CN104751899A - 自修复系统和方法 - Google Patents

Abstract

随着存储容量的增加，三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM）的测试时间变得很长，成本很高。相应地，本发明提出一种自修复系统。3D-MPROM的大部分数据在出厂时未被检测，而在使用现场被检测和修复。该系统含有一播放器。内容通过网络等通讯手段逐次传输至播放器的可重复写存储器（RWM）中。一段时间后，用户收到存储上述内容集合的3D-MPROM。播放器对其数据进行检测。如果发现错误数据，则从RWM处获取相应的正确数据。

Description

自修复系统和方法

技术领域

本发明涉及集成电路存储器领域，更确切地说，涉及掩膜编程只读存储器（mask-ROM）。

背景技术

随着三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM）的出现，掩膜编程只读存储器（mask-ROM）的容量极大地提高。美国专利5,835,396披露了一种3D-MPROM。如图1所示，3D-MPROM是一种单片集成电路，它含有一半导体衬底0及一堆叠在衬底0上的三维堆10。三维堆10含有M（M≥2）个相互堆叠的存储层（如10A、10B）。每个存储层（如10A）含有多条顶地址线（如2a）、底地址线（如1a）和存储元（如5aa）。每个存储元存储n（n≥1）位数据。存储层（如10A、10B）通过接触通道孔（如1av、1’av）与衬底0耦合。衬底0含有晶体管。晶体管及其互连线构成衬底电路0X。衬底电路0X含有3D-MPROM的周边电路。在本申请中，xMxn 3D-MPROM是指一个含有M（M≥2）个存储层、每个存储元存储n（n≥1）位的3D-MPROM。

3D-MPROM是一种基于二极管的交叉点（cross-point）阵列存储器。每个存储元（如5aa）一般含有一个二极管3d。在本发明中，二极管泛指任何具有如下特性的两端口器件：当其所受电压的大小小于读电压，或者其所受电压的方向与读电压不同时，其电阻大于在读电压下的电阻。每个存储层（如10A）还至少含有一层数据录入膜（如6A）。数据录入膜中的图形为数据图形，它代表该数据录入膜所存储的数据。在图1中，数据录入膜6A含有一层隔离介质膜3b，它阻挡顶地址线和底地址线之间的电流流动。数据录入膜6A通过数据开口6ca的存在与否来区别存储元的不同状态。除了隔离介质膜3b，数据录入膜6A也可以含有电阻膜（参见美国专利申请12/785,621）或额外掺杂膜（参见美国专利7,821,080）。

Mask-ROM不可避免地会有缺陷。在以往技术中，mask-ROM的缺陷在工厂中通过测试仪来检测和修复。这种修复法是一种工厂修复法。图2描述了一种工厂修复法的流程。首先，读出地址A处的数据（步骤61）；然后检测数据（步骤63）；如果该数据没有错误，递增地址A并读出下个数据（步骤65）；如果数据错误，则从检测仪中获取正确数据（步骤67），并将地址A及其相应的正确数据写入一冗余存储器中（步骤69）。这里，错误数据是指无法纠错的数据。

工厂修复法需要读出mask-ROM中的所有数据。在以往技术中，由于常规mask-ROM的存储容量有限，工厂修复法较易实现。但是，对于大容量mask-ROM—尤其是3D-MPROM—来说，工厂修复法较难实现。这是因为读出一个大容量mask-ROM—尤其是3D-MPROM—的所有数据需要很长时间。例如说，一个3D-MPROM的存储容量可以高达1TB，其读速度仅为~3MB/s，读出其所有数据需要大约半周时间。也就是说，3D-MPROM的测试时间将长达半周。如此长的测试时间使工厂修复法对于大容量mask-ROM—尤其是3D-MPROM—来说过于昂贵。

