-
Die
Erfindung betrifft einen Halbleiterspeicher, insbesondere ein DRAM
(Dynamic Random Access Memory), sowie ein Mess-Verfahren für einen Halbleiterspeicher.
-
Bei
DRAMS können
die jeweiligen Speicherzellen z. B. im Wesentlichen aus Kondensatoren
bestehen. Die Speicherzellen/Kondensatoren sind mit Bitleitungen
verbindbar, die dazu dienen, einen Datenwert, der aus einer Speicherzelle
ausgelesen werden soll, oder einen Datenwert, der in die Speicherzelle
eingelesen werden soll, zu übertragen.
-
Beim
Auslesen aus einer Speicherzelle wird ein Zugriffstransistor, der
mit dem Kondensator einer Speicherzelle verbunden ist, durch die
Aktivierung einer Wortleitung durchgeschaltet, und der in dem Kondensator
gespeicherte Ladungszustand wird an die Bitleitung angelegt.
-
Dann
wird das aus dem Kondensator austretende schwache Signal von einem
Leseverstärker verstärkt. Der
Leseverstärker
weist komplementäre Signaleingänge auf.
Die mit diesen Signaleingängen verbundenen
Bitleitungen werden als Bitleitung und komplementäre Bitleitung
bezeichnet.
-
Bei
den heutigen DRAMS können
die Leseverstärker
als "geteilte Teile" verwendet werden,
um Chipfläche
zu sparen. Dabei wird ein Leseverstärker sowohl während des
Auslesens einer Speicherzelle auf der linken Seite und einer Speicherzelle
auf der rechten Seite entlang jeweiliger Bitleitungen, die mit dem
Leseverstärker
assoziiert sind, verwendet (somit werden die Leseverstärker als
so genannte „shared
sense amplifier" verwendet).
-
Vor
dem Auslesen der Speicherzellen werden die entsprechenden Bitleitungsabschnitte,
d. h. die entsprechenden Abschnitte der nicht-komplementären Bitleitung
und der komplementären
Bitleitung, durch so genannte Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen
(precharge/equalize circuits), die mit den Bitleitungen verbunden
sind, auf dasselbe Potential vorgeladen. Das Vorladungs-Potential
kann der Hälfte
der Spannung einer Bitleitung in einem logisch hohen Zustand entsprechen
(d. h. VBLH/2). Dies stellt sicher, dass – vor dem Auslesen von Daten – zwischen
dem Potential des Abschnitts der Bitleitung und des Abschnitts der
entsprechenden komplementären
Bitleitung keine Differenzen auftreten, die anderenfalls die geringe
Ladungsmenge, die von dem Kondensator einer Speicherzelle während des Auslesens
an die Bitleitungen übertragen
wird, überlagern
könnten.
Unmittelbar vor dem Auslesen der Speicherzellen werden die Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen,
die mit den Bitleitungsabschnitten verbunden sind, die mit der auszulesenden
Speicherzelle verbunden werden, abgeschaltet.
-
Die
im Stand der Technik bekannten DRAMs weisen außerdem Isolierschaltungen mit
Isoliertransistoren auf, die dazu dienen, den Leseverstärker während des
Auslesens der Speicherzellen von der Seite/den Bitleitungsabschnitten
zu trennen, die nicht mit den auszulesenden Speicherzellen verbunden ist/sind.
-
Jede
Isolierschaltung kann z. B. aus zwei NMOS-FETs bestehen, deren Source-Drain-Pfade die
entsprechenden Bitleitungsabschnitte unterbrechen können.
-
Bei
den bekannten DRAMs werden außerhalb
der Lese- und Schreibzyklen entsprechende Vorspannungen an die Gates
der Isoliertransistoren der Isolierschaltungen angelegt. Diese Vorspannungen
können
z. B. einer intern im DRAM erzeugten Spannung (VINT) entsprechen.
-
Unmittelbar
vor dem Auslesen einer Speicherzelle wird diejenige Seite des Leseverstärkers, die
mit den nicht auszulesenden Speicherzellen verbunden ist, von dem/den
entsprechenden Bitleitungsabschnitt(en) abgekoppelt, indem die Gates
der entsprechenden Isoliertransistoren, die sich auf dieser Seite
des Leseverstärkers
befinden, geerdet werden. Gleichzeitig kann die andere Seite des
Leseverstärkers
elektrisch mit dem/den entsprechenden Bitleitungsabschnitt(en) gekoppelt
werden, indem die Gatespannung, die an die Gates der Isoliertransistoren
angelegt wird, die sich auf der anderen Seite des Leseverstärkers befinden,
z. B. von dem oben genannten Anfangswert VINT auf einen Spannungswert
VPP erhöht
wird.
-
Das
eigentliche Auslesen der Speicherzelle wird kurz darauf initiiert,
indem entsprechende Wortleitungssignale die Zugriffstransistoren,
die mit den Speicherkondensatoren verbunden sind, durchschalten.
Dann werden entsprechende Aktivierungsspannungen an den Leseverstärker angelegt,
woraufhin der Leseverstärker
die Potentialdifferenzen, die von den Speicherkondensatoren an die
entsprechenden Bitleitungsab schnitte übertragen werden, verstärkt und
ein entsprechend verstärktes
Differentialsignal ausgibt.
-
Das
entsprechend verstärkte
Differentialsignal wird von dem Leseverstärker an entsprechende lokale
Datenleitungen übertragen,
die durch entsprechende Transistoren an den Leseverstärker gekoppelt
werden können.
