-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiterspeichervorrichtungen
und insbesondere auf flüchtige
Halbleiterspeichervorrichtungen.
-
Beschreibung der verwandten
Technik
-
Die
Entwicklung der Submikrometer-CMOS-Technologie führte zu einer steigenden Nachfrage
an Hochgeschwindigkeits-Halbleiterspeichervorrichtungen,
z. B. dynamischen Direktzugriffsspeichervorrichtungen (DRAM-Vorrichtungen),
pseudostatischen Direktzugriffsspeichervorrichtungen (PSRAM-Vorrichtungen) und
dergleichen. Hierin werden derartige Speichervorrichtungen kollektiv
als DRAN-Vorrichtungen bezeichnet. Derartige Vorrichtungen verwenden
Speicherzellen, die aus einem Transistor und einem Kondensator bestehen.
Aufgrund eines Leckens benötigen
die Speicherzellen ein periodisches Wiederauffrischen, um Daten,
die in der Speicherzelle gespeichert sind, vor einer über die Zeit
erfolgenden Verfälschung
oder einem über
die Zeit erfolgenden Verfall zu schützen. Die in der Speicherzelle
gespeicherten Daten werden automatisch zu einem vollständigen Logikpegel
wiederhergestellt, wenn auf sie zugegriffen wird (z. B. über einen
Lese- oder einen Schreibvorgang), müssen jedoch periodisch wieder
aufgefrischt werden, wenn nicht auf dieselben zugegriffen wird.
Somit umfassen DRAM-Vorrichtungen üblicherweise
eine Wiederauffrischschaltungsanordnung, um eine Speicherzellenauffrischung
zu ermöglichen.
-
Die
Zeitdauer, über
die eine Speicherzelle Daten aufbewahren kann, ohne eine Wiederauffrischung
zu erfordern, wird üblicherweise
als Retentionszeit der Zelle bezeichnet. Variablen bei dem Herstellungsprozess
können
zu einer breit gefächerten Verteilung
von Retentionszeiten für
Zellen in einer DRAM-Vorrichtung führen. Testprozeduren, die dahin gehend
entworfen sind, die Retentionszeiten von Zellen zu bestimmen, werden
oft als Teil des Herstellungsprozesses durchgeführt. Während dieser Prozeduren werden
Zellen mit Retentionszeiten, die eine minimale festgelegte Retentionszeit
unterschreiten (d. h. „Zellen
einer schwacher Retention")
identifiziert. In manchen Fällen
kann ein Hersteller auf der Basis unterschiedlicher maximaler Retentionszeiten der
Zellen Vorrichtungen mit unterschiedlichen Güteklassen liefern. Beispielsweise
können
Zellen eines Teils einer normalen Güteklasse eine geringere Retentionszeit
aufweisen als ein fortschrittlicheres Teil. Das Teil mit einer fortschrittlicheren
Güteklasse
kann wünschenswerter
sein, da es weniger häufige
Wiederauffrischvorgänge
erfordert und somit eventuell weniger Ruhezustandsleistung verbraucht.
Jedoch können
Zellen, die sogar die weniger strenge minimale Retentionszeit für normale
Teile unterschritten haben, als gescheitert erachtet werden.
-
Bei
manchen Vorrichtungen kann eine Redundanz dazu verwendet werden,
derartige gescheiterte Zellen zu ersetzen. 1 veranschaulicht
ein Beispiel eines Redundanzschemas, das eine redundante Schaltungsanordnung
verwendet, um normale Zeilen 102, die gescheiterte Zellen
aufweisen, durch redundante Zeilen 104 zu ersetzen. Die
Ersetzung kann bewerkstelligt werden, indem Programmierbarer-Nur-Lese-Speicher-Register (PROM-Register) 106 mit
der Zeilenadresse einer Zeile mit einer gescheiterten Zelle, beispielsweise 102F (die veranschaulichenderweise eine
Zeilenadresse XA aufweist), programmiert werden. Auf normale Zeilen ohne
gescheiterte Zellen wird auf normale Weise über normale Zeilendecodierer 111 zugegriffen. Wenn
jedoch auf die normale Reihe XA zugegriffen wird (z. B. während eines
Wiederauffrischungs-, Lese- oder Schreibvorgangs), erfasst die redundante Schaltungsanordnung
eine Übereinstimmung
mit einem PROM-Register 106 und aktiviert stattdessen eine
entsprechende redundante Zeile 104 über einen Redundante-Zeile-Decodierer 112.
-
Jedoch
besteht ein Nachteil dieses Redundanzschemas darin, dass die Schaltungsanordnung, die
erforderlich ist, um eine Redundanz zu unterstützen (z. B. die redundanten
Zeilen selbst, die PROM-Register, Redundante-Zeilen-Decodierer und Vergleichsschaltungsanordnung),
einen beträchtliche
Chipfläche
einnimmt, die mit der Anzahl von redundanten Zeilen zunimmt. Folglich
wird üblicherweise
lediglich eine begrenzte Anzahl von redundanten Zeilen bereitgestellt.
Das Aufkommen von tragbaren Vorrichtungen (z. B. Mobiltelefonen,
persönlichen
digitalen Assistenten und dergleichen) führte zu einem Bedarf an Speicher
mit längeren
Retentionszeiten, die weniger Ruhezustandsleistung verbrauchen,
um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Folglich kann die Anzahl
von Zellen einer schwacher Retention über die Grenzen einer Redundanz
hinaus zunehmen.
