JP2020038739A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】テスト動作が正常か否かを検出することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、行列状に配置された複数のメモリセルと、メモリセル行にそれぞれ対応して設けられる複数のワード線と、複数のワード線を駆動する駆動信号を生成するデコーダと、複数のワード線とデコーダとの間に設けられ、テスト動作により複数のワード線を一斉に立ち上げるとともに、複数のワード線の立ち上げ状態が正常であるか否かを検出するための検出回路とを備える。【選択図】図3

Description

本開示は、半導体装置に関する。
データを高容量に記憶する半導体記憶装置としてSRAM(Static Random Access Memory)およびDRAM(DynamicRandom Access Memory)等が実用化されている。
これらの半導体記憶装置は、良品/不良品を判別した上で出荷される。そして、良品/不良品の判別は、半導体記憶装置に含まれるメモリセルに実際にデータを入出力し、書込データと読出データとが一致することを確認すること、バーンインによりストレスを印加することにより行なわれる。
しかし、最近、半導体記憶装置の高容量化に伴い、ストレスを印加しなければならない箇所が増加し、バーンインのテスト時間が長くなり、高コスト化を招くという問題がある。
このような問題を解決するために、バーンインテスト時に複数のワード線を同時に選択してストレスを印加することが開示されている。
特開2003−249099号公報
しかしながら、テスト動作が正常であるか否かを検出することができない。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、テスト動作が正常か否かを検出することが可能な半導体装置を提供する。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本開示のある局面に従う半導体装置は、行列状に配置された複数のメモリセルと、メモリセル行にそれぞれ対応して設けられる複数のワード線と、複数のワード線を駆動する駆動信号を生成するデコーダとを備える。半導体装置は、複数のワード線とデコーダとの間に設けられ、テスト動作により複数のワード線を一斉に立ち上げるとともに、複数のワード線の立ち上げ状態が正常であるか否かを検出するための検出回路をさらに備える。
一実施例によれば、本開示の半導体装置は、検出回路を設けることによりテスト動作における異常を検出することが可能である。
実施形態1に従う半導体装置1について説明する図である。 実施形態1に従うメモリセルMCを説明する図である。 実施形態1に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。 実施形態1に従う半導体装置1のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態1に従う半導体装置1のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態2に従う半導体装置1#について説明する図である。 実施形態2に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。 実施形態2に従う半導体装置1#のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態2に従う半導体装置1#のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態3に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。 実施形態3に従う半導体装置のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態3に従う半導体装置のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。 実施形態4に従うデータ「0」をメモリセルMCに格納した場合のセルレイアウトにおける負荷の掛かり方を説明する図である。 実施形態4に従うデータ「0」および「1」をメモリセルMCに千鳥格子状に格納した場合のセルレイアウトにおける負荷の掛かり方を説明する図である。 従来のバーンイン動作における貫通電流について説明する図である。 実施形態5に従うメモリアレイの構成について説明する図である。
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に従う半導体装置1について説明する図である。
図1を参照して、実施形態1に従う半導体装置1は、行列状に配置された複数のメモリセルMCを有するメモリアレイ10と、メモリセル行にそれぞれ対応して設けられた複数のワード線WLを駆動するためのデコーダ20と、デコーダ20とワード線WLとの間に設けられた検出回路25と、半導体装置1全体を制御する制御回路30と、入出力回路40とを含む。
一例として、メモリアレイ10には、n本のワード線WL[0]〜WL[n−1]と、m組のビット線対BT[0]〜BT[m−1],BB[0]〜BB[m−1]とを含む。
m組のビット線対は、入出力回路40と接続され、データQを出力する。
制御回路30は、バーンイン動作を実行する制御コマンドWBIの入力を受けるとともに、クロック信号CLKの入力を受けて動作する。制御回路30は、各回路に対して種々の制御信号を出力する。
図2は、実施形態1に従うメモリセルMCを説明する図である。
図2を参照して、メモリセルMCは、アクセストランジスタAT1,AT2と、ドライバトランジスタNT1,NT2と、負荷トランジスタPT1,PT2とを含む。
アクセストランジスタAT1は、ビット線BTと内部ノードNd1との間に設けられ、そのゲートはワード線WLと接続される。
アクセストランジスタAT2は、ビット線BBと内部ノードNd2との間に設けられ、そのゲートはワード線WLと接続される。
負荷トランジスタPT1は、電源電圧VDDと、内部ノードNd1との間に設けられ、そのゲートは内部ノードNd2と接続される。
負荷トランジスタPT2は、電源電圧VDDと、内部ノードNd2との間に設けられ、そのゲートは内部ノードNd1と接続される。
ドライバトランジスタNT1は、接地電圧VSSと、内部ノードNd1との間に設けられ、そのゲートは内部ノードNd2と接続される。
ドライバトランジスタPT2は、接地電圧VSSと、内部ノードNd2との間に設けられ、そのゲートは内部ノードNd1と接続される。
図3は、実施形態1に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。
図3を参照して、メモリアレイ10は、行列状の複数のメモリセルMCを含む。
なお、本例においては、予め複数のメモリセルMCには、データ「0」が格納されているものとする。
入出力回路40には、2列ずつのメモリセル列にそれぞれ対応してマルチプレクサ(MUX)およびセンスアンプが設けられる。
