JP2015097131A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部から供給される電源電圧を用いて生成する内部電源電圧について目標値とのずれを調整可能にした半導体装置を提供する。
【解決手段】内部電源電圧を目標値に設定するための仮目標値を保持するヒューズ素子群と、仮目標値を補正するための補正値を保持するアンチヒューズ素子群と、ヒューズ素子群が保持する仮目標値に対してアンチヒューズ素子群が保持する補正値を加算しまたは減算し、演算結果を出力する演算回路と、演算結果に基づいて、外部から供給される電源電圧を用いて内部電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、電源電圧生成回路を有する半導体装置に関する。
バーンイン試験は、市場での対象物の初期不良を事前に低減させる試験であり、スクリーニング試験のなかでも初期不良検出に有効な試験である。
バーンイン試験では、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置を、通常の動作条件ではなく、高温・高電源電圧のストレス条件の下で長時間動作させる。半導体装置がストレス条件下で長時間動作することで、半導体装置に初期不良が生じることが、加速される。つまり、市場において初期不良を起こす潜在的可能性を有する半導体装置がスクリーニングされ、そのような半導体装置が市場に出荷されることを防止できる。その結果、市場におけるDRAMなどの半導体装置の信頼性が保証される(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−340598号公報
ここで、半導体装置は、外部から供給される電源電圧を半導体装置内部で昇圧し、高電圧の内部電源電圧を生成して内部回路に印加している。この内部電源電圧が目標値とずれてしまうことがあった。
本発明の半導体装置は、
内部電源電圧を目標値に設定するための仮目標値を保持する複数のヒューズ素子を含むヒューズ素子群と、
前記仮目標値を補正するための補正値を保持する複数のアンチヒューズ素子を含むアンチヒューズ素子群と、
前記ヒューズ素子群が保持する仮目標値に対して前記アンチヒューズ素子群が保持する補正値を加算しまたは減算し、演算結果を出力する演算回路と、
前記演算結果に基づいて、外部から供給される電源電圧を用いて前記内部電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、
を有する。
本発明によれば、半導体装置内で生成された内部電源電圧が目標値とずれていると、そのずれがアンチヒューズ素子群に保持される値によって調整されるため、適正な内部電源電圧が内部回路に印加される。
本発明の一実施形態の半導体装置の構成例を示すブロック図である。 第1の実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。 図2に示した電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。 図2に示した加算回路の一構成例を示す論理構成図である。 図4に示した全加算器の一構成例を示す論理構成図である。 図2に示した減算回路の一構成例を示す論理構成図である。 図2に示した可変基準電圧生成回路の一構成例を示す回路図である。 第2の実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。 第3の実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。
本発明の一実施形態の半導体装置は、外部から供給される電源電圧を昇圧し、昇圧された電圧を内部回路に供給する内部電源電圧生成回路を有する。以下の実施形態では、内部電源電圧生成回路がバーンイン試験などのストレス試験で用いられるストレス用内部電源電圧を生成する回路の場合で説明する。このストレス用内部電源電圧を生成する回路を「ストレス用電源電圧生成回路」と称する。
(第1の実施形態)
本発明の一実施形態の半導体装置の構成を説明する。図1は本発明の一実施形態の半導体装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、半導体装置100がRAM(Random Access Memory)の場合で説明する。
半導体装置100は、外部端子として、クロック端子群101と、コマンド端子群102と、アドレス端子群103と、データ入出力端子群104と、電源端子群105と、を含む。
クロック端子群101は、外部クロック信号CKと、外部クロック信号CKの反転信号である外部クロック信号/CKを受け付ける端子群である。本実施形態においては、信号の符号の先頭に「/」が付されている信号は、基準となる信号の反転信号またはローアクティブな信号であることを意味する。外部クロック信号CKと外部クロック信号/CKとは互いに相補の信号である。
アドレス端子群103は、外部から入力されるアドレス信号を受け付ける端子群である。コマンド端子群102は、外部から入力されるコマンド信号を受け付ける端子群である。コマンド信号は、例えば、ロウアドレスストローブ信号/RAS、カラムアドレスストローブ信号/CAS、および、リセット信号/RESETなどである。
データ入出力端子群104は、リードデータの出力と、ライトデータの入力を行う端子群である。データ入出力端子群104は、入出力回路118に接続されている。以下では、データ入出力端子群104の各端子をDQ端子と称する。
電源端子群105は、外部から供給される電源電圧を受け付ける端子群である。本実施形態では、電源端子群105は、高電位側の電源電圧VDDを受け付ける端子と、低電位側の電源電圧VSSを受け付ける端子とを有する。
