JP2006252696A - Method and apparatus for reducing bias temperature instability (bti) effect - Google Patents

Method and apparatus for reducing bias temperature instability (bti) effect Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus enabling an electronic system implemented using a field effect transistor (FET) to reduce a threshold voltage shift due to bias temperature instability (BTI). <P>SOLUTION: The VT shift due to BTI is accumulated when a FET is in a particular voltage stress state. A number of memory elements in the electronic system store the same data over substantially the life of the system. As a result, the VT shift due to BTI significantly occurs in a FET in the memory element. An embodiment of the present invention guarantees that a specific memory element is in a first state for a first portion of the time for which the electronic system is operated, and data is stored in a first phase in the memory element for the period of time, and a specific memory element is in a second state for a second portion of the time for which the electronic system is operated, and data is stored in a second phase in the memory element for the period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一般に、電界効果トランジスタ回路に関する。より具体的には、本発明は、バイアス温度不安定性によるしきい電圧シフト(bias temperature instability caused threshold voltage shift)を受けやすい電界効果トランジスタに関する。   The present invention generally relates to field effect transistor circuits. More specifically, the present invention relates to a field effect transistor that is susceptible to a bias temperature instability caused threshold voltage shift due to bias temperature instability.

最新の電子システム、たとえば、コンピュータ・プロセッサ、携帯情報端末(PDA)、デジタル・カメラは、現在、半導体チップ上に製作された電界効果トランジスタ(FET)を使用する論理回路および記憶回路を頼りにしている。相補型金属酸化膜半導体(CMOS)回路は、CMOS回路によって提供される速度および比較的低い電力のために、このような論理回路および記憶回路で広く使用されている。CMOS回路は、Pチャネル電界効果トランジスタ(PFET)およびNチャネル電界効果トランジスタ(NFET)を使用する。   Modern electronic systems, such as computer processors, personal digital assistants (PDAs), digital cameras, currently rely on logic and storage circuits that use field effect transistors (FETs) fabricated on semiconductor chips. Yes. Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuits are widely used in such logic and storage circuits because of the speed and relatively low power provided by CMOS circuits. CMOS circuits use P-channel field effect transistors (PFETs) and N-channel field effect transistors (NFETs).

最近の技術の進歩により、FETの物理的サイズが低減されている。電圧供給源は、電力を節約するために、ならびにFETの物理的サイズの低減の要件に対処するために縮小されている。FETしきい電圧(VT)は、供給電圧の低減の結果として生じるFETゲート電圧の低減という性能低下効果を緩和するように低減されている。FETのサイズの収縮およびVTの低減の結果として、PFET内の負バイアス温度不安定性(NBTI)によるVTシフトが重大な問題になり、その結果、性能低下、電圧感度が発生し、限界だが効力のあるメモリ保管場所であった可能性のあるものが障害のある保管場所になっている。NBTIによるVTシフトはPFET内のVTの増加(絶対値)を引き起こし、これはPFET上のソース電圧およびドレイン電圧に対するゲート電圧の関数である。NBTIによるVTシフトは、PFETがNBTIによるVTシフトに応力を加える電圧状態にある間に、時間の経過につれて蓄積する。PFET内のNBTIによるVTシフトは、現在の技術では重大な問題である。PFET内のNBTIによるVTシフトについては本明細書で詳細に論ずる。同様のVTシフトはNFETにも存在するが、現在の技術ではPFETの場合より程度が小さい。NFET内のこのようなVTシフトはPBTI(正バイアス温度不安定性)と呼ばれている。以下に記載する例は、本発明の諸実施形態がPFET内のNBTIによるVTシフトの悪影響の多くをどのように克服するかを例証するものであるが、NFET内のPBTIによるVTシフトを低減するために同様の諸実施形態が企図されている。   Recent technological advances have reduced the physical size of FETs. The voltage source has been reduced to conserve power as well as to address the requirements of reducing the physical size of the FET. The FET threshold voltage (VT) has been reduced to mitigate the performance degradation effect of reducing the FET gate voltage resulting from the reduction in supply voltage. As a result of FET size shrinkage and VT reduction, VT shift due to negative bias temperature instability (NBTI) in the PFET becomes a serious problem, resulting in performance degradation, voltage sensitivity, and limited but effective A possible memory storage location is a faulty storage location. The NBTI caused VT shift causes an increase (absolute value) of VT in the PFET, which is a function of the gate voltage relative to the source and drain voltages on the PFET. The NBTI caused VT shift accumulates over time while the PFET is in a voltage state that stresses the NBTI caused VT shift. NBTI-induced VT shift in PFETs is a significant problem with current technology. The NBTI caused VT shift in the PFET is discussed in detail herein. Similar VT shifts exist in NFETs, but to a lesser extent with current technology than with PFETs. Such a VT shift in the NFET is called PBTI (positive bias temperature instability). The examples described below illustrate how embodiments of the present invention overcome many of the negative effects of NBTI caused VT shifts in PFETs, but reduce PBTI caused VT shifts in NFETs. Similar embodiments are contemplated for this purpose.

PFETのソースとドレインがいずれも「ハイ」電圧レベルであり、ゲートが「ロー」電圧レベルであるときに、PFETはNBTI電圧応力状態(voltage stress condition)にある。たとえば、1ボルトの供給電圧を有する現在のCMOSチップでは、そのソースとそのドレインが1ボルトであり、そのゲートが接地レベル(0ボルト)であるときに、PFETはNBTI電圧応力状態にある。また、ゲートが「ハイ」であり、ソースが「ハイ」であるときに、PFETはNBTIによるVT低下からいくらか回復する傾向がある。理想的には、PFETの平衡デューティ・サイクル(50%はNBTI電圧応力状態にあり、50%はNBTI電圧応力状態にはない)は、最も均一な応力を発生することになるであろう。NFETのゲートが「ハイ」であり、NFETのソースとドレインが「ロー」電圧であるときに、NFETはPBTI電圧応力状態にある。   The PFET is in the NBTI voltage stress condition when both the source and drain of the PFET are at a “high” voltage level and the gate is at a “low” voltage level. For example, in a current CMOS chip with a 1 volt supply voltage, the PFET is in NBTI voltage stress when its source and its drain are 1 volt and its gate is at ground level (0 volt). Also, when the gate is “high” and the source is “high”, the PFET tends to recover somewhat from NBTI-induced VT degradation. Ideally, the balanced duty cycle of the PFET (50% is in the NBTI voltage stress state and 50% is not in the NBTI voltage stress state) will produce the most uniform stress. The NFET is in a PBTI voltage stress state when the gate of the NFET is “high” and the source and drain of the NFET are “low” voltage.

NBTIによるVTシフトは当業界内で知られているが、VTシフトに関連する低下問題に対処しようと試みるほとんどの方法は、発生するNBTIによるVTシフトの量を最小限にするためのプロセス技法を扱っている。しかし、ゲート酸化膜(またはゲート誘電体に使用するその他の誘電材料)を薄くし、供給電圧を減少させることにより、発生するNBTIによるVTシフトは通常のVT変動性の全体的な百分率としてより重大なものになっている。典型的なNBTIによるVTシフトは、PFETのデューティ・サイクルが50%である(すなわち、PFETがNBTI電圧応力状態でその時間の半分を費やし、NBTI電圧応力状態ではない状態でその時間の半分を費やす)場合に30〜40mV(ミリボルト)であるが、デューティ・サイクルが100%に近い(すなわち、PFETがほとんどいつもNBTI電圧応力状態にある)場合、NBTIによるVTシフトは80〜90mVになる可能性がある。ほとんど0%のデューティ・サイクルが存在する(すなわち、PFETがほとんどNBTI電圧応力状態にならない)場合、NBTIによるVTシフトはほとんどまったく発生しない。数年前、供給電圧は概して5ボルトであり、VTは約700mVであった。現在、供給電圧は約1ボルトであり、VTは約200mVであり、80〜90mVというNBTIによるVTシフトは最新のPFETの全VTのうちの相当な百分率になっている。   Although NBTI-induced VT shifts are known within the industry, most methods that attempt to address the degradation problems associated with VT shifts use process techniques to minimize the amount of NBTI-induced VT shifts that occur. I handle it. However, by thinning the gate oxide (or other dielectric material used for the gate dielectric) and reducing the supply voltage, the NBTI-induced VT shift that occurs is more significant as an overall percentage of normal VT variability. It has become a thing. A typical NBTI VT shift has a PFET duty cycle of 50% (ie, PFET spends half of its time in NBTI voltage stress condition and half of its time in non-NBTI voltage stress condition) ) If the duty cycle is close to 100% (ie, the PFET is almost always in NBTI voltage stress state), the NBTI VT shift can be 80-90 mV is there. If there is an almost 0% duty cycle (ie, the PFET is almost in NBTI voltage stress state), there is almost no NBTI caused VT shift. Several years ago, the supply voltage was generally 5 volts and the VT was about 700 mV. Currently, the supply voltage is about 1 volt, the VT is about 200 mV, and the NBTI VT shift of 80-90 mV is a significant percentage of the total VT of modern PFETs.

いくつかの使用状況では、特定のPFETのデューティ・サイクルが50%を著しく超える可能性がある。たとえば、メモリ・アレイ(たとえば、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)またはダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM))では、一般にチップのテスト中にABIST(アレイ・ビルトイン・セルフ・テスト(array built in self test))が適用される。ABISTは、チップ内の欠陥を識別するために必要なバーンイン応力状態(高温および/または高供給電圧)中にさらに使用される。バーンイン中に適用される温度および供給電圧増加状態は、NBTIによるVTシフトによる低下の速度を高める。バーンイン中にABISTは、メモリ・アレイに結合されるパターンを発生する。ABISTは、欠陥がまったくないメモリ・アレイから予想される結果に照らし合わせて、結果出力パターンをチェックする。これらのパターンの意図は、メモリ・アレイに応力を加えて、様々な妨害パターンを含むすべての可能な欠陥タイプを探すことである。これらのパターンは必要であるが、アレイ内の各ビット線、ワード線、または記憶素子について50%のデューティ・サイクルを保証するものではない。実際に、ABISTパターンの組数が多い場合、結果的に、メモリ・アレイ内の少なくともいくつかのPFETについてはほぼ100%のデューティ・サイクルが得られる。また、多くの電子システムは、その電子システムの再始動中にもABISTを実行する。電子システムの電源を投入すると、再始動が行われる。多くの電子システムの再始動は、手操作による介入によって引き起こすことができる。   In some usage situations, the duty cycle of a particular PFET can significantly exceed 50%. For example, in memory arrays (eg, static random access memory (SRAM) or dynamic random access memory (DRAM)), ABIST (array built-in self test) is typically used during chip testing. in self test)) applies. ABIST is further used during burn-in stress conditions (high temperature and / or high supply voltage) necessary to identify defects in the chip. The temperature and supply voltage increase conditions applied during burn-in increase the rate of decrease due to NBTI caused VT shift. During burn-in, ABIST generates a pattern that is coupled to the memory array. ABIST checks the resulting output pattern against the expected results from a memory array that is completely free of defects. The intent of these patterns is to stress the memory array and look for all possible defect types including various disturbing patterns. These patterns are necessary but do not guarantee a 50% duty cycle for each bit line, word line, or storage element in the array. In fact, if the number of sets of ABIST patterns is large, the result is almost 100% duty cycle for at least some PFETs in the memory array. Many electronic systems also perform ABIST while the electronic system is restarting. When the electronic system is turned on, it is restarted. Many electronic system restarts can be triggered by manual intervention.

電子システムの通常動作中に、いくつかの記憶素子は書き込むことができ、滅多に変化する可能性がなく、PFETのうちのいくつかはNBTIのVTシフトを蓄積させるような電圧状態にほとんど絶えずとどまる可能性がある。たとえば、オペレーティング・システム・コードは、ディスクなどの不揮発性ストレージからコンピュータなどの電子システム内のメモリ・アレイなどのオンチップ記憶素子にコピーされ、通常、そのコンピュータが動作している間中、決して変更されない。さらに、コンピュータが再始動されるたびに、オペレーティング・システムが記憶素子内に同じ場所に保管される可能性がある。   During normal operation of an electronic system, some storage elements can be written and rarely change, and some of the PFETs remain almost constantly in a voltage state that accumulates the NBTI VT shift. there is a possibility. For example, operating system code is copied from non-volatile storage, such as a disk, to an on-chip storage element, such as a memory array in an electronic system, such as a computer, and usually never changes while the computer is operating Not. In addition, each time the computer is restarted, the operating system may be stored in the same location in the storage element.

したがって、半導体チップ上の記憶素子のNBTIによるVTシフトを最小限にする方法および装置を提供する必要がある。   Accordingly, there is a need to provide a method and apparatus for minimizing NBTI-induced VT shift of storage elements on a semiconductor chip.

本発明は一般に、FET、特に現行技術のPFETにおいて、そのFET内のデューティ・サイクルを50%により近いものにすることにより、そのFET内のNBTIによるVTシフトを低減する方法および装置を提供する。デューティ・サイクルは、FETがNBTIによるVTシフトを発生させる電圧状態にある時間の割合である。   The present invention generally provides a method and apparatus for reducing the NBTI-induced VT shift in an FET, particularly in a state-of-the-art PFET, by making the duty cycle in the FET closer to 50%. Duty cycle is the percentage of time that the FET is in a voltage state that causes a NBTI caused VT shift.

方法の一実施形態では、コントローラは、記憶素子に書き込まれた入力データ信号のフェーズ(phase)を制御し、記憶素子から選択された記憶素子データのフェーズも制御する。第1の期間中に、入力データ信号の第1のフェーズが記憶素子データとして記憶素子に保管され、記憶素子に保管された記憶素子データの第1のフェーズが出力のために選択される。フェーズ・モード・スイッチ・トリガ(phasemode switch trigger)の活動化に応答して、第2の期間が開始される。第2の期間中に、入力データ信号の第2のフェーズが記憶素子に保管される。入力データ信号の第2のフェーズが記憶素子に保管されると、記憶素子データの第2のフェーズが出力のために選択される。   In one embodiment of the method, the controller controls the phase of the input data signal written to the storage element and also controls the phase of the storage element data selected from the storage element. During the first period, a first phase of the input data signal is stored in the storage element as storage element data, and the first phase of the storage element data stored in the storage element is selected for output. In response to activation of a phasemode switch trigger, a second period is initiated. During the second period, a second phase of the input data signal is stored in the storage element. When the second phase of the input data signal is stored in the storage element, the second phase of the storage element data is selected for output.

