JP2006338854A - テスト制御回路を有する半導体メモリ装置 - Google Patents

テスト制御回路を有する半導体メモリ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】別途の命令信号によりBIST及びBISRの遂行と外部テスタによるテスト及びリペアが独立的に全て可能であるようにする。
【解決手段】本発明は別途の命令信号に応じて外部テスタによるテスト、BIST及びBISRの独立的な状態を設定して自動に行なう技術を開示する。このため、多数のメモリセルを含むセルアレイと、前記セルアレイに対するBIST動作を行なうBISTブロックと、前記セルアレイに対するBISR動作を行なうBISRブロックと、前記BISTブロックによるBIST動作又は外部テスタによるテストを選択する第1の制御信号、及び前記BISRブロックによるBISR動作を制御する第2の制御信号を発生する命令ディコーダとを含むことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明はテスト制御回路を有する半導体メモリ装置に関し、より詳しくは別途の命令信号に応じて外部テスタによるテスト、BIST(Built-In Self Test)及びBISR(Built-In Self Repair)の独立的な状態を設定して自動的に行なう技術に関するものである。
一般に、メモリチップ製造業者等が製造現場でメモリ機能をテストする。
使用者達は一般にそのシステムの適切な動作を行なうためチップの信頼度に依存する。
メモリチップ内のメモリセルの密度及びライン幅が引き続き減少するに伴い(現在は0.5μ以下)、望む信頼度を達成するのが困難になる。
従って、メモリ装置の製造業者達の目標は誤動作部品によるチップ収率の低減なくメモリ容量を増加させることである。
メモリチップが出荷される前に、メモリチップは通常メモリアレイ内のそれぞれのメモリセルが適宜に機能するのかを検証するテストを経る。
従来はメモリチップの製造現場で外部テスタ又は自動テスト装置(ATE)を用いてテストされてきた。このテスト技術は、使用者が使用現場で欠陥のあるメモリセルを感知するのが困難である。たとえ使用者達が、テスト装置を使用可能であるとしても現場修理費が高く時間が消耗され実用的でない。
従って、あるメモリチップ等は内蔵された自体テスト(Built-In Self Test;以下、BISTと記す)と内蔵された自体修理(Built-In Self Repair;以下、BISRと記す)回路が設けられている。
BISTはメモリチップに電源が入ると(power-up)、メモリで多様なパターン等を読出し/書込みすることにより動作して故障メモリセルを決定する。
BISR回路は、故障セルを含むロー又はカラムをメモリアレイ内の余分のロー又はカラムにリペアする。それ故に、全てのセルが動作不可能な場合にも本チップ等の機能を果たすことができる。何故ならば、BISTとBISRは電源がシステムに印加される毎に実行され、次のシステム電源が印加される間に発生する潜在的故障も現場で感知することができるためである。
しかし、従来の技術に係るBIST及びBISRはシステムに電源が印加される毎に無条件動作を行なうため、外部テスタを介するテストとリペアを行なう場合、二重にテストされて正確なテスト及びリペアを行なうことができないという問題点がある。
米国特許第5936900号明細書 米国特許第6560740号明細書 米国特許第6255836号明細書 米国特許第6941499号明細書 米国特許第6505313号明細書 米国特許第6829728号明細書 米国特許第6226764号明細書 特開2005−031018号公報 特開2000−187999号公報
本発明が達しようとする技術的課題は、別途の命令信号によりBIST及びBISRの遂行と外部テスタによるテスト及びリペアが独立的に全て可能であるようにする。
本発明に係るテスト制御回路を有する半導体メモリ装置は、多数のメモリセルを含むセルアレイと、前記セルアレイに対するBIST動作を行なうBISTブロックと、前記セルアレイに対するBISR動作を行なうBISRブロックと、前記BISTブロックによるBIST動作又は外部テスタによるテストを選択する第1の制御信号、及び前記BISRブロックによるBISR動作を制御する第2の制御信号を発生する命令ディコーダとを含むことを特徴とする。
本発明に係るテスト制御回路を有する半導体メモリ装置は別途の命令信号によりBIST、外部テスタによるテスト、BISR及び外部テスタによるリペアが独立的に設定されることができるという効果が得られる。
以下、図を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。しかし、本発明はここで説明される実施の形態に限定されず他の形態に具体化され得る。却って、ここで紹介される実施の形態は本発明の技術的思想が徹底且つ完全に開示され、当業者に本発明の思想が十分伝達されるよう提供されるものである。さらに、明細書の全体に亘って同一の参照番号等は同一の構成要素を示す。
図1は、本発明に係る半導体メモリ装置を示すブロック図である。
半導体メモリ装置はセルアレイ2、センスアンプアレイ4、アドレスディコーダ6、BIST8、BISR10及び命令ディコーダ12を含む。
