JP2011008874A - Method for testing semiconductor memory device and semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体記憶装置の試験方法及び半導体記憶装置に関し、特に、半導体記憶装置への書込み動作時に、半導体記憶装置が備えるメモリセル内に流れる電流を安定して測定し、メモリセル内の書込みパスにおける欠陥を検出する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device testing method and a semiconductor memory device, and more particularly, to stably measure a current flowing in a memory cell included in a semiconductor memory device during a write operation to the semiconductor memory device, and to write in the memory cell. The present invention relates to a technique for detecting a defect in a path.
半導体記憶装置の1つに、SRAM(Static Random Access Memory)がある。SRAMの製造時には、欠陥を検出するための各種の試験が様々な段階で行われている。 One of the semiconductor memory devices is an SRAM (Static Random Access Memory). At the time of manufacturing the SRAM, various tests for detecting defects are performed at various stages.
SRAMの試験方法の一般的な例としては、任意の“0”または“1”のテストパタンをSRAMに書込み、書込んだ値がSRAMから正しく読出せるかどうかを試験する方法が挙げられる。 As a general example of an SRAM test method, there is a method of writing an arbitrary “0” or “1” test pattern to the SRAM and testing whether the written value can be read correctly from the SRAM.
しかしながら、近年、SRAMでは、プロセスの微細化により故障の原因が複雑化しているため、上述したテストパタンに基づく試験方法では、SRAMの潜在的な欠陥を検出することが困難になってきている。 However, in recent years, the causes of failures have become complicated due to process miniaturization in SRAMs, and it has become difficult to detect potential defects in SRAMs by the test method based on the above test pattern.
そこで、最近は、SRAMの試験方法として、電圧値、電流値、遅延マージンのような物理量を測定し、測定した物理量に基づいてメモリセル単体の良・不良を判定する方法の必要性が増してきている。このうち、メモリセル内に流れる電流を測定する試験方法は、メモリセルの特性を直接観測可能な方法として、一般的に行われるようになっている。 Therefore, recently, as an SRAM test method, there has been an increasing need for a method of measuring physical quantities such as a voltage value, a current value, and a delay margin, and determining whether a memory cell is good or bad based on the measured physical quantities. ing. Among these, the test method for measuring the current flowing in the memory cell is generally performed as a method capable of directly observing the characteristics of the memory cell.
図5は、関連するSRAMのメモリセル(以下、SRAMメモリセルと呼ぶ)の回路構成の一例を示す図である。この回路構成は、一般的に広く知られた回路構成である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a related SRAM memory cell (hereinafter referred to as an SRAM memory cell). This circuit configuration is a generally well-known circuit configuration.
図5に示したSRAMメモリセル100は、一般的な6個のMOSトランジスタから構成されている。すなわち、SRAMメモリセル100は、NチャネルMOSトランジスタである駆動MOSトランジスタN1,N2と、NチャネルMOSトランジスタである転送MOSトランジスタN3,N4と、PチャネルMOSトランジスタである負荷MOSトランジスタP1,P2と、から構成されている。
The
なお、図5において、PLはSRAMメモリセル100の電源線、GLはSRAMメモリセル100の接地線、BLT及びBLBはSRAMメモリセル100のビット線、WLはSRAMメモリセル100のワード線、ND1及びND2はSRAMメモリセル100のデータ保持ノードである。
In FIG. 5, PL is a power line of the
また、Vddは電源線PLから供給される電圧、Vssは接地線GLから供給される電圧、Vwlはワード線WLから供給される電圧、Vblt及びVblbはそれぞれビット線BLT及びBLBから供給される電圧、Vn1及びVn2はそれぞれデータ保持ノードND1及びND2の電圧である。 Vdd is a voltage supplied from the power line PL, Vss is a voltage supplied from the ground line GL, Vwl is a voltage supplied from the word line WL, and Vblt and Vblb are voltages supplied from the bit lines BLT and BLB, respectively. , Vn1 and Vn2 are voltages of the data holding nodes ND1 and ND2, respectively.
駆動MOSトランジスタN1及び負荷MOSトランジスタP1により、また、駆動MOSトランジスタN2及び負荷MOSトランジスタP2により、それぞれCMOSインバータが構成されている。また、駆動MOSトランジスタN1,N2及び負荷MOSトランジスタP1,P2により、CMOSインバータのカップリングが構成されており、これにより、安定してデータを保持できるようになっている。 The driving MOS transistor N1 and the load MOS transistor P1, and the driving MOS transistor N2 and the load MOS transistor P2 constitute a CMOS inverter, respectively. The driving MOS transistors N1 and N2 and the load MOS transistors P1 and P2 constitute a coupling of a CMOS inverter, so that data can be stably held.
データ保持ノードND1及びND2の電圧Vn1及びVn2は、それぞれ“1”あるいは“0”のいずれかであり、互いに逆となっている。1つのSRAMメモリセル100に保持される1ビットのデータの定義としては、例えば、データ“1”の場合はVn1=“1”及びVn2=“0”と定義され、データ“0”の場合はVn1=“0”及びVn2=“1”と定義される。
The voltages Vn1 and Vn2 of the data holding nodes ND1 and ND2 are either “1” or “0”, respectively, and are opposite to each other. The definition of 1-bit data held in one
なお、ここで、デジタル表記の“1”は電源電圧(Vdd)に対応し、Vddは90nm世代LSI(Large Scale Integration)製造プロセスにおいては通常1.0Vである。また、デジタル表記の“0”は接地電圧(Vss)に対応し、Vssは通常0Vである。 Here, “1” in digital notation corresponds to the power supply voltage (Vdd), and Vdd is usually 1.0 V in a 90 nm generation LSI (Large Scale Integration) manufacturing process. Also, “0” in digital notation corresponds to the ground voltage (Vss), and Vss is usually 0V.
