JP3540711B2 - メモリ・デバイス用の欠陥漏れスクリーン・テストを実行するための装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスに関し、より具体的には、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ・デバイス(DRAM)などのダイナミック・メモリ・デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
すべてのダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ用のテストフローの終わりには、バーンイン・モジュール・ストレス・テストと最終モジュール・テストが行われる。これらのテストの目的は、パッケージングおよびバーンインによるすべてのストレス誘導セル障害をふるい落とすことである。これらのテストでは、DRAMセルなどのメモリ・セルについて厳密なスクリーニングおよび特徴付けを実行するが、これはモジュール・レベルで保持時間関連障害を識別する際に助けとなる。保持時間は、セルの高電圧または「1」レベルをその読取り「1」動作を失敗させるような低電圧まで放電させる効果を有する漏れ電流によって決まる。半導体物理学によって予測されるように、漏れ電流は、通常、DRAMセル内で発生するが、数秒という保持時間に相当するほど十分低い値である。現在のDRAMは、通常、128ミリ秒の保持時間についてテストされ保証される。このようにテスト保持時間が非常に短いと、通常よりも高い漏れ電流を許容し、、仕様値と数秒という通常の時間との間の保持時間を許すことになる。このようなセルは弱いものと見なされ、潜在的に信頼性の問題になる。このようなセルを識別ならびに監視して、ストレス後の劣化があるかどうかを確認できるテスト方法を設計することが望ましい。このようなセルの識別は、信号限界テストによって実施される。
【0003】
信号限界テストの目的は、チップ上の他のどのセルよりも弱いチップ上のセルを識別することである。このような弱いセルは通常、欠陥の結果である。弱いセルは初期製作後、典型的な動作条件下で通常通り機能することができるが、時間またはストレスにつれて劣化し、モジュール組立て後またはバーンイン・ストレス・テスト後あるいは顧客の応用例において後で作動不能になる可能性がある。
【0004】
しかし、現行のテスト方法では、通常、正確な障害メカニズムを識別するために数通りの徹底的かつ詳細な分析を必要とする。技術が進歩するにつれて、1つのメモリ・デバイスのメモリ・セルの数が増加し、メモリをテストし、欠陥ビットを検出し、その後、その障害メカニズムを特徴付けるために必要な時間が長くなる。欠陥モジュールは、障害メカニズムと根本原因を識別するために物理障害分析(PFA)中に分析される。しかし、PFAは、非常に徹底的であるが時間のかかるプロセスである。予想される障害メカニズムおよび障害分類に関するより詳細なデータをPFA分析者に提供することにより、重大な生産性の増強を達成することができる。
【0005】
保持時間関連障害を特徴付けるための従来の方法としては、メモリ・アレイ全体で1組のテスト・パターンを操作することと、リフレッシュ・サイクル時間を変化させることを含む。デバイス内に何らかの漏れ電流があると、メモリ・セル内の電荷が低下し、このため、保持時間が短縮されることになる。図1は、pウェル12と、NFETアレイ・デバイス14と、ワード線(WL)16とを備えたnポリシリコン・メモリ・セル10の断面図を示している。メモリ・セルのnポリシリコン10とプレート電圧領域18との接触領域はセル・キャパシタを形成する。pウェル電圧は、負電位に保持され、アレイ・デバイスのバック・バイアスを形成する。これは、pウェル接点26による電気接続を有する。通常、接合漏れ20Ijctと閾値下(サブスレショルド)漏れ22Isubという2通りの漏れ電流を設定することができる。接合漏れは、pウェル12のpn接合とセルのn拡散14との間に形成される。閾値下漏れは、アレイがオフになったとき、すなわち、ワード線16の電位が0ボルトであるときのビット線24とセルとの間の電流を表す。バック・バイアス電圧(pウェル電圧)が変化すると、この2通りの漏れ電流に影響することになる。
【0006】
したがって、保持時間関連単一ビット障害を特徴付ける能力は、これまでデバイスのリフレッシュ・サイクル時間を非効率的に変化させることによって行われてきたが、依然として当技術分野の難題である。
【0007】
あるテスト・コードによって活動化される特別なテスト条件は、それぞれ米国特許第5469393号および第5544108号に教示されている。第1のテスト条件では、共用センス・アンプ・アレイの選択していない半分のビット線を選択した半分のビット線に接続し、2倍のビット線キャパシタンスと、その結果、「読取り」信号レベルの半分を発生する。第2の方法では、ビット線読取り基準電圧レベルに対してセル内のノード電圧の論理レベル「1」を低下させるかまたは論理レベル「0」を上昇させることができるセル・キャパシタ・プレート電圧を調整することにより、「読取り」限界を低減する。第3の方法では、テスト・モード・スイッチを介して外部キャパシタンスに接続されたより高いビット線キャパシタンスまたは同じスイッチによって接続された外部読取り基準電圧を教示する。このような同様の方法については、米国特許第5339273号に教示されている。
【0008】
これらの信号限界テスト方法では、他のセルより弱い読取り出力電荷を有するセルを識別することができる。弱い読取り出力電荷は、高い接合漏れ電流、高い閾値下電流、寄生漏れ経路、低いセル・キャパシタンス、高い接続抵抗など、セル内で発生しうるいくつかの欠陥または異常の結果になりうる。これは、どの欠陥がその障害を引き起こしたかを確かめるための従来技術のテスト方法では、依然として困難なままである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来技術の問題および欠点を銘記しながら、本発明の一目的は、漏れ電流、接合漏れ電流、または閾値下漏れ電流による特別な単一ビット障害、セル保持時間障害を特徴付けるためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、パッケージ化されたメモリ・デバイスに関する様々な障害メカニズムを区別するパッケージ・レベルのスクリーン・テストを実行するためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0011】
本発明のさらに他の目的は、メモリ・デバイスをテストする際に関連セル障害を保持するためのテスト時間を短縮するためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに他の利点は、一部は自明であり、一部は本明細書から明らかになるだろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記その他の目的および利点は、当業者には明らかになり、本発明で達成されるが、第1の態様では、半導体メモリ・デバイスのpウェル電圧を調節するように適合された欠陥漏れスクリーン・テスト装置であって、初期プログラム・ロード論理信号を供給するように適合されたテスタと、論理回路を有する半導体メモリ・デバイスとを含み、その論理回路が、デコード入力信号とデコード出力信号とを有し、初期プログラム・ロード論理信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、基準電圧発生器回路と、初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、pウェル電圧フィードバック回路と、差動増幅器回路とを含む、欠陥漏れスクリーン・テスト装置を対象とする。
【0014】
初期プログラム・ロード・デコード論理回路は、複数のNANDゲートと、複数のインバータ・ゲートとを含み、デコード入力信号の論理組合せは、デコード出力信号の様々な論理出力を活動化するように適合されている。
【0015】
基準電圧発生器回路は、接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるための分圧器と、分圧器と直列のトランジスタとを含む。分圧器は直列に電気接続された複数の抵抗器を含む。
【0016】
初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路は第1段と第2段とを含み、マルチプレクサ回路は、電圧基準発生器によって生成された複数の電圧信号を選択するように適合され、選択した信号を差動増幅器回路に出力する。
【0017】
pウェル電圧フィードバック回路は分圧器出力信号を有する分圧器を含み、分圧器出力信号が差動増幅器回路への入力として使用されるように、その分圧器は内部電圧信号およびpウェル電圧信号に接続される。
【0018】
