DE102004042362B3

DE102004042362B3 - Integrierter Halbleiterspeicher mit mindestens einer Wortleitung und Verfahren

Info

Publication number: DE102004042362B3
Application number: DE102004042362A
Authority: DE
Inventors: Manfred Pröll; Jörg Dr. Kliewer; Stephan Dr. Schröder; Herbert Benzinger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: US20060056266A1; US7206238B2

Abstract

Erfindungsgemäß werden ein Halbleiterspeicher und ein Testverfahren vorgeschlagen, um zu testen, ob Wortleitungssegmente (12) nach einem Aktivierungsvorgang oder einem Deaktivierungsvorgang floaten. Hierzu wird der beim Umladen eines Wortleitungssegments (12) auftretende Umladestrom (I) oder eine dadurch dem Wortleitungssegment (12) zugeführte oder von dem Wortleitungssegment (12) abgeführte Ladungsmenge (Q) gemessen. Sofern beim Aktivieren oder Deaktivieren eines Wortleitungssegments (12) der gemessene Umladestrom (I) bzw. die entsprechende Ladungsmenge (Q) kleiner ist als ein unterer Grenzwert, wird festgestellt, dass das betreffende Wortleitungssegment (12) einen defekten Kontaktanschluss besitzt. Auf diese Weise können hochohmige oder defekte Kontaktlochfüllungen identifiziert und die zugehörigen Wortleitungssegmente (12) durch redundante Wortleitungen ersetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen integrierten Halbleiterspeicher mit mindestens einer Wortleitung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Testen eines solchen Halbleiterspeichers.
In integrierten Halbleiterspeichern werden digitale Informationen in einer Vielzahl von Speicherzellen gespeichert, die jeweils an eine Bitleitung und an eine Wortleitung angeschlossen sind. Flüchtige Halbleiterspeicher, insbesondere DRAMs (dynamic random access memory) besitzen Speicherzellen, die jeweils einen Auswahltransistor und einen Speicherkondensator aufweisen. Der Speicherkondensator kann als Grabenkondensator oder als Stapelkondensator und der Auswahltransistor insbesondere als MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) ausgebildet sein. Eine Elektrode des Speicherkondensators ist mit einem Source/Drain-Gebiet des Auswahltransistors verbunden. Das andere Source/Drain-Gebiet ist an eine Bitleitung angeschlossen. Die Gate-Elektrode ist an die Wortleitung angeschlossen und bildet zugleich einen Wortleitungsabschnitt. Die Gate-Elektrode ist durch ein Gateoxid von einem Kanalbereich des Auswahltransistors getrennt. An jede Wortleitung ist eine Vielzahl von Auswahltransistoren angeschlossen.

Heutige Halbleiterspeicher weisen in der Regel segmentierte Wortleitungen auf. Segmentierte Wortleitungen sind etwa aus US 6,687,146 B2 gekannt. Segmentierte Wortleitungen weisen jeweils eine Hauptwortleitung (die Master-Wortleitung) und eine Vielzahl von Wortleitungssegmenten auf, die an die Hauptwortleitung angeschlossen sind. Die Wortleitungssegmente sind meist aus Polysilizium gebildet und bilden die Gate-Elektroden der angeschlossenen Auswahltransistoren. An jedes Wortleitungssegment einer Wortleitung ist in der Regel dieselbe Anzahl von Auswahltransistoren angeschlossen. Die metallische Hauptwortleitung besitzt eine größere elektrische Leitfähigkeit als die Wortleitungssegmente aus Polysilizium. Um die Hauptwortleitung der weiter besserten Leitfähigkeit wegen breiter dimensionieren zu können, ist sie häufig mit mehreren, etwa zwei nebeneinander verlaufenden Reihen von Wortleitungssegmenten verbunden. Dadurch kann die Anzahl der Master-Wortleitungen im Verhältnis zur Anzahl der Wortleitungssegmente verringert werden.

Die metallische Hauptwortleitung dient zum schnellen Übertragen der Wortleitungspotentiale an alle angeschlossenen Auswahltransistoren. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von Strukturelementen moderner Halbleiterschaltungen und aufgrund der immer größeren Übertragungsgeschwindigkeiten und Taktfrequenzen werden die Wortleitungssegmente heute aktiv getrieben, um ein schnelleres Schalten der an die Wortleitungen angeschlossenen Auswahltransistoren zu erreichen. Dabei wird zusätzlich zu einem Wortleitungstreiber, an den die Hauptwortleitung angeschlossen ist, noch für jedes Wortleitungselement ein Treibersegment vorgesehen, welches das jeweilige Wortleitungssegment (sowie jeweils ein Wortleitungssegment weiterer benachbarter Wortleitungen) unmittelbar mit dem jeweiligen Wortleitungspotential versorgt. Von der Vielzahl der Treibersegmente aus gelangt das Wortleitungspotential schneller zu allen angeschlossenen Auswahltransistoren, als wenn lediglich das Ende der Master-Wortleitung an das Wortleitungspotential angeschlossen wird. Das zum Aktivieren einer Wortleitung vorgesehene Potential wird üblicherweise mit Vpp und das zum Deaktivieren der Wortleitung vorgesehene Potential mit Vnwll bezeichnet. Sofern eine segmentierte Wortleitung aktiv getrieben wird, werden diese beiden Potentiale jeweils an alle Wortleitungssegmente der zu aktivierenden oder zu deaktivierenden Wortleitung unmittelbar angelegt.

Aufgrund von Fertigungstoleranzen können die elektrischen Verbindungen zwischen den Wortleitungssegmenten und der Hauptwortleitung hochohmig oder vollständig unterbrochen sein, so dass ein einzelnes Wortleitungssegment nicht oder nicht ausreichend schnell auf das vorgesehene Wortleitungspotential gebracht werden kann. Fehlerhafte elektrische Verbindungen können beispielsweise durch hochohmige Kontaktlochfüllungen entstehen, die ein Wortleitungssegment mit der Hauptleitung verbinden. Im Fall einer aktiv getriebenen Wortleitung sind sogar zwei Kontaktlochfüllungen zwischen einem Wortleitungssegment und der Hauptwortleitung vorgesehen. Auch innerhalb der Treibersegmente des Wortleitungstreibers können defekte oder hochohmige elektrische Verbindungen wie Kontaktlochfüllungen die Versorgung des zu treibenden Wortleitungssegments mit dem jeweiligen Wortleitungspotential verhindern. Beispielsweise kann es vorkommen, dass aufgrund defekter Kontaktlochfüllungen innerhalb eines Treibersegments das Wortleitungssegment zwar aktiviert, aber nicht deaktiviert werden kann oder umgekehrt. Solche Schaltungsfehler beruhen auf Herstellungstoleranzen, insbesondere bei der lithographischen Strukturierung von Kontaktlöchern, wenn beispielsweise beim Herstellen von Ätzmasken seitliche Lagefehler auftreten, wodurch aufeinander anzuordnende leitfähige Strukturen nicht genügend niederohmig miteinander verbunden werden. Ferner können Oberflächenveränderungen hergestellter leitfähiger Strukturen, Verunreinigungen oder andere Einflüsse zu elektrischen Abkopplungen einzelner Wortleitungssegmente führen. Solche Wortleitungssegmente, die nicht oder nicht ausreichend schnell mit dem jeweiligen Wortleitungspotential versorgt werden, werden nach Beendigung des Aktivierungsvorgangs oder Deaktivierungsvorgangs durch elektrische Potentiale in ihrer Umgebung beeinflusst und nehmen ein schwankendes oder "floatendes" Potential an, das sich dem jeweiligen Umgebungspotential anpasst und kaum vorhersehbar ist. Die an diese floatende Wortleitungssegmente angeschlossenen Auswahltransistoren schalten dann unkontrollierbar, wodurch die in den angeschlossenen Speicherkondensatoren gespeicherten Ladungen auf die Bitleitungen gelangen können. Dies führt zu Auslesefehlern beim Auslesen anderer, eigentlich intakter Speicherzellen. Anhand eines Testmusters getester Speicherzellen lässt sich somit nicht zuverlässig lokalisieren, welche Wortleitungssegmente floaten.