また、半導体装置100は、クロック入力回路106と、位相調整回路107と、コマンド入力回路108と、コマンドデコード回路109と、リフレッシュ制御回路110と、アドレス入力回路111と、アドレスラッチ回路112と、モードレジスタ113と、メモリセルアレイ114と、ロウデコーダ115と、カラムデコーダ116と、FIFO(First-In First-Out)回路117と、入出力回路118と、内部電源発生回路119と、ストレス用電源電圧生成回路120と、を含む。
クロック入力回路106は、クロック端子群101から外部クロック信号CK、/CKを受信する。クロック入力回路106は、外部クロック信号CK、/CKを用いて、外部クロック信号CK、/CKに同期した内部クロック信号ICLKを生成する。クロック入力回路106は、内部クロック信号ICLKを位相調整回路107に出力する。
位相調整回路107は、例えば、DLL(Delay-Locked Loop)回路である。位相調整回路107は、内部クロック信号ICLKの位相を調整することによって、入出力用クロック信号LCLKを生成する。位相調整回路107は、内部クロック信号ICLKと入出力用クロック信号LCLKとの位相差を所定値に設定する位相調整動作を実行する。内部クロック信号ICLKは位相調整対象信号の一例であり、入出力用クロック信号LCLKは出力信号の一例である。位相調整回路107にて生成された入出力用クロック信号LCLKは、FIFO回路117および入出力回路118に供給される。
コマンド入力回路108は、コマンド端子群102からコマンド信号を受け付け、コマンド信号をコマンドデコード回路109に出力する。
コマンドデコード回路109は、コマンド入力回路108からコマンド信号を受け付ける。コマンドデコード回路109は、コマンド信号の保持、コマンド信号のデコード、および、コマンド信号のカウントなどを行うことで、内部コマンド信号を生成する。コマンドデコード回路109は、内部コマンド信号として、例えば、リフレッシュコマンド、書込みコマンド、読出しコマンド、およびバーンインテストコマンドを生成する。
また、コマンドデコード回路109は、コマンド入力回路108からバーンインテストコマンドを受信すると、ストレス用電源電圧の準備をストレス用電源電圧生成回路120に指示する。具体的には、コマンドデコード回路109は、目標値信号と選択信号をストレス用電源電圧生成回路120に出力する。以下では、目標値信号をTap_expと表記し、選択信号をTap_selと表記する。Tap_expは予め決められた一定値であるが、Tap_selは可変値である。コマンドデコード回路109は、出力するTap_selを予め決められた範囲の最小値から最大値まで所定の時間間隔で段階的に大きくする。
本実施形態では、Tap_selは4ビットの信号であるとする。Tap_selの値の範囲は2進数で「0000」から「1111」とする。この場合、コマンドデコード回路109は、外部クロック信号CKを受信する度に、Tap_selを2進数で「0000」から「1111」までステップアップさせる。なお、ステップアップのタイミングは、外部クロック信号CKに限定されない。
リフレッシュ制御回路110は、コマンドデコード回路109からリフレッシュコマンドを受信すると、ロウデコーダ115にリフレッシュ信号を供給する。
アドレス入力回路111は、アドレス端子群103が受信するアドレス信号をアドレスラッチ回路112に出力する。
アドレスラッチ回路112は、アドレス入力回路111からアドレス信号を受け付ける。アドレスラッチ回路112は、モードレジスタ113をセットする場合には、アドレス信号を、モードレジスタ113に出力する。また、アドレスラッチ回路112は、アドレス信号のうちロウアドレスをロウデコーダ115に出力し、アドレス信号のうちカラムアドレスをカラムデコーダ116に出力する。
モードレジスタ113は、半導体装置100の動作パラメータ(例えば、バースト長またはCASレイテンシ)が設定されるレジスタである。モードレジスタ113は、コマンドデコード回路109から内部コマンド信号を受け取り、アドレスラッチ回路112からアドレス信号を受け取る。モードレジスタ113は、内部コマンド信号とアドレス信号とに基づいて特定される動作パラメータを設定する。
メモリセルアレイ114は、複数のワード線WLと、複数のビット線BLと、複数のメモリセルMCと、を含む。メモリセルアレイ114内で、複数のワード線WLと複数のビット線BLが交差し、その交点にメモリセルMCが配置されている。1本のワード線WLと1本のビット線BLが選択されると、1つのメモリセルMCが特定される。各ビット線BLは、そのビット線BLに対応するセンスアンプ(不図示)と接続されている。なお、図1では、説明を簡単にするために、ワード線WLとビット線BLのそれぞれを1本だけ表示し、メモリセルMCを1個だけ表示している。
ロウデコーダ115はアドレスラッチ回路112からロウアドレスを受信する。ロウデコーダ115は、コマンドデコード回路109から書込みコマンドまたは読出しコマンドを受信する。ロウデコーダ115は、リフレッシュ制御回路110からリフレッシュ信号を受信する。ロウデコーダ115は、書込みコマンドまたは読出しコマンドを受信すると、メモリセルアレイ114内の複数のワード線WLの中から、ロウアドレスに対応するワード線WLを選択する。また、ロウデコーダ115は、リフレッシュ信号を受信すると、複数のワード線WLの中から、ロウアドレスに対応するワード線WLを選択し、選択されたワード線WLに対応するメモリセルMCをリフレッシュする。
