JP2005050393A - Semiconductor device and its failure detection method - Google Patents

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Katsu Hirano
克 平野
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Kioxia Systems Co Ltd
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Toshiba Corp
Toshiba Memory Systems Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and its failure detection method capable of inspecting the failure of a cell of a nonvolatile memory part in the use state by a user. <P>SOLUTION: This semiconductor device and its failure detection method are provided with a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cell arrays 11 arranged in the column and row direction, an access circuit 12 for accessing to the nonvolatile memory cell array 11 to write and read data, a test data storage memory 14 for holding test data 21 constituted with bit pattern, and a comparator circuit 15 for comparing the test data 21 with inspection read-out data 23 read out from the nonvolatile memory cell array 11 for inspecting the failure of the cell of the nonvolatile memory cell array 11 to output a determination signal 24 for showing "coincidence" or "non-coincidence" in this comparison. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセルを有する半導体装置およびその故障検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルアレイを有する従来の半導体装置では、不揮発性メモリセルアレイに基本的なプログラムやデータを記憶することが多いので、出荷前にメモリセルテストが行われる。このような半導体装置を用いたシステムでは、この不揮発性メモリセルに故障が発生すると致命的なエラーとなることが多く、システム全体がクラッシュしてしまうという重大な問題を引き起こす場合もある。
【0003】
特に、近年、SOC( System on Chip )の登場により不揮発性メモリセルアレイを搭載したメモリ混載ロジックICが増加しており、このメモリセルテストはますます重要になっている。
【0004】
このため、従来の半導体装置では、不揮発性メモリセルアレイの信頼性を確保するために、高価なテスト装置を用い、膨大な時間をかけて出荷前のメモリテストが行われている。
【0005】
また、出荷後においても、不揮発性メモリセルは、酸化膜を介してフローティングゲートに注入した電荷によって情報を記憶するという構造上の特徴から、書き換え回数が増加するとともに、メモリセルの動作特性が劣化するという本質的な問題がある。
【0006】
この不揮発性メモリセルの経年変化に対応するために、出荷後のユーザ使用時にメモリセルの過書き込みを検知し、そのしきい値を適正に補正する方法が提案されている。すなわち、過書き込みによるしきい値異常を検出する手段を持ち、過書き込みが検出された場合には、メモリセルをいったん消去した後に再度書き込みを行う方法が特許文献1に、また、しきい値検出手段とデータ退避用のラッチ回路を兼用する方法が特許文献2に、それぞれ記載されている。
【0007】
しかし、これらの方法はいずれも、メモリセルの信頼性を確保するためには十分とはいえなかった。すなわち、ユーザ使用状態で、セル間干渉などに起因する誤書き込みやデータ化けを検出することはできなかった。このようなセル故障を検出するためには、いくつかのビットパターンを持つテストデータでメモリセルアレイの検査を繰り返し行う必要があるが、ユーザ使用状態では、そのような検査を行うことは難しかった。
【0008】
【特許文献1】
特開平8−153398号公報
【0009】
【特許文献2】
特開2000−100178号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の半導体装置およびその故障検出方法は、ユーザ使用状態で不揮発性メモリセルの信頼性を確保することが難しいという問題があった。
【0011】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ユーザ使用状態で不揮発性メモリ部のセル故障検査が可能な半導体装置およびその故障検出方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、行および列方向に配置された電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセルと、前記不揮発性メモリセルにアクセスしデータの書き込みおよび読み出しを行うアクセス手段と、ビットパターンにより構成されるテストデータを保持するテストデータ保持手段と、前記不揮発性メモリセルの故障検査のために、検査アドレスを生成し、前記アクセス手段が前記テストデータ保持手段から受信した前記テストデータを前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスへ書き込み、その後、前記アクセス手段が前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスから読み出した検査読み出しデータを出力するよう制御する制御手段と、前記テストデータ保持手段から受信した前記テストデータおよび前記アクセス手段から受信した前記検査読み出しデータを比較し、それらの“一致”または“不一致”を示す判定信号を出力する比較手段を有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【0013】
また、本発明の他の一態様によれば、行および列方向に配置された電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセルと、
前記不揮発性メモリセルにアクセスしデータの書き込みおよび読み出しを行うアクセス手段と、ビットパターンにより構成されるテストデータを保持するテストデータ保持手段と、検査アドレスを生成し、前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスを故障検査するよう制御する制御手段と、前記テストデータ保持手段から受信した前記テストデータおよび前記アクセス手段から受信したデータを比較する比較手段を備えた半導体装置の故障検出方法であって、前記アクセス手段が前記テストデータ保持手段から受信した前記テストデータを前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスへ書き込む検査書き込みステップと、前記検査書き込みステップから所定の時間間隔をおいて、前記アクセス手段が前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスから読み出した検査読み出しデータを前記比較手段へ出力する検査読み出しステップと、前記比較手段が前記テストデータと前記検査読み出しデータとを比較し、それらの“一致”または“不一致”を示す判定信号を前記制御手段へ出力する判定ステップを有することを特徴とする半導体装置の故障検出方法が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係わる半導体装置およびその故障検出方法の実施の形態(以下、実施形態という。)を説明する。
【0015】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置を示す回路ブロック図である。ここでは、主に、不揮発性メモリ部13へのデータ書き込み時に行われるセル故障検査にかかわる部分を示した。
【0016】
本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルを行および列方向に配置した不揮発性メモリセルアレイ11、これらメモリセルにアクセスする行デコーダおよび列デコーダを含むアクセス回路12、不揮発性メモリセルアレイ11およびアクセス回路12を備えた不揮発性メモリ部13、セル故障検査に用いるテストデータ21を保持するテストデータ格納メモリ14、セル故障検査のために不揮発性メモリ部13から受信した検査読み出しデータ23とテストデータ格納メモリ14から受信したテストデータ21を比較判定する比較回路15、セル故障検査を行うためにこれらの回路を制御する制御回路16、およびセル故障が見つかった場合にその故障アドレス26を記憶する故障アドレス格納メモリ17を有している。
【0017】
制御回路16は、受信した入力信号18に基づいて検査アドレス19および書き込みデータ20を不揮発性メモリ部13へ出力し、また、テストデータ21の選択信号22をテストデータ格納メモリ14へ出力する。
【0018】
テストデータ格納メモリ14は、制御回路16からの選択信号22に基づいてテストデータ21を不揮発性メモリ部13および比較回路15へ出力する。
【0019】
不揮発性メモリ部13は、検査アドレス19とテストデータ21に基づいて検査読み出しデータ23を比較回路15へ出力する。
【0020】
比較回路15は、テストデータ21と検査読み出しデータ23を比較し、これらの“一致”または“不一致”を示す判定信号24を制御回路16へ出力する。
【0021】
制御回路16は、さらに、判定信号24が“不一致”である場合に、セル故障をユーザに知らせるためにセル故障検出信号25を出力し、その故障アドレス26を故障アドレス格納メモリ17へ出力する。
【0022】
次に、各部の動作について説明する。
【0023】
不揮発性メモリ部13は、不揮発性メモリセルアレイ11とアクセス回路12を備え、制御回路16の要求に従って不揮発性メモリセルアレイ11からのデータの読み出し、および、不揮発性メモリセルアレイ11へのデータの書き込みを行う。
【0024】
不揮発性メモリセルアレイ11は、酸化膜を介してフローティングゲートに注入された電荷によって情報を記憶する電気的に書き換え可能なメモリセルが行および列方向に配置され、アクセス回路12によりバイト単位でデータの読み出し、書き込みが行われる。
【0025】
アクセス回路12は、書き込み時のベリファイ機能を持ち、通常の書き込みシーケンスで過書き込みが発生しないように不揮発性メモリセルアレイ11への書き込み時間を適正に制御している。
【0026】
テストデータ格納メモリ14は、読み出し専用メモリ(以下、ROMという。)であり、製品出荷前にあらかじめテストデータ21が書き込まれる。テストデータ21は、“0”と“1”が交互に並んだビットパターンであり、互いに反転パターンとなる対のデータで構成されている。
【0027】
図2は、本発明の第1の実施形態にかかわるテストデータ21を示すイメージ図である。ここでは、一例として、“55H”のテストデータA27と、“AAH”のテストデータB28を示した。以下、16進数は最後に“H”を付けて表す。
【0028】
比較回路15は、テストデータ格納メモリ14からのテストデータ21と不揮発性メモリ部13からの検査読み出しデータ23とをビット単位で比較する8ビット構成のロジック回路である。これら8ビットがすべて一致していれば“一致”を、1ビットでも異なれば“不一致”を判定信号24として制御回路16へ出力する。
【0029】
故障アドレス格納メモリ17は、制御回路16から受信した故障アドレス26を一時記憶するレジスタ回路である。記憶された故障アドレス26は、必要に応じて外部へ出力される。
【0030】
制御回路16は、入力信号18としてアドレス、データ、および処理コマンドを受信し、これらに基づいて検査アドレス19、書き込みデータ20、および選択信号22などを生成する。検査アドレス19および書き込みデータ20は不揮発性メモリ部13へ供給され、選択信号22はテストデータ格納メモリ14へ供給される。また、制御回路16は、比較回路15から受信した判定信号24が“不一致”である場合に、その時の検査アドレス19を故障アドレス26として故障アドレス格納メモリ17へ出力し、セル故障検出信号25を外部へ出力する。
【0031】
次に、上述のような構成を持つ半導体装置の故障検出方法、すなわち、不揮発性メモリ部13へのデータ書き込みにおけるセル故障検査について説明する。
【0032】
図3は、本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図である。ここでは、不揮発性メモリ部13へのデータ書き込み、およびその際に行われるセル故障検査にかかわる部分を示した。
【0033】
本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法は、検査アドレス19を生成する初期化ステップ31、テストデータA27でセル故障検査を行う検査Aステップ32、テストデータB28でセル故障検査を行う検査Bステップ33、本来のデータ書き込みを行う書き込みステップ34、セル故障が見つかった場合の処理を行うエラー処理ステップ35、およびセル故障を外部に知らせるエラー通知ステップ36から構成されている。
【0034】
さらに、検査Aステップ32は、検査書き込みAステップ37、検査読み出しAステップ38、および判定Aステップ39から構成され、検査Bステップ33は、検査書き込みBステップ40、検査読み出しBステップ41、および判定Bステップ42から構成されている。
【0035】
初期化ステップ31では、制御回路16は、書き込みコマンド、書き込みアドレス、および書き込みデータ20を入力信号18として受信し、これらに基づいて、セル故障検査を行うアドレスを生成し、検査アドレス19として不揮発性メモリ部13へ供給する。
【0036】
このようなアドレスの生成は、ユーザが不揮発性メモリセルアレイ11をアクセスするために論理的に想定する論理アドレスと、不揮発性メモリセルアレイ11のレイアウトレベルでの物理的な配置に基づいて決められている物理アドレスとが異なっているために必要となる。
【0037】
検査Aステップ32では、制御回路16は、テストデータA27を選択する選択信号22をテストデータ格納メモリ14へ出力し、テストデータA27を用いて検査アドレス19のメモリセルを故障検査する。
