DE19708963C2 - Halbleiterdatenspeicher mit einer Redundanzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdatenspeicher (im Folgenden auch Datenspeicher genannt), und insbesondere einen Halbleiter-Datenspeicher, der die folgenden Merkmale aufweist:

• - wenigstens ein Speicherzellenfeld, das Speicherzellen aufweist, wobei die Speicherzellen durch Anlegen wenigstens eines Selektionssignals an im Bereich der Speicherzellen vorgesehene Selektionsleitungen selektierbar sind, wobei die Selektionsleitungen Wortleitungen und/oder Bitleitungen umfassen können.
• - eine Redundanzschaltung, die wenigstens eine Redundanz­ speicherzelle aufweist, wobei die Redundanzspeicherzellen durch Anlegen wenigstens eines Redundanz-Selektionssignals an im Bereich der Redundanzspeicherzellen vorgesehene Redundanz-Selektionsleitungen selektierbar sind, wobei die Redundanz-Selektionsleitungen Redundanzwortleitungen und/oder Redundanzbitleitungen umfassen können.
• - eine Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung, in der wenigstens eine Zuordnungsinformation abspeicherbar ist, wobei die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung so ausgebildet ist, daß aufgrund der Zuordnungsinformation wenigstens eine Redundanz-Selektionsleitung zu wenigstens einer Selektionsleitung zuordenbar ist.

Datenspeicher und insbesondere Halbleiterdatenspeicher werden häufig auf die folgende Weise hergestellt. Zunächst wird eine Vielzahl von Datenspeichern auf einem Substratabschnitt erzeugt, der Wafer genannt wird. Nach der Herstellung des Wafers werden die einzelnen Datenspeicher getestet, und zwar insbesondere daraufhin, ob die Speicherzellen des Speicher­ zellenfelds und die Redundanzspeicherzellen der Redundanz­ schaltung ordnungsgemäß arbeiten. Dabei wird in jede Speicherzelle bzw. in jede Redundanzspeicherzelle wiederholt ein jeweils unterschiedlicher Wert geschrieben, wobei durch eine nachfolgende Leseoperation überprüft wird, ob die geprüfte Speicherzelle bzw. Redundanzspeicherzelle ordnungs­ gemäß beschrieben werden konnte. Falls eine defekte Speicherzelle ermittelt wird, so wird die Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltung so programmiert, daß einer unbrauchbaren Speicherzelle eine ordnungsgemäß arbeitende Redundanzspeicherzelle zugeordnet wird. Dies erfolgt so, daß die zugeordnete Redundanzspeicherzelle die Funktion der als defekt erkannten Speicherzelle übernimmt. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltung kann eine zugeordnete Redundanzspeicherzelle so angesprochen werden, daß das Speicherzellenfeld von außen den Eindruck erweckt, ausschließlich ordnungsgemäß arbeitende Speicherzellen aufzuweisen.

In einem nachfolgenden Schritt wird der Wafer in einzelne Datenspeicher zersägt. Daraufhin werden die einzelnen Datenspeicher in Gehäuse montiert und erneut einem Test unterzogen, wobei erst danach die Auslieferung der gattungs­ gemäßen Datenspeicher erfolgt.

Die US-A-5 200 922 zeigt eine Redundanzsteuerungsschaltung, die die Redundanz einer Zeile oder einer Spalte in einem Speicherfeld dadurch veranlaßt, daß zwischen einem Redundanz­ modus und einem Stand-by-Modus hin- und hergeschaltet wird.

Die gattungsgemäßen Datenspeicher haben Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltungen, die Flash- oder EEPROM- Speicherzellen aufweisen, um eine Zuordnungsinformation abzuspeichern, aufgrund der im Betrieb eine Redundanzspeicherzelle einer defekten Speicherzelle zugeordnet wird. Zur Programmierung dieser Speicherzellen werden relativ hohe Spannungen im Bereich von 10 V oder größer benötigt. Diese Spannungen müssen mittels eigener Pumpschaltungen aufwendig erzeugt werden, so daß bei den gattungsgemäßen Datenspeichern ein zusätzlicher Schaltungsaufwand erforderlich ist. Weiterhin sind je nach dem verwendeten Programmierverfahren beim Zuordnen von Redundanzspeicherzellen zu Speicherzellen relativ lange Programmierzeiten erforderlich. So ist bei dem sogenannten "Hot-Electron"-Prozess eine Programmierzeit im Bereich von einigen Mikrosekunden notwendig, während bei dem sogenannten "Fowler-Nordheim"-Prozess sogar Programmierzeiten im Bereich von Millisekunden entstehen. Dies ist besonders störend, weil beim Test der gattungsgemäßen Datenspeicher auch die Redundanzspeicherzellen auf ihre ordnungsgemäße Funktion hin überprüft werden müssen, was durch ein wiederholtes Umprogrammieren der Redundanzspeicherzellen erfolgt. Bei einer Vielzahl von Redundanzspeicherzellen summieren sich die Programmierzeiten auf, so daß die Überprüfung besonders zeitaufwendig ist. Gerade mit dem "Hot-Electron"-Prozess ist auch ein hoher Stromverbrauch im Bereich von zwei Milliampere pro überprüftem Byte des Datenspeichers verbunden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiterdatenspeicher bereitzustellen, der einen einfachen Aufbau hat, bei dem die Redundanzspeicherzellen schnell und einfach auf ihre Funktion hin überprüft werden können und bei dem schnell und einfach Redundanzspeicherzellen zu defekten Speicherzellen zuordenbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung zur Aufnahme der Zuordneninformation bzw. der Zuordnungsinformation wenigstens einen ferroelektrischen und insbesondere statischen ferroelektrischen Zuordnungsspeicher aufweist.