BIST8は、外部アドレスExADD及び外部データExIOを受信する。
BIST8とBISR10はBISRバスにより連結され、BISR10とセンスアンプアレイ4はデータバスにより連結される。
命令ディコーダ12は、イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENを発生してBIST8及びBISR10の動作を制御する。従って、BISTモードとBISRモードが独立的に制御できる。
アドレスディコーダ6は、BIST8から出力された信号をディコーディングしてセルアレイ2をテストする。
命令ディコーダ12のイネーブル信号BIST_EN、BISR_ENに応じた処理結果を示すと表1の通りである。
Figure 2006338854
表1のように命令状態は4つの独立的な状態が可能である。
イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENが全て「0」の場合、外部テスタによりテストが可能であり、フェイルビットリペア(fail bit repair)は行なわれない。
イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENがそれぞれ「0」、「1」の場合、外部テスタによりテストが可能であり、外部テスタのリペアアルゴリズムの助力なくBISR10によりフェイルビットリペアが自動に行なわれる。
イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENがそれぞれ「1」、「0」の場合、BIST8によりセルテストが可能であり、フェイルビットリペアは行なわれない。
イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENが全て「1」の場合、BIST8によりセルテストが可能であり、外部テストのリペアアルゴリズムの助力なくBISR10によりフェイルビットリペアが自動に行なわれる。
図2は、図1に示されているブロック図の動作を示すフローチャートである。ここでは、DRAM又はSRAMのような揮発性メモリ装置に適する動作方法を示す。若し、FRAMのような非揮発性メモリ装置の場合、引き続き繰り返す必要がない。
システム電源が一定レベルになりパワーオンとなれば、リセット信号が発生し(S1)BIST8及びBISR10が活性化される(S2)。
即ち、イネーブル信号BIST_EN、BISR_ENが全て「1」となってBIST8によりセルテストが可能であり、外部テスタのリペアアルゴリズムの助力なくBISR10によりフェイルビットリペアが自動に行なわれる。
設定が完了すればスタンバイモードに進入する(S3)。
図3は、図1に示されたBIST8を示す詳細ブロック図である。
BIST8はアドレスバッファ14、テストアドレスカウンタ16、アドレスマルチプレクサ18、データバッファ20、テストデータパターン発生器22及びIOマルチプレクサ24を含む。
アドレスバッファ14には外部アドレスExADDが入力される。ここで、アドレスバッファ14はイネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されれば非活性化となる。
テストアドレスカウンタ16はイネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されれば活性化となり、テストアドレスTADDを発生する。
アドレスマルチプレクサ18は、イネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されるとテストアドレスTADDをアドレスディコーダ6に出力する。
データバッファ20は外部データExIOが入力される。ここで、データバッファ20はイネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されれば非活性化となる。
テストデータパターン発生器22は、イネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されればテストデータパターンTDPを発生する。
IOマルチプレクサ24は、イネーブル信号BIST_ENがハイレベルに活性化されればテストデータパターンTDPをBISRバスに出力する。
図4は、図1に示されたセルアレイ2、センスアンプアレイ4及びBISR10を示す詳細ブロック図である。
セルアレイ2は多数のサブセルアレイを含むが、ここでは1つのサブセルアレイのみを示した。
ここでは示されていないが、各サブセルアレイはリペアした状態なのか否かを示すフラッグビットFを格納するフラッグセル、コードビットC0、C1を格納するコードセル、スペアセル及びメーンセルを含む。
メーンセルの場合、常に2ビットが対(pair)でテストされて2ビット単位にリペアが行なわれる。即ち、2ビット対は常に同一のデータを書き込んでテストする。
従って、スペアセルの場合常に2の倍数値となるようにする。ここではスペアセルが2ビットS0、S1の場合を例に挙げて説明する。
メーンセルの場合2ビットずつ対をなすが、ここでは4対B0、B1;B2、B3;B4、B5;B6、B7の例を挙げて説明する。
