Memory及其controller芯片整体测试方案（上篇）

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