JP2012038378A - Semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スタテッィク型の半導体記憶装置、特に欠陥検出を確実に実施することができる半導体記憶装置に関するものである。 The present invention relates to a static semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device capable of reliably detecting defects.
近年、さまざまな半導体記憶装置が考案され、半導体プロセスの微細化と相まって、1デバイス当たりの集積度は増加の一途をたどっている。一方、プロセスの微細化や、仕様システムの低消費電力化のため、動作電源電圧は小さくなる一方であり、半導体記憶装置に記憶される電位レベルや電荷量も減少している。 In recent years, various semiconductor memory devices have been devised, and the degree of integration per device has been steadily increasing in conjunction with miniaturization of semiconductor processes. On the other hand, the operating power supply voltage is decreasing due to the miniaturization of the process and the reduction in power consumption of the specification system, and the potential level and charge amount stored in the semiconductor memory device are also decreasing.
さらに、微細化に伴い、従来までは問題とならなかった極微小な欠陥(リーク、抵抗変動、トランジスタ特性変動など)が、半導体記憶装置の歩留、性能、信頼性に大きな影響を与えるようになってきた。このため、欠陥の検出に要する検査時間は、集積度の向上とともに増加しており、半導体記憶装置のコスト増の大きな要因となっている。一方で、検出しきれない欠陥が信頼性を確保する上での大きな課題となっている。 In addition, along with miniaturization, extremely small defects (leakage, resistance fluctuation, transistor characteristic fluctuation, etc.) that have not been a problem until now have a significant impact on the yield, performance, and reliability of semiconductor memory devices. It has become. For this reason, the inspection time required for detecting a defect increases as the degree of integration increases, which is a major factor in increasing the cost of the semiconductor memory device. On the other hand, defects that cannot be detected are a major issue in ensuring reliability.
代表的な半導体記憶装置であるスタテッィク型半導体記憶装置(SRAM)について、特許文献1に開示されたメモリセルの欠陥を検出する手法の一部を、図11、図12を参照して説明する。図11は半導体記憶装置のブロック図、図12は同半導体記憶装置のリード系遅延回路の構成図である。
With respect to a static semiconductor memory device (SRAM), which is a typical semiconductor memory device, a part of a technique for detecting a defect of a memory cell disclosed in
図11の半導体記憶装置におけるメモリセルアレー4は、スタテッィク型メモリセル5をマトリックス状に配置して構成されている。ロウデコーダ部2のワードドライバ3により駆動される複数のワード線WLnが各々、行方向に並ぶ複数のスタティック型メモリセル5に対して共通に接続されている。複数の相補対を成すビット線BLn、NBLnが各々、列方向に並ぶ複数のスタティック型メモリセル5に対して共通に接続されている。スタテッィク型メモリセル5のデータは、ビット線BLn、NBLnを介してセンスアンプ6により検出され増幅される。センスアンプ6には、センスアンプ起動タイミングを決定するリード系遅延回路Rdeが接続されている。
The memory cell array 4 in the semiconductor memory device of FIG. 11 is formed by arranging static
コントロール回路1は、これらの回路の動作を制御するように構成されている。DOはセンスアンプ6から出力されるデータのデータ出力端子、TEST1は、制御信号TEST1が入力される外部入力端子である。なお、この従来例において、データを書き込む系のライトアンプとライト系遅延回路は、図示が省略されている。
The
リード系遅延回路Rdeの具体構成例を図12に示す。この回路は、第一の遅延量と第二の遅延量を制御するために、偶数段のインバータからなる遅延バッファ9、及びセレクタ10により構成される。遅延バッファ9の入力端子には、図11に示したコントロール回路1からの駆動信号Nr1が入力される。4段の遅延バッファ9を経由した信号がセレクタ10の入力Yに入力され、8段の遅延バッファ9を経由した信号が、セレクタ10の入力Xに入力される。セレクタ10は、制御信号TEST1に応じて入力Xと入力Yの一方を選択して、駆動信号Nr3として出力する。このように、リード系遅延回路Rdeの遅延量が、制御信号TEST1により制御される。
A specific configuration example of the read delay circuit Rde is shown in FIG. This circuit includes a delay buffer 9 composed of an even number of inverters and a
この半導体記憶装置における読み出し動作について、図13も参照して説明する。読み出し動作は、コントロール部1に、クロック信号CLK、アドレス信号ADD、メモリ制御信号CONを入力することにより開始される。まず、コントロール部1からロウデコーダ部2に入力された信号により、ワードドライバ3が動作を開始し、ワード線WLnが活性化される。
A read operation in this semiconductor memory device will be described with reference to FIG. The read operation is started by inputting the clock signal CLK, the address signal ADD, and the memory control signal CON to the
図13は、ワード線WLnの活性化以降の動作タイミングを示す。横軸は時間の経過、縦軸はビット線BL0の電位(BLOと記す)を示す。図13の(a)は、正常メモリセルをアクセスしている場合のビット線BL0の電位変化のタイミングを示す。図13の(b)は、異常メモリセルをアクセスしている場合のビット線BL0の電位変化のタイミングを示す。これらの動作開始前には、ビット線BL0,NBL0は共に”H(VDD)”にプリチャージされている。 FIG. 13 shows the operation timing after activation of the word line WLn. The horizontal axis represents the passage of time, and the vertical axis represents the potential of the bit line BL0 (denoted as BLO). FIG. 13A shows the potential change timing of the bit line BL0 when a normal memory cell is being accessed. FIG. 13B shows the timing of potential change of the bit line BL0 when an abnormal memory cell is being accessed. Prior to the start of these operations, both of the bit lines BL0 and NBL0 are precharged to “H (VDD)”.