-
Das
oben genannte verstärkte
Differentialsignal wird von den lokalen Datenleitungen zu entsprechenden
globalen Datenleitungen und zur weiteren Verstärkung zu einem weiteren Verstärker (so
genannter „sekundärer Leseverstärker") übertragen.
-
Um
ein schnelles Auslesen von Daten aus den Speicherzellen bzw. Schreiben
von Daten in die Speicherzellen zu ermöglichen, müssen die Kondensatoren der
Speicherzellen schnell entladen bzw. geladen werden können (z.
B. im Nanosekunden-Bereich).
-
Weist
der mit dem Kondensator einer Speicherzelle verbundene (Strom-)Pfad
einen relativ großen
(Serien-)Widerstandswert auf, wird durch die sich ergebende relativ
große
RC-Konstante ein schnelles
Laden/Entladen des Kondensators verhindert.
-
Der
o. g. Serien-Widerstandswert wird wesentlich von dem ohmschen Widerstand
der Verbindung zwischen Speicherzellen-Kondensator und dem jeweiligen Speicherzellen-Zugriffstransistor
verursacht.
-
Aus
den o. g. Gründen
ist es erstrebenswert, den o. g. Serien-Widerstandswert bzw. die o. g. RC-Konstante
möglichst
exakt messen zu können, insbesondere
bei entsprechenden oder ähnlichen Frequenzen,
wie im Normalbetrieb des Halbleiterspeichers.
-
Aus
der
US 6 774 734 B2 ist
ein System bekannt, bei dem ein Eingang einer zu testenden DRAM
Schaltung an den Ausgang eines Puls-Generators angeschlossen ist,
und ein Ausgang der DRAM Schaltung an den Eingang einer Teilerschaltung.
Der Generator und die Teilerschaltung sind Teil eines Ringoszillators.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Halbleiterspeicher und
ein neuartiges Mess-Verfahren für
einen Halbleiterspeicher zur Verfügung zu stellen.
-
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch die Gegenstände
der Ansprüche
1 und 12.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Vorteilhaft
weist das Mess-Verfahren zusätzlich
den Schritt auf:
- – Vergleichen der sich für den Ring-Oszillator
ergebenden Frequenzen bei an den Ring-Oszillator angeschlossener
und bei vom Ring-Oszillator getrennter Speicherkapazität.
-
Auf
diese Weise kann auf die zum Laden/Entladen der Speicherzelle jeweils
notwendige Zeit rückgeschlossen
werden, und damit auf die RC-Konstante der Speicherzelle.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
und der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Abschnitts eines DRAMs, für das das
erfindungsgemäße Mess-Verfahren
verwendet werden kann; und
-
2 eine
schematische beispielhafte Darstellung eines zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Mess-Verfahrens
an eine oder mehrere Speicherzellen anschließbaren Ring-Oszillators gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines DRAMs, für das das
erfindungsgemäße Mess-Verfahren
verwendet werden kann.
-
Das
DRAM weist einen Leseverstärker 1 auf, der
aus zwei NMOS-FETs 2 und 3 und zwei PMOS-FETs 4 und 5 besteht,
die in der Art eines Flip-Flops miteinander verbunden sind. Ein
Ende des Source-Drain-Pfads des ersten NMOS-FETs 2 ist
mit einer Bitleitung 6 (BitLine_t) verbunden. Außerdem ist
das Gate des ersten NMOS-FETs 2 mit einer weiteren Bitleitung 7 (BitLine_c),
die komplementär
zu der Bitleitung 6 ist, verbunden.
-
Des
Weiteren ist das andere Ende des Source-Drain-Pfads des ersten NMOS-FETs 2 mit
einem Ende des Source-Drain-Pfads des zweiten NMOS-FETs 3 verbunden,
dessen Source-Drain-Pfad an seinem anderen Ende mit der komplementären Bitleitung 7 verbunden
ist. Außerdem
ist das Gate des zweiten NMOS-FETs 3 mit der Bitleitung 6 verbunden.
-
Ein
Ende des Source-Drain-Pfads des ersten PMOS-FETs 4 ist
mit der Bitleitung 6 verbunden. Außerdem ist das Gate des ersten
PMOS-FETs 4 mit der komplementären Bitleitung 7 verbunden.
Des Weiteren ist das andere Ende des Source-Drain-Pfads des ersten
PMOS-FETs 4 mit einem Ende des Source-Drain-Pfads des zweiten PMOS-FETs 5 verbunden,
dessen Source-Drain-Pfad an seinem anderen Ende mit der komplementären Bitleitung 7 verbunden
ist. Außerdem
ist das Gate des zweiten PMOS-FETs 5 mit der Bitleitung 6 verbunden.
-
Wenn
der Leseverstärker 1 aktiviert
werden soll, werden entsprechende Spannungen SAN bzw. SAP an die
Verbindungspunkte der Source-Drain-Pfade der beiden NMOS-FETs 2 und 3 und der
beiden PMOS-FETs 4 und 5 angelegt.
-
Der
in 1 gezeigte Leseverstärker 1 ist im Stand
der Technik bekannt und ist beispielsweise in dem Buch „VLSI Memory
Chip Design" von
Kiyoo Itoh, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2001,
auf den Seiten 15 bis 17 beschrieben. Auf diesen Abschnitt des Buchs
wird daher ebenso wie auf den Rest des Buchs ausdrücklich in
dieser Beschreibung Bezug genommen.
