JP2006059429A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本半導体記憶装置は、第1および第2の抵抗素子5,6の抵抗差を電圧変換する電圧変換回路1と、前記電圧変換に対応した出力を出力する電圧比較回路3と、電圧比較回路3の出力を保持するラッチ回路4と、電圧変換回路1と電圧比較回路3とを遮断および接続するスイッチ回路2とを具備したことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
第1および第2の抵抗素子の抵抗差を電圧変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の出力から前記抵抗差に対応した比較結果を出力する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の比較結果を保持するラッチ回路と、
前記電圧変換回路の出力側と前記電圧比較回路の入力側とを遮断ないし接続のスイッチ動作を行うスイッチ回路と
を具備したことを特徴とするものである。
図1に電気ヒューズを用いた読み出し回路としての半導体記憶装置の一例を示す。
この期間、NFRは“1”あるいは“0”、RON,SAE,LATは”0“であって、電圧変換回路1においては、MOSスイッチであるNMOSトランジスタ7,8はOFFしており、データ読出しに対応した抵抗値変化を与える電気ヒューズ5(第1の抵抗素子)と、電気ヒューズ5の抵抗値変化を検出するために用いる基準の抵抗値を与えるリファレンス抵抗6(第2の抵抗素子)とには電流が流れない。そのため、電圧変換回路1は、電気ヒューズ5の抵抗値とリファレンス抵抗6の抵抗値との抵抗差に対応した電圧変換動作をすることができず、その出力N1,N2は、共に、VDDHレベルである。したがって、電圧変換回路1においては、電気ヒューズ5の未溶断、溶断を問わず、電気ヒューズ5とリファレンス抵抗6それぞれの抵抗差に対する電圧変換は行われない。
電源投入後、読み出し動作指定信号NFRが”0“から”1“になると、この”0"から”1"への立ち上がりエッジを受けて1ショットパルスからなる制御信号RONが発生される。
電源投入後、読み出し動作指定信号NFRが”0“から”1“になると、この”0"から”1"への立ち上がりエッジを受けて1ショットパルスからなる制御信号RONが発生される。
電圧変換回路1において、電圧変換回路1の出力N1とN2との電圧差は、当該電圧変換回路1のNMOSトランジスタ7,8の駆動能力によって制御されるが、このNMOSトランジスタ7,8のデバイスサイズは読み出し動作のワースト条件下でも、電圧比較回路3におけるMOSトランジスタのVt(閾値電圧)のバラツキやノイズ等に対する電圧マージンが確保できるように設定する必要がある。通常使用時、電圧変換回路1のNMOSトランジスタ7,8には〜3.6V程度の電圧が印加されるが、信頼性試験においては更に高い電圧(〜4.1V程度)が印加される。すなわちこの条件下では電気ヒューズ5に通常使用時より大きな電流が流れることになる。この時、シリサイドを溶断していない初期状態の電気ヒューズ5においては、高電圧が印加されて電気ヒューズ5に大きな電流が流れた場合、シリサイド溶断により抵抗値が変化し、通常使用時に読み出し不具合が生じてしまうことが懸念される。
ところで、図1においてラッチ回路4をゲート酸化膜厚の薄いMOSトランジスタで構成した場合、その制御信号の電圧レベルは、制御信号RONおよびSAEがVDDレベルの外部入力信号NFRに基づいてVDDからVDDHにレベルアップした信号であるのに対し、制御信号LATのみがVDDの制御信号となる。このように、電圧変換回路1、電圧比較回路3をレベルアップしたVDDHレベルの制御信号RONおよびSAEで制御し、ラッチ回路4のみをVDDレベルの制御信号LATで制御する構成にすると、VDDが低電圧かつVDDHが高電圧の場合、VDDHの制御信号RON,SAEと、VDDの制御信号LATとの間にタイミングスキューが発生してしまう。例として図6のタイミングチャートを用いながら説明する。
ところで、電気ヒューズ素子をどのような材料で形成するにしても、その初期抵抗や溶断後の抵抗値には製造バラツキや溶断抵抗バラツキが生じてしまう。例えばこの電気ヒューズを備えた半導体記憶装置において、検査時にはリファレンス抵抗値に対する“0”読み出し動作、“1”読み出し動作が正常に行われたとしても、もしその抵抗値がリファレンス抵抗に対してマージンの少ない抵抗値であった場合は、製品として長時間使用している間に、電気ヒューズに電流を流すことで抵抗値が変動してしまい、読み出し不具合しが発生してしまう可能性もある。このような不具合を事前に回避するためには、検査段階において、電気ヒューズ溶断前後の抵抗値マージンを確認する手段があれば、マージンの少ないデバイスを事前にスクリーニングすることが可能となり、市場での不良発生を回避することができる。
なお、この抵抗マージンの確認手段としては、図8に示すようにリファレンス抵抗は1種類のみで、このリファレンス抵抗に接続されるNMOSトランジスタの駆動能力を可変可能な構成とし、電気ヒューズとの抵抗差に基づいて発生する電圧変換回路1の出力N1の電圧を可変にすることで、図7に示す回路構成と同様の効果を小面積で実現することができる。
次に、電気ヒューズ5の溶断前後の抵抗値を間接的に測定する手段を備えた読み出し回路の動作について図9を用いて説明する。
電気ヒューズ素子としてポリシリコンのシリサイド抵抗を用い、リファレンス抵抗素子として非シリサイドのポリシリコンを用いると、プロセスバラツキに対する抵抗特性に若干の違いはあるものの、シート抵抗がシリサイドに比べ十分高いため、小サイズでリファレンス抵抗を実現することができる。
2 スイッチ回路
3 電圧比較回路
4 ラッチ回路
5 電気ヒューズ(第1の抵抗素子)
6 リファレンス抵抗(第2の抵抗素子)
Claims (20)
- 第1および第2の抵抗素子の抵抗差を電圧変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の出力から前記抵抗差に対応した比較結果を出力する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の比較結果を保持するラッチ回路と、