図13において、時間T1は、ワード線WLnが活性化状態になり、メモリセル5のデータがビット線BL0に出力されはじめるタイミングである。また時間T2は、図12のリード系遅延回路Rdeで遅延経路として入力X経路が選択された場合の、センスアンプ6の駆動信号Nr3により、センスアンプ6が活性化するタイミングである。また時間T3は、同遅延経路として入力Y経路が選択された場合のセンスアンプ6が活性化するタイミングである。入力Y経路の方が遅延量が小さいため、
(第二の遅延量=T3−T1)<(第一の遅延量=T2−T1)
となっている。
In FIG. 13, time T1 is the timing at which the word line WLn is activated and the data in the
(Second delay amount = T3-T1) <(first delay amount = T2-T1)
It has become.
図13(a)、(b)ともに、出力されるメモリデータは“L”データの場合を示している。この場合、ビット線BL0=“L”、NBL0=“H”であるため、NBL0側では、時間T1以降の電圧変化はないので、図示を省略する。ビット線BL0のみ時間T1以降、“L”データを出力するため、ビット線電圧が時間とともに低下する。センスアンプ6については、正常な動作をするために必要な最低入力電圧(Va)が定まっており、センスアンプ6の起動時に、ビット線BL0、NBL0間に、この最低入力電圧(Va)以上の電位差が必要である。
13A and 13B show the case where the output memory data is “L” data. In this case, since the bit line BL0 = “L” and NBL0 = “H”, there is no voltage change after the time T1 on the NBL0 side, so illustration is omitted. Since only the bit line BL0 outputs “L” data after the time T1, the bit line voltage decreases with time. For the
図13(a)に示す正常メモリセルの場合、時間の経過とともに、ビット線BL0の電位がプリチャージ電圧VDDから急な傾斜で徐々に低下する。制御信号TEST1によりリード系遅延回路Rdeの遅延経路として入力X経路が選択された場合(時間T2)、ビット線BL0の電位はVDDから電圧Vsa1分だけ低下する。この場合は、Vsa1>Vaを満たすため、センスアンプ6はビット線間の電位差を正常に増幅できる。また、制御信号TEST1によりリード系遅延回路Rdeの遅延経路として入力Y経路が選択された場合(時間T3)、ビット線BL0の電位はVDDから電圧Vsa2分だけ低下する。この場合も、Vsa2>Vaを満たすため、センスアンプ6はビット線BL0,NBL0間の電位差を正常に増幅できる。
In the case of the normal memory cell shown in FIG. 13A, the potential of the bit line BL0 gradually decreases with a steep slope from the precharge voltage VDD as time elapses. When the input X path is selected as the delay path of the read delay circuit Rde by the control signal TEST1 (time T2), the potential of the bit line BL0 decreases from VDD by the voltage Vsa1. In this case, since Vsa1> Va is satisfied, the
一方、図13(b)に示す異常メモリセルの場合は、時間T2でセンスアンプ6への入力電圧はVsa3>Vaであり、センスアンプ6で正常な増幅が可能であるが、時間T3でセンスアンプ6を駆動した場合、Vsa4<Vaとなってしまう。これは、異常メモリセルがビット線BL0の電位を変化させる速度が遅いので、センスアンプ6を駆動する時間T3までにビット線BL0にVa以上の電位の変化を発生させることが出来ないことによる。このため、センスアンプ6は正常な増幅が出来ない。この原理に基づけば、ビット線BL0、NBL0を駆動する能力が低下したメモリセルを、センスアンプ6の駆動時間を早くする事で検出することが可能となる。
On the other hand, in the case of the abnormal memory cell shown in FIG. 13B, the input voltage to the
しかし、上記従来例には、以下のような問題がある。上記従来例における第一の課題について、図14〜16を参照して説明する。 However, the conventional example has the following problems. The first problem in the conventional example will be described with reference to FIGS.
図14は、図11に示したスタテッィク型メモリセル5の具体例であり、6個のトランジスタで構成される(6Tr−SRAMセル)。すなわち、データを記憶する対のインバーター11,12と、記憶したデータをワード線WLnの活性化によってビット線BL0に出力するn型MOSトランジスタTa11と、ビット線NBL0に出力するn型MOSトランジスタTa12で構成される。インバーター11,12はお互いの出力が他方の入力に接続された構成であり、インバーター11は、p型MOSトランジスタTp11とn型MOSトランジスタTn11で構成され、インバーター12は、p型MOSトランジスタTp12とn型MOSトランジスタTn12で構成される。
FIG. 14 is a specific example of the
この6Tr−SRAMセルで従来例のメモリセルアレーを構成した場合、図13の動作では、インバーター11の出力ノードN11が“L”、インバーター12の出力ノードN12が“H”となる。ワード線WLn活性化後、VDDにプリチャージされたビット線BL0の電位を下げるのは、n型MOSトランジスタTa11とn型MOSトランジスタTn11の直列接続素子である。もし、図13の動作と逆にビット線NBL0の電位を下げる場合、インバーター11の出力ノードN11は“H”、インバーター12の出力ノードN12は“L”となり、ワード線WLn活性化後、VDDにプリチャージされたビット線NBL0の電位を下げるのは、n型MOSトランジスタTa12とn型MOSトランジスタTn12の直列接続素子である。
When the memory cell array of the conventional example is constituted by these 6Tr-SRAM cells, the output node N11 of the
このため、上記従来例では、ビット線BL0,NBL0の電位を下げるn型MOSトランジスタTa11、n型MOSトランジスタTn11、n型MOSトランジスタTa12、n型MOSトランジスタTn12に欠陥が生じ、ビット線BL0,NBL0の駆動能力が低下した場合は、異常検出が容易である。 For this reason, in the above conventional example, defects occur in the n-type MOS transistor Ta11, n-type MOS transistor Tn11, n-type MOS transistor Ta12, and n-type MOS transistor Tn12 that lower the potentials of the bit lines BL0 and NBL0, and the bit lines BL0 and NBL0. When the driving ability of the battery is reduced, it is easy to detect an abnormality.