Das Lokalisieren floatender Wortleitungen wird ferner bei segmentierten Wortleitungen, die mit Hilfe von Treibersegmenten segmentweise getrieben werden, dann erschwert, wenn lediglich eines der bereitzustellenden Wortleitungspotentiale Vpp und Vnwll nicht bzw. nicht ausreichend schnell dem Wortleitungssegment zugeführt wird. Ursache hierfür ist die Bauweise der Treibersegmente, die einen Inverter mit einem pFET-Transistor und einem nFET-Transistor aufweisen, von denen der eine Transistor an das Potential Vpp und der andere an das Potential Vnwll angeschlossen ist. Das der Hauptwortleitung zugeführte Potential schaltet einen der beiden Transistoren leitend, so dass das angeschlossene Wortleitungssegment im Idealfall sofort das vorgesehene Potential annimmt. Sofern jedoch einer der beiden Transistoren keine oder nur eine hochohmige elektrische Verbindung zum Wortleitungssegment besitzt, funktioniert entweder nur das Aktivieren oder das Deaktivieren des Wortleitungssegments.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, floatende Wortleitungen oder Wortleitungsabschnitte, insbesondere Wortleitungssegmente, zuverlässiger als bisher zu identifizieren und insbesondere eine zuverlässige Identifizierung floatender Wortleitungen oder Wortleitungssegmente bereits zum Zeitpunkt eines Aktivierungsvorgangs oder Deaktivierungsvorgangs zu ermöglichen. Es soll ein Halbleiterspeicher und ein Testverfahren bereitgestellt werden, bei denen auf einfache Weise überprüfbar ist, ob und welche Wortleitungen oder Wortleitungssegmente floaten. Das Testverfahren soll zuverlässiger als herkömmliche Testverfahren sein und insbesondere unabhängig von Ausleseergebnissen von Speicherzellen funktionieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen integrierten Halbleiterspeicher mit mindestens einer Wortleitung und mit einer Vielzahl von Speicherzellen gelöst,

– wobei die Speicherzellen jeweils einen Auswahltransistor aufweisen, der an die mindestens eine Wortleitung angeschlossen ist,
– wobei ein Wortleitungstreiber vorgesehen ist, der wahlweise ein erstes elektrischen Potential oder ein zweites elektrisches Potential für die Wortleitung bereitstellt,
– wobei die Wortleitung dann, wenn sie an das erste elektrische Potential angeschlossen ist, aktiviert wird und dann, wenn sie an das zweite elektrische Potential angeschlossen ist, deaktiviert wird, und
– wobei eine Messeinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlegen des ersten oder des zweiten Potentials an die Wortleitung einen Umladestrom oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung zugeführte oder von der Wortleitung abgeführte Ladungsmenge misst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, elektrische Signale, die während des Aktivierens oder Deaktivierens einer Wortleitung zum Umladen, d. h. zum Ändern des elektrischen Potentials der Wortleitung oder eines Wortleitungssegments auftreten, zu messen und ihre Größe auszuwerten, um die tatsächlich eingetretene Änderung des elektrischen Potentials der Wortleitung oder eines Wortleitungssegments quantitativ zu bestimmen. Dabei wird ausgenutzt, dass jedes Wortleitungssegment bzw. jede Wortleitung eine bestimmte Kapazität besitzt, so dass bei Änderung des elektrischen Potentials eine bestimmte Ladungsmenge erforderlich ist, wenn die gewünschte Potentialänderung über das gesamte Wortleitungssegment oder einen anderen Teil der Wortleitung erfolgen soll. Im Falle von Wortleitungssegmenten, die nicht oder nur hochohmig angeschlossen sind, geschieht die Potentialänderung entweder gar nicht oder nur verzögert, so dass innerhalb eines kurzen Zeitfensters, das für den erfindungsgemäßen Messvorgang vorgesehen wird, nur ein Teil der Ladung, die der gewünschten Potentialänderung entspräche, in das Wortleitungssegment oder aus dem Wortleitungssegment fließt. Im Falle hochohmiger oder defekter elektrischer Anschlüsse der Wortleitungssegmente tritt eine kleinere Umladestromstärke auf als bei einem niederohmigen, intakten Anschluss eines Wortleitungssegments. Somit können erfindungsgemäß mit Hilfe einer Messung von Umladeströmen oder Ladungsverschiebungen, die aufgrund von Umladeströmen auftreten, floatende Wortleitungen oder Wortleitungsabschnitte, insbesondere Wortleitungssegmente identifiziert werden.

Erfindungsgemäß wird somit erstmals ein chipinternes Signal zum Aktivieren oder Deaktivieren einer Wortleitung oder eines Wortleitungssegmentes gemessen, um floatende Wortleitungsbereiche zu erkennen. Herkömmlich wird hingegen stets ein e lektrischer Funktionstest durchgeführt, bei dem das elektrische Schaltverhalten der an die Wortleitungen angeschlossenen Speicherzellen überprüft wird. Dabei wird aus der Lage defekter Speicherzellen auf dem Halbleiterchip zu bestimmen versucht, welche Wortleitungen oder Wortleitungssegmente defekt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass floatende Wortleitungsabschnitte auch ohne einen elektrischen Funktionstest, der das Schaltverhalten der Speicherzellen testet, erkennbar sind. Die Anzahl von Wortleitungssegmenten auf einem Halbleiterchip ist um ein Vielfaches kleines als die Anzahl von Speicherzellen auf einem Halbleiterchip, so dass ein erheblicher Zeitgewinn beim Identifizieren floatender Wortleitungsabschnitte erreicht wird. Zudem ist das Testverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich zuverlässiger als herkömmliche Tests.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung eine erste Messeinheit, die beim Aktivieren der Wortleitung einen Umladestrom misst, und eine zweite Messeinheit, die beim Deaktivieren der Wortleitung einen Umladestrom misst, aufweist. Die erste bzw. die zweite Messeinheit messen einen Umladestrom während des Aktivierens bzw. während des Deaktivierens einer Wortleitung. Dabei messen die Messeinheiten entweder einen Umladestrom oder eine Ladungsmenge, die sich aufgrund des Umladestroms infolge der Ladungsverschiebung ergibt. Insbesondere können die Messeinheiten Umladeströme oder Ladungsmengen messen, die durch das Umladen jeweils nur eines Wortleitungssegments entstehen. Alternativ dazu können auch Umladeströme oder Ladungsverschiebungen gemessen werden, die sich durch Umladen der gesamten Wortleitung ergeben. Wesentlich ist, dass die tatsächliche und nicht nur die erwartete Ladungsänderung einer Wortleitung oder eines Wortleitungsabschnitts ausgewertet wird, um die Qualität der elektrischen Kontaktierung der Wortleitung oder des Wortleitungsabschnitts zu beurteilen. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist für jeden Umladevorgang, nämlich für den Aktivierungsvorgang sowie für den Deaktivierungsvorgang, jeweils eine eigene Messeinheit vorgesehen. Ein Messergebnis, beispielsweise der gemessene Umladestrom oder die gemessene Ladungsmenge, kann von der jeweiligen Messeinheit weitergeleitet werden, um die Auswertung des Messergebnisses und die Beurteilung der Qualität der getesteten Wortleitung oder des getesteten Wortleitungssegments zu ermöglichen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Messeinheit jeweils einen ohmschen Widerstand aufweisen, der beim Umladen der Wortleitung von einem Umladestrom durchflossen wird, wobei die Messeinheiten einen Spannungsabfall an dem jeweiligen ohmschen Widerstand messen. Der ohmsche Widerstand kann in einem Abschnitt einer Leitung, über die das Potential Vpp oder das Potential Vnwll an ein Wortleitungssegment geleitet wird, angeordnet sein. Vorzugsweise werden mindestens zwei Zuleitungen vorgesehen, über welche jeweils eines der beiden Potentiale Vpp und Vnwll für das Wortleitungssegment bereitgestellt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein gemessener Umladestrom oder eine gemessene Ladungsmenge, die aufgrund eines Umladestroms zugeführt oder abgeführt wird, durch die Messeinrichtung verstärkt und an mindestens einen äußeren Kontaktanschluss des Halbleiterspeichers weitergeleitet wird. Der äußere Kontaktanschluss kann ein "bond pad", d. h. ein auf der Chipfläche offenliegende Kontaktanschluss sein, der kontaktiert werden kann, um den Umladestrom oder die Ladungsmenge als Messergebnis auszulesen und zu bewerten.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass mindestens ein Schaltelement vorgesehen ist, dass die Weiterleitung eines gemessenen Umladestroms oder einer gemessenen Ladungsmenge an den mindestens einen Kontaktanschluss in einem Testbetriebsmodus des Halbleiterspeichers ermöglicht und in einem Normalbetriebsmodus des Halbleiterspeichers verhindert. Solche Schaltelemente, wie beispielsweise als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein können, können beispielsweise in einem Testbetriebsmodus leitend sein und dann beim Aktivieren oder Deaktivieren einer Wortleitung oder eines Wortleitungssegments Messergebnisse an den mindestens einen Kontaktanschluss weiterleiten. Das Auslesen und Beurteilen der Messergebnisse erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Kontaktkopfes, wie er bereits herkömmlich zum Testen integrierter Halbleiterspeicherchips verwendet wird. Solche Kontaktköpfe besitzen eine Vielzahl von Testnadeln, die auf die Kontaktanschlüsse eines integrierten Halbleiterspeichers aufgesetzt werden. Mit Hilfe beispielsweise je eines Kontaktanschlusses zum Auslesen von Messergebnissen für Aktivierungsvorgänge und zum Auslesen von Messergebnissen für Deaktivierungsvorgänge lässt sich beurteilen, ob und gegebenenfalls welche Wortleitungssegmente des Halbleiterspeichers defekt sind und somit floaten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mindestens eine Wortleitung eine Hauptwortleitung und mehrere an die Hauptwortleitung angeschlossene Wortleitungssegmente aufweist, wobei an jedes Wortleitungssegment Auswahltransistoren einer Vielzahl von Speicherzellen angeschlossen sind.