-
Der
Leseverstärker 1 ist
links und rechts jeweils mit einer Isolierschaltung 8 bzw. 9 verbunden. Die
Isolierschaltungen 8 und 9 bestehen aus zwei NMOS-FETs 10, 11 bzw. 12, 13,
deren Source-Drain-Pfade die Bitleitungen 6 und 7 unterbrechen können, um
die entsprechende Seite des Leseverstärkers 1 während des
Auslesens oder Schreibens von Daten aus oder in die Speicherzellen,
die sich auf der jeweils anderen Seite des Leseverstärkers 1 befinden,
zu entkoppeln.
-
Die
Gates der NMOS-FETs 10, 11 bzw. 12, 13 der
Isolierschaltungen 8, 9, die miteinander verbunden
sind, können über eine
Steuerspannung ISOL (im Falle der Isolierschaltung 8 auf
der linken Seite des Leseverstärkers 1)
oder eine Steuerspannung ISOR (im Falle der Isolierschaltung 9 auf
der rechten Seite des Leseverstärkers 1)
angesteuert werden.
-
Der
in 1 gezeigte DRAM-Abschnitt weist außerdem zwei
Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen (precharge/equalize circuits) 32 und 14,
auf, die in 1 auf der linken und rechten
Seite nahe der Isolierschaltungen 8 und 9 dargestellt
sind. Die Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen 32 und 14 dienen
dazu, die entsprechenden Abschnitte der Bitleitung 6 und
der komplementären
Bitleitung 7 vor dem Auslesen von Daten aus einer oder
dem Schreiben von Daten in eine Speicherzelle auf dieselbe Spannung zu
laden, z. B. eine Spannung, die der Hälfte der Spannung einer Bitleitung
in einem logisch hohen Zustand (VBLH/2) entspricht.
-
Jede
Vorladungs-/Ausgleichsschaltung 32, 14 besteht
aus drei NMOS-Transistoren 15, 16, 17 bzw. 18, 19, 20.
Der Source-Drain-Pfad
eines ersten der drei entsprechenden NMOS-Transistoren 17 oder 20 einer
entsprechenden Vorladungs-/Ausgleichsschaltung 32, 14 ist
zwischen die Bitleitung 6 und die komplementäre Bitleitung 7 geschaltet.
Die Source-Drain-Pfade
der beiden anderen NMOS-Transistoren 15, 16 bzw. 18, 19 sind
in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung ebenfalls zwischen
die Bitleitung 6 und die komplementäre Bitleitung 7 geschaltet
ist. Wie aus 1 hervorgeht, liegt die oben
genannte Spannung VBLH/2 an dem Verbindungspunkt der Source-Drain-Pfade
der beiden NMOS-Transistoren 15, 16 bzw. 18, 19 an.
Die Gates der drei NMOS-FETs 15, 16, 17 bzw. 18, 19, 20 der Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen 32, 14 sind
miteinander und mit einer Steuerspannung EQLL bzw. EQLR verbunden,
die von einer (in 1 nicht gezeigten) Steuerschaltung
zugeführt
wird, um die Vorladungs/Ausgleichsschaltungen 32, 14 an-
und abzuschalten. Die in 1 gezeigten Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen 32, 14 sind
ebenfalls im Stand der Technik bekannt und beispiels weise in dem
oben genannten Abschnitt des Buches von Itoh beschrieben.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist mit jeder der Bitleitungen 6 und 7 eine
Vielzahl von Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a (sowie
weitere, in 1 nicht gezeigte Speicherzellen)
verbunden. Die Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a weisen
jeweils einen Speicherkondensator 21, 23, 24, 25 auf,
der mit den Bitleitungen 6 oder 7 über den
Source-Drain-Pfad eines entsprechenden Zugriffstransistors 22, 26, 27, 28, der
jeweils aus einem NMOS-FET besteht, verbunden werden kann.
-
Die
Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a – und eine
Vielzahl weiterer, hier nicht dargestellter Speicherzellen – sind in
mehreren Zeilen und Spalten nebeneinanderliegend in einen oder mehreren
Zellfeldbereichen bzw. Arrays des DRAMs angeordnet.
-
Die
Zugriffstransistoren 22, 26, 27, 28 können über entsprechende
Wortleitungen 29, 30, 31, 33 angesteuert
werden.
-
Wie
des Weiteren aus 1 ersichtlich ist, kann eine
erste lokale Datenleitung 101 ("LocalDataLine_t") über
den Source-Drain-Pfad
eines entsprechenden Transistors 103 ("Bitschalter") (hier: ein NMOS-FET BS_t) mit der
Bitleitung 6 verbunden werden, und eine zweite lokale Datenleitung 102 ("Local-DataLine_c") kann über den
Source-Drain-Pfad eines entsprechenden Transistors 104 ("Bitschalter") (hier: ein NMOS-FET
BS_c) mit der komplementären
Bitleitung 7 verbunden werden.
-
Die
Transistoren 103, 104 können durch Anlegen eines entsprechenden
Steuersignals CSL an die Gates der Transistoren 103, 104 (z.
B. über
entsprechende Paare von CSL-Steuerleitungen 105, 106)
an- und abgeschaltet werden (so dass die Bitleitungen 6, 7 mit
den lokalen Datenleitungen 101, 102 verbunden/von
diesen getrennt werden).
-
Um
Daten aus einer entsprechenden Speicherzelle (z. B. der Speicherzelle 22a)
auszulesen („Lesezugriff"), wird der entsprechende
Zugriffstransistor 22 durch Aktivieren der entsprechenden
Wortleitung 33 durchgeschaltet (was zu einer Durchschaltung
aller der mehreren Zugriffstransistoren 22, etc. führt, die
mit der entsprechenden Wortleitung 33 verbunden und in
ein und derselben Zeile bzw. Spalte eines entsprechenden Zellfeldbereichs
bzw. Arrays angeordnet sind).