差動増幅器回路は、複数の差動増幅器入力信号と少なくとも1つの差動増幅器出力信号とを有し、複数の差動増幅器入力信号のうちの1つとして初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、複数の差動増幅器入力信号のうちのもう1つとしてpウェル電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、基準電圧信号とpウェル電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、差動増幅器出力信号によりpウェル電圧ポンプの活動化を制御するように適合されている。
【0019】
本発明は、第2の態様では、pウェル電圧を調節するように適合された装置であって、電子論理信号をデコードするための手段と、デコードした論理信号に依存する基準電圧信号を生成するための手段と、基準電圧信号を多重化するための手段と、pウェル電圧信号を供給するための手段と、pウェル電圧信号と基準電圧信号とを比較するための手段と、その比較に依存する出力信号を生成するための手段とを含む装置を対象とする。
【0020】
本発明は、第3の態様では、複数のメモリ・セルとpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスのセル保持時間関連障害の漏れ原因を検出するためのテスト方法であって、
a)初期プログラム・ロード命令をデコード可能な論理回路を集積回路メモリ・デバイスに設けるステップと、
b)メモリ・セル読取り中にそれぞれのメモリ・セルのpウェル電圧を変化させるステップと、
c)それぞれのメモリ・セルの様々なpウェル電圧の関数として保持時間の合格/不合格基準を決定するステップと、
d)漏れ電流の様々なタイプ別にメモリ・セルの障害をグループ化するステップと、
e)初期プログラム・ロード・コマンドによりメモリ・デバイスの論理回路に制御信号を送るステップと、
f)メモリ・デバイスのpウェル電圧を監視し変化させるステップとを含むテスト方法を対象とする。
【0021】
pウェル電圧を監視し変化させるステップ(f)は、1)少なくとも2つの比較器入力と少なくとも1つの比較器出力とを有する比較器回路にpウェル電圧をフィードバックするステップと、2)通常のICチップ動作中にpウェル電圧と基準電圧とを比較するステップと、3)比較器出力に基づいて電圧ポンプ回路を活動化してpウェル電圧を変化させるステップとをさらに含む。
【0022】
本発明は、第4の態様では、複数のメモリ・セルと所定のpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスの保持時間関連障害を検出するためのテスト方法であって、a)論理ビットによって複数のメモリ・セルのそれぞれに書き込むステップと、b)少なくとも2通りの漏れ電流を測定するために読取り動作中にpウェル電圧を変化させて論理ビットを読み取るステップと、c)少なくとも2通りの漏れ電流測定値に基づいて保持時間問題を有するメモリ・セルを検出するためにビット障害マップを生成するステップとを含むテスト方法を対象とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を説明する際に、添付図面の図2ないし図7を参照するが、これらの図では同様の番号は本発明の同様の特徴を指し示す。本発明の特徴は必ずしも一定の縮尺で添付図面に示されているわけではない。
【0024】
DRAMセルなどのメモリ・デバイスの障害分析プロセスにおけるステップを除去または削減するため、あるいは物理障害分析(PFA)の必要性を完全に除去するために、欠陥漏れスクリーン・テスト装置を導入する。導入されたテスト手順は、漏れ電流、接合漏れ電流、または閾値下漏れ電流による特別な単一ビット障害を特徴付けることを目的とする。重要なことに、このテスト方法はパッケージ・レベルで適用することができる。このテスト方法では、セル・トランスファ・デバイスのバックバイアス電圧またはpウェル電圧(vbb)のテスト・モード初期プログラム・ロード(IPL)変化を使用する。vbbを変化させる能力により、保持時間の間にどのタイプの漏れがセルを弱くするかまたは作動不能にする可能性があるかを識別することが可能になる。障害の原因としての接合漏れIjctの表示は、保持時間の間の適切なテスト・パターン中にvbbについてより低い(または負の)値を適用することによって決定される。vbbが通常の動作条件より大きい負の値であると、トランスファ・デバイスのしきい値が上昇し、その閾値下電流Isubが低下し、それと同時にp−n接合の逆バイアスが増加し、接合漏れIjctが増す。vbbがより大きい正の値であると、しきい電圧が低下し、デバイスのOFF状態を最大限にするテスト・パターンにより、セル漏れ電流が閾値下電流Isubによって支配されることになるだろう。
【0025】
第1に、それぞれの単一セルのpウェル電圧(vbb)の関数としての保持時間の合格/不合格基準は、通常、Shmooテスト・パターンを実行してShmooプロットを作成することによって決定される。Shmooテストは、テスト中のシステムの個々のパラメータを増分式に変化させることにより、そのシステムの出力の1組のパターンを監視する。単一ビット障害の様々な根本原因のそれぞれに関する情報は、典型的なShmooプロットによって獲得される。このため、テスト方法のこの第1のステップは、様々なカテゴリに単一ビット障害をグループ化し、発生源が未知の障害および漏れメカニズムの様々なタイプを区別することを容易にする。
【0026】
このテスト手順の鍵は、テスト・コード初期プログラム・ロード(IPL)によりモジュール・レベルでpウェル電圧vbbを変化させる能力である。これは、テスト機器のIPLコードによって活動化可能な追加の論理回路を集積回路チップ上に実現することによって実施される。
【0027】
図2は、テスタのIPL信号30による可変vbb調整を使用してpウェル電圧を変化させるための電子回路をブロック図形式で示している。
【0028】
pウェル電圧変化システムの基本機能は以下の通りである。すなわち、ノード32のvbb電圧または電圧vbb_netを有するNET(キャパシタCvbb34として示す)の(pウェル)電圧を監視し、抵抗分圧器R1 38により比較器36(COM1)にフィードバックする。通常のチップ動作中にR1の出力電圧であるフィードバック電圧40vbb_fbを基準電圧42vrefと比較し、vbb32の電圧レベルがvref42に関して低下し、したがって、所望のvbb電圧レベルを維持する場合にvbbポンプ44であるP1を活動化する。
【0029】
vbb電圧32は、基準電圧vref42を比較器COM1 36に関して変化させることにより、異なるレベルに調整される。これにより、以下の2通りの条件の場合にvbb電圧32の調節を活動化することができる。
a)vbbポンプ44によりvbb_net34を充電することによって実行される−1Vから他の低電圧レベル、たとえば、−1.5Vへの調節
b)漏れ電流によりvbb_net34を放電することによって実行される−1Vから他の高電圧レベル、たとえば、0Vへの調節
【0030】
しかし、どちらの場合も、最終電圧レベルに到達するために必要な時定数を考慮しなければならない。
【0031】
テスト・コードの設計実現は、内部テスト・コード信号30に応じて1組の様々な基準電圧を比較器入力に供給することによって実施される。テスト・コード信号はIPL−DEC IM1回路46でデコードされ、適切な基準電圧42が比較器36の入力に多重化される。図2は以下の基準電圧に関する3通りの発生源を示している。
a)グローバル電圧基準48VREFはpウェル電圧レベルのデフォルト値を設定する。
b)抵抗分割器50は、デコードしたテスト信号に応じて様々な基準電圧レベルREF1およびREF2(それぞれ52および54)を発生する。
c)たとえば、Gピン(REF_G_PIN)56を介して供給可能なテスト・コード制御基準電圧
【0032】
図3は、このvbb調節装置の実施の形態の概略図である。この調節装置は、1)IPLデコード論理回路60、2)基準電圧発生器70、3)IPL電圧基準マルチプレクサ80、4)vbbフィードバック回路90、5)差動増幅器回路100という5つの機能部分に分化することができる。
【0033】
IPLデコード論理回路
IPLデコード論理回路60は、7つのNAND3ゲート62と、3つのインバータ・ゲート(INV)64からなる。3つのIPL入力信号TM1、TM2、TM3は、通常、TM<1:3>として表され、7つの出力信号VRMX<0:6>66のうちの1つが活動化されるようにデコードされる。表IはIPLデコード論理回路を識別するものである。
【表1】
【0034】
デコードされた信号VRMX(#)66は電圧基準マルチプレクサ・ブロックを制御する。IPL信号であるTM1、TM2、TM3のうちの1つ、またはTMGvbbRが活動状態である場合、信号TMRvbb68が論理ハイに移行し、基準電圧発生器をONにし、電圧基準マルチプレクサ回路内の第2のマルチプレクサ段を切り替える。信号TM<1:3>およびTMGvbbRは、NORゲート69により論理的に分析され、NANDゲート67に入力を供給する。
【0035】
基準電圧発生器