Insbesondere ist vorgesehen, dass jedes Wortleitungssegment über mindestens eine Kontaktlochfüllung an die Hauptwortleitung angeschlossen ist. Gerade bei segmentierten Wortleitungen ist die Gefahr floatender Wortleitungssegmente aufgrund der großen Anzahl von Kontaktlochfüllungen, die eine niederohmige Verbindung zwischen der Hauptwortleitung und einem Wortleitungssegment herstellen sollen, besonders hoch.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Wortleitungstreiber eine Vielzahl von Treibersegmenten aufweist und dass jedes Wortleitungssegment über eine erste Kontaktlochfüllung an ein Treibersegment, das das Wortleitungssegment aktiv treibt, angeschlossen und jedes Treibersegment über eine zweite Kontaktlochfüllung an die Hauptwortleitung angeschlossen ist. Auch bei dieser Bauweise ist jedes Wortleitungssegment über mindestens eine Kontaktlochfüllung elektrisch angeschlossen und kann bei einer zu hochohmigen Kontaktierung floaten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass für jedes Treibersegment eine eigene Messeinrichtung vorgesehen ist, die an einem Abschnitt von Zuleitungen, mit denen dem jeweiligen Treibersegment das erste und das zweite elektrische Potential zugeführt wird, ausgebildet ist. Insbesondere ein ohmscher Widerstand, der, wenn er von einem Umladestrom durchflossen wird, einen Spannungsabfall verursacht, lässt sich leicht und platzsparend in eine Zuleitung integrieren. Insbesondere können zwei Zuleitungen mit jeweils einem ohmschen widerstand zur Messung von Umladeströmen vorgesehen sein. Die eine Zuleitung stellt das Aktivierungspotential Vpp bereit, die andere Zuleitung das Deaktivierungspotential Vnwll.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Halbleiterspeicher eine Vielzahl von Wortleitungen aufweist, die in Gruppen von Wortleitungen zusammengefasst sind, wobei die Wortleitungen einer Gruppe durch dieselben Treibersegmente getrieben werden und wobei ein Treibersegment jeweils ein einziges Wortleitungssegment jeder Wortleitung der Gruppe von Wortleitungen treibt. Zu einer Gruppe von Wortleitungen werden somit diejenigen Wortleitungen gezählt, deren Wortleitungssegmente durch dieselbe Menge von Treibersegmenten getrieben werden. Jedes Treibersegment verläuft auf einem Halbleiterchip senkrecht zur Vorzugsrichtung von Wortleitungen. Entlang der Vorzugsrichtung einer Wortleitung sind in abwechselnder Folge Speichersegmente und Speicherzellenfelder angeordnet. In den Speicherzellenfeldern sind die Speicherzellen in dichter räumlicher Anordnung vorgesehen. Die Auswahltransistoren der Speicherzellen sind an die Wortleitungssegmente angeschlossen, die sich von den Treibersegmenten ausgehend über die Speicherzellenfelder erstrecken. Im Bereich eines einzelnen Speicherzellenfeldes parallel zueinander verlaufende Wortleitungen werden durch dasselbe Treibersegment am einem Ende des Speicherzellenfeldes (oder auch durch zwei verschiedene Treibersegmente an gegenüberliegenden Enden des Speicherzellenfeldes) getrieben. Jedes Treibersegment treibt maximal ein Wortleitungssegment jeder Wortleitung der Gruppe von Wortleitungen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jedem Treibersegment einer Gruppe von Wortleitungen eine eigene Messeinrichtung zugeordnet ist, die einen Umladestrom oder eine durch einen Umladestrom zugeführte oder abgeführte Ladungsmenge misst, wenn ein Wortleitungssegment einer der Wortleitungen der Gruppe von Wortleitungen aktiviert oder deaktiviert wird. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Messeinrichtungen vorgesehen, die beispielsweise jeweils einen ohmschen Widerstand und einen Verstärker aufweisen und die in den Zuleitungen aller Speichersegmente integriert sind. Dabei kann jede Messeinrichtung wiederum zwei Messeinheiten aufweisen, von denen je eine zur Messung während eines Aktivierungsvorgangs und die andere zur Messung während eines Deaktivierungsvorgangs vorgesehen wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass entlang von Hauptwortleitungen einer Gruppe von Wortleitungen eine Vielzahl von Treibersegmenten angeordnet ist, die jeweils ein Wortleitungssegment jeder Wortleitung der Gruppe treiben und denen jeweils eine eigene Messeinrichtung zugeordnet ist. Somit ist entlang des Verlaufs einer Hauptwortleitung im Bereich jedes Wortleitungssegments ein Treibersegment des Wortleitungstreibers vorgesehen. Jedes Treibersegment wird durch eigene Zuleitungen mit den Wortleitungspotentialen Vpp und Vnwll versorgt. Im Bereich sämtlicher Zuleitungen für die Treibersegmente sind Messeinrichtungen vorgesehen, die einen Umladestrom messen. Somit ist jedes Treibersegment mit einer eigenen Messeinrichtung versehen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Halbleiterspeicher Signalleitungen aufweist, die zwischen mindestens einem Kontaktanschluss, der zum Auslesen des Umladestroms oder einer durch einen Umladestrom zugeführten oder abgeführten Ladungsmenge kontaktierbar ist, und den Messeinrichtungen verlaufen, wobei sich die Signalleitungen zu den Messeinrichtungen hin verzweigen. Über die Signalleitungen werden somit die Messergebnisse einer Vielzahl von Messeinrichtungen an zumindest einen, vorzugsweise an zumindest zwei Kontaktanschlüsse zusammengeführt. Insbesondere können mindestens je ein Kontaktanschluss zum Auslesen eines Messergebnisses für einen Aktivierungsvorgang und mindestens ein Kontaktanschluss zum Auslesen eines Messergebnisses für einen Deaktivierungsvorgang vorgesehen sein. Jedoch kann auch eine größere Anzahl von Kontaktanschlüssen vorgesehen sein, mit denen die Messergebnisse auslesbar sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Halbleiterspeicher Auswahlleitungen aufweist, die diejenige Messeinrichtung auswählen, deren zu messende Umladeströme an den mindestens einen Kontaktanschluss weitergeleitet werden. Die Auswahlleitungen können Steuerleitungen sein, die Schaltelemente, beispielsweise Feldeffekttransistoren steuern. Die Schaltelemente können in die Signalleitungen integriert sein. Somit lässt sich mit Hilfe von Auswahlleitungen und den dadurch gesteuerten Schaltelementen bestimmen, aus welcher Messeinrichtung, d. h. somit aus welchem Treibersegment ein Messergebnis ausgelesen wird. Da ferner jeweils eine bestimmte Wortleitung gezielt aktiviert oder deaktiviert wird, um ein Messergebnis zu erreichen, lässt sich in Verbindung mit der Kenntnis des an die auslesende Messeinrichtung angeschlossenen Treibersegments bestimmen, welches Wortleitungssegment welcher Wortleitung gerade getestet wird. Auf diese Weise können sämtliche Wortleitungssegmente des Halbleiterspeichers durch jeweils einmaliges Aktivieren und Deaktivieren getestet werden, um eine zuverlässige Information über floatende Wortleitungssegmente zu erhalten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Hauptwortleitungen metallische Leitungen sind und die Wortleitungssegmente Polysiliziumleitungen sind. Die Hauptwortleitungen können beispielsweise im Wesentlichen aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sein.

Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Halbleiterspeicher ein flüchtiger Schreib-/Lesespeicher, insbesondere ein DRAM (Dynamic Random Access Memory) ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Testen mindestens einer Wortleitung eines integrierten Halbleiterspeichers gelöst, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:

a) Bereitstellen eines Halbleiterspeichers, der mindestens eine Wortleitung und mindestens eine Messeinrichtung, die beim Aktivieren oder Deaktivieren der mindestens einen Wortleitung einen Umladestrom oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung zugeführte oder von der Wortleitung abgeführte Ladungsmenge misst, aufweist, und Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung,
b) Kontaktieren des mindestens einen Kontaktanschlusses durch die Auswerteeinrichtung,
c) Anlegen entweder eines ersten Potentials zum Umladen der Wortleitung durch Aktivieren oder eines zweiten Potentials zum Umladen der Wortleitung durch Deaktivieren, wobei mit Hilfe der Messeinrichtung ein Umladestrom oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung zugeführte oder von der Wortleitung abgeführte Ladungsmenge gemessen wird, und
d) Auswerten des Umladestroms oder der Ladungsmenge mit Hilfe der Auswerteeinrichtung.

Bei diesem Verfahren werden zunächst ein erfindungsgemäßer Halbleiterspeicher sowie eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt. Die Auswerteeinrichtung kontaktiert vorzugsweise mindestens einen Kontaktanschluss des Halbleiterspeichers, um einen Umladestrom oder eine Ladungsverschiebung, die in dem Halbleiterspeicher beim Aktivieren oder Deaktivieren der Wortleitung auftritt, auszulesen. Dazu wird in Schritt c) ein Aktivierungsvorgang oder ein Deaktivierungsvorgang durchgeführt. Während des Aktivierungs- oder Deaktivierungsvorgangs wird die Wortleitung oder ein Abschnitt der Wortleitung, beispielsweise ein Wortleitungssegment umgeladen. Durch den Um ladevorgang fließt eine Ladungsmenge, die dem Produkt der Kapazität des umgeladenen Wortleitungsabschnitts (einschließlich umgeladener Zuleitungsstrecken), und der Potentialdifferenz zwischen den Potentialen vor und nach dem Umladen entspricht. Wenn jedoch der umzuladende Wortleitungsabschnitt nur hochohmig oder gar nicht elektrisch angeschlossen ist, fließt nur ein kleinerer bzw. gar kein Umladestrom. Die jeweilige Höhe des Umladestroms wird in allen Fällen in der Messeinrichtung gemessen und vorzugsweise verstärkt und an mindestens einen Kontaktanschluss weitergeleitet, der durch die Auswerteeinrichtung ausgelesen wird. Schließlich wird in der Auswerteeinrichtung anhand der Größe des ausgelesenen Umladestroms oder der ausgelesenen Ladungsverschiebung eine Auswertung des Messergebnisses vorgenommen.

Dementsprechend ist vorgesehen, dass in der Auswerteeinrichtung anhand des gemessenen Umladestroms oder anhand der gemessenen Ladungsmenge ermittelt wird, ob ein Abschnitt der Wortleitung ausreichend niederohmig angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass dann, wenn der gemessene Umladestrom oder die gemessene Ladungsmenge größer ist als ein unterer Grenzwert, festgestellt wird, dass der Abschnitt der Wortleitung intakt ist.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass dann, wenn der gemessene Umladestrom oder die gemessene Ladungsmenge kleiner ist als ein unterer Grenzwert, festgestellt wird, dass der Abschnitt der Wortleitung floatet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Folge der Schritte c) und d) mindestens einmal wiederholt wird, wobei die Wortleitung bei der ersten Durchführung dieser Schritte aktiviert und bei der zweiten Durchführung dieser Schritte deaktiviert wird oder umgekehrt. Bei dieser Ausführungsform wird der Umladestrom oder die dadurch verschobene Ladungsmenge je einmal für den Fall eines Aktivierungsvorgangs und für den Fall eines Deaktivierungsvorgangs gemessen. Dadurch können insbesondere solche Schaltungsfehler erkannt werden, die in aktiven Treibersegmenten dadurch entstehen, dass lediglich einer der Transistoren des Inverters eines Treibersegments defekt ist und die angeschlossenen Wortleitungssegmente nur mit einem der beiden Potentiale Vpp und Vnwll vorgespannt werden können.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass in Schritt a) ein Halbleiterspeicher bereitgestellt wird, der mindestens zwei Kontaktanschlüsse aufweist, die mit der Messeinrichtung leitend verbunden sind, wobei Umladeströme oder Ladungsmengen beim Aktivieren über einen ersten Kontaktanschluss ausgelesen werden und beim Deaktivieren über einen zweiten Kontaktanschluss ausgelesen werden. Hierbei sind jeweils getrennte die Zuleitungen für die Messeinheiten und getrennte Signalleitungen für Umladeströme bei Aktivierungsvorgängen und für Umladeströme bei Deaktivierungsvorgängen vorgesehen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass in Schritt a) ein Halbleiterspeicher bereitgestellt wird, der eine Vielzahl segmentierter Wortleitungen mit jeweils einer Hauptwortleitung und mit einer Vielzahl von an die Hauptwortleitung angeschlossenen Wortleitungssegmenten aufweist, wobei die Wortleitungen jeweils segmentweise durch Treibersegmente getrieben werden und wobei jedem Treibersegment eine eigene Messeinrichtung zugeordnet ist, und dass für jedes Wortleitungssegments für mindestens je einen Aktivierungsvorgang und einen Deaktivierungsvorgang ein Umladestrom gemessen wird. Hierbei wird als Wortleitungsabschnitt jeweils ein Wortleitungssegment umgeladen, eine ausreichend niederohmige elektrische Verbindung vorausgesetzt.

Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass für jedes Wortleitungssegment des Halbleiterspeichers getestet wird, ob dieses Wortleitungssegment nach einem Aktivierungsvorgang floatet und ob es nach einem Deaktivierungsvorgang floatet. Diese Auswertung wird jeweils in der Auswerteeinrichtung anhand der Höhe des gemessenen Umladestroms oder alternativ anhand der Höhe der verschobenen Ladungsmenge bestimmt. Auf diese Weise können insbesondere nichtflüchtige Halbleiterspeicher wie beispielsweise DRAMs getestet werden.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben. Es zeigen.
1 eine schematische Draufsicht auf einen integrierten Halbleiterspeicher,
2 eine schematische Darstellung einer segmentierten Wortleitung,
3 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung von Wortleitungssegmenten mehrerer Wortleitungen aus 2,
4 eine schematische Darstellung einer segmentierten Wortleitung mit Treiberschaltungen,
5 eine schematische Draufsicht auf die Wortleitungssegmente mehrerer Wortleitungen gemäß 4,
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung mehrerer Hauptwortleitungen in Höhe eines Treibersegments,
7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers mit einer Messeinrichtung,
8 eine weitere schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers und einer Auswerteeinrichtung und
9 weiteres Flussdiagramm mit in einer Auswerteeinrichtung durchgeführten Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Testverfahrens.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen integrierten Halbleiterspeicher 1, der eine Vielzahl von Speicherzellen 2 mit jeweils einem Auswahltransistor und einem Speicherkondensator 4 aufweist. Der Speicherkondensator kann ein Grabenkondensator oder ein Stapelkondensator sein. Der Auswahltransistor ist vorzugsweise ein MOSFET, dessen Gate-Elektrode durch die Wortleitung 10 gebildet wird, an die der Auswahltransistor angeschlossen ist. Eine Source/Drain-Elektrode ist an eine Bitleitung 6 angeschlossen. Die Wortleitungen 10 können insbesondere segmentierte Wortleitungen sein, wie anhand der nachfolgenden Figuren ausführlicher erläutert.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer segmentierten Wortleitung 10, die eine metallische Hauptwortleitung 11 und eine Vielzahl von Wortleitungssegmenten 12 aus Polysili zium aufweist. Die Wortleitungssegmente 12 sind durch jeweils eine Kontaktlochfüllung 13 mit der Hauptwortleitung 11 verbunden und bilden die Gate-Elektroden der Auswahltransistoren 3.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung segmentierter Wortleitungen gemäß 2 in Höhe der Wortleitungssegmente 12. Die Wortleitungssegmente 12 einander benachbarter Wortleitungen sind in diesem Ausführungsbeispiel in Richtung der Hauptwortleitungen versetzt zueinander angeordnet. Wenn eine der dargestellten Kontaktlochfüllungen 13 durch Herstellungsfehler hochohmig ist oder überhaupt keine elektrische Verbindung zu einem Wortleitungssegment 12 herstellt, kann bei dem Versuch, das Wortleitungssegment zu aktivieren oder deaktivieren, oder nur ein sehr geringer oder gar kein Umladestrom fließen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Strom- oder Ladungsmengenmessung, wie weiter unten erläutert, erkannt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer segmentierten Wortleitung, die mit Hilfe einer Treiberschaltung aktiv getrieben wird. Die Wortleitung 10 besitzt ebenfalls eine Hauptwortleitung 11 und eine Vielzahl von Wortleitungssegmenten 12, an die jeweils Auswahltransistoren 3 von Speicherzellen angeschlossen ist. Im Gegensatz zu 2 ist in 4 zusätzlich ein Treibersegment 20 dargestellt, das mit Hilfe von Zuleitungen 33 mit den Wortleitungspotentialen Vpp und Vnwll versorgt wird. Zusätzlich ist eine erfindungsgemäße Messeinrichtung 30 vorgesehen, die nachstehend erläutert wird. In 4 sind die Wortleitungssegmente 12 durch erste Kontaktlochfüllungen 14 an das Treibersegment 20 angeschlossen. Das Treibersegment 20 ist durch eine zweite Kontaktlochfüllung 13 an die Hauptwortleitung 11 angeschlossen.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung mehrerer Hauptwortleitungen 11 in Höhe eines Treibersegments 20. Die Hauptwortleitungen 11 sind jeweils durch eine erste Kontaktlochfüllung 14 an das Treibersegment 20 angeschlossen und erstrecken sich über jeweils ein Speicherzellenfeld, das zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Treibersegmenten angeordnet ist. In 5 sind die Speicherzellenfelder zwischen den Treibersegmenten 20 nicht bildlich dargestellt. Ferner sind, ebenso wie in 3, die Abmessungen nicht maßstäblich gewählt.
6 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung mehrerer Hauptwortleitungen gemäß 3 in Höhe eines Treibersegments 20. Dargestellt ist ein einzelnes Treibersegment 20, das durch zweite Kontaktlochfüllungen 13 an mehrere Hauptwortleitungen 11 angeschlossen ist. Die Wortleitungen 10, zu denen diese Hauptwortleitungen 11 gehören, bilden eine Gruppe 15 von Wortleitungen, die durch dieselbe Menge von Treibersegmenten 20 getrieben werden. Dies bedeutet, dass ein Treibersegment 20 jeweils ein Wortleitungssegment 12 jeder Wortleitung 10 der Gruppe 15 von Wortleitungen treibt.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers, der eine Messeinrichtung 30 zum Messen von Umladeströmen I oder von durch Umladeströme verschobenen Ladungsmengen Q aufweist. Im linken Bereich der 7 ist eine Teilschaltung dargestellt, die eine Gruppe 15 von mehreren Wortleitungen 10 im Bereich eines Treibersegments 20 zeigt. Jede Wortleitung 10 besitzt eine Hauptwortleitung 11, an die über das Treibersegment 20 Wortleitungssegmente 12 angeschlossen sind. In 7 ist jede Hauptwortleitung 11 im Bereich des Treibersegments 20 an insgesamt vier Wortleitungssegmente 12 angeschlossen, von denen je zwei links und zwei rechts von der jeweiligen Hauptwortleitung 11 verlaufend dargestellt sind. Hierdurch kann die Anzahl erforderlicher Hauptwortleitungen 11 im Verhältnis zur Anzahl parallel nebeneinander anzuordneneder Wortleitungssegmente verringert werden, so dass die Hauptwortleitungen breiter und dadurch niederohmiger gestaltet werden können. Ferner können dann zwischen den Hauptwortleitungen leichter andere Zusatzleitungen, beispielsweise Signalleitungen, angeordnet werden.
Das Treibersegment 20 besitzt im Bereich jedes an eine Hauptwortleitung 11 angeschlossenen Wortleitungssegments 12 eine Inverterschaltung, die einen pFET-Transistor 9 einen nFET-Transistor 8 aufweist, die komplementär zueinander durch die jeweilige Hauptwortleitung 11 geöffnet und geschlossen werden. Somit wird je nach Potential der Hauptwortleitung 11 entweder über die Zuleitung 33b das Deaktivierungspotential Vnwll oder über eine Zuleitung 33a das Aktivierungspotential Vpp an die Wortleitungssegmente 12 weitergeleitet. Die an das Treibersegment 20 angeschlossenen Wortleitungssegmente 12 werden dadurch umgeladen. Dies bedeutet, dass ein Umladestrom I über die Zuleitungen 33 zu den angeschlossenen Wortleitungssegmenten 12 fließt. Dadurch werden die Ladungsmengen Q bewegt, die entweder den angeschlossenen Wortleitungssegmenten 12 zugeführt oder von ihnen abgeführt werden.