SRAMの動作には、読出し動作と書込み動作が存在する。 The SRAM operation includes a read operation and a write operation.
読出し動作では、ビット線BLT及びBLBを“1”にプリチャージし、ワード線WLを“1”に設定する。それにより、ビット線BLTまたはBLBのどちらか片方から転送MOSトランジスタ及び駆動MOSトランジスタを通して接地線GLへと電流貫通パスが生じ、当該パスに読出し電流が流れ、ビット線の電圧が低下する。このとき、SRAMメモリセル100の保持データが“0”ならばビット線BLTの電圧が低下し、“1”ならばビット線BLBの電圧が低下することになる。そのため、ビット線BLTまたはBLBのどちらの電圧が低下したかを検知することによって、SRAMメモリセル100の外部から、SRAMメモリセル100の保持データを読出すことができる。
In the read operation, the bit lines BLT and BLB are precharged to “1” and the word line WL is set to “1”. As a result, a current through path is formed from either one of the bit lines BLT or BLB through the transfer MOS transistor and the driving MOS transistor to the ground line GL, a read current flows through the path, and the voltage of the bit line decreases. At this time, if the data held in the
このように、読出し動作では、SRAMメモリセル100にデータが保持されたままの状態であるため、SRAMメモリセル100に流れる読出し電流を安定して測定可能である。
As described above, in the read operation, since the data is held in the
一方、書込み動作では、書込みデータにあわせて片方のビット線の電圧を“0”に設定し、ワード線WLを“1”に設定する。それにより、電源線PLから負荷MOSトランジスタ及び転送MOSトランジスタを通してビット線へと電流貫通パス(以下、書込みパスと呼ぶ)が生じ、当該パスに書込み電流が流れる。この書込み電流が流れることによって、データ保持ノードND1及びND2の電圧Vn1及びVn2を反転させられるため、SRAMメモリセル100にデータを書込むことができる。
On the other hand, in the write operation, the voltage of one bit line is set to “0” and the word line WL is set to “1” in accordance with the write data. Thereby, a current through path (hereinafter referred to as a write path) is generated from the power supply line PL to the bit line through the load MOS transistor and the transfer MOS transistor, and a write current flows through the path. When the write current flows, the voltages Vn1 and Vn2 of the data holding nodes ND1 and ND2 are inverted, so that data can be written into the
このように、書込み動作では、SRAMメモリセル100に保持されたデータを反転させる。そのため、データ“1”を保持している状態でデータ“0”を書込む場合、SRAMメモリセル100に流れる書込み電流を安定して測定することはできない。その理由を説明する。この場合、書込み動作が完了すると、データ保持ノードND1及びND2の電圧Vn1及びVn2が反転して、Vn1=“0”及びVn2=“1”となり、負荷MOSトランジスタP1がOFF状態となる。このとき、上述の書込みパスが存在しなくなり、書込み電流を得ることができなくなる。そのため、書込み電流が定常的に流れず、書込み電流を安定して測定することができなくなる。
Thus, in the write operation, the data held in the
ところで、近年、SRAMメモリセルに関する各種の関連技術が開示されている。 Incidentally, in recent years, various related technologies relating to SRAM memory cells have been disclosed.
例えば、非特許文献1には、図5に示した回路構成を維持したまま、SRAMメモリセル内に流れる電流を測定する技術が開示されている。この技術では、SRAMメモリセルにおいて、ワード線WL、ビット線BLT及びBLB、電源線PLの各端子をパッドを介して外部と接続する。そして、外部から各端子に様々な電圧を供給することによりSRAMメモリセル内に流れる電流を測定する。このとき、電源電圧Vdd及び接地電圧Vssとは別に、オーバードライブ電圧(電源電圧Vddよりも高い電圧)VHを用意し、各端子への供給電圧を最適化する。例えば、図5において、測定対象のMOSトランジスタが駆動MOSトランジスタN1である場合、転送MOSトランジスタN3及びN4をONにするが、その際には、ワード線WLの電圧をVHに設定して、転送MOSトランジスタN3及びN4のドレイン・ソース間の抵抗値を極端に低下させ、転送MOSトランジスタN3及びN4での電圧降下を抑制する。これにより、電源線PL及びビット線BLTがN1のドレイン電圧の役割を、ビット線BLBがN1のゲート電圧の役割をそれぞれ担うことになるため、駆動MOSトランジスタN1に流れる電流の電流特性(例えば、ドレイン電流−ゲート・ソース間電圧の特性)を測定することが可能となる。
For example, Non-Patent
また、非特許文献2には、図5とは異なる回路構成のSRAMメモリセルの読出し特性及び書込み特性を測定する技術が開示されている。この技術が適用されるSRAMメモリセルは、左右のCMOSインバータの接地線GLがあらかじめ分離されている。この技術では、読出し動作の場合、2つの接地線の電圧を独立に制御し、片方の接地線の電圧を0V以上の高い電圧に細かく変化させる。ただし、この読み出し動作では、片方の接地線を0V以上にするため、電圧“0”を保持していたデータ保持ノードの電位が上昇し、データの保持が正常に行われなくなり、最終的に保持データが反転する。一方、書込み動作の場合、片方のビット線電圧を細かく変化させ、電源電圧Vddよりも低い電圧に設定する。ただし、この書込み動作では、片方のビット線電圧を0Vではなく0V以上の電圧に設定する。そのため、データを書き込む際に、電圧“0”を保持するデータ保持ノードの電位がビット線電位に合わせて0V以上になってしまうため、保持データの反転が正常に行われなくなる。すなわち、この技術は、SRAMメモリセルにおいて読出し動作及び書込み動作を阻害する方向に作用することになる。したがって、読出し動作の場合は、保持データが反転する直前の接地線電圧を観測することで、読出し動作が阻害されない電圧範囲を読出し特性として測定することが可能となる。また、書込み動作の場合は、保持データが反転しなくなる直前のビット線電圧を観測することで、書込み動作が阻害されない電圧範囲を書込み特性として測定することが可能となる。
