JP2011159332A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の半導体記憶装置では、小さな回路規模で負荷トランジスタに対する負荷テストを行うことができない問題があった。
【解決手段】本発明の半導体記憶装置は、データを保持する複数のSRAMセル(30、31等)と、複数のSRAMセルのうち行方向に設けられたSRAMセルを接続する複数のビット線対(BL0T、BL0B等)と、複数のビット線対に接続され、列選択信号に応じて1つが導通状態となる複数の列選択スイッチ(YS0T、YS0B等)と、複数の列選択スイッチに接続される共通ビット線対(BLCT、BLCB)と、共通ビット線対に接続され、SRAMセルに対してデータの書き込みを行うライトアンプ51と、共通ビット線対に接続され、テスト制御信号TESTに応じて所定の電流を共通ビット線対から引き抜くソフトライト回路10、11と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の半導体記憶装置は、データを保持する複数のSRAMセル(30、31等)と、複数のSRAMセルのうち行方向に設けられたSRAMセルを接続する複数のビット線対(BL0T、BL0B等)と、複数のビット線対に接続され、列選択信号に応じて1つが導通状態となる複数の列選択スイッチ(YS0T、YS0B等)と、複数の列選択スイッチに接続される共通ビット線対(BLCT、BLCB)と、共通ビット線対に接続され、SRAMセルに対してデータの書き込みを行うライトアンプ51と、共通ビット線対に接続され、テスト制御信号TESTに応じて所定の電流を共通ビット線対から引き抜くソフトライト回路10、11と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は半導体装置に関し、特にSRAM(Static Random Access Memory)をメモリセルとする半導体記憶装置に関する。
近年半導体装置では、実装面積の削減及び性能の向上を実現するために、CPU等が利用するメモリをCPU等と同じ半導体基板上形成することが行われている。また、CPU等の高機能化及びソフトウェアの高機能化にと伴い、メモリ容量が増大している。そのため、メモリが混載される半導体装置では、メモリの品質が半導体装置の品質を決めるまでに至っている。そのため、メモリの品質を確保するために、メモリに対するテストが強化されている。
メモリ混載ICでは、メモリとしてSRAMが用いられる。このSRAMは、2つのインバータの入力端子及び出力端子が互いに接続された構成を有する。また、SRAMでは、インバータにおいて電源端子側に配置されるPMOSトランジスタを負荷素子として用いる。つまり、SRAMにおけるPMOSトランジスタは、メモリセル内のセル内部ノードを高電位(例えば電源電圧)に保持するために用いられる。そのため、SRAMのメモリセルを構成するPMOSトランジスタは、NMOSトランジスタよりも駆動能力が低く、すなわち素子感度が低く設定される。このようなことから、SRAMではPMOSトランジスタの駆動能力が適切なものであるか否かをテストすることが困難である問題があった。
そこで、特許文献1にSRAMのPMOSトランジスタの駆動能力をテストする半導体記憶装置の一例が開示されている。特許文献1に記載の半導体記憶装置100のブロック図を図8に示す。半導体記憶装置100は、ビット線BL0Tとビット線BL0Bとにより構成される第1のビット線対と、ビット線BL1Tとビット線BL1Bとにより構成される第2のビット線対とを有する。そして、第1のビット線対には、ソフトライト回路101、102、プリチャージ回路103及びメモリセル120、121が接続される。第2のビット線対には、ソフトライト回路111、112、プリチャージ回路113及びメモリセル130、131が接続される。第1のビット線対は、ビット線BL0Tに設けられる列選択スイッチYS0Tと、ビット線BL0Bに設けられる列選択スイッチYS0Bと、を介して共通ビット線対に接続される。第2のビット線対は、ビット線BL1Tに設けられる列選択スイッチYS1Tと、ビット線BL1Bに設けられる列選択スイッチYS1Bと、を介して共通ビット線対に接続される。共通ビット線対には、ライトアンプ141及びセンスアンプ142が接続される。
ここで、半導体記憶装置100の動作について説明する。ここでは、テスト対象のメモリセルとしてメモリセル120が選択された例について説明する。まず、メモリセル120が正常な場合のテスト動作を示すタイミングチャートを図9に示す。図9に示すように、半導体記憶装置100では、タイミングt21〜t22において、テストデータとして0を書き込む。これにより、ビット線BL0Tはロウレベルになり、ビット線BL0Bはハイレベルとなる。そして、メモリセル120内においてビット線BL0Tに接続されるセル内部ノードCNDTはビット線BL0Tの電位に応じてロウレベルになる。また、メモリセル120内においてビット線BL0Bに接続されるセル内部ノードCNDBはビット線BL0Bの電位に応じてハイレベルになる。
そして、タイミングt23〜t24において、メモリセル120のPMOSトランジスタ(例えば、負荷トランジスタ)に対する負荷テストが行われる。負荷テストでは、テスト制御信号TESTがハイレベルになり、また、テストデータとして、書き込みデータとは異なる論理レベルのデータが指定される。このとき、メモリセル120が仕様の範囲内の性能を有している場合、メモリセル120のPMOSトランジスタはソフトライト回路102による引き抜き電流にかかわらずセル内部ノードCNDBの電圧を維持する。従って、セル内部ノードCNDT、CNDBの論理レベルは変化しない。そして、タイミングt25〜t26の読み出し期間に、書き込まれたテストデータと同じデータが読み出される。なお、タイミングt23〜t24の負荷テスト期間は、書き込み制御信号WRITEをロウレベルとしてライトアンプ141を不活性状態とする。
一方、不良を有するメモリセル120をテストする場合のテスト動作を示すタイミングチャートを図10に示す。図10に示すように、この場合、タイミングt23〜t24の負荷テスト期間中にメモリセル120のPMOSトランジスタはソフトライト回路102による引き抜き電流よりセル内部ノードCNDBの電圧を維持することができず、セル内部ノードCNDT、CNDBの論理レベルが反転する。これは、メモリセル120のPMOSトランジスタの駆動能力が仕様よりも低いため、PMOSトランジスタがセル内部ノードの電圧を維持できないためである。そのため、タイミングt25〜t26の読み出し期間に、書き込んだテストデータとは異なる論理レベルのデータが読み出される。