-
Die
EP 0 790 620 A ,
auf der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beruht, offenbart
eine Speicherschaltung, die ein Array von Speicherelementen aufweist,
die ein periodisches Wiederauffrischen erfordern, und eine programmierbare
Adressbereitstellungsschaltung, die Informationen liefert, die schwache
Speicherelemente in dem Array identifizieren. Die Schaltungsanordnung
ist dahingehend verbunden, die Speicherelemente mit einer Rate,
die je nach den Informationen, die schwache Elemente identifizieren,
variiert wird, wieder aufzufrischen. Die Schaltungsanordnung weist
einen Haupt- und einen zusätzlichen
Wiederauffrischungszähler
auf. Der Hauptauffrischungszähler
ist mit dem zusätzlichen Wiederauffrischungszähler verbunden,
um ihn bei einer vorbestimmten Anzahl von Zählwerten des Hauptwieder auffrischungszählers zu
initiieren.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verbesserte Verfahren
und Schaltungskonfigurationen zum Verwenden von Speicherzellen, die
schwache Retentionszeiten aufweisen, bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und 6 und durch
eine Speichervorrichtung gemäß Anspruch
12 gelöst.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung liefern allgemein verbesserte Verfahren
und Schaltungskonfigurationen zum Verwenden von Speicherzellen,
die schwache Retentionszeiten aufweisen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
liefert ein Verfahren zum Verwenden von Speicherzellen in einer
Halbleiterspeichervorrichtung, die eine schwache Retentionszeit
aufweisen. Das Verfahren umfasst allgemein ein Wiederauffrischen
eines ersten Satzes einer oder mehrerer Zeilen von Speicherzellen
mit einer ersten Frequenz und ein Wiederauffrischen eines zweiten Satzes
einer oder mehrerer Zeilen von Speicherzellen mit einer zweiten
Frequenz, die größer ist
als die erste Frequenz. Bei manchen Ausführungsbeispielen können die
erste oder die ersten mehreren Reihen dahingehend identifiziert
worden sein, dass sie eine oder mehrere Zellen mit Retentionszeiten,
die unter einem ersten Mindestwert liegen, aufweisen.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
liefert ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterspeichervorrichtung.
Das Verfahren umfasst allgemein ein Testen von Zeilen von Speicherzellen
der Vorrichtung, um einen ersten Satz einer oder mehrerer Zeilen
zu identifizieren, die eine oder mehrere Speicherzellen mit einer
Retentionszeit aufweisen, die unter einer ersten Mindestretentionszeit
liegt, ein Speichern einer Angabe des ersten Satzes von Zeilen an der
Vorrichtung, und ein Bereitstellen einer Wiederauffrischungsschaltungsanordnung
an der Vorrichtung, die dahingehend konfiguriert ist, den ersten
Satz von Zeilen häufiger
wieder aufzufrischen als andere Zeilen, die lediglich Speicherzellen
mit Retentionszeiten aufweisen, die bei oder über der ersten Mindestretentionszeit
liegen.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
liefert eine Halbleiterspeichervorrichtung, die allgemein eine Mehrzahl
von Zeilen von Speicherzellen, eine Mehrzahl von nicht-flüchtigen
Speicherelementen, um einen ersten Satz einer oder mehrerer der
Zeilen anzugeben, die eine oder mehrere Speicherzellen mit Retentionszeiten
aufweisen, die unter einer ersten Mindestretention liegen, und eine
Wiederauffrischungsschaltungsanordnung umfasst. Die Wiederauffrischungsschaltungsanordnung
ist allgemein dahingehend konfiguriert, Wiederauffrischvorgänge für den ersten
Satz von Zeilen häufiger
durchzuführen
als für andere
Zeilen, die lediglich Speicherzellen mit Retentionszeiten bei oder
oberhalb der ersten Mindestretentionszeit aufweisen.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
liefert eine Halbleiterspeichervorrichtung, die allgemein N Zeilen von
Speicherzellen, wobei N eine Ganzzahl ist, eine Mehrzahl von nichtflüchtigen
Speicherelementen, um einen ersten Satz einer oder mehrerer der
N Zeilen anzugeben, die eine oder mehrere Speicherzellen mit Retentionszeiten
aufweist bzw. aufweisen, die unter einer ersten Mindestretention
liegen, einen Wiederauffrischungsadressbus, einen Wiederauffrischungsadresszähler, um
eine Zeilenadresse zu erzeugen, und eine Wiederauffrischungsschaltungsanordnung
umfasst. Die Wiederauffrischungsschaltungsanordnung ist allgemein
dahingehend konfiguriert, i) reguläre Wiederauffrischungssignale
zu erzeugen, um die N Zeilen wieder aufzufrischen, während sie
die durch den Wiederauffrischungsadresszähler erzeugte Zeilenadresse
an dem Wiederauffrischungsadressbus treibt, und ii) schnelle Wiederauffrischungssignale
zwischen aufeinander folgenden regulären Wiederauffrischungssignalen
zu erzeugen, um den ersten Satz von Zeilen zusätzlich wieder aufzufrischen,
während
sie Zeilenadressen des ersten Satzes von Zeilen an dem Wiederauffrischungsadressbus
treibt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Lehren der vorliegenden Erfindung sind ohne weiteres verständlich,
wenn die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet
wird, von denen:
-
1 ein
exemplarisches bekanntes Schema zum Ersetzen von Zeilen mit gescheiterten
Speicherzellen durch redundante Zeilen veranschaulicht;
-
2 ein