Durch die Verwendung eines ferroelektrischen Zuordnungs­ speichers ergibt sich der Vorteil eines geringen Strom­ verbrauchs und einer schnellen Programmierung, da ferro­ elektrische Speicherbereiche durch einfaches Polarisieren einer Schicht dauerhaft programmiert werden können.

Weiterhin ist wenigstens ein Adreßdecoder vorgesehen, der zwischen einen Adreßbus und die zu den Speicherzellen führenden Selektionsleitungen geschaltet ist, wobei der Adreßdecoder vorteilhafterweise so ausgebildet ist, daß eine oder mehrere Selektionsleitungen entsprechend einer am Adreßbus anliegenden Adresse selektierbar sind. Außerdem ist ein Redundanzadreßdecoder vorgesehen, der zwischen den Adreßbus und die Redundanz-Selektionsleitungen geschaltet ist, die zu den Redundanzspeicherzellen führen, wobei der Redundanzadreßdecoder so ausgebildet ist, daß eine oder mehrere Redundanz-Selektionsleitungen entsprechend einer am Adreßbus anliegenden Adresse selektierbar sind. Weiterhin ist die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung bevorzugt im Bereich des Redundanzadreßdecoders angeordnet. Der wie vorstehend ausgebildete Datenspeicher erweist sich als besonders vorteilhaft, weil die Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltung sowohl in einem Programmierungszustand, in dem die Redundanzspeicherzellen defekten Speicherzellen zugeordnet werden, als auch in einem Betriebszustand, in dem die entsprechenden Redundanzspeicherzellen defekte Speicherzellen ersetzen, einfach zu betreiben ist. Im Programmierungszustand erfährt dann nämlich die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung von dem angeschlossenen Adreßbus die Adressen der jeweils zu ersetzenden Speicherzellen über die gleichen Adreßleitungen, über die im Betrieb auf die Redundanzspeicherzellen zugegriffen wird. Dadurch wird der Schaltungsaufwand beträchtlich vermindert.

Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Datenspeicher mit einem Adreßdecoder ausgebildet, der durch den Redundanz­ adreßdecoder deaktivierbar ist. Dadurch wird ein fehlerhaftes Auslesen von Information verhindert, da in dem Fall, in dem auf eine Redundanzspeicherzelle zugegriffen wird, keinerlei Zugriff auf eine Speicherzelle erfolgt. Weiterhin erhöht sich die Zuverlässigkeit des Datenspeichers.

Darüberhinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn der Daten­ speicher die folgenden Merkmale aufweist:

• - der Adreßbus ist als paralleler Adreßbus mit einer Anzahl von Adreßbusleitungen ausgebildet,
• - der ferroelektrische Zuordnungsspeicher weist ferro­ elektrische Zuordnungsspeicherzellen auf, wobei die Anzahl der ferroelektrischen Zuordnungsspeicherzellen gleich der Anzahl der Adreßbusleitungen ist.

Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Decodierung der am Adreßbus anliegenden Adresse sowohl im Programmiermodus als auch im Arbeitsmodus des Zuordnungsspeichers des Datenspeichers. Vorteilhafterweise sind gleich mehrere der wie vorstehend ausgebildeten ferroelektrischen Zuordnungsspeicher vorgesehen, wobei dann jeder ferroelektrischer Zuordnungsspeicher wenigstens eine ferroelektrische Validierungsspeicherzelle mit einer Vali­ dierungsadreßleitung aufweist. Damit wird jeder Redundanz- Selektionsleitung wie beispielsweise einer Redundanzwortleitung genau ein Zuordnungsspeicher mit einem ganzen Satz von Zuordnungsspeicherzellen sowie mit einer Validierungsspeicherzelle beigeordnet, wobei alle Zuordnungsspeicher parallel auf den Adreßbus geschaltet werden. Somit empfängt jeder Zuordnungsspeicher die momentan auf dem Adreßbus anliegende Adresse, wobei bei geeigneter Programmierung der Zuordnungsspeicherzellen einzelne Zuordnungsspeicher zu bestimmten, auf dem Adreßbus anliegenden Adressen zuordenbar sind. Durch die geeignete Programmierung der Validierungsspeicherzelle kann dann sichergestellt werden, daß nur der gewünschte Zuordnungs­ speicher auf die momentan am Adreßbus anliegende Adressen anspricht.

Die vorstehend erläuterten Ausbildungen des erfindungsgemäßen Datenspeichers erweisen sich vor allen Dingen beim Normalbetrieb des Datenspeichers als vorteilhaft, bei dem auf den Datenspeicher zugegriffen wird. Insbesondere zur einfachen Programmierung der Zuordnungsspeicher des erfindungsgemäßen Datenspeichers weist dieser die folgenden Merkmale auf:

• - die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung weist nicht nur einen, sondern mehrere ferroelektrische und insbesondere statische Zuordnungsspeicher zur Aufnahme der Zuordnungsinformation auf,
• - im Bereich der Zuordnungsspeicherzellen sind Zuordnungs­ adreßleitungen vorgesehen, wobei durch Anlegen wenigstens eines Zuordnungsadreßsignals an wenigstens eine Zuordnungsadreßleitung wenigstens ein ferroelektrischer Zuordnungsspeicher selektierbar ist.