一例として、ビット線対BT[0],BB[0],BT[1],BB[1]に対応してマルチプレクサ11およびセンスアンプ12が設けられる場合が示されている。また、ビット線対BT[2],BB[2],BT[3],BB[3]に対応してマルチプレクサ13およびセンスアンプ14が設けられる。他のビット線対についても同様の構成であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
マルチプレクサ11,13は、2組のビット線対の一方を選択してセンスアンプ12,14とそれぞれ接続する。マルチプレクサ11,13は、指示に従って奇数ビット線対あるいは偶数ビット線対を選択してセンスアンプと接続する。
センスアンプ12,14は、制御信号SAEに従って活性化されて読出動作を実行する。
具体的には、センスアンプ12,14は、マルチプレクサ(MUX)を介してビット線対と接続されて差動増幅により読出データQを出力する。本例においては、センスアンプ12,14は、読出データQ[0],Q[1]を出力する。
制御回路30は、バーンインモード制御回路32と、クロック制御回路34と、信号生成回路36とを含む。
クロック制御回路34は、クロック信号CLKの入力に従ってタイミング信号を信号生成回路36に出力する。
信号生成回路36は、読出動作においてクロック制御回路34からのタイミング信号の入力に従って制御信号SAENを出力する。
バーンインモード制御回路32は、バーンイン動作の実行を指示するコマンドWBIの入力を受けて制御信号PUおよびWBTを出力する。
検出回路25は、ワード線WLにそれぞれ対応して設けられる複数のOR回路と、PチャネルMOSトランジスタと、検出信号線WBLと、NチャネルMOSトランジスタN1,N2と、NOR回路44と、AND回路37とを含む。
一例として、ワード線WL[0],WL[1]にそれぞれ対応してOR回路41,42およびPチャネルMOSトランジスタP1,P2が設けられる。
他のワード線WLについても同様である。
OR回路41,42は、デコーダ20からのデコード信号あるいは制御信号PUの入力に基づいてワード線WLを駆動する。
制御信号PU(「H」レベル)の入力に従って全ワード線WLが立ち上げ状態に設定される。
検出信号線WBLは、直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタN1,N2を介して接地電圧VSSと接続される。
NチャネルMOSトランジスタN1,N2は、それぞれ制御信号PUおよびWBTの入力を受ける。
AND回路43は、検出信号線WBLからの検出信号と制御信号PUとの入力を受けてAND論理演算結果を制御信号WBCとして出力する。
NOR回路44は、制御信号WBCと信号生成回路36からの制御信号SAENとのNOR論理演算結果を制御信号SAEとして出力する。
PチャネルMOSトランジスタP1,P2は、電源電圧VDDと検出信号線WBLとの間に設けられ、それぞれのゲートは対応するワード線WLと接続される。
AND回路37は、制御信号WBTおよび制御信号PUIの入力を受けて、そのAND論理演算結果を制御信号PUとして出力する。
本例においては、ワード線WL[0],WL[1]に対するバーンイン動作について説明する。
図4は、実施形態1に従う半導体装置1のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図4を参照して、時刻T0において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIの入力(「H」レベル)を受ける。
時刻T1において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIの入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUIを「H」レベルに設定する。
時刻T2において、AND回路37は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUI(「H」レベル)に基づいて制御信号PUを「H」レベルに設定する。これに伴い、AND回路43は、制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T3において、OR回路41,42は、制御信号PU(「H」レベル)に従ってワード線WL[0],WL[1]に設定する。すなわち、全ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
これに伴い、PチャネルMOSトランジスタP1,P2は、オフする。また、この場合、制御信号PU,WBTが「H」レベルに設定されているため検出信号線WBLは、接地電圧VSSと接続される。
時刻T3以降、検出信号線WBLは、徐々に「L」レベルに下がり始める。
時刻T4において、AND回路43は、検出信号線WBLの電位に従う検出信号と制御信号PUとのAND論理演算結果に基づく制御信号WBC(「L」レベル)を出力する。
次に、時刻T5において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T6において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
これに伴い、時刻T7において、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「L」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「H」レベル)を出力する。
センスアンプ12,14は、制御信号SAE(「H」レベル)の入力に基づいて読出データQ[0],Q[1]を出力する。
本例においては、データ「0」を出力する。
図5は、実施形態1に従う半導体装置1のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図5を参照して、時刻T10において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIの入力(「H」レベル)を受ける。
時刻T10において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIの入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUIを「H」レベルに設定する。
時刻T11において、AND回路37は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUIに基づいて制御信号PUを「H」レベルに設定する。これに伴い、AND回路43は、制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T12において、OR回路41,42は、制御信号PU(「H」レベル)に従ってワード線WL[0],WL[1]に設定する。すなわち、全ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
一方、ここでは、一例としてワード線WL[0]が立ち上げ状態にならない場合が示されている。
これに伴い、PチャネルMOSトランジスタP1は、オンした状態を維持する。
この場合、制御信号PU,WBTが「H」レベルに設定されているため検出信号線WBLは、接地電圧VSSと接続される。