【0038】
すなわち、まず、検査書き込みAステップ37で、制御回路16は、アクセス回路12が受信したテストデータA27を不揮発性メモリセルアレイ11の検査アドレス19へ書き込むよう動作する。
【0039】
次に、検査読み出しAステップ38で、制御回路16は、ある一定の時間間隔をおいて、アクセス回路12が検査アドレス19からデータを読み出し、これを検査読み出しデータ23として比較回路15へ出力するよう動作する。ここで、検査アドレス19のメモリセルに故障があれば、読み出された検査読み出しデータ23は元のテストデータA27とは異なる値となる。
【0040】
次に、判定Aステップ39で、比較回路15がテストデータA27と検査読み出しデータ23をビットごとに比較し、その結果を判定信号24として制御回路16へ出力する。制御回路16は、受信した判定信号24に基づいて、“一致”(OK)ならば検査Bステップ33へ、“不一致”(NG)ならばエラー処理ステップ35へ移行する。
【0041】
検査Bステップ33では、制御回路16は、テストデータB28の選択信号22をテストデータ格納メモリ14へ出力し、検査Aステップ32と同様に、テストデータB28を用いて検査アドレス19のメモリセルを故障検査する。
【0042】
検査書き込みBステップ40および検査読み出しBステップ41は、テストデータB28を用いることを除けば、それぞれ、検査書き込みAステップ37および検査読み出しAステップ38と同様なので説明は省略する。
【0043】
また、判定Bステップ42も、判定信号24が“一致”(OK)ならば書き込みステップ34へ移行することを除けば、判定Aステップ39と同様である。
【0044】
テストデータB28=“AAH”は、テストデータA27=“55H”のビット反転パターンである。これは、メモリセルが“0”または“1”に固定されてしまういわゆる固定不良を検出するためである。
【0045】
また、セル間干渉の影響を検出するために、テストデータ21として“0”および“1”が交互に並んだ“55H”および“AAH”を用い、かつ、テストデータ21の書き込みと読み出しの間に一定の時間間隔を設けている。
【0046】
検査Aステップ32および検査Bステップ33で問題がなければ(OK)、書き込みステップ34で、制御回路16は、アクセス回路12が書き込みデータ20を検査アドレス19に通常の書き込みシーケンスで書き込むよう動作する。
【0047】
もし、検査Aステップ32または検査Bステップ33でセル故障が検出された場合(NG)は、エラー処理ステップ35へ移行する。エラー処理ステップ35では、制御回路16は、不揮発性メモリセルアレイ11への書き込みを中断させ、その時の検査アドレス19を故障アドレス26として故障アドレス格納メモリ17へ出力し記憶させる。
【0048】
そして、エラー処理ステップ35で、制御回路16は、セル故障検出信号25を出力し、セル故障のためデータが書き込めなかったことをユーザに通知する。
【0049】
処理コマンドとしてブロック書き込みコマンドが与えられた場合(いわゆるブロックモード)には、制御回路16は、データの書き込みに必要な物理アドレスを順次生成して不揮発性メモリ部13へ供給し、上記のセル故障検査とデータ書き混みを繰り返し実行するよう動作する。
【0050】
このようにして、データ書き込みの直前にそのメモリセルを検査することで、書き込まれたデータのより高い信頼性を保証することができる。
【0051】
上記第1の実施形態によれば、不揮発性メモリセルアレイ11へのデータ書き込み直前に、テストデータ格納メモリ14に保持されたテストデータ21を用いてセル故障を検査するので、高い信頼性を持った半導体装置を実現することができる。
【0052】
また、適切なビットパターンを持つ対のテストデータ21を用いて、メモリセルの固定不良およびセル間干渉の影響を考慮したセル故障検査を行うので、高い信頼性を持った半導体装置の故障検出方法を実現することができる。
【0053】
さらに、セル故障検出信号25と故障アドレス26をユーザに通知するので、データの重要度に応じてユーザがセル故障に対応でき、ユーザシステムにとって柔軟性のある半導体装置およびその故障検出方法を実現することができる。
【0054】
上述の第1の実施形態では、テストデータ格納メモリ14は、ROMであるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、EEPROMでも良い。その場合、任意のテストデータ21をユーザが設定できるように構成することもできる。また、テストデータ格納メモリ14をレジスタ回路などとし、不揮発性メモリセルアレイ11の一部に記憶しておいたテストデータ21を電源投入直後にテストデータ格納メモリ14へ読み出すように構成することもできる。
【0055】
さらに、テストデータ21は、“55H”および“AAH”を対にして用いるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、不揮発性メモリセルアレイ11のレイアウト設計によって決まるアドレススクランブルおよびデータスクランブルに基づいて、複数の適切なビットパターンを選択することもできる。例えば、開発時のセル故障検査で故障率が所定の基準値より高かったビットパターンをテストデータ21として採用すると良い。
【0056】
さらに、不揮発性メモリ部13が一括消去型である場合には、データ書き込みの前にその領域の消去が行われているので、書き込み時のセル故障検査は一方向だけでよく、必ずしも対のテストデータ21を用いる必要はない。
【0057】
さらに、上述の第1の実施形態では、互いにビット反転である対のテストデータ21をテストデータ格納メモリ14に保持するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ビット反転パターンを制御回路16で生成するように構成することもできる。
【0058】
さらに、上述の第1の実施形態では、バイト単位でのデータ書き込みにおけるセル故障検査の方法を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、ある領域に同じデータを書き込むブロックモードに適用することもできる。すなわち、入力信号18として受信した書き込み開始アドレスと書き込みバイト数から順次検査アドレス19を生成し、これらに対して、図3に示した検査書き込みフローを繰り返し実行すればよい。
【0059】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、電源投入直後などにユーザが重要と判断する任意のメモリセルをセル故障検査する場合に適用され、第1の実施形態の構成に加え、セルデータを一時退避する退避手段を有している。
【0060】
図4は、本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置を示す回路ブロック図である。ここでは、主に、不揮発性メモリ部53のセル故障検査にかかわる部分を示した。
【0061】
本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルを行および列方向に配置した不揮発性メモリセルアレイ51、これらメモリセルにアクセスする行デコーダおよび列デコーダを含むアクセス回路52、不揮発性メモリセルアレイ51とアクセス回路52を備えた不揮発性メモリ部53、セル故障検査に用いるテストデータ61を保持するテストデータ格納メモリ54、セル故障検査の間、検査アドレス60のセルデータを退避しておくデータ退避メモリ55、セル故障検査のために不揮発性メモリ部53から受信した検査読み出しデータ63とテストデータ格納メモリ54から受信したテストデータ61を比較判定する比較回路56、セル故障検査を行うためにこれらの回路を制御する制御回路57、およびセル故障が見つかった場合にその故障アドレス66を記憶する故障アドレス格納メモリ58を有している。
【0062】
制御回路57は、受信した入力信号59に基づいて検査アドレス60を不揮発性メモリ部53へ出力し、また、テストデータ61の選択信号62をテストデータ格納メモリ54へ出力する。
【0063】
テストデータ格納メモリ54は、制御回路57からの選択信号62に基づいてテストデータ61を不揮発性メモリ部53および比較回路56へ出力する。
【0064】
不揮発性メモリ部53は、検査アドレス60とテストデータ61に基づいて検査読み出しデータ63を比較回路56へ出力する。また、不揮発性メモリ部53は、セル故障検査に先立って検査アドレス60のセルデータを退避データ67としてデータ退避メモリ55へ出力する。
【0065】
データ退避メモリ55は、セル故障検査終了後に退避していた退避データ67を不揮発性メモリ部53へ出力する。
【0066】
比較回路56は、テストデータ61と検査読み出しデータ63を比較し、これらの“一致”または“不一致”を示す判定信号64を制御回路57へ出力する。
【0067】
制御回路57は、さらに、判定信号64が“不一致”である場合に、セル故障をユーザに知らせるためにセル故障検出信号65を出力し、その故障アドレス66を故障アドレス格納メモリ58へ出力する。
【0068】
データ退避メモリ55および制御回路57を除けば、各部の構成および動作は第1の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。第1の実施形態との違いは、すでにデータが記憶されている不揮発性メモリセルアレイ51に対してセル故障検査を行うということであり、検査アドレス60に記憶されていたデータを、セル故障検査の間、退避データ67としてデータ退避メモリ55に一時記憶しておくということである。
【0069】
データ退避メモリ55は、不揮発性メモリ部53から受信した退避データ67を一時記憶するレジスタ回路であり、退避データ67は、セル故障検査終了後に不揮発性メモリ部53のアクセス回路52によって不揮発性メモリセルアレイ51の検査アドレス60へ書き戻される。
【0070】
制御回路57は、入力信号59としてアドレスおよび処理コマンドを受信し、これらに基づいて検査アドレス60および選択信号62を生成する。検査アドレス60は不揮発性メモリ部53へ供給され、選択信号62はテストデータ格納メモリ54へ供給される。また、制御回路57は、比較回路56から受信した判定信号64が“不一致”である場合に、その時の検査アドレス60を故障アドレス66として故障アドレス格納メモリ58へ出力し、セル故障検出信号65を外部へ出力する。
【0071】
次に、上述のような構成を持つ半導体装置の故障検出方法、すなわち、不揮発性メモリ部53のセル故障検査について説明する。
【0072】
図5は、本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図である。ここでは、主に、不揮発性メモリ部53のセル故障検査にかかわる部分を示した。また、セル故障検査に用いるテストデータ61は、第1の実施形態と同じテストデータA27およびテストデータB28である。
【0073】
本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法は、検査アドレス60を生成する初期化ステップ71、検査アドレス60のセルデータを退避する退避ステップ72、テストデータA27でセル故障検査を行う検査Aステップ73、テストデータB28でセル故障検査を行う検査Bステップ74、退避データ67を検査アドレス60へ書き戻す書き戻しステップ75、セル故障が見つかった場合の処理を行うエラー処理ステップ76、およびセル故障を外部に知らせるエラー通知ステップ77から構成されている。
【0074】
さらに、検査Aステップ73は、検査書き込みAステップ78、検査読み出しAステップ79、および判定Aステップ80から構成され、検査Bステップ74は、検査書き込みBステップ81、検査読み出しBステップ82、および判定Bステップ83から構成されている。
【0075】
初期化ステップ71では、制御回路57は、セル検査コマンドおよびアドレスを入力信号59として受信し、これらに基づいて検査アドレス60を生成し、不揮発性メモリ部53へ供給する。
【0076】
退避ステップ72では、制御回路57は、アクセス回路52が不揮発性メモリセルアレイ51の検査アドレス60のセルデータを読み出し、データ退避メモリ55がこれを退避データ67として一時記憶するよう動作する。
【0077】
検査Aステップ73および検査Bステップ74は、第1の実施形態とほぼ同様なので詳しい説明は省略する。第1の実施形態との違いは、判定Bステップ83で判定信号64が“一致”であった場合(OK)に、退避データ67を不揮発性メモリセルアレイ51へ書き込む書き戻しステップ75へ移行する点である。
【0078】
書き戻しステップ75では、制御回路57は、データ退避メモリ55が退避ステップ72で一時記憶した退避データ67を不揮発性メモリ部53へ出力し、これをアクセス回路52が不揮発性メモリセルアレイ51の検査アドレス60へ書き込むよう動作する。
【0079】
もし、検査Aステップ73または検査Bステップ74でセル故障が検出された場合(NG)は、エラー処理ステップ76へ移行する。エラー処理ステップ76およびエラー通知ステップ77は、第1の実施形態と同様なので説明は省略する。
【0080】
第1の実施形態でのブロックモードと同様に、ブロック検査コマンドが与えられた場合には、制御回路57は検査アドレス60を順次生成して供給し、上記のセル故障検査を繰り返し実行するよう動作する。
【0081】
このようにして、ユーザが指定したアドレスに対して、セルデータを破壊することなくセル故障検査を行うことができる。例えば、上述の検査フローを電源投入直後の検査に適用する場合、検査領域をシステムクラッシュに至る危険があるような重要度の高いメモリセル領域に限定することで、短い検査時間でシステムの信頼性を確保することができる。
【0082】
また、ユーザ領域のセル故障検査を行う処理コマンドをユーザに公開することで、ユーザが必要に応じてアプリケーションからのセル故障検査を実行できるので、ユーザの要求レベルに応じた柔軟性のあるシステムを構成することができる。
【0083】
上記第2の実施形態によれば、データ退避メモリ55にデータを一時記憶することで、不揮発性メモリセルアレイ51のデータを破壊することなく、テストデータ格納メモリ54に保持されたテストデータ61を用いてセル故障をいつでも検査できるので、高い信頼性を持った半導体装置を実現することができる。
【0084】
また、適切なビットパターンを持つ対のテストデータ61を用いて、メモリセルの固定不良およびセル間干渉の影響を考慮したセル故障検査を行うので、高い信頼性を持った半導体装置の故障検出方法を実現することができる。
【0085】
さらに、セル故障検出信号65と故障アドレス66をユーザに通知するので、データの重要度に応じてユーザがセル故障に対応でき、ユーザシステムにとって柔軟性のある半導体装置およびその故障検出方法を実現することができる。
【0086】
上述の第2の実施形態では、データ退避メモリ55は、レジスタ回路であるとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、揮発性メモリセルを利用したRAM(Random Access Memory)で構成することもできる。
【0087】
また、上述の第2の実施形態では、テストデータ格納メモリ54は、ROMであるとしたが、第1の実施形態と同様に、本発明はこれに限られるものではない。