一方、上記従来例では、p型MOSトランジスタTp11もしくはp型MOSトランジスタTp12のいずれか、もしくは両方に生じた欠陥は必ずしも検出できない。以下に、その理由について詳細に説明する。 On the other hand, in the above conventional example, a defect generated in one or both of the p-type MOS transistor Tp11 and the p-type MOS transistor Tp12 cannot always be detected. The reason will be described in detail below.
図15は、図14のスタテッィク型メモリセル5において、p型MOSトランジスタTp12のドレインがオープンとなる欠陥が生じた場合の等価回路である。図15に示す抵抗Rp12は、内部ノードN12と電源VDD間の寄生リーク抵抗である。抵抗Rn12は、内部ノードN12と接地VSS間の寄生リーク抵抗である。抵抗Ra12は、内部ノードN12とビット線NBL0間の寄生リーク抵抗である。容量Cn12は、内部ノードN12の持つ寄生容量である。
FIG. 15 is an equivalent circuit in the case where a defect occurs in which the drain of the p-type MOS transistor Tp12 is open in the
図16に、図15の等価回路でデータを保持する場合の動作を、各部の電位変化のタイミング図により示す。同図において、線WLnはワード線WLnの活性化タイミング、線NBPはプリチャージのタイミング、線BL0,NBL0はビット線BL0,NBL0の電位変化、線N11、N12は内部ノードN11、N12の電位変化を示す。 FIG. 16 shows an operation in the case where data is held in the equivalent circuit of FIG. 15 by a timing chart of potential change of each part. In the figure, the line WLn is the activation timing of the word line WLn, the line NBP is the precharge timing, the lines BL0 and NBL0 are the potential changes of the bit lines BL0 and NBL0, and the lines N11 and N12 are the potential changes of the internal nodes N11 and N12. Indicates.
図16に示すように、時間t0にてワード線WLnが活性化することにより、図15のメモリセルには、ビット線BL0,NBL0を介して、所望のデータが書き込まれる(図15では、内部ノードN11に“L”、内部ノードN12に“H”)。 As shown in FIG. 16, when the word line WLn is activated at time t0, desired data is written into the memory cell of FIG. 15 via the bit lines BL0 and NBL0 (in FIG. “L” for node N11, “H” for internal node N12).
書込み完了後、時間t1にワード線WLnが閉じた以降は、内部ノードN12に書き込まれた“H”データは、p型MOSトランジスタTp12が接続されていないため、寄生容量Cn12で保持される。寄生容量Cn12は、配線や接合が持つ容量であり、一般に数fF(10のマイナス15乗)のオーダーである。ここで、寄生リーク抵抗が、
Rn12 < {(Ra12×Rp12)/(Ra12+Rp12)}
の場合は、寄生容量Cn12の保持電位は急速に低下し、時間t3において、インバーター11が入力“L”を認識するレベル(VN11)を下回った時点で、メモリセルの保持データが反転する。この時刻以降(例えば時間t4)にワード線WLnを活性化しリード動作を開始すれば、正常なデータが読み出せないので、異常を検出可能である。
After the writing is completed, after the word line WLn is closed at time t1, the “H” data written to the internal node N12 is held in the parasitic capacitor Cn12 because the p-type MOS transistor Tp12 is not connected. The parasitic capacitance Cn12 is a capacitance of the wiring or the junction and is generally on the order of several fF (10 to the 15th power). Where parasitic leakage resistance is
Rn12 <{(Ra12 × Rp12) / (Ra12 + Rp12)}
In this case, the holding potential of the parasitic capacitor Cn12 rapidly decreases, and the holding data of the memory cell is inverted when the
しかし、Rn12が{(Ra12×Rp12)/(Ra12+Rp12)}より僅かに小さい場合、寄生容量Cn12の保持電位の低下は緩慢である。そのため、寄生容量Cn12の保持電位がレベル(VN11)を下回る状態に達する時間t3は遅くなり、時間t1から長時間を要する。従って異常を検出するためには、メモリセルにデータを書き込んだ後、ワード線WLnを活性化させるまでに膨大な待ち時間が必要となり、検査コストの上昇につながる。 However, when Rn12 is slightly smaller than {(Ra12 × Rp12) / (Ra12 + Rp12)}, the decrease in the holding potential of the parasitic capacitance Cn12 is slow. For this reason, the time t3 when the holding potential of the parasitic capacitance Cn12 reaches a state below the level (VN11) is delayed, and a long time is required from the time t1. Therefore, in order to detect an abnormality, an enormous waiting time is required after data is written in the memory cell until the word line WLn is activated, leading to an increase in inspection cost.
