JP2000311497A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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- For Increasing The Reliability Of Semiconductor Memories (AREA)
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- Techniques For Improving Reliability Of Storages (AREA)
Abstract
なくても故障したメモリセルを冗長的なメモリセルと置
き換えることのできる半導体記憶装置を提供する。 【解決手段】 故障したメモリセル、ワードラインなら
びにビットラインのために、BIST計算ユニット14
および特別なアルゴリズムを用いて、冗長的なメモリセ
ル、ビットラインならびにワードラインを求める。この
場合、BIST計算ユニット14にカウンタユニット1
5が設けられており、このカウンタユニットは各アドレ
スごとに、故障したメモリセルの個数をヒット値として
上限までカウントアップし、ヒット値が上限を超えると
対応するワードラインまたはビットラインが置き換えら
れる。
Description
から成りワードラインとビットラインを介して選択され
るメモリセルフィールドと、該メモリセルフィールドの
メモリセル故障時にスペアメモリセルとしてそのメモリ
セルを置き換える冗長的なメモリセルが設けられてお
り、前記のメモリセルフィールドのメモリセルとスペア
メモリセルは1つの半導体チップ上に設けられており、
該半導体チップには付加的に、故障したメモリセルにス
ペアメモリセルを対応づけるBIST計算ユニットが設
けられており、レジスタが設けられており、該レジスタ
内に個々のワードラインとビットラインについて故障し
たメモリセルのアドレスが格納される形式の、半導体記
憶装置に関する。
み読み出しメモリ)などの半導体記憶装置は実践におい
て、1つのメモリセルフィールド内でメモリセルの故障
を発生させることなく製造することはできない。その理
由はまず第1に、半導体記憶装置製造時のウェハ処理中
に不所望な粒子が発生することであり、さらに短絡など
他の理由も挙げられる。したがってこれに付随する問題
点を克服できるようにするため、一般に冗長的なビット
ラインとワードラインを備えた冗長的なメモリセルが使
用され、故障したメモリセルをそれらによって置き換え
ることができる。
にさらにウェハ平面に対しテストを実施して、DRAM
の故障したメモリセルすべての位置を特定することが行
われる。その際、このような故障したメモリセルは、個
々のメモリセルやメモリセルのグループであるかもしれ
ないし、あるいはビットラインおよびワードライン全体
とそれに対応するメモリセルであるかもしれない。対応
するアドレスの指定を行って故障したメモリセルが識別
された後、故障したメモリセルおよび場合によってはメ
モリセルのグループならびにワードラインおよびビット
ラインのアドレスが外部のコンピュータに格納される。
その後、この外部のコンピュータは複雑な計算を実行
し、この計算には一方では故障したメモリセルが関与
し、他方では利用可能なスペアのメモリセルが関与す
る。なお、ここで「メモリセル」とはもちろんメモリセ
ルのグループのことでもあるし、場合によっては対応す
るメモリセルをもつワードラインとビットラインのこと
でもある。そしてこの計算により、どのようにして最適
なやり方で故障したメモリセルをスペアメモリセルと置
き換えるべきであるかが求められる。このような計算は
非常に煩雑であり、このことはできるかぎり高い歩留ま
りを得ようとすることに起因するものである。つまり、
故障したメモリセルを冗長的なメモリセルと置き換える
際に、できるかぎり僅かな冗長的なメモリセルしか必要
としないようにすべきであり、すなわちスペアメモリセ
ルの個数が僅かに抑えられるようにすべきである。
ら、BIST(Built-in-self-test)それ自体はマイク
ロエレクトロニクスにおいて長らく使われてきたにもか
かわらず、DRAMにおいてはBIST技術を使用する
ことはこれまで考えられなかった。つまりBISTを用
いると、故障したメモリセルの代わりに冗長的なメモリ
セルを最適に使用するために必要な計算を、ウェハにお
いて多くの面積を消費することなく実施することができ
ない。換言すればこの計算は、BIST計算ユニットの