装置の一実施形態では、コントローラはクロック出力とフェーズ・モード出力とを生成する。この装置は、たとえば、データを保管可能なラッチ、レジスタ、SRAM、またはDRAMなどの記憶素子を有する。記憶素子はストレージとして入力データ信号からの入力データを保管し、その入力データ信号のフェーズはフェーズ・モードの制御下で入力フェーズ選択(input phase select)によって選択される。入力データ信号の選択されたフェーズは記憶素子データとして記憶素子にクロックされる。出力フェーズ選択は、フェーズ・モードの制御下で選択された記憶素子データの第1のフェーズまたは第2のフェーズを出力する。コントローラ内のまたはコントローラに結合されたフェーズ・モード・スイッチ・トリガは、所定のイベントの発生時に第1のフェーズ・モード値から第2のフェーズ・モード値にフェーズ・モードを切り替える。フェーズ・モードの値を定期的に変更することにより、NBTI電圧応力状態の改善されたデューティ・ファクタが記憶素子内で得られる。   In one embodiment of the apparatus, the controller generates a clock output and a phase mode output. The device includes a storage element such as a latch, a register, an SRAM, or a DRAM that can store data. The storage element stores input data from the input data signal as storage, and the phase of the input data signal is selected by input phase select under the control of the phase mode. The selected phase of the input data signal is clocked into the storage element as storage element data. The output phase selection outputs the first phase or the second phase of the storage element data selected under the control of the phase mode. A phase mode switch trigger in or coupled to the controller switches the phase mode from a first phase mode value to a second phase mode value when a predetermined event occurs. By periodically changing the value of the phase mode, an improved duty factor of the NBTI voltage stress condition is obtained in the storage element.

一実施形態では、記憶素子はメモリ・アレイであり、コントローラはアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト(ABIST)コントローラである。入力データ信号はABISTコントローラに結合され、ABISTコントローラは記憶素子にアドレス入力を提供し、出力フェーズ選択の出力はABISTコントローラに結合される。ABISTコントローラは、1組のABISTパターンの開始(または、代わって、終了)時にフェーズ・モードの値を変更する。   In one embodiment, the storage element is a memory array and the controller is an array built-in self test (ABIST) controller. The input data signal is coupled to the ABIST controller, the ABIST controller provides an address input to the storage element, and the output of the output phase selection is coupled to the ABIST controller. The ABIST controller changes the value of the phase mode at the start (or alternatively end) of a set of ABIST patterns.

一実施形態では、フェーズ・モード・スイッチ・トリガはフェーズ・モードの値を変更したいと希望するが、記憶素子データの適切なフェーズが電子システム装置内のロジックによって要求される。コントローラは、フェーズ・モードの値を変更する前に記憶素子データのフェーズを変更する。   In one embodiment, the phase mode switch trigger desires to change the value of the phase mode, but the appropriate phase of the storage element data is required by logic within the electronic system device. The controller changes the phase of the storage element data before changing the value of the phase mode.

上記で列挙した本発明の特徴、利点、および目的が達成される方法が詳細に理解されるように、添付図面に図示されたその諸実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約された本発明についてより詳細な説明を行うことができる。   So that the manner in which the features, advantages and objects of the invention listed above are achieved will be more fully understood, it has been briefly summarized above by reference to its embodiments illustrated in the accompanying drawings. A more detailed description of the invention can be given.

しかし、添付図面は本発明の典型的な諸実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を制限するものと見なすべきではなく、本発明は他の同様に効果的な諸実施形態を認めることができることは留意すべきである。   However, the attached drawings show only typical embodiments of the present invention, and therefore should not be considered as limiting the scope thereof, the present invention recognizes other equally effective embodiments. It should be noted that this can be done.

図面に言及し、当技術分野の論考を上記で示したので、次に本発明について詳細に説明する。   Having referred to the drawings and discussed above in the art, the present invention will now be described in detail.

本発明は一般に、多くの回路、特に記憶素子のデューティ・サイクルを、電子システムが使用される時間の第1の部分では第1の電圧バイアス状態により近いものにし、電子システムが使用される時間の第2の部分では第2の電圧バイアス状態により近いものにすることにより、FET回路内のバイアス温度不安定性(BTI)によるVTシフトを低減するための方法および装置を提供する。第1の電圧バイアス状態はBTI電圧応力状態にあり、第2の電圧バイアス状態はBTI電圧応力状態ではない。PチャネルFET(PFET)は、現在の技術では負バイアス温度不安定性(NBTI)によるVTシフトを特に受けやすいが、本発明は、NチャネルFET(NFET)内の正バイアス温度不安定性(PBTI)によるVTシフトも企図している。PBTIによるVTシフトが現在の技術のNFETで問題になっているが、それ以上にNBTIによるVTシフトが現在の技術のPFETで問題になっているので、論考および諸例はPFET内のNBTI効果に焦点を合わせることになるが、NFET内のPBTIによるVTシフトについても企図している。このようなNBTI(PFET)およびPBTI(NFET)はまとめてBTI(バイアス温度不安定性)と呼ぶことにする。そのゲートが低電圧(たとえば、0ボルトまたは接地レベル)であり、そのソースとドレインが高電圧(たとえば、Vdd)であるときに、PFETはNBTI電圧応力状態にある。PFETが、そのゲートが高電圧である第2の電圧バイアス状態にある場合、知覚可能なNBTIによるVTシフトはまったく発生せず、実際には、NBTIによるVTシフトは回復する傾向がある。   The present invention generally makes the duty cycle of many circuits, particularly storage elements, closer to the first voltage bias condition in the first part of the time when the electronic system is used, The second part provides a method and apparatus for reducing VT shift due to bias temperature instability (BTI) in an FET circuit by being closer to the second voltage bias condition. The first voltage bias state is in a BTI voltage stress state, and the second voltage bias state is not in a BTI voltage stress state. Although P-channel FETs (PFETs) are particularly susceptible to VT shifts due to negative bias temperature instability (NBTI) in current technology, the present invention is due to positive bias temperature instability (PBTI) in N-channel FETs (NFETs). A VT shift is also contemplated. VT shift due to PBTI is a problem with current technology NFETs, but NBTI due to VT shift is even more problematic with current technology PFETs, so the discussion and examples are related to the NBTI effect in PFETs. Although focused, it also contemplates VT shift due to PBTI in the NFET. Such NBTI (PFET) and PBTI (NFET) are collectively referred to as BTI (bias temperature instability). The PFET is in an NBTI voltage stress state when its gate is at a low voltage (eg, 0 volts or ground level) and its source and drain are at a high voltage (eg, Vdd). When the PFET is in the second voltage bias state with its gate at a high voltage, no perceptible NBTI caused VT shift occurs and in fact, the NBTI caused VT shift tends to recover.

次に図1を参照すると、記憶素子2が示されており、入力フェーズ選択1からデータ入力を受領する。出力フェーズ選択3は、記憶素子の出力と、記憶素子データを必要とするその他のロジック(図示せず)との間に結合されている。記憶素子2は、様々な諸実施形態では、単純なラッチ、複数のラッチを有するレジスタ、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)である。簡単にするために、記憶素子2について単一のデータ入力のみ(すなわち、信号7)が示されているが、後続の図に示し、後述する通り、任意の数の入力が企図されている。記憶素子2が複数の入力を有する場合、出力フェーズ選択3と同様に、入力フェーズ選択1も複数の入力を有することは言うまでもないことであろう。たとえば、最新のコンピュータ・システムに使用される多くのレジスタは32個または64個のデータ入力を有する。他の一例として、半導体チップ上のSRAMは概して32個または64個のデータ入力を有するが、より多くの入力またはより少ない入力を有するSRAMも一般的である。記憶素子2は、例示的な図1では、簡単にするために2つの出力、すなわち、出力8および9を有するものとして示されており、出力8および9は1つの論理値を表す相補信号(complementary signal)である。記憶素子2への入力と同様に、任意の数の出力が企図されている。相補出力が示されているが、非相補出力も企図されている。記憶素子2は図1では簡単にするために単一クロック入力を有するものとして示されているが、SRAMなどのある記憶素子実施形態では複数のクロック入力を必要とする場合があり、2つ以上のクロック入力が企図されている。記憶素子2は、より詳細に後述するある実施形態で使用される反転入力を有するものとして示されている。記憶素子データは、反転入力を励起する信号が活動化されたときに記憶素子2のこのような諸実施形態内で反転される(切り替えられる)。J−Kフリップ・フロップはこのような記憶素子の一例であり、クロック・エッジのある時間にともに「1」である場合にJ−Kフリップ・フロップ内の記憶素子データが切り替わるJ信号とK信号からなる入力を有する。   Referring now to FIG. 1, storage element 2 is shown and receives data input from input phase selection 1. Output phase select 3 is coupled between the output of the storage element and other logic (not shown) that requires storage element data. The storage element 2 is, in various embodiments, a simple latch, a register having a plurality of latches, a static random access memory (SRAM), and a dynamic random access memory (DRAM). For simplicity, only a single data input (ie, signal 7) is shown for the storage element 2, but any number of inputs are contemplated, as shown in the subsequent figures and described below. It goes without saying that if the storage element 2 has a plurality of inputs, as with the output phase selection 3, the input phase selection 1 also has a plurality of inputs. For example, many registers used in modern computer systems have 32 or 64 data inputs. As another example, SRAM on a semiconductor chip generally has 32 or 64 data inputs, but SRAM with more or fewer inputs is also common. The storage element 2 is shown in the exemplary FIG. 1 for simplicity as having two outputs, namely outputs 8 and 9, where the outputs 8 and 9 are complementary signals representing one logical value ( complementary signal). As with the input to storage element 2, any number of outputs is contemplated. Although complementary outputs are shown, non-complementary outputs are also contemplated. Although storage element 2 is shown in FIG. 1 as having a single clock input for simplicity, some storage element embodiments, such as SRAMs, may require multiple clock inputs and more than one Clock inputs are contemplated. The storage element 2 is shown as having an inverting input used in certain embodiments described in more detail below. The storage element data is inverted (switched) within such embodiments of the storage element 2 when a signal that activates the inverting input is activated. The J-K flip-flop is an example of such a storage element, and the J-signal and the K-signal for switching the storage-element data in the J-K flip-flop when both are “1” at a certain time of the clock edge. Has an input consisting of

入力フェーズ選択1は、第1の入力で入力データ信号4を受領するマルチプレクサ9を有する。インバータ6は、マルチプレクサ9の第2の入力で入力データ信号4に対して相補的な信号を提供する。フェーズ・モードはマルチプレクサ9に結合される。マルチプレクサ9は、フェーズ・モードによって制御された入力データ信号4または入力データ信号4の補数を出力する。入力データ信号4として相補データが使用可能である場合、インバータ6は不要である。   The input phase selection 1 has a multiplexer 9 that receives an input data signal 4 at a first input. Inverter 6 provides a complementary signal to input data signal 4 at the second input of multiplexer 9. The phase mode is coupled to multiplexer 9. The multiplexer 9 outputs the input data signal 4 controlled by the phase mode or the complement of the input data signal 4. When complementary data can be used as the input data signal 4, the inverter 6 is not necessary.

出力フェーズ選択3は、信号8上で記憶素子2からの記憶素子データの真フェーズ(true phase)を受領し、信号9上で記憶素子2からの記憶素子データの補数フェーズ(complement phase)を受領するマルチプレクサ10を有する。マルチプレクサ10は、フェーズ・モードによって制御された記憶素子データの真フェーズまたは補数フェーズを信号11上で出力する。本発明のある実施形態では、信号4および11は、双方向シグナリング・プロトコルを使用する物理的に同じ電気導体である。   Output phase selection 3 receives the true phase of the storage element data from storage element 2 on signal 8 and the complement phase of the storage element data from storage element 2 on signal 9 Multiplexer 10 is provided. Multiplexer 10 outputs on signal 11 the true or complement phase of the storage element data controlled by the phase mode. In one embodiment of the invention, signals 4 and 11 are physically the same electrical conductor using a bidirectional signaling protocol.

フェーズ・モードが「1」という値を有する場合、入力データ信号4上の「1」は、「1」として記憶素子2に保管され、「1」として信号11上で出力されることになる。しかし、フェーズ・モードが「0」という値を有する場合、入力データ信号4上の「1」は、「0」として記憶素子2に保管され、「1」として信号11上で出力されることになる。同様に、フェーズ・モードが「1」である場合、入力データ信号4上の「0」は、「0」として記憶素子2に保管され、「0」として信号11上で出力されることになる。フェーズ・モードが「0」である場合、入力データ信号4上の「0」は、「1」として記憶素子2に保管され、「0」として信号11上で出力されることになる。入力データ信号4上で値を生成する電子システム内のその他のロジック(図示せず)および信号11上の値を使用するその他のロジック(図示せず)は、記憶素子データが依然としてその他のロジックによって要求されている間にフェーズ・モードの値が変化しない限り、どのフェーズのデータが記憶素子2に保管されるかを把握する必要はなく、値が変化した場合は、より詳細に後述する通り、その他のロジックによる使用の前に記憶素子データを反対フェーズで再書込みしなければならない。   When the phase mode has a value of “1”, “1” on the input data signal 4 is stored in the storage element 2 as “1” and output on the signal 11 as “1”. However, if the phase mode has a value of “0”, “1” on the input data signal 4 is stored in the storage element 2 as “0” and output on the signal 11 as “1”. Become. Similarly, when the phase mode is “1”, “0” on the input data signal 4 is stored in the storage element 2 as “0” and output on the signal 11 as “0”. . When the phase mode is “0”, “0” on the input data signal 4 is stored in the storage element 2 as “1” and output on the signal 11 as “0”. Other logic in the electronic system that generates values on the input data signal 4 (not shown) and other logic that uses values on the signal 11 (not shown) may cause the storage element data to still be As long as the value of the phase mode does not change while being requested, it is not necessary to know which phase of data is stored in the storage element 2, and if the value changes, Storage element data must be rewritten in the opposite phase before use by other logic.