つまり、特許文献1に記載の半導体記憶装置100では、ソフトライト回路101、102、111、112によりメモリセルの負荷トランジスタ(例えば、PMOSトランジスタ)に意図的に負荷を与えることで、低感度なPMOSトランジスタの駆動能力テストを実施している。
しかしながら、特許文献1に記載の半導体記憶装置100では、ソフトライト回路がビット線対毎に設けられており、回路面積が増大する問題がある。特に、近年では、メモリセルの数の増大に伴いビット線対の数も膨大になってきており、ソフトライト回路の追加による回路規模の増加が無視できない問題になっている。
本発明にかかる半導体記憶装置は、格子状に配置され、データを保持する複数のSRAMセルと、前記複数のSRAMセルのうち行方向に設けられたSRAMセルを接続する複数のビット線対と、前記複数のビット線対に接続され、列選択信号に応じて1つが導通状態となる複数の列選択スイッチと、前記複数の列選択スイッチに接続される共通ビット線対と、前記共通ビット線対に接続され、前記SRAMセルに対してデータの書き込みを行うライトアンプと、前記共通ビット線対に接続され、テスト制御信号に応じて所定の電流を前記共通ビット線対から引き抜くソフトライト回路と、を有する。
本発明にかかる半導体記憶装置は、複数のビット線対が接続される共通ビット線対に対応してソフトライト回路を有する。これにより、本発明にかかる半導体記憶装置は、従来の半導体記憶装置に比べてソフトライト回路の数を削減することができる。
本発明にかかる半導体記憶装置は、ソフトライト回路による負荷テスト機能を追加しながら回路面積の増大を抑制することができる。
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態1にかかる半導体記憶装置1のブロック図を図1に示す。なお、半導体記憶装置1は、メモリ機能のみを有する構成とするが、半導体記憶装置1は、CPU等の他の回路と共に1つの半導体基板上に搭載されるものであってもよい。また、以下において説明する半導体記憶装置1は、4つのメモリセルを有するものを例に説明するが、実際の半導体装置ではメモリは、256kbyte程度又はそれ以上の容量を有するものとする。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、実施の形態1にかかる半導体記憶装置1のブロック図を図1に示す。なお、半導体記憶装置1は、メモリ機能のみを有する構成とするが、半導体記憶装置1は、CPU等の他の回路と共に1つの半導体基板上に搭載されるものであってもよい。また、以下において説明する半導体記憶装置1は、4つのメモリセルを有するものを例に説明するが、実際の半導体装置ではメモリは、256kbyte程度又はそれ以上の容量を有するものとする。
図1に示すように、半導体記憶装置1は、ソフトライト回路10、11、プリチャージ回路20、21、メモリセル30、31、40、41、ライトアンプ51、センスアンプ52、列選択スイッチYS0T、YS0B、YS1T、YS1Bを有する。また、半導体記憶装置1では、ビット線BL0T、BL1Tにより第1のビット線対を構成し、ビット線BL1T、BL1Bにより第2のビット線対を構成する。さらに、半導体記憶装置1は、共通ビット線BLCT、BLCBにより構成される。共通ビット線対を有する。共通ビット線対は、一端にライトアンプ51の出力端子及びセンスアンプの入力端子が接続され、他端に第1、第2のビット線対が列選択スイッチを介して接続されるものである。
ソフトライト回路10、11は、共通ビット線対に設けられ、テスト制御信号に応じて所定の電流を前記共通ビット線対から引き抜く。より具体的には、ソフトライト回路10は、共通ビット線BLCTと接地端子との間に設けられ、共通ビット線BLCTから電流を引き抜く、ソフトライト回路11は、共通ビット線BLCBと接地端子との間に設けられ、共通ビット線BLCBから電流を引き抜く。
また、ソフトライト回路10は、入力データDinの反転値Dinbとテスト制御信号TESTとの論理積値がイネーブル状態を示す場合(本実施の形態ではハイレベル)に共通ビット線対からの電流の引き抜きを行う。ソフトライト回路11は、入力データDinとテスト制御信号TESTとの論理積値がイネーブル状態を示す場合(本実施の形態ではハイレベル)に共通ビット線対からの電流の引き抜きを行う。これは、入力データDinが1の場合にビット線BL0Tがハイレベルになり、入力データDinが0の場合にビット線BL0Bがハイレベルになることに起因するものである。つまり、入力データDinが1の場合にハイレベルになる共通ビット線に接続されるソフトライト回路は、入力データDinが0かつテスト制御信号TESTがハイレベルの場合に活性化される設定であればよい。また、入力データDinが0の場合にハイレベルになる共通ビット線に接続されるソフトライト回路は、入力データDinが1かつテスト制御信号TESTがハイレベルの場合に活性化される設定であればよい。
また、ソフトライト回路10、11の電流引き抜き能力は、ライトアンプ51よりも低く、かつ、メモリセルの負荷トランジスタの仕様上の電流駆動能力よりも高く設定される。
ソフトライト回路10、11は、メモリセルの負荷トランジスタとは逆の導電型を有するトランジスタにより構成される。つまり、本実施の形態では、ソフトライト回路10、11は、第1、第2のNMOSトランジスタ(例えば、NMOSトランジスタN01、N02)により構成される。NMOSトランジスタN01は、ドレインが共通ビット線BLCTに接続され、ソースが接地端子に接続され、ゲートに入力データDinの反転値とテスト制御信号TESTとの論理積値が入力される。NMOSトランジスタN02は、ドレインが共通ビット線BLCBに接続され、ソースが接地端子に接続され、ゲートに入力データDinとテスト制御信号TESTとの論理積値が入力される。本実施の形態では、NMOSトランジスタN01、N02の電流駆動能力は、ゲート長を調節することで設定するものとする。