Non-Patent
また、特許文献1には、図5とは異なる回路構成のSRAMメモリセルのリセット動作を行う技術が開示されている。この技術が適用されるSRAMメモリセルは、図6に示すように、左右のCMOSインバータの電源線PLがあらかじめ分離されており、片方のCMOSインバータの電源電圧が接地電圧Vssに設定される。図6では、SRAMメモリセル110において、第1CMOSインバータ111及び第2CMOSインバータ112の電源線が、それぞれPLT及びPLBとして定義されている。この技術では、例えば、第1CMOSインバータ111の電源線PLTの電圧VdtをVddに設定し、第2CMOSインバータ112の電源線PLBの電圧VdbをVssに設定すると、ND2の電圧Vn2、すなわち第1CMOSインバータ111の入力電圧が強制的にVssとなる。これにより、ND1の電圧Vn1、すなわち第1CMOSインバータ111の出力電圧はVddに設定される。つまり、この技術では、本動作以前のSRAMメモリセル110の保持データにかかわらず、データ保持ノードND1及びND2の電圧設定が強制的に行われ、リセット動作が可能となっている。なお、この技術では、ワード線WLとビット線BLT及びBLBの電圧設定は不要である。
上述したように、SRAMメモリセルには、書込み動作において、SRAMメモリセル内に流れる書込み電流を安定して測定することができないという問題がある。 As described above, the SRAM memory cell has a problem that the write current flowing in the SRAM memory cell cannot be stably measured in the write operation.
この問題を解決するために、上述した非特許文献1,2および特許文献1に開示された技術を適用することが考えられる。
In order to solve this problem, it is conceivable to apply the techniques disclosed in
しかし、非特許文献1,2に開示された技術では、1個のMOSトランジスタの測定のために電源電圧及び接地電圧とは別のオーバードライブ電圧VHが必要となったり、SRAMメモリセルに供給する電圧を細かく変化させなければならないために評価時間が増大したりして、評価のためのコストが増大するといった課題が存在する。
However, in the techniques disclosed in
ここで、図5に示した回路構成のSRAMメモリセル内に流れる書込み電流の測定の際に、2つのCMOSインバータの電源線の双方をVddに設定することでは、書込み電流の測定による欠陥検出が困難であることを説明する。図5に示した回路構成のSRAMメモリセルにおいて、2つのCMOSインバータの電源線PLの電圧をVddに設定し、2本のビット線BLT,BLBをVssに設定し、ワード線WLの電圧を“1”に設定する(図7A参照)。すると、データ保持ノードND1,ND2の電圧Vn1,Vn2がVssから上昇する。図7Bは、いわゆるバタフライプロットであり、横向きのカーブは、Vn1の電圧を外部から強制的に0V〜Vddに制御した場合のVn2の電圧を示し、また、縦向きのカーブは、Vn2の電圧を外部から強制的に0V〜Vddに制御した場合のVn1の電圧を示している。図5において、2つのCMOSインバータの入出力端子は交差接続されているため、この2つのカーブの交点Pの電圧値が、Vn1・Vn2の存在しうる電圧となる。このバタフライプロットのカーブは、測定対象の書込みパス以外のMOSトランジスタによっても決定されるため、データ保持ノードND1,ND2の電圧Vn1,Vn2は書込みパス以外での特性によって決定されうる。つまり、書込み電流は書込みパス以外の部分が原因で変動する可能性があるため、SRAMメモリセルの書込み電流が変動したとしても、変動の原因が書込みパスにあると特定することが難しい。 Here, when the write current flowing in the SRAM memory cell having the circuit configuration shown in FIG. 5 is measured, if both power lines of the two CMOS inverters are set to Vdd, defect detection by measuring the write current is performed. Explain that it is difficult. In the SRAM memory cell having the circuit configuration shown in FIG. 5, the voltage of the power line PL of the two CMOS inverters is set to Vdd, the two bit lines BLT and BLB are set to Vss, and the voltage of the word line WL is set to “ It is set to 1 ″ (see FIG. 7A). Then, the voltages Vn1 and Vn2 of the data holding nodes ND1 and ND2 rise from Vss. FIG. 7B is a so-called butterfly plot, where the horizontal curve shows the voltage of Vn2 when the voltage of Vn1 is forcibly controlled from 0 V to Vdd from the outside, and the vertical curve shows the voltage of Vn2. The voltage of Vn1 when the voltage is forcibly controlled from 0 V to Vdd from the outside is shown. In FIG. 5, since the input / output terminals of the two CMOS inverters are cross-connected, the voltage value at the intersection P of the two curves is a voltage that can exist as Vn1 and Vn2. Since the curve of this butterfly plot is also determined by MOS transistors other than the write path to be measured, the voltages Vn1 and Vn2 of the data holding nodes ND1 and ND2 can be determined by characteristics other than the write path. That is, since the write current may vary due to a part other than the write path, even if the write current of the SRAM memory cell varies, it is difficult to specify that the cause of the variation is in the write path.