図2は本発明の例示的な一実施形態を示しており、入力フェーズ選択1は信号4上でN個の入力を受領する。図2の記憶素子2は、フェーズ・モードに応じて入力フェーズ選択1によって選択されたフェーズとともに信号4から受領したNビットのデータを保管するレジスタである。出力フェーズ選択3は、フェーズ・モードに応じて記憶素子2に保管されたNビットのそれぞれについて記憶データのフェーズを選択する。図2は入力データ信号4に結合されたコントローラ16を示している。コントローラ16は信号11にさらに結合されている。コントローラ16は、図1に関する論考で教示した通りに機能するフェーズ・モードおよびクロックを提供する。様々な諸実施形態では、コントローラ16は、IBMのiSeriesプロセッサ、半導体チップ上に埋め込まれたマイクロコントローラ、メモリ(たとえば、SRAMまたはDRAM)に関するテスト・パターンを提供し、メモリの正しい動作をチェックすることができるABIST(アレイ・ビルトイン・セルフ・テスト)コントローラなどのプロセッサである。コントローラ16は、第1の期間の間、フェーズ・モード上の第1の値を励起し、第2の期間の間、フェーズ・モード上の第2の値を励起する。実質的に等しい間隔でフェーズ・モードの値を変更すると、図2の例では静的(すなわち、不変の)データが記憶素子に書き込まれる場合に記憶素子2が実質的に50%のデューティ・ファクタを有することを保証する。間隔が大幅に異なる場合でも、NBTIによるVTシフトは100%のデューティ・ファクタより改善されることになる。   FIG. 2 illustrates an exemplary embodiment of the present invention, where input phase selection 1 receives N inputs on signal 4. The storage element 2 in FIG. 2 is a register that stores N-bit data received from the signal 4 together with the phase selected by the input phase selection 1 according to the phase mode. Output phase selection 3 selects the phase of the stored data for each of the N bits stored in the storage element 2 in accordance with the phase mode. FIG. 2 shows the controller 16 coupled to the input data signal 4. Controller 16 is further coupled to signal 11. Controller 16 provides a phase mode and clock that function as taught in the discussion with respect to FIG. In various embodiments, the controller 16 provides test patterns for IBM's iSeries processors, microcontrollers embedded on semiconductor chips, memory (eg, SRAM or DRAM), and checks the correct operation of the memory. It is a processor such as an ABIST (array built-in self test) controller. The controller 16 excites a first value on the phase mode during the first period, and excites a second value on the phase mode during the second period. Changing the value of the phase mode at substantially equal intervals, in the example of FIG. 2, the storage element 2 has a substantially 50% duty factor when static (ie, unchanged) data is written to the storage element. Guarantee that you have. Even if the intervals are significantly different, the NBTI caused VT shift will improve over a 100% duty factor.

入力データ信号4はコントローラ16によって供給されるものとして示され、信号11はコントローラ11によって受領されるものとして示されているが、これに関連して、コントローラ16は入力データ信号4のすべてのソースと信号11のすべてのシンクとを含むものと理解されるであろう。当業者であれば理解される通り、入力フェーズ選択1および出力フェーズ選択3を制御するために直接必要ではない論理コンポーネントは、コントローラの外側にあると見なすことができる。たとえば、記憶素子2がSRAMであり、コントローラ16がABISTコントローラである場合、入力データ信号4および信号11はテストのためにコントローラ16に結合されるが、入力データ信号4は代わって(マルチプレクサを介するなど)他のロジックによって供給することもでき、同様に、信号11は他のロジックおよび/またはレジスタに結合されることになるであろう。一実施形態では、入力データ信号4は、フェーズ・モードおよび/またはクロックを具体的に制御するロジックに関連しないロジックによって供給される。一実施形態では、信号11は、フェーズ・モードおよび/またはクロックを具体的に制御するロジックに結合されない。しかし、入力データ信号4および信号11がコントローラ16に結合されない場合、コントローラ16は記憶素子2内の記憶素子データのフェーズを変更することができない。記憶素子2に保管された記憶素子データが出力フェーズ選択3に結合されたロジックによって要求される間にフェーズ・モードが値を変更する場合、記憶素子2内の記憶素子データのフェーズを変更することは重要である。   In this connection, the input data signal 4 is shown as being supplied by the controller 16 and the signal 11 is shown as being received by the controller 11, but in this connection, the controller 16 does And all sinks of the signal 11. As will be appreciated by those skilled in the art, logic components that are not directly needed to control input phase selection 1 and output phase selection 3 can be considered external to the controller. For example, if storage element 2 is an SRAM and controller 16 is an ABIST controller, input data signal 4 and signal 11 are coupled to controller 16 for testing, but input data signal 4 is substituted (via a multiplexer). Etc.) could be provided by other logic, and similarly, signal 11 would be coupled to other logic and / or registers. In one embodiment, the input data signal 4 is provided by logic not related to the phase mode and / or logic that specifically controls the clock. In one embodiment, signal 11 is not coupled to logic that specifically controls the phase mode and / or clock. However, if the input data signal 4 and the signal 11 are not coupled to the controller 16, the controller 16 cannot change the phase of the storage element data in the storage element 2. Changing the phase of the storage element data in the storage element 2 if the phase mode changes value while the storage element data stored in the storage element 2 is required by the logic coupled to the output phase selection 3 Is important.

図3は本発明の一実施形態のブロック図であり、記憶素子2はメモリ・アレイであり、具体的にはSRAMである。DRAMメモリ・アレイは、ビット線ドライバ、ワード線ドライバ、センス増幅器などの多くの共通ブロックを共用し、SRAMは例示的な目的のみのために使用され、限定するためのものではない。入力データ信号4X、4Y、4Zは、入力データ信号4の個別インスタンスであり、SRAMに保管すべきデータである。入力フェーズ選択1は、入力(7XT、7XC)、(7YT、7YC)、および(7ZT、7ZC)として励起すべき入力データ信号4X、4Y、4Zの真フェーズまたは補数フェーズを選択するようにフェーズ・モードによって制御される。図示の通り、7XT、7YT、および7ZTは「真」ビット線ドライバPFETを制御し、7XC、7YC、および7ZCは「補数」ビット線ドライバPFETを制御する。フェーズ・モードが「1」であり、入力データ(たとえば、4X)の「真フェーズ」を保管することを意味するものと想定する。信号4Xが「1」である場合、信号7XTは「0」であり、ビット線ドライバ20XのPFET PTはビット線32XTを「1」に励起する。(入力(7XT、7XC)、(7YT、7YC)、(7ZT、7ZC)は、書込みが行われない限り、これらの入力がすべて「ハイ」に保持されるように、書込みクロック(図示せず)によって制御されることにも留意されたい。換言すれば、書込みが行われない場合、ビット線ドライバ20XのPTおよびPCはオフ、たとえば、非導通状態に保持される。)ビット線32XCは、NFET(簡単にするために、図示せず)によってローに励起される(または前に励起されている)。この電圧バイアス状態のPFET PTは、NBTIによるVTシフトのために応力が加えられ、そのゲート上に低電圧を有し、そのソースはハイになり、そのドレインはハイになる(ビット線32XTがハイに充電された後)。ビット線32XTは、「X」列内のすべてのメモリ・セル2XA〜2XNに結合される。   FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention. The storage element 2 is a memory array, specifically an SRAM. DRAM memory arrays share many common blocks such as bit line drivers, word line drivers, sense amplifiers, etc. SRAM is used for exemplary purposes only and is not intended to be limiting. The input data signals 4X, 4Y, and 4Z are individual instances of the input data signal 4 and are data to be stored in the SRAM. The input phase selection 1 is a phase phase that selects the true or complement phase of the input data signals 4X, 4Y, 4Z to be excited as inputs (7XT, 7XC), (7YT, 7YC), and (7ZT, 7ZC). Controlled by mode. As shown, 7XT, 7YT, and 7ZT control the "true" bit line driver PFET, and 7XC, 7YC, and 7ZC control the "complement" bit line driver PFET. Assume that the phase mode is “1”, meaning that the “true phase” of the input data (eg, 4X) is stored. When the signal 4X is “1”, the signal 7XT is “0”, and the PFET PT of the bit line driver 20X excites the bit line 32XT to “1”. (Inputs (7XT, 7XC), (7YT, 7YC), (7ZT, 7ZC) are written clocks (not shown) so that all these inputs are held high unless written. (In other words, if writing is not performed, PT and PC of bit line driver 20X are held off, eg, non-conductive.) Bit line 32XC is NFET Excited low (or previously excited) by (not shown) for simplicity. This voltage biased PFET PT is stressed due to VTTI caused VT shift, has a low voltage on its gate, its source is high, its drain is high (bit line 32XT is high). After being charged). Bit line 32XT is coupled to all memory cells 2XA-2XN in the "X" column.

ワード線ドライバ32A〜32Nは、アドレス(図示せず)およびクロック(図示せず)を受領する。各ワード線ドライバは、そのワード線ドライバに固有のアドレスが受領され、クロックがアクティブであるときに、そのそれぞれのワード線を立ち上げる。たとえば、ワード線ドライバ32Aは、「0000」Bというアドレス(16ワードSRAMに特有の4ビット・アドレス)がSRAMによって受領され、クロックがアクティブであるときに、ワード線31Aを立ち上げる。ワード線31Aが立ち上がると、NFET N3およびN4が導通する。引き続きビット線32XTが「1」であり、32XCが「0」である例について述べると、N3はPFET P1およびNFET N1の共通ドレイン・ノードを立ち上げ、N4はPFET P2およびNFET N2の共通ドレイン・ノードを引き下げ、メモリ・セル2XAに「1」を書き込む。メモリ・セル2XA内に「1」が存続する限り、PFET P1は、NBTIによるVTシフトに応力を加える電圧バイアス状態にある。P2は、高電圧のゲートと、高電圧のソースと、低電圧のドレインとを有し、これはNBTIによるVTシフトに応力を加える電圧バイアス状態にはない。この例で説明した電圧状態では、メモリ・セル2XAのPFET P2およびビット線ドライバ20XのPFET PCは、どのようなNBTIによるVTシフトからも回復する傾向があり、ビット線ドライバ20XのPFET PTおよびメモリ・セル2XAのPFET P1はNBTIによるVTシフトに応力を加える(を引き起こす)電圧バイアス状態にある。コンピュータ・プロセッサなどの電子システムでは、多くのメモリ・セルには頻繁に書込みが行われ、時には「1」というデータが書き込まれ、時には「0」というデータが書き込まれ、したがって、50%にかなり「近い」デューティ・サイクルを有し、NBTIによるVTシフトは通常、このようなメモリ・セルには受け入れ可能なものである。しかし、その他のメモリ・セルには、システムの再始動が行われた場合でも、滅多に変更されないオペレーティング・システム・コードなど、ほぼ完全に静的なデータが書き込まれる。このようなメモリ・セル内のPFET(および関連ビット線ドライバおよび関連ワード線ドライバ内のPFET)は、NBTIによるVTシフトによって性能が著しく低下する。概して、メモリ・アレイは、高電圧および/または高温でテストおよび/または「バーンイン」される。高電圧も高温もどちらもNBTIによるVTシフトを増進する。ABIST(アレイ・ビルトイン・セルフ・テスト)パターンはこのようなテスト手順および「バーンイン」手順の間に適用される。提供されるパターンはメモリ・アレイ内の欠陥を見つけるためのものであるが、この記憶素子のメモリ・アレイ実施形態内の任意のビット線、ワード線、またはメモリ・セルに50%近いデューティ・ファクタが適用されるという保証はまったくない。コントローラ16(図3には図示せず)は、後述する通り、フェーズ・モードの値を定期的に変更し、通常は静的データを有するかまたは50%のデューティ・ファクタから大幅に逸脱するABIST生成データを有することになるメモリ・アレイ内のすべてのPFETについて50%により近いデューティ・ファクタを提供する。   The word line drivers 32A to 32N receive an address (not shown) and a clock (not shown). Each word line driver raises its respective word line when an address specific to that word line driver is received and the clock is active. For example, word line driver 32A raises word line 31A when an address "0000" B (a 4-bit address unique to 16 word SRAM) is received by the SRAM and the clock is active. When the word line 31A rises, NFETs N3 and N4 become conductive. Continuing with an example where bit line 32XT is "1" and 32XC is "0", N3 raises the common drain node of PFET P1 and NFET N1, N4 is the common drain node of PFET P2 and NFET N2. Pull down the node and write "1" to memory cell 2XA. As long as a “1” persists in memory cell 2XA, PFET P1 is in a voltage bias state that stresses the NBTI caused VT shift. P2 has a high voltage gate, a high voltage source, and a low voltage drain, which is not in a voltage bias state that stresses the NBTI caused VT shift. In the voltage state described in this example, the PFET P2 of the memory cell 2XA and the PFET PC of the bit line driver 20X tend to recover from any NBTI caused VT shift, and the PFET PT and memory of the bit line driver 20X. • Cell 2XA PFET P1 is in a voltage biased state that stresses (causes) NBTI caused VT shift. In an electronic system such as a computer processor, many memory cells are written frequently, sometimes with data “1”, sometimes with data “0”, and thus, as much as 50%. With a "close" duty cycle, NBTI caused VT shifts are usually acceptable for such memory cells. However, other memory cells are written with almost completely static data, such as operating system code that rarely changes when the system is restarted. Such PFETs in memory cells (and PFETs in associated bit line drivers and associated word line drivers) are significantly degraded in performance due to NBTI caused VT shifts. In general, the memory array is tested and / or “burned in” at high voltages and / or high temperatures. Both high voltage and high temperature enhance NBTI induced VT shift. The ABIST (array built-in self test) pattern is applied during such test procedures and “burn-in” procedures. The pattern provided is for finding defects in the memory array, but a duty factor close to 50% for any bit line, word line, or memory cell in the memory array embodiment of this storage element. There is no guarantee that will apply. The controller 16 (not shown in FIG. 3) periodically changes the value of the phase mode, as will be described later, and typically has an ABIST that has static data or deviates significantly from the 50% duty factor. Provides a duty factor closer to 50% for all PFETs in the memory array that will have generated data.

図3はビット線ドライバ20Xの詳細を示しており、ビット線ドライバ20Yおよび20Zは類似構造のものである。図3はメモリ・セル2XAの詳細を示しており、メモリ・セル2YAおよび2ZAはメモリ・セル2XAと同様の構造のメモリ・セルであり、同じワード(すなわち、ワード線31Aによって使用可能になるワードA)内の他の記憶データを保管する。メモリ・セル2XN、2YN、および2ZNは類似メモリ・セルであり、ワードN内の記憶データを保管し、ワード線31Nに結合されている。センス増幅器21X、21Y、および21Zは、記憶素子2の読取り中にそれぞれビット線(32XT、32XC)、(32YT、32YC)、および(32ZT、32ZC)を感知する。センス増幅器21X、21Y、および21Zは、それぞれ信号(8XT、8XC)、(8YT、8YC)、および(8ZT、8ZC)という相補信号対を出力する。   FIG. 3 shows details of the bit line driver 20X, and the bit line drivers 20Y and 20Z have a similar structure. FIG. 3 shows details of the memory cell 2XA, where the memory cells 2YA and 2ZA are memory cells having a structure similar to that of the memory cell 2XA and are the same word (ie, the word that can be used by the word line 31A). Store the other stored data in A). Memory cells 2XN, 2YN, and 2ZN are similar memory cells that store stored data in word N and are coupled to word line 31N. The sense amplifiers 21X, 21Y, and 21Z sense the bit lines (32XT, 32XC), (32YT, 32YC), and (32ZT, 32ZC), respectively, while the storage element 2 is being read. The sense amplifiers 21X, 21Y, and 21Z output complementary signal pairs of signals (8XT, 8XC), (8YT, 8YC), and (8ZT, 8ZC), respectively.

