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Memory及其controller芯片整体测试方案(上篇)

半导体行业观察  · 公众号  · 半导体  · 2017-10-24 09:03

正文



如果你最近想买手机,没准儿你一看价格会被吓到手机什么时候偷偷涨价啦!

其实对于手机涨价,手机制造商也是有苦难言,其中一个显著的原因是存储器芯片价格的上涨↗↗↗


>>> 存储器memory的江湖地位

存储器memory,是电子设备的基础核心部件之一,全球memory市场规模约700亿美元,在全球3352亿美元的集成电路产业中,占据23%的份额。

随着今年存储器价格的飙涨,各大memory厂商赚得盆满钵满,甚至把memory称为印钞机也丝毫不为过。与此同时,存储器在真金白银的交换中,也充分证明了自己在电子信息产业江湖中的地位。


>>> 存储器的分类

存储介质的形式有很多种,从穿孔纸卡、磁鼓、磁芯、磁带、磁盘,到半导体DRAM内存,以及SD卡,固态硬盘、SSD、闪存等各种存储介质。

存储器大致可以分为掉电易失性(Volatile Memory)和非掉电易失性(Non-volatile memory)。



目前全球存储器市场最大的集中在

 DRAM、NAND Flash、NORFlash三大类 

 这三类存储器,主要用在哪里呢?

以手机举例——

 DRAM 

4GB就是内存部分,DRAM,用来存放当前正在执行的数据和程序, 例如屏幕前的你正在刷的微信;

 NAND FLASH 

64GB就是闪存部分,NAND FLASH,用来存放长期信息,例如各位宝宝的美颜美照,你的聊天记录,还有其他……当然了,也正是因为我们存的东西越来越多,二维空间已经无法存放这么多的信息,生生逼着NAND走向了三维空间,也就是3D NAND。


▲ 3D NAND的构造就像一个摩天大楼

 

此外,一些新型的存储器也在研究的过程中,例如磁阻式RAM (MRAM--ST-MRAM、STT-MRAM)、电阻式RAM(ReRAM),PRAM、FeRAM等。



了解了Memory的庞大家族,和主要成员之后,我们回到老本行,来研究一下memory的测试方法。

按照Memory的设计制造working flow及其辅助电路,测试环节大致分为以下几个部分:

  • Cell level --design andmodeling 单元设计、评估及建模

  • Wafer level –acceptance test代工厂晶圆级自动化测试

  • Chip level --Protocolvalidation 芯片级协议分析

  • Controller IC – Interfacemeasurement控制芯片接口测试

  • Module level 以SSD为例

 

接下来我们分上、下两篇分别讲解

这5个部分的详细测试方法和测试方案


{  第一部分  }

 Typical Cell evaluation of NVM – flash memory 

三大问题,一个对策,你值得拥有


当前主流的NVM由于读写速度快,测试序列复杂,因此在测试时需要

  • High pulse quality 高质量的脉冲

  • Complex waveform generation复杂的信号生成

  • Higher throughput 高吞吐率


典型的memory cell测试主要分为3部分:

1、Write / Erase pulse width dependency

2、Endurance test

3、Disturb test

 

1

Write / Erase pulse width dependency

流程如下



问题 1-a) 脉冲波形失真

根据以上测试流程,首先我们的工程师编写程序写进一个理想脉冲。



然而由于传输线的多重反射及电感效应,实际测试脉冲已经引入了失真:



问题 1-b) 复杂的时序图生成




时钟的同步、延时、脉宽、上升下降沿,都是要考虑的因素


2

Endurance Test的流程如下



问题2-a) 超长疲劳测试时间



Issue 2-b) 还是波形产生的问题,在疲劳测试中需要为memory cell注入多电压信号脉冲,以测试memory的性能


3

Disturb test



Issue 3-a) 测试设备的灵活性,例如:在两个cell上同时加压,一个为工作单元, 一个为干扰单元

Issue 3-b) 要求比较高的电压加速degradation (e.g. > 40Vfor NAND)

 

总结以上部分,可得在存储器单元主要三种功能测试中,主要的测试挑战如下

面对如此错综复杂的考量,正确的方法,是使用Keysight HV-SPGU module in B1500A(HighVoltage Semiconductor Pulse Generator Unit),这是基于Keysight半导体参数分析仪(也就是Tracer)B1500A的高压脉冲产生单元,它可以产生± 40V的电压脉冲,用于memory cell 的disturb test。



从正面面板,可以看到这一个可配置于B1500A的模块,每个模块有两个channel,也就是说对于5插槽的B1500A,最高可以配置10个channel。

除了高压、通道数之外,我们接下来来了解一下它在复杂波形生成、超高脉冲精度、以及测试软件等方面的能力,看它是如何在方方面面满足memory cell测试的全部要求。


>>> 看精度

 


如此好的精度,带来的直接好处,就是脉冲建立时,overshoot和振铃都非常小,来看几种电压和建立时间的组合:


 Ttransient=20ns;Vamp=10V


▲ Ttransient=20ns;Vamp=20V

 

▲ Ttransient=30ns;Vamp=40V

 

>>>看测试场景

33种测试场景,贴心内置


>>>看速度:

Estimated test time

for one millioncycle endurance test

 

20倍加速,再也不用等待那么长的时间。


 

{  第二部分  }

 On-wafer massiveparametric test for memory 


第一部分居然罗里吧嗦讲了这么长,弄得小编开始怀疑自己的年龄。为了证明小编还年轻,决定一言不发,甩2张图直截了当简单粗暴快刀斩乱麻结束这一部分



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另外,小编有没说清楚的地方

欢迎各位留言咨询~~~ 哦

 

下期预告



DRAM, 主要用作Main Memory,也就是我们常见的电脑和手机的内存部分,DDR=Double Data Rate双倍速率同步动态随机存储器。严格的说DDR应该叫DDR SDRAM,人们习惯称为DDR,其中,SDRAM 是Synchronous Dynamic Random AccessMemory的缩写,即同步动态随机存取存储器。而DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写,是双倍速率同步动态随机存储器的意思。




还有UFS, eMMC, M.2, 一一在路上。

 

最后安利:芯片不止决定了电子系统的性能,还在很大程度上决定了电子产品的定价。支持国家大力发展存储器,突破科技封锁和市场垄断。


*鸣谢:兆易创新,群联电子


关于是德科技

是德科技是一家领先的技术公司,致力于帮助工程、企业和服务提供商客户优化网络,进而将其电子产品以更低的成本、更快地推向市场。从设计仿真到原型验证、再到生产测试以及网络和云环境的优化,是德科技提供了全方位电子信号测试与分析解决方案。我们的客户遍及全球通信、航空航天与国防、汽车、能源、半导体和通用电子终端市场。2017 年 4 月,是德科技完成对 Ixia 的收购。Ixia 公司在网络测试、可见性和安全解决方案领域具有十分雄厚的实力。更多信息,请访问 www.keysight.com


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