-
Die
Erfindung betrifft einen integrierten Halbleiterspeicher, bei dem
während
eines Tests des integrierten Halbleiterspeichers die Anzahl der
fehlerhaften Speicherzellen erfassbar ist.
-
Integrierte
Halbleiterspeicher, beispielsweise DRAM (= Dynamic random access
memory) – Halbleiterspeicher,
durchlaufen während
ihrer Herstellung etliche Tests auf unterschiedlichen Ebenen, bevor
sie an einen Kunden ausgeliefert werden. Im Allgemeinen werden integrierte
Halbleiterspeicher bereits während
ihrer Herstellung auf Scheibenebene (Waferebene) getestet, indem
Kontaktspitzen eines Testers an speziell dafür vorgesehenen Orten im Schaltungslayout
platziert werden, um wichtige Designparameter zu messen. Wenn ein
Speicherbaustein im Frontend einer Herstellungslinie die Funktionsprüfung auf Waferebene
erfolgreich bestanden hat, werden die einzelnen Speicherchips aus
dem Wafer herausgesägt
und die Chips in einem Gehäuse
verschweißt. Der
fertig gehäuste
Speicherbaustein wird anschließend
auf Komponenten- bzw. Modulebene einem erneuten Funktionstest unterzogen.
Beim Test auf Komponentenebene werden die Speicherchips einzeln
getestet, wo hingegen beim Moduletest die Funktionsweise der Speicherchips
in einer möglichen Applikation
getestet wird.
-
Die
Tests auf Komponenten- und Modulebene umfassen im allgemeinen mehrere
Testschritte, die typischerweise bei unterschiedlichen Temperaturen
auf einer begrenzten Anzahl von Testsockeln durchgeführt werden.
Auf Grund thermomechanischer Effekte sowie aus Sockel-Verschleißgründen kann
es dabei zu Kontaktfehlern zwischen Sockel und Testkomponente kommen.
Die Ausfallrate ist stark vom Sockeltyp und deren Wartung abhängig, liegt
aber typischerweise im Prozentbereich. Um fehlerfreie Bauteile,
die auf Grund von Kontaktfehlern einen Test nicht erfolgreich bestanden
haben, nicht verwerfen zu müssen,
wird bei integrierten Halbleiterspeichern im allgemeinen ein zweiter
Test mit den gleichen Testbedingungen durchgeführt. Alle Halbleiterchips,
die beim zweiten Testdurchlauf den Test bestehen, werden als fehlerfreie
Bausteine eingestuft. Es wird in diesem Fall davon ausgegangen,
dass beim ersten Testdurchlauf ein Kontaktfehler die Ursache für den Ausfall
war.
-
Problematisch
ist diese Vorgehensweise jedoch in Bezug auf marginale oder sporadisch
ausfallende Speicherbausteine. Sporadisch ausfallende Bausteine
sind instabile Ausfälle,
bei denen die Spezifikation bei mehrmaliger Wiederholung eines Tests unvorhergesehen
bei einem Testdurchlauf erfüllt
und bei einem späteren
erneuten Testdurchlauf mit den gleichen Testbedingungen nicht erfüllt sind.
Solche instabilen Ausfälle
beruhen beispielsweise auf Aufladungseffekten von Kontaktlöchern, die
durch einen vorherigen Prozess, beispielsweise einen Ätzprozess,
mit Schmutzresten behaftet sind. Bei marginal ausfallenden Bausteinen,
sogenannten Grenzgängern,
liegen die gemessenen Parameter an der Spezifikationsgrenze. Da
die zu messenden Designparameter jedoch in aller Regel mit einem
ausreichenden Testvorhalt gemessen werden, stellen solche Grenzgänger im
Vergleich zu sporadischen Ausfallteilen ein geringeres Problem dar.
Sporadisch ausfallende Bauteile hingegen müssen als potentielles Qualitätsrisiko
angesehen werden.
-
Bei
integrierten Halbleiterspeicherchips lassen sich bei einem Funktionstest
Kontaktausfälle
von marginalen bzw. spora dischen Ausfällen sehr gut anhand der Anzahl
der ausgefallenen Speicherzellen eines Speicherbausteins unterscheiden.
Es hat sich gezeigt, dass Kontaktausfälle, die beispielsweise durch
einen schlechten Kontakt zwischen einem Dateneingangsanschluss,
einer Kommandoleitung oder einer Adressleitung und einem Kontaktanschluss
des Testsockels verursacht werden, zu einer sehr hohen Anzahl von
Ausfallzellen innerhalb eines Speicherzellenfeldes eines Halbleiterspeichers
führen.
Bei marginal oder sporadisch ausfallenden Halbleiterspeichern beschränkt sich
die Anzahl der fehlerhaften Speicherzellen eines Speicherzellenfeldes
auf deutlich weniger Einzelzellen als dies bei Kontaktausfällen der
Fall ist. Bei einem Halbleiterspeicher von beispielsweise einer
Speicherkapazität
von 512 MB liegt die Fehleranzahl aufgrund von marginal bzw. sporadisch
ausfallenden Speicherzellen beispielsweise im Bereich von 1000 Einzelzellen
pro Speicherbaustein. Es handelt sich dabei in der Regel um schwache
Einzelzellen oder fehlerhafte Bit- oder Wortleitungen.
-
Um
ein verbessertes Produktionstesten in Bezug auf Ausbeute und Qualität zu gewährleisten, sollten
daher nur Speicherbausteine, bei denen die Anzahl der ausgefallenen
Speicherzellen pro Test einen bestimmten Schwellwert überschreitet,
zu einem Wiederholungstest zugelassen werden, da die mögliche Fehlerursache
hier auf Grund der hohen Anzahl von fehlerhaften Speicherzellen
beim ersten Testdurchlauf mit großer Wahrscheinlichkeit auf
ein Kontaktproblem zwischen Messaufnahme und Testkomponente zurückzuführen ist.