列選択スイッチYS0T、YS0Bは、第1のビット線対と共通ビット線対との間に接続され、列選択信号Y0に応じて導通状態となる。列選択スイッチYS1T、YS1Bは、第2のビット線対と共通ビット線対との間に接続され、列選択信号Y1に応じて導通状態となる。
プリチャージ回路20、21は、プリチャージ制御信号PRBの論理レベルに応じて接続先のビット線の電位をプリチャージ電圧にプリチャージする。より具体的には、プリチャージ回路20、21は、プリチャージ制御信号PRBがハイレベルの場合は無効化され、プリチャージ制御信号PRBがロウレベルの場合にビット線対をプリチャージ電圧(例えば、電源電圧)でプリチャージする。プリチャージ回路は、ビット線対毎に設けられる。本実施の形態では、プリチャージ回路20が第1のビット線対に設けられ、プリチャージ回路21が第2のビット線対に設けられる。なお、プリチャージ制御信号PRBは、半導体記憶装置1内に設けられるプリチャージ制御回路(不図示)が出力するものである。また、半導体記憶装置1では、プリチャージ回路20、21を読み出し動作及び書き込み動作の前の期間において活性化させる。
プリチャージ回路20は、PMOSトランジスタP01、P02を有する。PMOSトランジスタP01、P02のソースは、電源端子VDDに接続される。PMOSトランジスタP01のドレインはビット線BL0Tに接続される。PMOSトランジスタP02のドレインはビット線BL0Bに接続される。また、PMOSトランジスタP01、P02のゲートにはプリチャージ制御信号PRBが与えられる。
プリチャージ回路21は、PMOSトランジスタP11、P12を有する。PMOSトランジスタP11、P12のソースは、電源端子VDDに接続される。PMOSトランジスタP11のドレインはビット線BL1Tに接続される。PMOSトランジスタP12のドレインはビット線BL1Bに接続される。また、PMOSトランジスタP11、P12のゲートにはプリチャージ制御信号PRBが与えられる。
メモリセル30、31、40、41は、半導体記憶装置1においてデータを保持する記憶部である。メモリセル30、40にはワード選択信号WL0が接続され、メモリセル31、41にはワード選択信号WL1が接続される。メモリセル30、31、40、41は、ワード選択信号の論理レベルに応じて活性状態と非活性状態とが切り替わる。また、メモリセル31、31は、ビット線BL0T、BL0Bを介してデータの入出力が行われ、メモリセル40、41は、ビット線BL1T、BL1Bを介してデータの入出力が行われる。本実施の形態ではメモリセル30、31、40、41としてSRAM(Static Random Access Memory)を用いる。このメモリセルの詳細な構成については、後述する。なお、ワード選択信号WL1、WL0は、半導体記憶装置1内に設けられるワード制御回路(不図示)により出力される。
ライトアンプ51は、入力データDinを受信して、入力データに対応した差動信号により共通ビット線対を駆動する。つまり、ライトアンプ51は、共通ビット線対に接続され、共通ビット線対に接続されるビット線対のうち導通状態となっている列選択スイッチに対応したビット線対に接続されるSRAMセルに対してデータの書き込みを行う。なお、実施の形態1ではライトアンプ51には書き込み制御信号WRITEが入力されている。そして、ライトアンプ51は、書き込み制御信号WRITEの論理レベルに応じて活性状態と非活性状態を切り替える。ライトアンプ51は、活性状態において共通ビット線対を駆動し、非活性状態において出力端子をハイインピーダンスとする。
センスアンプ52は、入力が共通ビット線対に接続され、共通ビット線対の電位レベルに応じて出力データDoutを出力する。
ここで、メモリセル30、31、40、41として用いられるSRAMの回路の一例を図2に示す。メモリセル30、31、40、41は、同一の回路構成を有するため、図2では、メモリセル30をメモリセルの一例として示した。図2に示すように、メモリセル30は、PMOSトランジスタCP0、CP1、NMOSトランジスタCN0〜CN3を有する。PMOSトランジスタCP0、CP1は、負荷トランジスタとして機能する。NMOSトランジスタCN0、CN2は、駆動トランジスタとして機能する。NMOSトランジスタCN1、CN3は、転送トランジスタとして機能する。
PMOSトランジスタCP0のソースは電源端子VDDに接続され、ドレインはNMOSトランジスタCN0のドレインに接続される。NMOSトランジスタCN0のソースは接地端子に接続される。また、PMOSトランジスタCP0のゲートとNMOSトランジスタCN0のゲートとは共通に接続される。PMOSトランジスタCP1のソースは電源端子VDDに接続され、ドレインはNMOSトランジスタCN2のドレインに接続される。NMOSトランジスタCN2のソースは接地端子に接続される。また、PMOSトランジスタCP1のゲートとNMOSトランジスタCN2のゲートとは共通に接続される。つまり、PMOSトランジスタCP0及びNMOSトランジスタCN0は第1のインバータを構成し、PMOSトランジスタCP1及びNMOSトランジスタCN2は第2のインバータを構成する。
そして、第1のインバータの入力と第2のインバータの出力とが接続され、この接続ノードがセル内部ノードCNDTを構成する。また、第2のインバータの入力と第2のインバータの出力とが接続され、この接続ノードがセル内部ノードCNDBを構成する。セル内部ノードCNDTは、NMOSトランジスタCN1を介してビット線BL0Tに接続される。NMOSトランジスタCN1のゲートはワード選択信号WL0に接続される。セル内部ノードCNDBは、NMOSトランジスタCN3を介してビット線BL0Bに接続される。NMOSトランジスタCN3のゲートはワード選択信号WL0に接続される。
メモリセル30は、ワード選択信号WL0がハイレベル(例えば、電源電圧よりも高い昇圧電圧)となるとNMOSトランジスタCN1、CN3(転送トランジスタ)が導通状態となり、活性状態となる。そして、読み出し期間において活性状態になるとセル内部ノードCNDT、CNDBに保持している電圧をビット線対に出力する。また、書き込み期間において活性状態になると、ビット線対の電荷に応じてセル内部ノードCNDT、CNDBの電圧を遷移させる。
また、メモリセル30は、ワード選択信号WL0がロウレベル(例えば、接地電圧)となるとNMOSトランジスタCN1、CN3(転送トランジスタ)が非導通状態となり、非活性状態となる。つまり、非活性状態ではメモリセル30は、セル内部ノードCNDT、CNDBの電圧をビット線対の電位にかかわらず保持する。