さらに、
Rn12 ≧ (Ra12×Rp12)/(Ra12+Rp12)
の場合、寄生容量Cn12は非常に小さな容量であるため、内部ノードN12に書き込まれたデータは、容易に保持され、正常なリード動作が行われてしまい、欠陥を検出する事はできない。
further,
Rn12 ≧ (Ra12 × Rp12) / (Ra12 + Rp12)
In this case, since the parasitic capacitance Cn12 is a very small capacitance, the data written in the internal node N12 is easily held, a normal read operation is performed, and a defect cannot be detected.
ところがこれらの欠陥は、使用(動作)時間と共に欠陥程度が変化(経時劣化)することは稀ではない。また、その他のトランジスタ特性や寄生抵抗特性についても、経時変化する。もし、
Rn12 ≧ (Ra12×Rp12)/(Ra12+Rp12)
の状態で正常動作をしていた場合においても、寄生抵抗Rn12が経時的な特性変化により増加した場合、
Rn12 < (Ra12×Rp12)/(Ra12+Rp12)
となると、正常なデータを読み出せなくなる。
However, it is not uncommon for these defects to change (deteriorate over time) with the use (operation) time. Further, other transistor characteristics and parasitic resistance characteristics also change over time. if,
Rn12 ≧ (Ra12 × Rp12) / (Ra12 + Rp12)
Even when the normal operation is performed in the state of, when the parasitic resistance Rn12 increases due to the characteristic change over time,
Rn12 <(Ra12 × Rp12) / (Ra12 + Rp12)
As a result, normal data cannot be read.
次に、上記従来例における第2の課題について、図17〜19を参照して説明する。 Next, the second problem in the conventional example will be described with reference to FIGS.
図17は、図11の半導体記憶装置におけるセンスアンプ6の動作を示すタイミング図であり、線|BLO−NBLO|はビット線BL0,NBL0間の電位差の変化、線Nr3はリード系遅延回路Rdeの出力信号のタイミング、及び線DOはデータ出力端子DOの電位変化を示す。
FIG. 17 is a timing chart showing the operation of the
センスアンプ6には、正常な動作をするために必要な最低入力電圧(Va)が定まっており、活性化時(Nr3=“H”)に、Va以上の入力電位差がある場合、正しい出力が得られる。図17に示す動作の場合、電位差|BLO−NBLO|がVaより大きいので、センスアンプ6から正しい出力が得られる。しかし、入力電圧がVaを下回る場合、センスアンプ6はある定まった出力状態となる。センスアンプ6を構成するトランジスタ、抵抗、容量、近傍から受けるノイズ等の様々な条件により、センスアンプ6はアンバランス(偏り)を有しており、出力は“H”もしくは“L”のいずれかに偏りやすくなる。
The
図18は、ビット線BL0側の駆動能力が低下したメモリセルの場合の動作を示す。この場合、時間t0でワード線WLnが活性化した後、BLOの電位の降下が緩慢である。この様なメモリセルでリード動作をする場合、センスアンプの活性化時(Nr3=“H”)にBLOの電位は十分に低下しておらず、電位差|BLO−NBLO|、すなわち、センスアンプ6への入力電位差がVa以下である。この状態で、センスアンプ6が出力“H”に傾きやすいアンバランスを有している場合、出力は“H”となり、異常の検出が可能である。
FIG. 18 shows an operation in the case of a memory cell in which the driving capability on the bit line BL0 side is lowered. In this case, after the word line WLn is activated at time t0, the potential drop of the BLO is slow. When a read operation is performed with such a memory cell, the potential of BLO is not sufficiently lowered when the sense amplifier is activated (Nr3 = “H”), and the potential difference | BLO−NBLO | The input potential difference to is Va or less. In this state, when the
しかし、図19に示す場合のように、図18と同様にビット線BL0側の駆動能力が低下したメモリセルであって、センスアンプ6が出力“L”に傾き易いアンバランスを有している場合、センスアンプ6への入力電位差がVa以下であるにもかかわらず、出力は“L”となり、正しい出力が擬似的に出力され、異常を検出する事は出来ない。
However, as in the case shown in FIG. 19, it is a memory cell in which the driving capability on the bit line BL0 side is reduced as in FIG. 18, and the
ところが、長時間使用に伴いトランジスタ特性やリーク特性が経時変動した場合、センスアンプ6のアンバランス要素が変化し出力の傾き易さが変化する。その結果、図19に示したように初期状態ではあたかも正常に動作していたメモリセルが、経時使用と共に異常動作を引き起こす。センスアンプ6の入力がVa以下の場合、出力が“H”に偏る確率は約50%であり、従って出力が“L”に偏る確率は約50%である。つまり、50%の確率でしか不良を検出できないことになる。
However, when transistor characteristics and leakage characteristics change over time with long-term use, the unbalance factor of the
本発明は、上記課題を解決するものであり、スタテッィク型メモリセルのリーク特性、あるいはセンスアンプの出力特性のアンバランス傾向の影響を排除して、スタテッィク型メモリセルの欠陥を高効率で確実に検査することが可能な半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and eliminates the influence of the unbalanced tendency of the leak characteristics of the static memory cells or the output characteristics of the sense amplifier, thereby ensuring the defects of the static memory cells with high efficiency. It is an object to provide a semiconductor memory device that can be inspected.