发明内容

本发明的主要目的是降低大容量mask-ROM—尤其是3D-MPROM—的测试成本。

本发明的另一目的是缩短大容量mask-ROM—尤其是3D-MPROM—的测试时间。

根据这些以及别的目的，本发明提出一种大容量mask-ROM－尤其是3D-MPROM－的自修复系统。它含有一播放器（如手机、网络电视、或计算机）和一3D-MPROM存储卡。3D-MPROM的大部分数据在出厂时未被检测，而在使用现场被检测和修复。区别本发明和以往技术的一个主要特征是：本发明采用播放器，而非测试仪，来对3D-MPROM数据进行检测和修复。作为一种消费级电器，播放器在价格和复杂度上完全不能与作为工业设备的测试仪相提并论。

自修复充分利用了播放器自带的可重复写存储器（RWM，如快闪存储器）可以擦除数据和重写数据的特点，以及相应的混合型内容发行方法。在一出版周期内，新出版的内容首先通过网络等通讯手段传输到播放器中，并存储在RWM内。在这个出版周期结束时，用户收到一3D-MPROM存储卡，它存储这段时间内出版内容的一个集合。RWM中存储的内容可以作为3D-MROM数据的正确版本。在播放器读出3D-MPROM数据的同时进行错误检测。当发现错误数据时，则从RWM中获取替代错误数据正确数据并存入冗余只读存储器（ROM）中。自修复可以极大地缩短测试时间，降低测试成本。

相应地，本发明提出一种自修复系统，其特征在于包括：一播放器，该播放器含有一RWM；一3D-MPROM，该3D-MPROM含有多个相互堆叠的存储层；一错误检测手段，该错误检测手段检测该3D-MPROM的数据；当该错误检测手段从该3D-MPROM发现错误数据时，该播放器从该RWM处获取替换该错误数据的正确数据。

本发明还提出一种自修复方法，其特征在于包括如下步骤：1）从一mask-ROM中读出数据；2）检测从该mask-ROM中读出的数据；3）当从该数据中发现错误数据时，从一RWM中获取替换该错误数据的正确数据；其中，步骤1）-3）由一播放器执行，该播放器含有该RWM。

附图说明

图1是一种3D-MPROM的截面图。

图2是一种以往技术采用的工厂修复法之流程图。

图3表示一种自修复系统以及它和一远程伺服器之间的通讯。

图4A-图4B表示两种播放器。

图5是一种混合型内容发行方法的流程图。

图6披露了自修复系统的更多细节。

图7披露了自修复法的更多细节。

图8A--图8B是两种3D-MPROM存储卡的截面图。

注意到，这些附图仅是概要图，它们不按比例绘图。为了显眼和方便起见，图中的部分尺寸和结构可能做了放大或缩小。在不同实施例中，相同的符号一般表示对应或类似的结构。

具体实施方式

本说明书以3D-MPROM为例阐述自修复法，这些实施例均可以应用到大容量mask-ROM中。一个大容量mask-ROM的存储容量在GB量级，甚至高达TB量级。在本发明中，mask-ROM的数据录入方式主要包括光刻法（photo-lithography）和压印法（imprint-lithography）等；掩膜编程中的“掩膜版”可以是光刻法采用的数据掩膜版，也可以是压印法采用的纳米压印模子（nano-imprint mold）或纳米压印模板（nano-imprint template）。

图3表示一种自修复系统40以及它和远程伺服器100之间的通讯渠道50。自修复系统40包括一存储卡20和一播放器30。存储卡20可以含有存储封装或存储模块。它含有至少一个3D-MPROM芯片。广义地讲，存储卡20含有至少一个大容量mask-ROM芯片。存储卡20存储的内容包括电影、电子游戏、地图、音乐库、电子图书库、软件等。

播放器30（广义地讲，消费级信息处理装置）从存储卡20中读取并处理数据，如播放电影、玩电子游戏、查阅地图、听音乐、看电子书、运行软件等。播放器30通过通讯渠道50与远程伺服器100通讯。远程伺服器100存有海量内容库。通讯渠道50包括因特网、WiFi、手机（如3G、4G）等通讯信号。

