JP2755936B2 - ブロック単位でストレス印加可能なストレス電圧印加回路 - Google Patents

ブロック単位でストレス印加可能なストレス電圧印加回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置に
関し、特に、その信頼性テストのためにストレス電圧を
印加するストレス電圧印加回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ装置の高集積化に伴ってそ
の不良発生率も増加している。一般に、半導体メモリ装
置の不良は周辺回路の不良とセルアレイにおける不良と
に大別でき、周辺回路の不良はその特性上救済が難しい
が、アレイ内の不良はその不良メモリセルを冗長メモリ
セルに置替えて救済可能で、歩留りを向上させることが
できる。従って、アレイ内の不良メモリセルを早期に発
見する技術が重要視され、早くから開発が行われている
が、現在までの各種不良セルスクリーン(Defectcell sc
reen)技術では、メモリセルの特性に応じた完全救済を
行うには至っていない。
【0003】不良メモリセルは、初期テストのソーティ
ングテスト(Sorting test)で検出されやすいハード不良
セル(Hard defect cell)と、電界や温度ストレスで徐々
にセル特性が劣化して欠陥に至る検出され難いソフト不
良セル(Soft defect cell)とに区分され、これらハード
及びソフト不良セルをすべて検出可能であるのが理想的
な不良スクリーン技術である。具体的にハード不良セル
は、アレイ内のワードライン及びビットラインに独立的
又は複合的に電気的なオープン/短絡(open/short)が存
在したり、また、セル基板に大きな欠陥が存在してワー
ドラインやビットラインと電気的に短絡したり、或い
は、ゲートオキサイドが絶縁体の役割を果せない程に特
性劣化したりした場合であって、一般的ソーティングテ
ストの段階でも発生しやすいので初期テストで容易に区
別可能である。しかしながらソフト不良セルは、電気的
なオープン/短絡が非常に微弱であったり、或いは、ゲ
ートオキサイドがほんの少しリークしているような程度
の場合であって、初期テストのソーティングテストでは
欠陥発生とはならず、徐々に欠陥が進行していって組立
後のテストで欠陥発生となることもあるような不良であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、テスト
モードで全アレイを同時に選択した後に不良セルを探す
ため、一般的にメモリ動作電源電圧の1.4〜2倍程度
の高い電圧(ストレス電圧)を加え、以後の通常的な機
能に欠陥を生じるセルを不良セルとして判定している。
【0005】揮発性メモリであるランダムアクセスメモ
リ(RAM)系列及び不揮発性メモリ中のマスクプログ
ラム等のプログラマブルリードオンリメモリ(PRO
M)系列では、ストレス印加後リフレッシュや低電源電
圧VCC又は高電源電圧VCCで動作させたときに正常
動作が遂行されるか否かにより、不良/正常が決定され
る。この場合の代表的不良例が、ゲートオキサイドブレ
ークダウンやジャンクションブレークダウンである。
【0006】これらメモリ装置に対し、データの消去及
びプログラムでホットキャリアやトンネル効果(Fowler-
Nordheim Tunneling) を利用してフローティングゲート
の電荷量を調整することによりデータを記憶するEPR
OMやEEPROMの系列では、他のメモリでは問題に
ならない水準のゲートオキサイドやジャンクションのリ
ークが存在してもセルデータの電荷量に大きく影響する
ので、より簡単に不良が発生し得る。従って、初期テス
トでソフト不良セルを確実に見つけることが必要であ
る。
【0007】このEPROMやEEPROM系列の場
合、全アレイを同時に選択してストレス電圧を印加した
とき、アレイ内にハード不良セル及びソフト不良セルが
混在していたとすれば、ハード不良セルを通じてストレ
ス電圧が大きく降下するため、ソフト不良セルに対して
