JP2011233195A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に不揮発性記憶装置を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device provided with a nonvolatile memory device.
データの書き込みが1度だけ可能な不揮発性記憶素子を用いた、いわゆる、one−time programmableメモリのうち、アンチヒューズ(anti−fuse)素子は、データ書き込み時、該アンチヒューズ素子に高電圧等を印加して、該アンチヒューズ素子を絶縁状態(アンチヒューズ素子の両端間が非導通状態)から接続状態(アンチヒューズ素子の両端間が導通状態)とすることで、書き込みが一度だけ行われる。アンチヒューズ素子を搭載した半導体装置において、アンチヒューズ素子へのデータ書き込み(プログラム)は、例えば半導体装置のウェハテスト工程等で行われる。 Among so-called one-time programmable memories using a non-volatile memory element in which data can be written only once, an anti-fuse element has a high voltage applied to the anti-fuse element during data writing. Application is performed to change the antifuse element from an insulated state (a non-conductive state between both ends of the antifuse element) to a connected state (a conductive state between both ends of the antifuse element), so that writing is performed only once. In a semiconductor device equipped with an antifuse element, data writing (program) to the antifuse element is performed, for example, in a wafer test process of the semiconductor device.
LSI等半導体装置の組み立て後、あるいは製品出荷後等において、電源投入時等、半導体装置内部の状態が不安定なときに、絶縁状態にあるアンチヒューズ素子に高電圧が印加され当該アンチヒューズ素子が接続状態となり、もとのデータ(絶縁状態)を破壊してしまう可能性がある。なお、アンチヒューズ素子は、例えば論理1のデータの書き込みにより、一旦、接続状態に設定されると、再びデータを書き込むことはできない、という意味で再書き込みが不可能であるが、例えば論理0のデータの書き込みにより絶縁状態のままのアンチヒューズ素子は、電源投入時等の不安定状態のとき、高電圧の印加によって接続状態に設定される、すなわち、誤書き込みされる可能性がある。
When the internal state of the semiconductor device is unstable, such as when the power is turned on after assembly of a semiconductor device such as an LSI or after product shipment, a high voltage is applied to the antifuse element in an insulated state, and the antifuse element is There is a possibility of breaking the original data (insulated state) due to the connection state. Note that the antifuse element cannot be rewritten in the sense that once it is set to a connected state by writing
アンチヒューズ素子等データの再書き込みが不可能な不揮発性記憶素子に関連して、特許文献1には、データの再書き込みが不可能な不揮発性記憶素子と、前記不揮発性記憶素子からデータを読み出すための読み出し動作の開始を指示する読み出し動作指示信号を、外部入力クロックに同期して取り込む読み出し動作制御回路と、不揮発性記憶素子にデータを書き込むための書き込み動作の開始を指示する書き込み指示信号が、前記外部入力クロックに対して非同期に入力される書き込み動作制御回路と、前記書き込み指示信号の供給に応じて、前記読み出し動作制御回路の動作をリセットするリセット回路と、を備え、誤動作により回路を構成する素子が破壊されるのを防止できるようにした構成が開示されている。特許文献1では、書き込み指示信号が入力されると、ただちに読み出し動作制御回路の動作をリセットし、読み出し回路等において高電圧が印加され素子が破壊されることを防止している。なお、特許文献1の図1等において、アンチヒューズ素子は、電源VDDと記憶ノードSN間に接続され、記憶ノードSNと負電位VBP間に、書き込み動作制御組み合わせ回路の出力によりオン・オフが制御される書き込みゲート(nMOSトランジスタ)が接続される構成とされている。
In relation to a nonvolatile memory element that cannot rewrite data, such as an antifuse element,
以下に関連技術の分析を与える。 The analysis of related technology is given below.
電源投入時等、半導体装置(例えばLSI)内部の回路の動作状態が不安定なときに、誤って書き込み指示信号が入力されると、アンチヒューズ素子に高電圧が印加され、誤書き込みが行われる可能性がある。 If the operation state of a circuit inside a semiconductor device (eg, LSI) is unstable, such as when the power is turned on, if a write instruction signal is erroneously input, a high voltage is applied to the antifuse element, and erroneous writing is performed. there is a possibility.
本発明は、上記した課題の少なくとも1つの解決を図るものであり、概略以下の構成とされる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least one of the problems described above, and the structure is as follows.
本発明の1つの側面によれば、書き込み用電源端子と、不揮発性の記憶素子と、を備え、データ書き込み工程において、半導体装置外部から前記書き込み用電源端子に与えられる書き込み用電圧を前記不揮発性の記憶素子に印加することでデータの書き込みが行われ、
前記書き込み用電源端子の電圧レベルを監視し、前記書き込み用電源端子が前記書き込み用電圧の条件を満たさない電圧である場合には、書き込み指示が発生しても、前記不揮発性の記憶素子へのデータの書き込みを制御する書き込み制御信号を非活性に保つ回路ブロックを備え、
前記書き込み用電源端子は、前記書き込み用電圧の条件を満たさない固定電位に設定される所定の端子と、前記データ書き込み工程の後に、電気的に結合される半導体装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a write power supply terminal and a non-volatile storage element are provided. In a data write process, a write voltage applied to the write power supply terminal from the outside of a semiconductor device is supplied to the non-volatile memory. Data is written by applying to the storage element of
When the voltage level of the write power supply terminal is monitored and the write power supply terminal is a voltage that does not satisfy the condition of the write voltage, even if a write instruction is generated, A circuit block that keeps a write control signal that controls writing of data inactive,
A semiconductor device is provided in which the power supply terminal for writing is electrically coupled to a predetermined terminal that is set to a fixed potential that does not satisfy the condition of the writing voltage, after the data writing step.