-
Dadurch
wird der in dem Kondensator 21 der entsprechenden Speicherzelle 22a gespeicherte
Ladungszustand an die entsprechende Bitleitung 6, 7 angelegt.
-
Dann
wird das aus dem Kondensator 21 austretende schwache Signal
durch den oben genannten Leseverstärker 1 verstärkt.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist der Leseverstärker 1 ein
so genannter „geteilter
Leseverstärker", der sowohl während des
Auslesens einer Speicherzelle (z. B. der Speicherzelle 22a),
die sich auf der linken Seite, als auch einer Speicherzelle (z.
B. der Speicherzelle 28a), die sich auf der rechten Seite
entlang der oben genannten Bitleitungen 6, 7 befindet, verwendet
wird.
-
Vor
dem Auslesen einer Speicherzelle werden entsprechende Bitleitungsabschnitte,
d. h. entsprechende Abschnitte der nicht-komplementären Bitleitung 6 und
der komplementären Bitleitung 7, durch
eine entsprechende der oben genannten Vorladungs-/Ausgleichsschaltungen 32, 14 auf
dasselbe Potential vorgeladen, das z. B. der Hälfte der Spannung einer Bitleitung
im logisch hohen Zustand (VBLH/2) entspricht.
-
Unmittelbar
vor dem Auslesen einer Speicherzelle wird die entsprechende Vorladungs-/Ausgleichsschaltung 32, 14 abgeschaltet.
-
Mit
Hilfe der oben genannten Isolierschaltungen 8, 9 wird
der Leseverstärker 1 während des
Auslesens einer Speicherzelle (z. B. der Speicherzelle 22a)
von der Seite/dem Bitleitungsabschnitt, die/der nicht mit den auszulesenden
Speicherzellen verbunden ist, getrennt und mit der Seite/dem Bitleitungsabschnitt
gekoppelt, die/der mit den auszulesenden Speicherzellen (z. B. der
Speicherzelle 22a) verbunden ist.
-
Das
eigentliche Auslesen der Speicherzelle (z. B. der Speicherzelle 22a)
wird kurz danach – wie oben
erwähnt – durch
Durchschalten des entsprechenden Zugriffstransistors (z. B. des
Transistors 22), der mit dem entsprechenden Kondensator
(z. B. dem Kondensator 21) verbunden ist, initiiert, indem die
entsprechende Wortleitung (z. B. die Wortleitung 33) aktiviert
wird.
-
Dann
werden entsprechende Aktivierungsspannungen an den Leseverstärker 1 angelegt,
woraufhin der Leseverstärker 1 die
Potentialdifferenzen, die von dem entsprechenden Kondensator 21 übertragen
werden, verstärkt
und ein entsprechend verstärktes
Differentialsignal ausgibt.
-
Das
entsprechend verstärkte
Differentialsignal wird von dem Leseverstärker 1 zu dem oben
genannten Paar von lokalen Datenleitungen 101, 102 übertragen.
-
Um
das oben genannte Paar von lokalen Datenleitungen 101, 102 mit
dem Leseverstärker 1 zu verbinden,
wird das oben genannte, an den CSL-Steuerleitungen 105, 106 anliegende
Steuersignal CSL von einem logisch niedrigen in einen logisch hohen
Zustand versetzt, so dass die entsprechenden Transistoren 103, 104 ("Bitschalter") durchgeschaltet werden.
-
Das
oben genannte verstärkte
Differentialsignal wird dann von dem oben genannten Paar von lokalen
Datenleitungen 101, 102 an entsprechende globale
Datenleitungen übertragen
(insbesondere an ein assoziiertes Paar von globalen Datenleitungen), und
von dort zu einem weiteren Verstärker
(so genannter „sekundärer Leseverstärker") zur weiteren Verstärkung.
-
Danach
wird das oben genannte, an den CSL-Steuerleitungen 105, 106 anliegende
Steuersignal CSL wieder von dem oben genannten logisch hohen in
den oben genannten logisch niedrigen Zustand versetzt, so dass die
entsprechenden Transistoren 103, 104 („Bitschalter") das oben genannte Paar
von lokalen Datenleitungen 101, 102 wieder von dem
Leseverstärker 1 trennen.
-
Um
Daten in eine Speicherzelle (z. B. die Speicherzelle 22a)
zu schreiben („Schreibzugriff"), wird im Wesentlichen
ein zu dem oben beschriebenen Prozess umgekehrter Prozess durchgeführt (der im
Stand der Technik bekannt ist und daher hier nicht im Einzelnen
beschrieben wird).
-
Kurz
gesagt, wird ein entsprechendes Differentialsignal von der entsprechenden
globalen Datenleitung an das entsprechende Paar von lokalen Datenleitungen 101, 102 übertragen.
-
Dann
wird das oben genannte, an den CSL-Steuerleitungen 105, 106 anliegende
Steuersignal CSL von dem oben genannten logisch niedrigen Zustand
in einen logisch hohen Zustand versetzt, so dass die entsprechenden
Transistoren 103, 104 („Bitschalter") durchgeschaltet
werden.
-
Hierdurch
wird das Paar von lokalen Datenleitungen 101, 102 mit
dem oben genannten Leseverstärker 1 verbunden,
und das oben genannte, an dem Paar von lokalen Datenleitungen 101, 102 anliegende
Differentialsignal wird an den Leseverstärker 1 übertragen
(und dann an die entsprechende Speicherzelle 22a, die durch
Aktivieren einer entsprechenden der oben genannten Wortleitungen 33 ausgewählt wurde).