Erfindungsgemäß weist der integrierte Halbleiterspeicher 1 eine Messeinrichtung 30 auf, die die auftretenden Umladeströme I beim Umladen der Wortleitungssegmente 12 misst. In 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die auftretenden Umladeströme I gemessen, verstärkt und an Kontaktanschlüsse 35 weitergeleitet werden. Alternativ dazu können auch die durch die Umladeströme hervorgerufenen Ladungsver schiebungen, d. h. die den Wortleitungssegmenten zugeführten oder von ihnen abgeführten Ladungsmengen Q gemessen werden. Wesentlich ist, dass ein ausreichen kleines Zeitfenster festgelegt wird, innerhalb dessen die Ladungsmessung oder Strommessung erfolgen muss, damit im Falle hochohmiger Kontaktlochfüllungen bestimmt werden kann, welcher Bruchteil der vorgesehenen Ladungsmenge oder des Umladestroms tatsächlich die angesteuerten Wortleitungssegmente innerhalb der Umladezeit erreicht. Ein angemessen kleines Zeitfenster dürfte beispielsweise höchstens der Dauer der üblichen Ausführung eines Precharge- oder Activate-Befehls entsprechen.
Die Testeinrichtung 30 weist ohmsche Widerstände 31 auf, die in die Zuleitungen 33 integriert sind. Die Zuleitungen 33 sind an die Wortleitungspotentiale Vpp und Vnwll angeschlossen. Bei einem Stromfluss durch eine der Zuleitungen 33 wird der an dem jeweiligen ohmschen Widerstand 31 auftretende Spannungsabfall von einem Messverstärker 32 abgegriffen und verstärkt. Das verstärkte Messergebnis, beispielsweise der verstärkte Umladestrom I oder die verstärkte Ladungsmenge Q wird über Signalleitungen 36 an äussere Kontaktanschlüsse 35 des Halbleiterspeichers 1 weitergeleitet, wo sie ausgelesen werden können. In die Signalleitungen 36 sind Schaltelemente 37 integriert, die die Weiterleitung des verstärkten Messergebnisses (I bzw. Q) in einem Testbetriebsmodus T (8) des Halbleiterspeichers 1 ermöglichen, in einem Normalbetriebsmodus N des Halbleiterspeichers 1 hingegen verhindern. Die Schaltelemente 37 können als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein und durch Steuerleitungen 34a beispielsweise gemeinsam schaltbar sein. Alternativ können die Schaltelemente 37 jeweils individuell, unabhängig von den übrigen Schaltelementen 37 schaltbar sein, um die selektive Weiterleitung eines einzelnen Messergebnisses zu ermöglichen.
Die Testeinrichtung 30 gemäss 7b weist mehrere Messeinheiten 30a, 30b auf, wobei eine erste Messeinheit 30a beim Aktivieren von Wortleitungssegmenten 12 zum Einsatz kommt und eine zweite Messeinheit 30b beim Deaktivieren von Wortleitungssegmenten 12 zum Einsatz kommt. Zusätzlich ist in 7 die erste Messeinheit 30a zweifach vorgesehen, da wegen der Mehrzahl im Bereich des Treibersegments 20 an dieselbe Hauptwortleitung 11 angeschlossenen Wortleitungssegmente 12 je zwei Zuleitungen 33a für das Aktivierungspotential Vpp vorgesehen sind. Dies ist jedoch nur durch die Bauweise und Verschaltung der segmentierten Wortleitungen bedingt. Daher würde in 7 auch eine einzige erste Messeinheit 30a ausreichen, wenn nur eine Zuleitung 33a für das Aktivierungspotential vorgesehen ist.
Jede Messeinheit 30a, 30b besitzt gemäss der Ausführungsform gemäß 7 je einen ohmschen Widerstand 31 und einen Messverstärker 32 und ist über ein Schaltelement 37 und eine Signalleitung 36 an einen Kontaktanschluss 35 angeschlossen. Für das Auslesen von Aktivierungsströmen und Deaktivierungsströmen können mehrere Kontaktanschlüsse 35a, 35b vorgesehen sein.
8 zeigt einen integrierten Halbleiterspeicher 1 mit einer Vielzahl von Treibersegmenten 20, denen jeweils eine erfindungsgemäße Messeinrichtung 30 zugeordnet ist. Jede Messeinrichtung 30 ist wie in 7 dargestellt aufgebaut. In in 8 sind die Leitungsverläufe der Übersichtlichkeit halber so dargestellt, als wäre in jeder Messeinrichtung 30 jeweils nur eine einzige Messeinheit 30a zum Messen von Aktivierungsströmen vorgesehen. In 8 sind zwei Gruppen 15 von Wortleitungen 10 andeutungsweise dargestellt. Die Wort leitungen 10 verlaufen über eine Vielzahl von Speichersegmenten 20, durch welche jeweils mindestens ein Wortleitungssegment jeder zur Gruppe 15 dazugehörigen Wortleitung 10 getrieben wird, sofern die entsprechenden Kontaktlochfüllungen ausreichend niederohmig sind. Jede Messeinrichtung 30 ist an Signalleitungen 36 angeschlossen, von denen in 8 jeweils zwei Signalleitungen 36 pro Messeinrichtung 30 dargestellt sind, und zwar eine zum Weiterleiten eines Messergebnisses im Falle eines Aktivierungsvorgangs und eine andere für den Fall eines Deaktivierungsvorgangs. In die Signalleitung 36 sind Schaltelemente 37, insbesondere Feldeffekttransistoren integriert, die mit Hilfe von Steuerleitungen 34a selektiv, d. h. einzeln und unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden können. Dadurch können die Messergebnisse jeweils einer einzelnen Messeinrichtung 30 zu den Kontaktanschlüssen 35 (bond pads) weitergeleitet werden, wohingegen gleichzeitig die Messergebnisse der übrigen Messeinrichtungen 30 nur bis zu den sperrenden übrigen Schaltelementen 37 gelangen. Dadurch kann die Anzahl der zum Auslesen der Messergebnisse erforderlichen Kontaktanschlüsse 35 gegenüber der Anzahl der Messeinrichtungen 30 wesentlich verringert werden. Die Signalleitungen 36 verzweigen sich von den Kontaktanschlüssen 35 ausgehend zu den Messeinrichtungen 30 hin. Grundsätzlich könnten alle Messergebnisse auf einen einzigen Kontaktanschluss 35 weitergeleitet werden, der dann mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung 40 kontaktiert wird. Vorzugsweise ist jedoch mindestens je ein Kontaktanschluss vorgesehen, um bei einem Aktivierungsvorgang (Kontaktanschluss 35b) und bei einem Deaktivierungsvorgang (Kontaktanschluss 35a) ein Messergebnis auszulesen. Dadurch können auch die Messeinrichtungen 30 intern in Messeinheiten zum Messen von Aktivierungssignalen und zum Messen von Deaktivierungssignalen unterteilt sein, ohne dass Leiterbahnen für Aktivierungssignale und für Deaktivierungssignale miteinander verschaltet werden müssen.
Auf die Kontaktanschlüsse 35a, 35b des Halbleiterspeichers werden Gegenkontakte der Auswerteeinrichtung 40 aufgesetzt, so dass sämtliche Messergebnisse von Aktivierungs- oder Deaktivierungsvorgängen in der Auswerteeinheit 40 erfasst und bewertet werden. In 8 sind ferner Auswahlleitungen 34b dargestellt, mit denen ausgewählt werden kann, zu welcher Gruppe 15 von Wortleitungen jeweils die Umladeströme bzw. die ab- oder zugeführten Ladungsmengen an die Kontaktanschlüsse 35 weitergeleitet werden. Insbesondere lässt sich mit Hilfe der Auswahlleitungen 34b festlegen, zu welchem Treibersegment 20 einer Gruppe 15 von Wortleitungen die gemessenen Umladeströme bzw. Ladungsmengen ausgelesen werden. Dadurch wird zugleich bestimmt, welche Wortleitungssegmente umgeladen und getestet werden. Bei einem Messvorgang fließt dann ein durch den jeweiligen Messverstärker verstärkter Umladestrom I zu einem der Kontaktanschlüsse 35a, 35b und die Höhe des verstärkten Umladestroms I wird dann in der Auswerteeinrichtung 40 bewertet.