また、非特許文献2のように、SRAMメモリセルの接地線を左右のCMOSインバータで分離し、接地線の電圧を制御する技術は、書込み電流の測定には不向きである。その理由を説明する。書込み電流を安定して流すには、少なくとも、負荷MOSトランジスタがON状態となることが必要であり、そのためにはPチャネルMOSトランジスタで構成される負荷MOSトランジスタのゲート電圧、すなわちCMOSインバータの入力電圧を0Vにする必要がある。しかしながら、接地線の電圧制御により接地線電圧が0Vよりも高い電圧に設定されると、CMOSインバータの入出力電圧は必然的に0Vよりも高い電圧となる。すなわち、書込み電流が安定して流れる条件を満たさず、書込み電流を測定するための構成とは言えない。
Further, as in
また、特許文献1のように、SRAMメモリセルの左右のCMOSインバータで電源線を分離し、片方のCMOSインバータの電源線の電圧をVssに設定する技術では、目的の書込み電流を測定できないことは明らかである。その理由を説明する。この技術では、ワード線とビット線の電圧を設定しないことから、ワード線の電圧が“0”となっている。そのため、転送MOSトランジスタがON状態とならず、CMOSインバータからビット線に向けて書込みパスが生じず、測定対象の書込み電流が流れない。
In addition, as in
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、電圧を細かく制御させることなしに、メモリセルに流れる書込み電流を安定して測定し、メモリセルの書込みパスにおける欠陥を検出可能な半導体記憶装置の試験方法及び半導体記憶装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to test a semiconductor memory device capable of stably measuring a write current flowing in a memory cell and detecting a defect in a write path of the memory cell without finely controlling a voltage. A method and a semiconductor memory device are provided.
上記目的を達成するために、本発明の半導体記憶装置の試験方法は、
Nチャネル駆動MOSトランジスタ及びPチャネル負荷MOSトランジスタで構成され、各々の入出力端子が交差接続された第1及び第2のCMOSインバータと、ゲート端子にワード線が接続された第1及び第2のNチャネル転送MOSトランジスタと、を有し、前記第1のCMOSインバータと第1のビット線とが前記第1のNチャネル転送MOSトランジスタを介して接続され、また、前記第2のCMOSインバータと第2のビット線とが前記第2のNチャネル転送MOSトランジスタを介して接続され、また、前記第1及び第2のCMOSインバータの電源線が分離されているメモリセルを備える半導体記憶装置の試験方法であって、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの一方のCMOSインバータの電源線の電圧を電源電圧に設定し、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの他方のCMOSインバータの電源線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第1及び第2のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記ワード線の電圧を電源電圧に設定し、
前記一方のCMOSインバータの電源線から前記一方のCMOSインバータのPチャネル負荷MOSトランジスタと、前記一方のNチャネル転送MOSトランジスタと、前記一方のビット線とを介して流れる書込み電流を測定する。
In order to achieve the above object, a test method for a semiconductor memory device of the present invention includes:
First and second CMOS inverters, each of which is composed of an N-channel driving MOS transistor and a P-channel load MOS transistor and whose input / output terminals are cross-connected to each other, and first and second CMOS inverters each having a gate terminal connected to a word line. An N-channel transfer MOS transistor, wherein the first CMOS inverter and the first bit line are connected via the first N-channel transfer MOS transistor, and the second CMOS inverter and the first bit line are connected to each other. A test method for a semiconductor memory device comprising a memory cell connected to the second bit line via the second N-channel transfer MOS transistor, and the power lines of the first and second CMOS inverters are separated Because
A voltage of a power line of one of the first and second CMOS inverters is set to a power voltage;
Setting the voltage of the power line of the other CMOS inverter of the first and second CMOS inverters to a ground voltage;
Setting the voltage of the first and second bit lines to a ground voltage;
Set the voltage of the word line to the power supply voltage,
A write current flowing from the power source line of the one CMOS inverter through the P-channel load MOS transistor of the one CMOS inverter, the one N-channel transfer MOS transistor, and the one bit line is measured.
上記目的を達成するために、本発明の半導体記憶装置は、
Nチャネル駆動MOSトランジスタ及びPチャネル負荷MOSトランジスタで構成され、各々の入出力端子が交差接続された第1及び第2のCMOSインバータと、ゲート端子にワード線が接続された第1及び第2のNチャネル転送MOSトランジスタと、を有し、前記第1のCMOSインバータと第1のビット線とが前記第1のNチャネル転送MOSトランジスタを介して接続され、また、前記第2のCMOSインバータと第2のビット線とが前記第2のNチャネル転送MOSトランジスタを介して接続され、また、前記第1及び第2のCMOSインバータの電源線が分離されているメモリセルを備える半導体記憶装置であって、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの一方のCMOSインバータの電源線の電圧が電源電圧に設定され、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの他方のCMOSインバータの電源線の電圧が接地電圧に設定され、
前記第1及び第2ビット線の電圧が接地電圧に設定され、
前記ワード線の電圧が電源電圧に設定され、
前記一方のCMOSインバータの電源線から前記一方のCMOSインバータの負荷MOSトランジスタと、前記一方の転送MOSトランジスタと、前記一方のビット線とを介して流れる書込み電流が測定される。
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device of the present invention includes:
First and second CMOS inverters, each of which is composed of an N-channel driving MOS transistor and a P-channel load MOS transistor and whose input / output terminals are cross-connected to each other, and first and second CMOS inverters each having a gate terminal connected to a word line. An N-channel transfer MOS transistor, wherein the first CMOS inverter and the first bit line are connected via the first N-channel transfer MOS transistor, and the second CMOS inverter and the first bit line are connected to each other. A semiconductor memory device comprising a memory cell connected to the second bit line via the second N-channel transfer MOS transistor, and wherein the power lines of the first and second CMOS inverters are separated ,
The voltage of the power line of one of the first and second CMOS inverters is set to the power voltage,
The voltage of the power line of the other CMOS inverter of the first and second CMOS inverters is set to the ground voltage,
The voltages of the first and second bit lines are set to a ground voltage;
The voltage of the word line is set to the power supply voltage,
A write current flowing from the power source line of the one CMOS inverter through the load MOS transistor of the one CMOS inverter, the one transfer MOS transistor, and the one bit line is measured.
