一种存储器阵列的选通管故障处理方法及系统

本发明涉及微电子，尤其涉及一种存储器阵列的选通管故障处理方法及系统。

背景技术：

1、存储器技术的发展，对存储器的密度及可微缩性提出了更高的要求，交叉点型的新型非易失性存储器如rram、pcram等，具有高的存储密度以及出色的可微缩性，是存储器领域的一个有力的竞争者，然而具有交叉点型结构的存储器在操作时会存在漏电问题，并会发生串扰现象，造成存储单元的误操作，选通管被认为是解决该问题的有力的候选者。

2、正常工作时，选通管应具有高的非线性、低的漏电流，可以起到抑制存储单元漏电的用途。但是当选通管击穿之后，就无法抑制串扰现象，因此会造成存储单元漏电以及功耗的增加。具体地，当选通管单元击穿时，在读取或写入具有击穿单元的相同行或相同列的单元仍然会产生串扰效果。读取或写入(r/w)错误率也随着bd(broken-down，即击穿)单元的增加而增加。更重要的是，bd单元引起的漏电流会进一步导致大量功耗。另外，在bd单元被冗余单元替代之后，当对bd单元所在行或列中的单元进行操作时，仍然存在bd单元的影响。尽管放弃具有故障点的同一行和列中的所有设备可以解决此问题，但失效单元的数量随着故障位和阵列大小的增加而显著增加。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种存储器阵列的选通管故障处理方法及系统，用以解决选通管击穿之后无法抑制串扰现象，因此会造成存储单元漏电以及功耗的增加等的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种存储器阵列的选通管故障处理方法，包括：对所述存储器阵列的每个存储单元中的选通管进行故障位检测操作以筛选出具有故障选通管的存储单元；对所述故障选通管执行故障位修剪操作，使得所述故障选通管转换为稳定的高阻状态；以及将故障位地址重新定向为冗余行中的冗余单元地址，使得在对所述存储器阵列执行读/写操作过程中，不会对具有所述故障选通管的存储单元进行读/写操作。

3、上述技术方案的有益效果如下：在选通管击穿之后，对选通管实现修剪(pruning)操作，将选通管操作到高阻态，也就相当于达到了将该坏点(即，故障存储单元)去除的效果，从而抑制存储单元漏电以及功耗的增加。

4、基于上述方法的进一步改进，在所述修剪操作之后并且在通过存储器阵列的备用单元地址替换所述故障位地址之前还包括：对所述故障选通管施加阈值电压以验证所述故障位修剪操作之后存储单元电阻的稳定性；以及当所述故障选通管仍然保持高阻状态时，确定所述故障位修剪操作之后的故障选通管保持稳定的高阻状态，其中，所述阈值电压为所述存储器阵列中多个选通管的最小阈值电压。

5、基于上述方法的进一步改进，对所述存储器阵列的每个存储单元中的选通管进行故障位检测操作以筛选出具有故障选通管的存储单元包括：对所述存储器阵列的每列存储单元进行读/写操作并检测列电流；当所述列电流大于列工作电流时，确定当前存储单元列中存在击穿选通管的存储单元；对所述当前存储单元列中的每个存储单元进行读/写操作并检测单元电流；以及当所述单元电流大于正常单元工作电流时，确定当前存储单元中存在击穿选通管，并将所述当前存储单元的故障位地址提供给控制器。

6、基于上述方法的进一步改进，将故障位地址重新定向为冗余行中的冗余单元地址包括：在地址存储器中查找到所述当前存储单元的故障位地址；以及通过冗余行中的冗余单元地址替换所述当前存储单元的故障位地址，使得在后续的读/写操作过程中，对所述冗余行中的冗余单元进行读/写操作来代替对所述当前存储单元的故障选通管进行读/写操作。

7、基于上述方法的进一步改进，对所述故障选通管执行故障位修剪操作，使得所述故障选通管切换为稳定的高阻状态包括：对所述故障选通管施加修剪电压，使得所述故障选通管承受所述修剪电压并且与所述故障选通管相关的存储单元行或存储单元列上的其他存储单元中的选通管承受所述修剪电压的一半，其中，所述修剪电压小于两倍阈值电压，以避免在所述故障位修剪操作期间激活与所述故障选通管相关的存储单元行或存储单元列上的其他存储单元中的选通管；以及通过对所述故障选通管施加所述修剪电压使得所述故障选通管从低阻状态转换为稳定的高阻状态。