基準電圧発生器機能70は、直列に接続された8つの抵抗器(R0〜R6)とRvintによって実行することができる。これらの抵抗器は、内部電圧レベル(Vint)72と周辺回路用の内部電圧とVssまたは接地電圧(GND)との間の分圧器ネットワークとして動作する。また、そのソースがVssに接続され、ドレイン76が直列抵抗器R0に接続されたNFET MOSトランジスタ74もこれらの抵抗器と直列になっている。このトランジスタのゲートは、TMRVbb68信号によって制御され、信号TMRVbb68が論理「1」の電圧レベルに等しくなるとその抵抗器を通る電流経路をONにし、信号TMRVbbが論理「0」の電圧レベルに等しくなるとその電流経路をOFFにする。発生された電圧レベルU#(U0〜U6)は以下の分圧器式に応じて計算される。
U#=(R#/Rtotal)*Utotal
式中
Utotal=vint−GND ボルト単位
Rtotal=R0+R1+...+Rvint オーム単位
R#=U#とGNDとの間の抵抗 オーム単位
【0036】
IPL電圧基準マルチプレクサ
電圧発生器から比較器(COM1)36への様々な電圧レベル(U#)の多重化は2つの段で行われる。第1段は、2つのインバータIinv182aおよびIin82bと、2つのパス・ゲートIpg183およびIpg284とを有する2:1マルチプレクサ81である。IPLが活動状態ではない場合、グローバル基準電圧VREF48はCOM1 36に多重化される。第2段82は、IPLデコード論理ブロック60で発生されたデコード済みIPL信号VRMX#またはIPL信号TMGvbbRに依存する8:1マルチプレクサである。第2段82は8つのインバータINVと8つのパスゲートPGとを含む。IPL信号TM1、TM2、TM3のうちの1つまたは複数あるいはIPL信号TMGvbbRが活動状態である場合、電圧U<0:6>またはTMvbbR85は、第2段によりノードU#TMvbbR86に多重化され、第1段81によりノードVref42に多重化され、それが差動増幅器COM1 36の入力になる。基準電圧TMvbbR85は、集積回路チップ上で内部で発生されずに、G−PINにより外部で引き出される。
【0037】
Vbbフィードバック回路
vbb電圧レベルは、内部電圧vint72とvbb電圧32との間で分圧器90として動作する2つの抵抗器により検出され、フィードバックされる。信号vbb_fb40は、2つの抵抗器Rvint96とRvbb98との間に接続され、差動演算増幅器COM1 36の入力に電気接続される。
【0038】
差動増幅器回路
比較器COM1 36を有する差動増幅器回路100は、基準電圧Vref42とvbbフィードバック電圧vbb_fb40とを比較し、比較器出力信号PumpOnOff102によりvbbポンプ44の活動化を制御する。基準電圧Vref42がフィードバック電圧vbb_fb40より高い場合、出力信号PumpOnOff102はロー(論理レベル0)になり、ポンプがOFFになることを意味する。逆に言えば、基準電圧レベルがフィードバック電圧より低い場合、出力信号PumpOnOffはハイ(論理レベル1)になり、ポンプはON状態になる。図3では、信号vCMN104は同相基準電圧であり、信号BiasSW106は差動増幅器を活動化するためのスイッチからの信号を表している。
【0039】
pウェル電圧を変化させることにより保持時間関連障害を検出するために本発明を適用することの利点は、複数読取りリップル・ビット(MRRB)テスト・フローの一例に示されている。MRRBテストは、セルの保持時間問題による単一セル障害を検出するために使用する。したがって、完全なメモリが書き込まれた後、各ビット(単一セル)は最高64回まで繰返し読み取られる。プレート電圧(pウェル電圧)vbbは、テスト全体の間、一定の電圧レベルVnomに保持される。Vnomはチップ動作中の公称vbb電圧レベルである。テスト結果は、作動不能になったセルを示すビット障害マップにすることができる。この方法により障害を検出するためのテスト時間はかなり長くなる。
【0040】
従来は、図4を参照すると、テスト電圧vbbはVnomに設定される(200)。次に単一セル#0が読み取られ(202)、64回繰り返される(203)。次に、単一セル#1が読み取られ(204)、64回繰り返される(205)。この動作は、単一セル#64が読み取られる(206)まで連続して実行され、64回繰り返される(207)。次にビット・マップの単一セルの障害が前の読取りステップから判定される(208)。
【0041】
読取り動作中にvbb電圧レベルを変化させる方法により、閾値下漏れまたは接合漏れによる保持時間問題を有するメモリ・セルをかなり短いテスト時間で検出することができる。基本的なテスト機能は従来の方法と同じままであるが、各単一セルの読出しは64回から4回に減少する。
【0042】
図5は、本方法のテスト・フローを示している。2通りの経路が取られ、一方はpウェル電圧が論理ハイ(VH)になっている場合(300)であり、もう一方はそれが論理ロー(VL)になっている場合(400)である。どちらの場合も、単一セル#0〜#64Mが読み取られるが(301、302、401、402)、反復読取りは64回ではなく、わずか4回である。したがって、この新しい技術の実施により、テスト時間の短縮(効率化)を実現することができる。
【0043】
障害メカニズム(閾値下または接合漏れ)に応じて、より高いVH(より大きい正の値)またはより低いVL(より大きい負の値)のvbb電圧レベルが印加される。この新しい電圧レベルVH、VLは、実験データにより、またShmooテスト・パターンに基づいて定義される。
【0044】
vbbレベルをより高い値に増加することにより、閾値下漏れ電流は増加するのに対し、vbbをより低いレベルに低下させることにより、接合漏れが障害の原因になる。実験データに基づいて、VH、VLの各vbbレベルを使用して、2通りの漏れ電流について保護帯域を設定することができる。
【0045】
図6は、それぞれVHおよびVLのテスト・フローの時間間隔1H〜4Hおよび1L〜4Lの関数としてvbb電圧を示している。図6の電圧対時間曲線に対応するテスト・フロー図は図7に示す。これらの図に含まれる情報に基づいて、以下の表IIに示すように、2通りのテスト方法のタイミング要件の計算を実行することができる。
【表2】
【0046】
図6のテスト・フロー図に示すように、初期プログラム・ロード(IPL)モードまたはテスト・モードは定義された入力順によって活動化される。
【0047】
表IIに示す読出し時間の計算は、入出力構成(×16、×8、または×4)、読取り回数、サイクル時間trcによって決まる。
【0048】
時間セグメント1〜4(図6の1H〜4Hおよび1L〜4L)について図6および図7を参照すると、4つの個別ステップが進行する。
1.IPLモードまたはテスト・モードは定義された入力順によって活動化される。pウェル電圧(vbb)は公称電圧レベルになる。(t=1H、1L)
2.活動化されたテスト・モードに応じて、vbb-netが約1μAの放電電流でフィードバック経路の抵抗分割器回路によりVHまで放電されるかまたはvbbポンプを活動化することにより約1mAの充電電流でvbb-netがVLまで充電され(t=2L)、必要な時間は表IIに示すとおりである。
3.電圧レベルVLまたはVHに到達すると、MRRBテストが実行される。(t=3Hまたは3L)
4.次にテスト・モードを終了し、電圧は表IIに示す適切な時間でデフォルト値または公称値に到達できるようになる。
【0049】
タイミング要件の計算によると、テスト方法のテスト時間は、この方法を実施した結果として大幅に削減され、主にセルごとの読出し回数に依存することが分かる。pウェルのvbb-net電圧の充電および放電では、必要なテスト時間がMRRBテスト自体よりかなり減少する。
【0050】
本発明はpウェル内のNFETアレイ・デバイスによる技術について示したものであるが、ここに記載した方法および装置の技術および実施はPFETアレイ・デバイスを備えたnウェルについても適用可能である。このような実施では様々な電圧レベルが必要になると思われるが、可変バックバイアス電圧の主要部分は一定かつ不変のままである。
【0051】
本発明は、pウェル接合を変化させることに基づいてメモリ・デバイスの単一ビット障害をグループ化することにより、漏れ電流、接合電流、閾値漏れ電流による単一ビット障害の特徴付けを容易にするためのテスト装置および方法を提供する。本発明により、テスト・オペレータは、パッケージ化メモリ・デバイスに関する様々な障害メカニズムを区別することができ、それにより、保有関連障害に関するテスト時間を短縮する。
【0052】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0053】
(1)半導体メモリ・デバイスのpウェル電圧を調節するための欠陥漏れスクリーン・テスト装置にして、
初期プログラム・ロード論理信号を供給するように適合されたテスタと、
論理回路を有する半導体メモリ・デバイスとを含み、
前記論理回路が、