コードセルは4対のメーンセルをコード化するための情報C0、C1が格納される。
センスアンプアレイ4はフラッグビットセンスアンプ26、コードビットセンスアンプ28等、スペアビットセンスアンプ30等及びメーンビットセンスアンプアレイ32を含む。
BISR10はIO取替部34、比較部36、フェイル検出部38、フェイルインコーダ40、インコーダ駆動部42、コードビットディコーダ44及びフラッグビット駆動部46を含む。
比較部36、フェイル検出部38、フェイルインコーダ40、インコーダ駆動部42及びフラッグビット駆動部46は、イネーブル信号BISR_ENがハイレベルに活性化されるとき活性化となる。
コードビットディコーダ44はイネーブル信号BISR_ENがローレベルに非活性化されるときにのみ活性化となる。即ち、リペアモード時にはメーンセルのフェイルの可否を判定するためのメーンセルのみテストされる。
図5は、図4に示されたIO取替部34を示す詳細回路図である。
IO取替部34はインバータIV1〜IV4及びNMOSトランジスタNT1〜NT16を含む。ここで、NMOSトランジスタNT1〜NT8はスイッチの役割をする。
インバータIV1〜IV4はコードディコーディング信号CD01〜CD67をそれぞれ反転する。
NMOSトランジスタNT1〜NT8は、コードディコーディング信号CD01〜CD67に応じて該当するメーンデータビットライン対B0、B1〜B6、B7をスペアラインS0、S1に連結する。
NMOSトランジスタNT9〜NT16は、インバータIV1〜IV4から出力された信号に応じて該当するメーンデータビートライン対B0、B1〜B6、B7の連結を断切する。
ここでは、1対のスペアビットが存在するため、コードディコーディング信号CD01〜CD67のうち1つの信号のみハイレベルに活性化され、残りはローレベルに非活性化される。
図6は図4に示された比較部36を示す詳細回路図である。
比較部36は排他的ORゲート(exclusive OR gate)XOR01〜XOR67及びANDゲートAND1〜AND4を含む。
排他的ORゲートXOR01〜XOR67は、IO取替部34により取替えが完了したメーンデータビットライン対B0、B1〜B6、B7上のデータの同一の可否をそれぞれ検出する。
即ち、同一のデータを書き込んだあと再度読み出すとき同一のデータが検出されれば、正常に排他的ORゲートXOR01〜XOR67の出力は「0」であるが、2つのデータが同一でなければ、即ちフェイルビットが存在すれば排他的ORゲートXOR01〜XOR67の出力は「1」となる。
ANDゲートAND1〜AND4はイネーブル信号BISR_ENがハイレベルに活性化されるとき、排他的ORゲートXOR01〜XOR67の出力をフェイルビットFB01〜FB67で出力し、イネーブル信号BISR_ENがローレベルに非活性化されれば全てがローレベルであるフェイルビットFB01〜FB67を出力する。
図7は図4に示されたフェイル検出部38を示す詳細回路図である。
フェイル検出部38はNORゲートNR1、インバータIV5及びANDゲートAND5を含む。
NORゲートNR1はフェイルビットFB01〜FB67の不定論理合算を行ない、インバータIV5はNORゲートNR1の出力を反転する。
ANDゲートAND5は、イネーブル信号BISR_ENがハイレベルに活性化されるときインバータIV5の出力をフェイルビット設定信号FB_SETで出力し、イネーブル信号BISR_ENがローレベルに非活性化されればローレベルのフェイルビット設定信号FB_SETを出力する。
フラッグビット駆動部46は、フェイルビット設定信号FB_SETによりフラッグイネーブル信号F_ENの状態を設定する。
図4に示されたフェイルインコーダ40の動作を表2を参照して説明する。
Figure 2006338854
フェイルインコーダ40はイネーブル信号BISR_ENがハイレベルに活性化された状態で、入力のフェイルビットFB01が「1」であれば出力のインコーディングコードEC0、EC1が全て「0」となり、フェイルビットFB23が「1」であればインコーディングコードEC0、EC1はそれぞれ「0」、「1」となり、フェイルビットFB45が「1」であればインコーディングEC0、EC1はそれぞれ「1」、「0」となり、フェイルビットFB67が「1」であればインコーディングコードEC0、EC1が全て「1」となる。
フェイルインコーダ40は4ビット入力2ビット出力の一般的なインコーダ回路で構成されるため、ここではこの詳細な回路構成に対する説明は省略する。
図4に示されたコードビットディコーダ44の動作を表3を参照して説明する。
Figure 2006338854
コードビットディコーダ44はイネーブル信号BISR_ENがローレベルに非活性化され、フラッグイネーブル信号F_ENがハイレベルに活性化されれば活性化となる。
コードビットディコーダ44が活性化された状態で、インコーディングコードEC0、EC1がインコーダ駆動部42により駆動された駆動コードSC0、SC1が全て「0」であればコードディコーディング信号CD01が「1」に活性化され、駆動コードSC0、SC1がそれぞれ「1」、「0」であればコードディコーディング信号CD23が「1」に活性化され、駆動コードSC0、SC1がそれぞれ「0」、「1」であればコードディコーディング信号CD45が「1」に活性化され、駆動コードSC0、SC1が全て「1」であればコードディコーディング信号CD67が「1」に活性化される。