【0088】
さらに、テストデータ61も、第1の実施形態と同様に、複数の適切なビットパターンを選択することができ、あるいは、必ずしも対のテストデータ61を用いる必要はない。
【0089】
さらに、第1の実施形態と同様に、ビット反転パターンを制御回路57で生成するように構成することもできる。
【0090】
さらに、第1の実施形態と同様に、ある領域を連続してセル故障検査するブロック検査モードに適用することもできる。
【0091】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、同一データを所定の領域へ書き込む領域データ書き込みに適用され、不揮発性メモリセルアレイ11でのセル間干渉の影響をより精密に検出することができる。この第3の実施形態では、物理アドレスごとに異なるパターンを持つ複数のテストデータ21とその反転パターンを使用する。
【0092】
図6は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の検査データマップを示すイメージ図である。ここでは、3行2列の6バイトからなる領域を示した。
【0093】
図6(a)は、不揮発性メモリセルアレイ11の物理的なレイアウトレベルでセルデータがチェッカーパターンとなるようテストデータ21を書き込んだイメージ図であり、図6(b)は、その反転パターンのイメージ図である。
【0094】
不揮発性メモリセルアレイ11への1バイトの書き込みは、物理的なレイアウトレベルでは行方向に連続した8ビットの書き込みになる。図6では、横が行方向、縦が列方向である。つまり、行選択線は横方向、列選択線は縦方法に配置されている。
【0095】
物理アドレス(以下、16進数を用いて[0101]のように表す。)は、上位8ビットが物理行アドレスを表し、下位8ビットが物理列アドレスを表す。従って、図6に示したように、[0000]の下(列方向)に[0100]が配置され、さらに、その下に[0200]が配置されている。また、[0000]の右(行方向)に[0001]が配置され、[0100]の右に[0101]が配置され、[0200]の右に[0201]が配置されている。
【0096】
このような領域に図6(a)に示したようなチェッカーパターンを形成するには、[0000]、[0001]、[0200]、および[0201]にテストデータA27=“55H”を書き込み、[0100]および[0101]にテストデータB28=“AAH”を書き込めばよい。同様に、その反転パターンである図6(b)を形成するには、[0000]、[0001]、[0200]、および[0201]にテストデータB28=“AAH”を書き込み、[0100]および[0101]にテストデータA27=“55H”を書き込めばよい。
【0097】
このようにして形成したチェッカーパターンでは、セル故障の検出感度が第1の実施形態に比べより大きくなっている。これは、第1の実施形態で述べたブロックモードでは、同じテストデータ21を繰り返し書き込むので、ストライプパターン、つまり、上下方向の隣接セルが同じデータとなるのに対し、上述のチェッカーパターンでは、検査領域の周縁部を除けば、どのメモリセルにおいても、上下左右の4つのセルが逆データであり、セル間干渉の影響を受けやすいためである。
【0098】
本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の回路ブロック図は、第1の実施形態で示した図1と同じであり、説明は省略する。
【0099】
次に、第3の実施形態における半導体装置の故障検出方法について説明する。
【0100】
図7は、本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図である。ここでは、不揮発性メモリ部13への領域データ書き込み、およびその際に行われるセル故障検査にかかわる部分を示した。
【0101】
本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法は、セル故障検査の開始アドレスを生成する初期化ステップ91、チェッカーパターンでセル故障検査を行う検査Aステップ92、反転パターンでセル故障検査を行う検査Bステップ93、本来のデータ書き込みを行う書き込みステップ94、セル故障が見つかった場合の処理を行うエラー処理ステップ95、およびセル故障を外部に知らせるエラー通知ステップ96から構成されている。
【0102】
さらに、検査Aステップ92は、領域書き込みAステップ97、検査読み出しAステップ98、判定Aステップ99、および終了判定Aステップ100から構成され、検査Bステップ93は、領域書き込みBステップ101、検査読み出しBステップ102、判定Bステップ103、および終了判定Bステップ104から構成されている。
【0103】
初期化ステップ91では、制御回路16は、領域書き込みコマンド、書き込み開始アドレス、書き込みバイト数、および書き込みデータ20を入力信号18として受信し、これらに基づいて、セル故障検査を開始するアドレスを生成し、検査アドレス19として不揮発性メモリ部13へ供給する。
【0104】
検査Aステップ92では、制御回路16は、図6(a)で示したチェッカーパターンを形成するために必要な選択信号22を順次テストデータ格納メモリ14へ出力し、そのテストデータ21を用いて所定のメモリセル領域を故障検査する。
【0105】
すなわち、まず、領域書き込みAステップ97で、制御回路16は、例えば、図6(a)のように、アクセス回路12が受信したテストデータ21を順次不揮発性メモリセルアレイ11の検査アドレス19へ書き込むよう動作する。検査アドレス19の生成は、第1の実施形態におけるブロックモードと同様に行われる。
【0106】
次に、検査読み出しAステップ98で、制御回路16は、アクセス回路12が検査アドレス19からデータを読み出し、これを検査読み出しデータ23として比較回路15へ出力するよう動作する。
【0107】
次に、判定Aステップ99で、比較回路15がテストデータ21と検査読み出しデータ23をビットごとに比較し、その結果を判定信号24として制御回路16へ出力する。制御回路16は、受信した判定信号24に基づいて、“一致”(OK)ならば終了判定Aステップ100へ、“不一致”(NG)ならばエラー処理ステップ95へ移行する。
【0108】
次に、終了判定Aステップ100で、制御回路16は受信した書き込みバイト数分の判定Aステップ99が終了したかを判定する。終了判定が“No”であれば、次の検査アドレス19を不揮発性メモリ部13へ出力し、検査読み出しAステップ98へ移行する。また、終了判定が“Yes”であれば、検査Bステップ93へ移行する。
【0109】
検査Bステップ93では、制御回路16は、図6(b)で示した反転パターンを形成するために必要な選択信号22を順次テストデータ格納メモリ14へ出力し、そのテストデータ21を用いて所定のメモリセル領域を故障検査する。
【0110】
領域書き込みBステップ101および検査読み出しBステップ102は、反転パターンであるテストデータ21を用いることを除けば、それぞれ、領域書き込みAステップ97および検査読み出しAステップ98と同様なので説明は省略する。
【0111】
また、判定Bステップ103も、判定Aステップ99と同様である。さらに、終了判定Bステップ104も、所定のメモリセル領域の故障検査が終了(Yes)したら、書き込みステップ94へ移行することを除けば、終了判定Aステップ100Aと同様なので説明は省略する。
【0112】
検査Aステップ92および検査Bステップ93で問題がなければ(OK)、書き込みステップ94で、制御回路16は、アクセス回路12が書き込みデータ20を検査アドレス19に通常の書き込みシーケンスで順次書き込むよう動作する。
【0113】
もし、検査Aステップ92または検査Bステップ93でセル故障が検出された場合(NG)は、エラー処理ステップ95へ移行する。エラー処理ステップ95およびエラー通知ステップ96は、第1の実施形態と同様なので説明は省略する。
【0114】
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態で述べた発明の効果に加え、メモリセルの物理的な配置を考慮したセル間干渉の影響を検出でき、より感度の高いセル故障検査を実現できる。
【0115】
上述の第3の実施形態では、終了判定は書き込みバイト数で行うとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、書き込み終了アドレスを受信し、これに基づいて終了判定することもできる。
【0116】
また、上述の第3の実施形態では、書き込み領域をレイアウトレベルのチェッカーパターンを用いてセル故障検査するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、開発時のテストで不良率が高かったテストパターンを使用するようにしても良い。
【0117】
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態は、電源投入直後などにユーザが重要と判断する任意のメモリセル領域をセル故障検査する場合に適用され、第2の実施形態とほぼ同様の構成を持つ。
【0118】
本発明の第4の実施形態に係わる半導体装置の回路ブロック図は、第2の実施形態で示した図4とほぼ同じなので詳しい説明は省略する。第2の実施形態との違いは、大量の退避データ67を一時記憶するために、データ退避メモリ55をRAMで構成していることである。
【0119】
さらに、本発明の第4の実施形態は、第3の実施形態で示した図6と同様に、レイアウトレベルのチェッカーパターンを用いて、指定されたメモリセル領域を故障検査する。第3の実施形態との違いは、セル故障検査の前に該当する指定領域のセルデータをデータ退避メモリ55に一時記憶し、セル故障検査終了後に書き戻すことである。
【0120】
次に、第4の実施形態における半導体装置の故障検出方法について説明する。
【0121】
図8は、本発明の第4の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図である。ここでは、主に、不揮発性メモリ部53のセル故障検査にかかわる部分を示した。
【0122】
本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法は、セル故障検査の開始アドレスを生成する初期化ステップ111、指定領域のセルデータを退避する領域退避ステップ112、チェッカーパターンでセル故障検査を行う検査Aステップ113、反転パターンでセル故障検査を行う検査Bステップ114、退避データ67を書き戻す領域書き戻しステップ115、セル故障が見つかった場合の処理を行うエラー処理ステップ116、およびセル故障を外部に知らせるエラー通知ステップ117から構成されている。
【0123】
さらに、検査Aステップ113は、領域書き込みAステップ118、検査読み出しAステップ119、判定Aステップ120、および終了判定Aステップ121から構成され、検査Bステップ114は、領域書き込みBステップ122、検査読み出しBステップ123、判定Bステップ124、および終了判定Bステップ125から構成されている。
【0124】
初期化ステップ111では、制御回路57は、領域検査コマンド、検査開始アドレス、および検査バイト数を入力信号59として受信し、これらに基づいて、セル故障検査を開始するアドレスを生成する。
【0125】
領域退避ステップ112では、制御回路57は、初期化ステップ111で生成した開始アドレスと検査バイト数に基づいて、検査アドレス60を順次生成しながら、不揮発性メモリセルアレイ51領域のセルデータをデータ退避メモリ55へ退避するよう動作する。
【0126】
検査アドレス60の生成は、第1の実施形態におけるブロックモードと同様に行われる。
【0127】
検査Aステップ113および検査Bステップ114は、第3の実施形態とほぼ同様なので説明は省略する。
【0128】
検査Aステップ113および検査Bステップ114で問題がなければ(OK)、領域書き戻しステップ115で、制御回路57は、領域退避ステップ112でデータ退避メモリ55へ一時記憶した退避データ67を不揮発性メモリ部53のアクセス回路52が不揮発性メモリセルアレイ51の元の検査アドレス60へ書き戻すよう動作する。
【0129】
もし、検査Aステップ113または検査Bステップ114でセル故障が検出された場合(NG)は、エラー処理ステップ116へ移行する。エラー処理ステップ116およびエラー通知ステップ117は、第1の実施形態と同様なので説明は省略する。
【0130】
上記第4の実施形態によれば、第2の実施形態で述べた発明の効果に加え、メモリセルの物理的な配置を考慮したセル間干渉の影響を検出でき、より感度の高いセル故障検査を実現できる。
【0131】
上述した第1〜第4の実施形態では、制御回路および比較回路は、独立したロジック回路としたが、本発明はこれに限られるものではなく、故障アドレス格納メモリなどのレジスタ回路も含めて、上述した機能を、CPUおよびそのプログラムを用いて実装することも可能である。この場合、プログラムを変更することで第1〜第4の実施形態を実装できるため、よりユーザシステムへの柔軟性を持つ半導体装置およびその故障検出方法を実現することができる。
【0132】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、適切なテストデータをテストデータ格納メモリに保持しているので、ユーザ使用状態で不揮発性メモリ部のセル故障検査が可能な半導体装置およびその故障検出方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置を示す回路ブロック図。
【図2】本発明の第1の実施形態にかかわるテストデータを示すイメージ図。
【図3】本発明の第1の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図。
【図4】本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置を示す回路ブロック図。
【図5】本発明の第2の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図。
【図6】本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の検査データマップを示すイメージ図。
【図7】本発明の第3の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図。
【図8】本発明の第4の実施形態に係わる半導体装置の故障検出方法を示すフロー図。
【符号の説明】
11、51 不揮発性メモリセルアレイ
12、52 アクセス回路
13、53 不揮発性メモリ部
14、54 テストデータ格納メモリ
15、56 比較回路
16、57 制御回路
17、58 故障アドレス格納メモリ
18、59 入力信号
19、60 検査アドレス
20 書き込みデータ
21、61 テストデータ
22、62 選択信号
23、63 検査読み出しデータ
24、64 判定信号
25、65 セル故障検出信号
26、66 故障アドレス
27 テストデータA
28 テストデータB
31、71、91、111 初期化ステップ
32、73、92、113 検査Aステップ
33、74、93、114 検査Bステップ
34、94 書き込みステップ