Eine solche Unterscheidung von echten und unechten Kontaktfehlern
von Speicherbausteinen, die als Unterscheidungskriterium bei einem
Test des integrierten Halbleiterspeichers die Anzahl der ausfallenden
Speicherzellen verwendet, kann jedoch typischerweise beim Produktionstesten
nicht durchgeführt
werden. Dies liegt daran, dass vorhandene Testsysteme im allgemeinen
nicht mit einer Zusatzausrüstung
ausgestattet sind, die ein Zählen
der Fehler während
einem Funktionstest erlauben würde.
Andererseits arbeiten die Testsysteme im Vergleich zu den immer
schneller werdenden Speicherbausteinen zu langsam, um fehlerhafte
Einzelspeicherzellen bzw. die Anzahl der aufgetretenen Fehler zu
erfassen.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierten Halbleiterspeicher
anzugeben, bei dem am Ende eines Tests im Falle eines Ausfalls des
integrierten Halbleiterspeichers auf die mögliche Ausfallursache geschlossen
werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben,
mit dessen Hilfe am Ende eines Tests auf eine mögliche Ausfallursache zurück geschlossen
werden kann.
-
Die
Druckschrift
US 6,684,353
B1 betrifft ein Verfahren zum ' Testen eines Halbleiterspeichers sowie
eine Überwachungseinrichtung,
mit der sich ein Speicherzellenfeld testen lässt. Die Überwachungseinheit umfasst
einen ECC (error checking and correction)-Schaltkreis, einen Zähler und
optional verschiedene Register. Der ECC-Schaltkreis untersucht Speicherzellen
eines Speicherzellenfeldes auf Fehler und kann die entdeckten Fehler
optional reparieren. Der Zähler
zählt die
von dem ECC-Schaltkreis
detektierten Fehler. Die Anzahl der Fehler wird in einem der verschiedenen
Register abgespeichert. Der Zähler
vergleicht dabei die Anzahl der aufgetretenen Fehler mit einem Schwellwert
in einem der Register. Beim Überschreiten
eines bestimmten Schwellwertes wird der Test abgebrochen. Alternativ
dazu kann der Testablauf unterbrochen werden durch Anlegen eines
externen Interrupt-Signals.
-
Die
Druckschrift
DE 199
17 588 A1 betrifft eine Halbleiterspeicheranordnung mit
einem über Wortleitungen
und Bitleitungen angesteuerten Speicherzellenfeld aus einer Vielzahl
von Speicherzellen mit redundanten Speicherzellen, die bei einem
Ausfall von Speicherzellen des Speicherzellenfeldes diese als Spare-Speicherzellen
ersetzen, wobei die Speicherzellen des Speicherzellenfeldes und
die Spare-Speicherzellen auf einem Halbleiterchip vorgesehen sind.
Im Halbleiterchip ist des Weiteren eines BIST-Recheneinheit vorgesehen,
die den ausgefallenen Speicherzellen Spare-Speicherzellen zuordnet.
Für diese
Zuordnung wird ein besonderer Algorithmus herangezogen, bei dem
beispielsweise für jede
Adresse die Anzahl der ausgefallenen Speicherzellen als ein Hit-Wert
gespeichert wird. Erreicht dieser Hit-Wert eine bestimmte Grenze,
dann wird die gesamte, zu dieser Adresse gehörende Wortleitung bzw. Bitleitung
ersetzt. Einzelfehler können
ansonsten wahlweise durch eine Wortleitung oder eine Bitleitung
ersetzt werden. Die Adressinformation für ausgefallene Speicherzellen
wird somit nicht in einem externen Speicher, sondern auf dem Halbleiterchip
selbst in Registern abgelegt. Die Halbleiterspeicheranordnung benötigt somit
keinen externen Rechner und kommt mit einer handhabbaren Anzahl
von Registereinträgen
aus, sodass nur wenig Chipfläche zu
deren Realisierung erforderlich ist.
-
Die
Aufgabe in Bezug auf den integrierten Halbleiterspeicher wird gelöst durch
einen integrierten Halbleiterspeicher mit einem Ausgangsanschluss,
mit einem Speicherzellenfeld mit mindestens einer Speicherzelle
zur Speicherung eines Datenwertes, mit einer Auswerteschaltung mit
einem Zähler,
mit einer Programmierschaltung zur Erzeugung eines Programmiersignals
und mit einem Programmierelement mit einem ersten und einem zweiten
Programmierzustand. Die Auswerteschaltung ist dabei derart ausgebildet,
dass sie einen Zählerstand des
Zäh lers
verändert,
wenn der in der Speicherzelle abgespeicherte Datenwert von einem
Sollwert des in der Speicherzelle abgespeicherten Datenwertes abweicht.
Sie erzeugt ausgangsseitig ein Zählerstandssignal,
das eine kodierte Information über
den Zählerstand
des Zählers
enthält.
Die Auswerteschaltung führt
der Programmierschaltung eingangsseitig das Zählerstandssignal zu. Die Programmierschaltung
ist derart ausgebildet, dass sie ausgangsseitig das Programmiersignal
er zeugt, wenn der Zählerstand
des Zählers
einen Schwellwert überschreitet.
Die Programmierschaltung ist ausgangsseitig mit einem Eingangsanschluss
des Programmierelementes verbunden. Das Programmierelement ist derart
ausgebildet, dass es einen Zustandswechsel von dem ersten in den
zweiten Programmierzustand vollzieht, wenn ihm eingangsseitig das
Programmiersignal zugeführt wird.