デコード入力信号とデコード出力信号とを有し、前記初期プログラム・ロード論理信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
基準電圧発生器回路と、
初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、
pウェル電圧フィードバック回路と、
差動増幅器回路とを含む、欠陥漏れスクリーン・テスト装置。
(2)前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が、
複数のNANDゲートと、
複数のインバータ・ゲートとを含み、
前記デコード入力信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する、上記(1)に記載の装置。
(3)前記デコード出力信号が前記基準電圧発生器回路用の基準電圧を制御する、上記(2)に記載の装置。
(4)前記基準電圧発生器回路が、
接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるように適合された分圧器と、
前記分圧器と直列のトランジスタとを含む、上記(1)に記載の装置。
(5)前記pウェル電圧フィードバック回路が、分圧器出力信号を有する分圧器を含み、前記分圧器出力信号が前記差動増幅器回路への入力として使用されるように、前記分圧器を内部電圧信号およびpウェル電圧信号に接続することができる、上記(1)に記載の装置。
(6)前記差動増幅器回路が、複数の差動増幅器入力信号と少なくとも1つの差動増幅器出力信号とを有し、前記複数の差動増幅器入力信号のうちの1つとして前記初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、前記複数の差動増幅器入力信号のうちのもう1つとして前記pウェル電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、前記差動増幅器回路が前記基準電圧信号とpウェル電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、前記差動増幅器出力信号によりpウェル電圧ポンプの活動化を制御するように適合される、上記(1)に記載の装置。
(7)前記pウェル電圧ポンプの前記制御が、基準電圧信号のレベルがpウェル電圧フィードバック信号のレベルより高いときの前記差動増幅器出力信号用の第1の論理電圧レベルと、基準電圧信号のレベルがpウェル電圧フィードバック信号のレベルより低いときの前記差動増幅器出力信号用の第2の論理電圧レベルであって、前記第1の論理電圧レベルとは異なる第2の論理電圧レベルとを含む、上記(6)に記載の装置。
(8)pウェル電圧を調節するための装置において、
電子論理信号をデコードするための手段と、
デコードした論理信号に依存する基準電圧信号を生成するための手段と、
前記基準電圧信号を多重化するための手段と、
pウェル電圧信号を供給するための手段と、
前記pウェル電圧信号と前記基準電圧信号とを比較するための手段と、
その比較に依存する出力信号を生成するための手段とを含む装置。
(9)メモリ・セル・バックバイアス電圧のテスト・コード変調のためのパッケージ・レベル漏れ特徴付け装置において、
入力信号をデコードし。出力信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路であって、前記デコード入力信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるように適合された分圧器と、前記分圧器と直列のトランジスタとを有する基準電圧発生器回路と、
第1段と第2段とを有する初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路であって、前記マルチプレクサが、前記電圧基準発生器によって生成された複数の電圧信号を選択するように適合され、選択した信号を差動増幅器回路に出力するように適合される初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、分圧器出力信号を有するバックバイアス分圧器を含むバックバイアス電圧フィードバック回路であって、前記分圧器出力信号が前記差動増幅器回路への入力として使用されるように、前記分圧器が基準電圧信号とバックバイアス電圧フィードバック信号に接続されるバックバイアス電圧フィードバック回路と、
2つの差動増幅器入力と1つの差動増幅器出力とを有する前記差動増幅器回路であって、前記差動増幅器入力が前記初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、前記バックバイアス電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、基準電圧信号とバックバイアス電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、前記差動増幅器出力によりバックバイアス電圧ポンプの活動化を制御するように適合される前記差動増幅器回路とを含む、パッケージ・レベル漏れ特徴付け装置。
(10)前記バックバイアス電圧ポンプの制御が、前記基準電圧信号のレベルが前記バックバイアス電圧フィードバック信号のレベルより高いときに前記差動増幅器出力信号について論理ローの電圧レベルを発生するように適合され、前記基準電圧信号のレベルが前記バックバイアス電圧フィードバック信号のレベルより低いときに前記差動増幅器出力信号について論理ハイの電圧レベルを発生するように適合される、上記(9)に記載装置。
(11)複数のメモリ・セルとpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスのセル保持時間関連障害の漏れ原因を検出するためのテスト方法において、
a)初期プログラム・ロード命令をデコード可能な論理回路を前記集積回路メモリ・デバイスに設けるステップと、
b)メモリ・セル読取り中に前記メモリ・セルのそれぞれの前記pウェル電圧を変化させるステップと、
c)前記メモリ・セルのそれぞれの様々なpウェル電圧の関数として保持時間の合格/不合格基準を決定するステップと、
d)漏れ電流の様々なタイプ別に前記メモリ・セルの障害をグループ化するステップと、
e)初期プログラム・ロード・コマンドにより前記メモリ・デバイスの論理回路に制御信号を送るステップと、
f)前記メモリ・デバイスの前記pウェル電圧を監視し変化させるステップとを含むテスト方法。
(12)前記pウェル電圧を監視し変化させる前記ステップ(f)が、
1)少なくとも2つの比較器入力と少なくとも1つの比較器出力とを有する比較器回路に前記pウェル電圧をフィードバックするステップと、
2)通常のICチップ動作中に前記pウェル電圧と基準電圧とを比較するステップと、
3)前記比較器出力に基づいて電圧ポンプ回路を活動化して前記pウェル電圧を変化させるステップとを含む、上記(11)に記載の方法。
(13)前記pウェル電圧を比較する前記ステップ(2)が、前記pウェル電圧レベルが前記比較器への基準電圧入力に関して低下する場合に前記基準電圧を変化させることによって前記pウェル電圧が調節されるように前記pウェル電圧を調節するステップをさらに含む、上記(12)に記載の方法。
(14)電圧ポンプ回路を活動化する前記ステップ(3)が、
i)前記電圧ポンプによって前記pウェル電圧回路内のキャパシタを充電することにより前記pウェル電圧を−1ボルトからより低い電圧レベルに変化させるステップと、
ii)漏れ電流によって前記pウェル電圧回路内のキャパシタを放電することにより前記pウェル電圧を−1ボルトからより高い電圧レベルに変化させるステップとをさらに含む、上記(12)に記載の方法。
(15)複数のメモリ・セルと所定のpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスの保持時間関連障害を検出するためのテスト方法において、
a)論理ビットによって前記複数のメモリ・セルのそれぞれに書き込むステップと、
b)少なくとも2通りの漏れ電流を測定するために読取り動作中に前記pウェル電圧を変化させて前記論理ビットを読み取るステップと、
c)前記少なくとも2通りの漏れ電流測定値に基づいて保持時間問題を有する前記メモリ・セルを検出するためにビット障害マップを生成するステップとを含むテスト方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】pウェルおよびNFETアレイ・デバイスを備えたメモリ・セルの断面図である。
【図2】IPLによりpウェル電圧を変化させるための電気回路の機能ブロック図である。
【図3】この欠陥漏れスクリーン・テスト装置(vbb電圧調節システム)の実施形態の概略図である。
【図4】メモリ・デバイス用のビット障害マップを決定するための流れ図である。
【図5】pウェル電圧を変化させることにより単一セル障害を検出するテスト・フローのための流れ図である。
【図6】離散時間間隔で変化するpウェル電圧を示すための時系列図である。
【図7】図6の離散時間間隔でテスト方法の諸ステップを示す流れ図である。