exemplarisches System zum Testen einer Speichervorrichtung unter
Verwendung einer Wiederauffrischungsschaltung gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, veranschaulicht;
-
3 exemplarische
Vorgänge
zum Verwenden von Zeilen, die Speicherzellen mit Zellen einer schwachen
Retention aufweisen, gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, veranschaulicht;
-
4 ein
exemplarisches Schema für
eine häufige
Wiederauffrischung von Zeilen, die Speicherzellen mit Zellen einer
schwachen Retention aufweisen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung,
veranschaulicht;
-
5 eine
beispielhafte Wiederauffrischungsschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
-
6 ein
exemplarisches Zeitgebungsdiagramm für Signale, die bei der exemplarischen
Wiederauffrischungsschaltung der 5 verwendet
werden, veranschaulicht;
-
7 eine
exemplarische Schaltungskonfiguration für das bei der exemplarischen
Wiederauffrischungsschaltung der 5 verwendete
Schieberegister veranschaulicht;
-
8 ein
exemplarisches Zeitgebungsdiagramm für Signale, die bei dem exemplarischen Schieberegister
der 7 verwendet werden, veranschaulicht;
-
9 ein
weiteres exemplarisches Schema für
eine häufige
Wiederauffrischung von Zeilen, die Speicherzellen mit Zellen einer
schwachen Retention aufweisen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung, veranschaulicht;
-
10 eine
exemplarische Zeile-auf-Array-Abbildung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
-
11 eine
weitere exemplarische Wiederauffrischungsschaltung gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
12 ein
exemplarisches Zeitgebungsdiagramm für Signale, die bei der exemplarischen
Wiederauffrischungsschaltung der 11 verwendet werden,
veranschaulicht;
-
13A und 13B exemplarische
Vergleichsschal tungen zur Verwendung bei der exemplarischen Wiederauffrischungsschaltung
der 12 veranschaulichen.
-
Zum
leichteren Verständnis
wurden dort, wo es möglich
war, identische Bezugszeichen verwendet, um identische Elemente,
die den Figuren gemein sind, zu benennen.
-
Jedoch
ist anzumerken, dass die beigefügten
Zeichnungen lediglich exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen und somit nicht als Einschränkung von deren
Schutzumfang anzusehen sind, da die Erfindung auch andere, gleichermaßen effektive
Ausführungsbeispiele
fassen kann.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung liefern allgemein Verfahren und Schaltungskonfigurationen
zum Verwenden von Speicherzellen, die schwache Retentionszeiten
aufweisen. Bei manchen Ausführungsbeispielen
können
Zeilen, die dahingehend identifiziert sind, dass sie Zellen einer schwachen
Retention aufweisen, häufiger
wieder aufgefrischt werden als Zellen mit „normaler Retention". Wenn beispielsweise
eine normale Wiederauffrischungsperiode TREF ist,
können
Zellen mit schwacher Retention alle TREF/2
oder TREF/4 wieder aufgefrischt werden (möglicherweise
in Abhängigkeit
von der tatsächlichen
gemessenen Retentionszeit). Folglich können Zellen mit schwacher Retention
bei dieser erhöhten
Wiederauffrischungsfrequenz ordnungsgemäß arbeiten, ohne durch Redundanz
ersetzt zu werden. Obwohl manche Zellen eventuell trotzdem versagen
(z. B. ungeachtet der Retentionszeit), können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
den Aufwand bezüglich
der Chipfläche
verringern, indem sie die Anzahl von redundanten Schaltungen, die
herkömmlicherweise
erforderlich sind, um Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention zu
ersetzen, reduzieren.
-
Die
hierin beschriebenen Techniken und Schaltungen zum Wiederauffrischen
von Zellen mit schwacher Retention können bei beliebigen Arten von
Vorrichtungen vorteilhaft verwen det werden, die dynamische Speicherzellen
verwenden, die eine Auffrischung benötigen (z. B. Prozessoren, digitale
Signalprozessoren oder andere Arten vor Vorrichtungen mit eingebettetem
DRAN). Zum besseren Verständnis
nimmt die folgende Beschreibung jedoch auf Speichervorrichtungen
wie z. B. dynamische Direktzugriffsspeicher-Vorrichtungen (DRAM-Vorrichtungen)
oder pseudostatische RAM-Vorrichtungen (PSRAM-Vorrichtungen) als
spezifische, jedoch nicht einschränkende Beispiele von Vorrichtungen
Bezug, bei denen die Techniken und Schaltungen verwendet werden
können.
-
EINE EXEMPLARISCHE SPEICHERVORRICHTUNG
-
2 veranschaulicht
ein exemplarisches System, das dazu verwendet werden kann, eine Speichervorrichtung 200 zu
testen und zu konfigurieren, die eine Wiederauffrischungsschaltung 210 verwendet,
die in der Lage ist, Wiederauffrischungszeilen mit Zellen 102F einer schwachen Retention wieder aufzufrischen,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht ist, erzeugt die
Wiederauffrischungsschaltung 210 eine Wiederauffrischungsadresse
und ein Wiederauffrischungsanforderungssignal (REF_REQUEST) an Zeilendecodierer 111,
um Zeilen von Speicherzellen 102 der Speichervorrichtung 200 wieder
aufzufrischen. Wie veranschaulicht ist, kann REF_REQUEST entweder
durch ein regelmäßiges Wiederauffrischungsanforderungssignal (REF_REQ_R),
das durch eine Wiederauffrischungszeitgeberschaltung 212 erzeugt
wird, oder ein schnelles Wiederauffrischungsanforderungssignal (REF_REQ_F)
erzeugt werden.