しかしながら、PチャネルMOSトランジスタP1がオンしているため、検出信号線WBLは、「L」レベルに下がらずに「H」レベルの状態を維持する。
したがって、AND回路43は、検出信号線WBLの電位に従う検出信号と制御信号PUとのAND論理演算結果に基づく制御信号WBC(「H」レベル)を出力する。
次に、時刻T13において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T14において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
しかしながら、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「H」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「L」レベル)を出力する。
したがって、センスアンプ12,14は、活性化されず読出データQ[0],Q[1]は出力されない。
それゆえ、実施形態1に従う検出回路25を用いることによってバーンイン動作に異常がある場合には、センスアンプを活性化させる制御信号SAEは活性化されない。これにより、センスアンプから読出データは出力されないためバーンイン動作が正常ではないことを容易に検出することが可能である。
(実施形態2)
図6は、実施形態2に従う半導体装置1#について説明する図である。
図6を参照して、実施形態2に従う半導体装置1#は、実施形態1で説明した半導体装置1と比較して、検出回路25および制御回路30を検出回路25#および制御回路30#に置換した点が異なる。その他の構成については、実施形態1で説明したのと同様の構成であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
制御回路30#は、バーンイン動作を実行する制御コマンドWBIの入力を受けるとともに、クロック信号CLKの入力を受けて動作する。制御回路30は、各回路に対して種々の制御信号を出力する。また、本例においては、制御回路30は、偶数行および奇数行のバーンイン動作を切り替えるための制御信号W0SおよびW1Sの入力を受ける。
図7は、実施形態2に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。
図7を参照して、メモリアレイ10は、行列状の複数のメモリセルMCを含む。
なお、本例においては、予め複数のメモリセルMCには、データ「0」が格納されているものとする。
入出力回路40の構成については実施形態1で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
制御回路30#は、バーンインモード制御回路32に置換してバーンインモード制御回路32#が設けられる。
バーンインモード制御回路32#は、バーンイン動作の実行を指示するコマンドWBI、制御信号W0S,W1Sの入力を受けて制御信号PUO,PUEおよびWBTを出力する。
具体的には、バーンインモード制御回路32#は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に基づいて制御信号PUE(「H」レベル)を設定する。
また、バーンインモード制御回路32#は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W1S(「H」レベル)の入力に基づいて制御信号PUO(「H」レベル)を設定する。
検出回路25#は、ワード線WLにそれぞれ対応して設けられる複数のOR回路と、PチャネルMOSトランジスタと、検出信号線WBLO,WBLEと、NチャネルMOSトランジスタN2,N11,N12と、NOR回路44と,NAND回路45〜47と、AND回路38,39とを含む。
また、本例においては、奇数行および偶数行のワード線にそれぞれ対応して別個にOR回路が設けられる。
一例として、偶数行のワード線WL[0]に対応してOR回路42およびPチャネルMOSトランジスタP12が設けられる。
奇数行のワード線WL[1]に対応してOR回路41およびPチャネルMOSトランジスタP11が設けられる。
他の偶数行および奇数行のワード線についても同様にOR回路およびPチャネルMOSトランジスタが設けられる。
OR回路41,42は、デコーダ20からのデコード信号あるいは制御信号PUOあるいはPUEの入力に基づいてワード線WLを駆動する。
奇数行のワード線WLに対応して設けられるOR回路は、制御信号PUO(「H」レベル)の入力に従って全ワード線WLのうちの奇数ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
偶数行のワード線WLに対応して設けられるOR回路は、制御信号PUE(「H」レベル)の入力に従って全ワード線WLのうちの偶数ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
検出信号線WBLOは、直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタN11,N2を介して接地電圧VSSと接続される。
検出信号線WBLEは、直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタN12,N2を介して接地電圧VSSと接続される。
NチャネルMOSトランジスタN11,N12は、それぞれ制御信号PUO,PUEの入力を受ける。
NチャネルMOSトランジスタN2は、制御信号WBTの入力を受ける。
NAND回路45は、検出信号線WBLOからの検出信号と制御信号PUOとの入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路47に出力する。
NAND回路46は、検出信号線WBLEからの検出信号と制御信号PUEとの入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路47に出力する。
NAND回路47は、NAND回路45および46の出力信号のNAND論理演算結果を制御信号WBCとして出力する。
NOR回路44は、制御信号WBCと信号生成回路36からの制御信号SAENとのNOR論理演算結果を制御信号SAEとして出力する。
PチャネルMOSトランジスタP11は、電源電圧VDDと検出信号線WBLOとの間に設けられ、ゲートは対応する奇数行のワード線WLと接続される。
PチャネルMOSトランジスタP12は、電源電圧VDDと検出信号線WBLEとの間に設けられ、ゲートは対応する偶数行のワード線WLと接続される。
AND回路38は、制御信号WBTおよび制御信号PUOIの入力を受けて、そのAND論理演算結果を制御信号PUOとして出力する。
AND回路39は、制御信号WBTおよび制御信号PUOEの入力を受けて、そのAND論理演算結果を制御信号PUEとして出力する。
本例においては、ワード線WL[0],WL[1]に対するバーンイン動作について説明する。
図8は、実施形態2に従う半導体装置1#のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図8を参照して、時刻T20において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIおよび制御信号W0Sの入力を受ける。