続いて、実施の形態1にかかる半導体記憶装置1における負荷テストの動作について説明する。半導体記憶装置1では、上記構成により負荷テストを実施することが可能である。この負荷テストは、メモリセルの負荷トランジスタの電流駆動能力をテストするものである。そして、負荷テストは、メモリセルに対するテストデータの書き込み処理を行うテスト書き込み期間(後述するタイミングt1〜t2の期間)と、当該書き込み処理期間の後に設定されるソフトライト期間(後述するタイミングt3〜t4の期間)と、ソフトライト期間の後に設定されメモリセルからのテストデータの読み出し処理を行うテスト読み出し期間(後述するタイミングt5〜t6の期間)とを有する。負荷テストは、全てのメモリセルに対して行われるものであるが、メモリセルに対する負荷テストは実質的に同じ動作となるため、ここではメモリセル30に対する負荷テストを一例として説明する。そのため、以下では、説明しないが、列選択信号Y1は常にロウレベルであって、第2のビット線対は共通ビット線対とは切り離された状態となっている。また、ワード選択信号WL1はロウレベルであって、メモリセル31は非活性状態に維持されているものとする。
まず、メモリセル30に対する負荷テスト時の半導体記憶装置1の動作を示すタイミングチャートを図3に示す。図3は、メモリセル30が良品であった場合の負荷テストの動作を示すものである。
図3に示す例では、タイミングt1から負荷テストが行われる。タイミングt1より前の期間では、書き込み制御信号WIRTEがロウレベルであることからライトアンプ51が非活性状態となる。また、プリチャージ制御信号PRBがロウレベルであることかプリチャージ回路20が活性化され、第1のビット線対をプリチャージする。このプリチャージにより、ビット線BL0T、BL0Bはハイレベルとなる。また、列選択信号Y0がロウレベルであることから、第1のビット線対は共通ビット線対と切り離された状態となる。また、ワード選択信号WL0がロウレベルであることから、メモリセル30は非活性状態となり、セル内部ノードCNDT、CNDBはビット線BL0T、BL0Bと切り離された状態となる。つまり、セル内部ノードCNDT、CNDBは、プリチャージ動作にかかわらず電圧レベルが維持される。
そして、タイミングt1において書き込み制御信号WIRTEがハイレベルになると、ライトアンプ51が活性状態となる。また、プリチャージ制御信号PRBがハイレベルになり、プリチャージ回路20が非活性状態に移行する。また、列選択信号Y0がハイレベルになり、第1のビット線対と共通ビット線対とが接続される。また、ワード選択信号WL0がハイレベルとなることによりメモリセル30は活性状態となり、セル内部ノードCNDT、CNDBはビット線BL0T、BL0Bと接続された状態となる。つまり、タイミングt1では、ライトアンプ51がテストデータ(例えば、入力データDin)に基づき、例えばデータ0に基づき共通ビット線対を駆動することでビット線BL0Tをロウレベル、ビット線BL0Bをハイレベルとし、当該ビット線対の値に応じてセル内部ノードCNDTがロウレベルに遷移し、セル内部ノードCNDBがハイレベルに遷移する。このタイミングt1では、テスト制御信号TESTは、ロウレベルであり、ソフトライト回路10、11は、非活性状態とされる。
そして、タイミングt2において書き込み処理が終了する。そのため、書き込み制御信号WRITE、プリチャージ制御信号PRB、列選択信号Y0、ワード選択信号WL0はロウレベルに遷移する。これにより、ライトアンプ51が非活性状態に遷移し、第1のビット線対と共通ビット線対が切り離され、ビット線BL0T、BL0Bが共にハイレベルにプリチャージされる。一方、セル内部ノードCNDT、CNDBは、ビット線対とは切り離されるため、セル内部ノードCNDTはロウレベルに維持され、セル内部ノードCNDBはハイレベルに維持される。
続いて、タイミングt3〜t4の期間に負荷の印加が行われる。タイミングt3〜t4の期間では、書き込み制御信号WIRTEがロウレベルに維持される。これにより、ライトアンプ51は非活性状態が維持される。また、プリチャージ制御信号PRBがハイレベルになり、プリチャージ回路20が非活性状態に移行する。また、列選択信号Y0がハイレベルになり、第1のビット線対と共通ビット線対とが接続される。また、ワード選択信号WL0がハイレベルとなることによりメモリセル30は活性状態となり、セル内部ノードCNDT、CNDBはビット線BL0T、BL0Bと接続された状態となる。また、テストデータ(入力データDin)がハイレベルかつテスト制御信号TESTがハイレベルになり、ソフトライト回路11が活性状態とされる。一方、テストデータ(入力データDin)がハイレベルかつテスト制御信号TESTがハイレベルであるため、ソフトライト回路10の非活性状態が維持される。つまり、タイミングt3〜t4の期間では、ソフトライト回路11が共通ビット線対を介してメモリセル30の負荷トランジスタ(この例では、PMOSトランジスタCP1)から電流を引き抜く。このとき、図3に示す例では、メモリセル30が良品であるため、ハイレベルのセル内部ノードCNDBが接続されるビット線BL0Bはロウレベルになるが、セル内部ノードCNDBはハイレベルを維持する。なお、ソフトライト回路10は非活性状態であるため、セル内部ノードCNDTに対してソフトライト回路10の影響はなく、セル内部ノードCNDTはロウレベルが維持される。
続いて、タイミングt4において書き込み処理が終了する。そのため、書き込み制御信号WRITE、プリチャージ制御信号PRB、列選択信号Y0、ワード選択信号WL0はロウレベルに遷移する。これにより、ライトアンプ51が非活性状態に遷移し、第1のビット線対と共通ビット線対が切り離され、ビット線BL0T、BL0Bが共にハイレベルにプリチャージされる。一方、セル内部ノードCNDT、CNDBは、ビット線対とは切り離されるため、セル内部ノードCNDTはロウレベルに維持され、セル内部ノードCNDBはハイレベルに維持される。