本発明によれば、半導体装置内部の回路の動作状態が不安定なときに、誤って書き込み指示信号が入力されても、誤書き込みが行われることはない。 According to the present invention, when the operation state of the circuit inside the semiconductor device is unstable, even if the write instruction signal is erroneously input, no erroneous write is performed.
本発明の実施形態について説明する。本発明は、好ましい態様(MODES)の1つにおいて、アンチヒューズ素子等、所定の書き込み用電圧を印加することでデータの書き込みが行われる不揮発性記憶素子を備えた半導体装置において、書き込み用の電源端子(VPRG)は、例えばデータの書き込み工程後に、不揮発性記憶素子の書き込み用電圧の条件を満たさない所定の固定電位を与える端子、例えばグランド端子と電気的に結合される。 An embodiment of the present invention will be described. In one of preferred embodiments (MODES), the present invention provides a power supply for writing in a semiconductor device including a nonvolatile memory element in which data is written by applying a predetermined writing voltage, such as an antifuse element. The terminal (VPRG) is electrically coupled to a terminal that applies a predetermined fixed potential that does not satisfy the condition of the writing voltage of the nonvolatile memory element, for example, a ground terminal, for example, after the data writing process.
本発明の態様(MODES)の1つにおいて、書き込み用電源端子(VPRG)の電圧レベルを監視し、書き込み用電源端子(VPRG)が前記書き込み用電圧の条件を満たさない電圧である場合には、書き込み指示が発生しても、前記不揮発性記憶素子へのデータの書き込みを制御する書き込み制御信号(WE)を、活性化することなく、非活性に保つ回路群(回路ブロック)を備えている。 In one aspect (MODES) of the present invention, when the voltage level of the write power supply terminal (VPRG) is monitored and the write power supply terminal (VPRG) is a voltage that does not satisfy the condition of the write voltage, A circuit group (circuit block) is provided that keeps a write control signal (WE) that controls writing of data to the nonvolatile memory element inactive without being activated even when a write instruction is generated.
本発明の態様(MODES)の一つにおいて、半導体装置は、
書き込み用の電源端子(VPRG)の電圧のレベルを検出するVPRGレベル検出回路(4)と、
VPRGレベル検出回路(4)からの検出結果信号(IVPRG)と、書き込み指示を制御する書き込み指示信号(PRGE)、クロック信号(CLK)を受け、書き込み制御信号(WE)と読み出し制御信号(RE)の活性化と非活性化を制御するW/Rコントロール回路(5)と、
第1の電源端子(VDD33)の電源電圧と、書き込み用の電源端子(VPRG)の電源電圧とを受け、書き込み制御信号(WE)が活性状態の時には、書き込み用の電源端子(VPRG)の電圧を選択し、書き込み制御信号(WE)が非活性状態の時には、電源端子VDD33の電圧を選択し、セルアレイ(7)の高電圧端子(VPP)に出力する内部電源スイッチ回路(6)と、
ワード線(WL)とビット線(BL)の交差部に配設され、ワード線(WL)の選択時に、オンし、不揮発性記憶素子(76)をビット線(BL)と接続するセルトランジスタ(75)と、不揮発性記憶素子(76)と、を含むメモリセル(74)と、
内部電源スイッチ回路(6)の出力(VPP)とビット線(BL)との間に接続されるスイッチ(72)と、
書き込みデータ(DIN)と書き込み制御信号(WE)とを受け、前記書き込み制御信号(WE)が活性状態であり、且つ、前記書き込みデータ(DIN)が、論理1と0のうち前記不揮発性記憶素子(76)の状態を変化させる一方のデータ(例えば論理1のデータ)であるとき、前記スイッチ(72)をオンさせて、前記内部電源スイッチ回路(6)の出力(VPP)と前記ビット線(BL)とを導通させ、
書き込み制御信号(WE)が活性状態であり、且つ、書き込みデータ(DIN)が、論路1と0の他方のデータ(例えば論理0)であるとき、又は、書き込み制御信号(WE)が非活性状態のときには、前記スイッチ(72)をオフさせ、前記電源切替回路の出力(VPP)と前記ビット線とを非導通とする論理回路(71)と、を備えている。本発明の態様の一つにおいて、半導体装置は、前記メモリセルから前記ビット線(BL)に読み出された電圧から、読み出しデータ(DOUT)を生成する読み出し回路(77)と、を備える。以下、実施例に即して説明する。
In one embodiment of the present invention (MODES), the semiconductor device includes:
A VPRG level detection circuit (4) for detecting the voltage level of the power supply terminal (VPRG) for writing;
The detection result signal (IVPRG) from the VPRG level detection circuit (4), the write instruction signal (PRGE) for controlling the write instruction, and the clock signal (CLK) are received, and the write control signal (WE) and the read control signal (RE). W / R control circuit (5) for controlling activation and deactivation of
When the power supply voltage of the first power supply terminal (VDD33) and the power supply voltage of the power supply terminal for writing (VPRG) are received and the write control signal (WE) is in the active state, the voltage of the power supply terminal for writing (VPRG) When the write control signal (WE) is inactive, the internal power switch circuit (6) that selects the voltage of the power supply terminal VDD33 and outputs it to the high voltage terminal (VPP) of the cell array (7);