Der Programmierzustand des Programmierelementes ist über den
Ausgangsanschluss auslesbar.
-
In
einer Weiterbildung umfasst der integrierte Halbleiterspeicher eine
Steuerschaltung. Die Speicherzelle des Speicherzellenfeldes ist über eine Adresse
adressierbar. Die Steuerschaltung ist derart ausgebildet, dass sie
ausgangsseitig ein erstes Steuersignal erzeugt, mit dem der Datenwert
der zu der Adresse zugehörigen
Speicherzelle auslesbar ist.
-
Nach
einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers
umfasst die Auswerteschaltung einen ersten Eingangsanschluss, eine
erste Speicherkomponente und eine zweite Speicherkomponente. Die
erste Speicherkomponente ist derart ausgebildet, dass der Datenwert
der Speicherzelle in der ersten Speicherkomponente speicherbar ist.
Die zweite Speicherkomponente ist derart ausgebildet, dass der Sollwert
des in der Speicherzelle gespeicherten Datenwertes in der zweiten
Speicherkomponente gespeichert ist. Die erste Speicherkomponente
ist mit dem ersten Eingangsanschluss der Auswerteschaltung verbunden, so
dass der Datenwert der Speicherzelle des Speicherzellenfeldes der
ersten Speicherkomponente über
den ersten Eingangsanschluss der Auswerteschaltung zuführbar ist.
-
In
einer möglichen
Ausführungsform
ist die erste Speicherkomponente als ein erstes Speicherregister
ausgebildet.
-
In
einer anderen Ausführungsvariante
des integrierten Halbleiterspeichers ist die zweite Speicherkomponente
als ein zweites Speicherregister ausgebildet. Die Auswerteschaltung
weist einen zweiten Eingangsanschluss auf, der mit dem zweiten Speicherregister
eingangsseitig verbunden ist. Dem zweiten Eingangsanschluss der
Auswerteschaltung ist der Sollwert des in der Speicherzelle des
Speicherzellenfeldes abgespeicherten Datenwertes zuführbar.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmals des erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers
ist die Steuerschaltung derart ausgebildet, dass sie aus der Adresse
der Speicherzelle den Sollwert des in der Speicherzelle abgespeicherten
Datenwertes berechnet und dem zweiten Speicherregister den Sollwert
eingangsseitig zuführt.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeicher
ist es auch möglich,
die zweite Speicherkomponente als ein Zellenfeld mit Speicherzellen
auszubilden. Die Auswerteschaltung weist bei dieser Ausführung einen
zweiten Eingangsanschluss auf, der mit dem Zellenfeld eingangsseitig
verbunden ist. Dem zweiten Eingangsanschluss der Auswerteschaltung
ist ein internes Steuersignal zum Auslesen einer der Speicherzellen
des Zellenfeldes der Auswerteschaltung zuführbar.
-
Bei
einem weiteren möglichen
Schaltungsdesign des integrierten Halbleiterspeichers ist die Steuerschaltung
derart ausgebildet, dass sie ausgangsseitig aus der Adresse der
Speicherzelle des Speicherzellenfeldes eine Adresse einer der Speicherzellen
des Zellenfeldes der Auswerteschaltung berechnet, in der der Sollwert
des in der Speicherzelle des Speicherzellenfeldes abgespeicherten
Datenwertes gespeichert ist. Die Steuerschaltung ist ferner derart
ausgebildet, dass sie ausgangsseitig ein zweites Steuersignal zum
Auslesen einer der Speicherzellen des Zellenfeldes der Auswerteschaltung
erzeugt, in der der Sollwert des in der Speicherzelle des Speicherzellenfeldes
abgespeicherten Datenwertes gespeichert ist. Dem Zellenfeld der
Auswerteschaltung wird dann das interne Steuersignal eingangsseitig
zugeführt.
-
In
einer Weiterbildung umfasst die Auswerteschaltung des integrierten
Halbleiterspeichers eine Vergleicherschaltung zur Erzeugung eines
Bewertungssignals. Die erste Speicherkomponente führt der
Vergleicherschaltung eingangsseitig den in ihr abgespeicherten Datenwert
zu. Die zweite Speicherkomponente führt der Vergleicherschaltung
eingangsseitig den Sollwert des in der Speicherzelle abgespeicherten
Datenwertes zu. Die Vergleicherschaltung ist dabei derart ausgebildet,
dass sie ausgangsseitig einen ersten Pegel des Bewertungssignals
erzeugt, wenn der in der Speicherzelle abgespeicherte Datenwert
von dem Sollwert abweicht. Ferner erzeugt sie ausgangsseitig einen
zweiten Pegel des Bewertungssignals, wenn der in der Speicherzelle abgespeicherte
Datenwert mit dem Sollwert übereinstimmt.
-
Gemäß einem
weiteren Schaltungskonzept umfasst der Zähler des erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterspeichers einen ersten Eingangsanschluss. Die Vergleicherschaltung
führt dem
ersten Eingangsanschluss des Zählers
das Bewertungssignal zu. Der Zähler
ist nun derart ausgebildet, dass er den Zählerstand verändert, wenn
dem Zähler
der erste Pegel des Bewertungssignals zugeführt wird.
-
Der
Zähler
kann als ein Binärzähler ausgebildet
sein, der ausgangsseitig das Zählerstandssignal erzeugt,
das eine Bit folge umfasst, die eine binäre Kodierung des Zählerstandes
des Zählers
repräsentiert.