出力フェーズ選択3は、(8XT、8XC)、(8YT、8YC)、および(8ZT、8ZC)という相補対の論理値の真または反転を表す、11X、11Y、11Zとして示された信号11の個別インスタンスを励起し、真または反転フェーズ選択は、図1の出力フェーズ選択3に関して前述した通り、フェーズ・モードによって制御される。   Output phase selection 3 is an individual signal 11 shown as 11X, 11Y, 11Z that represents the truth or inversion of complementary pair logic values of (8XT, 8XC), (8YT, 8YC), and (8ZT, 8ZC). Exciting instances, true or inverted phase selection is controlled by phase mode, as described above with respect to output phase selection 3 of FIG.

図4はコントローラ16をより詳細に示している。コントローラ16は、フェーズ・モードを変更すべき時間を識別するフェーズ・モード・スイッチ・トリガ17を含んでいる(またはそれに結合されている)。一実施形態では、電子システムが再始動されるたびに、フェーズ・モードが変更される。コントローラ16とやりとりするオペレーティング・システム14は、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17に再始動を通知する。フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17は、フェーズ・モードを第1の値から第2の値に、たとえば、論理「1」から論理「0」に変更することによって応答する。電子システムの再始動は常に等しい間隔で行われるわけではなく、本発明の諸実施形態は、再始動が行われた場合でも所定の時間が経過しない限り、フェーズ・モードの変更を禁止することができる。時には、電子システムを再始動して、数日間、数週間、または数ヶ月間も操作することができるが、その後の再始動時には、さらに他の再始動が行われるまで数分間しか電子システムが操作されない。一実施形態では、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17は不揮発性ストレージ15に結合されている。不揮発性ストレージ15は、様々な諸実施形態では、磁気ディスク、フラッシュ・メモリ、書込み可能光ディスク、または強誘電体メモリである。どの形式の不揮発性ストレージも企図されている。一実施形態では、再始動時に、コントローラ16は、再始動の時間(オペレーティング・システムまたはその他の適当な時間ソースによって供給される)と、任意選択でフェーズ・モードの現行値を書き込む。再始動の時間を書き込むコントローラは例示的な一実施形態に過ぎず、他の諸実施形態では、電子システムのその他の部分が再始動の時間と、任意選択でフェーズ・モードの現行値を書き込むことができることは言うまでもないことであろう。その後の再始動時に、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17は、不揮発性ストレージ15を読み取り、現在時間を前の再始動時間と比較し、経過時間が所定の時間間隔より短い場合、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17はフェーズ・モードを変更しない。経過時間が所定の時間間隔より長い場合、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17はフェーズ・モードを変更する。たとえば、所定の時間間隔が1ヶ月であると想定する。電子システムがその1ヶ月間に5回再始動された場合、フェーズ・モードは、5回の再始動のいずれでも変更されない。しかし、長さ1ヶ月の所定の時間間隔が経過した後で最初に行われる再始動時にフェーズ・モードが変更されることになる。この所定の時間は、温度、再始動間の時間、NBTIによるVTシフトが所与の技術でどのくらいの速度で蓄積するかなどの予想されるシステム使用特性を考慮することによって決定される。NBTIによるVTシフトがより高速で蓄積する条件下または技術プロセスでは、所定の時間間隔について、より小さい値が使用される。   FIG. 4 shows the controller 16 in more detail. The controller 16 includes (or is coupled to) a phase mode switch trigger 17 that identifies the time at which the phase mode should be changed. In one embodiment, the phase mode is changed each time the electronic system is restarted. The operating system 14 communicating with the controller 16 notifies the phase mode switch trigger 17 of the restart. The phase mode switch trigger 17 responds by changing the phase mode from a first value to a second value, eg, from a logic “1” to a logic “0”. Electronic system restarts do not always occur at equal intervals, and embodiments of the present invention may prohibit phase mode changes even after restarts, unless a predetermined time has elapsed. it can. Sometimes the electronic system can be restarted and operated for days, weeks, or months, but at subsequent restarts, the electronic system operates for only a few minutes until another restart occurs. Not. In one embodiment, phase mode switch trigger 17 is coupled to non-volatile storage 15. The non-volatile storage 15 is a magnetic disk, flash memory, writable optical disk, or ferroelectric memory in various embodiments. Any form of non-volatile storage is contemplated. In one embodiment, upon restart, the controller 16 writes the restart time (provided by the operating system or other suitable time source) and optionally the current value of the phase mode. The controller that writes the time of restart is only an exemplary embodiment, and in other embodiments, other parts of the electronic system write the time of restart and optionally the current value of the phase mode. Needless to say, you can. At subsequent restarts, the phase mode switch trigger 17 reads the non-volatile storage 15, compares the current time with the previous restart time, and if the elapsed time is less than the predetermined time interval, the phase mode switch The switch trigger 17 does not change the phase mode. If the elapsed time is longer than a predetermined time interval, the phase mode switch trigger 17 changes the phase mode. For example, assume that the predetermined time interval is one month. If the electronic system is restarted five times during the month, the phase mode is not changed by any of the five restarts. However, the phase mode will be changed at the first restart after a predetermined time interval of one month in length. This predetermined time is determined by considering expected system usage characteristics such as temperature, time between restarts, and how fast the NBTI caused VT shift accumulates in a given technique. Under conditions or technical processes where NBTI caused VT shifts accumulate faster, smaller values are used for a given time interval.

電子システムの中には、ほぼまったく再始動されず、長期間の間、おそらく何年もの間、連続的に動作するものがある。図4に示す例示的な一実施形態では、コントローラ16はタイマ13を含んでいる(またはそれに結合されている)。フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17は、タイマ13に結合され、所定のタイマ間隔でフェーズ・モードを変更する。コントローラ16は、再始動以外の時期にフェーズ・モードを変更するときは特殊アクションを行わなければならない。というのは、記憶素子2によっては、フェーズ・モードの第1の値とともに前に書き込まれた記憶素子データであって、フェーズ・モードの第2の値では間違って読み取られる恐れがある記憶素子データを含むことになるものがあるからである。(記憶素子2のいくつかの例示的な諸実施形態については、入力フェーズ選択1および出力フェーズ選択3と同様に、前に述べられている。)この特殊アクション要件に対処するために、フェーズ・スイッチ・ロジック18は、フェーズ・モードを変更する前に、関連出力フェーズ選択3のブロックからの信号11を使用して、このような記憶素子データをすべて読み取り、フェーズ・モードを変更する前に、記憶素子2の関連入力フェーズ選択1に対して入力データ信号4上で反対フェーズのデータを再書込みする。多くの諸実施形態では、反対フェーズのデータを記憶素子2に再書込みするプロセスは「すべて一斉に」行うことはできない。たとえば、記憶素子2がSRAMまたはDRAMである場合、コントローラ16は、各ワードを順次読み出して、各ワードをSRAMまたはDRAMに書き戻さなければならない。本発明では、記憶素子データのフェーズを変更するためにこのような時分割多重化を企図している。他の実施形態(図示せず)では、記憶素子2は、反転(またはトグル)入力の制御下でそれ自体のデータを反転することができる。このような一実施形態では、コントローラ18は、入力11および出力4を必要としないが、むしろ、使用する前にそれぞれの記憶データが反転していなければならないすべての記憶素子2に反転信号を単純に送信するだけである。記憶素子データに依存する他のロジックによる使用は、記憶素子データを反転するこのプロセス中、禁止しなければならない。記憶素子からのデータの使用を禁止することは周知のことであり、たとえば、DRAMリフレッシュ操作中に一般に実施されている。所定の時間間隔がより短くなると、50%により近いデューティ・ファクタが保証される。たとえば、所定の時間間隔が極めて短いと、50%に非常に近いデューティ・ファクタが保証されるであろうが、記憶素子2内の記憶素子データが反転される間に頻繁に電子システムを中断するという犠牲を払うことになり、その間、記憶素子データを必要とする時間ロジックは反転が行われるのを待っている。これは、極めて短いデータ保存を有し、したがって、非常に頻繁なリフレッシュを必要とし、その間、ロジックは各リフレッシュの完了を待たなければならないDRAMに類似したものになるであろう。所定の時間間隔の期間に関する考慮事項としては、NBTIによるVTシフトが所与の技術で発生する速度、電子システムが動作する温度、電子システムが動作する電圧、許容できるNBTIによるVTシフトの量を含む。   Some electronic systems do not restart at all and operate continuously for long periods of time, perhaps years. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the controller 16 includes (or is coupled to) a timer 13. The phase mode switch trigger 17 is coupled to the timer 13 and changes the phase mode at a predetermined timer interval. The controller 16 must take special action when changing the phase mode at a time other than restart. This is because, depending on the storage element 2, storage element data previously written with the first value of the phase mode, which may be read incorrectly by the second value of the phase mode Because there is something that will include. (Several exemplary embodiments of storage element 2 have been described previously, as well as input phase selection 1 and output phase selection 3.) To address this special action requirement, The switch logic 18 reads all such storage element data using the signal 11 from the associated output phase select 3 block before changing the phase mode and before changing the phase mode. The opposite phase data is rewritten on the input data signal 4 for the associated input phase selection 1 of the storage element 2. In many embodiments, the process of rewriting the opposite phase data to the storage element 2 cannot be performed “all at once”. For example, if the storage element 2 is SRAM or DRAM, the controller 16 must read each word sequentially and write each word back to the SRAM or DRAM. The present invention contemplates such time division multiplexing in order to change the phase of the storage element data. In other embodiments (not shown), the storage element 2 can invert its own data under the control of the inverting (or toggle) input. In one such embodiment, the controller 18 does not require the input 11 and output 4, but rather simply inverts the inverted signal to all storage elements 2 whose stored data must be inverted before use. Just send it to. Use by other logic that relies on storage element data must be prohibited during this process of inverting storage element data. Prohibiting the use of data from storage elements is well known and is commonly practiced, for example, during DRAM refresh operations. As the predetermined time interval becomes shorter, a duty factor closer to 50% is guaranteed. For example, if the predetermined time interval is very short, a duty factor very close to 50% will be guaranteed, but the electronic system is frequently interrupted while the storage element data in the storage element 2 is inverted. In the meantime, time logic that requires storage element data is waiting for inversion. This would have a very short data retention and therefore would require very frequent refreshes, while the logic would be similar to a DRAM that must wait for each refresh to complete. Considerations regarding the duration of a given time interval include the rate at which the NBTI caused VT shift occurs for a given technology, the temperature at which the electronic system operates, the voltage at which the electronic system operates, the amount of NBTI caused VT shift. .

図3に示すように記憶素子2がメモリ・アレイである一実施形態では、図5に示す通り、ABISTパターンが適用される。コントローラ16は、ABISTコントローラであるコントローラ16の一実施形態である。入力データ信号4は、コントローラ16から入力フェーズ選択1にデータを結合する。入力フェーズ選択1は、データ信号4内の各入力データ信号の真フェーズまたは反転フェーズを選択するようにフェーズ・モードによって制御される。記憶素子2は、図3に示す記憶素子2などのメモリ・アレイである。出力8および9は、信号(図3を参照)8XT、8YT、8ZTおよび補数信号8XC、8YC、8ZCなど、記憶素子2から励起された真信号および補数信号である。出力フェーズ選択3は、信号11上で出力するために出力8および9のフェーズを選択する。信号11は元通りコントローラ16に結合される(また、図示していない他のロジックにも結合することができる)。加えて、コントローラ16は、アドレス・パターンとクロックを記憶素子2に提供する。コントローラ内のフェーズ・モード・スイッチ・トリガ17は、フェーズ・モードを定期的に変更して、記憶素子2の各メモリ・セルに保管されたデータのデューティ・ファクタの改善を保証する。一実施形態では、コントローラ16が記憶素子2内の欠陥を検出するように設計された1組のABISTパターン(すなわち、データおよびアドレス・パターン)を開始するときに、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17がフェーズ・モードを変更する。その1組のABISTパターンが2回適用された場合、フェーズ・モードは、ABISTパターンの最初の適用時に第1の値を有することになり、ABISTパターンの2回目の適用時に第2の値を有することになり、したがって、50%のデューティ・ファクタを保証する。その1組のABISTパターンが3回適用された場合、フェーズ・モードは、ABISTパターンの最初および3回目の適用時に第1の値を有することになり、ABISTパターンの2回目の適用時に第2の値を有することになり、したがって、66.7%のデューティ・ファクタを保証する(その際、フェーズ・モードの第1の値がアクティブである)。第2の実施形態では、コントローラ16が記憶素子2内の欠陥を検出するように設計された1組のパターンを終了するときに、フェーズ・モード・スイッチ・トリガ17がフェーズ・モードを変更する。第3の実施形態では、記憶素子2内の欠陥を検出するように設計された1組のパターンの所定回数の適用の開始時に(または終了時に)フェーズ・モードが変更される。ABISTパターンが適用される回数に応じて、様々なデューティ・ファクタが得られることになるであろう。たとえば、1組のABISTパターンの4回目の適用ごとにその開始時にフェーズ・モードが変更されるが、その1組のABISTパターンが5回しか適用されない場合、フェーズ・モードは、その1組のABISTパターンの最初の4回の適用時に第1の値を有し、その1組のABISTパターンの5回目の適用時に第2の値を有することになり、したがって、80%のデューティ・ファクタを保証する(その際、第1のフェーズ・モード値がアクティブである)。本発明では、フェーズ・モードの変更前に1組のABISTパターンの複数回の適用と、その1組のABISTパターンの適用回数の選択を想定するどのようなデューティ・ファクタも企図している。さらに他の実施形態では、タイマ17が示す通り、所定の期間が経過した場合に記憶素子2内の欠陥を検出するように設計された1組のパターンの1回または複数回の適用の開始時に(または終了時に)フェーズ・モードが変更される。   In one embodiment where the storage element 2 is a memory array as shown in FIG. 3, an ABIST pattern is applied, as shown in FIG. Controller 16 is one embodiment of controller 16 that is an ABIST controller. Input data signal 4 couples data from controller 16 to input phase selection 1. Input phase selection 1 is controlled by the phase mode to select the true or inverted phase of each input data signal in data signal 4. The storage element 2 is a memory array such as the storage element 2 shown in FIG. Outputs 8 and 9 are true and complement signals excited from storage element 2, such as signals (see FIG. 3) 8XT, 8YT, 8ZT and complement signals 8XC, 8YC, 8ZC. Output phase selection 3 selects the phases of outputs 8 and 9 for output on signal 11. Signal 11 is originally coupled to controller 16 (and can be coupled to other logic not shown). In addition, the controller 16 provides an address pattern and a clock to the storage element 2. A phase mode switch trigger 17 in the controller periodically changes the phase mode to ensure an improvement in the duty factor of the data stored in each memory cell of the storage element 2. In one embodiment, the phase mode switch trigger 17 occurs when the controller 16 initiates a set of ABIST patterns (ie, data and address patterns) designed to detect defects in the storage element 2. Changes the phase mode. If the set of ABIST patterns is applied twice, the phase mode will have a first value on the first application of the ABIST pattern and a second value on the second application of the ABIST pattern Therefore, it guarantees a 50% duty factor. If the set of ABIST patterns is applied three times, the phase mode will have a first value during the first and third application of the ABIST pattern, and a second value during the second application of the ABIST pattern. Will therefore have a duty factor of 66.7% (where the first value of the phase mode is active). In the second embodiment, the phase mode switch trigger 17 changes the phase mode when the controller 16 finishes a set of patterns designed to detect defects in the storage element 2. In the third embodiment, the phase mode is changed at the start (or at the end) of a predetermined number of applications of a set of patterns designed to detect defects in the storage element 2. Depending on the number of times the ABIST pattern is applied, various duty factors will be obtained. For example, if every fourth application of a set of ABIST patterns changes the phase mode at the start, but the set of ABIST patterns only applies five times, the phase mode is the set of ABIST patterns Will have a first value on the first four applications of the pattern and a second value on the fifth application of the set of ABIST patterns, thus guaranteeing an 80% duty factor (The first phase mode value is then active). The present invention contemplates any duty factor that envisages multiple applications of a set of ABIST patterns and selection of the number of applications of the set of ABIST patterns prior to changing the phase mode. In yet another embodiment, as indicated by the timer 17, at the start of one or more applications of a set of patterns designed to detect a defect in the storage element 2 when a predetermined period of time has elapsed. The phase mode is changed (or at the end).

