸入平均輸入電流及基準電流，所述基準電流等于所述平均輸入電流；檢測感應電壓，依據(jù)所述感應電壓調(diào)節(jié)所述感應放大器的匹配系數(shù)； 若所述感應電壓穩(wěn)定為“1”，遞增調(diào)節(jié)所述匹配系數(shù)直至所述感應電壓為“0”;若所述感應電壓穩(wěn)定為“0”，遞減調(diào)節(jié)所述匹配系數(shù)直至所述感應電壓為“1”。
5.如權(quán)利要求4所述的冗余替代方法，其特征在于，所述初始匹配系數(shù)范圍為0.4 1. 6，所述遞增調(diào)節(jié)或遞減調(diào)節(jié)的幅度為0. 01 0. 1。
6.如權(quán)利要求2所述的冗余替代方法，其特征在于，所述同址替代包括任意選擇一冗余單元作為替代的單元；變更存儲器譯碼器的地址表，將該失效的工作單元的譯碼地址賦于所選擇的冗余單元，使得所述冗余單元成為新的工作單元；檢測所述新工作單元數(shù)據(jù)讀取是否正常。
7.如權(quán)利要求6所述的冗余替代方法，其特征在于，所述同址替代還包括標識并屏蔽所述失效的工作單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種存儲器及其冗余替代方法，所述冗余替代方法包括檢測數(shù)據(jù)讀取失效的工作單元；根據(jù)各工作單元的平均輸出的位線電流，調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)；重新檢測各工作單元的數(shù)據(jù)讀取是否失效；在工作單元的數(shù)據(jù)讀取仍失效時，使用冗余單元對失效的工作單元進行同址替代。本發(fā)明能夠根據(jù)存儲單元不同的輸出位線電流自適應調(diào)節(jié)感應放大器的匹配系數(shù)，并通過冗余替代的方式替換失效的存儲單元，進而延長存儲器的使用壽命。
文檔編號G11C29/24GK102290088SQ20111018588
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者楊光軍 申請人:上海宏力半導體制造有限公司