-
Nach
einem anderen Schaltungskonzept umfasst die Programmierschaltung
des integrierten Halbleiterspeichers eine Subtrahierschaltung zur
Erzeugung eines Differenzsignals. Der Subtrahierschaltung ist der
Zählerstand
des Zählers
und der Schwellwert eingangsseitig zuführbar. Die Subtrahierschaltung
ist derart ausgebildet, dass sie eine Differenz aus dem Zählerstand
des Zählers
und dem Schwellwert ermittelt und ausgangsseitig ein Differenzsignal
erzeugt, das eine kodierte Information über die Differenz aus dem Zählerstand
des Zählers und
dem Schwellwert enthält.
-
In
einer Ausführungsform
des integrierten Halbleiterspeichers weist die Subtrahierschaltung mindestens
einen Differenzverstärker
auf.
-
Nach
einem weiteren Merkmal des integrierten Halbleiterspeichers umfasst
die Programmierschaltung eine Steuerlogik zur Erzeugung des Programmiersignals.
Der Steuerlogik ist eingangsseitig das Differenzsignal zuführbar. Die
Steuerlogik ist derart ausgebildet, dass sie das Differenzsignal
auswertet und ausgangsseitig das Programmiersignal erzeugt, wenn
der Zählerstand
des Zählers
den Schwellwert überschreitet.
-
In
einer anderen Implementierung des integrierten Halbleiterspeichers
ist das Programmierelement derart ausgebildet, dass es ausgangsseitig
ein Ausgangssignal mit einem ersten oder einem zweiten Pegel erzeugt.
Das Programmierelement ist derart ausgebildet, dass es im ersten
Programmierzustand ausgangsseitig das Ausgangssignal mit dem ersten
Pegel und im zweiten Programmierzustand ausgangsseitig das Ausgangssignal
mit dem zweiten Pegel erzeugt.
-
In
einer möglichen
Realisierungsform ist das Programmierelement als eine bistabile
Kippschaltung ausgebildet.
-
Nach
einem weiteren Merkmal des integrierten Halbleiterspeichers weist
dieser eine zweite Steuerschaltung auf. Die zweite Steuerschaltung
ist derart ausgebildet, dass sie ausgangsseitig ein Schwellwertsignal
erzeugt, das eine Bitfolge umfasst, die eine binäre Kodierung des Schwellwertes
repräsentiert.
-
In
einer anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterspeichers ist die zweite Steuerschaltung derart ausgebildet,
dass sie ausgangsseitig ein erstes und ein zweites Rücksetzsignal
erzeugt. Der Zähler
umfasst einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen des ersten Rücksetzsignals.
Das Programmierelement umfasst ebenfalls einen zweiten Eingangsanschluss
zum Anlegen des zweiten Rücksetzsignals.
Der Zähler
ist derart ausgebildet, dass durch eine Ansteuerung des zweiten
Eingangsanschlusses des Zählers
mit dem ersten Rücksetzsignal
der Zählerstand
zurücksetzbar ist.
Darüber
hinaus ist das Programmierelement derart ausgebildet, dass durch
eine Ansteuerung des zweiten Eingangsanschlusses des Programmierelementes
mit dem zweiten Rücksetzsignal
das Programmierelement den ersten Programmierzustand annimmt.
-
Zur
Lösung
der Aufgabe kann die zweite Steuerschaltung des erfindungsgemäßen integrierten
Halbleiterspeichers Steueranschlüsse
zum Anlegen von Steuersignalen umfassen. In dieser Ausführungsform
ist die zweite Steuerschaltung derart ausge bildet, dass über das
Anlegen der Steuersignale der Schwellwert einstellbar ist.
-
In
einer weiteren Ausführungsvariante
umfasst der integrierte Halbleiterspeicher einen steuerbaren Schalter
mit einem ersten und einem zweiten Schaltzustand. Im ersten Schaltzustand
des steuerbaren Schalters ist das Bewertungssignal der Vergleicherschaltung
dem Ausgangsanschluss der integrierten Schaltung zuführbar. Im
zweiten Schaltzustand des steuerbaren Schalters ist das Ausgangssignal
des Programmierelementes dem Ausgangsanschluss der integrierten
Schaltung zuführbar.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Testen eines integrierten Halbleiterspeichers
beschrieben, das ebenfalls das Problem löst. Danach wird für einen
ersten Test des integrierten Halbleiterspeichers ein Schwellwert
programmiert. Anschließend
wird der Zählerstand
eines Zählers
initialisiert. Danach wird in eine Speicherzelle des integrierten
Halbleiterspeicher ein Datenwert eingelesen. Der in die Speicherzelle
eingelesene Datenwert wird nachfolgend mit einem Sollwert des Datenwertes
der Speicherzelle verglichen. Ein Zählerstand eines Zählers wird
verändert,
wenn der Datenwert der Speicherzelle von dem Sollwert der Speicherzelle
abweicht. Anschließend
wird der Zählerstand
des Zählers
mit dem Schwellwert verglichen. Ein Programmierelement wird mit
einem ersten Programmierzustand programmiert, wenn der Zählerstand
des Zählers
den Schwellwert unterschreitet und mit einem zweiten Programmierzustand
programmiert, wenn der Zählerstand
des Zählers
den Schwellwert überschreitet. Ein
erster Pegel eines Ausgangssignals wird erzeugt, wenn das Programmierelement
den ersten Programmierzustand aufweist. Ein zweiter Pegels des Ausgangssignals
wird erzeugt, wenn das Programmierelement den zweiten Programmierzustand
aufweist.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Testen eines integrierten Halbleiterspeichers wird es insbesondere
ermöglicht,
bei der Initialisierung des Zählerstandes
diesen durch Rücksetzen
des Zählerstandes
auf einen Startwert zu initialisieren.