A cell transistor (disposed at the intersection of the word line (WL) and the bit line (BL)) that is turned on when the word line (WL) is selected and connects the nonvolatile memory element (76) to the bit line (BL). 75) and a non-volatile storage element (76), a memory cell (74),
A switch (72) connected between the output (VPP) of the internal power switch circuit (6) and the bit line (BL);
The nonvolatile memory element receives write data (DIN) and a write control signal (WE), the write control signal (WE) is in an active state, and the write data (DIN) is
When the write control signal (WE) is in the active state and the write data (DIN) is the other data of the
図1は、本発明の一実施例の半導体装置の構成を示す図である。図1は、書き込み用の電源パッドVPRGをグランド端子と接続する前の状態の半導体装置(LSIチップ)1の構成(回路配置)が示されている。アンチヒューズマクロ3は、アンチヒューズセルアレイ7、VPRGレベル検出回路4、W/Rコントロール回路5、内部電源スイッチ回路6を備えている。アンチヒューズセルアレイ7は、アレイ状に配置された複数のアンチヒューズ素子(不図示)を備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the configuration (circuit arrangement) of a semiconductor device (LSI chip) 1 in a state before connecting a power supply pad VPRG for writing to a ground terminal. The antifuse macro 3 includes an antifuse cell array 7, a VPRG
VPRGレベル検出回路4は、書き込み用の電源パッドVPRGの電圧レベルをモニタし、レベル検出信号(2値信号)IVPRGをW/Rコントロール回路5に供給する。
The VPRG
W/Rコントロール回路5は、
データ入力(書き込みデータ)DINと、
書き込み指示信号PRGEと、
クロック信号CLKと、
VPRGレベル検出回路4からのVPRG検出信号IVPRGと、
を入力し、
データ書き込み時に、ライトイネーブル信号(書き込み制御信号)WEを活性化して出力し、
データ読み出し時に、リードイネーブル信号RE(読み出し制御信号)を活性化して出力する。特に制限されないが、ライトイネーブル信号WEとリードイネーブル信号REは、Highでアクティブ(活性状態)、Lowでインアクティブ(非活性状態)とされる。
The W / R control circuit 5
Data input (write data) DIN,
A write instruction signal PRGE,
A clock signal CLK;
A VPRG detection signal IVPRG from the VPRG
Enter
At the time of data writing, the write enable signal (write control signal) WE is activated and output,
At the time of data reading, a read enable signal RE (read control signal) is activated and output. Although not particularly limited, the write enable signal WE and the read enable signal RE are active (active state) when High and inactive (inactive state) when Low.
内部電源スイッチ回路6は、書き込み用の電源電圧VPRGと標準I/O周回用電源電圧VDD33とを受け、アンチヒューズセルアレイ7へ供給する電圧(高電圧)VPPを切り替える回路である。内部電源スイッチ回路6は、書き込み時にはVPRG、書き込み時以外はVDD33を高電圧端子VPPに与える。
The internal power
図2は、図示されないテスタとウェハプローバとを用いウェハ上のチップをテストするウェハテスト工程において、データの書き込みを行う場合のウェハ上の半導体装置(LSI)の一例を示している。ウェハプローバのプローブ8が、LSIチップ1のパッド(ボンディングパッド)2とコンタクトし、プローブ8から、VPRGには6.5V、VDD33には3.3Vを印加する。また、テスタ、ウェハプローバの制御のもと、アンチヒューズセルアレイ(図1の7)における書き込み(プログラム)が行われる。特に制限されないが、例えば、図示されないテスタ、ウェハプローバの制御のもと、LSIチップ1に搭載されるメモリアレイ(不図示)のテストが行われ、フェイルしたセルを救済するため、冗長セルへの置換を行うため、フェイルセルへのアクセスアドレスを冗長セルのアクセスアドレスに置き換えるための情報が、アンチヒューズセルアレイ(図1の7)にプログラムされる。
FIG. 2 shows an example of a semiconductor device (LSI) on a wafer when data is written in a wafer test process for testing a chip on a wafer using a tester and a wafer prober (not shown). The probe 8 of the wafer prober contacts the pad (bonding pad) 2 of the
図3は、本実施例において、ウェハテスト工程において行われたデータの書き込みの後、組立工程のボンディング工程において、VPRGパッドを、GNDピン(0V)のリードフレーム9にボンディングワイヤ10にてワイヤーボンディングした状態を示している。なお、VDD33の電源パッドは電源ピンのリードフレーム9にワイヤーボンディングされる。なお、図3には、半導体装置(LSIチップ)1の矩形の各辺から4方向に金属性の接続端子が延在するQFP(Quad Flat Package)型のパッケージが示されているが、DIP(Dual Inline Package)、PGA(Pin Grid Array)、BGA(Ball Grid Array)、TCP(Tape carrier Package)型等の各種パッケージについても同様に適用可能である。 FIG. 3 shows that in this embodiment, after the data writing performed in the wafer test process, in the bonding process of the assembly process, the VPRG pad is bonded to the lead frame 9 of the GND pin (0V) by the bonding wire 10. Shows the state. The power supply pad of VDD 33 is wire bonded to the lead frame 9 of the power supply pin. FIG. 3 shows a QFP (Quad Flat Package) type package in which metallic connection terminals extend in four directions from each rectangular side of the semiconductor device (LSI chip) 1. Various packages such as a dual inline package (PGA), a pin grid array (PGA), a ball grid array (BGA), and a tape carrier package (TCP) type can be similarly applied.