8、基于上述方法的进一步改进，所述故障选通管包括上电极层、中间材料层和下电极层，所述故障选通管包括第一故障选通管、第二故障选通管、第三故障选通管、第四故障选通管或第五故障选通管，其中，所述故障选通管的上电极层和下电极层包括：tin或者pt/ti；以及所述第一故障选通管的中间材料层包括ag：siox，所述第二故障选通管的中间材料层包括nbox，所述第三故障选通管的中间材料层包括te，所述第四故障选通管的中间材料层包括gese或者所述第五故障选通管的中间材料层包括ges。

9、基于上述方法的进一步改进，对所述故障选通管施加修剪电压包括：在对所述第一故障选通管、所述第二故障选通管、所述第三故障选通管、所述第四故障选通管或所述第五故障选通管分别施加1v、2v、2v、4v或5v修剪电压之后，所述第二故障选通管的修剪电阻值＜所述第三故障选通管的修剪电阻值＜所述第一故障选通管的修剪电阻值＜所述第四故障选通管的修剪电阻值＜所述第五故障选通管的修剪电阻值，其中，通过增加所述修剪电压的脉冲宽度来改善修剪电阻值。

10、另一方面，本发明实施例提供了一种存储器阵列的选通管故障处理系统，包括：故障检测模块，用于对所述存储器阵列的每个存储单元中的选通管进行故障位检测操作以筛选出具有故障选通管的存储单元；故障位修剪模块，用于对所述故障选通管执行故障位修剪操作，使得所述故障选通管转换为稳定的高阻状态；以及重定向模块，用于将故障位地址重新定向为冗余行中的冗余单元地址，使得在对所述存储器阵列执行读/写操作过程中，不会对具有所述故障选通管的存储单元进行读/写操作。

11、基于上述系统的进一步改进，存储器阵列的选通管故障处理系统，还包括验证模块，用于对所述故障选通管施加阈值电压以验证所述故障位修剪操作之后存储单元电阻的稳定性；以及当所述故障选通管仍然保持高阻状态时，确定所述故障位修剪操作之后的故障选通管保持稳定的高阻状态，其中，所述阈值电压为所述存储器阵列中多个选通管的最小阈值电压。

12、基于上述系统的进一步改进，所述故障检测模块包括：故障行或列检测子模块、故障行或列判断子模块、故障单元检测子模块和故障单元判断子模块，其中，所述故障行或列检测子模块，用于对所述存储器阵列的每行或每列存储单元进行读/写操作并检测行或列电流；所述故障行或列判断子模块，用于当所述行或列电流大于正常行或列工作电流时，确定当前存储单元行或当前存储单元列中存在击穿选通管的存储单元；所述故障单元检测子模块，用于对所述当前存储单元行或所述当前存储单元列中的每个存储单元进行读/写操作并检测单元电流；以及所述故障单元判断子模块，用于当所述单元电流大于正常单元工作电流时，确定当前存储单元中存在击穿选通管，并将所述当前存储单元的故障位地址提供给控制器。

13、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

14、1、在选通管击穿之后，对选通管实现修剪(pruning)操作，将选通管操作到高阻态，也就相当于达到了将该坏点(即，故障存储单元)去除的效果，从而抑制存储单元漏电以及功耗的增加；

15、2、通过将修剪电压设置为小于两倍阈值电压，使得对击穿选通管施加修剪电压的同时，避免与击穿选通管相关的其他晶体管在修剪操作期间被激活，进而不会干扰其他选通管；以及

16、3、与将与击穿单元同一行或列中的所有存储单元一起删除的方法相比较，本技术实施例提供的选通管故障处理方法，修剪操作减少的失效单元的数量随着阵列尺寸的增加而显著增加并且能够有效提高存储器阵列的存储容量。

17、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。