-
Nach
einem weiteren Merkmal des Verfahrens zum Testen eines integrierten
Halbleiterspeichers wird eine Adresse der Speicherzelle in ein Adressregister
eingelesen. Danach wird der Datenwert in die zu der Adresse zugehörige Speicherzelle eingelesen.
Der Sollwert, der bei diesem Einlesevorgang in der Speicherzelle
abgespeichert sein sollte, wird anhand der Adresse der Speicherzelle
algorithmisch berechnet. Danach erfolgt das Auslesen des Datenwertes
aus der Speicherzelle.
-
Gemäß einer
weiteren Ausbildung des Verfahrens zum Testen eines integrierten
Halbleiterspeichers wird der erste Test nach einer Variante der oben
beschriebenen Art durchgeführt.
Am Ende des ersten Tests wird der Pegel des Ausgangssignals ausgelesen.
Der erste Test wird wiederholt, wenn das Ausgangssignal den zweiten
Pegel aufweist. In diesem Fall liegt die Anzahl der ausgefallenen
Einzelzellen bei dem ersten Test oberhalb eines durch den Schwellwert
vorgegebenen Grenzwertes. In diesem Fall kann mit großer Wahrscheinlichkeit
als mögliche Fehlerursache
ein Kontaktierungsproblem des integrierten Halbleiterspeichers mit
den Anschlusskontakten der Messaufnahme in Betracht gezogen werden.
Bei einem Kontaktierungsproblem eines Halbleiterspeichers liegt
die Anzahl der ausgefallenen Einzelzellen bei einem 512 MB Halbleiterspeicher
typischerweise im Bereich von 1000 Einzelzellen pro Halbleiterspeicher.
Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
natürlich
auch denkbar andere Schwellwerte zu programmieren. In der Regel
zeigen verschiedene Fehlerbilder, beispielsweise eine defekte Wort-
oder Bitleitung eine fehlertypische Anzahl von Ausfällen. Durch
die Anpassung des Schwellwertes an diese charakteristische Anzahl
von fehlerhaften Einzelzellen, lässt
sich sehr gut auf eine mögliche
Fehlerursache schließen.
Das Verfahren ist daher vorzugsweise auch zu Fehleranalysezwecken einsetzbar.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren, die Ausführungsbeispiele
der Erfindung zeigen, näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
eines integrierten Halbleiterspeichers gemäß der Erfindung,
-
2 eine
Ausführungsform
einer zweiten Speicherkomponente der Auswerteschaltung des integrierten
Halbleiterspeichers gemäß der Erfindung,
-
3 eine
Fehlerverteilung von ausgefallenen Einzelzellen eines integrierten
Halbleiterspeichers bei einem Funktionstest des integrierten Halbleiterspeichers.
-
1 zeigt
einen integrierten Halbleiterspeicher 100 mit einem Speicherzellenfeld 10,
einer Auswerteschaltung 20, einer Programmierschaltung 30 und
einem Programmierelement 40. Der integrierte Halbleiterspeicher
verfügt über einen
Eingangsanschluss Din zum Einlesen von Datenwerten DW in eine Speicherzelle
Z des Speicherzellenfeldes 10. Innerhalb des Speicherzellenfeldes 10 ist
der Einfachheit halber eine Speicherzelle Z dargestellt. Die Speicherzelle
ist über
eine Wortleitung WL ansteuerbar. Zum Ein- oder Auslesen eines Da tenwertes
DW ist sie mit einer Bitleitung BL verbunden. Innerhalb des Speicherzellenfeldes 10 ist
die Speicherzelle über eine
Adresse ADD10 adressierbar. Das Speicherzellenfeld 10 ist
ausgangsseitig mit einem ersten Eingangsanschluss E20a der Auswerteschaltung 20 verbunden.
-
Die
Auswerteschaltung 20 umfasst eine erste Speicherkomponente 21,
der über
den Eingangsanschluss E20a der in der Speicherzelle Z abgespeicherte
Datenwert DW eingangsseitig zuführbar
ist. Sie umfasst ferner eine zweite Speicherkomponente 22,
die mit einem zweiten Eingangsanschluss E20b der Auswerteschaltung
eingangsseitig verbunden ist. Die zweite Speicherkomponente dient
zur Speicherung eines Sollwertes SW, der bei einem vorangehenden
Lesevorgang während
eines Test des integrierten Halbleiterspeichers in die Speicherzelle
Z eingeschrieben worden sein sollte. Die erste Speicherkomponente 21 ist
ausgangsseitig mit einem ersten Eingangsanschluss E23a einer Vergleicherschaltung 23 verbunden
und führt
dem ersten Eingangsanschluss E23a den in ihr zwischengespeicherten
Datenwert DW zu. Die zweite Speicherkomponente 22 ist ausgangsseitig
mit einem zweiten Eingangsanschluss E23b der Vergleicherschaltung 23 verbunden
und führt
dem zweiten Eingangsanschluss E23b den Sollwert SW zu. Die Vergleicherschaltung 23 vergleicht
den ihr eingangsseitig zugeführten
Datenwert DW mit dem ihr eingangsseitig zugeführten Sollwert SW und erzeugt
in Abhängigkeit von
diesem Vergleich ausgangsseitig ein Bewertungssignal BS, das sie
einem ersten Eingangsanschluss E24a eines Zählers 24 zuführt. Das
Bewertungssignal BS kann über
einen steuerbaren Schalter 60 und einen Ausgangstreiber 70 direkt
an einen Ausgangsanschluss Dout des integrierten Halbleiterspeichers
weitergeleitet werden. Je nach Pegel des Bewertungssignals BS verändert der
Zähler 24 einen internen
Zählerstand.
Dies geschieht beispielsweise durch Inkrementieren oder Dekrementieren
des momentanen Zählerstandes.