【符号の説明】
60 IPLデコード論理回路
62 NAND3ゲート
64 インバータ・ゲート(INV)
67 NANDゲート
69 NORゲート
70 基準電圧発生器
74 MOSトランジスタ
76 ドレイン
80 IPL電圧基準マルチプレクサ
81 2:1マルチプレクサ
82 8:1マルチプレクサ
82a インバータ
82b インバータ
83 パス・ゲート
84 パス・ゲート
90 分圧器
96 抵抗器
98 抵抗器
100 差動増幅器回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスに関し、より具体的には、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ・デバイス(DRAM)などのダイナミック・メモリ・デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
すべてのダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ用のテストフローの終わりには、バーンイン・モジュール・ストレス・テストと最終モジュール・テストが行われる。これらのテストの目的は、パッケージングおよびバーンインによるすべてのストレス誘導セル障害をふるい落とすことである。これらのテストでは、DRAMセルなどのメモリ・セルについて厳密なスクリーニングおよび特徴付けを実行するが、これはモジュール・レベルで保持時間関連障害を識別する際に助けとなる。保持時間は、セルの高電圧または「1」レベルをその読取り「1」動作を失敗させるような低電圧まで放電させる効果を有する漏れ電流によって決まる。半導体物理学によって予測されるように、漏れ電流は、通常、DRAMセル内で発生するが、数秒という保持時間に相当するほど十分低い値である。現在のDRAMは、通常、128ミリ秒の保持時間についてテストされ保証される。このようにテスト保持時間が非常に短いと、通常よりも高い漏れ電流を許容し、、仕様値と数秒という通常の時間との間の保持時間を許すことになる。このようなセルは弱いものと見なされ、潜在的に信頼性の問題になる。このようなセルを識別ならびに監視して、ストレス後の劣化があるかどうかを確認できるテスト方法を設計することが望ましい。このようなセルの識別は、信号限界テストによって実施される。
【0003】
信号限界テストの目的は、チップ上の他のどのセルよりも弱いチップ上のセルを識別することである。このような弱いセルは通常、欠陥の結果である。弱いセルは初期製作後、典型的な動作条件下で通常通り機能することができるが、時間またはストレスにつれて劣化し、モジュール組立て後またはバーンイン・ストレス・テスト後あるいは顧客の応用例において後で作動不能になる可能性がある。
【0004】
しかし、現行のテスト方法では、通常、正確な障害メカニズムを識別するために数通りの徹底的かつ詳細な分析を必要とする。技術が進歩するにつれて、1つのメモリ・デバイスのメモリ・セルの数が増加し、メモリをテストし、欠陥ビットを検出し、その後、その障害メカニズムを特徴付けるために必要な時間が長くなる。欠陥モジュールは、障害メカニズムと根本原因を識別するために物理障害分析(PFA)中に分析される。しかし、PFAは、非常に徹底的であるが時間のかかるプロセスである。予想される障害メカニズムおよび障害分類に関するより詳細なデータをPFA分析者に提供することにより、重大な生産性の増強を達成することができる。
【0005】
保持時間関連障害を特徴付けるための従来の方法としては、メモリ・アレイ全体で1組のテスト・パターンを操作することと、リフレッシュ・サイクル時間を変化させることを含む。デバイス内に何らかの漏れ電流があると、メモリ・セル内の電荷が低下し、このため、保持時間が短縮されることになる。図1は、pウェル12と、NFETアレイ・デバイス14と、ワード線(WL)16とを備えたnポリシリコン・メモリ・セル10の断面図を示している。メモリ・セルのnポリシリコン10とプレート電圧領域18との接触領域はセル・キャパシタを形成する。pウェル電圧は、負電位に保持され、アレイ・デバイスのバック・バイアスを形成する。これは、pウェル接点26による電気接続を有する。通常、接合漏れ20Ijctと閾値下(サブスレショルド)漏れ22Isubという2通りの漏れ電流を設定することができる。接合漏れは、pウェル12のpn接合とセルのn拡散14との間に形成される。閾値下漏れは、アレイがオフになったとき、すなわち、ワード線16の電位が0ボルトであるときのビット線24とセルとの間の電流を表す。バック・バイアス電圧(pウェル電圧)が変化すると、この2通りの漏れ電流に影響することになる。
【0006】
したがって、保持時間関連単一ビット障害を特徴付ける能力は、これまでデバイスのリフレッシュ・サイクル時間を非効率的に変化させることによって行われてきたが、依然として当技術分野の難題である。
【0007】
あるテスト・コードによって活動化される特別なテスト条件は、それぞれ米国特許第5469393号および第5544108号に教示されている。第1のテスト条件では、共用センス・アンプ・アレイの選択していない半分のビット線を選択した半分のビット線に接続し、2倍のビット線キャパシタンスと、その結果、「読取り」信号レベルの半分を発生する。第2の方法では、ビット線読取り基準電圧レベルに対してセル内のノード電圧の論理レベル「1」を低下させるかまたは論理レベル「0」を上昇させることができるセル・キャパシタ・プレート電圧を調整することにより、「読取り」限界を低減する。第3の方法では、テスト・モード・スイッチを介して外部キャパシタンスに接続されたより高いビット線キャパシタンスまたは同じスイッチによって接続された外部読取り基準電圧を教示する。このような同様の方法については、米国特許第5339273号に教示されている。
【0008】
これらの信号限界テスト方法では、他のセルより弱い読取り出力電荷を有するセルを識別することができる。弱い読取り出力電荷は、高い接合漏れ電流、高い閾値下電流、寄生漏れ経路、低いセル・キャパシタンス、高い接続抵抗など、セル内で発生しうるいくつかの欠陥または異常の結果になりうる。これは、どの欠陥がその障害を引き起こしたかを確かめるための従来技術のテスト方法では、依然として困難なままである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来技術の問題および欠点を銘記しながら、本発明の一目的は、漏れ電流、接合漏れ電流、または閾値下漏れ電流による特別な単一ビット障害、セル保持時間障害を特徴付けるためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、パッケージ化されたメモリ・デバイスに関する様々な障害メカニズムを区別するパッケージ・レベルのスクリーン・テストを実行するためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0011】
本発明のさらに他の目的は、メモリ・デバイスをテストする際に関連セル障害を保持するためのテスト時間を短縮するためのテスト装置および方法を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに他の利点は、一部は自明であり、一部は本明細書から明らかになるだろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記その他の目的および利点は、当業者には明らかになり、本発明で達成されるが、第1の態様では、半導体メモリ・デバイスのpウェル電圧を調節するように適合された欠陥漏れスクリーン・テスト装置であって、初期プログラム・ロード論理信号を供給するように適合されたテスタと、論理回路を有する半導体メモリ・デバイスとを含み、その論理回路が、デコード入力信号とデコード出力信号とを有し、初期プログラム・ロード論理信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、基準電圧発生器回路と、初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、pウェル電圧フィードバック回路と、差動増幅器回路とを含む、欠陥漏れスクリーン・テスト装置を対象とする。
【0014】
初期プログラム・ロード・デコード論理回路は、複数のNANDゲートと、複数のインバータ・ゲートとを含み、デコード入力信号の論理組合せは、デコード出力信号の様々な論理出力を活動化するように適合されている。
【0015】
基準電圧発生器回路は、接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるための分圧器と、分圧器と直列のトランジスタとを含む。分圧器は直列に電気接続された複数の抵抗器を含む。
【0016】
初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路は第1段と第2段とを含み、マルチプレクサ回路は、電圧基準発生器によって生成された複数の電圧信号を選択するように適合され、選択した信号を差動増幅器回路に出力する。