-
Das
reguläre
Wiederauffrischungssignal REF_REQ_R kann als herkömmliches
Wiederauffrischungsanforderungssignal auf der Basis eines periodischen
Oszillators, der bei der Wiederauffrischungszeitgeberschaltung 212 verwendet
wird, erzeugt werden (wie nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wird). Die Periode des Oszillators kann dahinge hend ausgewählt werden,
zu gewährleisten,
dass alle Zeilen 102 innerhalb der festgelegten Retentionszeit
wieder aufgefrischt werden (z. B. tREF < tRET). Während regulärer Wiederauffrischzyklen (z.
B. wenn REF_REQUEST durch REF_REQ_R erzeugt wird), wird ein durch
einen Wiederauffrischungsadresszähler
(RAG) 214 erzeugter Zeilenadresszählwert an dem Wiederauffrischungsbus 211 getrieben.
Der RAG 214 inkrementiert üblicherweise den Zeilenadresszählwert bei
jedem regulären
Wiederauffrischungszyklus und dreht bei der letzten Zeile RMAX auf null.
-
Das
schnelle Wiederauffrischungsanforderungssignal REF_REQ_F kann durch
eine schnelle Wiederauffrischungsschaltungsanordnung 216 erzeugt
werden, um Wiederauffrischungsanforderungen für Zeilen mit Zellen einer schwachen
Retention häufiger
zu erzeugen als der normale Wiederauffrischungszyklus (tREF). Die
Adressen von Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention können in
Programmierbarer-Nur-Lese-Speicher-Registern (PROM-Registern) 217 (die
eine beliebige geeignete Art von nicht-flüchtigen Speicherelementen,
z. B. Sicherungen, umfassen können)
gespeichert sein. Demgemäß wird während schneller
Wiederauffrischungszyklen (z. B. wenn REF_REQUEST durch REF_REQ_F
erzeugt wird) die in einem der PROM-Register 217 gespeicherte
Adresse an dem Wiederauffrischungsbus 211 getrieben. Ein
oder mehrere Durchgangsgatter 218 können steuern, ob die durch
den RAG 214 erzeugte Zeilenadresse oder eine in einem PROM-Register 212 gespeicherte
Zeilenadresse an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben
wird.
-
3 veranschaulicht
ein Flussdiagramm von exemplarischen Vorgängen 300, die durchgeführt werden
können,
um Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention zu identifizieren.
Die Vorgänge 300 können während Herstellungstests
beispielsweise durch die in 2 veranschaulichte
Testvorrichtung 220 durchgeführt werden. Die Testvorrichtung 220 kann
eine Teststation sein, die beispielsweise eine beliebige geeignete
Ausrüstung
zum einzelnen oder parallelen Testen einer oder mehrerer Speichervorrichtungen 220 umfasst.
Die eine oder die mehreren Speichervorrichtung(en) 220 kann
bzw. können vollständige eingehäuste Integrierte-Schaltung-Vorrichtungen (IC-Vorrichtungen,
IC = integrated circuit) sein oder können sich immer noch auf einem
Wafer befinden.
-
In
jedem Fall werden bei Schritt 302 Tests durchgeführt, um
Zeilen zu identifizieren, die Zellen einer schwachen Retention aufweisen.
Beispielsweise kann die Testvorrichtung 220 mittels einer
Schnittstelle 234 bekannte Daten auf die Zeilen schreiben und
den Zeitraum zwischen Wiederauffrischungsbefehlen variieren, während sie
die Daten zurückliest. Wie
nachstehend beschrieben wird, können
Speicherzellen auf der Basis der Gemessene-Retention-Zellen in unterschiedliche
Kategorien platziert werden, die dazu verwendet werden können, die
Periode, mit der sie wieder aufgefrischt werden, zu bestimmen. Bei
Schritt 304 wird eine für
jede Zeile durchzuführende
Schleife von Operationen eingegeben. Bei Schritt 306 wird
eine Bestimmung bezüglich dessen
durchgeführt,
ob eine aktuelle Zeile eine der mehrere Zellen mit einer schwachen
Retentionszeit aufweist. Falls dem so ist, wird ein PROM-Register 217 bei
Schritt 308 mit der Zeilenadresse programmiert, was für diese
Zeile schnelle Wiederauffrischungsvorgänge ermöglicht. Beispielsweise kann die
Testvorrichtung 220 einen Programmierungsalgorithmus 222 umfassen,
der dazu geeignet ist, die PROM-Register 217 über eine
Programmierungsschnittstelle 232 (die z. B. Adress- und
Befehlsleitungen für
elektrisch programmierbare Sicherungen oder eine Laserschneidschnittstelle
umfasst) zu programmieren.
-
EIN EXEMPLARISCHES WIEDERAUFFRISCHUNGSSCHEMA
MIT SCHNELLEN WIEDERAUFFRISCHUNGSZYKLEN
-
Es
können
verschiedene Wiederauffrischungsschemata verwendet werden, um die
Wiederauffrischungsfrequenz für
Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention zu erhöhen. Beispiels weise veranschaulicht 4 ein
Zeitgebungsdiagramm 400 von Wiederauffrischungsanforderungen
gemäß einem
exemplarischen Wiederauffrischungsschema, bei dem Zeilen mit Zellen
einer schwachen Retention zusätzlich
während
periodischer schneller Wiederauffrischungszyklen wieder aufgefrischt
werden. Durchgezogene Pfeile 442 stellen normale Wiederauffrischungsanforderungen
dar, die für
jede Zeilenadresse durch den Wiederauffrischungsadresszähler 214 erzeugt
werden, während
gestrichelte Pfeile 444 den Anfang von schnellen Wiederauffrischungszyklen
darstellen. Wie nachstehend ausführlicher
beschrieben wird, können
Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention (wie sie z. B. durch
PROM-Register 217 identifiziert
werden) während
der schnellen Wiederauffrischzyklen zwischen normalen Wiederauffrischvorgängen wieder
aufgefrischt werden.