Der interne Zählerstand des
Zählers 24 lässt sich
durch eine binäre
Bitfolge ZS1, ZS2, ..., ZSn kodieren. Jedes Bit der binären Bitfolge
lässt sich
durch den Zähler 24 ausgangsseitig
in ein Zählerstandssignal
ZS umwandeln. Die einzelnen Bitsignale der binären Bitfolge ZS1, ZS2, ..., ZSn
werden der Programmierschaltung 30 eingangsseitig zugeführt.
-
Die
Programmierschaltung 30 umfasst eine Subtrahierschaltung 31 und
eine Steuerlogik 32. Neben dem augenblicklichen Zählerstand
des Zählers 24 wird
der Programmierschaltung 30 eingangsseitig über ein
Schwellwertsignal LS eine weitere binäre Bitfolge LS1, LS2, ...,
LSn zugeführt,
durch die ein Schwellwert kodiert wird. Die Subtrahierschaltung 31 führt eine
Differenzbildung aus dem ihr eingangsseitig über die Bitfolge ZS1, ZS2,
..., ZSn zugeführten Zählerstand
des Zählers 24 und
dem ihr über
die Bitfolge LS1, LS2, ..., LSn zugeführten Schwellwert durch und
erzeugt ausgangsseitig die Differenzsignale DS1, DS2, ..., DSn.
Jedes einzelne Differenzsignal stellt dabei eine Binärstelle
einer binär
kodierten Differenz aus dem Zählerstand
des Zählers 24 und
dem Schwellwert dar. Zur Ausführung
der Differenzbildung und zur anschließenden Erzeugung der Differenzsignale
DS1, DS2, ..., DSn können
Differenzverstärker
D1, D2, ..., Dn verwendet werden, denen eingangsseitig die binär kodierte
Bitfolge ZS1, ZS2, ..., ZSn des Zählerstandes und die binär kodierte
Bitfolge LS1, LS2, ..., LSn des Schwellwertes zugeführt wird.
-
Anhand
der an der Steuerlogik 32 anliegenden Pegel der Differenzsignale
kann die Steuerlogik 32 somit entscheiden, ob der momentane
Zählerstand
des Zählers 24 oberhalb
oder unterhalb des durch eine zweite Steuerschaltung 50 vorgegebenen Schwellwertes
liegt. Wenn der augenblickliche Zählerstand des Zählers 24 unterhalb
des Schwellwertes liegt, erzeugt die Steuerlogik 32 ausgangsseitig
das Programmiersignal PS mit _ einem ersten Signalpegel, beispielsweise
einem niedrigen Signalpegel. Wenn hingegen der augenblickliche Zählerstand
des Zählers 24 oberhalb
des von der zweiten Steuerschaltung 50 vorgegebenen Schwellwertes
liegt, so erzeugt die Steuerlogik 31 ausgangsseitig das
Programmiersignal PS mit einem hohen Signalpegel.
-
Das
Programmiersignal PS wird dem Programmierelement 40 eingangsseitig über die
Verbindung des Ausgangsanschlusses A30 der Programmierschaltung 30 mit
einem ersten Eingangsanschluss E40a des Programmierelementes 40 zugeführt. Je
nach dem, ob das Programmiersignal PS den niedrigen oder den hohen
Signalpegel aufweist, nimmt das Programmierelement 40 einen
ersten oder einen zweiten Programmierzustand an. Das Programmierelement 40 kann
daher beispielsweise als eine Kippschaltung ausgebildet sein. Im
ersten Programmierzustand erzeugt das Programmierelement 40 an
einem Ausgangsanschluss A40 ein Ausgangssignal AS mit einem niedrigen
Signalpegel, wohingegen es im zweiten Programmierzustand an seinem
Ausgangsanschluss A40 einen hohen Signalpegel des Ausgangssignals
AS erzeugt. Der Ausgangsanschluss A40 des Programmierelementes 40 ist über den
steuerbaren Schalter 60 und den Ausgangstreiber 70 mit
dem Ausgangsanschluss Dout des integrierten Halbleiterspeichers
verbunden.
-
Zur
Steuerung des steuerbaren Schalters 60 erzeugt die zweite
Steuerschaltung 50 ein Schaltsignal US, mit dem der steuerbare
Schalter in einen ersten Schaltzustand oder einen zweiten Schaltzustand geschaltet
werden kann. Im ersten Schaltzustand ist die Ausgangsseite der Vergleicherschaltung 23 der Auswerteschaltung 20 über den
Ausgangstreiber 70 mit dem Ausgangs anschluss Dout des integrierten Halbleiterspeichers
verbunden. Im zweiten Schaltzustand hingegen ist das Programmierelement 40 ausgangsseitig über den
Ausgangstreiber 70 mit dem Ausgangsanschluss Dout des integrierten
Halbleiterspeichers verbunden. Am Ausgangsanschluss Dout des integrierten
Halbleiterspeichers liegt somit im ersten Schaltzustand des steuerbaren
Schalters 60 das Bewertungssignal BS an, das eine Information enthält, ob der
in der Speicherzelle Z abgespeicherte Datenwert DW mit dem Sollwert
SW des Datenwerts übereinstimmt.
Im zweiten Schaltzustand des steuerbaren Schalters 60 liegt
am Ausgangsanschluss Dout des integrierten Halbleiterspeichers 100 das Ausgangssignal
AS des Programmierelementes 40 an. Am Ausgangsanschluss
Dout tritt in diesem Fall eine Information auf, ob die Anzahl der
fehlerhaften Speicherzellen oberhalb oder unterhalb des vorgegebenen
Schwellwertes liegt.