本発明によれば、メモリセル内に流れる書込み電流の測定時には、メモリセルを構成する2つのCMOSインバータの電源線の電圧を独立に制御し、書込み電流が流れる一方のCMOSインバータの電源線の電圧を電源電圧に設定し、他方のCMOSインバータの電源線の電圧を接地電圧に設定する。すると、一方のCMOSインバータの入力電圧、すなわち一方のCMOSインバータを構成する負荷MOSトランジスタのゲート電圧は常に接地電圧になるため、この負荷MOSトランジスタがON状態になる。 According to the present invention, when measuring the write current flowing in the memory cell, the voltages of the power supply lines of the two CMOS inverters constituting the memory cell are independently controlled, and the voltage of the power supply line of one CMOS inverter through which the write current flows. Is set to the power supply voltage, and the voltage of the power supply line of the other CMOS inverter is set to the ground voltage. Then, since the input voltage of one CMOS inverter, that is, the gate voltage of the load MOS transistor constituting the one CMOS inverter is always the ground voltage, this load MOS transistor is turned on.
この状態でワード線の電圧を電源電圧に設定すると、転送MOSトランジスタがON状態になり、一方のCMOSインバータからビット線に向けて書込みパスが生じるため、測定対象の書込み電流を安定して流すことが可能となる。 If the word line voltage is set to the power supply voltage in this state, the transfer MOS transistor is turned on, and a write path is generated from one CMOS inverter to the bit line, so that the write current to be measured flows stably. Is possible.
よって、メモリセル内に流れる書込み電流を安定して測定することができ、かつ書込み電流の変動の要因がメモリセルの書込みパスにある欠陥のみであるため、書込み電流の測定によりメモリセルの書込みパスにおける欠陥を検出することができるという効果が得られる。 Therefore, the write current flowing in the memory cell can be stably measured, and the cause of fluctuation of the write current is only a defect in the write path of the memory cell. The effect that the defect in can be detected is obtained.
また、書込み電流の測定の際にメモリセルに供給する供給電圧の種類は電源電圧及び接地電圧の2種類のみであり、他の特殊な供給電圧が不要という効果が得られる。 In addition, there are only two types of supply voltages supplied to the memory cell when measuring the write current, that is, a power supply voltage and a ground voltage, and an effect that no other special supply voltage is required is obtained.
さらに、メモリセルのCMOSインバータの電源線電圧、ワード線電圧、ビット線電圧の設定は電源電圧と接地電圧の切り替えのみで済むため、電圧を細かく変化させる必要がなく、電流測定時間の短縮が可能になるという効果が得られる。 In addition, the power supply line voltage, word line voltage, and bit line voltage of the memory cell CMOS inverter need only be switched between the power supply voltage and the ground voltage, so there is no need to change the voltage finely and the current measurement time can be shortened. The effect of becoming.
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated with reference to drawings.
なお、以下で説明する実施形態では、本発明の半導体記憶装置がSRAMである場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されず、メモリセルを備える半導体記憶装置であればよい。
(1)SRAMメモリセル
(1−1)SRAMメモリセルの構成
図1は、本発明の一実施形態におけるSRAMメモリセルの構成を示す回路図である。
In the embodiments described below, the case where the semiconductor memory device of the present invention is an SRAM will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any semiconductor memory device including a memory cell may be used. .
(1) SRAM Memory Cell (1-1) Configuration of SRAM Memory Cell FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an SRAM memory cell according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態におけるSRAMメモリセル10は、一般的な6個のMOSトランジスタから構成されている。すなわち、SRAMメモリセル10は、駆動MOSトランジスタN1及び負荷MOSトランジスタP1からなる第1CMOSインバータ11と、駆動MOSトランジスタN2及び負荷MOSトランジスタP2からなる第2CMOSインバータ12と、第1CMOSインバータ11及び第2CMOSインバータ12にそれぞれ接続された転送MOSトランジスタN3,N4と、から構成されている。
As shown in FIG. 1, the
なお、駆動MOSトランジスタN1,N2及び転送MOSトランジスタN3,N4は、NチャネルMOSトランジスタである。また、負荷MOSトランジスタP1,P2は、PチャネルMOSトランジスタである。 The driving MOS transistors N1, N2 and the transfer MOS transistors N3, N4 are N channel MOS transistors. Load MOS transistors P1, P2 are P-channel MOS transistors.