-
Wie
in Tabelle 450 veranschaulicht ist, können Zellen auf der Basis ihrer
Retentionszeit und entsprechenden verwendeten Wiederauffrischungsperiode
kategorisiert werden. Wie veranschaulicht ist, werden normale Zellen,
die eine Retentionszeit aufweisen, die über einem festgelegten normalen
Minimalwert liegt, bei der normalen Wiederauffrischungsperiode tREF
wieder aufgefrischt. Zellen, die eine Retentionszeit aufweisen,
die geringer ist als der normale Mindestwert, jedoch höher als
eine zweite, niedrigere Mindestretentionszeit (z. B. die Hälfte der normalen),
können
eine Wiederauffrischungsperiode von 0,5 * tREF (oder das Doppelte
der normalen Wiederauffrischungsfrequenz, hierin als 2F-Wiederauffrischungsschema
bezeichnet) aufweisen. Bei manchen Ausführungsbeispielen können Zellen,
die eine Retentionszeit aufweisen, die geringer ist als die zweite,
niedrigere Mindestretentionszeit, jedoch größer ist als eine dritte niedrigere
Mindestretentionszeit (z. B. ein Viertel der normalen), eine Wiederauffrischperiode
von 0,25 * tREF (oder das Vierfache der normalen Wiederauffrischungsfrequenz,
hierin als 4F-Wiederauffrischungsschema bezeichnet) aufweisen. Somit
sollte man verstehen, dass die hierin beschriebenen Techniken dazu
verwendet werden können, unterschiedliche
Zeilen auf der Basis der Zellenretentionszeiten mit unterschiedlichen
Raten wieder aufzufrischen. Selbstverständlich können Zellen, die eine Retentionszeit
aufweisen, die unter dem dritten Mindestwert liegt (ebenso wie Speicherzellen,
die man anderweitig als defekt erachtet), bei manchen Ausführungsbeispielen
durch Redundanz ersetzt werden, wie oben beschrieben wurde.
-
5 veranschaulicht
eine exemplarische Wiederauffrischungsschaltung 500, die
dazu verwendet werden kann, Zellen einer schwachen Retention während periodischer
schneller Wiederauffrischungszyklen wieder aufzufrischen. Bei einem
Ausführungsbeispiel
kann die Wiederauffrischungsschaltung 500 als Wiederauffrischungsschaltung 210 der 2 verwendet
werden. Die Funktionsweise der Wiederauffrischungsschaltung 500 kann
unter Bezugnahme auf das entsprechende Zeitgebungsdiagramm der 6 beschrieben
werden, das Wiederauffrischungsanforderungssignale und die entsprechende
Adresse, die an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben
wird, veranschaulicht. Bei dem Zeitgebungsdiagramm 600 sind
reguläre
Wiederauffrischungsanforderungssignale 602 (z. B. ein durch
REF_REQ_R bewirktes Wiederauffrischungsanforderungssignal) als durchgezogene
Linien gezeigt, wohingegen schnelle Wiederauffrischungsanforderungssignale 604 (z.
B. ein durch REF_REQ_F bewirktes Wiederauffrischungsanforderungssignal)
als gestrichelte Linien gezeigt sind. Obwohl 5 und 6 zwei
identische schnelle Wiederauffrischungszyklen veranschaulichen,
die beginnen, wenn die durch den RAC 214 (hiernach als Wiederauffrischungszähler bezeichnet)
erzeugte Wiederauffrischungsadresse gleich RMAX/2
und RMAX ist, sollte man verstehen, dass
die Anzahl von Wiederauffrischungszyklen (während eines Zeitraums tREF)
und der Zeitpunkt, zu dem sie initiiert werden, variieren kann.
-
Wie
in 5 veranschaulicht ist, können die periodischen regulären Wiederauffrischungsanforderungssignale
(REF_REQ_R) durch einen Pulsgenerator 219 an einer anstei genden
Flanke eines periodischen Ausgangssignals OSC_CYC einer Oszillatorschaltung 215 erzeugt
werden, wobei der Wiederauffrischungszähler zu diesem Zeitpunkt an
dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben wird. Die
abfallende Flanke von REF_REQ_R kann ferner dem RAC 214 über einen
Pulsgenerator 518 signalisieren, den Wiederauffrischungszähler zu
imkrementieren. Eine Komparatorschaltung 520 kann den aktuellen
Wiederauffrischungszähler
untersuchen, um zu bestimmen, wann ein schneller Wiederauffrischungszyklus
einzugeben ist. Wie veranschaulicht ist, kann die Komparatorschaltung 520 in
dem Fall, dass der schnelle Wiederauffrischungszyklus zweimal pro
Wiederauffrischungsperiode (tREF) eingegeben wird, jedes Mal dann,
wenn der Wiederauffrischungszähler
gleich RMAX oder RMAX/2
ist, einen Puls erzeugen, was bewirkt, dass ein Latch 522 ein
Signal (REFRESH_FAST) aktiviert, das das Vorliegen eines schnellen
Wiederauffrischungszyklus angibt.