所要面積がDRAM製造時に受け入れられる限度をはる
かに超えることを前提条件として必要とする。
点が生じる。すなわち、冗長的なメモリセルを故障した
メモリセルに対しメモリセルとして割り当てる際、外部
の計算を使用することは煩雑であり、このことはできる
かぎり避けるべきである。しかしそれ自体普及している
BIST技術を援用するのは不可能である。その理由
は、BIST技術を利用することで半導体記憶装置のウ
ェハにおいて多くの面積が必要になってしまうからであ
る。このような理由で従来では、故障したメモリセルを
冗長的なメモリセルで置き換えるためにDRAM製造に
あたりBIST技術を使用することは考えられなかっ
た。
題は、コストのかかる外部のコンピュータを使用しなく
ても故障したメモリセルを冗長的なメモリセルと置き換
えることのできる半導体記憶装置を提供することにあ
る。
は、BIST計算ユニットにカウンタユニットが設けら
れており、該カウンタユニットは各アドレスごとに、故
障したメモリセルの個数をヒット値として上限までカウ
ントアップし、ヒット値が上限を超えると対応するワー
ドラインまたはビットラインが置き換えられることによ
り解決される。
IST計算ユニットが設けられており、これは故障した
メモリセルに対しスペアメモリセルを割り当てるように
構成されている。
アドレスごとに故障したメモリセルの個数をヒット値と
して記憶する特別なアルゴリズムが用いられる。このヒ
ット値が所定の限界に達すると、そのアドレスに属する
ワードライン(X方向)またはビットライン(Y方向)
全体が置き換えられる。そうでなければ、個々のエラー
を選択的にワードラインまたはビットラインにより置き
換えることができる。
を有しており、その中に個々のワードラインおよびビッ
トラインについて故障したメモリセルのアドレスを格納
することができる。このレジスタはたとえばスタックレ
ジスタとして構成することができ、また、連想メモリと
してはたらかせることができる。
リセル装置によれば故障したメモリセルに関するアドレ
ス情報は外部の記憶装置に格納されるのではなく、半導
体チップ自体においてレジスタ内に格納される。その
際、特別なアルゴリズムを用いることで、必要なレジス
タの個数を僅かに抑えることができる。この場合、BI
ST計算ユニットにより、スペアメモリセルとして故障
したメモリセルを修復する冗長的なメモリセルが指示さ
れる。
機を必要とせず、取り扱い個数のレジスタエントリで十
分に間に合うので、その実現のためにごく僅かなチップ
面積しか必要としない。故障したメモリセルのアドレス
情報はリアルタイムに格納されるので高速な処理が可能
となり、テスト実行時にたとえば中断も不要となる。さ
らに、レジスタにおいて複数の個々のテスト実行につい
て故障メモリセルに関する情報をまとめることもでき
る。
種々の故障メモリセルが存在している場合には、各々の
XアドレスとYアドレスごとに故障メモリセルの個数を
ヒット値として上限まで記憶するカウンタユニットを設
けることで、同じビットラインまたはワードラインにお
いて多数の故障メモリセルが発生したときに現れること
になる記録すべき情報を制約することができる。
することで、高い動作速度を得ることができるようにな
る。
詳しく説明する。
ドラインとY方向における1024個のビットラインか
ら成るDRAMの1つのメモリセルが示されている。1
つのワードラインと1つのビットラインとの各交点に、
詳しくは示されていないメモリセルが設けられている。
したがってこのメモリセルフィールドは1024×10
24個のメモリセルを有しており、つまり1MBの記憶
装置の成している。図1の場合、図示を簡単にするため
ビットラインBLとワードラインWLが実線で描かれて
いる。
モリセルを取り替える目的で種々の冗長的なビットライ
ンと冗長的なワードラインを利用できるものとする。故
障しているこの種のメモリセルはテストにより、個々の
メモリセルへ導かれている個々のワードラインとビット
ラインを選択することで突き止めることができる。
ウェハ平面におけるテストシーケンス全体は、多数の個
別テストによって構成されている。ここでは簡単に説明
するため、図2に示されているように1つのテストシー
ケンス全体において3つのテストA,B,Cだけが実行
されるものとする。
C実行後に種々のメモリセルまたはビットがエラーであ
ると求められた実例が示されている。ここではまずはじ
めに第1のテストAにおいて故障しているつまりエラー
のある2つのビットが求められたのに対し、第2のテス