時刻T21において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUEIを「H」レベルに設定する。
時刻T22において、AND回路39は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUEI(「H」レベル)に基づいて制御信号PUEを「H」レベルに設定する。制御信号PUOは、「L」レベルを維持する。
これに伴い、NAND回路46は、検出信号線WBLEの検出信号と、制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「L」レベルの信号をNAND回路47に出力する。
NAND回路47は、NAND回路46からの「L」レベルの信号の入力に従って制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T23において、OR回路42は、制御信号PUE(「H」レベル)に従って偶数行に対応するワード線WL[0](「H」レベル)に設定する。すなわち、全ワード線WLのうちの偶数行のワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
これに伴い、PチャネルMOSトランジスタP12は、オフする。また、この場合、制御信号PUE,WBTが「H」レベルに設定されているため検出信号線WBLEは、接地電圧VSSと接続される。
時刻T23以降、検出信号線WBLEは、徐々に「L」レベルに下がり始める。
時刻T24において、NAND回路46は、検出信号線WBLEの電位に従う検出信号と制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路47に出力する。NAND回路47は、NAND回路45,46からの「H」レベルの信号を受けて、制御信号WBC(「L」レベル)を出力する。
次に、時刻T25において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T26において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
これに伴い、時刻T27において、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「L」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「H」レベル)を出力する。
センスアンプ12,14は、制御信号SAE(「H」レベル)の入力に基づいて読出データQ[0],Q[1]を出力する。
本例においては、データ「0」を出力する。
図9は、実施形態2に従う半導体装置1#のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図9を参照して、時刻T30において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIおよび制御信号W0Sの入力を受ける。
時刻T31において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUEIを「H」レベルに設定する。
時刻T32において、AND回路39は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUEI(「H」レベル)に基づいて制御信号PUEを「H」レベルに設定する。制御信号PUOは、「L」レベルを維持する。
これに伴い、NAND回路46は、検出信号線WBLEの検出信号と、制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「L」レベルの信号をNAND回路47に出力する。
NAND回路47は、NAND回路46からの「L」レベルの信号の入力に従って制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T33において、OR回路42は、制御信号PUE(「H」レベル)に従って偶数行に対応するワード線WL[0](「H」レベル)に設定する。すなわち、全ワード線WLのうちの偶数行のワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
一方、ここでは、一例としてワード線WL[0]が立ち上げ状態にならない場合が示されている。
これに伴い、PチャネルMOSトランジスタP12は、オンした状態を維持する。
この場合、制御信号PUE,WBTが「H」レベルに設定されているため検出信号線WBLEは、接地電圧VSSと接続される。
しかしながら、PチャネルMOSトランジスタP12がオンしているため、検出信号線WBLEは、「L」レベルに下がらずに「H」レベルの状態を維持する。
したがって、NAND回路46は、検出信号線WBLEの電位に従う検出信号と制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づく「L」レベルの信号をNAND回路47に出力する。
NAND回路47は、NAND回路46からの「L」レベルの信号を受けて、制御信号WBC(「H」レベル)を出力する。
次に、時刻T33において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T34において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
しかしながら、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「H」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「L」レベル)を出力する。
したがって、センスアンプ12,14は、活性化されず読出データQ[0],Q[1]は出力されない。
なお、上記においては、偶数行のワード線WLに対するバーンインイン動作について説明したが、奇数行のワード線WLについても同様である。
それゆえ、実施形態2に従う検出回路25を用いることによって奇数行あるいは偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作に異常がある場合には、センスアンプを活性化させる制御信号SAEは活性化されない。これにより、センスアンプから読出データは出力されないためバーンイン動作が正常ではないことを容易に検出することが可能である。
(実施形態3)
上記の実施形態2においては、奇数行あるいは偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作をそれぞれ別個に実行可能な構成について説明した。
一方で、バーンインイン動作の異常状態としては、奇数行のワード線WLに対するバーンイン動作であるにも関わらず、偶数行のワード線WLに負荷がかかっていたり、あるいは、偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作であるにも関わらず、奇数行のワード線WLに負荷がかかっていたりする可能性も考えられる。
実施形態3においては、当該異常状態を検出可能な回路構成について説明する。