-
Durch
die angegebene integrierte Schaltung wird bei einem Funktionstest
des integrierten Halbleiterspeichers das Zählen der Ausfallzellen des
integrierten Halbleiterspeichers in den jeweilig zu testenden Speicherbaustein
verlagert. Während
des Funktionstests des Halbleiterspeichers kann im ersten Schaltzustand
des steuerbaren Schalters 60 am Ausgangsanschluss Dout von einem
angeschlossenen Testsystem eine Information abgegriffen werden,
ob die momentan ausgelesene Speicherzelle Z fehlerhaft ist. Am Ende
des Funktionstestes steuert die zweite Steuerschaltung 50 über das
Schaltsignal US den steuerbaren Schalter 60 in den zweiten
Schaltzustand. Das Testsystem kann nun erkennen, ob die Anzahl der
aufgetretenen Fehlerzellen oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes
liegt, so dass in diesem Fall auf einen Kontaktfehler des entsprechenden
Halbleiterspeichers mit den Kontaktanschlüssen des Testsockels geschlossen
werden kann. In diesem Fall empfiehlt es sich den Testdurchlauf
zu wiederholen. Wenn jedoch am Ausgangsanschluss Dout des integrierten
Halbleiterspeichers im zweiten Schaltzustand des steuerbaren Schalters 60 am Ende
des Funktionstests der niedrige Signalpegel des Ausgangssignals
auftritt, so liegt die Anzahl der aufgetretenen fehlerhaften Speicherzellen
unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes. In diesem Fall handelt
es sich mit großer
Wahrscheinlichkeit um ein echtes Ausfallbauteil, beispielsweise
um ein marginal bzw. sporadisch ausfallendes Bauteil. Der betroffene Speicherbaustein
wird in diesem Falle nicht mehr einem Wiederholungstest unterzogen
und kann als fehlerhaftes Bauteil ausgesondert werden.
-
Da
ein Funktionstest des Speichers aus mehreren unterschiedlichen Tests
besteht, ist es vorteilhaft, vor jedem neu zu startenden Testlauf
den Zähler 24 wieder
auf einen Startwert, beispielsweise den Startwert 0, zurückzusetzen.
Der Zähler 24. weist
dazu einen zweiten Eingangsanschluss E24b auf, dem über die
zweite Steuerschaltung 50 ein erstes Rücksetzsignal RS1 zugeführt wird.
-
Wenn
der in der Regel aus mehreren Einzeltests bestehende Funktionstest
abgeschlossen ist, empfiehlt es sich den Programmierzustand des
Programmierelementes 40 vor dem Start eines weiteren Funktionstests
auf den ersten Programmierzustand zurückzusetzen. Das Programmierelement 40 verfügt dazu über einen
zweiten Eingangsanschluss E40b, dem über die Steuerschaltung 50 ein
zweites Rücksetzsignal
RS2 zuführbar
ist.
-
Anhand
von 2 wird im Folgenden die Ausgestaltung der zweiten
Speicherkomponente 22 der Auswerteschaltung 20 näher erläutert. Der
integrierte Halbleiterspeicher 100 verfügt über eine weitere Steuerschaltung 80 und
ein Adressregister 90. Über
Adressanschlüsse
A0, A1, ..., An lassen sich an das Adressregister 90 die
Adresssignale AD0, AD1, ..., ADn anlegen. Die an die Adressanschlüsse angelegte
Adresse ADD10, die die Speicherzelle Z im Speicherzellenfeld 10 adressiert,
ist der Steuerschaltung 80 eingangsseitig zuführbar. Zum
Vergleichen des in der Speicherzelle Z abgespeicherten Datenwertes
DW mit dem Sollwert SW des Datenwertes steuert die Steuerschaltung 80 das
Speicherzellenfeld 10 mit einem internen Steuersignal IS1
an. Dadurch wird die zur angelegten Adresse ADD10 zugehörige Speicherzelle
Z ausgelesen und der Datenwert DW der ersten Speicherkomponente 21,
die beispielsweise als ein Register ausgebildet ist, zugeführt. Der
Datenwert DW der Speicherzelle Z wird im ersten Speicherregister 21 zwischengespeichert.
-
Die
Steuerschaltung 80 ist ferner derart ausgebildet, dass
sie über
die Adresse ADD10, die ihr vom Adressregister 90 eingangsseitig
zugeführt
wird, den Sollwert, der in der Speicherzelle Z abgespeichert sein
sollte, algorithmisch berechnen kann. Zweckmäßigerweise ist das Speicherzellenfeld 10 dazu
in einzelne Speicherfelder, die jeweils eine gleiche Anzahl von
einzelnen Speicherzellen umfassen, unterteilt. Der Einfachheit halber
sind in 2 zwölf Speicherfelder F1, ...,
F12 dargestellt, die jeweils sechzehn Einzelspeicherzellen umfassen.