Nachstehend wird exemplarisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Testen von Wortleitungssegmenten beschrieben. Zunächst werden eine Auswerteeinrichtung sowie ein integrierter Halbleiterspeicher bereitgestellt, wobei der Halbleiterspeicher segmentierte Wortleitungen mit Wortleitungssegmenten, die an Treibersegmente angeschlossen sind, sowie Messeinrichtungen zum Messen von Umladeströmen beim Umladen der Wortleitungssegmente aufweist. Der Halbleiterspeicher besitzt ferner Kontaktanschlüsse, um die ausgelesenen Umladeströme zu verstärken und an die Auswerteeinrichtung weiterzuleiten. Die Auswerteeinrichtung wird an den Halbleiterspeichers angeschlos sen (sofern sie nicht ohnehin, wie ebenfalls denkbar, in den Halbleiterspeicher integriert ist oder ein Bestandteil einer übergeordneten baulichen Einheit ist, zu der auch der Halbleiterspeicher gehört). Dann wird ein erstes elektrischen Potential für ein Treibersegment bereitgestellt, um ein daran angeschlossenes erstes Wortleitungssegment zu aktivieren. Dabei wird durch die Messeinrichtung ein Umladestrom gemessen, verstärkt und an die Auswerteeinrichtung weitergeleitet. Anschließend wird in der Auswerteeinrichtung der Umladestrom ausgewertet, wodurch festgestellt wird, ob das getestete Wortleitungssegment nach dem Versuch, dieses zu aktivieren, tatsächlich aktiviert ist oder statt dessen floatet. Anschließend wird ein zweites elektrisches Potential für das Treibersegment bereitgestellt, um das erste Wortleitungssegment zu deaktivieren. Dabei wird durch die Messeinrichtung ein Umladestrom (der Umladestrom beim Deaktivieren) anstatt, wie vorher, der Umladestrom beim Aktivieren gemessen, verstärkt und an die Auswerteeinrichtung weitergeleitet. Dann wird der gemessene Umladestrom in der Auswerteeinrichtung ausgewertet. Dabei wird bestimmt, ob das erste Wortleitungssegment bei dem Versuch, es zu deaktivieren, tatsächlich deaktiviert wird oder statt dessen floatet. Anschließend werden in gleicher Weise weitere an das Treibersegment angeschlossene Wortleitungssegmente getestet. Danach werden die an die übrigen Treibersegmente angeschlossenen Wortleitungssegmente in gleicher Weise getestet, bis jedes einzelne Wortleitungssegment des gesamten Halbleiterspeichers getestet ist.
9 zeigt ein weiteres Flussdiagramm mit in einer Auswerteeinrichtung durchgeführten Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Testverfahrens, bei dem der interne Bewer tungsprozess innerhalb der Auswerteeinrichtung 40 näher dargestellt ist. Von dem integrierten Halbleiterspeicher 1 erhält die Auswerteeinrichtung 40 nacheinander die Umladeströme aller umgeladenen Wortleitungssegmente. Die Reihenfolge, in der die Umladeströme weitergeleitet werden, kann beliebig variiert werden. Beispielsweise können der Umladestrom Ia zum Aktivieren eines bestimmten Wortleitungssegments 12 und der Umladestrom Id zum Deaktivieren desselben Wortleitungssegments 12 kurz nacheinander an die Auswerteeinrichtung 40 weitergeleitet werden, in der zunächst die Auswertung beider Umladeströme Ia, Id erfolgt, bevor das nächste Wortleitungssegment getestet wird. Vorzugsweise erfolgt die Weiterleitung von Umladeströmen Ia zum Aktivieren eines beliebigen Wortleitungssegments über einen ersten Kontaktanschluss 35a und das Weiterleiten von Umladeströmen Id zum Deaktivieren eines beliebigen Wortleitungssegments 12 über einen zweiten Kontaktanschluss 35b.
Innerhalb der Auswerteeinrichtung 40 erfolgt eine Bewertung der Funktionsfähigkeit der getesteten Wortleitungssegmente anhand der Höhe der empfangenen Umladeströme. In der Auswerteeinrichtung 40 ist ein vorgegebener unterer Grenzwert Is für die mindestens erforderliche Größe des Umladestroms I, und zwar sowohl für Ia und Id, gespeichert. Vorzugsweise ist die Höhe des Grenzwerts Is für beide Umladeströme gleich groß. Dann, wenn festgestellt wird, dass sowohl der Umladestrom Ia zum Aktivieren des Wortleitungssegments 12 als auch der Umladestrom Id beim Deaktivieren des Wortleitungssegments 12 größer sind als der vorgegebene Grenzwert Is, wird das getestete Wortleitungssegment 12 als intakt bewertet. Anderenfalls, wenn mindestens einer der beiden Umladeströme Ia, Id kleiner ist als der Grenzwert Is, wird das getestete Wortleitungssegment 12 als defekt bewertet. Anschließend werden in gleicher Weise weitere Wortleitungssegmente 12 bewertet, bis für alle Wortleitungssegmente 12 des Halbleiterspeichers 1 ein Testergebnis vorliegt. Das Testergebnis für sämtliche Wortleitungssegmente des Halbleiterspeichers kann in Form eines Testprotokolls ausgegeben werden.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird erstmals ein Testverfahren sowie ein dafür geeigneter Halbleiterspeicher vorgeschlagen, mit dem ein elektrischer Funktionstest von Wortleitungssegmenten durchgeführt werden kann, der nicht auf die Ausleseergebnisse von Speicherzellen angewiesen ist. Die Ausleseergebnisse von herkömmlichen Halbleiterspeichern führen häufig zu uneindeutigen Testergebnissen, die es erschweren, floatende Wortleitungsabschnitte zu lokalisieren bzw. zu identifizieren. Grund hierfür ist der herkömmliche Aufbau von DRAMs, bei denen zunächst eine Wortleitung aktiviert und die der Wortleitung zugeordneten Speicherzellen jeweils mit einer Bitleitung leitend verschaltet werden. Am Ende der Bitleitungen sind jeweils Leseverstärker (sense amplifier) angeordnet, die das über die Bitleitung übertragene elektrische Signal aus der ausgelesenen Speicherzelle detektieren und verstärken. Das verstärkte Signal wird einerseits über die Bitleitung wieder in die Speicherzelle zurückgeschrieben, andererseits kann es nach außen ausgelesen werden. Dieser Vorgang erfolgt gleichzeitig für alle Speicherzellen, die an einer Wortleitung angeschlossen sind, so dass nach der Aktivierung alle Bitleitungen ein Auslesesignal weiterleiten. Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Prozessschwächen bei der Herstellung der Speicherkomponenten, insbesondere bei den Durchkontaktierungen mit Hilfe von Kontaktlochfüllungen, entstehen immer wieder elektrisch nicht oder nicht zuverlässig angeschlossene, d. h. während des späteren Betriebs floatende Leitungsstücke von Wortleitungen, insbesondere Wortleitungs segmente. Das durch die Umgebung beeinflusste floatende Potential nicht zuverlässig kontaktierter Wortleitungssegmente führt nicht nur zum Ausfall der Wortleitungen selbst, sondern auch zu schwer reproduzierbaren und kaum nachprüfbaren Ausfällen derjenigen Bitleitungen, die diese Wortleitung kreuzen. Grund hierfür ist das unvorhersehbare Öffnen der an das floatende Wortleitungssegment angeschlossenen Speicherzellen, die zu nicht vorhersagbaren Zeitpunkten ihre gespeicherte Ladungsmenge auf die Bitleitung übertragen und somit Ausleseergebnisse während des Auslesens anderer Speicherzellen verfälschen.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Kontaktierung von Wortleitungssegmenten anhand der Höhe ihres Umladestroms beurteilt. Sobald der Umladestrom I, und zwar entweder der Umladestrom Ia beim Aktivieren eines Wortleitungssegments oder der Umladestrom Id beim Deaktivieren eines Wortleitungssegments, kleiner ist als das Produkt aus der Kapazität C des Wortleitungssegments 12 einschließlich seiner Zuleitung, so weit sie umgeladen wird, und der Potentialdifferenz (Vpp – Vnwll), muss davon ausgegangen werden, dass das entsprechende Wortleitungssegment nicht niederohmig genug ist. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann somit das Testergebnis beim Testen von Wortleitungssegmenten nicht mehr durch Ausleseergebnisse von Speicherzellen verfälscht werden.