は十分なストレス電圧が印加されずに不良スクリーンが
かけられないことになる。従って、初期テストでソフト
不良セルが見逃されて後続の組立後に、高温ストレスで
あるベーク(Bake)、温度及び電気的ストレスを同時に加
えるバーンインテスト(Burn-in Test)、高電圧でフロー
ティングゲートに電界を加えるディスターブテスト(Dis
turb Test)等が行われた場合、そのソフト不良セルがハ
ード不良セルに発展して落とされることになり、歩留り
の低下につながっている。
【0008】またEPROM及びEEPROMの場合、
データの消去及びプログラムを高電圧をかけることで遂
行するので、消去及びプログラムを数十〜数千回反復実
行するサイクリングテスト(Cycling Test)を実施するよ
うにしており、ソフト不良セルが徐々に発展したハード
不良セルが発生しやすいという問題がある。
【0009】従って、本発明の目的は、不揮発性半導体
メモリ装置におけるソフト不良セルを初期段階で発見で
き、また特に、ハード不良セルとソフト不良セルとが混
在する場合でも初期テストで発見できるようなストレス
電圧印加回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】ソフト不良セルを早期発
見するためには、メモリセルアレイをより細かな単位に
区切ってストレス電圧をかけられれば好ましいといえ
る。即ち、外部アドレスにより選択されたブロックにの
みストレス電圧を印加できるようなストレス電圧発生回
路であれば、不良セルを初期に発見することができる。
これによると、メモリ装置内に電気的なストレスを加え
てソフト不良セルを検出しようとするとき、アドレスデ
コーディングによりブロック単位でストレスを加えるこ
とにより、たとえストレス電圧が降下するハード不良セ
ルが存在しても、ストレス電圧が降下するブロック以外
のブロックでは、ソフト不良セルがあってもこれに十分
なストレス電圧を印加することができる。
【0011】具体的には本発明によれば、フローティン
グゲート形MOSトランジスタからなるメモリセルを多
数配列したメモリセルアレイが所定のブロック単位に分
割されてなり、ストレス電圧、読出電圧、消去電圧及び
プログラム電圧を発生するための電圧発生回路と、入力
アドレスに基づいてブロック選択信号を発生するアドレ
スバッファ及びプリデコーダと、を備えた不揮発性半導
体メモリ装置のストレス電圧印加回路において、前記ブ
ロック選択信号に従ってメモリセルアレイのブロックの
いずれかを選択するブロック選択制御回路と、該ブロッ
ク選択制御回路により選択されたブロックのワードライ
ンへストレス電圧を印加するワードライン選択制御回路
と、を用いて構成することを特徴とする。
【0012】また特に、メモリセルアレイが、選択トラ
ンジスタ間に複数のメモリセルを直列接続してなるスト
リングを配列した行ブロックに分割され、そして前記選
択トランジスタのゲートへ信号を送るパストランジスタ
及びワードラインへワードライン信号を送るワードライ
ンパストランジスタを各行ブロックごとに有してなる場
合に、ブロック選択制御回路について、ブロック選択信
号を受けるブロックプリデコーダと、このブロックプリ
デコーダの出力及び発振入力される昇圧信号に従ってプ
ログラム電圧を基に昇圧動作を行い、前記パストランジ
スタ及びワードラインパストランジスタの各ゲートへパ
ス電圧を印加する第1スイッチポンプ回路と、前記ブロ
ックプリデコーダの出力及び発振入力される昇圧信号に
従って昇圧動作を行い、ストレス電圧を駆動して前記選
択トランジスタの各ゲートへ印加する第2スイッチポン
プ回路と、を前記各行ブロックごとに設けた構成とする
ことを特徴とする。
【0013】またこの場合に、ワードライン選択制御回
路について、ストレス電圧印加時に活性化されるブース
ティング信号と、アドレスバッファ及びプリデコーダか
ら出力されるワードライン選択信号及び発振入力される
昇圧信号とに従って昇圧動作を行い、ストレス電圧を駆
動してワードラインへ印加するスイッチポンプ回路を有