Durch die vorstehende Weiterbildung der Erfindung kann einer der mehreren Zuordnungsspeicher beim Programmieren einfach ausgewählt werden.

Dabei ist vorteilhafterweise wenigstens ein zwischen einem Zuordnungsadreßbus und die Zuordnungsadreßleitungen geschalteter Zuordnungsspeicherauswahldecoder vorgesehen, der so ausgebildet sein kann, daß eine oder mehrere Zuordnungs­ adreßleitungen entsprechend einer am Zuordnungsadreßbus anliegenden Adresse selektierbar sind. Der Zuordnungs­ speicherauswahldecoder kann dabei als Schaltwerk ausgebildet sein, das auf einem parallelen Bus ankommende kodierte Zuordnungsspeicheradressen in an einzelnen Zuordnungs­ speichern anliegende Signale umwandelt.

Bei dem wie vorstehend ausgebildeten Gegenstand der Erfindung gewährleistet ein einziger Adreßbus den Zugriff auf das Speicherzellenfeld und die Redundanzspeicherzellen, während mit einem Zuordnungsadreßbus diejenigen Zuordnungsspeicherzellen adressiert werden, die zur Zuordnung der Redundanzspeicherzellen zu den Speicherzellen programmiert werden müssen.

Bei einer besonders einfach zu handhabenden Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Programmieren der Zuordnungsspeicher, indem in jedem Zuordnungsspeicher die Adresse einer anderen zu ersetzenden Speicherzelle abgespeichert wird, wobei über den Zuordnungsspeicherauswahldecoder ausgewählt wird, welcher Zuordnungsspeicher die Adressierung für eine bestimmte zu ersetzende Speicherzelle übernimmt. Dabei wird das am Adreßbus anliegende Selektionssignal für die zu ersetzende Speicherzelle gleich als Programmierungssignal für den Zuordnungsspeicher mitverwendet, wobei durch geeignete Verschaltung sichergestellt ist, daß immer nur ein Zuordnungsspeicher zur Zeit mit einer Adresse programmiert wird. In dieser Ausgestaltung ergibt sich der erfindungs­ wesentliche Vorteil, daß bereits die am Adreßbus anliegenden Signale geringer Stärke ausreichen, um den Zuordnungsspeicher mit den Zuordnungsinformationen zu versorgen. Im Stand der Technik war dies nicht möglich, vielmehr wurden zum Programmieren der Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltung hohe separat erzeugte Programmierspannungen benötigt.

Die Zuordnungsspeicherzelle des erfindungsgemäßen Daten­ speichers weist wenigstens ein ferroelektrisches Bauelement als erstes Speicherelement auf. Dabei kann das ferro­ elektrische Bauelement beispielsweise als ferroelektrischer Kondensator oder als ferroelektrischer Feldeffekt-Transistor ausgebildet sein. Es sind aber auch weitere ferroelektrische Bauteile möglich.

Dabei ist in Weiterbildung des ferroelektrischen Bauelements wenigstens eine Flip-Flop-Baugruppe als zweites Speicher­ element vorgesehen, wobei das erste Speicherelement bzw. die ersten Speicherelemente durch das zweite Speicherelement betätigbar ausgebildet ist bzw. sind. Beim Programmieren der Zuordnungsspeicher wird dabei ein in der Zuordnungs­ speicherzelle abzuspeicherndes Datum zunächst auf das Flip- Flop übertragen und zwischengespeichert. Aus dem Flip-Flop wird danach durch eine geeignete Schaltung die im Flip-Flop gespeicherte Information an das ferroelektrische Bauelement bzw. an die ferroelektrischen Bauelemente übertragen. Auf diese Weise ist es besonders zuverlässig möglich, die Polarität von ferroelektrischen Filmen zu invertieren, aus denen gewöhnlich ferroelektrische Bauelemente hergestellt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungs­ beispiels näher veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Datenspeichers,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Redundanzadreßdecoders des Datenspeichers aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Zuordnungsspeicher­ auswahldecoders aus Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Zuordnungsspeichers des Redundanzadreßdecoders aus Fig. 2,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Zuordnungsspeicherzelle des Zuordnungsspeichers aus Fig. 4,

Fig. 6 ein Spannungsverlaufsdiagramm, das den Programmierbetrieb der Zuordnungsspeicherzelle aus Fig. 5 veranschaulicht,

Fig. 7 ein weiteres Spannungsverlaufsdiagramm, das den Programmierbetrieb der Zuordnungsspeicherzelle aus Fig. 5 veranschaulicht,

Fig. 8 ein weiters Spannungsverlaufsdiagramm, das den Auslesebetrieb der Zuordnungsspeicherzelle aus Fig. 5 veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Datenspeicher 1, der auf einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Halbleiter­ substrat erzeugt ist.

Der Datenspeicher 1 hat ein Speicherzellenfeld 2, das beispielsweise ein DRAM, ein SRAM, ein EEPROM, ein Flash oder ein FRAM sein kann. Das Speicherzellenfeld weist senkrecht zueinander verlaufende Wortleitungen XSEL1 bis XSELn sowie Bitleitungen YSEL1 bis YSELn auf. Über die Wort- und Bitleitungen können durch Anlegen geeigneter Signale einzelne Speicherzellen im Speicherzellenfeld 2 ausgewählt werden. In Fig. 1 ist dabei nur eine einzige Speicherzelle S1 dargestellt, die durch Selektieren der Wortleitung XSEL1 und der Bitleitung YSEL1 ausgewählt wird. In dieser Ansicht sind zum Speicherzellenfeld zugehörige Ansteuerschaltungen wie beispielsweise Pegelwandler nicht gezeigt.