カラムデコーダ116はアドレスラッチ回路112からのカラムアドレスを受信する。カラムデコーダ116は、コマンドデコード回路109から書込みコマンドまたは読出しコマンドを受信する。カラムデコーダ116は、書込みコマンドまたは読出しコマンドを受信すると、複数のセンスアンプの中から、カラムアドレスに対応したセンスアンプを選択する。
読出し動作時(読出しコマンド発生時)の動作を簡単に説明する。ワード線WLによって選択される複数のメモリセルMCのデータのそれぞれは、複数のセンスアンプのそれぞれによって増幅される。増幅された複数のデータのうち、カラムデコーダ116にて選択された複数のセンスアンプに対応する複数のデータが、FIFO回路117および入出力回路118を介してデータ入出力端子群104から外部に出力される。
続いて、書込み動作時(書込みコマンド発生時)の動作を簡単に説明する。データ入出力端子群104に外部から複数のデータが入力される。これら複数のデータは、入出力回路118およびFIFO回路117を介してメモリセルアレイ114に導かれる。これら複数のデータは、カラムデコーダ116によって選択される複数のセンスアンプのそれぞれを介して、複数のセンスアンプに対応する複数のメモリセルMCのそれぞれに書き込まれる。
FIFO回路117は、位相調整回路107から入出力用クロック信号LCLKを受け付ける。FIFO回路117は、入出力用クロック信号LCLKに同期して、メモリセルアレイ114と入出力回路118との間で、リードデータとライトデータのやり取りを行う。特に、FIFO回路117は、読出し動作時にはパラレルに読み出された複数のデータをシリアルに変換し、書込み動作時にはその逆を実行する。
入出力回路118は、位相調整回路107から入出力用クロック信号LCLKを受け付ける。入出力回路118は、リード動作時において、入出力用クロック信号LCLKに同期してリードデータをデータ入出力端子群104に出力する。
内部電源発生回路119は、電源端子群105から電圧VDDおよび電圧VSSを受け付け、電圧VPP、電圧VPERI、電圧VPERD等の内部電源電圧を発生する。
ストレス用電源電圧生成回路120は、コマンドデコード回路109およびメモリセルアレイ114と接続されている。ストレス用電源電圧生成回路120は、コマンドデコード回路109から目標値信号および選択信号が入力されると、ストレス用電源電圧を生成する。以下では、ストレス用電源電圧をVPP_TESTと表記する。
ストレス用電源電圧生成回路120は、VPP_TESTが目標値とずれていると、VPP_TESTが目標値と一致するように調整する。そして、ストレス用電源電圧生成回路120は、調整後のVPP_TESTをメモリセルアレイ114に出力する。また、ストレス用電源電圧生成回路120は、VPP_TESTをモニタするための信号をデータ入出力端子群104のうちの1つのDQ端子に出力する。
次に、図1に示したストレス用電源電圧生成回路の構成について詳しく説明する。図2は本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。
ストレス用電源電圧生成回路120は、ヒューズ素子群208と、アンチヒューズ(AF)素子群206と、AF素子書込回路207と、減算回路204と、加算回路205と、第1および第2デコーダ211、212と、第1〜第3ラッチ回路201〜203と、可変基準電圧生成回路209と、電源電圧生成回路210と、分圧回路213と、可変分圧回路214と、コンパレータ215とを有する。以下に、各構成を詳しく説明する。
はじめに、ヒューズ素子群208とAF素子群206の構成を説明する。
ヒューズ素子群208は、VPP_TESTを目標値に設定するための仮目標値を保持する複数のヒューズ素子を有する。ヒューズ素子群208の各ヒューズ素子は、2つの端子のうち、一方の端子は接地されており、他方の端子は出力端子として機能する。ヒューズ素子は、切断されていない状態では、出力端子の電位が接地電位になるが、切断された状態では、出力端子の電位が図示しないプルアップ回路によって電源電位になる。ヒューズ素子が切断されているか否かによって出力端子の電位が異なることを利用して、各ヒューズ素子は、例えば、2進数による「0」または「1」の情報を保持する。
半導体装置100のウエハプロセスの後、レーザートリミング工程で各ヒューズ素子を切断するか否かによって、VPP_TESTの仮目標値をヒューズ素子群208に記憶させる。製造工程のばらつきにより、半導体装置100に形成される各種素子の特性は、半導体装置間でばらつくことがある。そのため、半導体装置間で実際のストレス用電源電圧が同じになるように、ヒューズ素子群208に設定される仮目標値の情報が半導体装置100毎に異なってもよい。
本実施形態では、ヒューズ素子群208は4つのヒューズ素子を有し、4ビットの情報を保持する。以下では、これら4ビットの情報をトリミング情報と称し、Trim_Fuseと表記する。図2では、4ビットを[0−3]で表している。Trim_Fuseは、VPP_TESTの0[V]を2進数で表した「0000」から、VPP_TESTの16[V]を2進数で表した「1111」までの、16種類の値をとり得る。Trim_Fuseは、ヒューズ素子読出回路(不図示)によって加算回路205に読み出される。
AF素子群206は、VPP_TESTが実際の目標値からずれた場合に、Trim_Fuseを補正するための補正値を保持する複数のAF素子を有する。AF素子群206の各AF素子は、2つの端子のうち、一方の端子は接地されており、他方の端子は出力端子として機能する。