上記課題を解決するために、本発明の半導体記憶装置は、行列状に配置された複数のスタティック型メモリセルと、行方向に並ぶ複数の前記スタティック型メモリセルに共通に接続されたワード線と、列方向に並ぶ複数の前記スタティック型メモリセルに共通に接続され相補対を成すビット線対と、前記相補対を成すビット線対に接続され前記スタティック型メモリセルのデータを外部に出力するセンスアンプと、前記相補対を成すビット線対の一方のビット線を第1プリチャージ電位に設定する第1プリチャージ回路と、前記相補対を成すビット線対の他方のビット線を第1プリチャージ電位に設定する第2プリチャージ回路と、前記相補対を成すビット線対の一方のビット線を第2プリチャージ電位に設定する第3プリチャージ回路と、前記相補対を成すビット線対の他方のビット線を第2プリチャージ電位に設定する第4プリチャージ回路と、前記相補対を成すビット線対の一方のビット線電位を外部に出力する第1検査出力部と、前記相補対を成すビット線対の他方のビット線電位を外部に出力する第2検査出力部とを備え、前記センスアンプからのデータ、あるいは前記第1または第2検査出力部からのビット線電位のいずれかを選択的に出力するように制御可能であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a semiconductor memory device according to the present invention includes a plurality of static memory cells arranged in a matrix, and a word line commonly connected to the plurality of static memory cells arranged in a row direction. A bit line pair commonly connected to a plurality of the static memory cells arranged in a column direction and forming a complementary pair, and a sense connected to the bit line pair forming the complementary pair and outputting the data of the static memory cells to the outside An amplifier, a first precharge circuit for setting one bit line of the bit line pair forming the complementary pair to a first precharge potential, and a first precharge for the other bit line of the bit line pair forming the complementary pair A second precharge circuit for setting the potential; a third precharge circuit for setting one bit line of the bit line pair forming the complementary pair to a second precharge potential; A fourth precharge circuit for setting the other bit line of the bit line pair forming the complementary pair to a second precharge potential, and a first precharging circuit for outputting one bit line potential of the bit line pair forming the complementary pair to the outside. A test output unit; and a second test output unit that outputs the other bit line potential of the bit line pair forming the complementary pair to the outside, and the data from the sense amplifier or the first or second test output unit Can be controlled to selectively output any one of the bit line potentials.
上記構成によれば、プリチャージ回路により相補ビット線対の一方のビット線電位と他方のビット線電位を個別に設定し、検査出力部により個々のビット線電位を外部に出力することにより、センスアンプを活性化しないで、メモリセルの欠陥を検査することが可能である。これにより、スタテッィク型メモリセルのリーク特性、あるいはセンスアンプの出力特性のアンバランス傾向の影響を排除して、スタテッィク型メモリセルに生じた欠陥を高効率で確実に検出することが可能となる。 According to the above configuration, one bit line potential and the other bit line potential of the complementary bit line pair are individually set by the precharge circuit, and the individual bit line potentials are output to the outside by the inspection output unit. It is possible to inspect the memory cell for defects without activating the amplifier. This eliminates the influence of the unbalanced tendency of the leak characteristics of the static memory cell or the output characteristics of the sense amplifier, and can detect defects generated in the static memory cell with high efficiency and reliability.
本発明の半導体記憶装置は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The semiconductor memory device of the present invention can take the following modes based on the above configuration.
すなわち、前記第1〜第4プリチャージ回路の駆動、及び前記第1及び第2検査出力部の駆動の選択の組合せにより、前記スタティック型メモリセルに含まれるMOSトランジスタの欠陥を選択的に検査するように構成することができる。 That is, a defect of a MOS transistor included in the static memory cell is selectively inspected by a combination of driving of the first to fourth precharge circuits and selection of driving of the first and second inspection output units. It can be constituted as follows.
また、前記第1プリチャージ電位は電源電位であり、前記第2プリチャージ電位は接地電位である構成とすることができる。 The first precharge potential may be a power supply potential, and the second precharge potential may be a ground potential.
また、前記第1プリチャージ回路と前記第2プリチャージ回路はp型MOSトランジスタで構成され、前記第3プリチャージ回路と前記第4プリチャージ回路はn型MOSトランジスタで構成されることができる。 In addition, the first precharge circuit and the second precharge circuit may be configured by p-type MOS transistors, and the third precharge circuit and the fourth precharge circuit may be configured by n-type MOS transistors.
(実施の形態)
本発明の一実施の形態について、図1、図2を参照して説明する。図1は、本実施の形態における半導体記憶装置の構成を示す回路図である。図2は、図1の半導体記憶装置の正常なリード動作を示すタイミング図である。なお、図11に示した従来例の半導体記憶装置と実質的に同一の要素については、同一の参照符号を付して説明の繰り返しを一部省略する。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to the present embodiment. FIG. 2 is a timing chart showing a normal read operation of the semiconductor memory device of FIG. Note that elements substantially the same as those of the conventional semiconductor memory device shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is partially omitted.
