JP2005529571A

JP2005529571A - 連続ヒューズラッチ操作に用いる送りレジスタ

Info

Publication number: JP2005529571A
Application number: JP2004518551A
Authority: JP
Inventors: レーマン，ガンター
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-06-21
Publication date: 2005-09-29
Also published as: TWI245291B; US20040004510A1; DE60302361T2; CN1666297A; TW200401300A; DE60302361D1; US6798272B2; EP1518248A1; EP1518248B1; WO2004006267A1

Abstract

連続ヒューズラッチ装置は、複数のヒューズラッチと送りレジスタとを備えている。各ヒューズラッチはデータ格納素子である。送りレジスタは、少なくとも１つのヒューズラッチと接続された指示ラッチを複数備えるとともに、複数のヒューズラッチの連続操作を制御している。

Description

発明の詳細な説明

〔発明の背景〕
１．発明の分野
本発明は、半導体ヒューズに関するものであり、より具体的には、連続ヒューズラッチ操作（sequential fuse latch operation）に用いる送りレジスタ(shift register)に関するものである。

２．関連技術の説明
プロセッサ、マイクロコントローラ、またはメモリなどの半導体回路は、チップの構成を個別に行うことを可能にするヒューズ素子を使用しており、内部計時（internal timings）、供給電圧レベル、チップ識別番号、および修復情報などのパラメタの調節をチップごとに行うことができる。例えば、ＤＲＡＭのようなメモリ回路に修復情報を用い、予備素子を制御して、欠陥を修復させることができる。通常の６４ＭｂＤＡＭ回路は、数千個のヒューズ素子を備えている。これらのヒューズの数は、半導体回路のメモリ容量に伴って増加する。

ヒューズの評価（fuse evaluation）はヒューズラッチ（fuse latch）回路によって行うことができる。このヒューズラッチ回路は、ヒューズリンク（fuse link）におけるアナログ抵抗値をデジタル値（「高」または「低」）に変換するものである。さらに、ヒューズラッチはデジタル値の格納をも行う。ヒューズラッチ１００を図１の右下の角に示す。ヒューズの評価を行うためには、信号１０１を低状態で与え、ＰＦＥＴ１０３をオンする。この予備充電操作(precharge operation)によって、内部ノード(internal node)１１４が高状態になる。ＰＦＥＴを元のようにオフしても、ラッチは帰還ループ（インバータ１０６）全体に高い値を保持する。

予備充電操作は、実際のヒューズの評価前にヒューズラッチを初期化するために必要である。ヒューズの評価は、読み取り信号１０２を高状態にして、ＮＦＥＴ１０４をオンすることによって開始してもよい。帰還インバータ１０６のＰＦＥＴは、ヒューズ１０５を通る電流を減少させる。このヒューズの抵抗が小さい場合は、内部ノード１１４の電圧が低下し、ラッチを逆の状態に反転させる。しかし、ヒューズの抵抗が大きい場合は、電圧の低下が少なく、ラッチの状態が切り替わらない。

予備充電操作および読み取り操作を行うと電流の流れが生じる。予備充電操作時に、正の電圧供給部１０９から、ＰＦＥＴ１０３と帰還インバータ１０６のＮＦＥＴとを通って、接地電圧供給部１０８へ電流が流れる。ヒューズラッチがノード１１４の高状態になった後、電流の流れが停止する。その結果、帰還インバータ１０６のＮＦＥＴがオフされる。

読み取り操作時には、正の電流供給部から、帰還インバータ１０６のＰＦＥＴ、ＮＦＥＴ１０４、およびヒューズ素子１０５を通って、接地電力供給部１０８へ電流が流れる。ヒューズ抵抗が低ければ、ラッチが内部ノード１１４の低状態になり、電流が止まる。しかし、ヒューズ抵抗が高ければ、ラッチは高状態を維持する可能性があり、電力供給部から既述の経路を通って電流が引き出され続けるおそれがある。