Den Speicherzellen eines Speicherfeldes ist jeweils ein Sollwert
SW des in ihnen abgespeicherten Datenwertes zugeordnet. Der Sollwert
einer Speicherzelle innerhalb eines Speicherfeldes lässt sich
durch die ihr zugehörige
Adresse ADD10 bestimmen. Die Speicherfelder F1, F2, ..., F12 des
Speicherzellenfeldes 10 sind dabei derart ausgebildet,
dass sich die Sollwerte SW der Speicherzellen Z1, ..., Z16 des Speicherfeldes
F1 in den gleichartig angeordneten Speicherzellen Z1', Z2', ..., Z16' der übrigen Speicherfelder
F2 bis F12 jeweils wiederholen. Die zweite Speicherkomponente 22 braucht
daher nur ein Zellenfeld von der Größe eines der Speicherfelder
F1, F2, ..., F16 zu umfassen. Im Beispiel der 2 ist
die zweite Speicherkomponente 22 beispielsweise als eine 4×4-Speichermatrix
aufgebaut, die die Speicherzellen Z1, Z2, ..., Z16 umfasst. Von
den Speicherzellen des Zellenfeldes 22 wählt die
Steuerschaltung 80 aus der 4×4-Speichermatrix genau diejenige
Speicherzelle aus, in der der Sollwert der auszulesenden Speicherzelle
Z des Speicherzellenfeldes 10 gespeichert ist. Durch die
algorithmische Berechnung der Sollwerte der Speicherzellen des Speicherzellenfeldes 10 über die
Adressen ADD10 kann die zweite Speicherkomponente somit als eine
vergleichsweise einfach Speichermatrix aus beispielsweise sechzehn einzelnen
Speicherzellen aufgebaut werden. Über ein zweites internes Steuersignal
IS2 kann der Sollwert SW einer über
eine Adresse ADD22 adressierbare Speicherzelle Z1, ..., Z16 des
Zellenfeldes 22 ausgewählt
werden und der Vergleicherschaltung 23 zugeführt werden.
-
Der
Schwellwert, bei dessen Überschreitung auf
ein Kontaktierungsproblem des Speicherbauteils in der Messaufnahme
geschlossen werden kann, lässt
sich über
Steuersignale S1, S2, ..., Sn, die an Steueranschlüsse S50a,
S50b, ..., S50n der Steuerschaltung 50 angelegt werden,
einstellen. Dadurch wird es ermöglicht,
die Ausfallursache eines Halbleiterspeichers näher einzugrenzen. Diese Eingrenzung
der Fehlerursache wird dadurch ermöglicht, dass es zwischen einzelnen
Fehlertypen und der Anzahl der betroffenen Speicherzellen eine Korrelation gibt.
Wenn vorausgesetzt wird, dass beispielsweise an einer einzelnen
Bitleitung des Speicherzellenfeldes 256 Speicherzellen angeschlossen
sind, so wird der Schwellwert vorteilhafterweise auf 256 eingestellt.
Wenn bei einem Testdurchlauf genau 256 fehlerhafte Speicherzellen
detektiert werden, so lässt sich
auf eine fehlerhafte Bitleitung schließen.
-
Des
Weiteren erlaubt der erfindungsgemäße integrierte Halbleiterspeicher
das Austesten von Designgrenzen. Ein zu testender Parameter, beispielsweise
eine Auslesezeit, während
der eine Speicherzelle mit einer Bitleitung verbunden sein muss,
um einen in der Speicherzelle abgespeicherten Datenwert durch eine
Potentialänderung
auf der Bitleitung zu detektieren, wird dazu von einem Testsystem
mit einem bestimmten Wert vorgeben. Je kritischer dieser Wert des
zu testende Parameters, beispielsweise der Auslesezeit, eingestellt
wird, desto mehr Speicherzellen werden bei einem solchen Funktionstest
ausfallen.
-
3 zeigt
dazu die Verteilung der Anzahl fehlerhafter Speicherzellen über einem
kritischen Bereich eines Parameters. Die Fläche unterhalb der Kurve entspricht
den insgesamt ausgefallenen Speicherzellen eines Speicherzellenfeldes
bei unterschiedlich eingestellten kritischen Werten des zu testenden
Parameters. Innerhalb eines Bereiches B1 fallen nur wenige Speicherzellen
innerhalb des Speicherzellenfeldes aus, wo hingegen im Bereich B2
des zu testenden Parameters die meisten Speicherzellen ausfallen.
Im Bereich B2 wird daher der zu testende Parameter eine Designgrenze
erreicht haben. Die Ausfälle
im Bereich B1 sind hingegen auf einige wenige schlechte Einzelzellen
zurückzuführen. Wenn der
Schwellwert auf die im Bereich B2 ausfallende Anzahl von Speicherzellen
eingestellt wird, so liegt der eingestellte Wert des zu testenden
Parameters an der Designgrenze, wenn die Anzahl der fehlerhaften
Speicherzellen bei einem Testlauf diesen Schwellwert überschreitet.
-
- 10
- Speicherzellenfeld
- 20
- Auswerteschaltung
- 21,
22
- Speicherkomponente
- 23
- Vergleicherschaltung
- 24
- Zähler
- 30
- Programmierschaltung
- 31
- Subtrahierschaltung
- 32
- Steuerlogik
- 40
- Programmierelement
- 50
- Steuerschaltung
- 60
- steuerbarer
Schalter
- 70
- Ausgangstreiber
- 80
- Steuerschaltung
- 90
- Adressregister
- A
- Ausgangsanschluss
- AD
- Adresssignal
- ADD
- Adresse
- AO,
..., An
- Adressanschlüsse
- AS
- Ausgangssignal
- B
- Parameterbereich
- BL
- Bitleitung
- BS
- Bewertungssignal
- Din
- Eingangsanschluss
der integrierten
-
- Schaltung
- Dout
- Ausgangsanschluss
der integrierten
-
- Schaltung
- DS
- Differenzsignal
- DW
- Datenwert
- E
- Eingangsanschluss
- F
- Speicherfeld
- IS
- internes
Steuersignal
- LS
- Schwellwertsignal
- LS1,
..., LSn
- Schwellwert
- PS
- _
Programmiersignal
- RS
- Rücksetzsignal
- S1,
..., Sn
- Steuersignale
- S50a,
..., S50n
- Steueranschlüsse
- SW
- Sollwert
- US
- Umschaltsignal
- WL
- Wortleitung
- Z
- Speicherzelle
- ZS
- Zählerstandssignal
- ZS1,
..., ZSn
- Zählerstand