図1の半導体記憶装置におけるメモリセルアレー4は、スタテッィク型メモリセル5をマトリックス状に配置して構成されている。複数のワード線WL0,WL1、・・・WLnが各々、行方向に並ぶ複数のスタティック型メモリセル5に対して共通に接続されている。複数の相補対を成すビット線BLn、NBLn(図1ではBL0、NBL0)が各々、列方向に並ぶ複数のスタティック型メモリセル5に対して共通に接続されている。スタテッィク型メモリセル5のデータは、ビット線BLn、NBLnを介してセンスアンプ6により検出され増幅される。
The memory cell array 4 in the semiconductor memory device of FIG. 1 is configured by arranging
相補対を成すビット線対の一方のビット線BL0には、ビット線プリチャージ回路7に含まれる第1プリチャージ回路7a、及び第3プリチャージ回路7cが接続されている。相補対を成すビット線対の他方のビット線NBL0には、第2プリチャージ回路7b、及び第4プリチャージ回路7dが接続されている。第1及び第2プリチャージ回路7a、7bはp型MOSトランジスタからなり、ビット線BL0及びビット線NBL0を各々、第1プリチャージ電位に設定する。第3及び第4プリチャージ回路7c、7dはn型MOSトランジスタからなり、ビット線BL0及びビット線NBL0を各々、第2プリチャージ電位に設定する。本実施の形態においては、第1プリチャージ電位は電源電位(VDD)、第2プリチャージ電位は設置電位(VSS)である。
The first
ビット線アンプ回路8を構成するアンプ8aは、相補対を成すビット線対の一方のビット線BL0に接続され、その電位をデータ出力端子DOを介して外部に出力する。アンプ8bは、相補対を成すビット線対の他方のビット線NBL0に接続され、その電位をデータ出力端子DOを介して外部に出力する。アンプ8a、8bは各々、欠陥検出のための検査出力部として機能する。
The
次に、図2を参照して、図1に示す半導体記憶装置の正常なリード動作を説明する。図1中のスタテッィク型メモリセル5は、図14の従来例におけるメモリセル5と同様の構成であり、動作の説明では図14も参照する。
Next, a normal read operation of the semiconductor memory device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The
図2において、DBLは第1プリチャージ回路7aのゲート信号、DNBLは第2プリチャージ回路7bのゲート信号、SBLは第3プリチャージ回路7cのゲート信号、SNBLは第4プリチャージ回路7dのゲート信号である。ABLはBL0側アンプ8aの活性化信号、ANBLはNBL0側アンプ8bの活性化信号である。このリード動作の期間中は、ゲート信号SBL、ゲート信号SNBLは共に“L”に維持され、第2プリチャージ電位は供給されない。
In FIG. 2, DBL is a gate signal of the first
図2は、スタテッィク型メモリセル5に論理“0”(内部ノードN11が“L”、内部ノードN12が“H”)が書き込まれた状態におけるリード動作を示す。図2において、時間t0〜t1の間は、全ワード線は“L”、第1プリチャージ回路7aのゲート信号DBL、第2プリチャージ回路7bのゲート信号DNBLが共に“L”であるため、ビット線BL0,NBL0は共に“H”にプリチャージされている。
FIG. 2 shows a read operation in a state where logic “0” (internal node N11 is “L” and internal node N12 is “H”) is written in
次に時間t1において、第1プリチャージ回路7aのゲート信号DBL、第2プリチャージ回路7bのゲート信号DNBLが共に“H”になるため、ビット線BL0、NBL0のプリチャージは終了する。
Next, at time t1, since the gate signal DBL of the first
次に時間t2において、ワード線WLnが“H”となり、スタテッィク型メモリセル5内のn型MOSトランジスタTa11,Ta12がオン状態となるので、内部ノードN11とビット線BL0、内部ノードN12とビット線NBL0が導通状態なる。この時、内部ノードN12とビット線NBL0は共に“H”であるため、ビット線NBL0に電位変動は現れない。一方、内部ノードN11は“L”、ビット線BL0は“H”であるため、ビット線BL0は、スタテッィク型メモリセル5内のTa11→Tn11を介して電荷が引き抜かれ、徐々に電位が低下していく。
Next, at time t2, the word line WLn becomes “H” and the n-type MOS transistors Ta11 and Ta12 in the
次に、時間t3にてセンスアンプ駆動信号Nr3が活性状態(“H”)となるため、ビット線BL0の電位は一気に“L”レベルに引き抜かれ、データ出力端子DOから“L”(論理“0”)が出力される。この時、ビット線NBL0の電位に変動はない。 Next, since the sense amplifier drive signal Nr3 becomes active ("H") at time t3, the potential of the bit line BL0 is pulled to "L" level all at once and "L" (logic "" from the data output terminal DO). 0 ") is output. At this time, the potential of the bit line NBL0 does not change.