-
Um
ein schnelles Auslesen bzw. Schreiben von Daten zu ermöglichen,
müssen
die Kondensatoren 21, 23, 24, 25 der
Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a schnell
entladen bzw. geladen werden können (z.
B. im Nanosekunden-Bereich).
-
Weist
der mit dem Kondensator 21, 23, 24, 25 einer
Speicherzelle 22a, 26a, 27a, 28a verbundene
(Strom-)Pfad einen relativ großen
(Serien-)Widerstandswert auf, wird durch die sich ergebende relativ große RC-Konstante
ein schnelles Laden/Entladen des Kondensators verhindert.
-
Der
o. g. Serien-Widerstandswert wird wesentlich von dem ohmschen Widerstand
der Verbindung zwischen Speicherzellen- Kondensator 21, 23, 24, 25 und
dem jeweiligen Speicherzellen-Zugriffstransistor 22, 26, 27, 28 verursacht.
-
Um
den o. g. Serien-Widerstandswert bzw. die o. g. RC-Konstante, bzw. eine
den Widerstandswert bzw. die RC-Konstante
repräsentierende
Größe messen
zu können,
wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein auf dem DRAM angeordneter, in 2 gezeigter
Ring-Oszillator 110 verwendet.
-
Dieser
weist eine ungerade Anzahl an Invertern 111, 112, 113, 114, 115 auf,
die hintereinandergeschaltet, und in Form eines Rings miteinander
verschaltet sind.
-
Wie
aus 2 hervorgeht, ist beim Ring-Oszillator 110 der
Ausgang eines ersten Inverters 111 über eine Leitung 141 mit
dem Eingang eines dahintergeschalteten zweiten Inverters 112 verbunden, dessen
Ausgang über
eine Leitung 142 mit dem Eingang eines dahintergeschalteten
dritten Inverters 113 verbunden ist. Der Ausgang des dritten
Inverters 113 ist über
eine Leitung 143 mit dem Eingang eines dahintergeschalteten
vierten Inverters 114 verbunden, dessen Ausgang über eine
Leitung 144 mit dem Eingang eines dahintergeschalteten
fünften
Inverters 115 verbunden ist. Der Ausgang des fünften Inverters 115 ist über eine
Leitung 145 mit dem Eingang des ersten Inverters 111 verbunden,
wodurch sich die o. g. ringförmige
Struktur ergibt.
-
Wird
der Ring-Oszillator 110 getriggert (z. B. durch Initiierung
eines Zustands-Wechsels bei einem der Inverter 111, 112, 113, 114, 115,
bzw. bei einem an einer der Leitungen 141, 142, 143, 144, 145 anliegenden
Signal) wird das entsprechende Signal, bzw. der entsprechende Zustands-Wechsel – auf jeweils invertierte
Weise, und jeweils um die Gatterlaufzeit des jeweiligen Inverters 111, 112, 113, 114, 115 verzögert – vom jeweiligen
Inverter 111, 112, 113, 114, 115 an
den jeweils dahintergeschalteten Inverter 111, 112, 113, 114, 115 weitergeschaltet.
-
Das
Signal bzw. die Zustands-Wechsel laufen dann fortdauern durch den
Ring, wobei die Inverter 111, 112, 113, 114, 115,
und die an den Leitungen 141, 142, 143, 144, 145 anliegenden
Signale dann fortdauernd ihren Zustand hin- und herwechseln.
-
Die
Zustands-Wechsel-Frequenz hängt – in einem „Normal-Test-Modus" des Ring-Oszillators 110 (s.
u.) – im
Wesentlichen von der Anzahl der im Ring vorgesehenen Inverter 111, 112, 113, 1 14, 115 ab, sowie
der o. g. Gatterlaufzeit, und kann z. B. zwischen einigen MHz und
mehreren GHz liegen, z. B. zwischen 100 MHz und 50 GHz.
-
Als
Ring-Oszillator 110 kann ein auf dem DRAM zur Messung der
Schalt-Geschwindigkeit bzw. der Gatterlaufzeit von Standard-Devices
vorgesehener Ring-Oszillator 110 verwendet werden.
-
Wie
aus 2 hervorgeht, wird ein an einer der Leitungen 141, 142, 143, 144, 145 anliegendes, von
einem der Inverter 111, 112, 113, 114, 115 ausgegebenes
Signal OUT1 über
eine Leitung 146 an einen Frequenzteiler 151 weitergeleitet,
und von diesem – mit
heruntergeteilter, geringerer Frequenz – an ein Ausgangs-Pad 150 des
DRAMs (Signal OUT2).
-
Das
Signal OUT2 wird von einem Testgerät (nicht dargestellt) abgegriffen,
welches die Frequenz des Signals OUT2 ermittelt.
-
Aus
der Signal-Frequenz des Signals OUT2 kann – wie sich aus den Ausführungen
oben ergibt – (da
die Anzahl der Inverter 111, 112, 113, 114, 115 im Ring-Oszillator 110,
und die durch den Frequenzteiler 151 bewirkte Frequenzteilung
bekannt sind) auf die Schalt-Geschwindigkeit bzw. die Gatterlaufzeit der
Inverter 111, 112, 113, 114, 115 rückgeschlossen werden
(und damit auf die Schalt-Geschwindigkeit entsprechender, weiterer
im DRAM verwendeter Standard-Devices).
-
Gemäß dem hier
erläuterten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Ring-Oszillator 110 außer im o.
g. – zur
Ermittlung der Schalt-Geschwindigkeit bzw. der Gatterlaufzeit dienenden – „Normal-Test-Modus" zusätzlich in
einem im folgenden genauer erläuterten „Spezial-Test-Modus" betrieben.