AF素子は、電圧が印加されると、2つの端子がショートして出力端子の電位が接地電位になる。その反対に、AF素子は、電圧が印加されないと、2つの端子が切り離された状態を維持し、出力端子の電位は図示しないプルアップ回路によって電源電位のままである。AF素子に電圧が印加されているか否かによって出力端子の電位が異なることを利用して、各AF素子は、例えば、「0」または「1」の情報を保持する。ここでは、AF素子に電圧が印加されると、2つの端子がショートするが、2つの端子の接続が切り離されてもよい。つまり、AF素子は、電圧を印加されると、保持している情報を反転させる。
本実施形態では、AF素子群206は4つのAF素子を有し、ヒューズ素子群208と同様に、4ビットの情報を保持する。以下では、これら4ビットの情報をトリミング情報と称し、Trim_AFと表記する。Trim_AFも、2進数で「0000」から「1111」までの16種類の値をとり得る。Trim_AFは、AF素子読出回路(不図示)によって加算回路205に読み出される。初期状態では、Trim_AFは2進数で「0000」に設定されている。
続いて、図2に示す各回路の構成を説明する。
第2ラッチ回路202は、コマンドデコード回路109から入力されるTap_expをラッチし、減算回路204に出力する。
減算回路204は、コマンドデコード回路109からTap_selを入力され、第2ラッチ回路202からTap_expを入力される。減算回路204は、Tap_selの値がステップアップする度に、Tap_expからTap_selを減算し、演算結果を第3ラッチ回路203に出力する。
第3ラッチ回路203は、コンパレータ215の出力電圧がハイレベルからローレベルに切り替わるタイミングで減算回路204が出力する演算結果をラッチする。そして、第3ラッチ回路203は、ラッチされた演算結果をAF素子書込回路207に出力する。ハイレベルはVPP_PMがVDD_PMよりも高いことを意味する。ローレベルはVPP_PMがVDD_PMよりも低いことを意味する。VPP_PMおよびVDD_PMについては後述する。
AF素子書込回路207は、第3ラッチ回路203が出力する、減算回路204の演算結果の情報をAF素子群206に設定する。減算回路204、第3ラッチ回路203およびAF素子書込回路207は、Trim_Fuseに基づいて生成されたVPP_TESTと目標値との差に応じた値をAF素子群206に書き込む調整回路を構成する。
加算回路205は、ヒューズ素子群208が保持するTrim_FuseにAF素子群206が保持するTrim_AFを加算する。そして、加算回路205は、その演算結果である合計情報を第1デコーダ211に出力する。以下では、合計情報をTrim_sumと表記する。
第1デコーダ211は、加算回路205から入力されるTrim_sumをデコードし、デコード後の信号である第1トリミング信号を可変基準電圧生成回路209に出力する。以下では、第1トリミング信号をTrim_VPPと表記する。
可変基準電圧生成回路209は、Trim_VPPに基づいて基準電圧VREFを生成し、基準電圧VREFを電源電圧生成回路210に出力する。
電源電圧生成回路210は、基準電圧VREFに基づいてVPP_TESTを生成し、VPP_TESTを分圧回路213に出力する。図2では、説明を簡単にするために、電源電圧生成回路210がVPP_TESTをメモリセルアレイ114に出力している。電源電圧生成回路210は、VPP_TESTが目標値に設定されると、VPP_TESTをメモリセルアレイ114に供給する。
分圧回路213は、電源電圧生成回路210から入力されるVPP_TESTを分圧し、分圧された電圧VPP_PMをコンパレータ215のプラス(+)端子に出力する。
ここで、分圧回路213の構成例を説明する。分圧回路213は、VPP_TESTと電源電圧VSSとの間に、2つの抵抗素子が直列に接続された構成である。そして、2つの抵抗素子の接続点がコンパレータ215のプラス端子に接続されている。分圧回路213は、VPP_TESTを2個の抵抗素子の抵抗値に対応して分圧し、基準電圧レベルに変換された電圧をコンパレータ215に出力する。例えば、VREF=2V、VPP_TEST=16Vである場合、分圧回路213はVPP_TESTを8分の1にして出力する。
第2デコーダ212は、コマンドデコード回路109から入力されるTap_selをデコードし、デコード後の信号である第2トリミング信号を可変分圧回路214に出力する。以下では、第2トリミング信号をTrim_VDDと表記する。
可変分圧回路214は、Trim_VDDにしたがって電源電圧VDDを分圧し、分圧された電圧VDD_PMをコンパレータ215のマイナス(−)端子に出力する。
コンパレータ215は、電圧VPP_PMと電圧VDD_PMの値を比較し、比較結果を第3ラッチ回路203および第1ラッチ回路201に出力する。電圧VPP_PMが電圧VDD_PMよりも高い場合、コンパレータ215は、ハイレベルの信号を出力する。電圧VPP_PMが電圧VDD_PMよりも低い場合、コンパレータ215は、ローレベルの信号を出力する。
第1ラッチ回路201は、コンパレータ215の出力電圧をラッチし、ラッチ結果をDQ端子に出力する。
ここで、電源電圧生成回路210、加算回路205、減算回路204および可変基準電圧生成回路209の構成例を説明する。
図3は図2に示した電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。図3は、電源電圧生成回路210がチャージポンプ回路の場合を示す。
図3に示すように、電源電圧生成回路210は、複数のスイッチ301−1〜301−n(nは2以上の整数)と、複数の容量素子302−1〜302−nと、コンパレータ303と、複数の抵抗素子304とを有する。
複数の容量素子302−1〜302−nは入力電圧(Vin)を所望の出力電圧(Vout)に昇圧するための素子である。Vinは外部から半導体装置100に供給される電源電圧に相当し、VoutはVPP_TESTに相当する。