同様に、スタテッィク型メモリセル5に論理“1”(内部ノードN11が“H”、内部ノードN12が“L”)が書き込まれた状態におけるリード動作は次のとおりである。すなわち、ワード線WLnが“H”になるとビット線NBL0の電位が低下し、出力端子DOからは“H”が出力される。この様にして、スタテッィク型メモリセル5に予め書き込まれたデータが、読み出される。
Similarly, the read operation in a state where logic “1” (internal node N11 is “H” and internal node N12 is “L”) is written in
次に、図3〜6を参照して、図1のスタテッィク型メモリセル5における欠陥検出の動作について説明する。図3〜6はスタテッィク型メモリセル5に欠陥が無い場合の動作を示すタイミング図である。
Next, the defect detection operation in the
図3は、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTp12(図14参照)の欠陥の有無を検査するモードでの動作タイミング図を示す。この検査モードでは、センスアンプ6は使用しないため、予めセンスアンプ活性化信号Nr3は“L”から動かないように設定される。また、NBL0側を駆動するTp12を検査するため、NBL0側アンプ8bの活性化信号ANBLを“H”に設定し、BL0側アンプ8aの活性化信号ABLを“L”に設定する。またこの検査モードの期間中は、第1プリチャージ回路7aのゲート信号DBL、第2プリチャージ回路7bのゲート信号DNBLは共に“H”に維持される。
FIG. 3 shows an operation timing chart in a mode for inspecting whether or not the transistor Tp12 (see FIG. 14) of the
時間t0では、第3プリチャージ回路7cのゲート信号SBL、第4プリチャージ回路7dのゲート信号SNBLが共に“H”になるため、ビット線BL0,NBL0は共に“L”になる。
At time t0, since the gate signal SBL of the third
時間t1では、第4プリチャージ回路7dのゲート信号SNBLが“L”になるため、ビット線NBL0は高インピーダンス状態(電位は“L”を維持)となる。
At time t1, since the gate signal SNBL of the fourth
時間t2では、ワード線WLnが“H”となり、スタテッィク型メモリセル5内のn型MOSトランジスタTa11,Ta12がオン状態となり、内部ノードN11とビット線BL0、内部ノードN12とビット線NBL0が導通状態なる。この時、ビット線BL0は“L”に固定されているため、内部ノードN11は“L”となり、トランジスタTp12がオン状態となる。それにより、内部ノードN12が“H”になり、トランジスタTa12を介してビット線NBL0の電位は徐々に“H”に上昇する。この時、センスアンプ6とアンプ8aは非活性状態にあり、アンプ8bが活性状態にあるため、出力端子DOからは、ビット線NBL0の状態が出力され“H”となる。
At time t2, the word line WLn becomes “H”, the n-type MOS transistors Ta11 and Ta12 in the
図4は、図3と同様な動作で、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTp11の欠陥の有無を検査するモードでの動作タイミング図を示す。図3の動作に対し、N11とN12、SBLとSNBL、ABLとANBL、BL0とNBL0の動作が互いに入れ替わるだけであるので、詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is an operation timing chart in a mode in which the presence or absence of a defect in the transistor Tp11 of the
図5は、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTn12の欠陥の有無を検査するモードでの動作タイミング図を示す。この検査モードでは、センスアンプ6、アンプ8a、アンプ8bの制御は、図3と同様である。またこの検査モードの期間中は、第3プリチャージ回路7cのゲート信号SBL、第4プリチャージ回路7dのゲート信号SNBLは共に“L”に維持される。
FIG. 5 shows an operation timing chart in a mode for inspecting whether or not the transistor Tn12 of the
時間t0では、第1プリチャージ回路7aのゲート信号DBL、第2プリチャージ回路7bのゲート信号DNBLが共に“L”になるため、ビット線BL0,NBL0は共に“H”になる。
At time t0, since the gate signal DBL of the first
時間t1では、第2プリチャージ回路7bのゲート信号DNBLが“H”になるため、ビット線NBL0は高インピーダンス状態(電位は“H”を維持)となる。
At time t1, since the gate signal DNBL of the second
時間t2では、ワード線WLnが”H”となり、スタテッィク型メモリセル5内のn型MOSトランジスタTa11,Ta12がオン状態となり、内部ノードN11とビット線BL0、内部ノードN12とビット線NBL0が導通状態なる。この時、ビット線BL0は“H”に固定されているため、内部ノードN11は“H”となり、トランジスタTn12がオン状態となる。それにより、内部ノードN12が“L”になり、トランジスタTa12を介してビット線NBL0の電位は徐々に“L”に低下する。この時、センスアンプ6とアンプ8aは非活性状態にあり、アンプ8bが活性状態にあるため、出力端子DOからは、ビット線NBL0の状態が出力され“L”となる。
At time t2, the word line WLn becomes “H”, the n-type MOS transistors Ta11 and Ta12 in the
図6は、図5と同様な動作で、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTn11の欠陥の有無を検査するモードでの動作タイミング図を示す。図5の動作に対し、N11とN12、SBLとSNBL、ABLとANBL、BL0とNBL0の動作が互いに入れ替わるだけであるので、詳細な説明は省略する。
FIG. 6 shows an operation timing chart in a mode in which the presence or absence of a defect in the transistor Tn11 of the
次に、スタテッィク型メモリセル内に欠陥が発生した場合の動作について、図7〜10を参照して説明する。 Next, the operation when a defect occurs in the static memory cell will be described with reference to FIGS.