図6は、図3に示すSRAM記憶素子2などであって、これに限定されない記憶素子のメモリ・アレイ実施形態においてNBTIによるVTシフトを低減するワード線ドライバ32の一実施形態を示している。図7は、図6のノードにおける波形を示している。メモリ・アレイ記憶素子内のワード線は、メモリ・アレイ記憶素子の構造に対する重大な変更なしにフェーズ反転することはできない。図3の例示的なメモリ・アレイ記憶素子2では、ワード線31A〜31Nは、そのワード線に対応するアドレスが記憶素子に入力され、クロックがアクティブであるときに立ち上がる。ワード線ドライバ32A〜32N内のPFETは、アドレス指定されたワード線を立ち上げなければならない。そのPFETは、そのワード線がハイであるときにNBTIによるVTシフトを経験することになる。メモリ・アレイ記憶素子の通常動作中ならびにABIST中に、いくつかのワード線は他のワード線よりかなり高くなる。図6のワード線ドライバ32は、アドレス(図示せず)およびクロック(図示せず)を受領するデコード44を有し、ワード線31をハイに引き上げる必要があるときに信号40を立ち下げる。反転遅延42およびOR43からなるパルス発生器回路は、大型PFET PLのゲートに信号41上で結合されるパルスを提供する。パルス発生器の他の諸実施形態もが同様に適していることは言うまでもないことであろう。PLは、必要な時間内にワード線31をハイ・レベルに励起することができる。信号40が立ち下がるときに信号41上で生成されるパルスは、PLがワード線31を必要な電圧まで充電することを保証するのに十分なものである。反転遅延42によって提供される遅延の後、OR43は信号41を立ち上がらせ、パルスを終了し、PLをオフにし、PLがNBTIによるVTシフト応力状態にある時間を終了する。小型PFET PSは、信号40が低電圧であるときに導通する。PSは、ワード線31からの漏れ電流を供給するのに十分な大きさであればよい。NFET NLは、信号40がハイであるときに導通し、ワード線31を低電圧まで放電する。   FIG. 6 illustrates one embodiment of a word line driver 32 that reduces NBTI caused VT shifts in a memory array embodiment of a storage element, such as, but not limited to, the SRAM storage element 2 shown in FIG. FIG. 7 shows waveforms at the nodes of FIG. Word lines within a memory array storage element cannot be phase inverted without significant changes to the structure of the memory array storage element. In the exemplary memory array storage element 2 of FIG. 3, the word lines 31A-31N rise when an address corresponding to the word line is input to the storage element and the clock is active. PFETs in word line drivers 32A-32N must bring up the addressed word line. The PFET will experience NBTI caused VT shift when the word line is high. During normal operation of the memory array storage element as well as during ABIST, some word lines will be significantly higher than others. The word line driver 32 of FIG. 6 has a decode 44 that receives an address (not shown) and a clock (not shown) and causes the signal 40 to fall when the word line 31 needs to be pulled high. A pulse generator circuit consisting of inverting delay 42 and OR 43 provides a pulse coupled on signal 41 to the gate of a large PFET PL. It will be appreciated that other embodiments of the pulse generator are equally suitable. The PL can excite the word line 31 to a high level within a required time. The pulse generated on signal 41 when signal 40 falls is sufficient to ensure that PL charges word line 31 to the required voltage. After the delay provided by inversion delay 42, OR 43 raises signal 41, ends the pulse, turns off PL, and ends the time that PL is in the NBTI caused VT shift stress state. Small PFET PS conducts when signal 40 is at a low voltage. PS need only be large enough to supply leakage current from the word line 31. NFET NL conducts when signal 40 is high, discharging word line 31 to a low voltage.

図7はワード線ドライバ32の動作を示している。V40は信号40における電圧波形であり、V45は信号45(反転遅延42の出力)における電圧波形であり、V41は信号41における電圧波形であり、V31はワード線31における電圧波形である。V40は時間TAで立ち下がり、OR43は、信号41をローに引き下げ、PLをオンにし、それがワード線31(V31)をハイに引き上げることにより応答する。反転遅延42の遅延であるTの後、V45は時間TBで立ち上がり(反転遅延42は、その出力側のウェッジによって示される反転ブロックである)、OR43は、信号41を立ち上げ、PLをオフにすることにより応答する。PSは、信号40が立ち下がる時間から信号40が立ち上がる時間まで導通する。時間TCで、信号40は立ち上がり、PSをオフにし、NLをオンにし、それがワード線31をローに引き下げる。PSのNBTIによるVTシフトは重大なものではない。というのは、PSは、ワード線31をハイに励起することについて重大な責任があるわけではなく、PSのVTシフトはメモリ・アレイ記憶素子2またはメモリ・アレイ記憶素子のその他の諸実施形態の性能または信頼性を著しく低下させるわけではないからである。PLは、ワード線31がハイになるたびに比較的短期間の間、NBTIによるVTシフトに応力を加える電圧バイアス状態にあるだけである。   FIG. 7 shows the operation of the word line driver 32. V40 is a voltage waveform in the signal 40, V45 is a voltage waveform in the signal 45 (output of the inversion delay 42), V41 is a voltage waveform in the signal 41, and V31 is a voltage waveform in the word line 31. V40 falls at time TA and OR43 responds by pulling signal 41 low and turning on PL, which pulls word line 31 (V31) high. After T, which is the delay of the inversion delay 42, V45 rises at time TB (inversion delay 42 is the inversion block indicated by the output side wedge), OR43 raises signal 41 and turns off PL. To respond. PS conducts from the time when the signal 40 falls to the time when the signal 40 rises. At time TC, signal 40 rises, turning off PS and turning on NL, which pulls word line 31 low. PS NBTI caused VT shift is not critical. This is because the PS is not critically responsible for pumping the word line 31 high, and the VT shift of the PS is in the memory array storage element 2 or other embodiments of the memory array storage element. This is because it does not significantly reduce performance or reliability. PL is only in a voltage bias state that stresses the NBTI caused VT shift for a relatively short period of time each time the word line 31 goes high.

図8は、NBTIによるVTシフトを低減させたワード線ドライバ32の第2の実施形態を示している。ワード線ドライバ32は、ワード線31がアドレス指定され(アドレス線は図示せず)、クロック(図示せず)がアクティブであるときに、信号40Lをローに励起するデコード44を含む。信号40LはOR48および49の第1の入力に結合される。OR48の第2の入力はフェーズ・モードに結合される。インバータ47によって生成されるフェーズ・モードの反転コピーは、信号46によってOR49の第2の入力に結合される。フェーズ・モードが「0」であり、40Lがロー(すなわち、「0」)であるときに、OR48は信号50をローに励起し、PFET PL2をオンにする。PL2がオンになり、導通すると、PL2はワード線31をハイに励起する。フェーズ・モードの反転コピーである信号48により、OR49は、フェーズ・モードが「0」であるときに信号51をハイに励起し、PL1をNBTIによるVTシフト電圧応力状態から遠ざけておく。しかし、フェーズ・モードが「1」である場合、上記と同様に、PL1は、信号40Lがローであるときにワード線31をハイに励起する。フェーズ・モードが「1」である場合、PL2はNBTIによるVTシフト電圧応力状態から遠ざけられる。フェーズ・モードは単一信号として示されているが、他の実施形態(図示せず)では、フェーズ・モードは2つ以上の信号を含み、図8にPL1およびPL2として示されている2つのPFETデバイスより多くのデバイス間にNBTIによるVTシフト電圧応力状態を広げるために、従来のブール・ロジックが使用される。たとえば、2つのフェーズ・モード信号を使用する場合、ワード線31をハイに励起するために、4つのPFETデバイスのうちの1つを選択することができる。   FIG. 8 shows a second embodiment of the word line driver 32 in which the VTTI-induced VT shift is reduced. The word line driver 32 includes a decode 44 that excites the signal 40L low when the word line 31 is addressed (address lines not shown) and the clock (not shown) is active. Signal 40L is coupled to the first inputs of ORs 48 and 49. The second input of OR48 is coupled to phase mode. The inverted copy of the phase mode generated by inverter 47 is coupled to the second input of OR 49 by signal 46. When the phase mode is “0” and 40L is low (ie, “0”), OR 48 excites signal 50 low, turning on PFET PL2. When PL2 turns on and conducts, PL2 excites the word line 31 high. With the signal 48 being an inverted copy of the phase mode, the OR 49 excites the signal 51 high when the phase mode is “0”, keeping PL1 away from the NBTI caused VT shift voltage stress state. However, when the phase mode is “1”, as described above, PL1 excites the word line 31 high when the signal 40L is low. When the phase mode is “1”, PL2 is moved away from the NBTI caused VT shift voltage stress state. Although the phase mode is shown as a single signal, in other embodiments (not shown), the phase mode includes two or more signals, and the two shown as PL1 and PL2 in FIG. Conventional Boolean logic is used to spread the NBTI induced VT shift voltage stress state between more devices than PFET devices. For example, when using two phase mode signals, one of four PFET devices can be selected to excite word line 31 high.

SRAMおよびDRAMなどのメモリ・アレイである記憶素子2は、読取り操作または書込み操作がまったく行われないとき、すなわち、記憶素子が記憶素子選択信号によって選択されないときに、すべてのビット線(たとえば、32XT、32XC)が「ハイ」になるように設計される場合が多い。ビット線の両方のフェーズをハイに励起するために、追加のプルアップFET(PFET)が使用される。   A storage element 2, which is a memory array, such as SRAM and DRAM, has all bit lines (e.g., 32XT when no read or write operation is performed, i.e., when the storage element is not selected by a storage element select signal). , 32XC) is often designed to be “high”. An additional pull-up FET (PFET) is used to excite both phases of the bit line high.

図9は、大型PFETデバイスP5およびP6においてNBTIによるVTシフトを低減する復元機能70を有するビット線ドライバ20Xの一実施形態を示している。選択55が非アクティブになる(すなわち、「低」電圧になる)と、P5およびP6は真フェーズ・ビット線と補数フェーズ・ビット線の両方(すなわち、32XTおよび32XC)をハイまで(すなわち、通常、Vddと呼ばれる電圧供給源まで)迅速に充電する。図6において反転遅延42とOR43とを有するパルス発生器と同様のパルス発生器57(または代替パルス発生器)は、選択55が非アクティブになると、所定のパルス幅の負パルスを生成する。この所定のパルス幅は、P5およびP6がそれぞれビット線32XTおよび32XCをハイに励起できることを保証するのに十分なものになるように設計される。選択55は概して長期間の間、「ロー」であるが、P5およびP6は、選択55が非アクティブになるたびに、短期間(すなわち、パルス発生器57のパルス幅)の間、NBTIによるVTシフト電圧応力状態に入るだけである。選択が非アクティブであるときにビット線32XTおよび32XCを「ハイ」に保持するために、選択55が非アクティブであるときは必ず小型PFET P3およびP4が導通する。P3およびP4は、それぞれビット線32XTおよび32XCからの任意の漏れ電流を供給するのに十分な大きさであればよい。P3およびP4はビット線32XTおよび32XCの充電に著しく寄与するわけではなく、したがって、P3およびP4におけるNBTIによるVTシフトは重要ではない。   FIG. 9 illustrates one embodiment of a bit line driver 20X having a restore function 70 that reduces NBTI caused VT shifts in large PFET devices P5 and P6. When selection 55 becomes inactive (ie goes to a “low” voltage), P5 and P6 bring both true phase and complement phase bit lines (ie 32XT and 32XC) high (ie normal). , Quickly charge up to a voltage source called Vdd. In FIG. 6, a pulse generator 57 (or an alternative pulse generator) similar to the pulse generator having the inversion delay 42 and the OR 43 generates a negative pulse having a predetermined pulse width when the selection 55 becomes inactive. This predetermined pulse width is designed to be sufficient to ensure that P5 and P6 can excite bit lines 32XT and 32XC, respectively. Selection 55 is generally “low” for an extended period of time, but P5 and P6 are VTTI based VTTIs for a short period (ie, pulse width of pulse generator 57) each time selection 55 becomes inactive. It only enters the shift voltage stress state. In order to hold bit lines 32XT and 32XC “high” when the selection is inactive, small PFETs P3 and P4 are conducted whenever selection 55 is inactive. P3 and P4 need only be large enough to supply any leakage current from the bit lines 32XT and 32XC, respectively. P3 and P4 do not contribute significantly to the charging of the bit lines 32XT and 32XC, so the NBTI caused VT shift at P3 and P4 is not significant.