【0017】
pウェル電圧フィードバック回路は分圧器出力信号を有する分圧器を含み、分圧器出力信号が差動増幅器回路への入力として使用されるように、その分圧器は内部電圧信号およびpウェル電圧信号に接続される。
【0018】
差動増幅器回路は、複数の差動増幅器入力信号と少なくとも1つの差動増幅器出力信号とを有し、複数の差動増幅器入力信号のうちの1つとして初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、複数の差動増幅器入力信号のうちのもう1つとしてpウェル電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、基準電圧信号とpウェル電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、差動増幅器出力信号によりpウェル電圧ポンプの活動化を制御するように適合されている。
【0019】
本発明は、第2の態様では、pウェル電圧を調節するように適合された装置であって、電子論理信号をデコードするための手段と、デコードした論理信号に依存する基準電圧信号を生成するための手段と、基準電圧信号を多重化するための手段と、pウェル電圧信号を供給するための手段と、pウェル電圧信号と基準電圧信号とを比較するための手段と、その比較に依存する出力信号を生成するための手段とを含む装置を対象とする。
【0020】
本発明は、第3の態様では、複数のメモリ・セルとpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスのセル保持時間関連障害の漏れ原因を検出するためのテスト方法であって、
a)初期プログラム・ロード命令をデコード可能な論理回路を集積回路メモリ・デバイスに設けるステップと、
b)メモリ・セル読取り中にそれぞれのメモリ・セルのpウェル電圧を変化させるステップと、
c)それぞれのメモリ・セルの様々なpウェル電圧の関数として保持時間の合格/不合格基準を決定するステップと、
d)漏れ電流の様々なタイプ別にメモリ・セルの障害をグループ化するステップと、
e)初期プログラム・ロード・コマンドによりメモリ・デバイスの論理回路に制御信号を送るステップと、
f)メモリ・デバイスのpウェル電圧を監視し変化させるステップとを含むテスト方法を対象とする。
【0021】
pウェル電圧を監視し変化させるステップ(f)は、1)少なくとも2つの比較器入力と少なくとも1つの比較器出力とを有する比較器回路にpウェル電圧をフィードバックするステップと、2)通常のICチップ動作中にpウェル電圧と基準電圧とを比較するステップと、3)比較器出力に基づいて電圧ポンプ回路を活動化してpウェル電圧を変化させるステップとをさらに含む。
【0022】
本発明は、第4の態様では、複数のメモリ・セルと所定のpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスの保持時間関連障害を検出するためのテスト方法であって、a)論理ビットによって複数のメモリ・セルのそれぞれに書き込むステップと、b)少なくとも2通りの漏れ電流を測定するために読取り動作中にpウェル電圧を変化させて論理ビットを読み取るステップと、c)少なくとも2通りの漏れ電流測定値に基づいて保持時間問題を有するメモリ・セルを検出するためにビット障害マップを生成するステップとを含むテスト方法を対象とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を説明する際に、添付図面の図2ないし図7を参照するが、これらの図では同様の番号は本発明の同様の特徴を指し示す。本発明の特徴は必ずしも一定の縮尺で添付図面に示されているわけではない。
【0024】
DRAMセルなどのメモリ・デバイスの障害分析プロセスにおけるステップを除去または削減するため、あるいは物理障害分析(PFA)の必要性を完全に除去するために、欠陥漏れスクリーン・テスト装置を導入する。導入されたテスト手順は、漏れ電流、接合漏れ電流、または閾値下漏れ電流による特別な単一ビット障害を特徴付けることを目的とする。重要なことに、このテスト方法はパッケージ・レベルで適用することができる。このテスト方法では、セル・トランスファ・デバイスのバックバイアス電圧またはpウェル電圧(vbb)のテスト・モード初期プログラム・ロード(IPL)変化を使用する。vbbを変化させる能力により、保持時間の間にどのタイプの漏れがセルを弱くするかまたは作動不能にする可能性があるかを識別することが可能になる。障害の原因としての接合漏れIjctの表示は、保持時間の間の適切なテスト・パターン中にvbbについてより低い(または負の)値を適用することによって決定される。vbbが通常の動作条件より大きい負の値であると、トランスファ・デバイスのしきい値が上昇し、その閾値下電流Isubが低下し、それと同時にp−n接合の逆バイアスが増加し、接合漏れIjctが増す。vbbがより大きい正の値であると、しきい電圧が低下し、デバイスのOFF状態を最大限にするテスト・パターンにより、セル漏れ電流が閾値下電流Isubによって支配されることになるだろう。
【0025】
第1に、それぞれの単一セルのpウェル電圧(vbb)の関数としての保持時間の合格/不合格基準は、通常、Shmooテスト・パターンを実行してShmooプロットを作成することによって決定される。Shmooテストは、テスト中のシステムの個々のパラメータを増分式に変化させることにより、そのシステムの出力の1組のパターンを監視する。単一ビット障害の様々な根本原因のそれぞれに関する情報は、典型的なShmooプロットによって獲得される。このため、テスト方法のこの第1のステップは、様々なカテゴリに単一ビット障害をグループ化し、発生源が未知の障害および漏れメカニズムの様々なタイプを区別することを容易にする。
【0026】
このテスト手順の鍵は、テスト・コード初期プログラム・ロード(IPL)によりモジュール・レベルでpウェル電圧vbbを変化させる能力である。これは、テスト機器のIPLコードによって活動化可能な追加の論理回路を集積回路チップ上に実現することによって実施される。
【0027】
図2は、テスタのIPL信号30による可変vbb調整を使用してpウェル電圧を変化させるための電子回路をブロック図形式で示している。
【0028】
pウェル電圧変化システムの基本機能は以下の通りである。すなわち、ノード32のvbb電圧または電圧vbb_netを有するNET(キャパシタCvbb34として示す)の(pウェル)電圧を監視し、抵抗分圧器R1 38により比較器36(COM1)にフィードバックする。通常のチップ動作中にR1の出力電圧であるフィードバック電圧40vbb_fbを基準電圧42vrefと比較し、vbb32の電圧レベルがvref42に関して低下し、したがって、所望のvbb電圧レベルを維持する場合にvbbポンプ44であるP1を活動化する。
【0029】
vbb電圧32は、基準電圧vref42を比較器COM1 36に関して変化させることにより、異なるレベルに調整される。これにより、以下の2通りの条件の場合にvbb電圧32の調節を活動化することができる。
a)vbbポンプ44によりvbb_net34を充電することによって実行される−1Vから他の低電圧レベル、たとえば、−1.5Vへの調節
b)漏れ電流によりvbb_net34を放電することによって実行される−1Vから他の高電圧レベル、たとえば、0Vへの調節
【0030】
しかし、どちらの場合も、最終電圧レベルに到達するために必要な時定数を考慮しなければならない。
【0031】
テスト・コードの設計実現は、内部テスト・コード信号30に応じて1組の様々な基準電圧を比較器入力に供給することによって実施される。テスト・コード信号はIPL−DEC IM1回路46でデコードされ、適切な基準電圧42が比較器36の入力に多重化される。図2は以下の基準電圧に関する3通りの発生源を示している。
a)グローバル電圧基準48VREFはpウェル電圧レベルのデフォルト値を設定する。
b)抵抗分割器50は、デコードしたテスト信号に応じて様々な基準電圧レベルREF1およびREF2(それぞれ52および54)を発生する。
c)たとえば、Gピン(REF_G_PIN)56を介して供給可能なテスト・コード制御基準電圧
【0032】
図3は、このvbb調節装置の実施の形態の概略図である。この調節装置は、1)IPLデコード論理回路60、2)基準電圧発生器70、3)IPL電圧基準マルチプレクサ80、4)vbbフィードバック回路90、5)差動増幅器回路100という5つの機能部分に分化することができる。
【0033】
IPLデコード論理回路
IPLデコード論理回路60は、7つのNAND3ゲート62と、3つのインバータ・ゲート(INV)64からなる。3つのIPL入力信号TM1、TM2、TM3は、通常、TM<1:3>として表され、7つの出力信号VRMX<0:6>66のうちの1つが活動化されるようにデコードされる。表IはIPLデコード論理回路を識別するものである。
【表1】
【0034】