続いて、タイミングt5〜t6の期間に読み出し動作が行われる。読み出し動作では、書き込み制御信号WIRTEがロウレベルに維持される。これにより、ライトアンプ51は非活性状態が維持される。また、プリチャージ制御信号PRBがハイレベルになり、プリチャージ回路20が非活性状態に移行する。また、列選択信号Y0がハイレベルになり、第1のビット線対と共通ビット線対とが接続される。また、ワード選択信号WL0がハイレベルとなることによりメモリセル30は活性状態となり、セル内部ノードCNDT、CNDBはビット線BL0T、BL0Bと接続された状態となる。また、テストデータ(入力データDin)はロウレベルかつテスト制御信号TESTがロウレベルになり、ソフトライト回路10、11が非活性状態とされる。つまり、読み出し動作では、共通ビット線対にセル内部ノードCNDT、CNDBで保持された電位が伝搬する。そして、センスアンプ52は、共通ビット線対の電位に基づき出力データを出力する。このとき、図3に示す例では、メモリセル30が良品であるため、出力データDoutとして書き込んだデータ値と同じ値が読み出される。
一方、メモリセル30が不良品であった場合における半導体記憶装置1の負荷テスト時の動作を示すタイミングチャートを図4に示す。図4に示すように、この場合においても、タイミングt3以前の動作は図3に示したタイミングチャートと同じである。そのため、タイミングt3以前の動作については、ここでは説明を省略する。
図4に示すように、メモリセル30が不良品であった場合、最終的な出力データDoutの値が、タイミングt1〜t2において書き込んだデータとは異なる値となる。これは、タイミングt3〜t4において行われる負荷の印加によりセル内部ノードCNDT、CNDBの論理レベルが反転するためである。
そこで、タイミングt3以降の半導体記憶装置1の動作について説明する。図4に示す例にいても、書き込み制御信号WRITE、プリチャージ制御信号PRB、列選択信号Y0、ワード選択信号WL0、テスト制御信号TEST、入力データDinにより決まる半導体記憶装置1の回路の状態は図3に示したものと同じになる。しかし、メモリセル30が不良であるため、メモリセル30の負荷トランジスタ(PMOSトランジスタCP1)は、ソフトライト回路11による引き抜き電流を十分に供給できず、セル内部ノードCNDBの論理レベルが低下する。そして、セル内部ノードCNDTの論理レベルの低下に伴い、セル内部ノードCNDBの論理レベルが上昇する。つまり、図4に示す例では、PMOSトランジスタCP1の駆動能力が仕様を満たしていないため、ソフトライト回路11による引き抜き電流により、セル内部ノードCNDT、CNDBの論理レベルが反転しメモリセル30において保持ししているデータに論理の反転が生じる。
従って、図4に示す例では、タイミングt5〜t6の読み出し期間において、タイミングt1〜t2において書き込んだテストデータとは異なる出力データDoutが読み出される。そして、書き込みデータと読み出しデータとの間に反転が生じていた場合は、負荷トランジスタの駆動能力が仕様を満たしていないとして判定することができる。
上記説明より、実施の形態1にかかる半導体記憶装置1では、共通ビット線対に設けられたソフトライト回路により、メモリセルの負荷トランジスタに対する負荷テストを実施することができる。つまり、半導体記憶装置1は、1つのソフトライト回路によって複数のビット線対に接続されたメモリセルの負荷テストを実施することができる。これにより、半導体記憶装置1では、ソフトライト回路の回路面積を削減することができる。メモリセルの数が増大によりビット線対の数が増大している近年の半導体記憶装置では、ソフトライト回路の数を削減することによる回路面積の削減量は特に大きくなる。
また、別の観点から、ソフトライト回路は、ライトアンプ51毎に設けられることが好ましい。これは、書き込み動作は、ライトアンプが複数ある場合、複数のライトアンプを並列的に動作させることで行われるためである。ソフトライト回路をライトアンプ毎に設けることで、負荷テストをライトアンプにより決まる処理系統毎に並列して行うことができるためである。
また、半導体記憶装置1では、負荷テスト時にハイレベルの電圧を保持しているセル内部ノードが接続されるソフトライト回路のみを導通状態(活性状態)とする。そのため、テスト対象のメモリセルは、活性化されているソフトライト回路の負荷電流のみに応じて電位の保持又は反転が生じる。つまり、半導体記憶装置1では、共通ビット線対に接続される2つのソフトライト回路の一方のみを動作させることで、精度の高い負荷テストを実行することができる。
実施の形態2
実施の形態1では、ライトアンプ51の活性状態と非活性状態の切り替えに書き込み制御信号WRITEを用いた。実施の形態2では、ライトアンプ51の活性状態と非活性状態の切り替えに書き込み制御信号WRITEとテスト制御信号TESTを用いる。そこで、以下の説明では、実施の形態2で用いるライトアンプに51aの符号を付す。ライトアンプ51aは、テスト制御信号TESTがイネーブル状態を示すときに書き込み制御信号WRITEの状態によらず非活性状態に制御される。
実施の形態1では、ライトアンプ51の活性状態と非活性状態の切り替えに書き込み制御信号WRITEを用いた。実施の形態2では、ライトアンプ51の活性状態と非活性状態の切り替えに書き込み制御信号WRITEとテスト制御信号TESTを用いる。そこで、以下の説明では、実施の形態2で用いるライトアンプに51aの符号を付す。ライトアンプ51aは、テスト制御信号TESTがイネーブル状態を示すときに書き込み制御信号WRITEの状態によらず非活性状態に制御される。
そこで、ライトアンプ51aの回路図を図5に示す。図5に示すように、ライトアンプ51aは、PMOSトランジスタP21、P22、NMOSトランジスタN21、N22、NAND回路60、63、NOR回路61、64、インバータ62を有する。
NAND回路60は、一方の入力端子に入力データDinが入力され、他方の入力端子に書き込み制御信号WRITEとテスト制御信号TESTの反転値TESTbとの論理積値(WRITE・TESTb)が入力される。そして、NAND回路60は、2つの入力信号の反転論理和値を出力する。つまり、NAND回路60の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、1)であったときに反転値TESTbが0となるため、書き込み制御信号WRITEの値によらず0となる。そのため、この場合におけるNAND回路60の出力値は、入力データDinの値によらず1(例えば、電源電圧)となる。一方、NAND回路60の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがディスイネーブル状態(例えば、0)であったときには反転値TESTbが1となるため、書き込み制御信号WRITEの値になる。そのため、この場合におけるNAND回路60の出力値は、書き込み制御信号WRITEの値が1であった場合に入力データDinの反転値となる。