図4(A)は、図1のVPRGレベル検出回路4の構成の一例を示す図である。VPRGレベル検出回路4は、VPRGパッドに入力が接続され、VPRGパッドの電圧が閾値以上のときLow電位、閾値未満のときHigh電位を出力するインバータINV1と、インバータINV1の出力を受け、反転した信号をIVPRGとして出力するインバータINV2を備えている。VPRGパッドの電圧がGNDレベルでないとき(INV1の閾値を超えるとき)、VPRGレベル検出回路4からHigh電位のIVPRGが出力され、VPRGパッドの電圧がGNDレベルのとき、VPRGレベル検出回路4からLow電位のIVPRGが出力される。なお、特に制限されないが、VPRGパッドに入力が接続されたインバータINV2はI/O用の電源電圧VDD33(3.3V)で駆動され、インバータINV2は、不図示の内部電源電圧(VDD=1.5V)で駆動され、その出力であるレベル検出信号IPRGは振幅0−1.5Vの2値信号としてもよい。
FIG. 4A shows an example of the configuration of the VPRG
図4(B)は、図1のW/Rコントロール回路5の構成の一例を示す図である。W/Rコントロール回路5は、
VPRGレベル検出回路4から出力されるIVPRGと、LSIチップ1の内部回路(例えば後述するアンチヒューズコントローラ)から出力され書き込み指示信号PRGE(High電位のときアクティブ状態)と、クロック信号CLKとを入力する否定論理積回路NAND1と、
NAND1の出力を反転した信号をライトイネーブル信号WEとして出力するインバータINV4と、
PRGEをインバータINV3で反転した信号と、クロック信号CLKとを入力する否定論理積回路NAND2と、
NAND2の出力を反転した信号をリードイネーブル信号REとして出力するインバータINV5と、
を備えている。
FIG. 4B is a diagram showing an example of the configuration of the W / R control circuit 5 of FIG. The W / R control circuit 5
The IVPRG output from the VPRG
An inverter INV4 that outputs a signal obtained by inverting the output of the NAND1 as a write enable signal WE;
A NAND circuit NAND2 for inputting a signal obtained by inverting PRGE by the inverter INV3 and the clock signal CLK;
An inverter INV5 that outputs a signal obtained by inverting the output of the NAND2 as a read enable signal RE;
It has.
(IVPRG、PRGE、CLK)=(High、High、High)のとき、WE=High(活性状態:書き込み動作を行う)となり、それ以外、WE=Low(非活性状態)である。 When (IVPRG, PRGE, CLK) = (High, High, High), WE = High (active state: write operation is performed), and otherwise, WE = Low (inactive state).
(PRGE、CLK)=(Low、High)のとき、RE=High(活性状態:読み出し動作を行う)となり、それ以外、RE=Low(非活性状態)である。 When (PRGE, CLK) = (Low, High), RE = High (active state: read operation is performed), and otherwise, RE = Low (inactive state).
図5は、図1のアンチヒューズマクロ3とデータ、制御信号等の受け渡しを行う回路ブロックの一例を示す図である。アンチヒューズコントローラ11は、アンチヒューズマクロ3に書き込みデータDIN、書き込み指示信号PRGE、クロックCLKを与える。アンチヒューズコントローラ11に入力されるリセット信号RSTは電源投入後、所定クロックサイクル経過後に、不図示のリセット回路によって活性化され、これを受けてアンチヒューズコントローラ11のリセットが行われる。アンチヒューズマクロ3からの読み出しデータDOUTは、揮発性の記憶装置12に記憶される。特に制限されないが、記憶装置12としては、例えばアンチヒューズマクロ3と同一チップ上に搭載されるSRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)の不良セルの救済を行うための置換アドレス情報を保持するSRAMリダンダンシレジスタ等が用いられる。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit block that exchanges data, control signals, and the like with the antifuse macro 3 of FIG. The antifuse controller 11 gives write data DIN, a write instruction signal PRGE, and a clock CLK to the antifuse macro 3. The reset signal RST input to the antifuse controller 11 is activated by a reset circuit (not shown) after a predetermined clock cycle has elapsed after power-on, and the antifuse controller 11 is reset in response to the activation. Read data DOUT from the antifuse macro 3 is stored in the
電源投入時等、リセット信号RSTが活性化される前のLSIチップの内部状態が不安定なときに、誤って書き込み指示信号がアンチヒューズマクロ3に入力される場合があるが、本実施例においては、前述したように、データの書き込み終了後の組み立て工程で、VPRGパッドをGNDに接続しているため、VPRGレベル検出回路4から出力されるIVPRGはLow固定(グランド電位)とされる。このため、電源投入時等、LSIチップの内部状態が不安定なときにも、W/Rコントロール回路5から出力されるライトイネーブル信号WEはLow固定とされ、アンチヒューズ素子への誤書き込みが回避される。
When the internal state of the LSI chip before activation of the reset signal RST is unstable, such as when the power is turned on, the write instruction signal may be erroneously input to the antifuse macro 3. In this embodiment, As described above, since the VPRG pad is connected to GND in the assembly process after the completion of data writing, IVPRG output from the VPRG
図6(A)は、図1の内部電源スイッチ回路6の構成の一例を示す図である。図6(A)に示すように、内部電源スイッチ回路6は、電源VDD33(=3.3V)にソースが接続され、ライトイネーブル信号WEにゲートが接続されたpMOSトランジスタ61と、書き込み用の電源VPRG(=6.5V)にソースが接続され、ライトイネーブル信号WEをインバータ63で反転した信号にゲートが接続されたpMOSトランジスタ62と、を備え、pMOSトランジスタ61、62のドレインは共通接続され、アンチヒューズセルアレイ7のVPP端子(高電圧端子)に接続されている。
FIG. 6A shows an example of the configuration of internal
図6(B)は、アンチヒューズセルアレイ7の要部構成を示す図である。なお、図6(B)では、単に説明の簡単のため、1つのセルと、1つのビット線BL、1つのワード線WLが示されており、複数のビット線、複数のワード線の交差部にマトリックス状に配置されている複数のセルは省略されている。 FIG. 6B is a diagram showing a main configuration of the antifuse cell array 7. Note that in FIG. 6B, for ease of explanation, one cell, one bit line BL, and one word line WL are shown, and a plurality of bit lines and intersections of a plurality of word lines are shown. A plurality of cells arranged in a matrix are omitted.