した構成とすることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき添
付図面を参照して詳細に説明する。尚、図中の共通要素
には同じ符号を付してある。
【0015】図1のブロック図に示す電気的消去可能で
プログラム可能な不揮発性半導体メモリ装置は、NAN
D形フラッシュメモリセルアレイの構成を有している。
その構造及び読出/書込動作については、例えば199
3年12月22日付出願の米国特許5,473,563
号の“不揮発性半導体メモリ”等で詳細に示されてい
る。
【0016】この不揮発性半導体メモリ装置では、メイ
ンメモリセルアレイ10が複数の行ブロックB1〜B5
12に分けて構成されている。そして、メインメモリセ
ルアレイ10の駆動は、ブロック選択制御回路20とワ
ードライン選択制御回路30により制御される。ブロッ
ク選択制御回路20は、アドレスバッファ及びプリデコ
ーダ50を通じて入力されるブロック選択信号に従って
512個の行ブロック中の選択ブロックを活性化させ、
またワードライン選択制御回路30は、その選択ブロッ
クにおいてワードライン選択信号に従う選択ワードライ
ンを活性化させる。即ち、外部から印加されたアドレス
信号1Aは、アドレスバッファ及びプリデコーダ50で
ラッチされてからブロック選択制御回路20及びワード
ライン選択制御回路30へ伝送される。このアドレスバ
ッファ及びプリデコーダ50は、半導体メモリ装置で広
く使用される一般的回路である。電圧発生回路40は、
読出及び書込動作で必要な読出電圧、プログラム電圧、
及び消去電圧を発生し、またストレスモードにおいて
は、読出電圧より高くプログラム電圧より低くした、メ
モリセルアレイ内の不良セルを検出するために印加され
るストレス電圧を発生する回路である。これら読出電
圧、プログラム電圧、消去電圧、及びストレス電圧は電
圧発生制御信号1Bに従って発生される。
【0017】図2は、メインメモリセルアレイ10と周
辺回路の構成を示す概略回路図である。図示のように5
12個の各行ブロックB1〜B512は同様の構成をも
っている。即ち、フローティングゲート形MOSトラン
ジスタのメモリセルT6〜T7を多数直列接続したNA
NDセル構造を有し、そして、最初の行のメモリセルT
6,T10,……(2Bトランジスタとする)とビット
ラインB/L1,B/L2,……,B/Lnとの間にそ
れぞれ設けられた選択トランジスタT5,T9,……
(2Aトランジスタとする)、及び、最終の行のメモリ
セルT7,T11,……(2Cトランジスタとする)と
共通ソースライン(CSL)60との間にそれぞれ設け
られた選択トランジスタT8,T12,……(2Dトラ
ンジスタとする)を備えている。これら各列の2つの選
択トランジスタ及びその間のメモリセルでストリングが
構成されており、このストリングは各行ブロックにビッ
トライン数分揃えられている。
【0018】ワードライン選択制御回路30はワードラ
インパストランジスタT2〜T3を介して2Bトランジ
スタ及び2Cトランジスタの制御ゲートへ読出電圧、プ
ログラム電圧、消去電圧、ストレス電圧を印加する。ま
た、ブロック選択制御回路20は各行ブロックごとの選
択制御回路20A,20B,……,20Cをもち、パス
トランジスタT1,T4を介して2Aトランジスタ及び
2Dトランジスタのゲートへ所定の電圧を提供する。ブ
ロック選択制御回路20A,20B,……,20Cはま
た、トランジスタT1〜T4を制御するゲート信号70
i(i=1〜512)を出力する。CSL60は各行ブ
ロックで共通とされ、セルの接地電位を設定する。
【0019】図3は、ブロック選択制御回路20の具体
的回路例を示す。アドレスバッファ及びプリデコーダ5
0でデコーディングされたブロック選択信号であるアド
レス信号3A,3B,3Cをブロックプリデコーダ10
0へ入力し、このブロックプリデコーダ100の出力を
インバータL1,L3を介して用いるようにしてある。
インバータL1の出力を受ける第1スイッチポンプ回路
200は、ストレスモードで活性化される昇圧信号11
0とインバータL1の出力とをNANDゲートL2で演