35、76、95、116 エラー処理ステップ
36、77、96、117 エラー通知ステップ
37、78 検査書き込みAステップ
38、79、98、119 検査読み出しAステップ
39、80、99、120 判定Aステップ
40、81 検査書き込みBステップ
41、82、102、123 検査読み出しBステップ
42、83、103、124 判定Bステップ
55 データ退避メモリ
67 退避データ
72 退避ステップ
75 書き戻しステップ
97、118 領域書き込みAステップ
100、121 終了判定Aステップ
101、122 領域書き込みBステップ
104、125 終了判定Bステップ
112 領域退避ステップ
115 領域書き戻しステップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells and a failure detection method thereof.
[0002]
[Prior art]
In a conventional semiconductor device having an electrically rewritable nonvolatile memory cell array, a basic program and data are often stored in the nonvolatile memory cell array, so that a memory cell test is performed before shipment. In a system using such a semiconductor device, when a failure occurs in the nonvolatile memory cell, a fatal error is often generated, which may cause a serious problem that the entire system crashes.
[0003]
In particular, in recent years, with the advent of SOC (System on Chip), memory-embedded logic ICs equipped with a nonvolatile memory cell array have increased, and this memory cell test has become increasingly important.
[0004]
For this reason, in the conventional semiconductor device, in order to ensure the reliability of the nonvolatile memory cell array, an expensive test device is used and a memory test before shipment is performed over a long time.
[0005]
Even after shipment, non-volatile memory cells store information by charge injected into the floating gate through an oxide film, resulting in an increase in the number of rewrites and a deterioration in memory cell operating characteristics. There is an essential problem of doing.
[0006]
In order to cope with the aging of the nonvolatile memory cell, a method has been proposed in which overwriting of the memory cell is detected at the time of user use after shipment, and the threshold value is corrected appropriately. That is, there is a means for detecting a threshold abnormality due to overwriting, and when overwriting is detected, Patent Document 1 discloses a method of performing writing again after erasing a memory cell. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-228688 describes a method that uses both the means and the latch circuit for saving data.
[0007]
However, none of these methods is sufficient to ensure the reliability of the memory cell. That is, erroneous writing and data corruption due to inter-cell interference or the like cannot be detected in the user usage state. In order to detect such a cell failure, it is necessary to repeatedly inspect the memory cell array with test data having several bit patterns. However, it is difficult to perform such inspection in a user use state.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-8-153398
[0009]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100980
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional semiconductor device and the failure detection method thereof have a problem that it is difficult to ensure the reliability of the nonvolatile memory cell in a user use state.
[0011]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of inspecting a cell failure of a nonvolatile memory unit in a user use state and a failure detection method thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells arranged in the row and column directions, and access means for accessing the nonvolatile memory cells to write and read data; Test data holding means for holding test data constituted by a bit pattern; and the test data generated by the access means from the test data holding means for generating a test address for a fault test of the nonvolatile memory cell From the test data holding means, and control means for controlling the access means to output test read data read from the test address of the nonvolatile memory cell. Received from the test data received and the access means Comparing the test data read, the semiconductor device is provided, characterized in that it comprises a comparing means for outputting a determination signal indicating their "match" or "mismatch".
[0013]
According to another aspect of the present invention, a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells arranged in the row and column directions;
Access means for accessing the nonvolatile memory cell to write and read data, test data holding means for holding test data constituted by a bit pattern, and generating an inspection address, and inspecting the nonvolatile memory cell A failure detection method for a semiconductor device, comprising: a control unit that controls an address to perform a failure inspection; and a comparison unit that compares the test data received from the test data holding unit and the data received from the access unit, An access write means writes the test data received from the test data holding means to the test address of the non-volatile memory cell, and a test memory write step with a predetermined time interval from the test write step. Test memory cell A test readout step for outputting the test readout data read from the test to the comparison unit, and the comparison unit compares the test data with the test readout data, and outputs a determination signal indicating “match” or “mismatch”. There is provided a failure detection method for a semiconductor device, comprising a determination step of outputting to the control means.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments (hereinafter referred to as embodiments) of a semiconductor device and a failure detection method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Here, the part mainly related to the cell failure inspection performed at the time of data writing to the nonvolatile memory unit 13 is shown.
[0016]
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory cell array 11 in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are arranged in the row and column directions, and a row decoder and a column decoder for accessing these memory cells. Including an access circuit 12, a non-volatile memory cell array 11 and a non-volatile memory unit 13 having an access circuit 12, a test data storage memory 14 for holding test data 21 used for cell failure inspection, and a non-volatile memory unit for cell failure inspection A comparison circuit 15 for comparing and checking the test read data 23 received from the test data 13 and the test data 21 received from the test data storage memory 14, a control circuit 16 for controlling these circuits to perform a cell fault test, and a cell fault is found. Failure address that stores the failure address 26 It has a paid memory 17.
[0017]
The control circuit 16 outputs the test address 19 and the write data 20 to the nonvolatile memory unit 13 based on the received input signal 18, and outputs the selection signal 22 of the test data 21 to the test data storage memory 14.