既述のように、単一半導体チップは、数千個のヒューズ素子と、これに対応するヒューズラッチとを備えることができる。これらのヒューズラッチは、通常、回路面をできるだけ小さくするために制御信号（１０１，１０２）および電力供給線（１０８，１０９）を共用している。それゆえ、ラッチは一斉に作動する。並列接続されたヒューズラッチの一般的な構成を図１の上半分に示す。ラッチの蓄積電流（cumulative current）は、全て電力供給線から引き出されたものである。電力供給接続部は、金属線、コンタクトホール、ボンディングパッドなどによる内部抵抗１１２・１１３を有している。このため、電力供給線全体において電圧が低下し、ヒューズラッチが電流を引き出す時は、常に正の供給電圧が低くなるとともに接地供給電圧が高くなる。並列接続されているヒューズラッチの数が多い場合、電圧の低下は、予備充電操作または読み取り操作が正確に実行されなくなるくらい大きくなる。その結果、ヒューズ値の読み取りミスが生じ、チップの不調を引き起こす可能性がある。

従って、連続ヒューズラッチ操作に用いる送りレジスタのシステムおよび方法が必要である。

〔発明の概要〕
本発明の一実施形態によると、連続ヒューズラッチ装置(sequential fuse latch device)が提供される。連続ヒューズラッチ装置（以下「装置」）は、複数のヒューズラッチを備え、各ヒューズラッチは、データ格納素子およびヒューズリンク（fusible link）を備えている。この装置は、複数の指示ラッチ(pointer latch)を有する送りレジスタ(shift register)をさらに備え、各指示ラッチは、少なくとも１つのヒューズラッチと接続されている。送りレジスタは、複数のヒューズラッチの連続的な操作を制御する。

上記操作は、ヒューズラッチに対する読み取り操作である。上記操作は、ヒューズラッチに対する予備充電操作である。上記操作は、第１ヒューズラッチに対する予備充電操作および第２ヒューズラッチに対する読み取り操作である。

各指示ラッチは、初期化回路（initialization circuit）を備えており、この初期化回路は、指示ラッチの状態を事前設定(preset)する。

各指示ラッチは、ヒューズ読み取り操作、ヒューズラッチ予備充電操作、ヒューズ読み取り操作およびヒューズラッチ予備充電操作、の何れかを制御する。

ヒューズラッチにおける（corresponding）ヒューズはプログラム式(programmable)であり、各指示ラッチは、ヒューズラッチの評価に基づいてプログラム操作を制御する。

各ヒューズラッチは、２つの対応する指示ラッチと接続されており、各指示ラッチは、第１ヒューズラッチに接続されている予備充電制御信号と、第２ヒューズラッチに接続されている読み取り操作制御信号とを有している。

上記装置は、各指示ラッチとの初期化信号接続部を備えている。

上記装置は、各ヒューズと接続されている共通の電力供給部と、各指示ラッチ供給される刻時信号と、各指示ラッチの間に直列接続されている桁送り(shift)信号とをさらに有している。

指示ラッチは、刻時信号に応答して、初期化された指示ラッチの値を、送りレジスタを通じて(through)伝達する。

本発明の一実施形態によると、連続ヒューズラッチ装置が、ヒューズラッチのアレイ(array)と、ヒューズラッチのアレイに対する操作入力部を有する送りレジスタとを備え、各ヒューズラッチが、データ格納素子であり、送りレジスタが、ヒューズラッチの連続的な操作を制御する。

上記操作は、ヒューズラッチの読み取り操作である。上記操作は、ヒューズラッチの予備充電操作である。上記操作は、第１ヒューズラッチの予備充電操作および第２ヒューズラッチの読み取り操作である。

各ヒューズラッチ装置は、予備充電信号が供給され、電力供給部に接続されている第１トランジスタと、データ信号が供給され、第２トランジスタを備え、第１トランジスタに接続されているラッチと、データ信号をヒューズに供給する第３トランジスタとを備え、第１および第２トランジスタが、ラッチを予備充電し、読み取り信号とヒューズ電力増加信号とが、第３トランジスタとヒューズの読み取り操作とを制御する。この装置は、データ信号を電力供給部に供給する第４トランジスタをさらに備えている。この装置は、データ信号を供給する転送ゲートと第２ラッチとを備え、各転送ゲートは、刻時信号が供給され、第２ラッチのデータ桁送り出力部には、隣接する連続ヒューズラッチ装置が接続されている。