トBでは故障した2つの個別のビットと故障した1つの
ビットラインが検出され、他方、最後のテストCにおい
ては1つの完全なワードラインがエラーであると判定さ
れた。エラーのある個々のビットまたはビットラインお
よびワードラインのアドレスはテスト実行中、リアルタ
イムにレジスタに格納される。図3には、第1のテスト
実行後のこの種のレジスタの内容が描かれている。
が位置803/250で検出された。類似のエントリが
803または250の付近に存在しないことから、この
故障はYアドレス803のところにヒット値1とともに
格納され、Xアドレス250のところにヒット値1とと
もに格納される。これと同じことは、位置630/79
9における故障についてもあてはまる。つまりYアドレ
ス630のところにはヒット値1が格納される一方、X
アドレス799のところにはやはりヒット値1が記録さ
れる。
こでは位置803/730において故障した単独のメモ
リセルが検出された。同じアドレスのペアがすでにレジ
スタに格納されていたならば、個々のヒット値をそれぞ
れ1だけ高めるようにする。この事例では、行アドレス
803だけがすでに存在している。それゆえ803/7
30がレジスタに入力されて、Yアドレス803に対す
るヒット値が2に高められる。なぜならば、このYアド
レス803においてこのとき2つの「ヒット」が生じて
いるからである。
トBにおいて、テストAの位置803/250や630
/799と同じように位置402/128において求め
られる。
ラインについてX/512において特別な状況が発生し
た。通常の評価方式であればエラーのあるこのようなビ
ットラインは、この事例では1024個ものスタックを
もつことになる過度に大きいレジスタへ導かれることに
なる。しかしながら本発明による半導体記憶装置の場合
には、特別なアルゴリズムを適用することによりそのよ
うなことを回避することができる。つまり、ヒット値が
たとえば3とすることのできる所定の閾値を超えたとき
には常に、スペアの行またはスペアの列全体を利用すべ
きであるとみなされる。換言すれば、Yアドレスについ
てたとえば3またはそれよりも大きいヒットが、Xアド
レスについて3またはそれよりも大きいヒットが発生す
れば、ビットラインまたはワードラインの行または列全
体が「自動的に」置き換えられる。
ておく。ここでは実例として、故障した1番目のビット
が0/512において誤りのあるビットライン上で検出
されたものとする。そこでこの値がレジスタに入力され
る。この場合、次の故障はたとえば1/512において
検出される可能性がある。この値もレジスタに入力さ
れ、Yアドレス512におけるヒット値が2に高められ
る。そして3番目の故障がこのビットラインにおいてた
とえば2/512のところで検出された後、3という上
述の閾値に達する。したがって、故障したビットライン
を修復するためにスペア行を利用すべきであることは明
らかである。この場合、ヒット値3であればレジスタ内
で行512のためにただ1つのエントリを保持すれば十
分である。図4には、テストB終了後にそのようにして
得られたレジスタの最終的な内容が示されている。
2のところで故障したワードラインが検出されたものと
する。この場合、ビットラインY/512のために上記
で説明したのと全く同じアルゴリズムに従って、図5に
示されているようなレジスタ内容が得られる。
た故障したメモリセルまたはビットラインおよびワード
ラインに関する情報を評価して、スペアメモリセルまた
はスペア行およびスペア列のできるかぎり最良な割り当
てを求めることができ、故障しているすべてのメモリセ
ルまたはビットラインおよびワードラインを、冗長的な
メモリセルまたはビットラインおよびワードラインと置
き換えることができる。この計算はそのまま半導体チッ
プ上のBIST計算ユニットにおいても実行できるし、
あるいは外部で行うこともできる。
トラインまたはスペアワードラインによる置き換えにつ
いて自由度が存在しない。つまりXアドレスについてヒ
ット=3であれば、スペアビットラインを使用しなけれ
ばならないことを意味する。
することができる。この場合、各ヒット値は少なくとも
2つのビットにより表され、アドレスごとにたとえば1
3bitであれば、レジスタにおいて単一のエントリの
ためにおおよそ20bitほどが必要となる。このよう
な形式の連想動作は、レジスタエントリごとに2つの入
力をもつ20個のNANDゲートと20個のXORゲー
トのオーダで実現することができる。
モリセルに関する情報全体つまりせいぜい冗長的なビッ