[0018]
The test data storage memory 14 outputs the test data 21 to the nonvolatile memory unit 13 and the comparison circuit 15 based on the selection signal 22 from the control circuit 16.
[0019]
The nonvolatile memory unit 13 outputs inspection read data 23 to the comparison circuit 15 based on the inspection address 19 and the test data 21.
[0020]
The comparison circuit 15 compares the test data 21 and the inspection read data 23 and outputs a determination signal 24 indicating “match” or “mismatch” to the control circuit 16.
[0021]
Further, when the determination signal 24 is “mismatch”, the control circuit 16 outputs a cell failure detection signal 25 to notify the user of the cell failure, and outputs the failure address 26 to the failure address storage memory 17.
[0022]
Next, the operation of each unit will be described.
[0023]
The non-volatile memory unit 13 includes a non-volatile memory cell array 11 and an access circuit 12, and reads data from the non-volatile memory cell array 11 and writes data to the non-volatile memory cell array 11 in accordance with requests from the control circuit 16. .
[0024]
In the nonvolatile memory cell array 11, electrically rewritable memory cells that store information by charges injected into a floating gate through an oxide film are arranged in the row and column directions, and the access circuit 12 stores data in byte units. Reading and writing are performed.
[0025]
The access circuit 12 has a verify function at the time of writing, and appropriately controls the writing time to the nonvolatile memory cell array 11 so that overwriting does not occur in a normal writing sequence.
[0026]
The test data storage memory 14 is a read-only memory (hereinafter referred to as ROM), and test data 21 is written in advance before product shipment. The test data 21 is a bit pattern in which “0” and “1” are alternately arranged, and is composed of a pair of data that are inverted patterns.
[0027]
FIG. 2 is an image diagram showing the test data 21 according to the first embodiment of the present invention. Here, as an example, test data A27 of “55H” and test data B28 of “AAH” are shown. Hereinafter, the hexadecimal number is represented by adding “H” at the end.
[0028]
The comparison circuit 15 is an 8-bit logic circuit that compares the test data 21 from the test data storage memory 14 and the test read data 23 from the nonvolatile memory unit 13 in bit units. If all these 8 bits match, “match” is output to the control circuit 16 as a determination signal 24, and if even one bit is different, “not match” is output to the control circuit 16.
[0029]
The failure address storage memory 17 is a register circuit that temporarily stores the failure address 26 received from the control circuit 16. The stored failure address 26 is output to the outside as necessary.
[0030]
The control circuit 16 receives an address, data, and a processing command as the input signal 18, and generates a test address 19, write data 20, a selection signal 22, and the like based on these. The test address 19 and the write data 20 are supplied to the nonvolatile memory unit 13, and the selection signal 22 is supplied to the test data storage memory 14. Further, when the determination signal 24 received from the comparison circuit 15 is “mismatch”, the control circuit 16 outputs the test address 19 at that time to the failure address storage memory 17 as the failure address 26, and the cell failure detection signal 25. Output to the outside.
[0031]
Next, a failure detection method for the semiconductor device having the above-described configuration, that is, a cell failure inspection in writing data to the nonvolatile memory unit 13 will be described.
[0032]
FIG. 3 is a flowchart showing a semiconductor device failure detection method according to the first embodiment of the present invention. Here, the portion related to the data writing to the nonvolatile memory unit 13 and the cell failure inspection performed at that time is shown.
[0033]
The failure detection method for a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes an initialization step 31 for generating an inspection address 19, an inspection A step 32 for performing a cell failure inspection with test data A27, and a cell failure inspection with test data B28. A test B step 33 for performing a data write, a write step 34 for performing original data writing, an error processing step 35 for performing processing when a cell failure is found, and an error notification step 36 for informing the outside of the cell failure.
[0034]
Further, the inspection A step 32 includes an inspection writing A step 37, an inspection reading A step 38, and a determination A step 39. The inspection B step 33 includes an inspection writing B step 40, an inspection reading B step 41, and a determination B. Step 42 consists of steps.
[0035]
In the initialization step 31, the control circuit 16 receives the write command, the write address, and the write data 20 as the input signal 18, generates an address for performing a cell failure inspection based on these, and generates a nonvolatile memory as the inspection address 19. Supply to the memory unit 13.
[0036]
The generation of such an address is determined based on a logical address logically assumed for the user to access the nonvolatile memory cell array 11 and a physical arrangement at the layout level of the nonvolatile memory cell array 11. Required because the physical address is different.
[0037]
In the inspection A step 32, the control circuit 16 outputs a selection signal 22 for selecting the test data A27 to the test data storage memory 14, and uses the test data A27 to inspect the memory cell at the inspection address 19.
[0038]
That is, first, in the test write A step 37, the control circuit 16 operates to write the test data A27 received by the access circuit 12 to the test address 19 of the nonvolatile memory cell array 11.
[0039]
Next, in the test read A step 38, the control circuit 16 causes the access circuit 12 to read data from the test address 19 at a certain time interval and output this to the comparison circuit 15 as test read data 23. Operate. Here, if there is a failure in the memory cell at the test address 19, the read test read data 23 has a different value from the original test data A27.
[0040]
Next, in the determination A step 39, the comparison circuit 15 compares the test data A27 and the inspection read data 23 bit by bit and outputs the result to the control circuit 16 as a determination signal 24. Based on the received determination signal 24, the control circuit 16 proceeds to the inspection B step 33 if “match” (OK), and proceeds to the error processing step 35 if “not match” (NG).
[0041]
In the inspection B step 33, the control circuit 16 outputs the selection signal 22 of the test data B28 to the test data storage memory 14, and, like the inspection A step 32, the test data B28 is used to break down the memory cell at the inspection address 19. inspect.
[0042]
The inspection writing B step 40 and the inspection reading B step 41 are the same as the inspection writing A step 37 and the inspection reading A step 38, respectively, except that the test data B28 is used.
[0043]
Further, the determination B step 42 is the same as the determination A step 39 except that if the determination signal 24 is “match” (OK), the process proceeds to the writing step 34.
[0044]
Test data B28 = "AAH" is a bit inversion pattern of test data A27 = "55H". This is to detect a so-called fixing failure in which the memory cell is fixed to “0” or “1”.
[0045]
Further, in order to detect the influence of inter-cell interference, “55H” and “AAH” in which “0” and “1” are alternately arranged are used as the test data 21, and between the writing and reading of the test data 21 Is provided with a certain time interval.
[0046]
If there is no problem in the check A step 32 and the check B step 33 (OK), in the write step 34, the control circuit 16 operates so that the access circuit 12 writes the write data 20 to the check address 19 in a normal write sequence.
[0047]
If a cell failure is detected in the inspection A step 32 or the inspection B step 33 (NG), the process proceeds to the error processing step 35. In the error processing step 35, the control circuit 16 interrupts the writing to the nonvolatile memory cell array 11, and outputs the test address 19 at that time to the failure address storage memory 17 as the failure address 26 for storage.
[0048]
In error processing step 35, the control circuit 16 outputs a cell failure detection signal 25 to notify the user that data could not be written due to a cell failure.
[0049]
When a block write command is given as a processing command (so-called block mode), the control circuit 16 sequentially generates a physical address necessary for writing data and supplies it to the nonvolatile memory unit 13 to cause the cell failure described above. It operates to repeatedly execute inspection and data writing congestion.
[0050]
In this way, by checking the memory cell immediately before data writing, higher reliability of written data can be guaranteed.
[0051]
According to the first embodiment, since a cell failure is inspected using the test data 21 held in the test data storage memory 14 immediately before data is written to the nonvolatile memory cell array 11, it has high reliability. A semiconductor device can be realized.
[0052]
In addition, since the cell failure inspection is performed using the pair of test data 21 having an appropriate bit pattern in consideration of the influence of the memory cell fixation failure and the inter-cell interference, the failure detection method of the semiconductor device with high reliability Can be realized.
[0053]
Furthermore, since the cell failure detection signal 25 and the failure address 26 are notified to the user, the user can respond to the cell failure according to the importance of the data, and a flexible semiconductor device for the user system and its failure detection method are realized. be able to.
[0054]
In the first embodiment described above, the test data storage memory 14 is a ROM. However, the present invention is not limited to this and may be an EEPROM. In that case, it is also possible to configure the user so that arbitrary test data 21 can be set. Alternatively, the test data storage memory 14 may be a register circuit or the like, and the test data 21 stored in a part of the nonvolatile memory cell array 11 may be read out to the test data storage memory 14 immediately after the power is turned on.
[0055]
Furthermore, although the test data 21 uses “55H” and “AAH” as a pair, the present invention is not limited to this, and address scramble and data scramble determined by the layout design of the nonvolatile memory cell array 11 are used. Based on this, a plurality of appropriate bit patterns can be selected. For example, a bit pattern having a failure rate higher than a predetermined reference value in cell failure inspection during development may be adopted as the test data 21.
[0056]
Further, when the nonvolatile memory unit 13 is a batch erase type, since the area is erased before data writing, the cell failure inspection at the time of writing may be only in one direction, not necessarily a pair test. Data 21 need not be used.
[0057]
Furthermore, in the first embodiment described above, the pair of test data 21 that are bit-inverted is held in the test data storage memory 14, but the present invention is not limited to this. 16 may be configured to generate.
[0058]
Furthermore, in the first embodiment described above, the cell failure inspection method in writing data in byte units has been shown. However, the present invention is not limited to this, and is applied to a block mode in which the same data is written in a certain area. You can also That is, the test address 19 is sequentially generated from the write start address and the number of write bytes received as the input signal 18, and the test write flow shown in FIG.
[0059]
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention is applied to a case where a cell failure inspection is performed on an arbitrary memory cell that is determined to be important by a user immediately after power-on. In addition to the configuration of the first embodiment, cell data is temporarily saved. The evacuation means is provided.
[0060]
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Here, the part mainly related to the cell failure inspection of the nonvolatile memory unit 53 is shown.
[0061]
A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention includes a nonvolatile memory cell array 51 in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are arranged in the row and column directions, and a row decoder and a column decoder for accessing these memory cells. Including the access circuit 52, the nonvolatile memory cell array 51 including the nonvolatile memory cell array 51 and the access circuit 52, the test data storage memory 54 that holds the test data 61 used for the cell failure inspection, and the inspection address 60 during the cell failure inspection. A data saving memory 55 for saving cell data; a comparison circuit 56 for comparing and comparing the test read data 63 received from the nonvolatile memory unit 53 and the test data 61 received from the test data storage memory 54 for cell fault testing; A control circuit 5 for controlling these circuits in order to perform cell failure inspection , And has a fault address storage memory 58 for storing the fault address 66 when the cell failure is found.