本発明の一実施形態によると、連続的なヒューズ操作の方法が提供される。この方法は、第１指示ラッチを第１電圧に初期化する工程と、複数の第２指示ラッチを第２電圧に初期化する工程と、複数の第２指示ラッチに接続されている複数のヒューズラッチを予備充電する工程とを含む。この方法は、第１指示ラッチの初期値を、複数の第２指示ラッチの各々通じて伝達する工程と、初期値の伝達に伴って各ヒューズラッチの操作を起動する(activating)工程とをさらに含む。

〔図面の簡単な説明〕
本発明のより詳細な好ましい実施形態について、添付の図を参照しながら以下に説明する。図１は、ヒューズラッチのアレイ図である。図２は、本発明の一実施形態に基づくヒューズラッチおよび指示ラッチのアレイの図である。図３は、本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。図４は、本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。図６は、本発明の一実施形態に基づく指示ラッチの回路図である。図７は、本発明の一実施形態に基づくヒューズラッチの回路図である。

〔好ましい実施形態の詳細な説明〕
本発明の一実施形態に基づき、複数のヒューズラッチ２００が共通の電力供給線２０８・２０９に接続されている、最上位レベル（top-level）のブロック図を図２に示す。電力供給接続部２１０・２１１は、内部抵抗２１２・２１３を有している。各ヒューズラッチ２００は、予備充電操作を制御する入力信号２０１と、読み取り操作を制御する入力信号２０２とを別個に有している。これらの信号２０１・２０２は、全てのヒューズラッチの間で共用されているものではなく、他のグループのラッチ２１４によって生成されるものである。各ヒューズラッチ２００に対して、第２ラッチ２１４が存在している。図２に示す構成では、ヒューズラッチが、複数のラッチ２１４の何れかから読み取り信号２０２を受信し、別のラッチ２１４から予備充電信号２０１を受信する構成となっている。これらのラッチ２１４は、共通刻時信号２１６と、共通初期化信号２１８とを共用している。さらに、それらは送りレジスタを形成するため、信号２１５によりまとめて接続されている。ラッチ２１４（以下、指示ラッチという）は、どのヒューズラッチを充電または読み取る必要があるかを指示する信号値を格納している。

図２の操作モードを図３に示す。ここでは、一度に１つのヒューズに対する読み取りを行う。ラッチを初期化する前は（３００）、ラッチの状態は不明である。初期化操作時において（３１０）、複数のヒューズラッチを高状態または低状態に一斉に予備充電する。ここでは、共通信号２０１が共用されているものとする。さらに、送りレジスタ３０２の第１ラッチ以外の指示ラッチをある状態に（ここでは「０」に）初期化し、送りレジスタ３０２の第１ラッチを反対の状態に（ここでは「１」に）初期化する。次に、指示ラッチの刻時信号２１６を操作する。この刻時信号２１６は、送りレジスタ３０３を通じて第１指示ラッチの初期値を伝達する。この初期値は、信号２０２を介して、ヒューズラッチの読み取り操作（例えば、３０４）を起動する。指示信号値を桁送りすることによって、一度に１つずつヒューズの読み取りが行われる。これにより、電力供給部から引き出される電流が最小となり、電力供給線全体の電圧低下によって引き起こされるヒューズラッチの読み取りミスを防止することができる。このように、半導体回路を確実に正しく機能させる確実なヒューズの読み取りが可能となる。

本発明の付加的な操作モードを図４に示す。ここでは、同時に複数のヒューズに対する読み取りを行う。初期化操作時（４０１）において、複数の指示ラッチを読み取り操作可能な値に事前設定する。これにより、複数の指示信号が送りレジスタを通じて伝達され、各指示信号がヒューズ読み取り操作を可能にする。全てのヒューズを読み取るために必要な刻時周期(clock cycles)（または桁送り操作）の数は、図３の操作モードと比べて少なくてすむ。例えば、１つの指示信号の代わりに２つの指示信号を用いることにより、ヒューズ読み取り時間が半分になる。初期化モード４０１は、並行して読み取られるヒューズの数がヒューズ素子、ヒューズラッチ、および電力供給線のパラメタと適合するように、柔軟なものとすることができる。