図10は、実施形態3に従うメモリアレイ10の周辺回路の構成について説明する図である。
図10を参照して、メモリアレイ10は、行列状の複数のメモリセルMCを含む。
なお、本例においては、予め複数のメモリセルMCには、データ「0」が格納されているものとする。
入出力回路40の構成については実施形態1で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
制御回路30#には、バーンインモード制御回路32#が設けられる。
バーンインモード制御回路32#は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に基づいて制御信号PUE(「H」レベル)を設定する。
バーンインモード制御回路32#は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W1S(「H」レベル)の入力に基づいて制御信号PUO(「H」レベル)を設定する。
実施形態3に従う半導体装置は、半導体装置1#と比較して検出回路25#を検出回路25に置換した点が異なる。
検出回路25は、ワード線WLにそれぞれ対応して設けられる複数のOR回路と、PチャネルMOSトランジスタと、検出信号線WBLO,WBLE,WBLON,WBLENと、NチャネルMOSトランジスタN2,N11,N12,N21,N22と、NOR回路44と,NAND回路45〜50とを含む。検出回路25は、PチャネルMOSトランジスタP31〜P33と、インバータIV1〜IV3と、AND回路38,39とを含む。
また、本例においては、奇数行および偶数行のワード線にそれぞれ対応して別個にOR回路が設けられる。
一例として、偶数行のワード線WL[0]に対応してOR回路42、PチャネルMOSトランジスタP12、NチャネルMOSトランジスタN22が設けられる。
奇数行のワード線WL[1]に対応してOR回路41、PチャネルMOSトランジスタP11、NチャネルMOSトランジスタN21が設けられる。
他の偶数行および奇数行のワード線についても同様にOR回路およびPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタが設けられる。
OR回路41,42は、デコーダ20からのデコード信号あるいは制御信号PUOあるいはPUEの入力に基づいてワード線WLを駆動する。
奇数行のワード線WLに対応して設けられるOR回路は、制御信号PUO(「H」レベル)の入力に従って全ワード線WLのうちの奇数ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
偶数行のワード線WLに対応して設けられるOR回路は、制御信号PUE(「H」レベル)の入力に従って全ワード線WLのうちの偶数ワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
検出信号線WBLOは、直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタN11,N2を介して接地電圧VSSと接続される。
検出信号線WBLEは、直列に接続されたNチャネルMOSトランジスタN12,N2を介して接地電圧VSSと接続される。
NチャネルMOSトランジスタN11,N12は、それぞれ制御信号PUO,PUEの入力を受ける。
NチャネルMOSトランジスタN2は、制御信号WBTの入力を受ける。
NAND回路45は、検出信号線WBLOからの検出信号と制御信号PUOとの入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路50に出力する。
NAND回路46は、検出信号線WBLEからの検出信号と制御信号PUEとの入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路50に出力する。
NAND回路48は、検出信号線WBLONからの検出信号と制御信号PUOの反転信号との入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路50に出力する。
NAND回路49は、検出信号線WBLENからの検出信号と制御信号PUEの反転信号との入力を受けてNAND論理演算結果をNAND回路50に出力する。
NAND回路50は、NAND回路45〜49の出力信号のNAND論理演算結果を制御信号WBCとして出力する。
NOR回路44は、制御信号WBCと信号生成回路36からの制御信号SAENとのNOR論理演算結果を制御信号SAEとして出力する。
PチャネルMOSトランジスタP11は、電源電圧VDDと検出信号線WBLOとの間に設けられ、ゲートは対応する奇数行のワード線WLと接続される。
PチャネルMOSトランジスタP12は、電源電圧VDDと検出信号線WBLEとの間に設けられ、ゲートは対応する偶数行のワード線WLと接続される。
NチャネルMOSトランジスタN21は、電源電圧VDDと検出信号線WBLONとの間に設けられ、ゲートは対応する奇数行のワード線WLと接続される。
NチャネルMOSトランジスタN22は、電源電圧VDDと検出信号線WBLENとの間に設けられ、ゲートは対応する偶数行のワード線WLと接続される。
検出信号線WBLONの一方側は、電源電圧VDDとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP31,P33と接続される。検出信号線WBLONの他方側は、NAND回路48の入力側と接続される。
検出信号線WBLENの一方側は、電源電圧VDDとの間に設けられたPチャネルMOSトランジスタP31,P32と接続される。検出信号線WBLENの他方側は、NAND回路49の入力側と接続される。
PチャネルMOSトランジスタP31のゲートは、制御信号WBTのインバータIV1を介する反転信号WBNの入力を受ける。制御信号WBTが「H」レベルの場合には、反転信号WBNは「L」レベルに設定される。したがって、PチャネルMOSトランジスタP31がオンする。
PチャネルMOSトランジスタP32のゲートは、制御信号PUEのインバータIV3を介する反転信号PUEBの入力を受ける。制御信号PUEが「H」レベルの場合には、反転信号PUEBは「L」レベルに設定される。したがって、PチャネルMOSトランジスタP32がオンする。PチャネルMOSトランジスタP31およびP32がオンすることにより検出信号線WBLENは「H」レベルに設定される。また、PチャネルMOSトランジスタP32がオンしていない場合でもNチャネルMOSトランジスタN22がオンした場合には検出信号線WBLENは「H」レベルに設定される。
PチャネルMOSトランジスタP33のゲートは、制御信号PUOのインバータIV2を介する反転信号PUOBの入力を受ける。制御信号PUOが「H」レベルの場合には、反転信号PUOBは「L」レベルに設定される。したがって、PチャネルMOSトランジスタP33がオンする。PチャネルMOSトランジスタP31およびP33がオンすることにより検出信号線WBLONは「H」レベルに設定される。また、PチャネルMOSトランジスタP33がオンしていない場合でもNチャネルMOSトランジスタN21がオンした場合には検出信号線WBLONは「H」レベルに設定される。