第1CMOSインバータ11及び第2CMOSインバータ12の各々の入出力端子は交差接続されている。
The input / output terminals of the
SRAMメモリセル10には、信号線としてビット線BLT,BLB及びワード線WLが接続されている。このうちワード線WLは、転送MOSトランジスタN3,N4のゲート端子に接続されている。また、ビット線BLTは、転送MOSトランジスタN3を介して第1CMOSインバータ11に接続され、また、ビット線BLBは、転送MOSトランジスタN4を介して第2CMOSインバータ12に接続されている。
Bit lines BLT and BLB and a word line WL are connected to the
さらに、SRAMメモリセル10には、第1CMOSインバータ11及び第2CMOSインバータ12に共通する接地線GLが接続されている。また、SRAMメモリセル10には、第1CMOSインバータ11及び第2CMOSインバータ12で分離されている2つの電源線、すなわち、第1CMOSインバータ11用の電源線PLT及び第2CMOSインバータ12用の電源線PLBが接続されている。
Further, a ground line GL common to the
SRAMメモリセル10において保持する1ビットのデータは、データ保持ノードND1及びND2の電圧により定義される。
The 1-bit data held in the
SRAMメモリセル10のビット線BLT及びBLBには、書込み電流測定部20が接続されている。
(1−2)SRAMメモリセルの電圧設定
図2Aは、図1に示したSRAMメモリセルにおいて、第1CMOSインバータ11に流れる書込み電流を測定する場合の電圧設定を説明する図である。
A write current measuring unit 20 is connected to the bit lines BLT and BLB of the
(1-2) Voltage Setting of SRAM Memory Cell FIG. 2A is a diagram for explaining voltage setting when the write current flowing through the
図2Aに示すように、第1CMOSインバータ11に流れる書込み電流を測定する場合、第1CMOSインバータ11の電源線PLTの電圧はVddに設定され、第2CMOSインバータ12の電源線PLBの電圧はVssに設定され、ビット線BLT,BLBの電圧は“0”(Vss)に設定され、ワード線WLの電圧は“1”(Vdd)に設定される。この場合、測定対象の書込み電流は図2Aの矢印で示されるIwrite1である。
As shown in FIG. 2A, when measuring the write current flowing through the
図2Bは、図1に示したSRAMメモリセルにおいて、第2CMOSインバータ12に流れる書込み電流を測定する場合の電圧設定を説明する図である。 FIG. 2B is a diagram for explaining voltage setting when measuring the write current flowing through the second CMOS inverter 12 in the SRAM memory cell shown in FIG. 1.
図2Bに示すように、第2CMOSインバータ12に流れる書込み電流を測定する場合、第1CMOSインバータ11の電源線PLTの電圧はVssに設定され、第2CMOSインバータ12の電源線PLBの電圧はVddに設定される。その他の電圧設定は、図2Aと同様であり、ビット線BLT,BLBの電圧は“0”(Vss)に設定され、ワード線WLの電圧は“1”(Vdd)に設定される。この場合、測定対象の書込み電流は図2Bの矢印で示されるIwrite2である。
(1−3)SRAMメモリセルの動作
以下に、図1に示したSRAMメモリセルの動作について説明する。
As shown in FIG. 2B, when measuring the write current flowing through the second CMOS inverter 12, the voltage of the power line PLT of the
(1-3) Operation of SRAM Memory Cell The operation of the SRAM memory cell shown in FIG. 1 will be described below.
図2Aに示すように、第1CMOSインバータ11に流れる書込み電流Iwrite1を測定する場合、まず、第1CMOSインバータ11の電源線PLTの電圧をVddに設定し、第2CMOSインバータ12の電源線PLBの電圧をVssに設定し、ビット線BLT,BLBの電圧を“0”(Vss)に設定する。
As shown in FIG. 2A, when measuring the write current Iwrite1 flowing through the
このように、第2CMOSインバータ12の電源線PLBの電圧がVssに設定されることで、データ保持ノードND2の電圧が強制的にVssとなる。これにより、第1CMOSインバータ11の入力電圧はVssとなり、駆動MOSトランジスタN1がOFF状態、負荷MOSトランジスタP1がON状態となる。
As described above, the voltage of the power supply line PLB of the second CMOS inverter 12 is set to Vss, so that the voltage of the data holding node ND2 is forcibly set to Vss. As a result, the input voltage of the
この状態でワード線WLを“1”に設定すると、転送MOSトランジスタN3がON状態となり、電源線PLTから負荷MOSトランジスタP1及び転送MOSトランジスタN3を通してビット線PLTに向かって電流貫通パス、すなわち書込みパスが生じる。この書込みパスは、上記の電圧設定を一定にする限り定常的に生じているため、安定して書込み電流Iwrite1が流れる。 When the word line WL is set to “1” in this state, the transfer MOS transistor N3 is turned on, and a current through path, that is, a write path from the power supply line PLT to the bit line PLT through the load MOS transistor P1 and the transfer MOS transistor N3. Occurs. Since this write path is steadily generated as long as the above voltage setting is kept constant, the write current Iwrite1 flows stably.
同様に、図2Bに示すように、第2CMOSインバータ12に流れる書込み電流Iwrite2を測定する場合、まず、第1CMOSインバータ11の電源線PLTの電圧をVssに設定し、第2CMOSインバータ12の電源線PLBの電圧をVddに設定し、ビット線BLT,BLBの電圧を“0”(Vss)に設定する。
Similarly, as shown in FIG. 2B, when measuring the write current Iwrite2 flowing through the second CMOS inverter 12, first, the voltage of the power line PLT of the
このように、第1CMOSインバータ11の電源線PLTの電圧がVssに設定されることで、データ保持ノードND1の電圧が強制的にVssとなる。これにより、第2CMOSインバータ12の駆動MOSトランジスタN2がOFF状態、負荷MOSトランジスタP2がON状態となる。
Thus, the voltage of the power supply line PLT of the
この状態でワード線WLを“1”に設定すると、転送MOSトランジスタN4がON状態となり、電源線PLBから負荷MOSトランジスタP2及び転送MOSトランジスタN4を通してビット線BLBに向かって書込みパスが生じる。そのため、安定して書込み電流Iwrite2が流れる。
(2)書込み電流測定部
なお、図1、図2A、及び図2Bでは、書込み電流測定部20が2本のビット線(BLT及びBLB)に接続されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、書込み電流は測定時に片方のビット線にのみ流れるため、書込み電流測定部20は2本のビット線のうちどちらか一方に接続されていてもよい。また、書込み電流は電源線PLT,PLBから供給されるため、書込み電流測定部20はビット線BLT,BLBに接続される代わりに、電源線PLT,PLBのうち少なくとも一方に接続されていてもよい。
When the word line WL is set to “1” in this state, the transfer MOS transistor N4 is turned on, and a write path is generated from the power supply line PLB to the bit line BLB through the load MOS transistor P2 and the transfer MOS transistor N4. Therefore, the write current Iwrite2 flows stably.