デコードされた信号VRMX(#)66は電圧基準マルチプレクサ・ブロックを制御する。IPL信号であるTM1、TM2、TM3のうちの1つ、またはTMGvbbRが活動状態である場合、信号TMRvbb68が論理ハイに移行し、基準電圧発生器をONにし、電圧基準マルチプレクサ回路内の第2のマルチプレクサ段を切り替える。信号TM<1:3>およびTMGvbbRは、NORゲート69により論理的に分析され、NANDゲート67に入力を供給する。
【0035】
基準電圧発生器
基準電圧発生器機能70は、直列に接続された8つの抵抗器(R0〜R6)とRvintによって実行することができる。これらの抵抗器は、内部電圧レベル(Vint)72と周辺回路用の内部電圧とVssまたは接地電圧(GND)との間の分圧器ネットワークとして動作する。また、そのソースがVssに接続され、ドレイン76が直列抵抗器R0に接続されたNFET MOSトランジスタ74もこれらの抵抗器と直列になっている。このトランジスタのゲートは、TMRVbb68信号によって制御され、信号TMRVbb68が論理「1」の電圧レベルに等しくなるとその抵抗器を通る電流経路をONにし、信号TMRVbbが論理「0」の電圧レベルに等しくなるとその電流経路をOFFにする。発生された電圧レベルU#(U0〜U6)は以下の分圧器式に応じて計算される。
U#=(R#/Rtotal)*Utotal
式中
Utotal=vint−GND ボルト単位
Rtotal=R0+R1+...+Rvint オーム単位
R#=U#とGNDとの間の抵抗 オーム単位
【0036】
IPL電圧基準マルチプレクサ
電圧発生器から比較器(COM1)36への様々な電圧レベル(U#)の多重化は2つの段で行われる。第1段は、2つのインバータIinv182aおよびIin82bと、2つのパス・ゲートIpg183およびIpg284とを有する2:1マルチプレクサ81である。IPLが活動状態ではない場合、グローバル基準電圧VREF48はCOM1 36に多重化される。第2段82は、IPLデコード論理ブロック60で発生されたデコード済みIPL信号VRMX#またはIPL信号TMGvbbRに依存する8:1マルチプレクサである。第2段82は8つのインバータINVと8つのパスゲートPGとを含む。IPL信号TM1、TM2、TM3のうちの1つまたは複数あるいはIPL信号TMGvbbRが活動状態である場合、電圧U<0:6>またはTMvbbR85は、第2段によりノードU#TMvbbR86に多重化され、第1段81によりノードVref42に多重化され、それが差動増幅器COM1 36の入力になる。基準電圧TMvbbR85は、集積回路チップ上で内部で発生されずに、G−PINにより外部で引き出される。
【0037】
Vbbフィードバック回路
vbb電圧レベルは、内部電圧vint72とvbb電圧32との間で分圧器90として動作する2つの抵抗器により検出され、フィードバックされる。信号vbb_fb40は、2つの抵抗器Rvint96とRvbb98との間に接続され、差動演算増幅器COM1 36の入力に電気接続される。
【0038】
差動増幅器回路
比較器COM1 36を有する差動増幅器回路100は、基準電圧Vref42とvbbフィードバック電圧vbb_fb40とを比較し、比較器出力信号PumpOnOff102によりvbbポンプ44の活動化を制御する。基準電圧Vref42がフィードバック電圧vbb_fb40より高い場合、出力信号PumpOnOff102はロー(論理レベル0)になり、ポンプがOFFになることを意味する。逆に言えば、基準電圧レベルがフィードバック電圧より低い場合、出力信号PumpOnOffはハイ(論理レベル1)になり、ポンプはON状態になる。図3では、信号vCMN104は同相基準電圧であり、信号BiasSW106は差動増幅器を活動化するためのスイッチからの信号を表している。
【0039】
pウェル電圧を変化させることにより保持時間関連障害を検出するために本発明を適用することの利点は、複数読取りリップル・ビット(MRRB)テスト・フローの一例に示されている。MRRBテストは、セルの保持時間問題による単一セル障害を検出するために使用する。したがって、完全なメモリが書き込まれた後、各ビット(単一セル)は最高64回まで繰返し読み取られる。プレート電圧(pウェル電圧)vbbは、テスト全体の間、一定の電圧レベルVnomに保持される。Vnomはチップ動作中の公称vbb電圧レベルである。テスト結果は、作動不能になったセルを示すビット障害マップにすることができる。この方法により障害を検出するためのテスト時間はかなり長くなる。
【0040】
従来は、図4を参照すると、テスト電圧vbbはVnomに設定される(200)。次に単一セル#0が読み取られ(202)、64回繰り返される(203)。次に、単一セル#1が読み取られ(204)、64回繰り返される(205)。この動作は、単一セル#64が読み取られる(206)まで連続して実行され、64回繰り返される(207)。次にビット・マップの単一セルの障害が前の読取りステップから判定される(208)。
【0041】
読取り動作中にvbb電圧レベルを変化させる方法により、閾値下漏れまたは接合漏れによる保持時間問題を有するメモリ・セルをかなり短いテスト時間で検出することができる。基本的なテスト機能は従来の方法と同じままであるが、各単一セルの読出しは64回から4回に減少する。
【0042】
図5は、本方法のテスト・フローを示している。2通りの経路が取られ、一方はpウェル電圧が論理ハイ(VH)になっている場合(300)であり、もう一方はそれが論理ロー(VL)になっている場合(400)である。どちらの場合も、単一セル#0〜#64Mが読み取られるが(301、302、401、402)、反復読取りは64回ではなく、わずか4回である。したがって、この新しい技術の実施により、テスト時間の短縮(効率化)を実現することができる。
【0043】
障害メカニズム(閾値下または接合漏れ)に応じて、より高いVH(より大きい正の値)またはより低いVL(より大きい負の値)のvbb電圧レベルが印加される。この新しい電圧レベルVH、VLは、実験データにより、またShmooテスト・パターンに基づいて定義される。
【0044】
vbbレベルをより高い値に増加することにより、閾値下漏れ電流は増加するのに対し、vbbをより低いレベルに低下させることにより、接合漏れが障害の原因になる。実験データに基づいて、VH、VLの各vbbレベルを使用して、2通りの漏れ電流について保護帯域を設定することができる。
【0045】
図6は、それぞれVHおよびVLのテスト・フローの時間間隔1H〜4Hおよび1L〜4Lの関数としてvbb電圧を示している。図6の電圧対時間曲線に対応するテスト・フロー図は図7に示す。これらの図に含まれる情報に基づいて、以下の表IIに示すように、2通りのテスト方法のタイミング要件の計算を実行することができる。
【表2】
【0046】
図6のテスト・フロー図に示すように、初期プログラム・ロード(IPL)モードまたはテスト・モードは定義された入力順によって活動化される。
【0047】
表IIに示す読出し時間の計算は、入出力構成(×16、×8、または×4)、読取り回数、サイクル時間trcによって決まる。
【0048】
時間セグメント1〜4(図6の1H〜4Hおよび1L〜4L)について図6および図7を参照すると、4つの個別ステップが進行する。
1.IPLモードまたはテスト・モードは定義された入力順によって活動化される。pウェル電圧(vbb)は公称電圧レベルになる。(t=1H、1L)
2.活動化されたテスト・モードに応じて、vbb-netが約1μAの放電電流でフィードバック経路の抵抗分割器回路によりVHまで放電されるかまたはvbbポンプを活動化することにより約1mAの充電電流でvbb-netがVLまで充電され(t=2L)、必要な時間は表IIに示すとおりである。
3.電圧レベルVLまたはVHに到達すると、MRRBテストが実行される。(t=3Hまたは3L)
4.次にテスト・モードを終了し、電圧は表IIに示す適切な時間でデフォルト値または公称値に到達できるようになる。
【0049】
タイミング要件の計算によると、テスト方法のテスト時間は、この方法を実施した結果として大幅に削減され、主にセルごとの読出し回数に依存することが分かる。pウェルのvbb-net電圧の充電および放電では、必要なテスト時間がMRRBテスト自体よりかなり減少する。
【0050】
本発明はpウェル内のNFETアレイ・デバイスによる技術について示したものであるが、ここに記載した方法および装置の技術および実施はPFETアレイ・デバイスを備えたnウェルについても適用可能である。このような実施では様々な電圧レベルが必要になると思われるが、可変バックバイアス電圧の主要部分は一定かつ不変のままである。
【0051】
本発明は、pウェル接合を変化させることに基づいてメモリ・デバイスの単一ビット障害をグループ化することにより、漏れ電流、接合電流、閾値漏れ電流による単一ビット障害の特徴付けを容易にするためのテスト装置および方法を提供する。本発明により、テスト・オペレータは、パッケージ化メモリ・デバイスに関する様々な障害メカニズムを区別することができ、それにより、保有関連障害に関するテスト時間を短縮する。