AND回路38は、制御信号WBTおよび制御信号PUOIの入力を受けて、そのAND論理演算結果を制御信号PUOとして出力する。
AND回路39は、制御信号WBTおよび制御信号PUOEの入力を受けて、そのAND論理演算結果を制御信号PUEとして出力する。
本例においては、ワード線WL[0],WL[1]に対するバーンイン動作について説明する。
図11は、実施形態3に従う半導体装置のバーンイン動作(正常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図11を参照して、時刻T40において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIおよび制御信号W0Sの入力を受ける。
時刻T41において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUEIを「H」レベルに設定する。
時刻T42において、AND回路39は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUEI(「H」レベル)に基づいて制御信号PUEを「H」レベルに設定する。制御信号PUOは、「L」レベルを維持する。
これに伴い、NAND回路46は、検出信号線WBLEの検出信号と、制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「L」レベルの信号をNAND回路50に出力する。
NAND回路50は、NAND回路46からの「L」レベルの信号の入力に従って制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T43において、OR回路42は、制御信号PUE(「H」レベル)に従って偶数行に対応するワード線WL[0](「H」レベル)に設定する。すなわち、全ワード線WLのうちの偶数行のワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
これに伴い、PチャネルMOSトランジスタP12は、オフする。また、この場合、制御信号PUE,WBTが「H」レベルに設定されているため検出信号線WBLEは、接地電圧VSSと接続される。
一方、NチャネルMOSトランジスタN22はオンする。
時刻T43以降、検出信号線WBLEは、徐々に「L」レベルに下がり始める。一方、検出信号線WBLENは、徐々に「H」レベルに立ち上がり始める。
時刻T44において、NAND回路46は、検出信号線WBLEの電位に従う検出信号と制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路49は、検出信号線WBLENの電位に従う検出信号と制御信号PUEの反転信号とのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路48は、検出信号線WBLONの電位に従う検出信号と制御信号PUOの反転信号とのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路45は、検出信号線WBLOの電位に従う検出信号と制御信号PUOとのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路50は、NAND回路45,46,48,49からの「H」レベルの信号を受けて、制御信号WBC(「L」レベル)を出力する。
時刻T45において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T46において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
これに伴い、時刻T47において、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「L」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「H」レベル)を出力する。
センスアンプ12,14は、制御信号SAE(「H」レベル)の入力に基づいて読出データQ[0],Q[1]を出力する。
本例においては、データ「0」を出力する。
図12は、実施形態3に従う半導体装置のバーンイン動作(異常動作)について説明するタイミングチャート図である。
図12を参照して、時刻T50において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBIおよび制御信号W0Sの入力を受ける。
時刻T51において、バーンインモード制御回路32は、コマンドWBI(「H」レベル)および制御信号W0S(「H」レベル)の入力に従って制御信号WBTを「H」レベルに設定する。また、図示しないが制御信号PUEIを「H」レベルに設定する。
時刻T52において、AND回路39は、制御信号WBT(「H」レベル)および制御信号PUEI(「H」レベル)に基づいて制御信号PUEを「H」レベルに設定する。制御信号PUOは、「L」レベルを維持する。
これに伴い、NAND回路46は、検出信号線WBLEの検出信号と、制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「L」レベルの信号をNAND回路50に出力する。
NAND回路50は、NAND回路46からの「L」レベルの信号の入力に従って制御信号WBC(「H」レベル)に設定する。
時刻T53において、OR回路42は、制御信号PUE(「H」レベル)に従って偶数行に対応するワード線WL[0](「H」レベル)に設定する。すなわち、全ワード線WLのうちの偶数行のワード線WLを立ち上げ状態に設定する。
一方、ここでは、一例としてワード線WL[1]が立ち上げ状態になった場合が示されている。異常により奇数行のワード線WLに負荷がかかっている場合である。
これに伴い、NチャネルMOSトランジスタN21がオンする。
時刻T53以降、検出信号線WBLEは、徐々に「L」レベルに下がり始める。一方、検出信号線WBLENは、徐々に「H」レベルに立ち上がり始める。
また、NチャネルMOSトランジスタN21がオンすることにより、検出信号線WBLONは、徐々に「H」レベルに立ち上がり始める。
時刻T54において、NAND回路46は、検出信号線WBLEの電位に従う検出信号と制御信号PUEとのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路49は、検出信号線WBLENの電位に従う検出信号と制御信号PUEの反転信号とのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路48は、検出信号線WBLONの電位に従う検出信号と制御信号PUOの反転信号とのNAND論理演算結果に基づいて「L」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路45は、検出信号線WBLOの電位に従う検出信号と制御信号PUOとのNAND論理演算結果に基づいて「H」レベルの信号をNAND回路50に出力する。NAND回路50は、NAND回路46からの「L」レベルの信号を受けて、制御信号WBC(「H」レベル)を維持する。
次に、時刻T55において、クロック信号CLKが「H」レベルに設定される。
これに伴い、時刻T55において、信号生成回路36は、制御信号SAENを「L」レベルに設定する。