図10は、復元70の異なる実施形態を有するビット線ドライバ20Xの一実施形態を示している。図10の復元70はフェーズ・モードを受領する。フェーズ・モードが「1」という値を有する場合、インバータ58はOR73の第1の入力に「0」を励起し、次にその第1の入力が信号62上で大型PFET PYおよびPZに選択55(OR73の第2の入力に結合されている)を渡す。PYおよびPZは、必要な時間内にビット線32XTおよび32XCをハイに励起するのに十分な大きさである。しかし、選択が非アクティブであり、フェーズ・モードが「1」である場合、PYおよびPZはNBTIによるVTシフト電圧応力状態にある。この時間の間、PWおよびPXはそれぞれ自分のゲート電圧を「ハイ」にし、したがって、NBTIによるVTシフト電圧応力状態にならない。前に教示した通り、フェーズ・モードは、事前指定のイベントの発生時にフェーズ・モード・スイッチ・トリガ17によって変更される。フェーズ・モードが(たとえば、この段落の例では「1」から「0」に)変更されると、大型PFET PWおよびPXは、選択55が非アクティブであるときにビット線32XTおよび32XCをハイに励起し、それをハイに保持する。PWおよびPXがアクティブである間、それらはNBTIによるVTシフト電圧応力状態にあるが、PYおよびPZはこのような応力状態にはない。換言すれば、PWおよびPYは第1の複数のFETを形成し、そのそれぞれは必要な復元時間内にビット線32XTを充電することができる。フェーズ・モードは、選択55が非アクティブになったときにPWまたはPYがオンになるかどうかを制御する。同様に、PXおよびPZは第2の複数のFETを形成し、そのそれぞれは必要な復元時間内にビット線32XCを充電することができる。フェーズ・モードは、選択55が非アクティブになったときにPXまたはPZがオンになるかどうかを制御する。この実施形態では、NBTIによるVTシフト電圧応力状態時間が2つのPFETグループ間(すなわち、第1のグループのPYおよびPZと、第2のグループのPWおよびPX)で分割されることを示している。フェーズ・モードが2つ以上の信号を有する本発明の一実施形態では、3つ以上のグループが企図されている。   FIG. 10 illustrates one embodiment of the bit line driver 20X having different embodiments of reconstruction 70. FIG. The restore 70 of FIG. 10 receives the phase mode. If the phase mode has a value of “1”, inverter 58 excites “0” on the first input of OR 73, which then selects the large PFETs PY and PZ on signal 62. Pass (coupled to the second input of OR73). PY and PZ are large enough to excite bit lines 32XT and 32XC high within the required time. However, when the selection is inactive and the phase mode is “1”, PY and PZ are in NBTI caused VT shift voltage stress. During this time, PW and PX each bring their gate voltage “high” and therefore do not enter the NBTI caused VT shift voltage stress state. As taught previously, the phase mode is changed by the phase mode switch trigger 17 when a pre-specified event occurs. When the phase mode is changed (eg, from “1” to “0” in the example in this paragraph), the large PFETs PW and PX bring the bit lines 32XT and 32XC high when the selection 55 is inactive. Excites and holds it high. While PW and PX are active, they are in a VTTI-induced VT shift voltage stress state, while PY and PZ are not in such a stress state. In other words, PW and PY form a first plurality of FETs, each of which can charge the bit line 32XT within a required restoration time. The phase mode controls whether PW or PY is turned on when selection 55 becomes inactive. Similarly, PX and PZ form a second plurality of FETs, each of which can charge the bit line 32XC within the required recovery time. The phase mode controls whether PX or PZ is turned on when selection 55 becomes inactive. This embodiment shows that the NBTI caused VT shift voltage stress state time is divided between two PFET groups (ie, PY and PZ in the first group and PW and PX in the second group). . In one embodiment of the invention where the phase mode has more than one signal, more than two groups are contemplated.

SRAMおよびDRAMなどのメモリ・アレイである多くの記憶素子2は、その記憶素子が選択されないときに真ビット線と補数ビット線を1つのFETによりまとめて接続する等化機能も備えている。この等化機能は、両方のビット線が実質的に同じ電圧であることを確認する働きをする。等化器機能の第2の目的は、選択が非アクティブになる前に読取り操作または書込み操作の間にローに励起されているビット線を充電するための並列導電路を提供することである。   Many storage elements 2 which are memory arrays such as SRAM and DRAM also have an equalizing function for connecting true bit lines and complement bit lines together by one FET when the storage element is not selected. This equalization function serves to confirm that both bit lines are at substantially the same voltage. The second purpose of the equalizer function is to provide a parallel conductive path for charging a bit line that is excited low during a read or write operation before the selection becomes inactive.

図11は、図9に示す復元機能70の同じ実施形態を有し、復元機能70で効率よく使用するのに適した等化機能71の一実施形態も有するビット線ドライバ20Xの一実施形態を示している。信号56は、上述の通り、選択55が非アクティブになるとパルス発生器57によって所定のパルス幅の間、ローに励起される。信号56がローである場合、大型等化PFET P8は導通し、ビット線32XTとビット線32XCとの間に低インピーダンス経路を作成する。書込み(または読取り)の結果としてビット線32XTが「0」であったと想定する。P8が導通している限り(すなわち、信号56が「0」である間)、P8およびP6の直列の組合せと並行して、32XTはP5によって充電される。小型等化PFET P7は、ビット線32XTと32XCとの間に高インピーダンス経路を提供し、選択55が「0」である限り、この高インピーダンス経路を維持する。P7は、P3、P4、P5、およびP6のソースに結合されたVdd供給電圧を各ソース上で実質的に同じ電圧に維持できる(すなわち、電源電圧分布降下が重大ではない)記憶素子では任意選択のものである。   FIG. 11 shows an embodiment of the bit line driver 20X having the same embodiment of the restoration function 70 shown in FIG. 9 and also an embodiment of an equalization function 71 suitable for efficient use in the restoration function 70. Show. Signal 56 is excited low for a predetermined pulse width by pulse generator 57 when selection 55 becomes inactive, as described above. When signal 56 is low, large equalization PFET P8 conducts, creating a low impedance path between bit line 32XT and bit line 32XC. Assume that bit line 32XT is “0” as a result of writing (or reading). In parallel with the serial combination of P8 and P6, 32XT is charged by P5 as long as P8 is conducting (ie, while signal 56 is “0”). Small equalization PFET P7 provides a high impedance path between bit lines 32XT and 32XC and maintains this high impedance path as long as selection 55 is "0". P7 is optional for storage elements that can maintain the Vdd supply voltage coupled to the sources of P3, P4, P5, and P6 at substantially the same voltage on each source (ie, the supply voltage distribution drop is not significant) belongs to.

図12は、図10に示し、上述した復元機能70の一実施形態、ならびに復元機能70の図示の実施形態で効率よく使用するのに適した等化機能71の一実施形態を有するビット線ドライバ20Xの一実施形態を示している。P9は、選択55が「0」に降下したときにビット線32XTを充電する際にPY(P9およびPZによる直列充電経路)を支援するのに適した第1の等化PFETである。P9、PY、およびPZはいずれも、フェーズ・モードが「1」という値を有し、選択55が「0」であるときに導通する。選択が非アクティブになる前にビット線32XTが「0」であった場合、ビット線32XTは、P9およびPZの直列の組合せと並行して、PYによって充電される。フェーズ・モードが「1」であり、選択55が「0」であるときは必ずP9はNBTIによるVT応力電圧状態になるが、第2の等化PFET PAは(PFET PWおよびPXと同様に)そのゲートが「1」になり、したがって、応力が加えられないことになる。フェーズ・モードが「0」である場合、PAは、ビット線32XTと32XCとの間に低インピーダンス接続を形成し、PYおよびPZに併せて機能するP9と同様にPWおよびPXに併せて機能する。図10に関する論考のように、フェーズ・モードが複数ビットを有する場合、NBTIによるVTシフト応力電圧は、2つの等化PFET P9およびPAより多くのPFETによって共用することができる。   FIG. 12 shows a bit line driver having one embodiment of the restore function 70 shown in FIG. 10 and described above, as well as one embodiment of an equalization function 71 suitable for efficient use in the illustrated embodiment of the restore function 70. 20X illustrates one embodiment. P9 is a first equalizing PFET suitable for assisting PY (series charge path with P9 and PZ) in charging bit line 32XT when selection 55 drops to “0”. P9, PY, and PZ all conduct when the phase mode has a value of “1” and selection 55 is “0”. If bit line 32XT was "0" before the selection became inactive, bit line 32XT is charged by PY in parallel with the series combination of P9 and PZ. When the phase mode is “1” and the selection 55 is “0”, the P9 is in the NBTI VT stress voltage state, but the second equalized PFET PA (similar to the PFETs PW and PX). That gate will be "1" and therefore no stress will be applied. When the phase mode is “0”, PA forms a low impedance connection between bit lines 32XT and 32XC and functions in conjunction with PW and PX as well as P9, which functions in conjunction with PY and PZ. . As discussed with respect to FIG. 10, if the phase mode has multiple bits, the NBTI caused VT shift stress voltage can be shared by more than two equalized PFETs P9 and PA.

図13は、本発明の方法の一実施形態を示している。ステップ102では、フェーズ・モード値が選択される。フェーズ・モードの初期値は無作為に選択するかまたは電子システム内に設計することができる。ステップ104では、フェーズ・モード値が半導体チップ上のロジックの1つまたは複数の入力フェーズ選択ブロックならびに半導体チップ上のロジックの1つまたは複数の出力フェーズ選択ブロックに適用される。フェーズ・モードの値は、半導体チップ上の1つまたは複数の関連記憶素子に「真」データが保管されるかまたは「補数」データが保管されるかを決定する。ステップ106では、電子システムが動作し、データは半導体チップ上の1つまたは複数の記憶素子に書き込まれ、そこから読み取られる。しかし、フェーズ・モード・スイッチ・トリガは、再始動、前の再始動から少なくとも所定の時間間隔後の再始動、所定の時間間隔の経過、1組のABISTパターンの開始または完了、1組のABISTパターンの所定回数の適用の開始または完了、1組のABISTパターンの1回または複数回の適用の開始または完了と所定の時間間隔の経過などのイベントを待つ。フェーズ・モード・スイッチ・トリガは、このようなイベントの1つまたは複数の検出時に活動化し、ブロック107に制御を渡す。記憶素子データの現行フェーズが電子システム内のロジックによって要求された場合、制御はブロック108に渡され、要求されない場合、制御はブロック107からブロック110に渡される。ブロック108は、1つまたは複数の記憶素子が電子システム上のロジックによって要求された記憶データを含むときにフェーズ・モード・スイッチ・トリガが活動化する電子システム内では必要なものである。その場合、ブロック108は、入力フェーズ選択および出力フェーズ選択を有するすべての記憶素子内のフェーズを変更する。上述の通り、すべての記憶素子データが同時にフェーズ変更される必要があるわけではない。特に、SRAMまたはDRAMなど、記憶素子によっては、時分割多重化方式で各ビット(またはビット・グループ)のフェーズを変更するためにいくつかのサイクルを要する。フェーズ・モード・スイッチ・トリガが再始動についてのみトリガする場合、1つまたは複数の記憶素子内の記憶データは再始動後に再書込みされるので、ブロック107および108は不要である。ブロック110では、フェーズ・モード値が変更され、制御はステップ104に移行し、そこで新しいフェーズ・モード値がすべての入力フェーズ選択およびすべての出力フェーズ選択に適用される。図8に図示し、上述したような本発明のある諸実施形態では、ワード線ドライバ内のNBTIによるVTシフトを低減するために記憶素子内でもフェーズ・モードが使用される。   FIG. 13 illustrates one embodiment of the method of the present invention. In step 102, a phase mode value is selected. The initial value of the phase mode can be selected randomly or designed within the electronic system. In step 104, the phase mode value is applied to one or more input phase selection blocks of logic on the semiconductor chip as well as one or more output phase selection blocks of logic on the semiconductor chip. The value of the phase mode determines whether “true” data or “complement” data is stored in one or more associated storage elements on the semiconductor chip. In step 106, the electronic system operates and data is written to and read from one or more storage elements on the semiconductor chip. However, the phase mode switch triggers are: restart, restart at least after a predetermined time interval since the previous restart, elapse of the predetermined time interval, start or completion of a set of ABIST patterns, a set of ABIST Wait for an event such as the start or completion of a predetermined number of applications of a pattern, the start or completion of one or more applications of a set of ABIST patterns and the passage of a predetermined time interval. The phase mode switch trigger is activated upon detection of one or more of such events and passes control to block 107. If the current phase of the storage element data is requested by logic in the electronic system, control is passed to block 108; otherwise, control is passed from block 107 to block 110. Block 108 is necessary in an electronic system where a phase mode switch trigger is activated when one or more storage elements contain stored data required by logic on the electronic system. In that case, block 108 changes the phase in all storage elements having input phase selection and output phase selection. As described above, not all storage element data need be phased simultaneously. In particular, some storage elements, such as SRAM or DRAM, require several cycles to change the phase of each bit (or bit group) in a time division multiplexed manner. If the phase mode switch trigger triggers only for restart, blocks 107 and 108 are not required because stored data in one or more storage elements is rewritten after restart. At block 110, the phase mode value is changed and control passes to step 104 where the new phase mode value is applied to all input phase selections and all output phase selections. In certain embodiments of the present invention as illustrated in FIG. 8 and described above, phase mode is also used in the storage element to reduce NBTI caused VT shifts in the word line driver.