-
Wie
in 6 veranschaulicht ist, werden, wenn das REFRESH_FAST-Signal
aktiviert wird, schnelle Wiederauffrischungssignale 604 zwischen regulären Wiederauffrischungssignalen 602 erzeugt, wobei
eine Adresse (PR0, PR1, ...), die in einem PROM-Register 217 gespeichert
ist, zu dieser Zeit an dem Wiederauffrischungsadressbus 111 getrieben wird.
Wie in 5 veranschaulicht ist, kann REFRESH_FAST die Erzeugung
der schnellen Wiederauffrischungssignale 604 an der abfallenden Flanke
von OSC_CYC über
ein UND-Gatter 524 und einen Pulsgenerator 526 ermöglichen.
Auf diese Weise können
Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention häufig wieder aufgefrischt werden,
ohne die gesamte Wiederauffrischungsperiode tREF zu verlängern.
-
Um
zwischen einem Treiben von Adressen von den PROM-Registern 217 und dem Wiederauffrischungsadresszähler 214 an
dem Wiederauffrischungsadressbus 211 abzuwechseln, kann
die Wiederauffrischungsschaltung 211 eine Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218F bzw. 218R umfassen. Wie
veranschaulicht ist, kann ein Pulsgenerator 528 einen Latch 530 an
einer abfallenden Flanke jedes schnellen Wiederauffrischungsanforderungssignals (REF_REQ_F)
einstellen, was die Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218R freigibt, wodurch der Wiederauffrischungszähler nach
jeder schnellen Wiederauffrischungsanforderung an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben
wird. Desgleichen kann der Pulsgenerator 518 den Latch 530 an einer
abfallenden Flanke jedes regulären
Wiederauffrischungsanforderungssignals (REF_REQ_R) 602 neu
einstellen, was die Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218F freigibt, wodurch eine in einem PROM-Register 217 gespeicherte
Adresse nach jeder regulären
Wiederauffrischungsanforderung an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben wird.
-
Die
Wiederauffrischungsschaltung 500 kann ein Schieberegister 540 umfassen,
das dahingehend konfiguriert ist, die Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218F jedes PROM-Registers 217 dahingehend zu
steuern, die entsprechende gespeicherte Adresse an den Wiederauffrischungsadressbus 211 zu
liefern. Das Schieberegister 540 kann ein Signal LAST_PGRM
erzeugen, das die Adresse von dem letzten PROM-Register (als PRLAST bezeichnet)
angibt, das die Adresse einer Reihe mit Zellen einer schwachen Retention
enthält.
Wie veranschaulicht ist, kann das LAST_PGRM-Signal den Latch 522 neu einstellen,
wodurch das REFRESH_FAST-Signal deaktiviert wird, was ein Ende des
schnellen Wiederauffrischungszyklus signalisiert. Dies ist in 6 dargestellt,
da das REFRESH_FAST-Signal deaktiviert wird, nach der schnellen
Wiederauffrischungsanforderung für
die Zeile PRLAST.
-
7 veranschaulicht
eine exemplarische Schaltungskonfiguration des Schieberegisters 540. Wie
veranschaulicht ist, kann das Schieberegister 540 eine
Stufe 550 für
jedes PROM-Register 217 aufweisen
(z. B. Stufen 5550 –550MAX ). 8 veranschaulicht
ein entsprechendes Zeitgebungsdiagramm 800 der bei dem
Schieberegister 540 verwendeten Signale. Während schneller
Wiederauffrischungszyklen kann jede Stufe sequentiell ein Signal PR_in
aktivieren, um eine Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218F freizugeben,
die Adresse von ihrem entsprechenden PROM-Register 217 an
dem Wiederauffrischungsadressbus 211 zu treiben.
-
Wie
veranschaulicht ist, kann die ansteigende Flanke von REFRESH_FAST
einen Latch 5520 (über einen
Pulsgenerator 5540 ) der ersten
Stufe 5500 einstellen, wobei anfänglich das
Signal PR_in[0] aktiviert wird. Die abfallende Flanke des schnellen Wiederauffrischungsanforderungssignals
stellt den Latch 5520 neu ein,
wodurch wiederum der Latch 5521 der
nächsten
Stufe eingestellt wird. Wie in 8 veranschaulicht
ist, wird zu jeglichem Zeitpunkt das PR_in-Signal lediglich einer
Stufe aktiviert, wodurch gewährleistet
wird, dass die entsprechende Durchgangsgatterschaltungsanordnung 218F lediglich
eines PROM-Registers freigegeben wird. Dieser Prozess wird wiederholt,
bis die Stufe 550, die dem letzten PROM-Register, das mit
einer Zeilenadresse programmiert ist, erreicht ist, wonach ein LAST_PGRM-Puls
erzeugt wird (um den Latch 522 der 5 neu einzustellen),
was ein Ende des schnellen Wiederauffrischungszyklus signalisiert. LAST_PGRM
kann durch ein ODER-Gatter erzeugt werden, das von jeder Stufe 550 ein
Signal END_PGM empfängt.
Wie veranschaulicht ist, wird das Signal END_PGM eventuell lediglich
dann durch eine Stufe erzeugt, wenn die Hauptsicherung 556 für diese
Stufe intakt ist (wobei angegeben ist, dass das entsprechende PROM-Register
nicht programmiert wurde). Mit anderen Worten wird END_PGM erst dann
aktiviert, nachdem auf die Stufe 550 für das letzte PROM-Register 217,
das programmiert wurde, zugegriffen wurde.