NOR回路61は、一方の入力端子に入力データDinが入力され、他方の入力端子に書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbとテスト制御信号TESTとの論理和値(WRITEb+TEST)が入力される。そして、NOR回路61は、2つの入力信号の反転論理積値を出力する。つまり、NOR回路61の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、1)であったときは、書き込み制御信号WRITEの値によらず1となる。そのため、この場合におけるNOR回路61の出力値は、入力データDinの値によらず0(例えば、接地電圧)となる。一方、NOR回路61の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがディスイネーブル状態(例えば、0)であったときには、書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbになる。そのため、この場合におけるNOR回路61の出力値は、書き込み制御信号WRITEの値が1(すなわち、書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbが0)であった場合に入力データDinの反転値となる。
インバータ62は、入力データDinの反転値DinbをNAND回路63の一方の入力端子及びNOR回路64の一方の入力端子に与える。
NAND回路63は、一方の入力端子に入力データDinの反転値Dinbが入力され、他方の入力端子に書き込み制御信号WRITEとテスト制御信号TESTの反転値TESTbとの論理積値(WRITE・TESTb)が入力される。そして、NAND回路63は、2つの入力信号の反転論理和値を出力する。つまり、NAND回路63の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、1)であったときに反転値TESTbが0となるため、書き込み制御信号WRITEの値によらず0となる。そのため、この場合におけるNAND回路63の出力値は、入力データDinの値によらず1(例えば、電源電圧)となる。一方、NAND回路63の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがディスイネーブル状態(例えば、0)であったときには反転値TESTbが1となるため、書き込み制御信号WRITEの値になる。そのため、この場合におけるNAND回路63の出力値は、書き込み制御信号WRITEの値が1であった場合に入力データDinの値となる。
NOR回路64は、一方の入力端子に入力データDinの反転値Dinbが入力され、他方の入力端子に書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbとテスト制御信号TESTとの論理和値(WRITEb+TEST)が入力される。そして、NOR回路64は、2つの入力信号の反転論理積値を出力する。つまり、NOR回路64の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、1)であったときは、書き込み制御信号WRITEの値によらず1となる。そのため、この場合におけるNOR回路64の出力値は、入力データDinの値によらず0(例えば、接地電圧)となる。一方、NOR回路64の他方の入力端子に入力される値は、テスト制御信号TESTがディスイネーブル状態(例えば、0)であったときには、書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbになる。そのため、この場合におけるNOR回路64の出力値は、書き込み制御信号WRITEの値が1(すなわち、書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbが0)であった場合に入力データDinの値となる。
PMOSトランジスタP21及びNMOSトランジスタN21は、共通ビット線BLCTを駆動するライトアンプ51aの出力段を構成する。PMOSトランジスタP21は、ソースが電源端子VDDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタN21のドレイン及び共通ビット線BLCTに接続され、ゲートがNAND回路60の出力に接続される。NMOSトランジスタN21は、ソースが接地端子GNDに接続され、ドレインがPMOSトランジスタP21のドレイン及び共通ビット線BLCTに接続され、ゲートがNOR回路61の出力に接続される。
PMOSトランジスタP22及びNMOSトランジスタN22は、共通ビット線BLCBを駆動するライトアンプ51aの出力段を構成する。PMOSトランジスタP22は、ソースが電源端子VDDに接続され、ドレインがNMOSトランジスタN22のドレイン及び共通ビット線BLCTに接続され、ゲートがNAND回路63の出力に接続される。NMOSトランジスタN22は、ソースが接地端子GNDに接続され、ドレインがPMOSトランジスタP22のドレイン及び共通ビット線BLCTに接続され、ゲートがNOR回路64の出力に接続される。
上記のことから、ライトアンプ51aは、テスト制御信号TESTがディスイネーブル状態(例えば、0)であった場合、書き込み制御信号WRITEがイネーブル状態(例えば、1)であれば活性状態となり、書き込み制御信号WRITEがディスイネーブル状態(例えば、0)であれば非活性状態となる。一方、ライトアンプ51aは、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、1)であった場合、書き込み制御信号WRITEの状態によらず非活性状態となる。
そして、ライトアンプ51aは、活性状態において、入力データDinが1のときは共通ビット線BLCTをハイレベル(例えば、1)とし、共通ビット線BLCBをロウレベル(例えば、0)とする。一方、ライトアンプ51aは、活性状態において、入力データDinが0のときは共通ビット線BLCTをロウレベル(例えば、0)とし、共通ビット線BLCBをハイレベル(例えば、1)とする。