-
Alternativ
kann zusätzlich
zum Ring-Oszillator 110 ein – im Wesentlichen identisch
wie der Ring-Oszillator 110 in 2 aufgebauter,
und eingerichteter – weiterer
Ring-Oszillator vorgesehen sein, wobei der Ring-Oszillator 110 ausschließlich für einen
Betrieb im o. g. „Normal-Test-Modus" eingerichtet ist,
und der weitere Ring-Oszillator ausschließlich für einen Betrieb im – im folgenden
genauer erläuterten – „Spezial-Test-Modus".
-
Der „Spezial-Test-Modus" dient dazu, den
o. g. Serien-Widerstandswert
bzw. die o. g. RC-Konstante der Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a (bzw. von
speziell und ausschließlich
zu Test-Zwecken vorgesehenen (Test- bzw. Dummy) Speicherzellen 122a, 128a (s.
u.)), bzw. eine diesen Serien-Widerstandswert
bzw. diese RC-Konstante repräsentierende
Größe zu messen.
-
Der
Ring-Oszillator 110 kann hierzu – im „Spezial-Test-Modus" – mit einer oder mit mehreren (Test-
bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a verbunden
werden (z. B. mit mehr als zwei, drei oder fünf (Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a, z.
B. einer Anzahl an (Test- bzw. Dummy)Speicherzellen 122a, 128a,
die der Anzahl der im Ring-Oszillator 110 vorgesehenen
Inverter 111, 112, 113, 114, 115 entsprechen
kann).
-
Die
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a können außerhalb
des bzw. der Zellfeldbereiche bzw. Arrays angeordnet sein, in denen
die eigentlichen, im Normalbetrieb des DRAMs zum Speichern von Nutzdaten
vorgesehenen Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a angeordnet
sind, oder – alternativ – auch innerhalb
eines entsprechenden Zellfeldbereichs bzw. Arrays.
-
Die
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a werden
im Normalbetrieb des DRAMs nicht angesteuert, bzw. dienen nicht
zum Speichern von Nutzdaten, sondern – ausschließlich – zu Testzwecken.
-
Die
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a sind
entsprechend ähnlich
bzw. identisch aufgebaut, und eingerichtet, wie die z. B. in 1 gezeigten,
im Normalbetrieb des DRAMs zum Speichern von Nutzdaten vorgesehenen
Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a.
-
Wie
aus 2 hervorgeht, weisen die (Test- bzw. Dummy)Speicherzellen 122a, 128a – entsprechend
wie die Nutzdaten-Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a – jeweils
einen Speicherkondensator 121, 124 auf, sowie
einen Zugriffstransistor 122, 128.
-
Die
Speicherkondensatoren 121, 124 der (Test- bzw.
Dummy)Speicherzellen 122a, 128a sind entsprechend ähnlich bzw.
identisch aufgebaut, und eingerichtet, wie die Speicherkondensatoren 21, 23, 24, 25 der
Normalbetrieb-Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a.
-
Entsprechend
sind auch die Zugriffstransistoren 122, 128 der
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a entsprechend ähnlich bzw.
identisch aufgebaut, und eingerichtet, wie die Zugriffstransistoren 22, 26, 27, 28 der
Normalbetrieb-Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a.
-
Die
Zugriffstransistoren 122, 128 der (Test- bzw.
Dummy)Speicherzellen 122a, 128a können z. B.
aus einem NMOS-FET bestehen, dessen Source-Drain-Pfad an einem Ende
mit dem jeweiligen Speicherkondensator 121, 124 verbunden
ist, und mit dem anderen Ende über
eine entsprechende Leitung 147, 148 mit dem Ring-Oszillator 110,
insbesondere jeweils mit einer entsprechenden zwischen zwei entsprechenden
Invertern 111, 112 vorgesehenen Leitung 141.
-
Werden
mehrere (Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a verwendet,
kann mit der zwischen zwei Invertern 111, 112 vorgesehenen
Leitung 141 jeweils eine einzelne (Test- bzw. Dummy-)Speicherzelle 122a, 128a verbunden
sein, oder – alternativ – auch mehrere
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a (z.
B. zwei, drei oder mehr als drei (Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a).
-
Die
Gates der Zugriffstransistoren 122, 128 der (Test-
bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a werden – anders
als die Zugriffstransistoren der Normalbetrieb-Speicherzellen 22, 26, 27, 28 – nicht über entsprechende
Wortleitungen 29, 30, 31, 33 angesteuert,
sondern über
spezielle Test-Steuerleitungen 131, 133.
-
Zum
Betreiben des DRAMs im o. g. „Spezial-Test-Modus" werden ein oder
mehrere Zugriffstransistoren 122, 128 der (Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a durch
Anlegen eines entsprechenden Signals an der entsprechenden Test-Steuerleitung 131, 133 durchgeschaltet,
d. h. von einem nicht-leitfähigen
in einen leitfähigen
Zustand gebracht.
-
Auf
diese Weise werden eine oder mehrere der Speicherkondensatoren 121, 124 der
(Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a elektrisch
leitfähig
mit dem Ring-Oszillator 110 verbunden.
-
Bei
einer ebenfalls denkbaren alternativen Variante des erfindungsgemäßen Mess-Verfahrens können zur
Durchführung
des Verfahrens statt der o. g. (Test- bzw. Dummy-)Speicherzellen 122a, 128a auch
eine oder mehrere der o. g. Normalbetrieb-Speicherzellen 22a, 26a, 27a, 28a verwendet werden
(die zu diesem Zweck – im
o. g. „Spezial-Test-Modus" – elektrisch leitfähig mit
dem Ring-Oszillator 110 verbunden werden können, z.