複数の抵抗素子304は、Voutを分圧回路213に供給する線と接地線(GND)との間に直列に接続されている。複数の抵抗素子304は、Voutを抵抗比に応じて分圧した電圧(Vdiv)をコンパレータ303に供給するための素子である。コンパレータ303は、プラス端子に基準電圧VREFが入力され、マイナス端子にVdivが入力される。スイッチ301−1〜301−nは、コンパレータ303の出力信号に対応してオン/オフ動作する。
図3に示すチャージポンプ回路の動作を簡単に説明する。
コンパレータ303の出力信号がローレベルであると、スイッチ301−1〜301−nのそれぞれがオン/オフを繰り返し、Vinが昇圧してVoutが生成される。Voutが分圧されたVdivと基準電圧VREFとが、コンパレータ303に入力される。コンパレータ303はVdivと基準電圧VREFの大きさを比較する。基準電圧VREFがVdivよりも高いと、Voutも高くなっていく。一方、Vdivが基準電圧VREFよりも高くなると、コンパレータ303の出力信号はハイレベルからローレベルに切り替わり、各スイッチのオン/オフ制御が停止する。その結果、Vinに対する昇圧動作が停止する。
図4は図2に示した加算回路の一構成例を示す論理構成図である。図4に示すように、加算回路205は、4つの全加算器(Full Adder:FA)401a〜401dを有する。
FA401a〜401dのそれぞれは、次のようにして、信号「A」と信号「B」の最下位ビットから最上位ビットのそれぞれの和を求める。FA401a〜401dは、信号「A」および「B」のそれぞれの自器の演算対象のビットの値と、自器の下位ビットを演算するFAからCi端子に入力される値との和を求める。FA401a〜401dのそれぞれは、演算結果をS端子に出力し、桁上がりがある場合には、Co端子に2進数の「1」を出力する。桁上がりの「1」の情報はCo端子から上位ビットを演算するFAのCi端子に入力される。
上記の構成により、加算回路205は、4ビットの信号「A」に4ビットの信号「B」を加算し、演算結果Sumを出力する。図4に示した全加算器の一構成例を図5に示す。全加算器は、図5に示すように、2つの半加算器(Half Adder:HA)501、502およびORゲート503により実現可能である。
図6は図2に示した減算回路の一構成例を示す論理構成図である。
図6に示すように、減算回路204は、4つのFA601a〜601dと、4つのNOTゲート602a〜602dとを有する。なお、図6に示す減算回路204は、図4に示した加算回路205にNOTゲート602a〜602dが追加されただけなので、構成に関する詳細な説明を省略する。図6に示す減算回路204は、4ビットの信号「A」から4ビットの信号「B」を減算し、演算結果Subを出力する。
図7は図2に示した可変基準電圧生成回路の一構成例を示す回路図である。
可変基準電圧生成回路209は、電源電圧VDDと電源電圧VSSとの間に直列に接続された複数の抵抗素子と、隣り合う抵抗素子の接続点に対応して設けられた複数のスイッチとを有する構成である。図7は、16個の抵抗素子R1〜R16が直列に接続されている構成を示す。図7に示すように、隣り合う抵抗素子の接続点のそれぞれにスイッチが接続されている。
本実施形態では、上述のTrim_VPP、Trim_Fuse、Tap_expおよびTap_sel等の情報量が4ビットの場合で説明している。可変基準電圧生成回路209は、複数のスイッチから、オン動作させるスイッチを選択することで、16種類の電圧V1〜V16を出力可能である。なお、図2に示した可変分圧回路214が図7に示す回路と同様な構成であってもよい。
次に、本実施形態のストレス用電源電圧生成回路120の動作を説明する。
ストレス試験前では、レーザートリミング工程でヒューズ素子群208にストレス用電源電圧の仮目標値が予め設定されている。また、AF素子群206には、初期状態として、「0000」の情報が設定されている。
コマンド端子群102の端子にバーンイン試験装置からバーンインテストの指示が入力されると、半導体装置100はストレス試験前のストレス用電圧確認モードになる。コマンド入力回路108は、バーンインテストコマンドを生成してコマンドデコード回路109に出力する。
コマンドデコード回路109は、コマンド入力回路108からバーンインテストコマンドを受信すると、Tap_expを第2ラッチ202に出力する。また、コマンドデコード回路109は、減算回路204へのTap_selの出力を開始する。コマンドデコード回路109は、Tap_selを、2進数で「0000」から「1111」まで外部クロック信号CKの入力に合わせてステップアップさせる。
加算回路205は、ヒューズ素子群208が保持するTrim_FuseにAF素子群206が保持するTrim_AFを加算する。そして、加算回路205は、その演算結果であるTrim_sumを第1デコーダ211に出力する。第1デコーダ211は、加算回路205から入力されるTrim_sumをデコードし、Trim_VPPを可変基準電圧生成回路209に出力する。
可変基準電圧生成回路209は、Trim_VPPに対応する基準電圧VREFを生成し、基準電圧VREFを電源電圧生成回路210に出力する。電源電圧生成回路210は、基準電圧VREFに基づいてVPP_TESTを生成し、VPP_TESTを分圧回路213に出力する。分圧回路213は、電源電圧生成回路210から入力されるVPP_TESTを分圧し、電圧VPP_PMをコンパレータ215のプラス端子に出力する。