また、ライトアンプ51aは、非活性状態においては、出力をハイインピーダンスとして、共通ビット線対への影響をなくす。
続いて、ライトアンプ51aを有する半導体記憶装置1(以下半導体記憶装置1aと称す)の動作について説明する。そこで、半導体記憶装置1aのテスト時の動作を示すタイミングチャートを図6に示す。図6に示す例は、図3に示した半導体記憶装置1の動作に対応するものである。つまり、図6は、半導体記憶装置1aがメモリセル30に対して負荷テストを実施するときのタイミングチャートである。
図6に示すように、半導体記憶装置1aにおいても、タイミングt11〜t13間での動作は、図3に示したタイミングt1〜t3の動作と同じである。しかし、半導体記憶装置1aでは、タイミングt13〜t14の負荷テスト期間中に、書き込み制御信号WRITEが入力データDinの入力に応じてハイレベルになる。この動作は、通常の書き込み処理の期間(タイミングt11〜t12)の動作と同じである。また、タイミングt13〜t14の期間は、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、ハイレベル)になる。従って、タイミングt13〜t14の期間は、ライトアンプ51aが非活性状態となる。また、入力データDinとテスト制御信号TESTに応じてソフトライト回路11が活性化された状態となる。しかし、図6に示す例では、メモリセル30が良品であるため、セル内部ノードCNDT、CNDBの電圧レベルは変化しない。
従って、タイミングt15〜t16の読み出し期間において、出力データDoutとして、タイミングt11〜t12で書き込んだ入力データDinと同じ値(例えば、0)が読み出される。
一方、メモリセル30が不良品であった場合における半導体記憶装置1aの負荷テスト時の動作を示すタイミングチャートを図7に示す。図7に示すように、この場合においても、タイミングt13以前の動作は図3に示したタイミングチャートと同じである。そのため、タイミングt13以前の動作については、ここでは説明を省略する。
図7に示すように、半導体記憶装置1aにおいて、テスト制御信号TESTがイネーブル状態(例えば、ハイレベル)である期間においてライトアンプ51aが非活性状態となる。そのため、タイミングt13〜t14の負荷印加期間にセル内部ノードCNDT、CNDBの論理レベルが反転する。
従って、図7に示す例では、タイミングt15〜t16の読み出し期間において、タイミングt11〜t12において書き込んだテストデータとは異なる出力データDoutが読み出される。そして、書き込みデータと読み出しデータとの間に反転が生じていた場合は、負荷トランジスタの駆動能力が仕様を満たしていないとして判定することができる。
上記説明より、実施の形態2にかかる半導体記憶装置1aでは、ライトアンプ51aをテスト制御信号TESTの値に応じて非活性状態とすることができる。これにより、ソフトライト回路10、11による負荷テストの期間においても、ライトアンプ51aを非活性状態とするために、書き込み制御信号WRITEをディスイネーブル状態にする必要がない。そのため、半導体記憶装置1aでは、書き込み制御信号WRITEの制御を入力データDinの入力に応じてイネーブル状態とする通常の処理に統一することができる。
つまり、半導体記憶装置1aでは、書き込み制御信号WRITEの状態の制御方法をソフトライト回路10、11の追加に伴い変更する必要がない。従って、半導体記憶装置1aでは、ソフトライト回路10、11を追加するための設計期間を短縮することができる。
なお、書き込み制御信号WRITEの反転値WRITEbは、書き込み制御信号WRITEを出力する書き込み制御回路の出力にインバータを挿入することで得られる。また、テスト制御信号TESTの反転値TESTbは、テスト制御信号TESTを出力するテスト制御回路の出力にインバータを挿入することで得られる。そして、これらの信号の論理積値は対応する2つの信号を入力するAND回路の出力として得られ、これらの信号の論理和値は、対応する2つの信号を入力するOR回路の出力として得られる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ライトアンプ51aの構成は、図5に示したものに限らず、他の回路構成によっても同じ動作を実現することができる。
1、1a 半導体記憶装置
10、11 ソフトライト回路
20、21 プリチャージ回路
30、31、40、41 メモリセル
51、51a ライトアンプ
52 センスアンプ
60、63 NAND回路
61、64 NOR回路
62 インバータ
BL0T、BL0B ビット線
BL1T、BL1B ビット線
BLCT、CLCB 共通ビット線
CNDT、CNDB セル内部ノード
PRB プリチャージ制御信号
TEST テスト制御信号
WIRTE 書き込み制御信号
WL0、WL1 ワード選択信号
Y0、Y1 列選択信号
YS0T、YS0B 列選択スイッチ
YS1T、YS1B 列選択スイッチ
CN0〜CN3 NMOSトランジスタ
CP0、CP1 PMOSトランジスタ
N01、N02 NMOSトランジスタ
N21、N22 NMOSトランジスタ
P01、P01 PMOSトランジスタ
P11、P12 PMOSトランジスタ
P21、P22 PMOSトランジスタ
10、11 ソフトライト回路
20、21 プリチャージ回路
30、31、40、41 メモリセル
51、51a ライトアンプ
52 センスアンプ
60、63 NAND回路
61、64 NOR回路
62 インバータ
BL0T、BL0B ビット線
BL1T、BL1B ビット線
BLCT、CLCB 共通ビット線
CNDT、CNDB セル内部ノード
PRB プリチャージ制御信号
TEST テスト制御信号
WIRTE 書き込み制御信号
WL0、WL1 ワード選択信号
Y0、Y1 列選択信号
YS0T、YS0B 列選択スイッチ
YS1T、YS1B 列選択スイッチ
CN0〜CN3 NMOSトランジスタ
CP0、CP1 PMOSトランジスタ
N01、N02 NMOSトランジスタ
N21、N22 NMOSトランジスタ
P01、P01 PMOSトランジスタ
P11、P12 PMOSトランジスタ
P21、P22 PMOSトランジスタ
Claims (8)
- 格子状に配置され、データを保持する複数のSRAMセルと、