コードビットディコーダ44はイネーブル信号BISR_ENがハイレベルに活性化されるか、フラッグイネーブル信号F_ENがローレベルに非活性化されればコードディコーディング信号CD01〜CD67は全て「0」に設定する。
コードビットディコーダ44は2ビット入力4ビット出力の一般的なディコーダ回路で構成されるため、ここではこの詳細な回路構成に対する説明は省略する。
図8は、図1及び図4に示されたセルアレイ2の一例を示す詳細回路図である。ここでは非揮発性FRAMセルを利用する場合を例に挙げて説明する。
セルアレイ2は多数のサブセルアレイ48を含み、各サブセルアレイ48はワードラインW/LとプレートラインP/Lにより選択され制御される多数のメモリセル50を含む。
ここで、メモリセル50は1つのセルトランジスタT及び1つの強誘電体キャパシタFCを含む。
図9は、図1及び図4に示されたセルアレイ2の他の例を示す詳細回路図である。ここでは非揮発性FRAMセルを利用する場合を例に挙げて説明する。
セルアレイ2は多数のサブセルアレイ52を含み、各サブセルアレイ52はメーンビットラインMBL、サブビットラインSBL、多数のメモリセル50及び多数のスイッチ手段NT17〜NT21を含む。ここで、多数のメモリセル50はワードラインWL<0>〜WL<n>及びプレートラインPL<0>〜PL<n>により選択されて制御され、多数のスイッチNT17〜NT21はそれぞれメーンビットラインプルダウン信号MBPD、サブビットラインSBL、サブビットラインプルダウン信号SBPD、サブビットラインスイッチ信号SBSW2、SBSW1により制御される。ここで、SBPUはサブビットラインプルアップ電圧である。
メモリセル50は、セルトランジスタT及び1つの強誘電体キャパシタFCを含む。
図10は、図1及び図4に示されたセルアレイ2のさらに他の例を示す詳細回路図である。ここではDRAMセルを利用する場合を例に挙げて説明する。
セルアレイ2は多数のサブセルアレイ54を含み、各サブセルアレイ54はワードラインW/Lにより選択される多数のメモリセル56を含む。
ここで、メモリセル56は1つのセルトランジスタT及び1つのキャパシタCを含む。
なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
本発明に係る半導体メモリ装置を示すブロック図である。 図1に示されたブロック図の動作を示すフローチャートである。 図1に示されたBIST8を示す詳細ブロック図である。 図1に示されたセルアレイ2、センスアンプアレイ4及びBISR10を示す詳細ブロック図である。 図4に示されたIO取替部34を示す詳細回路図である。 図4に示された比較部36を示す詳細回路図である。 図4に示されたフェイル検出部38を示す詳細回路図である。 図1及び図4に示されたセルアレイ2を示す詳細回路図である。 図1及び図4に示されたセルアレイ2を示す詳細回路図である。 図1及び図4に示されたセルアレイ2を示す詳細回路図である。
符号の説明
2 セルアレイ
4 センスアンプアレイ
6 アドレスディコーダ
8 BIST
10 BISR
12 命令ディコーダ
14 アドレスバッファ
16 テストアドレスカウンタ
18 アドレスマルチプレクサ
20 データバッファ
22 テストデータパターン発生器
24 IOマルチプレクサ
26 フラッグビットセンスアンプ
28 コードビットセンスアンプ
30 スペアビットセンスアンプ
32 メーンビットセンスアンプアレイ
34 IO取替部
36 比較部
38 フェイル検出部
40 フェイルインコーダ
42 インコーダ駆動部
44 コードビットディコーダ
46 フラッグビット駆動部
48、52、54 サブセルアレイ
50、56 メモリセル

Claims (18)

  1. セルアレイと、
    前記セルアレイに対するBIST動作を行なうBISTブロックと、
    前記セルアレイに対するBISR動作を行なうBISRブロックと、
    前記BISTブロックによるBIST動作又は外部テスタによるテストを選択する第1の制御信号、及び前記BISRブロックによるBISR動作を制御する第2の制御信号を発生する命令ディコーダとを含むことを特徴とするテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  2. 前記セルアレイは、多数のサブセルアレイを含むことを特徴とする請求項1に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  3. 前記サブセルアレイは、多数のメモリセルを含むことを特徴とする請求項2に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  4. 前記メモリセルは、DRAMセルで構成されることを特徴とする請求項3に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  5. 前記メモリセルは、FRAMセルで構成されることを特徴とする請求項3に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  6. 前記メモリセルは、階層的ビットライン構造を有することを特徴とする請求項5に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  7. 前記BISTブロックは、