一方、第2デコーダ212は、コマンドデコード回路109から入力されるTap_selをデコードし、Trim_VDDを可変分圧回路214に出力する。可変分圧回路214は、Trim_VDDに対応して電源電圧VDDを分圧し、電圧VDD_PMをコンパレータ215のマイナス端子に出力する。Tap_selが2進数で「0000」から「1111」まで16段階でステップアップするので、この変化に対応して、電圧VDD_PMも変化する。つまり、電圧VDD_PMは、電源電圧VDD×(1/16)から電源電圧VDD×(16/16)まで16段階で順番に変化する。
コンパレータ215は、電圧VPP_PMと電圧VDD_PMの値を比較し、比較結果を第3ラッチ回路203および第1ラッチ回路201に出力する。電圧VPP_PMが電圧VDD_PMよりも高いとき、コンパレータ215は、ハイレベルの信号を出力する。電圧VDD_PMが徐々に高くなり、電圧VPP_PMが電圧VDD_PMよりも低くなるとき、コンパレータ215は、出力信号をハイレベルからローレベルに切り替える。
ここで、電源電圧生成回路210で生成されたVPP_TESTが目標値に一致していない場合の調整動作を説明する。
具体例として、ストレス用電源電圧の目標値の電圧が8Vであるとする。このとき、Tap_exp=Trim_Fuse=1000(8)となる。また、初期状態で電源電圧生成回路210が生成したVPP_TESTが目標値に比べて、上記16段階のうち2段階低いものとする。「1000(8)」の「1000」は2進数で表した値であり、「(8)」は2進数の「1000」を10進数で表した値である。
Tap_selが2進数の「0000」から「0101」まで段階的に変化する間、電圧VPP_PMは電圧VDD_PMよりも高い。そのため、コンパレータ215の比較結果はハイレベルのままである。この比較結果は、第3ラッチ回路203および第1ラッチ回路201のそれぞれに出力される。
Tap_selが2進数の「0101」から「0110」に変化すると、電圧VPP_PMが電圧VDD_PMよりも低くなる。そのため、コンパレータ215の比較結果はハイレベルからローレベルに切り替わる。この比較結果は、第3ラッチ回路203および第1ラッチ回路201のそれぞれに出力される。
また、Tap_selが2進数の「0101」から「0110」に変化すると、減算回路204は、Tap_exp=1000(8)からTap_sel=0110(6)を減算する。減算回路204は、演算結果の情報として「0010(2)」を第3ラッチ回路203に出力する。
第3ラッチ回路203は、コンパレータ215の出力信号がハイレベルからローレベルに反転すると、減算回路204から入力される「0010(2)」の値をラッチする。第3ラッチ回路203は、演算結果の情報として「0010(2)」の値をAF素子書込回路207に出力する。
AF素子書込回路207は、「0010(2)」の値をAF素子群206に書き込む。加算回路205は、Trim_FuseにTrim_AFを加算する。ここで、Trim_Fuseは「1000(8)」のままだが、Trim_AFは初期状態の「0000(0)」から「0010(2)」に書き換えられている。そのため、加算回路205は、Trim_Fuse=1000(8)にTrim_AF=0010(2)を加算する。そして、加算回路205は、合計情報として「1010(10)」を第1デコーダ211に出力する。これにより、Trim_VPPおよび基準電圧VREFが調整前より2段階高くなる。その結果、電源電圧生成回路210が生成するVPP_TESTが調整前より2段階分高くなり、VPP_TESTが目標値に近い値に設定される。
なお、電源電圧生成回路210で生成されるVPP_TESTが初めから目標値に一致している場合、上述の調整動作は行われない。VPP_TESTが目標値に一致するとき、Tap_sel=Tap_exp=Trim_Fuse=Trim_sumが成立する。また、Trim_AF=0000が成立する。
上述のようにして、VPP_TESTが目標値に設定されると、電源電圧生成回路210はVPP_TESTをメモリセルアレイ114に供給する。目標値のVPP_TESTがメモリセルアレイ114に確実に印加された状態で、メモリセルアレイ114のストレス試験が実施される。つまり、半導体装置100の状態がストレス用電圧確認モードからストレス試験モードに移行する。
なお、コマンド入力回路108に外部から入力される信号、またはコマンド入力回路108からコマンドデコード回路109に入力されるコマンド信号によって、半導体装置100の状態がストレス用電圧確認モードからストレス試験モードに移行してもよい。
本実施形態によれば、半導体装置内で生成された内部電源電圧が目標値とずれていると、そのずれがAF素子群に保持される値によって調整される。ストレス試験において、内部回路に印加されるストレス用内部電源電圧が適正化される。その結果、所望の条件下でスクリーニングが実行され、半導体装置の信頼性が向上する。
また、コンパレータ215の比較結果が第1ラッチ回路201を介してDQ端子に出力される。操作者が、そのDQ端子の出力電圧をバーンイン試験装置に検出させれば、バーンイン試験開始前にストレス用電源電圧が適正値になっているか否かを確認できる。バーンイン試験前に高電源電圧が内部回路に実際に印加されていることを確認することで、バーンイン試験をより高精度に行うことができる。
バーンイン試験装置等のテスタが安価なものだと、信号およびデータを半導体装置と送受信するためのテスタピンの数に制約がある。そのため、安価なテスタではストレス用内部電源電圧のモニタおよび調整にテスタピンを割り当てる余裕がない。この問題に対して、本実施形態では、上述のようにしてストレス用内部電源電圧が適正値に設定される。そのため、ストレス用内部電源電圧のモニタおよび調整のためのテスタピンは不要である。安価なテスタで、本実施形態の半導体装置にバーンイン試験等のストレス試験を行うことができる。