[0062]
The control circuit 57 outputs the test address 60 to the nonvolatile memory unit 53 based on the received input signal 59 and outputs the selection signal 62 of the test data 61 to the test data storage memory 54.
[0063]
The test data storage memory 54 outputs the test data 61 to the nonvolatile memory unit 53 and the comparison circuit 56 based on the selection signal 62 from the control circuit 57.
[0064]
The nonvolatile memory unit 53 outputs inspection read data 63 to the comparison circuit 56 based on the inspection address 60 and the test data 61. Further, the nonvolatile memory unit 53 outputs the cell data at the inspection address 60 to the data saving memory 55 as the saving data 67 prior to the cell failure inspection.
[0065]
The data saving memory 55 outputs the saving data 67 saved after the cell failure inspection to the nonvolatile memory unit 53.
[0066]
The comparison circuit 56 compares the test data 61 and the inspection readout data 63 and outputs a determination signal 64 indicating “match” or “mismatch” to the control circuit 57.
[0067]
In addition, when the determination signal 64 is “mismatch”, the control circuit 57 outputs a cell failure detection signal 65 to notify the user of the cell failure, and outputs the failure address 66 to the failure address storage memory 58.
[0068]
Except for the data saving memory 55 and the control circuit 57, the configuration and operation of each unit are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that a cell failure inspection is performed on the nonvolatile memory cell array 51 in which data is already stored, and the data stored in the inspection address 60 is replaced with the cell failure inspection. In the meantime, it is temporarily stored in the data save memory 55 as save data 67.
[0069]
The data saving memory 55 is a register circuit that temporarily stores the saving data 67 received from the nonvolatile memory unit 53. The saving data 67 is stored in the nonvolatile memory cell array by the access circuit 52 of the nonvolatile memory unit 53 after the cell failure inspection is completed. 51 is written back to the inspection address 60.
[0070]
The control circuit 57 receives an address and a processing command as the input signal 59 and generates a test address 60 and a selection signal 62 based on these. The inspection address 60 is supplied to the nonvolatile memory unit 53, and the selection signal 62 is supplied to the test data storage memory 54. In addition, when the determination signal 64 received from the comparison circuit 56 is “mismatch”, the control circuit 57 outputs the test address 60 at that time to the failure address storage memory 58 as the failure address 66, and outputs the cell failure detection signal 65. Output to the outside.
[0071]
Next, a failure detection method for the semiconductor device having the above-described configuration, that is, a cell failure inspection of the nonvolatile memory unit 53 will be described.
[0072]
FIG. 5 is a flowchart showing a failure detection method for a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Here, the part mainly related to the cell failure inspection of the nonvolatile memory unit 53 is shown. Further, the test data 61 used for the cell failure inspection is the same test data A27 and test data B28 as in the first embodiment.
[0073]
In the semiconductor device failure detection method according to the second embodiment of the present invention, the cell failure test is performed by the initialization step 71 for generating the test address 60, the save step 72 for saving the cell data of the test address 60, and the test data A27. A test A step 73 to be performed, a test B step 74 to perform a cell fault test using the test data B28, a write back step 75 to write back the saved data 67 to the test address 60, an error processing step 76 to perform a process when a cell fault is found, And an error notification step 77 for notifying the outside of the cell failure.
[0074]
Further, the inspection A step 73 includes an inspection writing A step 78, an inspection reading A step 79, and a determination A step 80, and an inspection B step 74 includes an inspection writing B step 81, an inspection reading B step 82, and a determination B. Step 83 consists of steps.
[0075]
In the initialization step 71, the control circuit 57 receives the cell test command and the address as the input signal 59, generates a test address 60 based on these, and supplies the test address 60 to the nonvolatile memory unit 53.
[0076]
In the save step 72, the control circuit 57 operates so that the access circuit 52 reads the cell data of the test address 60 of the nonvolatile memory cell array 51 and the data save memory 55 temporarily stores it as the save data 67.
[0077]
Since the inspection A step 73 and the inspection B step 74 are substantially the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. The difference from the first embodiment is that when the determination signal 64 is “match” in the determination B step 83 (OK), the process proceeds to a write-back step 75 in which the saved data 67 is written to the nonvolatile memory cell array 51. It is.
[0078]
In the write back step 75, the control circuit 57 outputs the saved data 67 temporarily stored in the data saving memory 55 in the saving step 72 to the nonvolatile memory unit 53, and the access circuit 52 outputs the saved data 67 to the test address of the nonvolatile memory cell array 51. Operate to write to 60.
[0079]
If a cell failure is detected in the inspection A step 73 or the inspection B step 74 (NG), the process proceeds to the error processing step 76. Since the error processing step 76 and the error notification step 77 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
[0080]
Similar to the block mode in the first embodiment, when a block inspection command is given, the control circuit 57 operates to generate and supply the inspection address 60 sequentially and repeatedly execute the cell failure inspection described above. To do.
[0081]
In this way, cell failure inspection can be performed on the address designated by the user without destroying the cell data. For example, when the above inspection flow is applied to an inspection immediately after the power is turned on, the reliability of the system can be reduced in a short inspection time by limiting the inspection area to a highly important memory cell area that may cause a system crash. Can be secured.
[0082]
In addition, by disclosing the processing command for performing cell failure inspection in the user area to the user, the user can execute cell failure inspection from the application as necessary. Can be configured.
[0083]
According to the second embodiment, by temporarily storing data in the data saving memory 55, the test data 61 held in the test data storage memory 54 is used without destroying the data in the nonvolatile memory cell array 51. Thus, a cell failure can be inspected at any time, so that a highly reliable semiconductor device can be realized.
[0084]
In addition, since the cell failure inspection is performed in consideration of the influence of the memory cell fixation failure and inter-cell interference using the paired test data 61 having an appropriate bit pattern, a highly reliable failure detection method for a semiconductor device Can be realized.
[0085]
Further, since the cell failure detection signal 65 and the failure address 66 are notified to the user, the user can cope with the cell failure according to the importance of the data, and a flexible semiconductor device for the user system and its failure detection method are realized. be able to.
[0086]
In the second embodiment described above, the data saving memory 55 is a register circuit. However, the present invention is not limited to this, and for example, a RAM (Random Access Memory) using volatile memory cells. It can also be configured.
[0087]
In the second embodiment described above, the test data storage memory 54 is a ROM. However, as in the first embodiment, the present invention is not limited to this.
[0088]
Further, the test data 61 can select a plurality of appropriate bit patterns as in the first embodiment, or the pair of test data 61 is not necessarily used.
[0089]
Further, as in the first embodiment, the control circuit 57 can generate the bit inversion pattern.
[0090]
Furthermore, as in the first embodiment, the present invention can also be applied to a block inspection mode in which a certain region is continuously inspected for cell failures.
[0091]
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is applied to area data writing in which the same data is written to a predetermined area, and the influence of inter-cell interference in the nonvolatile memory cell array 11 can be detected more precisely. In the third embodiment, a plurality of test data 21 having different patterns for each physical address and its inverted pattern are used.
[0092]
FIG. 6 is an image diagram showing an inspection data map of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Here, an area consisting of 6 bytes of 3 rows and 2 columns is shown.
[0093]
6A is an image diagram in which the test data 21 is written so that the cell data becomes a checker pattern at the physical layout level of the nonvolatile memory cell array 11, and FIG. 6B is an image diagram of the inverted pattern. is there.
[0094]
Writing 1 byte to the nonvolatile memory cell array 11 is 8-bit writing continuous in the row direction at the physical layout level. In FIG. 6, the horizontal direction is the row direction and the vertical direction is the column direction. That is, the row selection lines are arranged in the horizontal direction and the column selection lines are arranged in the vertical method.
[0095]
In the physical address (hereinafter represented as [0101] using a hexadecimal number), the upper 8 bits represent the physical row address, and the lower 8 bits represent the physical column address. Therefore, as shown in FIG. 6, [0100] is arranged below [0000] (in the column direction), and further [0200] is arranged below it. [0001] is arranged on the right side (row direction) of [0000], [0101] is arranged on the right side of [0100], and [0201] is arranged on the right side of [0200].
[0096]
In order to form a checker pattern as shown in FIG. 6A in such a region, test data A27 = “55H” is written in [0000], [0001], [0200], and [0201], Test data B28 = "AAH" may be written in [0100] and [0101]. Similarly, in order to form the inverted pattern of FIG. 6B, test data B28 = “AAH” is written in [0000], [0001], [0200], and [0201], and [0100] and [0101] Test data A27 = "55H" may be written.
[0097]
In the checker pattern formed in this way, the cell failure detection sensitivity is higher than that of the first embodiment. This is because the same test data 21 is repeatedly written in the block mode described in the first embodiment, so that the stripe pattern, that is, the adjacent cells in the vertical direction have the same data, whereas the checker pattern described above performs the inspection. This is because, in any memory cell except for the peripheral portion of the region, the four cells on the top, bottom, left, and right are inverse data and are easily affected by inter-cell interference.
[0098]
The circuit block diagram of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is the same as FIG. 1 shown in the first embodiment, and the description is omitted.
[0099]
Next, a semiconductor device failure detection method according to the third embodiment will be described.
[0100]
FIG. 7 is a flowchart showing a failure detection method for a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Here, the portion related to the area data writing to the nonvolatile memory portion 13 and the cell failure inspection performed at that time is shown.
[0101]
A failure detection method for a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes an initialization step 91 for generating a start address of a cell failure inspection, an inspection A step 92 for performing a cell failure inspection with a checker pattern, and a cell failure with an inversion pattern. A test B step 93 for performing a test, a write step 94 for performing original data writing, an error processing step 95 for performing processing when a cell fault is found, and an error notifying step 96 for notifying the outside of the cell fault are configured.
[0102]
The inspection A step 92 includes an area writing A step 97, an inspection reading A step 98, a determination A step 99, and an end determination A step 100. The inspection B step 93 includes an area writing B step 101, an inspection reading B, and the like. It comprises step 102, determination B step 103, and end determination B step 104.
[0103]
In the initialization step 91, the control circuit 16 receives the area write command, the write start address, the number of write bytes, and the write data 20 as the input signal 18, and generates an address for starting the cell failure inspection based on these. The inspection address 19 is supplied to the nonvolatile memory unit 13.
[0104]
In the inspection A step 92, the control circuit 16 sequentially outputs the selection signal 22 necessary for forming the checker pattern shown in FIG. 6A to the test data storage memory 14, and uses the test data 21 to perform predetermined processing. The memory cell area is checked for failure.