-
EIN EXEMPLARISCHES WIEDERAUFFRISCHUNGSSCHEMA,
DAS HARMONISCHE ADRESSEN VERWENDET
-
Statt
alle Zeilen mit Zellen einer schwachen Retention während eines
schnellen Wiederauffrischungszyklus wieder aufzufrischen, können Zeilen mit
Zellen einer schwachen Retention bei manchen Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit Zeilen, die harmonische Adressen aufweisen, wieder
aufgefrischt werden. Gemäß der Verwendung
in dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff harmonische
Adressen auf Zeilenadressen, die periodisch nach einer gegebenen
Adresse auftreten. Beispielsweise können harmonische Zeilenadressen
einer willkürlichen
Zeilenadresse i Zeilenadressen i + RMAX/4,
i + RMAX/2 und i + 3RMAX/4
(selbstverständlich Modulus
RMAX) umfassen. Wenn RMAX eine
durch eine bestimmte Anzahl von Bits dargestellte Ganzzahl ist, unterscheiden
sich harmonische Adressen eventuell lediglich um ein oder mehrere
höchstwertige
Bits.
-
9 veranschaulicht
ein Diagramm 940 eines exemplarischen Wiederauffrischungsschemas, bei
dem eine Zeile i mit Zellen einer schwachen Retention zusätzlich in
Verbindung mit Zeilen, die eine harmonische Adresse aufweisen, wieder
aufgefrischt wird. Reguläre
Wiederauffrischungsanforderungen werden durch durchgezogene Pfeile 942 dargestellt, während zusätzliche
Wiederauffrischungsanforderungen, die in Verbindung mit harmonischen
Adressen auftreten, durch gestrichelte Pfeile 944 dargestellt
sind. Wie in dem Diagramm 940 und in der Tabelle 950 veranschaulicht
ist, kann bei einem 2F-Wiederauffrischungsschema eine Zeile i zusätzlich in Verbindung
mit einer Zeile i + RMAX/2 wieder aufgefrischt
werden, während
die Zeile i bei einem 4F-Wiederauffrischungsschema
zusätzlich
in Verbindung mit Zeilen i + RMAX/4, i +
RMAX/2 und i + 3RMAX/4
wieder aufgefrischt werden kann.
-
Um
Wiederauffrischungsvorgänge
bei mehreren Zeilen gleichzeitig durchzuführen, sollten Zeilenabbildungen
in ein Array dahingehend entworfen sein, zu gewährleisten, dass nicht zwei
oder mehr Zeilen in demselben oder in benachbarten Arrays harmonisch
aufgefrischt werden (im Falle von gemeinsam verwendeten Bitleitungserfassungsverstärkern). 10 veranschaulicht
eine exemplarische Zeile-zu-Array- Abbildung, die für ein Harmonische-Adressen-Wiederauffrischen
geeignet sein kann. Wie veranschaulicht ist, kann eine Zeile i,
wenn man von 11-Bit-Zeilenadressen XA[10:0] ausgeht, harmonische
Zeilen 102H aufweisen (z. B. i
+ RMAX/4, i + RMAX/2
und i + 3RMAX/4), die in jedem zweiten Array 1010 angeordnet
sind, indem man einer Adresse einer höheren Ordnung XA[10:8] zuweist,
das Array auszuwählen.
-
11 veranschaulicht
eine exemplarische Wiederauffrischungsschaltung 1100, die
dazu verwendet werden kann, Zeilen von Zellen einer schwachen Retention
in Verbindung mit Zeilen, die harmonische Adressen aufweisen, wieder
aufzufrischen. Die Funktionsweise der Wiederauffrischungsschaltung 1100 lässt sich
am besten unter Bezugnahme auf das entsprechende Zeitgebungsdiagramm 1200 der 12 beschreiben,
das Wiederauffrischungsanforderungssignale und die entsprechende
Adresse, die für
ein 2F-Wiederauffrischungsschema
an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben wird,
veranschaulicht.
-
Die
periodischen regulären
Wiederauffrischungsanforderungssignale (REF_REQ_R) können gemäß der obigen
Beschreibung durch den Wiederauffrischungszeitgeber 212 erzeugt
werden, wobei der Wiederauffrischungsadresszähler zu diesem Zeitpunkt an
dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben wird. Wie
veranschaulicht ist, kann die abfallende Flanke von REF_REQ_R auch
bewirken, dass ein Pulsgenerator 1104 den aktuellen (Zeilenadress-)Wiederauffrischungszähler inkrementiert.
-
Der
aktuelle Wiederauffrischungszähler kann
in eine Vergleichsschaltung 1110 eingegeben werden, die
dahingehend konfiguriert ist, ein Übereinstimmungssignal zu aktivieren,
falls die aktuelle Zeilenadresse mit der harmonischen Adresse einer in
einem PROM-Register 217 gespeicherten Zeilenadresse übereinstimmt.
Wie veranschaulicht ist, kann eine ansteigende Flanke des Übereinstimmungssignals
einen Pulsgenerator 1106 dazu veranlassen, einen Latch 1130 einzustellen,
wodurch ein Signal PROM_in dahingehend aktiviert wird, die Zeilenadresse
aus dem PROM-Register 217 an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 zu
treiben, über
eine Multiplexerschaltung (MUX-Schaltung) 1112. Wie veranschaulicht
ist, kann eine Aktivierung des Übereinstimmungssignals
auch die Erzeugung der schnellen Wiederauffrischungssignale an der
abfallenden Flanke von OSC_CYC freizugeben, über ein UND-Gatter 524 und
den Pulsgenerator 526 (auf ähnliche Weise wie das REFRESH_FAST-Signal
der 5).