しかしながら、NOR回路44は、制御信号SAEN(「L」レベル)と制御信号WBC(「H」レベル)とのNOR論理演算結果に基づく制御信号SAE(「L」レベル)を出力する。
したがって、センスアンプ12,14は、活性化されず読出データQ[0],Q[1]は出力されない。
なお、上記においては、偶数行のワード線WLに対するバーンインイン動作について説明したが、奇数行のワード線WLについても同様である。
それゆえ、実施形態4に従う検出回路25を用いることによって奇数行あるいは偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作に異常がある場合には、センスアンプを活性化させる制御信号SAEは活性化されない。これにより、センスアンプから読出データは出力されないためバーンイン動作が正常ではないことを容易に検出することが可能である。
また、本構成の如く、バーンインイン動作の異常状態としては、偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作であるにも関わらず、奇数行のワード線WLに負荷がかかっている場合に異常を検出できるためバーンイン動作が正常ではないことを容易に検出することが可能である。なお、本例においては、偶数行のワード線WLに対するバーンイン動作であるにも関わらず、奇数行のワード線WLに負荷がかかっていることを検出する構成について説明したが、反対に奇数行のワード線WLに対するバーンイン動作であるにも関わらず、偶数行のワード線WLに負荷がかかっていることを検出することも同様に可能である。
(実施形態4)
上記の構成において、複数のメモリセルMCにはデータ「0」が格納されている場合について説明したが、データ「1」を格納するようにしてもよい。また、予め所定のデータパターンを複数のメモリセルMCに格納するようにしてもよい。
図13は、実施形態4に従うデータ「0」をメモリセルMCに格納した場合のセルレイアウトにおける負荷の掛かり方を説明する図である。
図13を参照して、隣接する4つのメモリセルMCのセルレイアウトが示されている。
X方向およびY方向に対してそれぞれ対称な配置となっている。
ここで、全てのメモリセルMCについてデータ「0」を格納している場合について説明する。この場合、各メモリセルMCにおいてNチャネルMOSトランジスタNT1およびPチャネルMOSトランジスタPT2がオンしているものとする。これにより、ノードNd1は「L」レベル、ノードNd2は、「H」レベルにラッチされた状態である。
本例においては、偶数行のワード線WLに対してバーンイン動作を実行し、奇数行のワード線WLに対して負荷は掛けていない状態である。
この場合、バーンイン動作により負荷がかかる領域は38箇所である。
図14は、実施形態4に従うデータ「0」および「1」をメモリセルMCに千鳥格子状に格納した場合のセルレイアウトにおける負荷の掛かり方を説明する図である。
図14を参照して、隣接する4つのメモリセルMCのセルレイアウトが示されている。
X方向およびY方向に対してそれぞれ対称な配置となっている。
ここで、メモリセルMCについてデータ「0」および「1」を千鳥格子状に格納している場合について説明する。X方向およびY方向において隣接するメモリセルMCに格納されているデータは互いに異なる。したがって、任意のメモリセル列において、奇数行あるいは偶数行同士のメモリセルMCのデータは同じである。
この場合、データ「0」を格納するメモリセルMCにおいてNチャネルMOSトランジスタNT1およびPチャネルMOSトランジスタPT2がオンしているものとする。これにより、ノードNd1は「L」レベル、ノードNd2は、「H」レベルにラッチされた状態である。
データ「1」を格納するメモリセルMCにおいてNチャネルMOSトランジスタNT2およびPチャネルMOSトランジスタPT1がオンしているものとする。これにより、ノードNd2は「L」レベル、ノードNd1は、「H」レベルにラッチされた状態である。
本例においては、偶数行のワード線WLに対してバーンイン動作を実行し、奇数行のワード線WLに対して負荷は掛けていない状態である。
この場合、バーンイン動作により負荷がかかる領域は40箇所である。
隣接するメモリセルMC同士で保持するデータが異なるためショート性不良に負荷を掛けることが可能である。
したがって、千鳥格子状にデータを格納することにより、さらに信頼性の高い検査を実行することが可能である。
(実施形態5)
図15は、従来のバーンイン動作における貫通電流について説明する図である。
図15を参照して、複数のメモリセルMCのデータ「0」と「1」とが偶数行あるいは奇数行に混在している場合について説明する。
この場合、偶数行のワード線WLに対してバーンイン動作を実行する場合について説明する。
この場合、データ「1」を格納しているメモリセルMCからデータ「0」を格納しているメモリセルMCに対してビット線BTを介して貫通電流が流れる。
また、データ「0」を格納しているメモリセルMCからデータ「1」を格納しているメモリセルMCに対してビット線BBを介して貫通電流が流れる。
したがって、格納しているデータに従ってバーンイン動作の実行により大きな貫通電流がビット線BTおよびBBを介して流れる。
上記の実施形態においては、メモリセルMCに格納されているデータが全て「0」あるいは「1」あるいは千鳥格子状に格納される場合について説明した。
この場合には、ビット線BTおよびBBは同一の電位ノードに設定されるため貫通電流は流れない。
一方で、メモリアレイのメモリセルMCを全て同一のデータあるいは千鳥格子状に格納する場合でも、書込データに不具合が生じた場合には上記の問題が生じることになる。
実施形態5においては、貫通電流が生じる場合であっても当該貫通電流を抑制することが可能な方式について説明する。
図16は、実施形態5に従うメモリアレイの構成について説明する図である。
図16を参照して、メモリアレイは、複数の行列状に配置された複数のメモリセルMCを有する。各列毎にメモリセルMC用の電源供給部が設けられる。
電源供給部は、一例として、直列に接続された2つのPチャネルMOSトランジスタで構成される。
1列目には、PチャネルMOSトランジスタP41,P51が設けられる。2列目には、PチャネルMOSトランジスタP52,P42が設けられる。PチャネルMOSトランジスタP51,P52は、制御信号WTHの入力を受ける。PチャネルMOSトランジスタP41,P42は、制御信号TIELの入力を受ける。
制御信号WTH(「L」レベル)の入力に従ってPチャネルMOSトランジスタP51,P52がオンする。制御信号TIEL(「L」レベル)の入力に従ってPチャネルMOSトランジスタP41,P42がオンする。
また、テスト用の電源供給部としてPチャネルMOSトランジスタP61が設けられる。
PチャネルMOSトランジスタP61はPチャネルMOSトランジスタP41,P42と並列に接続される。PチャネルMOSトランジスタP61は、制御信号WTLの入力を受ける。PチャネルMOSトランジスタP61の動作電流は小さい。
制御信号WTL(「L」レベル)の入力に従ってPチャネルMOSトランジスタP61がオンする。
バーンイン制御回路は、保護回路70を含む。
保護回路70は、インバータ61〜65とAND回路63とを含む。