    外部アドレスを受信するアドレスバッファと、
    前記第1の制御信号により制御され、テストアドレスを発生するテストアドレスカウンタと、
    前記第1の制御信号により制御され、前記アドレスバッファから出力された信号又は前記テストアドレスを選択的に出力するアドレスマルチプレクサと、
    外部データを受信するデータバッファと、
    前記第1の制御信号により制御され、テストデータパターンを発生するテストデータパターン発生器と、
    前記第1の制御信号により制御され、前記データバッファから出力された信号又は前記テストデータパターンを選択的に出力するデータマルチプレクサとを含むことを特徴とする請求項1に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  8. 前記BISRブロックは、
    フェイルセルを示すコード信号に応じてフェイルセルが連結されたビットラインをスペアビットラインに取り替えるビットライン取替部と、
    前記ビットライン上のデータのフェイルの可否を検出する比較部と、
    前記比較部の結果に従い、フェイルの可否を示すフラッグ信号を発生するフェイル検出部と、
    前記比較部の結果を利用し、前記コード信号を発生するフェイルインコーダとを含むことを特徴とする請求項1に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  9. 前記ビットライン取替部は、
    前記コード信号に応じて制御され、前記スペアビットラインと前記ビットラインを選択的に連結する多数の第1のスイッチ手段と、
    前記コード信号に応じて制御され、前記セルアレイ領域のビットラインと前記BISRブロック領域のビットラインを互いに分離する多数の第2のスイッチ手段とを含むことを特徴とする請求項8に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  10. 前記比較部は、前記ビットライン上のデータ等が互いに同一なのかの可否を検出する多数の検出手段を含むことを特徴とする請求項8に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  11. 前記第2の制御信号に応じ、前記多数の検出手段から出力された信号を選択的に転送する多数の転送手段をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  12. 前記フェイル検出部は、前記比較部の結果等のうち何れか1つでもフェイルが検出されると、前記フラッグ信号を発生するフェイル検出手段を含むことを特徴とする請求項8に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  13. 前記フェイル検出部は、前記第2の制御信号に応じて前記フラッグ信号を選択的に転送する転送手段をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  14. 前記BISRブロックは前記比較部の結果等をインコーディングするフェイルインコーダと、
    前記フェイルインコーダから出力された信号等をディコーディングし、前記コード信号を発生するコードビットディコーダとをさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  15. 前記BISRブロックは前記フェイルインコーダから出力された信号を駆動するインコーダ駆動部をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  16. 前記コードビットディコーダは、前記フラッグ信号に応じて制御されることを特徴とする請求項14に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  17. 前記セルアレイは、
    リペアの可否を示すフラッグビットを格納する多数のフラッグセルと、
    コードビットデータを格納する多数のコードセルと、
    フェイルセル等を取り替える多数のスペアセルと、
    多数のメーンセルとを含むことを特徴とする請求項1に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
  18. 前記セルアレイは、
    前記フラッグセル、コードセル、スペアセル及びメーンセルにデータを読み出すか書き込む多数のセンスアンプをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のテスト制御回路を有する半導体メモリ装置。
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