图4A表示一种播放器—手机30。它通过手机信号50与远程伺服器100通讯。手机30还含有一个插槽32。插槽32中可以插入存储卡20，存储卡20也可以从插槽32中拔出。在使用手机30时，可以对存储卡20的数据进行检测和修复。图4B表示另一种播放器—网络电视（或电脑）30。它通过网络连接50（包括有线连接或无线连接）与远程伺服器100通讯。网络电视（或电脑）30还含有一个插槽32。插槽32中可以插入存储卡20，存储卡20也可以从插槽32中拔出。在使用网络电视（或电脑）30时，可以对存储卡20的数据进行检测和修复。

图5表示一种混合型内容发行方法。该内容发行方法包括多个出版周期（如周期1和周期2），每个周期均含有类似的步骤。在周期1（如第一个两个月内）中，每当有新内容出版，则将它由远程伺服器100传输至播放器30。例如说，在时间点t₁，传输内容C₁（如电影1）（步骤70₁）；在时间点t₂，传输内容C₂（如电影2）（步骤70₂），… 在时间点t_n，传输内容C_n（如电影n）（步骤70_n）。这里，新内容可以通过由播放器30下载的方式传输，也可以通过远程伺服器100推送的方式传输。在周期1中，传输来的内容均被存储在RWM 48中。这时，播放器30从RWM 48处访问内容C₁、C₂、… C_n。

在周期1结束时，在RWM 48中存储了第一内容集合S₁，它是在周期1内传输的内容的一个集合，即S₁=C₁+C₂+…+C_n。在时间点T₁，用户收到一张存储卡M₁（步骤76）。该存储卡M₁存有第一内容集合S₁。注意到，为了降低测试成本，3D-MPROM中的大部分数据在出厂时未被检测。这时，利用自修复法对存储卡M₁数据进行检测和修复（步骤80）。自修复的细节在图6和图7中有更多的披露。之后，第一内容集合S₁从RWM 48中删除（步骤84）。由于RWM 48已被腾空，周期2可以开始。在周期1结束后，播放器30从存储卡M₁中访问内容C₁、C₂、… C_n。

在上述描述中，自修复步骤80在使用环境中进行。当存储卡20被插入播放器30后，可以在播放器30闲置时对存储卡20进行数据修复（即闲置时修复），也可以在使用存储卡20时—尤其是第一次使用存储卡20时—进行数据修复（即首次使用修复）。一般说来，一旦存储卡20被修复，它不需要再被修复。修复后的存储卡20可以被插入其它播放器（包括没有通讯功能的播放器）中直接播放。

图6披露了自修复系统40的更多细节。该系统40含有3D-MPROM 10、只读存储器（ROM）28、错误检测手段32、RWM 48和通讯手段36。它们各自的细节在下面段落中描述。

3D-MPROM芯片10存储内容数据。为了便于检测错误，其数据最好采用一种能够易于检测错误的代码，这种代码在本发明中被称为查错码。查错码最好具有纠错能力。总的说来，查错码检测错误的能力应远强于其纠错能力，其例子包括Reed-Solomon码、Golay码、BCH码、多维奇偶码、Hamming码和convolutional码等。

ROM 28作为3D-MPROM 10的冗余存储器，存储3D-MPROM中错误数据的地址及与错误数据对应的正确数据。它最好是一个能至少一次编程的非易失性存储器，如一次编程存储器（OTP）、EPROM、EEPROM或快闪存储器。ROM 28最好和3D-MPROM 10位于同一存储卡20中，这样修复后的存储卡20可以直接用在其他播放器30（包括没有通讯功能的播放器）中。在读一个修复后的存储卡20时，首先将地址41和存储在ROM 28中的地址比较。如果有相同的地址，则数据从ROM 28中读出（图6中的虚线），反之则从3D-MPROM 10中读出。

错误检测手段32检测来自3D-MPROM中数据，它最好还能纠错。错误检测手段32可以针对3D-MPROM数据采用的查错码采用相应的错误检测算法。错误检测手段32可以位于存储卡20中，也可以位于播放器30中。