トラインと冗長的なワードラインの総数を記憶するのに
十分なものである。
果だけをレジスタに格納し、中間結果はそれぞれまだ誤
りのあるDRAM内に記憶しておくことも可能である。
つまり上述の実例ではテストAの実行後、中間結果が誤
りのあるDRAM自体に格納される。テストBが完了す
るとただちに、テストAの結果がテストBの結果によっ
て更新され、テストAの代わりにDRAMに格納され
る。このため、レジスタはテストCの結果のために再び
空いた状態となる。同じようにしてこのプロセスを継続
させることができる。もちろん、誤りのあるDRAM自
体に情報を冗長的に格納するための適切な手法を開発す
ることもできる。
実現するためのブロック図が描かれている。これは多数
のメモリセルフィールド1,2,...,nによって構
成されている。これらのメモリセルフィールド1,
2,...,nの各々は、たとえば図1に示されている
ように構成されている。この場合、メモリセルフィール
ド1,2,...,nの各々に、対応するメモリセルを
備えた冗長的なビットラインとワードラインを設けるこ
とができる。とはいえ、対応するメモリセルを備えたそ
れらの冗長的なビットラインとワードラインを、別個の
メモリセルフィールド10内に収容することも可能であ
る。
のあるメモリセルまたはワードラインとビットラインを
検出する目的で、個々のメモリセルフィールドがそれら
のワードラインとビットラインの選択により検査され
る。このテストの結果はレジスタ12に格納されるが、
誤りのあるDRAM自体にその結果を記憶させることも
できる。したがってたとえばメモリセルフィールド1の
テストにおいて、その結果をまだテストしていないメモ
リセルフィールド10に格納することができる。しかし
このことは、かなり冗長的な情報の格納を前提条件とし
て必要とする。次に、上限までヒット値を計数するカウ
ンタユニット15を備えたBIST計算ユニット14
は、テスト終了後にレジスタ12に格納されたそのテス
トの結果を評価し、メモリセルフィールド10における
スペアメモリセル、スペアビットラインおよびスペアワ
ードラインとして、メモリセルフィールド1,
2,...,n内における誤りのあるメモリセル、ビッ
トラインおよびワードラインを置き換えるべき冗長的な
メモリセル、ビットラインおよびワードラインを求め
る。メモリセル、ビットラインおよびワードラインのこ
のような置き換えはたとえば、個々のメモリセルフィー
ルドを互いに接続する相応のバスライン11を介して行
われる。
ルフィールドの基本構成図である。
たヒット値を示した表である。
たヒット値を示した表である。
たヒット値を示した表である。
ック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 多数のメモリセルから成りワードライン
(WL)とビットライン(BL)を介して選択されるメ
モリセルフィールド(1,2,...,n)と、該メモ
リセルフィールドのメモリセル故障時にスペアメモリセ
ルとしてそのメモリセルを置き換える冗長的なメモリセ
ルが設けられており、 前記のメモリセルフィールドのメモリセルとスペアメモ
リセルは1つの半導体チップ上に設けられており、該半
導体チップには付加的に、故障したメモリセルにスペア
メモリセルを対応づけるBIST計算ユニット(14)
が設けられており、 レジスタ(12)が設けられており、該レジスタ内に個
々のワードラインとビットラインについて故障したメモ
リセルのアドレスが格納される形式の、 半導体記憶装置において、 前記BIST計算ユニット(14)にカウンタユニット
(15)が設けられており、該カウンタユニットは各ア
ドレスごとに、故障したメモリセルの個数をヒット値と
して上限までカウントアップし、ヒット値が上限を超え
ると対応するワードラインまたはビットラインが置き換
えられることを特徴とする、 半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記レジスタはスタックレジスタとして
構成されている、請求項1記載の半導体記憶装置。 - 【請求項3】 前記スタックレジスタは連想メモリとし
て構成されている、請求項2記載の半導体記憶装置。 - 【請求項4】 前記レジスタ(12)にDRAMの誤り
のある部分が対応づけられており、該部分にテストの部
分結果が格納される、請求項1から3のいずれか1項記
載の半導体記憶装置。
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