Der Datenspeicher 1 weist weiterhin ein Redundanzspeicher­ zellenfeld 3 auf, das Redundanzwortleitungen RXSEL1 bis RXSEL4 aufweist. Im Übrigen verwendet das Redundanzspeicher­ zellenfeld 3 die Bitleitungen YSEL1 bis YSELN des Speicher­ zellenfelds 2 mit. Über die Redundanzwortleitungen RXSEL1 bis RXSEL4 und die Bitleitungen YSEL1 bis YSELn können Redundanz­ speicherzellen des Redundanzspeicherzellenfelds 3 ausgewählt werden. In Fig. 1 ist nur eine Redundanzspeicherzelle Rs1 dargestellt, die durch Anlegen geeigneter Signale an die Wortleitung RXSEL1 und an die Bitleitung YSEL1 ausgewählt werden kann. Der Datenspeicher 1 hat weiterhin einen Adreß­ decoder 4 für die Wortleitungen XSEL1 bis XSELn des Speicher­ zellenfelds 2. Der Adreßdecoder 4 empfängt Adreßdaten von einem parallelen Adreßbus 5, der mehrere parallele Adreßleitungen aufweist, was in der Zeichnung durch einen auf dem Adreßbus 5 angebrachten Schrägstrich verdeutlicht ist. Der Adreßdecoder 4 wandelt die vom Adreßbus 5 kommenden Adreßdaten in Ansteuerungssignale für die Wortleitungen XSEL1 bis XSELn um. Der Adreßdecoder 4 ist hierzu auf übliche Weise aufgebaut und wird hier nicht eigens beschrieben. Weiterhin weist der Adreßdecoder 4 einen Deaktivierungseingang 6 auf. Wird an den Deaktivierungseingang 6 ein logisches "1"-Signal angelegt, werden alle Signale XSEL1 bis XSELn auf logisch "0" gesetzt.

Der Datenspeicher 1 hat schließlich noch einen Redundanz­ adreßdecoder 7, der in Abhängigkeit von seiner internen Programmierung und den vom Adreßbus 5 ankommenden Adreßdaten die Redundanzwortleitungen RXSEL1 bis RXSEL4 ansteuert. Der Redundanzadreßdecoder 7 steht mit dem Deaktivierungseingang 6 des Adreßdecoders 4 in Verbindung, und zwar derart, daß der Adreßdecoder durch den Redundanzadreßdecoder 7 deaktivierbar ist. Der Redundanzadreßdecoder 7 weist für seine Programmierung einen Zuordnungsadreßbus 8 sowie verschiedene Programmierungseingänge 9 auf, über die Programmierungs­ signale LATCH, PLATE, DISABLE und WEN in den Redundanzadreß­ decoder 7 eingegeben werden können.

In Fig. 1 ist die aus Redundanzspeicherzellenfeld 3 und Redundanzadreßdecoder 7 bestehende Redundanzschaltung exemplarisch für die Wortleitungen XSEL1 bis XSELn vorgesehen. Ebenso kann eine Redundanzschaltung für die Bitleitungen YSEL1 bis YSELn vorgesehen sein. Wegen der vereinfachten Darstellung ist eine derartige Redundanz­ schaltung für die Bitleitungen jedoch in dieser Ansicht nicht gezeigt.

Fig. 2 zeigt den Redundanzadreßdecoder 7 aus Fig. 1 in näherem Detail.

Zentrale Bestandteile des Redundanzadreßdecoders 7 sind vier Zuordnungsspeicher 10, 11, 12 und 13, die ausgangsseitig jeweils mit einer der Redundanzwortleitungen RXSEL1 bis RXSEL4 in Verbindung stehen. Eingangsseitig stehen die Zuordnungsspeicher 10, 11, 12 und 13 mit dem Adreßbus 5 in Verbindung. Zusätzlich ist jeder der Zuordnungsspeicher 10, 11, 12 und 13 mit einer in dieser Ansicht nicht separat gezeigten Aktivierungsleitung verbunden, die ein Signal ENA liefert.

Zur Generierung eines Deaktivierungssignals DIS für den Deaktivierungseingang 6 des Adreßdecoders 4 ist ein Deaktivierungsschaltwerk 14 vorgesehen. Das Deaktivierungs­ schaltwerk 14 weist zwei NAND-Gatter mit jeweils zwei Eingängen auf, wobei ein NAND-Gatter eingangsseitig mit den Redundanzwortleitungen RXSEL1 und RXSEL2 verbunden ist, während das andere NAND-Gatter eingangsseitig mit den Redundanzwortleitungen RXSEL3 und RXSEL4 verbunden ist. Die Ausgänge der NAND-Gatter werden zwei Eingängen eines NOR- Gatters zugeführt, das das Signal DIS generiert.