図6(B)を参照すると、DIN、ライトイネーブル信号WEを入力する否定論理積回路(NAND)71と、VPP端子にソースが接続されNAND71の出力にゲートが接続されビット線BLにドレインが接続されたpMOSトランジスタ72を備えている。DIN=High、WE=Highのとき、すなわち、論理1のデータの書き込みの時、NAND71の出力はLowとなり、pMOSトランジスタ72が導通し、ビット線BLの電位はVPP端子の電位となる。
Referring to FIG. 6B, a NAND circuit 71 (NAND) 71 for inputting DIN and write enable signal WE, a source connected to the VPP terminal, a gate connected to the output of
選択されたワード線WLを駆動するワードドライバ73は選択ワード線WLをGND電位とする。非選択ワード線は高電圧VPPに保持される。
The
メモリセル74は、GNDに接続されたアンチヒューズ素子(AF)76と、ワード線WLにゲートが接続され、ソースがビット線BLに接続され、ドレインがアンチヒューズ素子(AF)76の一端に接続されたpMOSトランジスタ75(セルトランジスタ)を備えている。 The memory cell 74 has an antifuse element (AF) 76 connected to GND, a gate connected to the word line WL, a source connected to the bit line BL, and a drain connected to one end of the antifuse element (AF) 76. The pMOS transistor 75 (cell transistor) is provided.
選択されたワード線WLはワードドライバ73によってLow電位に駆動され、pMOSトランジスタ75が導通し、データ書き込み時には、ビット線BLの電圧(=VPRG)がアンチヒューズ素子(AF)76に印加される(アンチヒューズ素子(AF)76の両端間が接続状態となる)。
The selected word line WL is driven to the Low potential by the
データ読み出し時には、W/Rコントロール回路5(図1参照)からのリードイネーブル信号REはHigh電位(活性状態)とされ、ライトイネーブル信号WEはLow電位(非活性状態)とされる。このため、NAND71の出力はHighとなり、pMOSトランジスタ72はオフ(非導通)状態とされる。また、例えばリードイネーブル信号REのLow(非活性状態)からHigh(活性状態)への遷移に応答して、ワード線WLの選択の前に(Low電位に駆動される前の時点で)、読み出し回路77は、ビット線BLを所定の電圧(例えばVBP=2.2V)にプリチャージする。なお、図6(B)に示す例では、ビット線のプリチャージ回路(不図示)は、電源VBPで駆動される読み出し回路77内に含まれているものとし、電源VBPをビット線BLに接続することで、ビット線BLのプリチャージが行われる。
At the time of data reading, the read enable signal RE from the W / R control circuit 5 (see FIG. 1) is set to a high potential (active state), and the write enable signal WE is set to a low potential (inactive state). For this reason, the output of the
ビット線BLのプリチャージ後、不図示のアドレスデコーダでアドレスをデコードした結果、選択されたワード線WLはワードドライバ73によってLow電位(GND)に駆動される。Low電位に駆動された当該ワード線(WL)にゲートが接続されたメモリセル74のpMOSトランジスタ75がオンする。例えば論理1が書き込まれたメモリセル74では、メモリセル74に接続するビット線BLは、オン状態のpMOSトランジスタ75、接続状態のアンチヒューズ素子(AF)76を介して、GNDと導通し、Low電位となる。論理0が書き込まれたメモリセル74においては、アンチヒューズ素子(AF)76は絶縁状態であるため、pMOSトランジスタ75がオンしても、ビット線BLはプリチャージ電圧VBP(=2.2V)のままである。
After the bit line BL is precharged, the address is decoded by an address decoder (not shown). As a result, the selected word line WL is driven to the low potential (GND) by the
読み出し回路77は、ビット線BLの電圧と、基準電圧VREF(例えば0Vと2.2Vの中間電位)とを電圧比較し、比較結果を2値の読み出しデータDOUTとして出力する電圧比較回路(コンパレータ)を含む。 The read circuit 77 compares the voltage of the bit line BL with a reference voltage VREF (for example, an intermediate potential between 0V and 2.2V), and outputs a comparison result as binary read data DOUT (comparator). including.
特に制限されないが、読み出し回路77は、メモリセル74からビット線BLに読み出された電圧がVREFよりも低い電圧(GND電位)のとき(アンチヒューズ素子の両端が接続状態)、
DOUT=High(例えば論理1)、
ビット線BLの電圧がプリチャージ電圧VBP(=2.2V)のとき(アンチヒューズ素子の両端が絶縁状態)、
DOUT=Low(例えば論理0)
が出力される。読み出し回路77の出力DOUTは、例えば0−1.5Vの振幅の論理信号としてもよい。特に制限されないが、本実施例では、リードイネーブル信号REがLowのとき、読み出し回路77は非活性状態(プリチャージ回路、電圧比較回路はともにオフ)とされ、読み出し回路77の出力をオフ状態(Hi−Z状態)としてもよい。
Although not particularly limited, the read circuit 77 is configured such that when the voltage read from the memory cell 74 to the bit line BL is a voltage (GND potential) lower than VREF (both ends of the antifuse element are connected).