[0105]
That is, first, in the area write A step 97, the control circuit 16 sequentially writes the test data 21 received by the access circuit 12 to the test address 19 of the nonvolatile memory cell array 11, for example, as shown in FIG. Operate. The generation of the test address 19 is performed in the same manner as in the block mode in the first embodiment.
[0106]
Next, in the test read A step 98, the control circuit 16 operates so that the access circuit 12 reads data from the test address 19 and outputs this as test read data 23 to the comparison circuit 15.
[0107]
Next, in decision A step 99, the comparison circuit 15 compares the test data 21 and the inspection read data 23 bit by bit, and outputs the result as a decision signal 24 to the control circuit 16. Based on the received determination signal 24, the control circuit 16 proceeds to the end determination A step 100 if “match” (OK), or to the error processing step 95 if “not match” (NG).
[0108]
Next, in the end determination A step 100, the control circuit 16 determines whether or not the determination A step 99 for the number of received write bytes has ended. If the end determination is “No”, the next inspection address 19 is output to the nonvolatile memory unit 13, and the processing proceeds to inspection reading A step 98. If the end determination is “Yes”, the process proceeds to inspection B step 93.
[0109]
In the inspection B step 93, the control circuit 16 sequentially outputs the selection signal 22 necessary for forming the inversion pattern shown in FIG. 6B to the test data storage memory 14, and uses the test data 21 to perform predetermined processing. The memory cell area is checked for failure.
[0110]
The area writing B step 101 and the inspection reading B step 102 are the same as the area writing A step 97 and the inspection reading A step 98, respectively, except that the test data 21 which is an inverted pattern is used.
[0111]
Further, the determination B step 103 is the same as the determination A step 99. Further, the end determination B step 104 is the same as the end determination A step 100A except that the process proceeds to the write step 94 when the failure inspection of the predetermined memory cell region ends (Yes), and the description thereof is omitted.
[0112]
If there is no problem in the check A step 92 and the check B step 93 (OK), in the write step 94, the control circuit 16 operates so that the access circuit 12 sequentially writes the write data 20 to the check address 19 in the normal write sequence. .
[0113]
If a cell failure is detected in the inspection A step 92 or the inspection B step 93 (NG), the process proceeds to the error processing step 95. Since the error processing step 95 and the error notification step 96 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
[0114]
According to the third embodiment, in addition to the effects of the invention described in the first embodiment, it is possible to detect the influence of inter-cell interference in consideration of the physical arrangement of the memory cells, and to detect the cell failure with higher sensitivity. Can be realized.
[0115]
In the third embodiment described above, the end determination is performed based on the number of write bytes. However, the present invention is not limited to this. For example, the end determination may be received based on the write end address. it can.
[0116]
In the third embodiment described above, the cell failure inspection is performed on the write area using the checker pattern at the layout level. However, the present invention is not limited to this. High test patterns may be used.
[0117]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is applied to the case where a cell failure inspection is performed on an arbitrary memory cell area that the user determines to be important immediately after the power is turned on, and has substantially the same configuration as that of the second embodiment.
[0118]
Since the circuit block diagram of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention is almost the same as that of FIG. 4 shown in the second embodiment, detailed description thereof is omitted. The difference from the second embodiment is that the data saving memory 55 is composed of a RAM in order to temporarily store a large amount of saving data 67.
[0119]
Furthermore, in the fourth embodiment of the present invention, a specified memory cell region is inspected for failure using a checker pattern at the layout level, similarly to FIG. 6 shown in the third embodiment. The difference from the third embodiment is that the cell data of the corresponding designated area is temporarily stored in the data saving memory 55 before the cell failure inspection, and is written back after the cell failure inspection is completed.
[0120]
Next, a semiconductor device failure detection method according to the fourth embodiment will be described.
[0121]
FIG. 8 is a flowchart showing a semiconductor device failure detection method according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the part mainly related to the cell failure inspection of the nonvolatile memory unit 53 is shown.
[0122]
The failure detection method for a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes an initialization step 111 for generating a start address for cell failure inspection, an area saving step 112 for saving cell data in a specified area, and a cell failure using a checker pattern. Inspection A step 113 for performing inspection, inspection B step 114 for performing cell failure inspection with an inversion pattern, area writing back step 115 for writing back saved data 67, error processing step 116 for performing processing when a cell failure is found, and cell It comprises an error notification step 117 for notifying the outside of the failure.
[0123]
The inspection A step 113 includes an area writing A step 118, an inspection reading A step 119, a determination A step 120, and an end determination A step 121, and the inspection B step 114 includes an area writing B step 122, an inspection reading B. It consists of step 123, determination B step 124, and end determination B step 125.
[0124]
In the initialization step 111, the control circuit 57 receives the area inspection command, the inspection start address, and the number of inspection bytes as the input signal 59, and generates an address for starting the cell failure inspection based on these.
[0125]
In the area saving step 112, the control circuit 57 sequentially generates the test address 60 based on the start address and the number of check bytes generated in the initialization step 111, while transferring the cell data in the nonvolatile memory cell array 51 area to the data saving memory. It operates to retreat to 55.
[0126]
The generation of the test address 60 is performed in the same manner as the block mode in the first embodiment.
[0127]
Since the inspection A step 113 and the inspection B step 114 are substantially the same as those in the third embodiment, the description thereof is omitted.
[0128]
If there is no problem in the inspection A step 113 and the inspection B step 114 (OK), in the area write-back step 115, the control circuit 57 stores the saved data 67 temporarily stored in the data saving memory 55 in the area saving step 112. The access circuit 52 of the unit 53 operates so as to write back to the original test address 60 of the nonvolatile memory cell array 51.
[0129]
If a cell failure is detected in the inspection A step 113 or the inspection B step 114 (NG), the process proceeds to the error processing step 116. Since the error processing step 116 and the error notification step 117 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
[0130]
According to the fourth embodiment, in addition to the effects of the invention described in the second embodiment, it is possible to detect the influence of inter-cell interference in consideration of the physical arrangement of the memory cells, and to detect a cell failure with higher sensitivity. Can be realized.
[0131]
In the first to fourth embodiments described above, the control circuit and the comparison circuit are independent logic circuits. However, the present invention is not limited to this, and includes a register circuit such as a failure address storage memory. The functions described above can be implemented using a CPU and its program. In this case, since the first to fourth embodiments can be implemented by changing the program, it is possible to realize a semiconductor device having more flexibility for the user system and its failure detection method.
[0132]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since appropriate test data is held in the test data storage memory, a semiconductor device capable of inspecting a cell failure in a nonvolatile memory unit in a user use state and a failure detection method thereof are provided. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an image diagram showing test data according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a semiconductor device failure detection method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a semiconductor device failure detection method according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an image diagram showing an inspection data map of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a failure detection method for a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a failure detection method for a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 51 Nonvolatile memory cell array
12, 52 Access circuit
13, 53 Nonvolatile memory section
14, 54 Test data storage memory
15, 56 Comparison circuit
16, 57 Control circuit
17, 58 Fault address storage memory
18, 59 Input signal
19, 60 Inspection address
20 Write data
21, 61 Test data
22, 62 selection signal
23, 63 Inspection readout data
24, 64 judgment signal
25, 65 Cell failure detection signal
26, 66 Fault address
27 Test data A
28 Test data B
31, 71, 91, 111 Initialization step
32, 73, 92, 113 Inspection A step
33, 74, 93, 114 Inspection B step
34, 94 Writing step
35, 76, 95, 116 Error processing steps
36, 77, 96, 117 Error notification step
37, 78 Inspection writing A step
38, 79, 98, 119 Inspection readout A step
39, 80, 99, 120 Judgment A step
40, 81 Inspection writing B step
41, 82, 102, 123 Inspection readout B step
42, 83, 103, 124 Judgment B step
55 Data save memory
67 Saved data
72 evacuation step
75 Write-back step
97, 118 Area writing A step
100, 121 End determination A step
101, 122 area write B step
104, 125 End determination B step
112 Area save step
115 Area write back step

Claims (22)

行および列方向に配置された電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセルと、
前記不揮発性メモリセルにアクセスしデータの書き込みおよび読み出しを行うアクセス手段と、
ビットパターンにより構成されるテストデータを保持するテストデータ保持手段と、
前記不揮発性メモリセルの検査アドレスを生成するとともに、前記アクセス手段により前記テストデータ保持手段に保持された前記テストデータを前記検査アドレスの前記不揮発性メモリセルへ書き込み、その後、前記アクセス手段により前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスから読み出した検査読み出しデータを出力するように制御する制御手段と、
前記テストデータ保持手段に保持された前記テストデータおよび前記アクセス手段により読み出された前記検査読み出しデータを比較し、それらの“一致”または“不一致”を示す判定信号を出力する比較手段と
を有することを特徴とする半導体装置。
A plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells arranged in the row and column directions;
Access means for accessing the nonvolatile memory cell to write and read data;
Test data holding means for holding test data constituted by bit patterns;
A test address of the nonvolatile memory cell is generated, and the test data held in the test data holding unit by the access unit is written to the nonvolatile memory cell of the test address, and then the nonvolatile memory cell is written by the access unit. Control means for controlling to output test read data read from the test address of the memory cell;
Comparing means for comparing the test data held in the test data holding means and the test read data read by the access means, and outputting a determination signal indicating their “match” or “mismatch”. A semiconductor device.
前記複数の不揮発性メモリセル、前記アクセス手段、前記テストデータ保持手段、前記制御手段、および前記比較手段は、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。2. The semiconductor according to claim 1, wherein the plurality of nonvolatile memory cells, the access unit, the test data holding unit, the control unit, and the comparison unit are formed on the same semiconductor substrate. apparatus. 前記制御手段は、
前記判定信号が“不一致”である場合に、故障検出信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The control means includes
The semiconductor device according to claim 1, wherein a failure detection signal is output when the determination signal is “mismatch”.
前記制御手段は、
前記判定信号が“一致”である場合に、受信した書き込みデータを前記アクセス手段へ出力し、前記検査アドレスへ書き込むよう制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The control means includes
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein when the determination signal is “match”, the received write data is output to the access unit and controlled to be written to the test address.
前記不揮発性メモリセルから読み出されたデータを一時記憶する退避データ記憶手段をさらに有し、
前記制御手段は、
前記テストデータの前記不揮発性メモリセルへの書き込みの前に、前記検査アドレスに基づいて前記アクセス手段が前記不揮発性メモリセルから読み出した退避データを前記退避データ記憶手段に退避し、
前記判定信号が“一致”である場合に、前記退避データ記憶手段に退避された前記退避データを前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスへ書き戻すよう制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Further comprising saved data storage means for temporarily storing data read from the nonvolatile memory cell;
The control means includes
Before writing the test data to the nonvolatile memory cell, the access means saves the saved data read from the nonvolatile memory cell based on the inspection address to the saved data storage means,
2. The control according to claim 1, wherein when the determination signal is “match”, control is performed so that the saved data saved in the saved data storage unit is written back to the test address of the nonvolatile memory cell. Semiconductor device.