Der Adreßbus 5 bildet zusammen mit den Zuordnungsspeichern 10, 11, 12 und 13 sowie mit dem Deaktivierungsschaltwerk 14 den im Normalbetrieb des Datenspeichers 1 aktiven Betriebs­ bereich des Redundanzadreßdecoders 7. Es ist klar, daß mit steigender Anzahl von Redundanzwortleitungen RXSEL eine steigende Anzahl von Zuordnungsspeichern im Redundanz­ adreßdecoder 7 vorgesehen werden müssen. Im Ausführungs­ beispiel der Erfindung sind jedoch nur vier Redundanzwortleitungen vorgesehen.

Der Redundanzadreßdecoder 7 hat auch einen Programmierungs­ bereich, der ausschließlich im Programmierungsmodus des Datenspeichers 1 aktiv ist. Dazu weist der Datenspeicher 1 einen Zuordnungsadreßdecoder 15 auf, der eingangsseitig mit dem Zuordnungsadreßbus 8 verbunden ist. Auf die Eingabe eines geeigneten Zuordnungsadreßsignals auf dem Zuordnungsadreßbus 8 wird einer der vier Zuordnungsspeicher 10, 11, 12 und 13 für den Programmierbetrieb aktiviert. Dazu weist der Redundanzadreßdecoder 15 vier Ausgangsleitungen 16 auf, die mit ZSEL1, ZSEL2, ZSEL3 und ZSEL4 bezeichnet sind und die zusammen mit einem externen Programmiersignal WEN vier NOR- Gattern 17 zugeführt werden. Die Ausgänge der NOR-Gatter 17 führen zu Aktivierungseingängen SEL1, SEL2, SEL3 und SEL4 der Zuordnungsspeicher 10, 11, 12 und 13.

Fig. 3 zeigt den Zuordnungsadreßdecoder 15 aus Fig. 2 in näherem Detail. Wie man sieht, weist der Zuordnungsadreß­ decoder 15 vier NAND-Gatter mit jeweils zwei Eingängen auf, die mit zwei Invertern wie in Fig. 3 gezeigt zu einem Zuordnungsadreßdecoder-Schaltwerk 18 verschaltet sind. Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, hat der Zuordnungsadreßbus 8 nur zwei Zuordnungsadreßleitungen ZADR1 und ZADR2. Aus den beiden jeweils binär codierten Zuordnungsadreßleitungen des Zuordnungsadreßbus 8 werden die Signale für die vier Ausgangsleitungen 16 generiert. Dadurch wird wie in Fig. 3 gezeigt ein Zuordnungsadreßsignal "11" auf dem Zuordnungsadreßbus 8 so umgewandelt, daß an der Ausgangsleitung ZSEL1 der logische Pegel "0" anliegt, während bei den übrigen Ausgangsleitungen ZSEL2, ZSEL3 und ZSEL4 der logische Pegel "1" anliegt.

Fig. 4 zeigt den Zuordnungsspeicher 10 aus Fig. 2 in näherem Detail. Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, umfaßt der Adreßbus 5, der dem Zuordnungsspeicher 10 zugeführt wird, hier nur zwei Adreßleitungen ADR0 und ADR1. Entsprechend der Anzahl der Einzelleitungen des Adreßbus 5 sind zwei Zuordnungsspeicherzellen 19 und 20 im Zuordnungs­ speicher 10 vorgesehen. Dabei steht die Zuordnungsspeicher­ zelle 19 eingangsseitig (Anschluß DATA) mit der Leitung ADR0 des Adreßbus 5 in Verbindung, während die Zuordnungsspeicher­ zelle 20 eingangsseitig (Anschluß DATA) mit der Leitung ADR1 des Adreßbus 5 in Verbindung steht. Mit steigender Zahl von Einzelleitungen des Adreßbus 5 sind steigende Anzahlen von Zuordnungsspeicherzellen notwendig, um eine korrekte Adreßdecodierung zu gewährleisten.

Weiterhin ist im Zuordnungsspeicher 10 eine Validierungs­ speicherzelle 21 vorgesehen, die eingangsseitig (Anschluß DATA) mit der bereits in Fig. 2 erwähnten Programmierungsleitung ENA in Verbindung steht. Die beiden Ausgänge Dout der Zuordnungsspeicherzelle 19 und der Zuordnungsspeicherzelle 20 sind je einem XNOR-Gatter mit zwei Eingängen zugeführt, wobei jeweils der andere Eingang des XNOR-Gatters mit dem jeweiligen Eingangsanschluß DATA der Zuordnungsspeicherzelle verbunden ist. Die Ausgänge der beiden XNOR-Gatter sowie der Ausgang Dout der Validierungsspeicherzelle 21 sind einem AND-Gatter mit drei Eingängen zugeführt. Der Ausgang A1 des AND-Gatters führt zu der Redundanzwortleitung RXSEL1, wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist. Die Zuordnungsspeicherzellen 19 und 20 sowie die Validierungsspeicherzelle 21 sind jeweils identisch aufgebaut. Sie weisen Programmierungseingänge LATCH, PLATE und DISABLE auf, die an entsprechende Programmierungs­ eingangsleitungen zum Zuordnungsspeicher 10 angeschlossen sind. Dabei ist wesentlich, daß die Zuordnungsspeicherzellen 19 und 20 sowie die Validierungsspeicherzelle 21 bezüglich der Programmierungseingänge PLATE und DISABLE parallel geschaltet sind. Der Programmierungseingang LATCH sowie der Programmierungseingang SEL1, der vom Zuordnungsadreßdecoder 15 geliefert wird, werden einem AND-Gatter mit zwei Eingängen zugeführt, wobei der Ausgang des AND-Gatters den Eingängen LATCH der Zuordnungsspeicherzellen 19 und 20 sowie der Validierungsspeicherzelle 21 zugeführt wird.