1: Halbleiterspeicher
2: Speicherzelle
3: Auswahltransistor
4: Speicherkondensator
6: Bitleitung
8: nFET-Transistor
9: pFET-Transistor
10: Wortleitung
11: Hauptwortleitung
12: Wortleitungssegment
13: zweite Kontaktlochfüllung
14: erste Kontaktlochfüllung
15: Gruppe von Wortleitungen
19: Wortleitungstreiber
20: Treibersegment
30: Messeinrichtung
30a: erste Messeinheit
30b: zweite Messeinheit
31: ohmscher Widerstand
32: Messverstärker
33; 33a, 33b: Zuleitung
34a: Steuerleitung
34b: Auswahlleitung
35: Kontaktanschluss
35a: zweiter Kontaktanschluss
35b: erster Kontaktanschluss
36: Signalleitung
37: Schaltelement
40: Auswerteeinrichtung
I; Ia, Id: Umladestrom
Is: Grenzwert für den Umladestrom
N: Normalbetriebsmodus
T: Testbetriebsmodus
Vnwll: zweites Potential
Vpp: erstes Potential

Claims

Integrierter Halbleiterspeicher (1) mit mindestens einer Wortleitung (10) und mit einer Vielzahl von Speicherzellen (2), – wobei die Speicherzellen (2) jeweils einen Auswahltransistor (3) aufweisen, der an die mindestens eine Wortleitung (10) angeschlossen ist, – wobei ein Wortleitungstreiber (19) vorgesehen ist, der wahlweise ein erstes elektrisches Potential (Vpp) oder ein zweites elektrisches Potential (Vnwll) für die Wortleitung (10) bereitstellt, – wobei die Wortleitung (10) dann, wenn sie an das erste elektrische Potential (Vpp) angeschlossen ist, aktiviert wird und dann, wenn sie an das zweite elektrische Potential (Vnwll) angeschlossen ist, deaktiviert wird, und – wobei eine Messeinrichtung (30) vorgesehen ist, die beim Bereitstellen des ersten (Vpp) oder des zweiten Potentials (Vnwll) einen Umladestrom (I) oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung (10) zugeführte oder von der Wortleitung (10) abgeführte Ladungsmenge (Q) misst.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (30) eine erste Messeinheit (30a), die beim Aktivieren der Wortleitung (10) einen Umladestrom (I; Ia) misst, und eine zweite Messeinheit (30b), die beim Deaktivieren der Wortleitung (10) einen Umladestrom (I; Id) misst, aufweist.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (30a) und die zweite Messeinheit (30b) jeweils einen ohmschen Widerstand (31) aufweisen, die beim Umladen der Wortleitung (10) von einem Umladestrom (I) durchflossen wird, wobei die Messeinheiten (30a, 30b) einen Spannungsabfall an dem jeweiligen ohmschen Widerstand (31) messen.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemessener Umladestrom (I) oder eine gemessene Ladungsmenge (Q), die aufgrund eines Umladestroms (I) zugeführt oder abgeführt wird, durch die Messeinrichtung (30) verstärkt und an mindestens einen Kontaktanschluss (35) des Halbleiterspeichers (1) weitergeleitet wird.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltelement (37) vorgesehen ist, das die Weiterleitung eines gemessenen Umladestroms (I) oder einer gemessenen Ladungsmenge (Q) an den mindestens einen Kontaktanschluss (35) in einem Testbetriebsmodus (T) des Halbleiterspeichers (1) ermöglicht und in einem Normalbetriebsmodus (N) des Halbleiterspeichers (1) verhindert.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wortleitung (10) eine Hauptwortleitung (11) und mehrere an die Hauptwortleitung (11) angeschlossene Wortleitungssegmente (12) aufweist, wobei an jedes Wortleitungssegment (12) Auswahltransistoren (3) einer Vielzahl von Speicherzellen (2) angeschlossen sind.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wortleitungssegment (12) über mindestens eine Kontaktlochfüllung (13; 14) an die Hauptwortleitung (11) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wortleitungstreiber (19) eine Vielzahl von Treibersegmenten (20) aufweist und dass jedes Wortleitungssegment (12) über eine erste Kontaktlochfüllung (14) an ein Treibersegment (20), das das Wortleitungssegment (12) aktiv treibt, angeschlossen und jedes Treibersegment (20) über eine zweite Kontaktlochfüllung (13) an die Hauptwortleitung (11) angeschlossen ist.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Treibersegment (20) eine eigene Messeinrichtung (30) vorgesehen ist, die an einem Abschnitt von Zuleitungen (33), mit denen dem jeweiligen Treibersegment (20) das erste (Vpp) und das zweite elektrische Potential (Vnwll) zugeführt werden, ausgebildet ist.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspeicher (1) eine Vielzahl von Wortleitungen (10) aufweist, die in Gruppen (15) von Wortleitungen (10) zusammengefasst sind, wobei die Wortleitungen (10) einer Gruppe (15) durch dieselben Treibersegmente (20) getrieben werden und wobei ein Treibersegment (20) jeweils ein einziges Wortleitungssegment (12) jeder Wortleitung (10) der Gruppe (15) von Wortleitungen treibt.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Treibersegment (20) einer Gruppe (15) von Wortleitungen (10) eine eigene Messeinrichtung (30) zugeordnet ist, die einen Umladestrom (I) oder eine durch einen Umladestrom (I) zugeführte oder abgeführte Ladungsmenge (Q) misst, wenn ein Wortleitungssegment (12) einer der Wortleitungen (10) der Gruppe (15) von Wortleitungen aktiviert oder deaktiviert wird.
Halbleiterspeicher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass entlang von Hauptwortleitungen (11) einer Gruppe (15) von Wortleitungen (10) eine Vielzahl von Treibersegmenten (20) angeordnet ist, die jeweils ein Wortleitungssegment (12) jeder Wortleitung (10) der Gruppe (15) treiben und denen jeweils eine eigene Messeinrichtung (30) zugeordnet ist.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspeicher (1) Signalleitungen (36) aufweist, die zwischen zumindest einem Kontaktanschluss (35), der zum Auslesen eines Umladestroms (I) oder einer durch einen Umladestrom (I) zugeführten oder abgeführten Ladungsmenge (Q) kontaktierbar ist, und den Messeinrichtungen (30) verlaufen, wobei sich die Signalleitungen (36) zu den Messeinrichtungen (30) hin verzweigen.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspeicher (1) Auswahlleitungen (34b) aufweist, die diejenigen Messeinrichtungen (30) auswählen, deren zu messende Umladeströme (I) an den mindestens einen Kontaktanschluss (35) weitergeleitet werden.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet dass, die Hauptwortleitungen (11) metallische Leitungen und die Wortleitungssegmente (12) Polysiliziumleitungen sind.
Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterspeicher (1) ein flüchtiger Schreib-/Lese-Speicher ist.
Verfahren zum Testen mindestens einer Wortleitung eines integrierten Halbleiterspeichers, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist: a) Bereitstellen eines Halbleiterspeichers (1), der mindestens eine Wortleitung (10) und mindestens eine Messeinrichtung (30), die beim Aktivieren oder Deaktivieren der mindestens einen Wortleitung (10) einen Umladestrom (2) oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung (10) zugeführte oder von der Wortleitung (10) abgeführte Ladungsmenge (Q) misst, aufweist, und Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung (40), b) Kontaktieren des mindestens einen Kontaktanschlusses (35) durch die Auswerteeinrichtung (40), c) Anlegen entweder eines ersten Potentials (Vpp) zum Umladen der Wortleitung (10) durch Aktivieren der Wortleitung (10) oder eines zweiten Potentials (Vnwll) zum Umladen der Wortleitung (10) durch Deaktivieren der Wortleitung (10), wobei mit Hilfe der Messeinrichtung (30) ein Umladestrom (I) oder eine durch einen Umladestrom der Wortleitung (10) zugeführte oder von der Wortleitung (10) abgeführte Ladungsmenge (Q) gemessen wird, und d) Auswerten des Umladestroms (I) oder der Ladungsmenge (Q) mit Hilfe der Auswerteeinrichtung (40).
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung (40) anhand des gemessenen Umladestroms (I) oder anhand der gemessenen Ladungsmenge (Q) ermittelt wird, ob ein Abschnitt der Wortleitung (10) ausreichend niederohmig angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der gemessene Umladestrom (I) über die gemessene Ladungsmenge (Q) größer ist als ein unterer Grenzwert (Is) für den Umladestrom, festgestellt wird, dass der Abschnitt der Wortleitung (10) intakt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der gemessene Umladestrom (I) oder die gemessene Ladungsmenge (Q) kleiner ist als ein unterer Grenzwert (Is) für den Umladestrom, festgestellt wird, dass der Abschnitt der Wortleitung (10) floatet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge der Schritte c) und d) einmal wiederholt wird, wobei die Wortleitung (10) bei der ersten Durchführung der Schritte c) und d) aktiviert und bei der zweiten Durchführung der Schritte c) und d) deaktiviert wird oder umgekehrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Halbleiterspeicher (1) bereitgestellt wird, der mindestens zwei Kontaktanschlüsse (35; 35a, 35b) auf weist, die mit der Messeinrichtung (40) leitend verbunden sind, wobei Umladeströme (I) oder Ladungsmengen (Q) beim Aktivieren über einen ersten Kontaktanschluss (35b) ausgelesen und beim Deaktivieren über einen zweiten Kontaktanschluss (35a) ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Halbleiterspeicher (1) bereitgestellt wird, der eine Vielzahl segmentierter Wortleitungen (10) mit jeweils einer Hauptwortleitung (11) und mit einer Vielzahl von an die Hauptwortleitung (11) angeschlossenen Wortleitungssegmenten (12) aufweist, wobei die Wortleitungen (10) jeweils segmentweise durch Treibersegmente (20) getrieben werden und wobei jedem Treibersegment (20) eine eigene Messeinrichtung (30) zugeordnet ist, und dass für jedes Wortleitungssegment (12) für zumindest je einen Aktivierungsvorgang und einen Deaktivierungsvorgang ein Umladestrom (I) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Wortleitungssegment (12) des Halbleiterspeichers (1) gestestet wird, ob das Wortleitungssegment (12) nach einem Aktivierungsvorgang floatet und ob das Wortleitungssegment (12) nach einem Deaktivierungsvorgang floatet.