算して動作し、ストレス電圧よりも1V(しきい値電
圧)以上高いプログラム電圧Vmlを用いたポンピング
動作でパストランジスタT1〜T4のゲート信号70i
(パス電圧)を発生する。また、第2スイッチポンプ回
路300も同様の構成とされ(図示略)、インバータL
3の出力と昇圧信号110に従いトランジスタE3を制
御してストレス電圧Vstrを駆動し、2Aトランジス
タ及び2Dトランジスタへ送る。
【0020】図4は、ワードライン選択制御回路30の
具体的回路例を示す。アドレスバッファ及びプリデコー
ダ50でラッチされたアドレスによるワードライン選択
信号160をNANDゲートL4で昇圧信号150と演
算し、そしてストレスモードで活性化されるブースティ
ング信号170に従いトランジスタE6を制御してスト
レス電圧Vstrを駆動する。その出力S1〜S2は、
ワードラインパストランジスタT2〜T3を経て2Bト
ランジスタ〜2Cトランジスタの制御ゲートへ送られ
る。
【0021】このような不揮発性半導体メモリ装置(E
EPROM)につき、全セルが消去のオンセルの状態で
ストレス電圧を加えるストレスモードへ進入する場合を
説明する。即ち、本例のような不揮発性半導体メモリ装
置は、データプログラムやストレスを加える前には消去
を行うのが一般的であるからである。消去動作について
は、上述の米国特許明細書等で開示されているので、説
明は省略する。
【0022】1番目の行ブロックB1がストレス印加対
象とされる場合、ストレスモードへの進入でアドレス信
号1Aによる行ブロックB1の選択アドレスがローディ
ングされると、アドレスバッファ及びプリデコーダ50
でそのアドレスがラッチされると共にデコーディングさ
れ、その結果のブロックアドレス選択信号1Cはブロッ
ク選択制御回路20へ、またワードライン選択信号1D
はワードライン選択制御回路30へ入力される。ブロッ
クアドレス選択信号1Cによるブロックアドレス信号3
A,3B,3Cに従って第1ブロック選択制御回路20
AにおけるインバータL1の出力は論理“ハイ”にな
る。
【0023】また、ストレスモードに進入すれば、電圧
制御信号1Bにより電圧発生回路40が、読出電圧より
高くプログラム電圧より低いストレス電圧Vstrを発
生する。このときプログラム電圧Vmlは18Vで発生
される。更に、書込エネーブル信号120は論理“ロ
ウ”、昇圧信号110は論理“ハイ”/“ロウ”に発振
(oscillation) する。従って、インバータL1の出力が
論理“ハイ”になれば、図3に示したゲート信号70i
の出力電圧は、まずデプレッション形トランジスタD1
の短絡−オフ電圧(約2Vと仮定)だけ印加され、エン
ハンスメント形トランジスタE2のゲートがその約2V
になれば、プログラム電圧VmlがトランジスタE2の
しきい値電圧Vt(約1Vと仮定)程減少してキャパシ
タC1に伝達される。このとき、NANDゲートL2の
一方の入力がインバータL1による論理“ハイ”にな
り、他方は論理“ハイ”/“ロウ”で発振するので、N
ANDゲートL2の出力は論理“ハイ”/“ロウ”に発
振する。NANDゲートL2の出力が論理“ハイ”(5
Vと仮定)になると、始めにトランジスタE2により伝
達された電圧1Vが△V(約5V)だけ昇圧され、この
昇圧電圧1V+△Vは、エンハンスメント形トランジス
タE1を通じて1Vだけ減少してトランジスタE2のゲ
ートへ△V(約5V)として伝達される。
【0024】このようなスイッチポンプの昇圧作用によ
り、第1スイッチポンプ回路200の出力電圧は最大V
ml+△V−2Vtまで上昇し、このパス電圧に従って
1番目の行ブロックB1が活性化される。一方、この行
ブロックB1以外の511個の行ブロックは、アドレス
信号3A,3B,3Cの組合せによるデコーディングで
非選択となるので、該各行ブロック担当の論理ゲートの
出力は論理“ロウ”になり、これに従って昇圧作用に必
要な初期電圧が発生されないので、これら各行ブロック
は非活性化される。
【0025】またこれと同様の昇圧動作により、ブロッ