Fig. 5 zeigt die Zuordnungsspeicherzelle 19 aus Fig. 4 in näherem Detail. Die Zuordnungsspeicherzelle 19 gliedert sich in ein Flip-Flop 22, das aus zwei PMOS-Transistoren P2 und P3 sowie aus zwei NMOS-Transistoren N2 und N3 zusammengesetzt ist, in zwei ferroelektrische Kapazitäten C1 und C2, in eine Eingangsschaltung N1, N4 und N5, die aus drei NMOS- Transistoren zusammengesetzt ist, sowie in eine kombinierte Ausgangs- und Spannungskontrollschaltung, die aus einem NOR- Gatter mit zwei Eingängen und einem PMOS-Transistor P1 zusammengesetzt ist. Die Eingangsschaltung N1, N4 und N5 ermöglicht auf einfache Weise die datenabhängige Ansteuerung der Knoten "left" und "right" mit 0 Volt. Durch die gute Treiberfähigkeit der NMOS-Transistoren N1, N4 und N5 für 0 Volt kann die Schaltung mit geringem Flächenaufwand realisiert werden. Die Ausgangsschaltung mit dem NOR-Gatter verhindert, daß bei abgeschalteter Latch-Versorgung ein Zwischenpegel zwischen 0 Volt und Vdd am Knoten "left" zu Querstromverlusten führt.

Fig. 6 zeigt das Programmieren eines Zustands logisch "0" in die Speicherzelle 19 aus Fig. 5. Während des gesamten Vorganges wird das Signal DISABLE auf logisch "0" gehalten. Ausgehend von einem undefinierten unstabilen Ausgangszustand wird mit LATCH = logisch "1" und WEN = logisch "0" der Schreibpfad geöffnet. Die logische "0" auf DATA wird mit der fallenden Flanke von LATCH gespeichert. Hierbei geht der Knoten "left" auf Vdd, wodurch C1 auf logisch "1" polarisiert wird, da PLATE auf 0 Volt liegt. Im nachfolgenden Zyklus wird PLATE auf Vdd angehoben, wodurch C2 auf "0" polarisiert wird, falls es nicht schon vorher diesen Zustand hatte.

Fig. 7 zeigt das Programmieren des logischen Zustands "1" in die Speicherzelle 19. Der Vorgang des Programmierens eines logischen Zustandes "1" in die Speicherzelle 19 geschieht im wesentlichen analog zu dem in Fig. 8 beschriebenen Programmieren des Zustandes "0" in Fig. 6. Während des gesamten Vorganges gilt DISABLE = "0", wobei mit LATCH = "1" und WEN = "0" der Schreibpfad geöffnet wird.

Fig. 8 veranschaulicht eine Leseoperation aus der Zuordnungsspeicherzelle 19.

Während des gesamten Vorganges gilt LATCH = "0". Der Lese­ vorgang erfolgt typischerweise zunächst nach dem Einschalten der Versorgungsspannung. Danach wird die in den ferro­ elektrischen Kapazitäten C1, C2 gespeicherte Information im Flip-Flop 22 restauriert und automatisch erneut in die ferro­ elektrischen Kapazitäten C1, C2 eingeschrieben. Der Lese­ zyklus beginnt mit den Signalen PLATE = 0 Volt und DISABLE = Vdd. Ein Übergang PLATE von 0 Volt auf Vdd pumpt eine positive Ladung in die Knoten "left" und "right", die dann am größten ist, wenn C1 auf "1" polarisiert ist (im Modell dargestellt durch die größere Kapazität). Befindet sich C2 auf "1" polarisiert und C1 auf "0" polarisiert (im Modell: C1 < C2), so wird der Knoten "right" auf eine größere positive Spannung gepumpt als der Knoten "left". Über N2 wird darauf "left" zusätzlich entladen. Das Einschalten des Flip-Flops 22 mit DISABLE = "0" verstärkt und speichert den Pegelunterschied. Der Ausgang Dout geht entsprechend auf Vdd. Für den Fall, daß sich die Kapazität C1 auf "1" befindet und daß sich die Kapazität C2 auf "0" befindet, erfolgt das Auslesen analog.

Bei der Interpretation der Simulationsergebnisse für Programmieren und Lesen gemäß den Fig. 6 bis 8 ist zu beachten, daß für die Simulation der programmierte Zustand "1" der ferroelektrischen Kapazitäten durch eine Kapazitätsvergrößerung gegenüber dem gelöschten Zustand "0" nachgebildet ist.

Im Betrieb verhält sich der erfindungsgemäße Datenspeicher 1, wie nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben ist. Dazu wird angenommen, daß nach der Herstellung des Daten­ speichers 1 in einem Testvorgang herausgefunden wurde, daß die Speicherzelle S1 defekt ist und daß die als ordnungsgemäß arbeitend herausgefundene Redundanzspeicherzelle RS1 deren Funktion übernehmen soll.

Beim Programmieren des Datenspeichers 1 derart, daß die Funktion der Speicherzelle S1 durch die Redundanz­ speicherzelle RS1 übernommen wird, wird dazu am Adreßbus 1 eine Wortleitungsadresse "00" angelegt, die die Wortleitung XSEL1 anwählt. Dazu wird auf den beiden Selektionsleitungen ADR0 und ADR1 des Adreßbus 5 (vgl. Fig. 4) der Wert logisch "00" erzeugt.