前記複数のSRAMセルのうち行方向に設けられたSRAMセルを接続する複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に接続され、列選択信号に応じて1つが導通状態となる複数の列選択スイッチと、
前記複数の列選択スイッチに接続される共通ビット線対と、
前記共通ビット線対に接続され、前記SRAMセルに対してデータの書き込みを行うライトアンプと、
前記共通ビット線対に接続され、テスト制御信号に応じて所定の電流を前記共通ビット線対から引き抜くソフトライト回路と、
を有する半導体記憶装置。 - 前記ソフトライト回路は、
前記共通ビット線対の一方のビット線と接地端子との間に接続される第1のNMOSトランジスタと、
前記共通ビット線対の他方のビット線と前記接地端子との間に接続される第2のNMOSトランジスタと、を有し、
前記第1、第2のNMOSトランジスタは、前記テスト制御信号がイネーブル状態を示す場合において活性化されるSRAMセルのセル内部ノードのうちハイレベルを保持するセル内部ノードが接続されるビット線に接続されるいずれか一方が前記テスト制御信号に応じて導通状態となる請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のNMOSトランジスタのゲートには、前記テスト制御信号及び前記テストデータの論理積値が入力され、
前記第2のNMOSトランジスタのゲートには、前記テスト制御信号及び前記テストデータの反転値の論理積値が入力される請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記ソフトライト回路は、前記ライトアンプに対応して設けられる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
- 前記複数のビット線対のそれぞれに対して設けられ、プリチャージ制御信号に基づき、対応するビット線対をハイレベル電圧でプリチャージする複数のプリチャージ回路を有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
- 前記テスト制御信号は、前記SRAMセルのテストを実行している期間のうち、テストデータの書き込み処理の後かつ前記SRAMセルからのデータの読み出し処理の前に設定されるソフトライト期間に前記ソフトライト回路を活性化させる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
- 前記ライトアンプは、前記テスト制御信号が前記ソフトライト回路を活性化させる状態において、出力端子をハイインピーダンス状態とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
- 前記SRAMセルは、電源端子側に設けられるPMOSトランジスタと接地端子側に設けられるNMOSトランジスタとが直列に接続された第1、第2のインバータを有し、
前記第1のインバータの入力端子が前記第2のインバータの出力端子に接続され、
前記第2のインバータの出力端子が前記第1のインバータの入力端子に接続され、
前記第1のインバータの出力端子がビット線対を構成する一方のビット線に接続され、
第2のインバータの出力端子が前記ビット線対を構成する他方のビット線に接続される請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010017869A JP2011159332A (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010017869A JP2011159332A (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 半導体記憶装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2011159332A true JP2011159332A (ja) | 2011-08-18 |
Family
ID=44591161
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2010017869A Pending JP2011159332A (ja) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2011159332A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011204295A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Renesas Electronics Corp | 半導体記憶装置及びその負荷テスト方法 |
JP2013206512A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Kyushu Institute Of Technology | 半導体記憶装置 |
US9087607B2 (en) | 2013-11-12 | 2015-07-21 | International Business Machines Corporation | Implementing sense amplifier for sensing local write driver with bootstrap write assist for SRAM arrays |
-
2010
- 2010-01-29 JP JP2010017869A patent/JP2011159332A/ja active Pending
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JP2011204295A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Renesas Electronics Corp | 半導体記憶装置及びその負荷テスト方法 |
JP2013206512A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Kyushu Institute Of Technology | 半導体記憶装置 |
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