-
Wie
in 12 veranschaulicht ist, wird die Zeile (veranschaulichenderweise
i), die durch die Adresse in dem PROM-Register 217 angegeben ist, also
wieder aufgefrischt, bevor die harmonische Adresse (veranschaulichenderweise
i + RMAX/2) wieder aufgefrischt wird. Die
abfallende Flanke des schnellen Wiederauffrischungssignals kann
einen Pulsgenerator 1128 veranlassen, den Latch 1130 neu
einzustellen, wodurch der MUX-Schaltung 1112 signalisiert
wird, als Vorbereitung auf den folgenden regulären Wiederauffrischungszyklus
die aktuelle (harmonische) Zeilenadresse an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 zu
treiben.
-
13A und 13B veranschaulichen
exemplarische Schaltungskonfigurationen der Vergleichsschaltungsanordnung 1110A und 1110B für 2F- bzw.
4F-Wiederauffrischungsschemata. Wie in 13A veranschaulicht
ist, unterscheiden sich die Zeilenadresse i und die harmonische
Adresse i + RMAX/2 bei dem 2F-Wiederauffrischungsschema eventuell
lediglich in Bezug auf das höchstwertige Bit.
Somit kann die Vergleichsschaltungsanordnung 1110A eine
Schaltungsanordnung 1302A umfassen, um
den Wiederauffrischungszähler
mit einer Adresse in einem PROM-Register 217 zu vergleichen,
nachdem das höchstwertige
Bit (bei dem veranschaulichten Beispiel Bit 10) invertiert wurde,
um das Übereinstimmungssignal
zu erzeugen. Die Zeilenadresse aus dem PROM-Register 217 kann
an dem Wiederauffrischungsaddressbus 211 getrieben werden,
indem einfach das höchstwertige
Bit des Wiederauffrischungszählers über einen
MUX 130410 invertiert wird (über einen
Inverter 1306), wenn ein PROM_in-Signal aktiviert wird.
-
Wie
in 13B veranschaulicht ist, unterscheiden sich die
Zeilenadresse i und harmonische Adressen (i + RMAX/4,
i + RMAX/2 und i + 3RMAX/4)
bei dem 4F-Wiederauffrischungsschema eventuell lediglich in Bezug
auf die zwei höchstwertigen
Bits. Somit kann die Vergleichsschaltungsanordnung 1110B die Schaltungsanordnung 1302B umfassen, um die unteren Bits (veranschaulichenderweise
Bits 8:0) in dem Wiederauffrischungszähler mit einer Adresse in einem
PROM-Register 217 zu vergleichen. Falls die unteren Bits übereinstimmen,
aktiviert die Vergleichsschaltungsanordnung 1110B das ÜBEREINSTIMMUNG-Signal,
solange die oberen Bits (veranschaulichenderweise Bits 10:9) nicht
ebenfalls übereinstimmen.
Mit anderen Worten würde
eine Übereinstimmung
an den oberen Bits einen regulären
Wiederauffrischungszyklus für
die Zeile i (nicht eine Zeile mit einer harmonischen Adresse) angeben.
Falls das Übereinstimmungssignal
aktiviert wird, werden die Durchgangsgatter 218M eingeschaltet.
Somit kann die Zeilenadresse aus dem PROM-Register 217 über MUX-Schaltungen 130410 und dann, wenn das PROM_in-Signal
aktiviert wird, an dem Wiederauffrischungsadressbus 211 getrieben
werden.
-
Selbstverständlich können die
Schaltungen der 13A–13B modifiziert
werden (oder können
diverse nicht gezeigte Schaltungsanordnungen verwenden), um verschiedene
Situationen, die auftreten mögen,
zu berücksichtigen.
Beispielsweise kann es bei einem 4F-Wiederauffrischungsschema möglich sein,
dass zwei oder mehr Zeilen, die harmonische Adressen aufweisen,
Zellen einer schwachen Retention enthalten (z. B. Zeilen i UND Zeile
i + RMAX/4). In einem solchen Fall kann
eine kompliziertere Schaltungsanordnung erforderlich sein, um jede während regulärer Wiederauffrischungszyklen
für jede
harmonische Adresse wieder aufzufrischen (z. B. können beide
während
eines regulären
Wiederauffrischungszyklus für
die Zeile i + RMAX/2 wieder aufgefrischt
werden.
-
Als
Alternative kann eine der Zeilen durch eine Redundanz ersetzt werden,
wodurch der Konflikt entschärft
wird.
-
SCHLUSSFOLGERUNG
-
Zeilen,
die Zellen mit schwachen Retentionszeiten aufweisen, werden eventuell
häufiger
wieder aufgefrischt als Zeilen, die lediglich Zellen mit stärkeren Retentionszeiten
aufweisen. Somit kann ein derartiges häufiges Wiederauffrischen die
Anzahl von erforderlichen redundanten Schaltungen verringern, wodurch
Chipfläche
eingespart und potentiell die Gesamtkosten der Vorrichtung verringert
werden.
-
Obwohl
das Vorstehende auf Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsbeispiele der
Erfindung ersonnen werden, ohne von dem grundlegenden Schutzumfang
derselben abzuweichen, und der Schutzumfang derselben wird durch die
folgenden Patentansprüche
bestimmt.