Da der Zuordnungsspeicher 10 die Zuordnung der Redundanz­ speicherzelle RS1 vornimmt, muß für seine Programmierung der Zuordnungsspeicher 10 ausgewählt werden. Dies geschieht dadurch, daß am Zuordnungsadreßbus 8 eine Zuordnungsadresse "00" ausgewählt wird, die über die Ausgangsleitung 16 (vgl. Fig. 2 und Fig. 3) den Zuordnungsspeicher 10 auswählt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, geschieht dies dadurch, daß auf Zuordnungsadreßleitungen ZADR1 und ZADR2 die logische Adresse "11" angelegt wird. Daraufhin erscheint an der Ausgangs­ leitung ZSEL1 ein Zustand logisch "0", während die übrigen Ausgangsleitungen ZSEL2, ZSEL3 und ZSEL4 jeweils auf dem logischen Pegel "1" liegen. Weiterhin wird die Eingangsleitung ENA (vgl. Fig. 2 und Fig. 4) ebenfalls auf den Zustand logisch "1" gebracht. Nun wird mit einem Signal WEN = logisch "0" (vgl. NOR-Gatter in Fig. 2) das Programmieren freigeschaltet, wobei der Zuordnungsspeicher 10 aktiviert wird, während die übrigen Zuordnungsspeicher 11, 12 und 13 deaktiviert bleiben. Mit einem positiven Puls auf der Programmierungsleitung LATCH (vgl. AND-Gatter in Fig. 4) wird die Programmierung durchgeführt. Die übrigen Programmierungsleitungen PLATE und DISABLE werden während des Programmierens auf Zuständen gehalten, wie sie in Fig. 6 gegeben sind.

Auf diese Weise werden in die Zuordnungsspeicherzelle 19 und in die Zuordnungsspeicherzelle 20 die Werte logisch "0" geschrieben, und zwar entsprechend den auf den Selektionsleitungen ADR0 und ADR1 anliegenden logischen Werten. In der Validierungsspeicherzelle 21 befindet sich nach dem Programmieren entsprechend dem auf der Eingangsleitung ENA anliegenden Wert logisch "1" ebenfalls der Wert logisch "1". Dadurch ist nach dem Programmieren die Redundanzspeicherzelle RS1 der Speicherzelle S1 zugeordnet.

Im Betrieb verhält sich der wie vorstehend programmierte Datenspeicher 1 wie nachfolgend beschrieben. Dazu wird angenommen, daß im Betrieb des Datenspeichers 1 versucht werden soll, auf die Speicherzelle S1 zuzugreifen. Dazu wird auf die Selektionsleitungen ADR0 und ADR1 des Adreßbusses 5 das Adreßdatum logisch "00" angelegt (vgl. Fig. 4). Die Programmierungsleitungen ENA, SEL1, LATCH, PLATE und DISABLE haben bei dem Betrieb des Datenspeichers 1 keinerlei Funktion, sie werden deaktiviert gehalten.

An den beiden Eingängen der in Fig. 4 gezeigten XNOR-Gatter liegt dann jeweils der Wert logisch "0" an, und zwar einmal aufgrund des von den Selektionsleitungen ADR0 und ADR1 gelieferten Wertes logisch "0" und aufgrund der von den Zuordnungsspeicherzelle 19 und 20 gelieferten und während des Programmierens gespeicherten Wertes logisch "0". Die Ausgänge der XNOR-Gatter in Fig. 4 erzeugen daraufhin den Wert logisch "1", der dem AND-Gatter in Fig. 4 zugeführt wird. In der Validierungsspeicherzelle 21 befindet sich aufgrund der Programmierung der Wert logisch "1", der ebenfalls dem AND- Gatter mit drei Eingängen in Fig. 4 zugeführt wird. Somit geht der Ausgang des AND-Gatters mit drei Eingängen in Fig. 4 auf logisch "1" über, was die Redundanzwortleitung RXSEL1 (vgl. Fig. 2) auswählt. Auf diese Weise wird die zur Redundanzspeicherzelle RS1 zugehörige Wortleitung RXSEL1 ausgewählt, wenn am Adreßbus 5 die zur Speicherzelle S1 weisende Adresse anliegt. Da die Ausgänge A2, A3 und A4 der Zuordnungsspeicher 11, 12 und 13 (vgl. Fig. 2) sich auf dem Zustand 0 befinden, während der Ausgang A1 des Zuordnungs­ speichers 10 den Wert logisch "1" hat, nimmt der Ausgang DIS des Deaktivierungsschaltwerks 14 in Fig. 2 den Wert logisch "1" an. Dadurch wird der Adreßdecoder 4 (vgl. Fig. 1) deaktiviert, so daß Wechselwirkungen zwischen dem Ausgang der Speicherzelle S1 und dem Ausgang der Redundanzspeicherzelle RS1 verhindert werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß während des normalen Betriebs des Datenspeichers 1 die Inhalte der Zuordnungs­ speicherzellen 19, 20 mit den am Adreßbus 5 anliegenden Selektionssignalen verglichen werden und gegebenenfalls ein Aktivierungssignal A1 = 1 erzeugt wird. Die übrigen Zuordnungsspeicher 11, 12 und 13 arbeiten im wesentlichen auf die selbe Weise.