前記電圧変換回路の出力側と前記電圧比較回路の入力側とを遮断ないし接続のスイッチ動作を行うスイッチ回路と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記電圧比較回路は、クロスカップル回路を含み、前記クロスカップル回路のクロスカップルノードに前記スイッチ回路を介して前記電圧変換回路の出力が接続されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記電圧変換回路は、前記両抵抗素子に個別接続したMOSスイッチを備え、当該MOSスイッチを制御して前記両抵抗素子に電流を流して当該両抵抗素子の抵抗差に対応した電圧変換を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体記憶装置。
- 前記各MOSスイッチは1ショットパルスからなる第1制御信号で制御されることを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 前記スイッチ回路は、MOSトランジスタにより構成されている、ことを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記MOSトランジスタは、前記第1の制御信号か、あるいは第1の制御信号に包含される第2の制御信号で制御されることを特徴とする請求項5に記載の半導体記憶装置。
- 前記電圧比較回路は、1ショットパルスからなる第3の制御信号で制御され、前記第3の制御信号のイネーブル期間は、前記第2の制御信号のイネーブル期間とオーバーラップする期間があることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
- 前記ラッチ回路は、1ショットパルスからなる第4の制御信号で制御され、前記第4の制御信号は当該第4の制御信号の生成過程において、高い側の電圧レベルが第1の電圧レベルから第2の電圧レベルに変換された後、さらに第1の電圧レベルに再変換された信号であることを特徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1、第2、第3、第4の制御信号は、外部から入力される読み出し動作指定信号に基づいて発生されることを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。
- 電圧レベルが異なる2つの第1および第2の電源電圧が供給されており、前記第1の電源電圧としてIOセルに供給される電源が供給され、前記第2の電源電圧としてIOセルに供給される電源か、またはロジック回路に供給される電源が供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 更に電圧レベル制御手段を備え、前記電圧変換回路のMOSスイッチを制御する第1の制御信号の高い側の電圧レベルは、前記電圧レベル制御手段から供給されることを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 前記電圧レベル制御手段にて発生される電圧レベルは、外部供給電源の電圧レベル以下であることを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置。
- 第1および第2の抵抗素子の抵抗差を電圧変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の出力から前記抵抗差に対応した比較結果を出力する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の比較結果を保持するラッチ回路と、
前記電圧変換回路の出力側と前記電圧比較回路の入力側とを遮断ないし接続のスイッチ動作を行うスイッチ回路と、
前記第1の抵抗素子の抵抗マージンを測定する抵抗マージン測定手段と、
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記抵抗マージン測定手段は、第3および第4の抵抗素子を備え、
前記第1ないし第4の抵抗素子それぞれに個別にMOSスイッチを接続し、各MOSスイッチの駆動制御により抵抗マージンを測定可能とした、ことを特徴とする請求項13に記載の半導体記憶装置。 - 第1および第2の抵抗素子の抵抗差を電圧変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路の出力から前記抵抗差に対応した比較結果を出力する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の比較結果を保持するラッチ回路と、
前記電圧変換回路の出力側と前記電圧比較回路の入力側とを遮断ないし接続のスイッチ動作を行うスイッチ回路と、
を具備し、
前記電圧変換回路は、前記第1の抵抗素子に接続された第1のMOSスイッチと、前記第2の抵抗素子に接続された、駆動能力の異なる複数のMOSスイッチとから構成され、前記複数のMOSスイッチを駆動制御して前記第2の抵抗の変換電圧レベルを可変にしたことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1の抵抗素子の抵抗値を測定することが可能な手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の抵抗素子の抵抗値測定モードにおいては、前記電圧変換回路および前記スイッチ回路において、前記第1の抵抗素子にMOSスイッチを接続し、該MOSスイッチのみと前記スイッチ回路とをイネーブルとし、前記電圧比較回路をディスエーブルに制御することを特徴とする請求項16に記載の半導体記憶装置。
- 前記第2、第3、第4の抵抗素子は、第1の抵抗素子と同一材料、同一形状の素子を複数直列に接続配置したことを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1の抵抗素子はシリサイドのポリシリコン抵抗であることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記第2、第3、第4の抵抗素子は非シリサイドのポリシリコン抵抗であることを特徴とする請求項14に記載の半導体記憶装置。
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