インバータ61およびインバータ62は、直列に接続されて制御信号WBIの入力を受ける。
また、インバータ61は、制御信号WBIの入力信号を反転した制御信号WTLを出力する。制御信号WBIが「H」レベルに設定されるにしたって、制御信号WTLは、「L」レベルに設定される。
制御信号WBIが「H」レベルに設定されるに従って、制御信号WTHは「H」レベルに設定される。この場合、PチャネルMOSトランジスタP51,P52はオフする。一方、PチャネルMOSトランジスタ61はオンする。
したがって、制御信号WBIの入力に従ってテスト用の電源供給部と通常の電源供給部を切り替えることが可能である。
通常動作時およびテスト用の動作時において、制御信号TIELは、「L」レベルに設定される。
AND回路63は、制御信号WBIおよび制御信号ADWNのAND論理演算結果に基づいて制御信号WBTを出力する。
インバータ64,65は、各電源供給部の電源ノードと接続される。そして、各電源供給部の電源ノードの電位に応じた制御信号ADWNを出力する。
したがって、初期時には電源ノードの電位は「H」レベルに設定されている。一方、電源ノードの電位が下がってくると制御信号ADWNは「L」レベルに設定される。
それゆえ、貫通電流が生じる場合には、電源ノードの電位が下がるので制御信号ADWN(「L」レベル)を出力する。この場合、AND回路63は、「L」レベルの制御信号WBTを出力する。
これにより、一旦バーンイン動作が実行された場合であっても、貫通電流が生じる場合には、制御信号ADWN(「L」レベル)に従って制御信号WBTは「L」レベルに設定される。これにより、上記したように、制御信号PUが「L」レベルに設定されるためバーンイン動作の実行を停止することが可能である。なお、制御信号PUOおよびPUEについても同様である。
また、本例においては、バーンイン動作の場合には、制御信号WBIに従ってテスト用の電源供給部が用いられるため仮に貫通電流が生じた場合でも、大きな貫通電流が流れることを抑制することが可能である。
なお、上記においては、メモリアレイのメモリセルMCへの書込データに不具合が生じた場合の構成について説明したが、特にこれに限れず、書込データを書き込む前にバーンイン動作を実行する場合にも同様に適用可能である。
以上、本開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
1 半導体装置、10 メモリアレイ、11,13 マルチプレクサ、12,14 センスアンプ、20 デコーダ、25 検出回路、30 制御回路、32 バーンインモード制御回路、34 クロック制御回路、36 信号生成回路、40 入出力回路。

Claims (10)

  1. 行列状に配置された複数のメモリセルと、
    メモリセル行にそれぞれ対応して設けられる複数のワード線と、
    前記複数のワード線を駆動する駆動信号を生成するデコーダと、
    前記複数のワード線と前記デコーダとの間に設けられ、テスト動作により前記複数のワード線を一斉に立ち上げるとともに、前記複数のワード線の立ち上げ状態が正常であるか否かを検出するための検出回路とを備える、半導体装置。
  2. 前記メモリセルのデータを読み出す読出回路を備え、
    前記検出回路は、
    前記複数のワード線の立ち上げ状態が正常の場合には、前記読出回路を活性化させる信号をオンに設定し、
    前記複数のワード線の立ち上げ状態が異常の場合には、前記読出回路を活性化させる信号をオフに設定する、請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記検出回路は、
    前記複数のワード線の立ち上げ状態を検出するための検出信号線と、
    前記複数のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記検出信号線と第1の電圧との間に設けられ、ゲートが対応するワード線と接続される複数の検出トランジスタとを含み、
    前記テスト動作により、前記検出信号線は、第2の電圧と接続され、
    前記複数のワード線のうちの少なくとも1つの立ち上げ状態が異常の場合には、対応する検出トランジスタがオンする、請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記検出回路は、前記検出信号線の電圧と制御信号とに基づいて、前記読出回路を活性化させる信号を設定する設定回路をさらに含む、請求項3記載の半導体装置。
  5. 前記検出回路は、
    前記複数のワード線のうちの奇数行の立ち上げ状態を検出するための第1検出信号線と、
    前記複数のワード線のうちの偶数行の立ち上げ状態を検出するための第2検出信号線と、
    前記複数のワード線の奇数行のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記第1検出信号線と第1の電圧との間に設けられ、ゲートが対応するワード線と接続される複数の第1検出トランジスタと、
    前記複数のワード線の偶数行のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記第2検出信号線と前記第1の電圧との間に設けられ、ゲートが対応するワード線と接続される複数の第2検出トランジスタとを含み、
    前記テスト動作により、前記第1あるいは第2検出信号線は、第2の電圧と接続され、
    前記複数のワード線のうちの少なくとも1つの立ち上げ状態が異常の場合には、対応する検出トランジスタがオンする、請求項2記載の半導体装置。
  6. 前記検出回路は、
    前記複数のワード線の偶数行のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のワード線のうちの奇数行の立ち上げ状態の際に、前記複数のワード線の偶数行のワード線の異常を検出する複数の第3検出トランジスタと、
    前記複数のワード線の奇数行のワード線にそれぞれ対応して設けられ、前記複数のワード線のうちの偶数行の立ち上げ状態の際に、前記複数のワード線の奇数行のワード線の異常を検出する複数の第4検出トランジスタとをさらに含む、請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記複数のメモリセルには、千鳥格子状に第1のデータと、第2のデータとがそれぞれ格納される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
  8. 前記検出回路は、前記テスト動作において前記複数のメモリセルのうちの少なくとも1つ以上のメモリセルへの貫通電流を抑制するための保護回路を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
  9. 前記保護回路は、前記テスト動作において前記複数のメモリセルに対して電源を供給するテスト電源供給部を含む、請求項8記載の半導体装置。
  10. 前記保護回路は、前記テスト動作において前記メモリセルへの貫通電流が流れた場合に前記テスト動作を停止する停止回路をさらに含む、請求項8記載の半導体装置。
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