RWM 48位于播放器30中，它存储在每个出版周期（如周期1）中从远程伺服器100传输来的内容。为了给下一出版周期内新出版的内容腾出空间，在每个出版周期结束后，3D-MPROM和RWM共同存储的内容从RWM 48中删除。RWM 48是一种可重复写非易失性存储器，如快闪存储器。

通讯手段36位于播放器30中。在一个出版周期中，通讯手段36渐次从远程伺服器100向RWM 48传输新出版的内容。通讯手段36可以包括因特网、WiFi、手机等通讯手段。

图7披露了图5中自修复步骤80的更多细节。首先，从3D-MPROM 10中读出地址41处的数据43（步骤81）。错误检测手段32检测数据43（步骤83）。如果发现错误数据，则送出一个出错信号，然后系统40从RWM 48处获取地址41处的正确数据47（步骤85）。之后，正确数据47及地址41被写入ROM 28中（步骤87）。在本发明中，正确数据47和地址41被统称为冗余信息。再后，对于下一个地址41重复步骤81-87（步骤88），直到所有数据都被检测（步骤89）。

存储卡20可以含有存储封装或存储模块。图8A-图8B表示两种3D-MPROM存储卡20。图8A中的实施例是一个多芯片封装（multi-die package），它含有多个堆叠的3D-MPROM芯片10A、10B和一冗余ROM芯片28。这些芯片堆叠在封装衬底（interposer）93上，并位于封装壳91内。引线95为芯片10A、10B、28提供电连接。在该实施例中，一个ROM芯片28为多个3D-MPROM芯片（如10A、10B）存储冗余信息。

图8B的实施例是一个多封装模块（multi-package module），它含有一框架99和多个堆叠的存储器封装20A、20B、20Z。其中，存储器封装20A含有相互堆叠的3D-MPROM芯片10A、10B，存储器封装20B含有相互堆叠的3D-MPROM芯片10C、10D，存储器封装20Z含有一冗余ROM芯片28。在该实施例中，一个ROM芯片28为多个存储器封装20A、20B（包括3D-MPROM芯片10A、10B、10C、10D）存储冗余信息。

应该了解，在不远离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行改动，这并不妨碍它们应用本发明的精神。例如说，除了3D-MPROM，本发明提出的自修复系统和方法还可以应用到其它mask-ROM中。因此，除了根据附加的权利要求书的精神，本发明不应受到任何限制。

Claims (10)

1.一种自修复系统，其特征在于包括：

一播放器，该播放器含有一可重复写存储器（RWM）；

一三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM），该3D-MPROM含有多个相互堆叠的存储层；

一错误检测手段，该错误检测手段检测该3D-MPROM的数据；

当该错误检测手段从该3D-MPROM发现错误数据时，该播放器从该RWM处获取替换该错误数据的正确数据。

2.根据权利要求1所述的自修复系统，其特征还在于：该播放器是一手机、网络电视或电脑。

3.根据权利要求1所述的自修复系统，其特征还在于：所述RWM是快闪存储器。

4.根据权利要求1所述的自修复系统，其特征还在于：3D-MPROM数据使用查错码。

5.根据权利要求1所述的自修复系统，其特征还在于包括：一通讯手段，该通讯手段从一远程伺服器传输内容至该RWM。

6.根据权利要求1所述的自修复系统，其特征还在于包括：一只读存储器（ROM），该ROM存储该3D-MPROM的冗余信息。

7.一种自修复方法，其特征在于包括如下步骤：

1）从一掩膜编程只读存储器（mask-ROM）中读出数据；

2）检测从该mask-ROM中读出的数据；

3）当从该数据中发现错误数据时，从一可重复写存储器（RWM）中获取替换该错误数据的正确数据；

其中，步骤1）-3）由一播放器执行，该播放器含有该RWM。

8.根据权利要求7所述的自修复方法，其特征还在于：该mask-ROM是三维掩膜编程只读存储器（3D-MPROM）。

9.根据权利要求7所述的自修复方法，其特征还在于：该播放器是一手机、网络电视或电脑。

10.根据权利要求7所述的自修复方法，其特征还在于：所述RWM是快闪存储器。