DOUT = High (eg, logic 1),
When the voltage of the bit line BL is the precharge voltage VBP (= 2.2 V) (both ends of the antifuse element are in an insulated state),
DOUT = Low (eg, logic 0)
Is output. The output DOUT of the readout circuit 77 may be a logic signal having an amplitude of 0 to 1.5V, for example. Although not particularly limited, in this embodiment, when the read enable signal RE is Low, the read circuit 77 is inactivated (the precharge circuit and the voltage comparison circuit are both off), and the output of the read circuit 77 is turned off ( Hi-Z state).
ライトイネーブル信号WEがHighレベルとされるデータ書き込み時には、内部電源スイッチ回路6において、VPP端子の出力として、VPRG(6.5V)が選択され、DIN=Highのデータ書き込み時(通常、ウェハテスト工程でのデータ書き込み時)には、選択されたワード線WLに接続されたメモリセル74のpMOSトランジスタ75のソースにビット線BLから供給されるVPRG(6.5V)が、オン状態のpMOSトランジスタ75を介して、アンチヒューズ素子(AF)76の一端に印加され、絶縁状態であったものが接続状態(アンチヒューズ素子(AF)76の両端間が導通状態)となる。
At the time of data writing when the write enable signal WE is at a high level, VPRG (6.5 V) is selected as the output of the VPP terminal in the internal
なお、ライトイネーブル信号WEがLowのときは、内部電源スイッチ回路6において、VPP端子にはVDD33が印加される。
When the write enable signal WE is Low, VDD 33 is applied to the VPP terminal in the internal
ところで、組み立て工程あるいは製品出荷後等、本発明と相違して、書き込み用電源端子VPRGにVDD33と同一の3.3Vを印加した場合、電源投入時等、誤動作によりライトイネーブル信号WEがHighとなり、DINがHighとなると、図6(B)のpMOSトランジスタ72がオンし、ビット線BL、Lowとなったワード線WLに接続するメモリセル74のアンチヒューズ素子76には3.3Vが印加されることになる。この結果、アンチヒューズ素子76のデータが破壊される可能性がある。
By the way, unlike the present invention, such as after the assembly process or after product shipment, when 3.3 V, which is the same as VDD33, is applied to the write power supply terminal VPRG, the write enable signal WE becomes High due to a malfunction such as when the power is turned on. When DIN becomes High, the
これに対して、本実施例によれば、書き込み用電源端子VPRGはGNDピンに接続されており、電源投入時等において、VPRGレベル検出回路4の出力IVPRGはLowレベルであり、誤って書き込み指示信号PRGEがHighとなっても、W/Rコントロール回路5から出力されるライトイネーブル信号WEはLow固定であり、図6(B)のNAND71の出力はHigh固定とされ、pMOSトランジスタ72はオフとされ、アンチヒューズ素子76への書き込みは行われない。また、データの読み出し対象として選択されたメモリセル74のアンチヒューズ素子76の一端には、オン状態のpMOSトランジスタ72を介してビット線BLのプリチャージ電圧(例えばVBP)が印加されるだけであり、アンチヒューズ素子76のデータが破壊されることはない。
On the other hand, according to the present embodiment, the write power supply terminal VPRG is connected to the GND pin, and when the power is turned on, the output IVPRG of the VPRG
図7は、本実施例において、ウェハテスト時の組み立て時以降のVPRG端子の電位をまとめたものである。ウェハテスト時のプログラム(書き込み)時にはVPRG端子には6.5V、その他は0.0V固定とする。パッケージ組み立て時に、VPRG端子はGND端子と接続され、以降、VPRG端子はGND電位とされる。 FIG. 7 summarizes the potentials of the VPRG terminals after assembly during the wafer test in this embodiment. At the time of programming (writing) during the wafer test, the VPRG terminal is fixed at 6.5V and the others are fixed at 0.0V. At the time of package assembly, the VPRG terminal is connected to the GND terminal, and thereafter, the VPRG terminal is set to the GND potential.
図8は、比較例として、データ書き込み工程後、書き込み用電源端子VPRGをGNDピンに接続されない構成における電源オン時のタイミング動作を説明するタイミングチャートである(横軸は時間)。電源VDDの立ち上がり前後のリセット信号RST(図5参照)、図5のアンチヒューズコントローラ11からの書き込み指示信号PRGE、クロック信号CLK、図1のW/Rコントロール回路5からのライトイネーブル信号WE、図6(B)のビット線BLのハッチングを施した部分は値が不定の部分を表している。リセット信号RSTによって、LSIチップ内のリセットが行われ、リセットの解除(RST=High)により、通常動作(読み出し動作)が行われる。また、リセットの解除(RST=High)により、アンチヒューズコントローラ11からのクロック信号CLKがアンチヒューズマクロ3に供給される。電源VDDの投入時の不安定状態のとき(ハッチングを施した時間範囲)、アンチヒューズセルアレイのビット線BLに3.3Vが印加される可能性がある。 FIG. 8 is a timing chart for explaining a timing operation at the time of power-on in a configuration in which the write power supply terminal VPRG is not connected to the GND pin after the data write process as a comparative example (the horizontal axis is time). The reset signal RST before and after the rise of the power supply VDD (see FIG. 5), the write instruction signal PRGE from the antifuse controller 11 in FIG. 5, the clock signal CLK, the write enable signal WE from the W / R control circuit 5 in FIG. A hatched portion of the 6 (B) bit line BL represents a portion having an indefinite value. The reset in the LSI chip is performed by the reset signal RST, and the normal operation (reading operation) is performed by releasing the reset (RST = High). In addition, the clock signal CLK from the antifuse controller 11 is supplied to the antifuse macro 3 by releasing the reset (RST = High). When the power supply VDD is in an unstable state (hatched time range), 3.3 V may be applied to the bit line BL of the antifuse cell array.