電子システムが第1の値を有するフェーズ・モードで動作する時間は、電子システムが第1の状態にある時間であり、フェーズ・モードによって制御された記憶素子が第1のフェーズのデータ(たとえば、「真」データ)を保管する。電子システムが第2の値を有するフェーズ・モードで動作する時間は、電子システムが第2の状態にある時間であり、フェーズ・モードによって制御された記憶素子が第2のフェーズのデータ(たとえば、「補数」状態)を保管する。この方法は、NBTIによるVTシフトが重大である期間にわたって、電子システムの合計動作時間のうちの少なくとも第1の部分が第1の状態で費やされ、電子システムが第1の状態にある第1の合計時間を累積することを保証し、電子システムの合計動作時間のうちの少なくとも第2の部分が第2の状態で費やされ、電子システムが第2の状態にある第2の合計時間を累積することをさらに保証する。本発明の一実施形態では、上述の方法により、第1の合計時間が第2の合計時間に類似したものになる。たとえば、コントローラがABISTコントローラであり、フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するイベントが1組のABISTパターンの開始であるときに、その1組のABISTパターンが偶数回実行される場合、第1の合計時間は第2の合計時間とほとんど同一のものになる(1組のABISTパターンが同じ速度で繰り返され、「待ち時間」がまったく発生しないと想定する)。その1組のABISTパターンが奇数回、たとえば51回実行される場合、電子システムは、その1組のABISTパターンの26回の実行の間は第1の状態にあり、その1組のABISTパターンの25回の実行の間は第2の状態にあったことになり、第1の合計時間と第2の合計時間はわずかに異なる。フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するイベントが、1ヶ月に1回フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するタイマである場合、第1の合計時間と第2の合計時間は2ヶ月以上異なることはない。第1の合計時間が第2の合計時間の2倍または4倍である場合でも、合計時間が単一状態で費やされることに対して、NBTIによるVTシフトの大幅な改善が達成される(すなわち、記憶素子は常に同じフェーズの記憶素子データを保管する)。本発明では、上述の方法により達成されるデューティ・ファクタの改善を企図している。   The time for which the electronic system operates in the phase mode having the first value is the time that the electronic system is in the first state, and the storage element controlled by the phase mode stores data of the first phase (eg, Store "true" data). The time that the electronic system operates in the phase mode having the second value is the time that the electronic system is in the second state, and the storage element controlled by the phase mode has the second phase data (eg, Store “complement” state). The method includes a first time in which at least a first portion of the total operating time of the electronic system is spent in a first state and the electronic system is in a first state over a period in which NBTI caused VT shift is significant. Of the total operating time of the electronic system, and at least a second portion of the total operating time of the electronic system is spent in the second state, and the second total time in which the electronic system is in the second state. Further guarantee that it will accumulate. In one embodiment of the invention, the method described above makes the first total time similar to the second total time. For example, if the controller is an ABIST controller and the event that activates the phase mode switch trigger is the start of a set of ABIST patterns, then the first set of ABIST patterns is executed an even number of times. Is approximately the same as the second total time (assuming that a set of ABIST patterns are repeated at the same rate and no “latency” occurs). If the set of ABIST patterns is executed odd times, for example 51 times, the electronic system is in the first state during 26 executions of the set of ABIST patterns and the set of ABIST patterns The 25th execution was in the second state, and the first total time and the second total time are slightly different. If the event that activates the phase mode switch trigger is a timer that activates the phase mode switch trigger once a month, the first total time and the second total time are two months or more There is no difference. Even if the first total time is twice or four times the second total time, a significant improvement in VTTI VT shift is achieved over the total time spent in a single state (ie, The storage element always stores the storage element data of the same phase). The present invention contemplates improving the duty factor achieved by the method described above.

上記の説明は本発明の諸実施形態を対象とするが、本発明の基本範囲を逸脱せずに本発明のその他の諸実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求に範囲によって決定される。   While the above description is directed to embodiments of the invention, other embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof, and the scope of the invention is defined in the claims. Determined by.

本発明の一実施形態による入力フェーズ選択、記憶素子、および出力フェーズ選択のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of input phase selection, storage element, and output phase selection according to one embodiment of the invention. 複数の入力フェーズ選択および出力フェーズ選択に結合されたコントローラのブロック図であり、その入力フェーズ選択および出力フェーズ選択が記憶素子に結合されているブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a controller coupled to a plurality of input phase selections and output phase selections, the input phase selection and output phase selection being coupled to a storage element. 本発明の一実施形態による記憶素子の例示的なメモリ・アレイ実施形態のブロック図である。2 is a block diagram of an exemplary memory array embodiment of a storage element according to one embodiment of the invention. FIG. フェーズ・モード・スイッチ・トリガおよびフェーズ・スイッチ・ロジックをさらに示すコントローラのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a controller further illustrating phase mode switch trigger and phase switch logic. アレイ・ビルトイン・セルフ・テスト機能を提供可能なコントローラに結合されたメモリ・アレイ記憶素子のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a memory array storage element coupled to a controller capable of providing an array built-in self test function. 本発明の一実施形態によるメモリ・アレイ記憶素子での使用に適したワード線ドライバを示す図である。FIG. 3 illustrates a word line driver suitable for use with a memory array storage element according to one embodiment of the invention. 図6に示すノードの信号電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the signal voltage waveform of the node shown in FIG. 本発明の一実施形態によるメモリ・アレイ記憶素子での使用に適したワード線ドライバの他の実施形態を示す図である。FIG. 6 illustrates another embodiment of a word line driver suitable for use with a memory array storage element according to an embodiment of the present invention. NBTIによるVTシフトの特性が改善された復元機能を有するビット線ドライバの一実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a bit line driver having a restoration function with improved VTTI VT shift characteristics. NBTIによるVTの特性が改善された復元機能を有するビット線ドライバの第2の実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of a bit line driver having a restoration function in which the VTTI-based VT characteristics are improved. 図9のようにNBTIによるVTシフトの特性が改善された復元機能と、NBTIによるVTの特性が改善されたビット線等化機能とを有するビット線ドライバの一実施形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of a bit line driver having a restoration function with improved NBTI-based VT shift characteristics and a bit line equalization function with improved NBTI-based VT characteristics as shown in FIG. 図10に示すようにNBTIによるVTシフトの特性が改善された復元機能と、NBTIによるVTの特性が改善されたビット線等化機能とを有するビット線ドライバの一実施形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an embodiment of a bit line driver having a restoration function with improved NBTI-based VT shift characteristics and a bit line equalization function with improved NBTI-based VT characteristics as shown in FIG. 本発明の方法の一実施形態の流れ図である。3 is a flow diagram of one embodiment of the method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 入力フェーズ選択
2 記憶素子
3 出力フェーズ選択
14 オペレーティング・システム
15 不揮発性ストレージ
16 コントローラ
1 Input phase selection 2 Storage element 3 Output phase selection 14 Operating system 15 Non-volatile storage 16 Controller

Claims (42)