なお、本実施形態では、ストレス用電源電圧を4ビットで設定する場合で説明したが、ビット数は4ビットに限定されない。また、本実施形態では、半導体装置がRAMの場合で説明したが、半導体装置はRAMに限定されない。ストレス用内部電源電圧が印加される内部回路はメモリセルアレイに限定されない。さらに、内部電源電圧はストレス試験用の電圧に限定されない。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、チャージポンプ回路(電源電圧生成回路210)に供給する基準電圧VREFを制御することで、VPP_TESTを調整する場合で説明した。第2の実施形態は、図3に示したチャージポンプ回路において、VPP_TESTの分圧比を制御することで、VPP_TESTを調整するものである。本実施形態では、第1の実施形態と同様な構成についての詳細な説明を省略する。
本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の構成を、図3および図8を参照して説明する。図8は本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。図8は、VPP_TESTが印加される回路が内部回路810の場合を示しているが、内部回路810は図1に示したメモリセルアレイ114であってもよい。
本実施形態では、図8に示すように、第1デコーダ211から出力されるTrim_VPPが電源電圧生成回路210に入力される。電源電圧生成回路210は、図3に示した複数の抵抗素子304に対して、Trim_VPPに対応して抵抗比を設定することで、Vdivを制御する。基準電圧VREFが一定であっても、電源電圧生成回路210は、設定する抵抗比に対応して、VPP_TESTの大きさを変えることができる。
本実施形態では、電源電圧生成回路がVPP_TESTの分圧比を制御することにより、VPP_TESTを適正値に調整することができる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態では、VPP_TESTが目標値よりも低い場合について説明した。第3の実施形態は、VPP_TESTが目標値よりも高い場合でも、ストレス用電源電圧生成回路がVPP_TESTを適正値に調整可能にするものである。本実施形態では、第1の実施形態と同様な構成についての詳細な説明を省略する。
本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の構成を説明する。図9は本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の一構成例を示すブロック図である。
本実施形態のストレス用電源電圧生成回路120は、図2に示した構成に、マグニチュードコンパレータ(大小比較回路)251と、複数のスイッチ回路とが追加されている。また、本実施形態のストレス用電源電圧生成回路120には、減算回路204の他に減算回路254が設けられている。減算回路254は、図9に示すように、加算回路205と並列に設けられている。
複数のスイッチ回路として、スイッチ回路252、253が設けられている。スイッチ回路252は第2ラッチ回路202と減算回路204の間に設けられている。スイッチ回路253は、加算回路205および減算回路254のそれぞれと第1デコーダ211との間に接続されている。
マグニチュードコンパレータ251は、コンパレータ215の出力信号が入力される。マグニチュードコンパレータ251の出力側にスイッチ回路252、253のそれぞれが接続されている。マグニチュードコンパレータ251は、コンパレータ215の出力信号がハイレベルからローレベルに反転するとき、Tap_expとTap_selの大小を比較する。そして、マグニチュードコンパレータ251は、比較結果をスイッチ回路252、253に出力する。
例えば、マグニチュードコンパレータ251は、比較結果が「Tap_exp<Tap_sel」である場合、2進数による「1」の情報を示す信号を出力する。比較結果が「Tap_exp<Tap_sel」以外の場合、マグニチュードコンパレータ251は、2進数による「0」の情報を示す信号を出力する。
減算回路254は、Trim_FuseからTrim_AFを減算して、演算結果をスイッチ回路253に出力する。
スイッチ回路252、253は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号に対応して動作する。スイッチ回路252は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号が「Tap_exp<Tap_sel」を示す場合、これら2つの信号を入れ替えて減算回路204に出力する。スイッチ回路252は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号が「Tap_exp<Tap_sel」以外の場合、2つの信号を入れ替えずに減算回路204に出力する。マグニチュードコンパレータ251の出力信号が「Tap_exp<Tap_sel」以外の場合、減算回路204に入力される2つの信号は、第1の実施形態と同様になる。
スイッチ回路253は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号に対応して、加算回路205または減算回路254の演算結果を第1デコーダ211に出力する。スイッチ回路253は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号が「Tap_exp<Tap_sel」を示す場合、減算回路254の演算結果を第1デコーダ211に出力する。スイッチ回路253は、マグニチュードコンパレータ251の出力信号が「Tap_exp<Tap_sel」以外の場合、加算回路205の演算結果を第1デコーダ211に出力する。