Claims (2)

1. Halbleiterdatenspeicher, der die folgenden Merkmale auf­ weist:

• 1. wenigstens ein Speicherzellenfeld (2), das Spei­ cherzellen (S1) aufweist, wobei die Speicherzellen (S1) durch Anlegen wenigstens eines Selektions­ signals an im Bereich der Speicherzellen (S1) vor­ gesehene Selektionsleitungen (XSEL1, .., XSELn) selektierbar sind, wobei die Selektionsleitungen Wortleitungen und/oder Bitleitungen umfassen kön­ nen.
• 2. eine Redundanzschaltung (3, 7), die wenigstens eine Redundanzspeicherzelle (RS1) aufweist, wobei die Redundanzspeicherzellen (RS1) durch Anlegen wenig­ stens eines Redundanz-Selektionssignals an im Be­ reich der Redundanzspeicherzellen (RS1) vorgesehene Redundanz-Selektionsleitungen (RXSEL1, ..., RXSEL4) selektierbar sind, wobei die Redundanz- Selektionsleitungen Redundanzwortleitungen (RXSEL1, ..., RXSEL4) und/oder Redundanzbitleitungen umfas­ sen können.
• 3. eine Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung, in der wenigstens eine Zuordnungsinformation ab­ speicherbar ist, wobei die Redundanz- Selektionsleitungsauswahlschaltung so ausgebildet ist, daß aufgrund der Zuordnungsinformation wenig­ stens eine Redundanz-Selektionsleitung (RXSEL1) zu wenigstens einer Selektionsleitung (XSEL1) zuorden­ bar ist,

gekennzeichnet durch das folgende Merk­ mal:

• 1. die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung weist zur Aufnahme der Zuordnungsinformation bzw. der Zuordnungsinformationen wenigstens einen ferro­ elektrischen Zuordnungsspeicher (10, 11, 12, 13) auf.

2. Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgenden Merkmale aufweist:

• - wenigstens einen Adreßdecoder (4), der zwischen ei­ nen Adreßbus (5) und die Selektionsleitungen (XSEL1, ..., XSELn) geschaltet ist und der so ausgebildet ist, daß eine oder mehrere Selektions­ leitungen (XSEL1, ..., XSELn) entsprechend einer am Adreßbus (5) anliegenden Adresse selektierbar sind,
• - wenigstens einen Redundanzadreßdecoder (7), der zwischen den Adreßbus (5) und die Redundanz- Selektionsleitungen (RXSEL1, ..., RXSEL4) ge­ schaltet ist und der so ausgebildet ist, daß eine oder mehrere Redundanz-Selektionsleitungen (RXSEL1, ..., RXSEL4) entsprechend einer am Adreßbus (5) anliegenden Adresse selektierbar sind, und
• - die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung ist im Bereich des Redundanzadreßdecoders (7) ange­ ordnet.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Adreßdecoder (4) so ausgebildet ist, daß er durch den Redundanzadreßdecoder (7) deaktivierbar ist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgenden Merkmale aufweist:
• - der Adreßbus (5) ist als paralleler Bus mit einer Anzahl von Adreßbusleitungen (ADR0, ADR1) ausgebil­ det,
• - der ferroelektrische Zuordnungsspeicher (10, 11, 12, 13) weist ferroelektrische Zuordnungsspeicher­ zellen (19, 20) auf, wobei die Anzahl der ferroe­ lektrischen Zuordnungsspeicherzellen (19, 20) gleich der Anzahl der Adreßbusleitungen (ADR0, ADR1) ist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Zuordnungsspeicher (10, 11, 12, 13) wenigstens eine ferroelektrische Validierungsspeicher­ zelle (21) mit einer Validierungsadreßleitung (ENA) auf­ weist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgenden Merkmale aufweist:
  • 1. die Redundanz-Selektionsleitungsauswahlschaltung weist mehrere ferroelektrische Zuordnungsspeicher (10, 11, 12, 13) zur Aufnahme der Zuordnungsinfor­ mationen auf,
  • 2. im Bereich der Zuordnungsspeicherzellen (19, 20) sind Zuordnungsadreßleitungen (SEL1, ..., SEL4) vorgesehen, wobei durch Anlegen wenigstens eines Zuordnungsadreßsignals an wenigstens eine Zuord­ nungsadreßleitung (SEL1, ..., SEL4) wenigstens ein ferroelektrischen Zuordnungsspeicher (10, 11, 12, 13) selektierbar ist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zwischen einen Zuordnungsadreßbus (8) und die Zuordnungsadreßleitungen (SEL1, ..., SEL4) geschal­ teter Zuordnungsspeicherauswahldecoder (15) vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß eine oder mehrere Zu­ ordnungsadreßleitungen (SEL1, ..., SEL4) entsprechend einer am Zuordnungsadreßbus (8) anliegenden Adresse se­ lektierbar sind.
• - Halbleiterdatenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuordnungsspeicherzelle (19, 20) vorgesehen ist, die wenigstens ein ferroelektrisches Bauelement (C1, C2) als erstes Speicherelement aufweist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Bauelement als ferroelektrischer Kondensator (C1, C2) ausgebildet ist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Bauelement als ferroelektrischer Feldeffekttransistor ausgebildet ist.
• - Halbleiterdatenspeicher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Flip-Flop-Baugruppe (22) als zweites Speicherelement vorgesehen ist, wobei das erste Speiche­ relement bzw. die ersten Speicherelemente (C1, C2) durch das zweite Speicherelement betätigbar ausgebildet ist bzw. sind.