(2) Write Current Measurement Unit In FIGS. 1, 2A, and 2B, the write current measurement unit 20 is connected to two bit lines (BLT and BLB), but the present invention is not limited to this. . That is, since the write current flows only in one bit line at the time of measurement, the write current measuring unit 20 may be connected to either one of the two bit lines. In addition, since the write current is supplied from the power supply lines PLT and PLB, the write current measuring unit 20 may be connected to at least one of the power supply lines PLT and PLB instead of being connected to the bit lines BLT and BLB. .
また、図1、図2A、及び図2Bでは、図面の簡略化のために、1つのSRAMメモリセル10に対して1つの書込み電流測定部20が接続されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、1つの書込み電流測定部20に対して複数のSRAMメモリセル10(マトリクス状に配列したm行×n列のメモリセルアレイ。m,nは自然数)が接続されてもよい。つまり、複数のSRAMメモリセル10の書込み電流が一括して測定されてもよい。
(3)SRAM
(3−1)SRAMの全体構成
図3は、図1に示したSRAMメモリセル10を備えるSRAMの全体構成を示す回路図である。
In FIG. 1, FIG. 2A, and FIG. 2B, for the sake of simplification, one write current measuring unit 20 is connected to one
(3) SRAM
(3-1) Overall Configuration of SRAM FIG. 3 is a circuit diagram showing the overall configuration of the SRAM including the
図3に示すように、本実施形態におけるSRAMは、図1に示したSRAMメモリセル10を含むSRAMマクロ60と、第1CMOSインバータ電源線電圧制御回路30と、第2CMOSインバータ電源線電圧制御回路31と、ビット線電圧制御回路40,41と、を備える。
As shown in FIG. 3, the SRAM in the present embodiment includes an
SRAMマクロ60は、SRAMメモリセル10の他、ビット線電圧を入出力するI/O回路61と、ワード線WLの電圧を“0”(Vss)または“1”(Vdd)に選択的に切り替えるワード線(WL)ドライバ62と、含んでいる。
The
なお、第1CMOSインバータ電源線電圧制御回路30及び第2CMOSインバータ電源線電圧制御回路31は、第1の電源制御回路の一例であり、また、ビット線電圧制御回路40,41は、第2の電源制御回路の一例であり、また、ワード線ドライバ62は、第3の電源制御回路の一例である。
The first CMOS inverter power supply line
各制御回路30,31,40,41は、電圧を切り替える電圧切り替えスイッチを備えており、電源電圧Vddと接地電圧Vssが供給されるとともに、スイッチ選択信号(SEL_PLT、SEL_PLB、SEL_BLT、SEL_BLB)が供給される。そして、スイッチ選択信号の値に応じて電圧切り替えスイッチを切り替えることで、電圧をVddまたはVssに選択的に切り替える。具体的には、スイッチ選択信号が“1”の場合はVddを選択し、スイッチ選択信号が“0”の場合はVssを選択する。
Each
また、ビット線電圧制御回路40,41は、上記の電圧切り替えスイッチの他、この電圧切り替えスイッチと直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタを備えている。このNチャネルMOSトランジスタのゲート端子には制御信号CTRLが供給される。CTRLが“1”の場合はNチャネルMOSトランジスタが導通し、CTRLが“0”の場合はNチャネルMOSトランジスタは遮断となる。
The bit line
さらに、Vdd線及びVss線は、パッド(PAD)を介して、SRAMが実装されているLSIチップ外に接続されている。Vdd線は、LSIチップ外の電源装置70に接続され、電源装置70から電源電圧Vddが供給される。Vss線は、LSIチップ外の電流測定機能付電源装置71に接続され、電流測定機能付電源装置71から接地電圧Vssが供給される。なお、図1、図2A、及び図2Bに示した書込み電流測定部20は、電流測定機能付電源装置71に組み込まれている。
(3−2)SRAMの動作
以下に、図3に示したSRAMの動作について説明する。
Furthermore, the Vdd line and the Vss line are connected to the outside of the LSI chip on which the SRAM is mounted via a pad (PAD). The Vdd line is connected to the
(3-2) Operation of SRAM The operation of the SRAM shown in FIG. 3 will be described below.
図4は、図3に示した各制御回路のスイッチ選択信号の設定を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the setting of the switch selection signal of each control circuit shown in FIG.