B. indem das mit einer entsprechenden Bitleitung 6, 7 verbundene
Ende des Source-Drain-Pfads des entsprechenden Zugriffstransistors 22, 26, 27, 28 der entsprechenden Normalbetrieb-Speicherzelle 22a, 26a, 27a, 28a über eine
entsprechende Schalt-Einrichtung elektrisch leitfähig mit
einer entsprechenden Leitung 141 zwischen zwei Invertern 111, 112 des Ring-Oszillators 110 verbunden
wird).
-
Im „Spezial-Test-Modus" des DRAMs – bei dem
wie erläutert
eine oder mehrere der (Test- bzw. Dummy)Speicherkondensatoren 121, 124 (bzw. – alternativ – der Normalbetrieb-Speicherkondensatoren 12, 23, 24, 25)
elektrisch leitfähig
mit dem Ring-Oszillator 110 verbunden sind – wird entsprechend ähnlich wie
oben für
den „Normal-Test-Modus" des Ring-Oszillators 110 beschrieben
der Ring-Oszillator 110 getriggert.
-
Dies
kann z. B. wiederum durch Initiierung eines Zustands-Wechsels bei einem
der Inverter 111, 112, 113, 114, 115,
bzw. bei einem an einer der Leitungen 141, 142, 143, 144, 145 anliegenden
Signal erfolgen, woraufhin das entsprechende Signal, bzw. der entsprechende
Zustands-Wechsel – auf
jeweils invertierte Weise, und jeweils verzögert – vom jeweiligen Inverter 111, 112, 113, 114, 115 an
den jeweils dahintergeschalteten Inverter 111, 112, 113, 114, 115 weitergeschaltet
wird.
-
Das
Signal bzw. die Zustands-Wechsel laufen dann fortdauern durch den
Ring, wobei die Inverter 111, 112, 113, 114, 115,
und die an den Leitungen 141, 142, 143, 144, 145 anliegenden
Signale dann fortdauernd ihren Zustand hin- und herwechseln.
-
Die
Zustands-Wechsel-Frequenz hängt – anders
als im „Normal-Test-Modus" des Ring-Oszillators 110 – nicht
nur von der Anzahl der im Ring vorgesehenen Inverter 111, 112, 113, 114, 115,
und der Inverter-Gatterlaufzeit ab, sondern auch von der – durch
die Zuschaltung der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a – an den
Leitungen 141 zwischen den Invertern 111, 112 bedingten
(Zusatz-)Last (bzw. von der Geschwindigkeit, mit der die Speicherkondensatoren 121, 124 bzw. 12, 23, 24, 25 – bei einem
Zustandswechsel des an der jeweiligen Leitung 141 zwischen
den Invertern 111, 112 anliegenden Signals in
einer ersten Richtung – geladen und – bei einem
Zustandswechsel des an der jeweiligen Leitung 141 anliegenden
Signals in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung – wieder
entladen werden können,
d. h. mit anderen Worten der RC-Konstante der jeweiligen Speicherzelle 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a).
-
Das
an der Leitung 116 von dem Ring-Oszillator 110 ausgegebene
Signal OUT1 wird – entsprechend
wie im „Normal-Test-Modus" – an den Frequenzteiler 151 weitergeleitet,
und von diesem – mit heruntergeteilter,
geringerer Frequenz – an
das Ausgangs-Pad 150 des DRAMs (Signal OUT2).
-
Das
Signal OUT2 wird von einem Testgerät (nicht dargestellt) abgegriffen,
welches die Frequenz des Signals OUT2 ermittelt.
-
Wie
sich aus den Ausführungen
oben ergibt, ist die ermittelte Frequenz im „Spezial-Test-Modus", d. h. beim Betrieb
des Ring-Oszillators 110 bei angeschlossenen Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a geringer,
als im „Normal-Test-Modus" (d. h. beim Betrieb
des Ring-Oszillators 110 ohne Anschluss von Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a).
-
Aus
dem Unterschied zwischen den Signal-Frequenzen im „Spezial-Test-Modus" und im „Normal-Test-Modus" kann – wie sich
aus den Ausführungen
oben ergibt – (da
die Anzahl der Inverter 111, 112, 113, 114, 115 im
Ring-Oszillator 110, und die durch den Frequenzteiler 151 bewirkte
Frequenzteilung, sowie die Schalt-Geschwindigkeit bzw. die Gatterlaufzeit
der Inverter 111, 112, 113, 114, 115 bekannt
sind) auf die zum Laden/Entladen der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a jeweils
notwendige Zeit rückgeschlossen
werden (und damit auf die RC-Konstante der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a).
-
Die
Größe der Kapazität C der
Speicherkondensatoren 121, 124 bzw. 21, 23, 24, 25 der
Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a kann bei
an sich bekannten, separat durchgeführten Messverfahren ermittelt
werden (z. B. bei entsprechenden am Waferritzrahmen durchgeführten Messungen).
-
Aus
der Größe der Speicherkondensator-Kapazität C, und
der auf die o. g. Weise ermittelten RC-Konstante der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a kann
der (Serien)Widerstandswert des an die Speicherkondensatoren 121, 124 bzw. 21, 23, 24, 25 angeschlossenen
(Strom-)Pfads ermittelt werden, insbesondere der ohmschen Widerstand
der Verbindung zwischen Speicherzellen-Kondensator 121, 124 bzw. 21, 23, 24, 25 und
dem jeweiligen Speicherzellen-Zugriffstransistor 122, 128 bzw. 22, 26, 27, 28.