すなわち、図6(B)において、電源VDDの投入時の不安定状態のとき、ライトイネーブル信号WEが偶々High、DINが偶々Highの組み合わせのときpMOSトランジスタ(pMOSスイッチ)72がオンし、VPP端子には電源電圧VDD33が印加されるため、ビット線BLには電源電圧VDD33の3.3Vが印加される。ワード線WLが偶々Low電位となると、メモリセル74のアンチヒューズ素子76の一端には、ビット線BLの3.3Vが印加され、アンチヒューズ素子76が絶縁状態の場合、接続状態に、誤書き込みされる可能性がある。 That is, in FIG. 6B, in an unstable state when the power supply VDD is turned on, the pMOS transistor (pMOS switch) 72 is turned on when the write enable signal WE is accidentally high and DIN is accidentally high, and the VPP terminal Since the power supply voltage VDD33 is applied to the bit line BL, 3.3V of the power supply voltage VDD33 is applied to the bit line BL. When the word line WL accidentally becomes a low potential, 3.3 V of the bit line BL is applied to one end of the anti-fuse element 76 of the memory cell 74, and when the anti-fuse element 76 is in an insulating state, the connection state is erroneously written. There is a possibility that.
図9は、本実施例において、書き込み用電源端子VPRGがGNDピンに接続された後における電源立ち上げ時のタイミング動作を説明する図である。なお、本実施例においては、前述したように、ウェハテスト等でのデータ書き込み工程後のパッケージ工程において、書き込み用電源端子VPRGがGNDピンに接続される。図9には、図8の比較例に対して、上述した本実施例におけるリセット信号RST(図5参照)、図5のアンチヒューズコントローラ11からの書き込み指示信号PRGE、クロック信号CLK、図1のW/Rコントロール回路5からのライトイネーブル信号WE、図6(B)のビット線BL信号の電源投入時のタイミング波形の一例が示されている。 FIG. 9 is a diagram for explaining the timing operation when the power is turned on after the write power supply terminal VPRG is connected to the GND pin in this embodiment. In the present embodiment, as described above, the write power supply terminal VPRG is connected to the GND pin in the packaging process after the data write process in the wafer test or the like. 9 shows the reset signal RST (see FIG. 5) in the above-described embodiment, the write instruction signal PRGE from the antifuse controller 11 in FIG. 5, the clock signal CLK, and the comparison example in FIG. An example of a timing waveform at the time of power-on of the write enable signal WE from the W / R control circuit 5 and the bit line BL signal in FIG. 6B is shown.
図9において、電源投入時、ハッチングを施した時間範囲において、ライトイネーブル信号WEはLow固定とされ、図6(B)のアンチヒューズセルアレイのpMOSトランジスタ72はオフ(非導通)とされ、ビット線BLには、高電圧VPP(VDD33の3.3V)が印加されることはなく、ビット線BLに印加される最大電圧は2.2V(プリチャージ電圧)である。このため、本実施例によれば、電源投入時等において、アンチヒューズ素子76の誤書き込みは回避される。
In FIG. 9, the write enable signal WE is fixed to Low in the hatched time range when the power is turned on, the
図10は、本発明の別の実施例のVPRGレベル検出器4の構成例を示す図である。VDD33、VPRGを電圧比較する電圧比較器を備えている。特に制限されないが、
VPRG>VDD33のとき、IVPRG=High(例えば論理1)、
VPRG=<VDD33のとき、IVPRG=Low(例えば論理0)
を出力する。IVPRGは前述した通り0−VDD(内部電源電圧:1.5V)としてもよい。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the
When VPRG> VDD33, IVPRG = High (eg, logic 1),
When VPRG = <VDD33, IVPRG = Low (eg, logic 0)
Is output. As described above, IVPRG may be 0-VDD (internal power supply voltage: 1.5 V).
なお、電圧比較器には、ウェハテスト工程でのデータ書き込み時に、6.5Vが入力されるため、入力ダイナミックレンジ確保のため電圧比較器の電源はデータ書き込み時には、VPRGとVSS(GND)とされ、VPRGパッドをGNDに接続した後は、電圧比較器の電源には、VDD33とVSS(GND)が供給される。 Since the voltage comparator receives 6.5 V when writing data in the wafer test process, the power supply of the voltage comparator is set to VPRG and VSS (GND) when writing data in order to secure an input dynamic range. After the VPRG pad is connected to GND, VDD33 and VSS (GND) are supplied to the power supply of the voltage comparator.
上記実施例では、再書き込み不可能な不揮発性記憶素子としてアンチヒューズ素子を例に説明したが、データの値により溶断/非溶断が行われるヒューズ素子を備えた半導体装置についても、同様にして適用可能である。 In the above embodiment, an antifuse element is described as an example of a non-rewritable nonvolatile memory element. However, the present invention is similarly applied to a semiconductor device including a fuse element that is blown / not blown according to a data value. Is possible.
また上記実施例では、アンチヒューズマクロ、SRAM等を備えたSOC(System On Chip)のLSIを例に説明したが、SOCに限定されるものでなく、アンチヒューズセルアレイを備えた個別半導体等に適用してもよいことは勿論である。 In the above embodiment, an SOC (System On Chip) LSI including an antifuse macro, SRAM and the like has been described as an example. However, the present invention is not limited to the SOC, and is applied to an individual semiconductor having an antifuse cell array. Of course, you may do.