SRAMマクロ60の動作モードには、書込み電流測定モードと通常動作モードが存在する。
The operation mode of the
書込み電流測定モードでは、制御信号CTRLを“1”に設定し、ビット線電圧制御回路40,41によるビット線BLT,BLBの電圧設定を可能とする。また、スイッチ選択信号SEL_BLT及びSEL_BLBを“0”に設定し、ビット線BLT及びBLBの電圧をVssに設定する。さらに、書込み電流の種類によってスイッチ選択信号SEL_PLT及びSEL_PLBの設定値を変化させる。Iwrite1の測定の際には、SEL_PLTを“1”に、SEL_PLBを“0”に設定し、また、電源線PLTの電圧をVddに、電源線PLBの電圧をVssにそれぞれ設定し、ビット線BLTを介したIwrite1の測定を行う。一方、Iwrite2の測定の際には、SEL_PLTを“0”に、SEL_PLBを“1”に設定し、また、電源線PLTの電圧をVssに、電源線PLBの電圧をVddにそれぞれ設定し、ビット線BLBを介したIwrite2の測定を行う。なお、ワード線の電圧を“1”にする設定はワード線ドライバ62で行う。
In the write current measurement mode, the control signal CTRL is set to “1”, and the bit lines BLT and BLB can be set by the bit line
通常動作モードでは、SEL_PLT及びSEL_PLBをともに“1”に設定し、第1CMOSインバータ11及び第2CMOSインバータ12の双方にVddを供給し、SRAMメモリセル10としての動作を補償する。また、制御信号CTRLを“0”に設定し、ビット線電圧制御回路40,41によるビット線の電圧設定を遮断する。これにより、通常のSRAMマクロ60としての動作が可能となる。
In the normal operation mode, SEL_PLT and SEL_PLB are both set to “1”, Vdd is supplied to both the
なお、電流測定機能付電源装置71の接続先はVss端子に限らず、Vdd側に接続されていてもよい。この場合、電流測定機能付電源装置71から電源電圧Vddが供給される。一方、電源装置70はVss端子に接続され、電源装置70から接地電圧Vssが供給される。これにより、電流測定機能付電源装置71により電源線PLTまたはPLBを介して流れる書込み電流の測定が行われる。
In addition, the connection destination of the
本発明は、半導体記憶装置の製造時において、欠陥を検出するために行われる各種の試験に適用可能である。 The present invention can be applied to various tests performed for detecting defects during the manufacture of a semiconductor memory device.
10 SRAMメモリセル
11 第1CMOSインバータ
12 第2CMOSインバータ
20 書込み電流測定部
30 第1CMOSインバータ電源線電圧制御回路
31 第2CMOSインバータ電源線電圧制御回路
40,41 ビット線電圧制御回路
60 SRAMマクロ
61 I/O回路
62 ワード線ドライバ
70 電源装置
71 電流測定機能付電源装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの一方のCMOSインバータの電源線の電圧を電源電圧に設定し、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの他方のCMOSインバータの電源線の電圧を接地電圧に設定し、
前記第1及び第2のビット線の電圧を接地電圧に設定し、
前記ワード線の電圧を電源電圧に設定し、
前記一方のCMOSインバータの電源線から前記一方のCMOSインバータのPチャネル負荷MOSトランジスタと、前記一方のNチャネル転送MOSトランジスタと、前記一方のビット線とを介して流れる書込み電流を測定する、試験方法。 First and second CMOS inverters, each of which is composed of an N-channel driving MOS transistor and a P-channel load MOS transistor and whose input / output terminals are cross-connected to each other, and first and second CMOS inverters each having a gate terminal connected to a word line. An N-channel transfer MOS transistor, wherein the first CMOS inverter and the first bit line are connected via the first N-channel transfer MOS transistor, and the second CMOS inverter and the first bit line are connected to each other. A test method for a semiconductor memory device comprising a memory cell connected to the second bit line via the second N-channel transfer MOS transistor, and the power lines of the first and second CMOS inverters are separated Because
A voltage of a power line of one of the first and second CMOS inverters is set to a power voltage;
Setting the voltage of the power line of the other CMOS inverter of the first and second CMOS inverters to a ground voltage;
Setting the voltage of the first and second bit lines to a ground voltage;
Set the voltage of the word line to the power supply voltage,
A test method for measuring a write current flowing from the power line of the one CMOS inverter through the P-channel load MOS transistor of the one CMOS inverter, the one N-channel transfer MOS transistor, and the one bit line .
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの一方のCMOSインバータの電源線の電圧が電源電圧に設定され、
前記第1及び第2のCMOSインバータのうちの他方のCMOSインバータの電源線の電圧が接地電圧に設定され、
前記第1及び第2ビット線の電圧が接地電圧に設定され、
前記ワード線の電圧が電源電圧に設定され、
前記一方のCMOSインバータの電源線から前記一方のCMOSインバータの負荷MOSトランジスタと、前記一方の転送MOSトランジスタと、前記一方のビット線とを介して流れる書込み電流が測定される、半導体記憶装置。 First and second CMOS inverters, each of which is composed of an N-channel driving MOS transistor and a P-channel load MOS transistor and whose input / output terminals are cross-connected to each other, and first and second CMOS inverters having a gate terminal connected to a word line An N-channel transfer MOS transistor, wherein the first CMOS inverter and the first bit line are connected via the first N-channel transfer MOS transistor, and the second CMOS inverter and the first bit line are connected to each other. A semiconductor memory device comprising a memory cell connected to the second bit line via the second N-channel transfer MOS transistor, and wherein the power lines of the first and second CMOS inverters are separated ,
The voltage of the power line of one of the first and second CMOS inverters is set to the power voltage,
The voltage of the power line of the other CMOS inverter of the first and second CMOS inverters is set to the ground voltage,
The voltages of the first and second bit lines are set to a ground voltage;
The voltage of the word line is set to the power supply voltage,
A semiconductor memory device in which a write current flowing from a power source line of the one CMOS inverter through a load MOS transistor of the one CMOS inverter, the one transfer MOS transistor, and the one bit line is measured.
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