図7は図3に対応し、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTp12に、図15と同様な欠陥が発生し、オープン状態となった場合の動作タイミング図である。内部ノードN12は、トランジスタTp12が接続されていないため、時間t0で“H”になることは無く“L”のままである。時間t0、t1における、それ以外の動作は、図3の場合と同様である。
FIG. 7 corresponds to FIG. 3 and is an operation timing chart when the transistor Tp12 of the
時間t2では、ワード線WLnが活性化され、第3プリチャージ回路7cがオン状態(SBLが“H”)であるため、ビット線BL0は接地電位に固定され、スタテッィク型メモリセル5の内部ノードN11は“L”となる。しかし、トランジスタTp12がオープンであるため、内部ノードN12の電位は上昇せず“L”のままであり、ビット線NBL0の電位も“L”から変化しない。このため、アンプ8bを経由した出力端子DOからの出力も“L”のままであり、これにより異常を検出できる。
At time t2, the word line WLn is activated and the third
図8は、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTp11に欠陥が発生し、オープン状態となった場合の動作タイミング図である。図7の動作に対し、N11とN12、SBLとSNBL、ABLとANBL、BL0とNBL0の動作が互いに入れ替わるだけであるので、詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is an operation timing chart in a case where a defect occurs in the transistor Tp11 of the
図9は図5に対応し、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTn12に欠陥が発生し、オープン状態となった場合の動作タイミング図である。内部ノードN12は、トランジスタTn12が接続されていないため、時間t0で“L”になることは無く“H”のままである。時間t0、t1における、それ以外の動作は、図5の場合と同様である。
FIG. 9 corresponds to FIG. 5 and is an operation timing chart in the case where a defect occurs in the transistor Tn12 of the
時間t2では、ワード線WLnが活性化され、ビット線BL0は第1プリチャージ回路7aがオン状態(SBLが“L”)であるため、電源電位に固定され、スタテッィク型メモリセル5の内部ノードN11は“H”となる。しかし、トランジスタTn12がオープンであるため、内部ノードN12の電位は低下せず“H”のままであり、ビット線NBL0の電位も“H”から変化しない。このため、アンプ8bを経由した出力端子DOからの出力も“H”のままであり、これにより異常を検出できる。
At time t2, the word line WLn is activated, and the bit line BL0 is fixed at the power supply potential because the first
図10は、スタテッィク型メモリセル5のトランジスタTn11に欠陥が発生し、オープン状態となった場合の動作タイミング図である。図9の動作に対し、N11とN12、SBLとSNBL、ABLとANBL、BL0とNBL0の動作が互いに入れ替わるだけであるので、詳細な説明は省略する。
FIG. 10 is an operation timing chart in the case where a defect occurs in the transistor Tn11 of the
以上のとおり、本実施の形態の半導体記憶装置は、第1〜第4プリチャージ回路7a〜7cの駆動、及びアンプ(検査出力部)8a、8bの駆動の選択を組合せることにより、スタティック型メモリセル5に含まれるMOSトランジスタTp11、Tn11、Tp12、Tn12の欠陥を選択的に検査するように制御することが可能である。
As described above, the semiconductor memory device of the present embodiment combines the selection of driving of the first to fourth
本発明の半導体記憶装置の構成は、スタテッィク型メモリセルのリーク特性、あるいはセンスアンプの出力特性のアンバランス傾向の影響を排除して、スタテッィク型メモリセルの欠陥を高効率で確実に検査することが可能であり、欠陥検出のための検査のコストを低減して、製造コストを低減するために有用である。 The configuration of the semiconductor memory device according to the present invention eliminates the influence of the leak characteristic of the static memory cell or the imbalance tendency of the output characteristic of the sense amplifier, and reliably and efficiently inspects the defect of the static memory cell. It is possible to reduce the cost of inspection for defect detection and to reduce the manufacturing cost.
1 コントロール回路
2 ロウデコーダ部
3 ワードドライバ
4 メモリセルアレー
5 スタテッィク型メモリセル
6 センスアンプ
7 ビット線プリチャージ回路
7a 第1プリチャージ回路
7b 第2プリチャージ回路
7c 第3プリチャージ回路
7d 第4プリチャージ回路
8 ビット線アンプ回路
8a,8b アンプ
9 遅延バッファ
10 セレクタ
11,12 インバータ
BL0,NBL0、BL1,NBL1 ビット線
Cn12 寄生容量
DO データ出力端子
Rde リード系遅延回路
Rp12,Ra12,Rn12 リーク抵抗
Tp11,Tp12 p型MOSトランジスタ
Ta11,Ta12,Tn11,Tn12 n型MOSトランジスタ
WL0,WL1,WLn ワード線
1
Claims (4)
行方向に並ぶ複数の前記スタティック型メモリセルに共通に接続されたワード線と、
列方向に並ぶ複数の前記スタティック型メモリセルに共通に接続され相補対を成すビット線対と、
前記相補対を成すビット線対に接続され前記スタティック型メモリセルのデータを外部に出力するセンスアンプと、
前記相補対を成すビット線対の一方のビット線を第1プリチャージ電位に設定する第1プリチャージ回路と、
前記相補対を成すビット線対の他方のビット線を第1プリチャージ電位に設定する第2プリチャージ回路と、
前記相補対を成すビット線対の一方のビット線を第2プリチャージ電位に設定する第3プリチャージ回路と、
前記相補対を成すビット線対の他方のビット線を第2プリチャージ電位に設定する第4プリチャージ回路と、
前記相補対を成すビット線対の一方のビット線電位を外部に出力する第1検査出力部と、
前記相補対を成すビット線対の他方のビット線電位を外部に出力する第2検査出力部とを備え、
前記センスアンプからのデータ、あるいは前記第1または第2検査出力部からのビット線電位のいずれかを選択的に出力するように制御可能であることを特徴とする半導体記憶装置。 A plurality of static memory cells arranged in a matrix;
A word line commonly connected to the plurality of static memory cells arranged in a row direction;
A bit line pair commonly connected to a plurality of the static memory cells arranged in a column direction to form a complementary pair;
A sense amplifier connected to the complementary bit line pair and outputting the data of the static memory cell to the outside;
A first precharge circuit for setting one bit line of the pair of complementary bit lines to a first precharge potential;
A second precharge circuit for setting the other bit line of the bit line pair forming the complementary pair to a first precharge potential;
A third precharge circuit that sets one bit line of the pair of complementary bit lines to a second precharge potential;
A fourth precharge circuit that sets the other bit line of the pair of complementary bit lines to a second precharge potential;
A first test output unit for outputting one bit line potential of the pair of bit lines forming the complementary pair to the outside;
A second test output unit for outputting the other bit line potential of the pair of bit lines forming the complementary pair to the outside;
A semiconductor memory device characterized in that it can be controlled to selectively output either data from the sense amplifier or a bit line potential from the first or second test output unit.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016085775A (en) * | 2014-10-27 | 2016-05-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
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- 2010-08-05 JP JP2010176447A patent/JP2012038378A/en not_active Withdrawn
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