-
Bei
alternativen Varianten des erfindungsgemäßen Mess-Verfahrens kann der Ring-Oszillator 110 im „Spezial-Test-Modus" jeweils selektiv
in einem von mehreren Sub-Modi betrieben werden, bei denen selektiv
jeweils unterschiedliche und/oder eine unterschiedliche Anzahl von
Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a (bzw.
genauer: Speicherzellen-Kondensatoren 121, 124 bzw. 21, 23, 24, 25)
an den Ring-Oszillator 110 angeschlossenen, d. h. elektrisch
leitfähig
mit dem Ring-Oszillator 110 verbunden werden.
-
Aus
den Unterschieden zwischen den sich für den Ring-Oszillator 110 ergebenden,
gemessenen Signal-Frequenzen in den jeweiligen Sub-Modi des „Spezial-Test-Modus" (und/oder den Unterschieden
zwischen den Signal-Frequenzen in den jeweiligen „Spezial-Test"-Sub-Modi, und im „Normal-Test-Modus") kann wiederum – ggf. mit
höherer Genauigkeit,
als bei der oben beschriebenen Vorgehensweise – auf die zum Laden/Entladen
der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a jeweils
notwendige Zeit rückgeschlossen
werden (und damit auf die RC-Konstante der Speicherzellen 122a, 128a bzw. 22a, 26a, 27a, 28a).
-
Bei
weiteren alternativen Varianten des erfindungsgemäßen Mess-Verfahrens
kann beim o. g. „Spezial-Test-Modus" (und/oder bei den
o. g. „Spezial-Test"-Sub-Modi) der jeweilige
Zugriffstransistor 122, 128 der jeweiligen (Test-
bzw. Dummy-)Speicherzelle 122a, 128a durch Anlegen
jeweils verschieden hohe Spannungspegel aufweisender Steuer-Signale
an der entsprechenden Test-Steuerleitung 131, 133 (d.
h. durch Verwenden jeweils unterschiedlicher Zugriffstransistor-Gate-Spannungen) jeweils
unterschiedlich stark durchgeschaltet, d. h. in jeweils unterschiedlich
stark leitfähige
Zustände
gebracht werden (insbesondere z. B. in mehr als zwei, vier oder sechs,
etc., oder beliebig mehr, z. B. mehr als zehn oder zwanzig unterschiedlich
stark leitfähige
Zustände).
-
Aus
den Unterschieden zwischen den sich für den Ring-Oszillator 110 ergebenden,
gemessenen Signal-Frequenzen bei jeweils unterschiedlicher Zugriffstransistor-Gate-Spannung
(bzw. beim „Durch-Scannen" bei verschieden
stark leitfähigen Zuständen des
jeweilige Zugriffstransistors 122, 128) kann auf
das Schaltverhalten des Zugriffstransistors 122, 128 rückgeschlossen
werden (und dadurch z. B. die Wortleitungs-Spannungspegel optimal eingestellt werden).
-
Bei
weiteren alternativen Ausführungsbeispielen
kann der Ring-Oszillator 110 statt auf dem DRAM auch separat
vom DRAM angeordnet sein, z. B. auf einem separaten Bauelement,
bzw. z. B. auf einer auf dem gleichen Wafer, wie der DRAM angeordneten – separaten – Test-Struktur.
-
- 1
- Leseverstärker
- 2
- NMOS-FET
- 3
- NMOS-FET
- 4
- PMOS-FET
- 5
- PMOS-FET
- 6
- Bitleitung
- 7
- komplementäre Bitleitung
- 8
- Isolierschaltung
- 9
- Isolierschaltung
- 10
- NMOS-FET
- 11
- NMOS-FET
- 12
- NMOS-FET
- 13
- NMOS-FET
- 14
- precharge/equalize
circuit
- 15
- NMOS-FET
- 16
- NMOS-FET
- 17
- NMOS-FET
- 18
- NMOS-FET
- 19
- NMOS-FET
- 20
- NMOS-FET
- 21
- Speicherkondensator
- 22
- Zugriffstransistor
- 22a
- Speicherzelle
- 23
- Speicherkondensator
- 24
- Speicherkondensator
- 25
- Speicherkondensator
- 26
- Zugriffstransistor
- 26a
- Speicherzelle
- 27
- Zugriffstransistor
- 27a
- Speicherzelle
- 28
- Zugriffstransistor
- 28a
- Speicherzelle
- 29
- Wortleitung
- 30
- Wortleitung
- 31
- Wortleitung
- 32
- precharge/equalize
circuit
- 33
- Wortleitung
- 101
- lokale
Datenleitung
- 102
- lokale
Datenleitung
- 103
- Transistor
- 104
- Transistor
- 105
- CSL-Steuerleitung
- 106
- CSL-Steuerleitung
- 110
- Ring-Oszillator
- 111
- Inverter
- 112
- Inverter
- 113
- Inverter
- 114
- Inverter
- 115
- Inverter
- 121
- Speicherkondensator
- 122
- Zugriffstransistor
- 122a
- Speicherzelle
- 124
- Speicherkondensator
- 128
- Zugriffstransistor
- 128a
- Speicherzelle
- 131
- Test-Steuerleitung
- 133
- Test-Steuerleitung
- 141
- Leitung
- 142
- Leitung
- 143
- Leitung
- 144
- Leitung
- 145
- Leitung
- 146
- Leitung
- 147
- Leitung
- 148
- Leitung
- 150
- Pad
- 151
- Frequenzteiler