クプリデコーダ100の出力を入力するインバータL3
の出力に従う第2スイッチポンプ回路300の出力電圧
はVstr+△V−2Vtまで上昇し、これにより導通
するエンハンスメント形トランジスタE3は、選択され
た1番目行ブロックB1の2Aトランジスタ及び2Dト
ランジスタのゲートへストレス電圧を送る。
【0026】図4に示すワードライン選択制御回路30
内のスイッチポンプ回路400の動作も、図3に示した
ブロック選択制御回路20の動作と同様である。即ち、
ストレスモードで活性化されるブースティング信号17
0は論理“ハイ”、書込エネーブル信号180は論理
“ロウ”になり、アドレスバッファ及びプリデコーダ5
0でラッチされたアドレスによるワードライン選択信号
160は、外部アドレスデコーディングに従って論理
“ハイ”になる。従って、昇圧信号150の発振により
スイッチポンプ回路400の出力電圧は最大Vstr+
△V−2Vtまで上昇する。これに応じるエンハンスメ
ント形トランジスタE6を通じた出力S1〜S2は、図
2に示したワードラインパストランジスタT2〜T3を
介してストレス電圧として2Bトランジスタ〜2Cトラ
ンジスタの制御ゲートへ印加される。このワードライン
選択制御回路30内の出力S1〜S2は、行ブロックB
1内のワードライン数分存在し、全行ブロック共通とな
る。
【0027】以上の結果、選択された1番目の行ブロッ
クB1では各パストランジスタT1〜T4のゲートがゲ
ート信号70iによりパス電圧Vml+△V−2Vt、
非選択ブロックではそのゲート信号70iの電圧が0V
になるので、ワードライン選択制御回路30の出力であ
るストレス電圧は、選択ブロックである行ブロックB1
のワードラインにのみ印加される。即ち、外部アドレス
デコーディングにより、1番目の行ブロックB1のみ選
択して所望の時間だけストレス電圧を印加できるように
なる。尚、デプレッション形トランジスタD1,D2は
昇圧の逆流防止のために設けられているに過ぎない。
【0028】1番目の行ブロックB1のストレス印加が
終われば、次の行ブロックのアドレスを入力して活性化
させ、同様のブロック選択によるストレス印加を順次実
施していけばよい。また、アドレスの入力形態によって
は全行ブロックを選択した全アレイに対する一括ストレ
ス印加を実施することも可能である。
【0029】この実施形態によれば、メモリセルアレイ
に対しブロック単位という細かな単位でストレスを加え
られるので、十分なストレス電圧を印加できる。また、
ハード不良セルのあるブロックではそのリークによりス
トレス電圧が降下することから容易にブロック別の検証
が可能であり、この場合にはブロック単位での冗長によ
るデバイス救済を行える。ストレス電圧が印加される選
択ブロックと非選択ブロックとの電圧関係を次の表1に
まとめておく。
【表1】
【0030】図5は、この例のストレスモードのフロー
チャートを示したものである。まずステップ1で全アレ
イ消去を行った後、ストレスモードに進入して最初の行
ブロックを外部アドレスにより選択し(ステップ2)、
上記ストレス状態を該行ブロック内の全セルに時間Ts
trで加え(ステップ3)、最初の行ブロックのストレ
ス印加を終了する。次いで外部比較器(comparator)等を
用いてその次のストレスを加えるブロックアドレスが最
終ブロックアドレスであるか比較判断し(ステップ
4)、最終行ブロックでなければブロックアドレスを1
増加させた後(ステップ5)にステップ3へ戻って該当
行ブロックへストレスを加える。ステップ4の結果が最
終ブロックアドレスであればストレス印加を終了してス
テップ6へ進み、全アレイを検証して全アレイに対する
ストレス印加を完了する。この場合、各行ブロックへの
ストレス印加終了ごとに検証を行うようにしてもよい。
【0031】以上、図面を中心に例をあげて説明した
が、本発明の技術的思想を外れない範囲内では、RA
M、ROM系列の半導体メモリ装置にも適用可能である
ことをこの技術分野における通常な知識を有する者なら
ば明白に理解できるであろう。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、アドレス信号を用いた