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 It should be noted that the disclosures of the above patent documents are incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the examples and the examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations and selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
1 LSIチップ
2 ボンディングパッド
3 アンチヒューズマクロ
4 VPRGレベル検出回路
5 W/Rコントロール回路
6 内部電源スイッチ回路
7 アンチヒューズセルアレイ
8 プローブ
9 リードフレーム
10 ボンディングワイヤ
11 アンチヒューズコントローラ
12 揮発性記憶装置(SRAMリダンダンシレジスタ)
61、62 pMOSトランジスタ
63 インバータ
71 NAND
72 pMOSトランジスタ
73 ワードドライバ
74 セル(アンチヒューズメモリセル)
75 pMOSトランジスタ
76 アンチヒューズ素子
77 読み出し回路
DESCRIPTION OF
9 Lead frame 10 Bonding wire 11
61, 62
72
75 pMOS transistor 76 antifuse element 77 readout circuit
Claims (9)
不揮発性の記憶素子と、
を備え、
データ書き込み工程において、半導体装置外部から前記書き込み用電源端子に与えられる書き込み用電圧を前記不揮発性の記憶素子に印加することでデータの書き込みが行われ、
前記書き込み用電源端子の電圧レベルを監視し、前記書き込み用電源端子が前記書き込み用電圧の条件を満たさない電圧である場合には、書き込み指示が発生しても、前記不揮発性の記憶素子へのデータの書き込みを制御する書き込み制御信号を非活性に保つ回路部を備え、
前記書き込み用電源端子は、前記書き込み用電圧の条件を満たさない固定電位に設定される所定の端子と、前記データ書き込み工程の後に、電気的に結合される、ことを特徴とする半導体装置。 Power supply terminal for writing,
A non-volatile storage element;
With
In the data writing process, data is written by applying a voltage for writing applied to the writing power supply terminal from the outside of the semiconductor device to the nonvolatile memory element,
When the voltage level of the write power supply terminal is monitored and the write power supply terminal is a voltage that does not satisfy the condition of the write voltage, even if a write instruction is generated, A circuit unit that keeps a write control signal that controls writing of data inactive,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the write power supply terminal is electrically coupled to a predetermined terminal set to a fixed potential that does not satisfy the write voltage condition after the data writing step.
前記レベル検出回路からの検出信号と、前記書き込み指示を制御する書き込み指示信号とに基づき、前記書き込み制御信号と、前記不揮発性の記憶素子からのデータの読み出しを制御する読み出し制御信号との活性化及び非活性化を制御する書き込み/読み出しコントロール回路と、
第1の電源端子の電圧と、前記書き込み用電源端子の電圧とを受け、前記書き込み制御信号に基づき、データ書き込み時には、前記書き込み用電源端子の電圧を選択出力し、書き込み時以外には、前記第1の電源端子の電圧を選択出力する電源切替回路と、
ワード線とビット線の交差部に配設され、前記ワード線の選択時にオンし前記不揮発性の記憶素子と前記ビット線とを接続するセルトランジスタと、前記不揮発性の記憶素子と、を含むメモリセルと、
前記電源切替回路の出力と前記ビット線との間に接続されるスイッチと、
書き込みデータと前記書き込み制御信号とを受け、前記書き込み制御信号が活性状態であり、且つ、前記書き込みデータが、論理1と0のうち前記不揮発性の記憶素子の接続状態を変化させる一方のデータであるとき、前記スイッチをオンさせて、前記電源切替回路の出力と前記ビット線とを導通させ、
前記書き込み制御信号が活性状態であり、且つ、前記書き込みデータが、論路1と0の他方のデータであるとき、
又は、前記書き込み制御信号が非活性状態のときには前記スイッチをオフさせ、前記電源切替回路の出力と前記ビット線とを非導通とする論理回路と、
を備えた、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。 A level detection circuit for detecting a voltage level of the power supply terminal for writing;
Activation of the write control signal and a read control signal for controlling reading of data from the nonvolatile memory element based on a detection signal from the level detection circuit and a write instruction signal for controlling the write instruction And a write / read control circuit for controlling deactivation,
The voltage of the first power supply terminal and the voltage of the power supply terminal for writing are received, and based on the write control signal, the voltage of the power supply terminal for writing is selected and output at the time of data writing, A power supply switching circuit for selectively outputting the voltage of the first power supply terminal;
A memory that is disposed at an intersection of a word line and a bit line and includes a cell transistor that is turned on when the word line is selected and connects the nonvolatile memory element and the bit line, and the nonvolatile memory element Cell,
A switch connected between the output of the power supply switching circuit and the bit line;
In response to write data and the write control signal, the write control signal is in an active state, and the write data is one of logic 1 and 0 that changes the connection state of the nonvolatile memory element. When the switch is turned on, the output of the power supply switching circuit and the bit line are conducted,
When the write control signal is in an active state and the write data is the other data of logical path 1 and 0,
Or a logic circuit that turns off the switch when the write control signal is in an inactive state, and makes the output of the power supply switching circuit non-conductive with the bit line;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記第1のインバータ回路の出力を受け検出信号を出力する第2のインバータ回路と、
を備えている、ことを特徴とする請求項4又は5記載の半導体装置。 The level detection circuit includes a first inverter circuit that receives the voltage of the write power supply terminal at an input terminal;
A second inverter circuit that receives the output of the first inverter circuit and outputs a detection signal;
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is provided.
前記書き込み用電源端子の電圧と、所定の電源電圧とを電圧比較するコンパレータ回路を備えている、ことを特徴とする請求項4又は5記載の半導体装置。 The level detection circuit includes:
6. The semiconductor device according to claim 4, further comprising a comparator circuit that compares the voltage of the power supply terminal for writing with a predetermined power supply voltage.
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