電子システム内で使用される電界効果トランジスタ(FET)内のバイアス温度不安定性(BTI)によるしきい電圧(VT)シフトを低減するための方法において、
フェーズ・モードを第1の値に設定するステップと、
前記フェーズ・モードの前記第1の値を使用して、記憶素子に保管するために入力データ信号の第1のフェーズを選択するステップと、
前記フェーズ・モードの前記第1の値を使用して、出力データとしての記憶素子データの第1のフェーズを選択するステップと、
フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップと、
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガの活動化に応答して、前記フェーズ・モードを第2の値に変更するステップと、
前記フェーズ・モードの前記第2の値を使用して、前記記憶素子に保管するために前記入力データ信号の第2のフェーズを選択するステップと、
前記フェーズ・モードの前記第2の値を使用して、出力データとしての記憶素子データの第2のフェーズを選択するステップと、
を有する、方法。
In a method for reducing threshold voltage (VT) shift due to bias temperature instability (BTI) in a field effect transistor (FET) used in an electronic system,
Setting the phase mode to a first value;
Selecting a first phase of an input data signal for storage in a storage element using the first value of the phase mode;
Selecting a first phase of storage element data as output data using the first value of the phase mode;
Activating a phase mode switch trigger;
Responsive to activation of the phase mode switch trigger, changing the phase mode to a second value;
Selecting a second phase of the input data signal for storage in the storage element using the second value of the phase mode;
Selecting a second phase of storage element data as output data using the second value of the phase mode;
Having a method.
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、前記電子システムの再始動が行われたときに行われる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein activating the phase mode switch trigger occurs when the electronic system is restarted. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガの活動化に続いて、
不揮発性ストレージから前のフェーズ・モード値を読み取るステップと、
前記前のフェーズ・モード値とは異なるように前記フェーズ・モード値を設定するステップと、
前記不揮発性ストレージ内の前記前のフェーズ・モード値を前記前のステップで設定された前記フェーズ・モード値に更新するステップと、
をさらに含む、請求項2に記載の方法。
Following activation of the phase mode switch trigger,
Reading the previous phase mode value from non-volatile storage;
Setting the phase mode value to be different from the previous phase mode value;
Updating the previous phase mode value in the non-volatile storage to the phase mode value set in the previous step;
The method of claim 2 further comprising:
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、
不揮発性ストレージから前の再始動時間を読み取るステップと、
現在時間と前記前の再始動時間との間の経過時間を決定するステップと、
前記経過時間が所定の間隔より長い場合に、
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップと、
前記不揮発性ストレージ内の前記前の再始動時間を前記現在時間で更新するステップと、
を実行するステップと、
前記経過時間が前記所定の間隔より短い場合に、前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガの活動化を禁止するステップを実行するステップと、
をさらに有する、請求項3に記載の方法。
Activating the phase mode switch trigger comprises:
Reading a previous restart time from non-volatile storage;
Determining an elapsed time between a current time and the previous restart time;
When the elapsed time is longer than a predetermined interval,
Activating the phase mode switch trigger;
Updating the previous restart time in the non-volatile storage with the current time;
A step of performing
Performing the step of inhibiting activation of the phase mode switch trigger when the elapsed time is less than the predetermined interval;
4. The method of claim 3, further comprising:
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、1組のアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト(ABIST)パターンが開始したときに行われる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein activating the phase mode switch trigger is performed when a set of array built-in self test (ABIST) patterns are initiated. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、1組または複数組のABISTパターンの適用が完了したときに行われる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein activating the phase mode switch trigger is performed when application of one or more sets of ABIST patterns is completed. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、1組のアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト(ABIST)パターンが開始し、前の1組のABISTパターンが開始してから所定の時間間隔が経過したときに行われる、請求項1に記載の方法。   The step of activating the phase mode switch trigger is a predetermined time interval after a set of array built-in self test (ABIST) patterns starts and a previous set of ABIST patterns starts. The method of claim 1, wherein the method is performed when elapsed. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、1組または複数組のABISTパターンの適用が完了し、前の1組のABISTパターンが完了してから所定の時間間隔が経過したときに行われる、請求項1に記載の方法。   Activating the phase mode switch trigger when the application of one or more sets of ABIST patterns has been completed and a predetermined time interval has elapsed since the completion of the previous set of ABIST patterns The method of claim 1, wherein the method is performed. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガを活動化するステップが、前のフェーズ・モード・スイッチ・トリガが発生してから所定の期間が経過したときに行われる、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein activating the phase mode switch trigger is performed when a predetermined period of time has elapsed since a previous phase mode switch trigger occurred. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガに応答して前記フェーズ・モードを変更する前に、特定の記憶素子の前記記憶素子データのフェーズが変更される、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the phase of the storage element data of a particular storage element is changed prior to changing the phase mode in response to the phase mode switch trigger. 前記記憶素子データが複数ビットのデータを有し、前記記憶素子データの前記フェーズの変更が時分割多重化方式で行われる、請求項10に記載の方法。   The method according to claim 10, wherein the storage element data includes a plurality of bits of data, and the phase change of the storage element data is performed in a time division multiplexing manner. フェーズ・モード値の変更後、前記特定の記憶素子の前記記憶素子データが反転されるまで、前記特定の記憶素子の前記出力データの使用が禁止される、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein after changing a phase mode value, use of the output data of the particular storage element is prohibited until the storage element data of the particular storage element is inverted. 前記FETがPチャネル電界効果トランジスタであり、前記バイアス温度不安定性が負バイアス温度不安定性(NBTI)である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the FET is a P-channel field effect transistor and the bias temperature instability is negative bias temperature instability (NBTI). 前記FETがNチャネル電界効果トランジスタであり、前記バイアス温度不安定性が正バイアス温度不安定性(PBTI)である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the FET is an N-channel field effect transistor and the bias temperature instability is positive bias temperature instability (PBTI). クロック出力とフェーズ・モード出力とを有するコントローラと、
入力データ信号に結合された入力フェーズ選択であって、入力が前記フェーズ・モードに結合され、入力フェーズ選択出力を有し、前記入力フェーズ選択出力が前記フェーズ・モードによって選択された前記入力データ信号の論理値の真または補数である入力フェーズ選択と、
前記入力フェーズ選択出力に結合されたデータ入力と、クロック入力と、記憶素子出力とを有する記憶素子であって、前記クロック入力が前記データ入力を前記記憶素子にラッチすることができる記憶素子と、
前記記憶素子出力に結合された入力を有する出力フェーズ選択であって、入力が前記フェーズ・モードに結合され、出力フェーズ選択出力を有し、前記出力フェーズ選択出力が前記フェーズ・モードによって決定された前記記憶素子データの真または補数フェーズである出力フェーズ選択と、
を有する、電子システム。
A controller having a clock output and a phase mode output;
An input phase selection coupled to an input data signal, wherein the input is coupled to the phase mode, has an input phase selection output, and the input phase selection output is selected by the phase mode. An input phase selection that is true or complement of the logical value of
A storage element having a data input coupled to the input phase selection output, a clock input, and a storage element output, wherein the clock input can latch the data input into the storage element;
An output phase selection having an input coupled to the storage element output, wherein the input is coupled to the phase mode, has an output phase selection output, and the output phase selection output is determined by the phase mode An output phase selection that is a true or complement phase of the storage element data;
Having an electronic system.
前記記憶素子が、M行×N列のメモリ・セルを有するメモリ・アレイである、請求項15に記載の電子システム。   The electronic system of claim 15, wherein the storage element is a memory array having M rows × N columns of memory cells. 前記記憶素子が、前記入力フェーズ選択に結合された入力と、前記N列のメモリ・セルのうちの1つの列内の各メモリ・セルのビット線入力に結合されたビット線出力とを有するビット線ドライバをさらに有する、請求項16に記載の電子システム。   A bit having an input coupled to the input phase selection and a bit line output coupled to a bit line input of each memory cell in one of the N columns of memory cells; The electronic system of claim 16 further comprising a line driver. 前記記憶素子が前記ビット線出力に結合されたセンス増幅器をさらに有し、前記センス増幅器が読取り操作中にメモリ・セルの内容を感知するのに適している、請求項17に記載の電子システム。   The electronic system of claim 17, wherein the storage element further comprises a sense amplifier coupled to the bit line output, the sense amplifier being suitable for sensing the contents of a memory cell during a read operation. 前記記憶素子が、前記メモリ・アレイへのアドレス入力に結合された1つまたは複数の入力と、前記メモリ・アレイの前記M行のうちの1つの行内の各メモリ・セルのワード線入力に結合されたワード線出力とを有するワード線ドライバをさらに有する、請求項18に記載の電子システム。   The storage element is coupled to one or more inputs coupled to an address input to the memory array and to a word line input of each memory cell in one of the M rows of the memory array. The electronic system of claim 18, further comprising a word line driver having a configured word line output. 前記ワード線ドライバが、
前記アドレス入力に結合された入力と、クロックに結合された入力と、デコーダ出力とを有するデコーダと、
フェーズ・モードに結合された入力と、
第1の電圧供給源に結合されたソースと、前記ワード線出力に結合されたドレインとを有する第1のPFETであって、前記フェーズ・モードが第1の値を有し、前記デコーダ出力がアクティブであるときに前記第1のPFETが前記ワード線出力をハイに励起する第1のPFETと、
前記第1の電圧供給源に結合されたソースと、前記ワード線出力に結合されたドレインとを有する第2のPFETであって、前記フェーズ・モードが第2の値を有し、前記デコーダ出力がアクティブであるときに前記第2のPFETが前記ワード線出力をハイに励起する第2のPFETと、
をさらに有する、請求項19に記載の電子システム。
The word line driver is
A decoder having an input coupled to the address input, an input coupled to a clock, and a decoder output;
An input coupled to phase mode; and
A first PFET having a source coupled to a first voltage supply and a drain coupled to the word line output, wherein the phase mode has a first value and the decoder output is A first PFET that, when active, excites the word line output high;
A second PFET having a source coupled to the first voltage supply and a drain coupled to the word line output, wherein the phase mode has a second value and the decoder output A second PFET that activates the word line output high when the second PFET is active;
The electronic system of claim 19, further comprising:
前記ワード線ドライバが、
前記アドレス入力に結合された入力と、ライン・クロックに結合された入力と、デコーダ出力とを有するデコーダと、
前記ワード線に結合されたドレインと、第1の電圧供給源に結合されたソースとを有する大型FET(電界効果トランジスタ)と、
前記デコーダ出力結合された入力と、前記大型FETのゲートに結合された出力とを有するパルス発生器であって、前記大型FETが実質的に前記第1の供給電圧まで前記ワード線を充電するのに十分な長さの前記デコーダ出力の遷移に応答して前記パルス発生器がパルスを生成するパルス発生器と、
前記ワード線に結合されたドレインと、前記電圧供給源に結合されたソースと、前記デコーダ出力に結合されたゲートとを有する小型FETであって、前記小型FETが実質的に前記供給電圧に前記ワード線を維持できる小型FETと、
前記大型FETおよび前記小型FETとは反対のタイプの放電FETであって、前記デコーダ出力に結合されたゲートと、前記ワード線に結合されたドレインと、第2の電圧供給源に結合されたソースとを有する放電FETと、
をさらに有する、請求項19に記載の電子システム。
The word line driver is
A decoder having an input coupled to the address input, an input coupled to a line clock, and a decoder output;
A large field effect transistor (FET) having a drain coupled to the word line and a source coupled to a first voltage supply;
A pulse generator having an input coupled to the decoder output and an output coupled to a gate of the large FET, wherein the large FET substantially charges the word line to the first supply voltage. A pulse generator in which the pulse generator generates a pulse in response to a transition of the decoder output long enough to:
A small FET having a drain coupled to the word line, a source coupled to the voltage supply, and a gate coupled to the decoder output, wherein the small FET is substantially at the supply voltage. Small FET that can maintain the word line,
A discharge FET of the opposite type to the large FET and the small FET, the gate coupled to the decoder output, the drain coupled to the word line, and the source coupled to a second voltage supply A discharge FET having:
The electronic system of claim 19, further comprising:
前記記憶素子が、
選択信号に結合された入力であって、前記記憶素子が選択されたときに前記選択信号がアクティブになり、前記記憶素子が選択されないときに前記選択信号が非アクティブになる入力と、
前記選択信号に結合されたゲートと、電圧供給源に結合されたソースと、真フェーズ・ビット線に結合されたドレインとを有する第1の小型FETと、
前記選択信号に結合されたゲートと、前記電圧供給源に結合されたソースと、補数フェーズ・ビット線に結合されたドレインとを有する第2の小型FETと、
前記電圧供給源に結合されたソースと、前記真フェーズ・ビット線に結合されたドレインと、第1のゲートとを有する第1の大型FETと、
前記電圧供給源に結合されたソースと、前記補数フェーズ・ビット線に結合されたドレインと、第2のゲートとを有する第2の大型FETと、
前記選択信号に結合された入力と、前記第1のゲートおよび前記第2のゲートに結合された出力とを有するパルス発生器であって、前記第1または前記第2の大型FETの前記ドレインに結合された前記ビット線を充電するのに十分な長さの間、各大型FETをオンにするのに適したパルス幅を有するパルスを出力することにより、前記選択信号上の遷移に応答するパルス発生器と、
を有する復元機能をさらに有する、請求項16に記載の電子システム。
The storage element is
An input coupled to a selection signal, wherein the selection signal is active when the storage element is selected, and the selection signal is inactive when the storage element is not selected;
A first miniature FET having a gate coupled to the select signal, a source coupled to a voltage supply, and a drain coupled to a true phase bit line;
A second miniature FET having a gate coupled to the select signal, a source coupled to the voltage supply, and a drain coupled to a complement phase bit line;
A first large FET having a source coupled to the voltage supply, a drain coupled to the true phase bit line, and a first gate;
A second large FET having a source coupled to the voltage supply, a drain coupled to the complement phase bit line, and a second gate;
A pulse generator having an input coupled to the select signal and an output coupled to the first gate and the second gate, the drain of the first or second large FET. A pulse that responds to a transition on the select signal by outputting a pulse with a pulse width suitable to turn on each large FET for a length sufficient to charge the coupled bit lines. A generator,
The electronic system according to claim 16, further comprising a restoration function including:
前記ビット線ドライバが、
前記真ビット線に結合されたソースと、前記補数ビット線に結合されたドレインと、前記選択信号に結合されたゲートとを有する小型等化FETと、
前記真ビット線に結合されたソースと、前記パルス発生器の前記出力に結合されたドレインとを有する大型等化FETと、
をさらに有する、請求項22に記載の電子システム。
The bit line driver is
A compact equalization FET having a source coupled to the true bit line, a drain coupled to the complement bit line, and a gate coupled to the select signal;
A large equalization FET having a source coupled to the true bit line and a drain coupled to the output of the pulse generator;
The electronic system according to claim 22, further comprising:
前記ビット線ドライバが、
フェーズ・モード入力と選択信号入力とを有する復元機能をさらに有し、前記復元機能が、
前記真フェーズ・ビット線に結合されたドレインと、電圧供給源に結合されたソースとを有する第1の複数のFETと、
前記補数フェーズ・ビット線に結合されたドレインと、前記電圧供給源に結合されたソースとを有する第2の複数のFETと、
をさらに有し、
前記選択信号が非アクティブになったときに、前記フェーズ・モード入力の値が前記第1の複数のFET内の第1の特定のFETと前記第2の複数のFET内の第2の特定のFETとを決定する、請求項16に記載の電子システム。
The bit line driver is
It further has a restoration function having a phase mode input and a selection signal input, and the restoration function includes:
A first plurality of FETs having a drain coupled to the true phase bit line and a source coupled to a voltage supply;
A second plurality of FETs having a drain coupled to the complement phase bit line and a source coupled to the voltage supply;
Further comprising
When the selection signal becomes inactive, the value of the phase mode input is a first specific FET in the first plurality of FETs and a second specific input in the second plurality of FETs. The electronic system of claim 16, wherein the electronic system is determined.
前記ビット線ドライバが等化機能をさらに有し、前記等化機能が、
前記真フェーズ・ビット線に結合されたソースと、前記補数フェーズ・ビット線に結合されたドレインとを有する第1の等化FETと、
前記真フェーズ・ビット線に結合されたソースと、前記補数フェーズ・ビット線に結合されたドレインとを有する第2の等化FETと、
をさらに有し、
前記フェーズ・モードが第1のフェーズ・モード値を有し、前記選択信号が非アクティブであるときに、前記第1の等化FETがオンになり、前記フェーズ・モードが第2のフェーズ・モード値を有し、前記選択信号が非アクティブであるときに、前記第2の等化FETがオンになる、請求項24に記載の電子システム。
The bit line driver further has an equalization function, the equalization function,
A first equalization FET having a source coupled to the true phase bit line and a drain coupled to the complement phase bit line;
A second equalization FET having a source coupled to the true phase bit line and a drain coupled to the complement phase bit line;
Further comprising
When the phase mode has a first phase mode value and the selection signal is inactive, the first equalization FET is turned on and the phase mode is the second phase mode. 25. The electronic system of claim 24, wherein the second equalization FET is turned on when having a value and the selection signal is inactive.
前記コントローラが、
前記フェーズ・モードを第1の値から第2の値に切り替えることができるフェーズ・モード・スイッチ・トリガ
をさらに有する、請求項15に記載の電子システム。
The controller is
16. The electronic system of claim 15, further comprising a phase mode switch trigger that can switch the phase mode from a first value to a second value.
前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガに結合されたタイマをさらに有し、前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガが、前記タイマからのタイミング情報を使用して、所定の時間間隔で前記フェーズ・モードを第1の値から第2の値に切り替えることができる、請求項26に記載の電子システム。   A timer coupled to the phase mode switch trigger, wherein the phase mode switch trigger uses the timing information from the timer to switch the phase mode at a predetermined time interval; 27. The electronic system of claim 26, wherein the electronic system is switchable from a value of 1 to a second value. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガがオペレーティング・システムとやりとりし、前記オペレーティング・システムが前記電子システムの再始動を前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガに伝達する、請求項26に記載の電子システム。   27. The electronic system of claim 26, wherein the phase mode switch trigger communicates with an operating system, and the operating system communicates restart of the electronic system to the phase mode switch trigger. 前記オペレーティング・システムによって伝達された前記電子システムの前記再始動時に前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガが活動化する、請求項26に記載の電子システム。   27. The electronic system of claim 26, wherein the phase mode switch trigger is activated upon the restart of the electronic system communicated by the operating system. 前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガが、再始動の時間が書き込まれる不揮発性ストレージに結合され、前の再始動から所定の時間が経過した場合に前記オペレーティング・システムによって伝達された前記電子システムの前記再始動時に前記フェーズ・モード・スイッチ・トリガが活動化する、請求項26に記載の電子システム。   The phase mode switch trigger is coupled to a non-volatile storage in which the time of restart is written and communicated by the operating system when a predetermined time has elapsed since a previous restart. 27. The electronic system of claim 26, wherein the phase mode switch trigger is activated upon restart. 電子システム内の記憶素子内のバイアス温度不安定性によるVTシフトを低減するための方法において、
第1の状態中に真フェーズとして記憶素子データを保管するステップと、
第2の状態中に補数フェーズとして記憶素子データを保管するステップと、
前記電子システムが前記第1の状態で合計動作時間のうちの少なくとも第1の部分を費やすことを保証し、前記第1の状態にある第1の合計時間を累積するステップと、
前記電子システムが前記第2の状態で合計動作時間のうちの少なくとも第2の部分を費やすことを保証し、前記第2の状態にある第2の合計時間を累積するステップと、
を有する、方法。
In a method for reducing VT shift due to bias temperature instability in a storage element in an electronic system,
Storing the storage element data as a true phase during the first state;
Storing storage element data as a complement phase during the second state;
Ensuring that the electronic system spends at least a first portion of the total operating time in the first state and accumulating the first total time in the first state;
Ensuring that the electronic system spends at least a second portion of the total operating time in the second state and accumulating a second total time in the second state;
Having a method.
前記第1の合計時間を実質的に前記第2の合計時間に等しいものにするステップをさらに有する、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising: making the first total time substantially equal to the second total time. 前記第1の合計時間を前記第2の合計時間の2倍以下にするステップをさらに有する、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising the step of making the first total time less than or equal to twice the second total time. 前記第1の合計時間を前記第2の合計時間の4倍以下にするステップをさらに有する、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising the step of making the first total time less than or equal to four times the second total time. 前記第1の合計時間を前記第2の合計時間の10倍以下にするステップをさらに有する、請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, further comprising the step of making the first total time less than or equal to 10 times the second total time. 前記電子システムが前記第1の状態で前記合計動作時間のうちの少なくとも前記第1の部分を費やすことを保証するステップと、前記電子システムが前記第2の状態で前記合計動作時間のうちの少なくとも前記第2の部分を費やすことを保証するステップが、事前指定のイベントが発生したときに前記第1の状態から前記第2の状態にまたは前記第2の状態から前記第1の状態に状態を変更するステップをさらに有する、請求項31に記載の方法。   Ensuring that the electronic system spends at least the first portion of the total operating time in the first state; and wherein the electronic system is at least of the total operating time in the second state. The step of ensuring that the second portion is spent is changing the state from the first state to the second state or from the second state to the first state when a pre-designated event occurs. 32. The method of claim 31, further comprising changing. 前記事前指定のイベントが前記電子システムの再始動である、請求項36に記載の方法。   40. The method of claim 36, wherein the pre-specified event is a restart of the electronic system. 前記事前指定のイベントが、前記電子システムの前の再始動から事前指定の経過時間より長く経過した後に行われる前記電子システムの再始動である、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the pre-designated event is a restart of the electronic system that occurs after a pre-designated elapsed time has elapsed since a previous restart of the electronic system. 前記事前指定のイベントが、前の状態変更から事前指定の時間の超過である、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the pre-designated event is a pre-designated time exceeded from a previous state change. 前記事前指定のイベントが、1組のアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト・パターンの開始である、請求項36に記載の方法。   38. The method of claim 36, wherein the pre-specified event is the start of a set of array built-in self test patterns. 前記事前指定のイベントが、1組のアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト・パターンの完了である、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the pre-specified event is the completion of a set of array built-in self test patterns. 前記事前指定のイベントが、1組のアレイ・ビルトイン・セルフ・テスト・パターンの所定回数の完了の完了である、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein the pre-designated event is completion of a predetermined number of completions of a set of array built-in self test patterns.
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