ブロック単位でのストレス電圧印加を可能にしたので、
各メモリ素子に対し十分なストレスを加えることがで
き、従ってソフト不良セルの早期発見が可能になる。こ
れにより、テスト時間の短縮やテスト効率向上を図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるストレス電圧印加回路を備えたメ
モリ装置のブロック図。
【図2】メモリセルアレイ部分の一部詳細を示す概略回
路図。
【図3】ブロック選択制御回路の構成例を示す回路図。
【図4】ワードライン選択制御回路の構成例を示す回路
図。
【図5】ストレス電圧印加の際のフローチャート。
【符号の説明】 10 メモリセルアレイ 20 ブロック選択制御回路 30 ワードライン選択制御回路 40 電圧発生回路 50 アドレスバッファ及びプリデコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11C 29/00 673 G11C 16/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フローティングゲート形MOSトランジ
    スタからなるメモリセルを多数配列したメモリセルアレ
    イが所定のブロック単位に分割されてなり、ストレス電
    圧、読出電圧、消去電圧及びプログラム電圧を発生する
    ための電圧発生回路と、入力アドレスに基づいてブロッ
    ク選択信号を発生するアドレスバッファ及びプリデコー
    ダと、を備えた不揮発性半導体メモリ装置のストレス電
    圧印加回路において、 前記ブロック選択信号に従ってメモリセルアレイのブロ
    ックのいずれかを選択するブロック選択制御回路と、該
    ブロック選択制御回路により選択されたブロックのワー
    ドラインへストレス電圧を印加するワードライン選択制
    御回路と、を用いてなることを特徴とするストレス電圧
    印加回路。
  2. 【請求項2】 メモリセルアレイは、選択トランジスタ
    間に複数のメモリセルを直列接続してなるストリングを
    配列した行ブロックに分割され、そして前記選択トラン
    ジスタのゲートへ信号を送るパストランジスタ及びワー
    ドラインへワードライン信号を送るワードラインパスト
    ランジスタを各行ブロックごとに有してなり、ブロック
    選択制御回路は、ブロック選択信号を受けるブロックプ
    リデコーダと、このブロックプリデコーダの出力及び発
    振入力される昇圧信号に従ってプログラム電圧を基に昇
    圧動作を行い、前記パストランジスタ及びワードライン
    パストランジスタの各ゲートへパス電圧を印加する第1
    スイッチポンプ回路と、前記ブロックプリデコーダの出
    力及び発振入力される昇圧信号に従って昇圧動作を行
    い、ストレス電圧を駆動して前記選択トランジスタの各
    ゲートへ印加する第2スイッチポンプ回路と、を前記各
    行ブロックごとに有してなる請求項1記載のストレス電
    圧印加回路。
  3. 【請求項3】 ワードライン選択制御回路は、ストレス
    電圧印加時に活性化されるブースティング信号と、アド
    レスバッファ及びプリデコーダから出力されるワードラ
    イン選択信号及び発振入力される昇圧信号とに従って昇
    圧動作を行い、ストレス電圧を駆動してワードラインへ
    印加するスイッチポンプ回路を有してなる請求項2記載
    のストレス電圧印加回路。
  4. 【請求項4】 ストレス電圧は、読出電圧とプログラム
    電圧との間の値を有する請求項1〜3のいずれか1項に
    記載のストレス電圧印加回路。
  5. 【請求項5】 プログラム電圧は、ストレス電圧にしき
    い値電圧を加えた値以上の値を有する請求項4記載のス
    トレス電圧印加回路。
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