次に、本実施形態のストレス用電源電圧生成回路の動作を説明する。
第1の実施形態で説明したように半導体装置100がストレス用電圧確認モードになると、Tap_expおよびTap_selがマグニチュードコンパレータ251に入力される。マグニチュードコンパレータ251は、コンパレータ215の出力信号がハイレベルからローレベルに反転するとき、Tap_expとTap_selとを比較する。
比較の結果、Tap_expがTap_selよりも高い場合、つまり、VPP_TESTが目標値よりも低い場合、減算回路204および加算回路205は、第1の実施形態で説明したように動作する。スイッチ回路253は加算回路205の演算結果を第1デコーダ211に出力する。これ以降の動作については、第1の実施形態と同様なため、その詳細な説明を省略する。
一方、マグニチュードコンパレータ251による比較の結果、Tap_expがTap_selよりも低い場合、つまり、VPP_TESTが目標値よりも高い場合、ストレス用電源電圧生成回路120は、次のように動作する。
スイッチ回路252はTap_expとTap_selの信号を入れ替えて減算回路204に出力する。減算回路204は、2つの入力端子のそれぞれに入力される信号が入れ替えられたので、Tap_selからTap_expを減算する。つまり、減算回路204は、Tap_expとTap_selとの差分を絶対値で出力する。減算回路254は、Trim_FuseからTrim_AFを減算し、演算結果をスイッチ回路253に出力する。スイッチ回路253は、減算回路254の演算結果を第1デコーダ211に出力する。これにより、Trim_VPPおよび基準電圧VREFが調整前より低くなる。その結果、電源電圧生成回路210が生成するVPP_TESTが調整前より低くなり、VPP_TESTが適正値に調整される。
本実施形態によれば、VPP_TESTが目標値よりも高い場合にも、VPP_TESTを適正値に調整することが可能である。なお、本実施形態に第2の実施形態を適用してもよい。
100 半導体装置
204 減算回路
205 加算回路
206 AF素子群
207 AF素子書込回路
208 ヒューズ素子群
209 可変基準電圧生成回路
210 電源電圧生成回路
211 第1デコーダ
212 第2デコーダ
213 分圧回路
214 可変分圧回路
215 コンパレータ

Claims (8)

  1. 内部電源電圧を目標値に設定するための仮目標値を保持する複数のヒューズ素子を含むヒューズ素子群と、
    前記仮目標値を補正するための補正値を保持する複数のアンチヒューズ素子を含むアンチヒューズ素子群と、
    前記ヒューズ素子群が保持する仮目標値に対して前記アンチヒューズ素子群が保持する補正値を加算しまたは減算し、演算結果を出力する演算回路と、
    前記演算結果に基づいて、外部から供給される電源電圧を用いて前記内部電源電圧を生成する電源電圧生成回路と、
    を有する半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記演算結果をデコードし、第1のトリミング信号を出力する第1のデコーダと、
    前記第1のトリミング信号に対応して基準電圧を生成する可変基準電圧生成回路と、をさらに有し、
    前記電源電圧生成回路は、前記基準電圧に基づいて前記内部電源電圧を生成する、半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置において、
    所定の時間間隔で値が段階的に変化する選択信号をデコードし、第2のトリミング信号を出力する第2のデコーダと、
    前記第2のトリミング信号に対応して前記電源電圧を分圧し、分圧した電圧である第1の電圧を出力する可変分圧回路と、
    前記電源電圧生成回路によって生成される内部電源電圧に基づく電圧である第2の電圧と前記第1の電圧とを比較し、比較結果を外部から電圧を検出可能な端子に出力するコンパレータと、
    をさらに有する半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記内部電源電圧を分圧し、分圧した電圧を前記第2の電圧として前記コンパレータに出力する分圧回路をさらに有する半導体装置。
  5. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記仮目標値に基づいて生成された内部電源電圧と前記目標値との差に応じた値を前記アンチヒューズ素子群に書き込む調整回路をさらに有する半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置において、
    前記調整回路は、
    前記目標値から前記選択信号が示す値を減算し、減算結果を出力する減算回路と、
    前記減算結果に対応する信号を前記アンチヒューズ素子群に書き込む書込回路と、を有する、半導体装置。
  7. 請求項6に記載の半導体装置において、
    前記書込回路は、前記比較結果が反転するときの前記減算結果に対応する信号を前記アンチヒューズ素子群に書き込む、半導体装置。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記内部電源電圧は内部回路に印加されるストレス試験用電圧である、半導体装置。
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