前記制御手段は、
検査開始アドレスおよび検査終了アドレスを受信し、これらに基づいて複数の前記検査アドレスを順次生成し、生成された前記複数の検査アドレスを用いて、前記不揮発性メモリセルの所定の領域を連続して故障検査するよう制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The control means includes
A test start address and a test end address are received, and a plurality of the test addresses are sequentially generated based on the test start address and the test end address, and a predetermined region of the nonvolatile memory cell is continuously generated using the generated test addresses. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is controlled so as to be inspected for failure.
前記テストデータ保持手段に保持されている前記テストデータは、
ビットパターンの異なる少なくとも2つのテストデータであり、
前記制御手段は、
検査開始アドレスおよび検査終了アドレスを受信し、これらに基づいて複数の前記検査アドレスを順次生成し、前記検査開始アドレスと前記検査終了アドレスで規定される前記不揮発性メモリセルの領域が所望のビットパターンとなるよう前記テストデータのうち1つを選択する選択信号を前記テストデータ保持手段へ順次出力し、前記生成された前記検査アドレスおよび前記選択された前記テストデータを用いて、前記不揮発性メモリセルの前記領域を故障検査するよう制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The test data held in the test data holding means is
At least two test data with different bit patterns,
The control means includes
A test start address and a test end address are received, a plurality of the test addresses are sequentially generated based on the test start address and the test end address, and a region of the nonvolatile memory cell defined by the test start address and the test end address is a desired bit pattern A non-volatile memory cell that sequentially outputs a selection signal for selecting one of the test data to the test data holding means, and uses the generated test address and the selected test data. The semiconductor device according to claim 1, wherein the region is controlled so as to be inspected for failure.
前記不揮発性メモリセルの前記領域に故障検査のために書き込まれる前記所望のビットパターンは、チェッカーパターンであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the desired bit pattern written in the area of the nonvolatile memory cell for a fault inspection is a checker pattern. アドレスを一時記憶する故障アドレス記憶手段をさらに有し、
前記制御手段は、
前記判定信号が“不一致”である場合に、前記検査アドレスを故障アドレスとして前記故障アドレス記憶手段へさらに出力することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A failure address storage means for temporarily storing the address;
The control means includes
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein when the determination signal is “mismatch”, the inspection address is further output as a failure address to the failure address storage means.
前記テストデータ保持手段に保持されている前記テストデータは、
所定のビットパターンおよびそのビット反転パターンをそれぞれに有する対のテストデータであり、
前記制御手段は、
前記対のテストデータを順次選択する選択信号を前記テストデータ保持手段へ出力し、前記検査アドレスを用いて、前記不揮発性メモリセルを前記対のテストデータで順次故障検査するようさらに制御することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The test data held in the test data holding means is
A pair of test data each having a predetermined bit pattern and its bit inversion pattern,
The control means includes
A selection signal for sequentially selecting the pair of test data is output to the test data holding means, and the nonvolatile memory cells are further controlled to sequentially inspect for a failure with the pair of test data using the inspection address. The semiconductor device according to claim 1.
前記テストデータは、
“0”および“1”が交互に並んだビットパターンを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The test data is
2. The semiconductor device according to claim 1, comprising a bit pattern in which “0” and “1” are alternately arranged.
行および列方向に配置された電気的に書き換え可能な複数の不揮発性メモリセル及び、前記不揮発性メモリセルにアクセスしデータの書き込みおよび読み出しを行うアクセス手段を含む半導体装置の故障検出方法であって、検査アドレスを生成する検査アドレス生成ステップと、
前記アクセス手段により、生成された前記検査アドレスの前記不揮発性メモリセルにビットパターンにより構成されるテストデータを書き込む検査書き込みステップと、
前記検査書き込みステップから時間間隔をおいて、前記アクセス手段により、前記検査アドレスの前記不揮発性メモリセルから検査読み出しデータを読み出す検査読み出しステップと、
前記テストデータと前記検査読み出しデータとを比較し、それらの“一致”または“不一致”を示す判定信号を出力する判定ステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の故障検出方法。
A failure detection method for a semiconductor device, comprising: a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells arranged in a row and column direction; and access means for accessing the nonvolatile memory cells to write and read data. A test address generation step for generating a test address;
A test writing step of writing test data constituted by a bit pattern to the nonvolatile memory cell of the generated test address by the access means;
A test read step for reading test read data from the nonvolatile memory cell at the test address by the access means at a time interval from the test write step;
A determination step of comparing the test data with the inspection read data and outputting a determination signal indicating their “match” or “mismatch”;
A failure detection method for a semiconductor device, comprising:
前記各ステップを、前記複数の不揮発性メモリセル及び前記アクセス手段を含む同一の半導体基板上に形成された集積回路により実行することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。13. The failure detection method for a semiconductor device according to claim 12, wherein each step is executed by an integrated circuit formed on the same semiconductor substrate including the plurality of nonvolatile memory cells and the access means. 前記判定ステップで前記判定信号が“不一致”である場合に、前記制御手段が故障検出信号を出力するエラー通知ステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。13. The semiconductor device failure detection method according to claim 12, further comprising an error notification step in which the control means outputs a failure detection signal when the determination signal is "mismatch" in the determination step. 前記判定ステップで前記判定信号が“一致”である場合に、前記制御手段が受信した書き込みデータを前記アクセス手段へ出力し、前記検査アドレスへ書き込む書き込みステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。13. The method according to claim 12, further comprising: a write step of outputting the write data received by the control unit to the access unit and writing to the check address when the determination signal is “match” in the determination step. A method for detecting a failure of a semiconductor device according to claim 1. 前記不揮発性メモリセルから読み出されたデータを一時記憶する退避データ記憶手段をさらに備えた半導体装置の故障検出方法であって、
前記検査書き込みステップの前に、前記検査アドレスに基づいて前記アクセス手段が前記不揮発性メモリセルから読み出した退避データを前記退避データ記憶手段に退避する退避ステップと、
前記判定ステップで前記判定信号が“一致”である場合に、前記退避データ記憶手段に退避された前記退避データを前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスへ書き戻す書き戻しステップを有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
A failure detection method for a semiconductor device, further comprising save data storage means for temporarily storing data read from the nonvolatile memory cell,
Before the test writing step, a saving step for saving the saved data read from the nonvolatile memory cell by the access unit to the saved data storage unit based on the test address;
A write-back step of writing back the saved data saved in the saved data storage means to the test address of the nonvolatile memory cell when the judgment signal is “match” in the judging step; The semiconductor device failure detection method according to claim 12.
前記検査書き込みステップと、前記検査読み出しステップと、前記判定ステップからなる検査ステップをさらに有し、
前記制御手段が受信した検査開始アドレスおよび検査終了アドレスに基づいて生成された複数の前記検査アドレスについて前記検査ステップを繰り返し、前記不揮発性メモリセルの所定の領域を連続して故障検査することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
Further comprising an inspection step comprising the inspection writing step, the inspection reading step, and the determination step;
The inspection step is repeated for a plurality of inspection addresses generated based on the inspection start address and inspection end address received by the control means, and a predetermined region of the nonvolatile memory cell is continuously inspected for failure. The method for detecting a failure of a semiconductor device according to claim 12.
前記検査読み出しステップと、前記判定ステップからなる検査ステップをさらに有し、
前記テストデータ保持手段に保持されている前記テストデータは、
ビットパターンの異なる少なくとも2つのテストデータであり、
前記検査書き込みステップは、
前記制御手段が受信した検査開始アドレスおよび検査終了アドレスで規定される前記不揮発性メモリセルの領域が所望のビットパターンとなるよう前記テストデータを選択して書き込む領域書き込みステップであり、
前記領域書き込みステップで前記所望のビットパターンが書き込まれた前記不揮発性メモリセルの前記領域について前記検査ステップを繰り返して故障検査することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
And further comprising an inspection step comprising the inspection readout step and the determination step,
The test data held in the test data holding means is
At least two test data with different bit patterns,
The inspection writing step includes:
An area writing step of selecting and writing the test data so that the area of the nonvolatile memory cell defined by the inspection start address and the inspection end address received by the control means has a desired bit pattern;
13. The failure detection method for a semiconductor device according to claim 12, wherein the inspection step is repeated for the region of the nonvolatile memory cell in which the desired bit pattern is written in the region writing step.
前記領域書き込みステップで前記不揮発性メモリセルに書き込まれる前記所望のビットパターンは、チェッカーパターンであることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の故障検出方法。19. The failure detection method for a semiconductor device according to claim 18, wherein the desired bit pattern written into the nonvolatile memory cell in the area writing step is a checker pattern. アドレスを一時記憶する故障アドレス記憶手段をさらに有する半導体装置の故障検出方法であって、
前記判定ステップで前記判定信号が“不一致”である場合に、前記制御手段が前記検査アドレスを故障アドレスとして前記故障アドレス記憶手段に記憶するエラー処理ステップをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
A failure detection method for a semiconductor device further comprising a failure address storage means for temporarily storing an address,
13. The error processing step further comprising: when the determination signal is “mismatch” in the determination step, the control means stores the inspection address as a failure address in the failure address storage means. The failure detection method of the semiconductor device as described.
前記検査書き込みステップと、前記検査読み出しステップと、前記判定ステップからなる検査ステップをさらに有し、
前記テストデータ保持手段に保持されている前記テストデータは、
所定のビットパターンおよびそのビット反転パターンをそれぞれに有する対のテストデータであり、
前記制御手段により順次選択された前記対のテストデータを用いて前記検査ステップを繰り返し、前記不揮発性メモリセルの前記検査アドレスを故障検査することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
Further comprising an inspection step comprising the inspection writing step, the inspection reading step, and the determination step;
The test data held in the test data holding means is
A pair of test data each having a predetermined bit pattern and its bit inversion pattern,
13. The failure of a semiconductor device according to claim 12, wherein the inspection step is repeated using the pair of test data sequentially selected by the control means, and the inspection address of the nonvolatile memory cell is inspected for failure. Detection method.
前記テストデータは、
“0”および“1”が交互に並んだビットパターンを有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の故障検出方法。
The test data is
13. The method of detecting a failure in a semiconductor device according to claim 12, comprising a bit pattern in which “0” and “1” are alternately arranged.
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