本発明の他の実施形態について、図５を参照ながら、読み取り操作と予備充電操作との制御に使用できる指示ラッチを示して説明する。ヒューズ読み取り操作には、前述のヒューズラッチ予備充電を適切に行っておく必要がある。送りレジスタを通過する指示信号は、ある１つのヒューズラッチに対する予備充電操作と、別の１つのヒューズラッチに対する読み取り操作とを起動する。これにより、予備充電操作時に引き出される電流が最小となる。なぜなら、他のヒューズラッチの読み取り操作とともに予備充電されるヒューズが、一度に１つのみとなるためである。その結果、不適切な予備充電に起因する読み取りミスを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る指示ラッチの実装例を図６に示す。２つのラッチグループ２０１・２０２および伝達ゲート２０３・２０４を、刻時信号２１６とその反転値ＣＬＫｎとの各々によって駆動してもよい。桁送り入力信号２１５を、ＦＲＳＨＩＮ（ヒューズ列桁送り入力；fuse row shift in）として示し、桁送り出力信号２１５を、ＦＲＳＨＯＵＴ（ヒューズ列桁送り出力；fuse row shift out）として示す。ＤＡＴＡ信号２０５は、予備充電信号または読み取り信号としてヒューズラッチへ供給される。トランジスタ２０６・２０７は、ＤＡＴＡ信号における低状態に指示ラッチを初期化する。この初期化は、ＦＰＮＴＳＥＴ（ヒューズ指示セット；fuse pointer set）入力信号２１８を高状態にすることによって可能となる。

指示ラッチからのヒューズ読み取り信号２０２が、読み取りトランジスタ７０４およびＦＥＴ７１９を制御する、ヒューズラッチを図７に示す。なお、読み取りトランジスタ７０４およびＦＥＴ７１９は、電気ヒューズ７０５をプログラムする（例えば、ヒューズを飛ばす）ために用いることができる。ラッチ７１６は、トランジスタ７０７・７０８・７０９とインバータ７１０とを備えている。トランジスタ７０３・７０８は、ラッチ７１６を予備充電するために使用することができる。信号２０１は、例えば「０」を示すことにより予備充電操作を指示し、トランジスタ７０３をオンすることができる。その結果、ＤＡＴＡ信号が電力供給部に供給される。同時に、トランジスタ７０８をオフしてもよい。その結果、ラッチ７１６のＤＡＴＡ信号は、予備充電が例えば正の電力供給であると判断する。トランジスタ７０４は、ラッチ７１６をヒューズ７０５と接続する。信号２０２とＦＰＵＮ（ヒューズ電力増加ｎＦＥＴ； fuse power up nFET）とが適切な状態（例えば、両信号が「１」）であれば、トランジスタ７０４をオンすることができ、ヒューズ読み取り操作が可能となる。

ＦＦＳＨＩＮ（ヒューズヒューズ桁送り入力；fuse fuse shift in）入力信号と、ＦＦＳＨＯＵＴ（ヒューズヒューズ桁送り出力；fuse fuse shift out）出力信号と、試験モードであるＴＭＥＦＢＬＯＷ（電気ヒューズ飛ばし試験モード；test mode e-fuse blow）において使用される信号とについても、図７に示す。ＴＭＥＦＢＬＯＷ信号は、ヒューズ７０５を飛ばすためのＢＬＯＷ信号としてトランジスタ７１９へ印加してもよい。

さらに、ヒューズ読み取り操作時に、トランジスタ７０６がＤＡＴＡ信号を電力供給部（例えば正の電力供給部）に供給することが示されている。また、転送ゲート(transfer gate)７１１・７１２およびラッチ７１５を、図７に示すヒューズラッチを備える送りレジスタが形成されるように、ＦＦＳＨＩＮとＦＦＳＨＯＵＴとの間に接続することが示されている。なお、連続ヒューズラッチ操作に用いる送りレジスタの実施形態について説明してきたが、当業者は、上記の記述を手がかりとして改良や変形を行うことができる。よって、開示した本発明の特定の実施形態において、添付の請求項によって規定されている本発明の範囲および精神から逸脱しない範囲内で変更してもよいことは理解できるであろう。特許法の要求により、本発明を詳細にかつ具体的に説明してきたが、権利を主張するとともに特許証による保護を希望する対象は、添付の請求項により規定される。

ヒューズラッチのアレイの図である。本発明の一実施形態に基づくヒューズラッチおよび指示ラッチのアレイの図である。本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。本発明の一実施形態に基づく送りレジスタの実装を示す図である。本発明の一実施形態に基づく指示ラッチの回路図である。本発明の一実施形態に基づくヒューズラッチの回路図である。

Claims

複数のヒューズラッチと、
複数の指示ラッチを含む送りレジスタとを備え、
各ヒューズラッチが、データ格納素子とヒューズリンクとを備え、
各指示ラッチが、少なくとも１つのヒューズラッチと接続されており、
上記送りレジスタが、複数のヒューズラッチに対する連続的な操作を制御する連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、ヒューズラッチに対する読み取り操作である、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、ヒューズラッチに対する予備充電操作である、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、第１ヒューズラッチに対する予備充電操作および第２ヒューズラッチに対する読み取り操作である、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各指示ラッチが、初期化回路を備えている、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記初期化回路が、指示ラッチの状態を事前設定する、請求項５に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各指示ラッチが、ヒューズ読み取り操作、ヒューズラッチ予備充電操作、ヒューズ読み取り操作およびヒューズラッチ予備充電操作、の何れかを制御する、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
ヒューズラッチにおけるヒューズがプログラム式であり、
各指示ラッチが、ヒューズラッチに対する評価に基づいてプログラム操作を制御する、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各ヒューズラッチが、２つの対応する指示ラッチと接続されており、
各指示ラッチが、第１ヒューズラッチに供給される予備充電制御信号と、第２ヒューズラッチに供給される読み取り操作制御信号とを備えている、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各指示ラッチに対する初期化信号接続部をさらに備えている、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各ヒューズに接続されている共通電力供給部と、
各指示ラッチに供給される刻時信号と、
各指示ラッチに順次供給される桁送り信号とをさらに備える、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記指示ラッチが、刻時信号に応答して、初期化された指示ラッチの値を、送りレジスタを通じて伝達する、請求項１に記載の連続ヒューズラッチ装置。
ヒューズラッチのアレイと、
ヒューズラッチのアレイに対する複数の操作入力部を有する送りレジスタとを備え、
各ヒューズラッチがデータ格納素子であり、
上記送りレジスタが、複数のヒューズラッチに対する連続的な操作を制御する、連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、ヒューズラッチに対する読み取り操作である、請求項１３に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、ヒューズラッチに対する予備充電操作である、請求項１３に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記操作が、第１ヒューズラッチに対する予備充電操作および第２ヒューズラッチに対する読み取り操作である、請求項１３に記載の連続ヒューズラッチ装置。
各ヒューズラッチ装置が、
予備充電信号を電力供給部に供給する第１トランジスタと、
データ信号が供給され、第２トランジスタを備え、第１トランジスタに接続されているラッチと、
データ信号をヒューズに供給する第３トランジスタとを備え、
第１および第２トランジスタが、ラッチを予備充電し、
読み取り信号およびヒューズ電力増加信号が、第３トランジスタとヒューズの読み取り操作とを制御する、請求項１３に記載の連続ヒューズラッチ装置。
上記データ信号を電力供給部に供給する第４トランジスタをさらに備えている、請求項１７に記載の装置。
データ信号が供給される複数の転送ゲートと、
第２ラッチとをさらに備え、
各転送ゲートに刻時信号が供給され、
隣接する連続ヒューズラッチ装置が、第２ラッチのデータ桁送り出力部に接続されている、請求項１７に記載の連続ヒューズラッチ装置。
第１指示ラッチを第１電圧に初期化する工程と、
複数の第２指示ラッチを第２電圧に初期化する工程と、
複数の第２指示ラッチに接続されている複数のヒューズラッチを予備充電する工程と、
第１指示ラッチの初期値を、複数の第２指示ラッチの各々を通じて伝達する工程と、
上記初期値の伝達に伴って、各ヒューズラッチに対する操作を起動する工程とを含む連続的なヒューズ操作の方法。