【0052】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【0053】
(1)半導体メモリ・デバイスのpウェル電圧を調節するための欠陥漏れスクリーン・テスト装置にして、
初期プログラム・ロード論理信号を供給するように適合されたテスタと、
論理回路を有する半導体メモリ・デバイスとを含み、
前記論理回路が、
デコード入力信号とデコード出力信号とを有し、前記初期プログラム・ロード論理信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
基準電圧発生器回路と、
初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、
pウェル電圧フィードバック回路と、
差動増幅器回路とを含む、欠陥漏れスクリーン・テスト装置。
(2)前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が、
複数のNANDゲートと、
複数のインバータ・ゲートとを含み、
前記デコード入力信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する、上記(1)に記載の装置。
(3)前記デコード出力信号が前記基準電圧発生器回路用の基準電圧を制御する、上記(2)に記載の装置。
(4)前記基準電圧発生器回路が、
接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるように適合された分圧器と、
前記分圧器と直列のトランジスタとを含む、上記(1)に記載の装置。
(5)前記pウェル電圧フィードバック回路が、分圧器出力信号を有する分圧器を含み、前記分圧器出力信号が前記差動増幅器回路への入力として使用されるように、前記分圧器を内部電圧信号およびpウェル電圧信号に接続することができる、上記(1)に記載の装置。
(6)前記差動増幅器回路が、複数の差動増幅器入力信号と少なくとも1つの差動増幅器出力信号とを有し、前記複数の差動増幅器入力信号のうちの1つとして前記初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、前記複数の差動増幅器入力信号のうちのもう1つとして前記pウェル電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、前記差動増幅器回路が前記基準電圧信号とpウェル電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、前記差動増幅器出力信号によりpウェル電圧ポンプの活動化を制御するように適合される、上記(1)に記載の装置。
(7)前記pウェル電圧ポンプの前記制御が、基準電圧信号のレベルがpウェル電圧フィードバック信号のレベルより高いときの前記差動増幅器出力信号用の第1の論理電圧レベルと、基準電圧信号のレベルがpウェル電圧フィードバック信号のレベルより低いときの前記差動増幅器出力信号用の第2の論理電圧レベルであって、前記第1の論理電圧レベルとは異なる第2の論理電圧レベルとを含む、上記(6)に記載の装置。
(8)pウェル電圧を調節するための装置において、
電子論理信号をデコードするための手段と、
デコードした論理信号に依存する基準電圧信号を生成するための手段と、
前記基準電圧信号を多重化するための手段と、
pウェル電圧信号を供給するための手段と、
前記pウェル電圧信号と前記基準電圧信号とを比較するための手段と、
その比較に依存する出力信号を生成するための手段とを含む装置。
(9)メモリ・セル・バックバイアス電圧のテスト・コード変調のためのパッケージ・レベル漏れ特徴付け装置において、
入力信号をデコードし。出力信号をデコードするように適合された初期プログラム・ロード・デコード論理回路であって、前記デコード入力信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
接地電圧信号に関して内部電圧信号と周辺回路電圧を低下させるように適合された分圧器と、前記分圧器と直列のトランジスタとを有する基準電圧発生器回路と、
第1段と第2段とを有する初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路であって、前記マルチプレクサが、前記電圧基準発生器によって生成された複数の電圧信号を選択するように適合され、選択した信号を差動増幅器回路に出力するように適合される初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、分圧器出力信号を有するバックバイアス分圧器を含むバックバイアス電圧フィードバック回路であって、前記分圧器出力信号が前記差動増幅器回路への入力として使用されるように、前記分圧器が基準電圧信号とバックバイアス電圧フィードバック信号に接続されるバックバイアス電圧フィードバック回路と、
2つの差動増幅器入力と1つの差動増幅器出力とを有する前記差動増幅器回路であって、前記差動増幅器入力が前記初期プログラム・ロード基準マルチプレクサ回路から基準電圧信号を受け取り、前記バックバイアス電圧フィードバック回路から電圧信号を受け取るように適合され、基準電圧信号とバックバイアス電圧フィードバック信号とを比較するように適合され、前記差動増幅器出力によりバックバイアス電圧ポンプの活動化を制御するように適合される前記差動増幅器回路とを含む、パッケージ・レベル漏れ特徴付け装置。
(10)前記バックバイアス電圧ポンプの制御が、前記基準電圧信号のレベルが前記バックバイアス電圧フィードバック信号のレベルより高いときに前記差動増幅器出力信号について論理ローの電圧レベルを発生するように適合され、前記基準電圧信号のレベルが前記バックバイアス電圧フィードバック信号のレベルより低いときに前記差動増幅器出力信号について論理ハイの電圧レベルを発生するように適合される、上記(9)に記載装置。
(11)複数のメモリ・セルとpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスのセル保持時間関連障害の漏れ原因を検出するためのテスト方法において、
a)初期プログラム・ロード命令をデコード可能な論理回路を前記集積回路メモリ・デバイスに設けるステップと、
b)メモリ・セル読取り中に前記メモリ・セルのそれぞれの前記pウェル電圧を変化させるステップと、
c)前記メモリ・セルのそれぞれの様々なpウェル電圧の関数として保持時間の合格/不合格基準を決定するステップと、
d)漏れ電流の様々なタイプ別に前記メモリ・セルの障害をグループ化するステップと、
e)初期プログラム・ロード・コマンドにより前記メモリ・デバイスの論理回路に制御信号を送るステップと、
f)前記メモリ・デバイスの前記pウェル電圧を監視し変化させるステップとを含むテスト方法。
(12)前記pウェル電圧を監視し変化させる前記ステップ(f)が、
1)少なくとも2つの比較器入力と少なくとも1つの比較器出力とを有する比較器回路に前記pウェル電圧をフィードバックするステップと、
2)通常のICチップ動作中に前記pウェル電圧と基準電圧とを比較するステップと、
3)前記比較器出力に基づいて電圧ポンプ回路を活動化して前記pウェル電圧を変化させるステップとを含む、上記(11)に記載の方法。
(13)前記pウェル電圧を比較する前記ステップ(2)が、前記pウェル電圧レベルが前記比較器への基準電圧入力に関して低下する場合に前記基準電圧を変化させることによって前記pウェル電圧が調節されるように前記pウェル電圧を調節するステップをさらに含む、上記(12)に記載の方法。
(14)電圧ポンプ回路を活動化する前記ステップ(3)が、
i)前記電圧ポンプによって前記pウェル電圧回路内のキャパシタを充電することにより前記pウェル電圧を−1ボルトからより低い電圧レベルに変化させるステップと、
ii)漏れ電流によって前記pウェル電圧回路内のキャパシタを放電することにより前記pウェル電圧を−1ボルトからより高い電圧レベルに変化させるステップとをさらに含む、上記(12)に記載の方法。
(15)複数のメモリ・セルと所定のpウェル電圧とを有する集積回路メモリ・デバイスの保持時間関連障害を検出するためのテスト方法において、
a)論理ビットによって前記複数のメモリ・セルのそれぞれに書き込むステップと、
b)少なくとも2通りの漏れ電流を測定するために読取り動作中に前記pウェル電圧を変化させて前記論理ビットを読み取るステップと、
c)前記少なくとも2通りの漏れ電流測定値に基づいて保持時間問題を有する前記メモリ・セルを検出するためにビット障害マップを生成するステップとを含むテスト方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】pウェルおよびNFETアレイ・デバイスを備えたメモリ・セルの断面図である。
【図2】IPLによりpウェル電圧を変化させるための電気回路の機能ブロック図である。
【図3】この欠陥漏れスクリーン・テスト装置(vbb電圧調節システム)の実施形態の概略図である。
【図4】メモリ・デバイス用のビット障害マップを決定するための流れ図である。
【図5】pウェル電圧を変化させることにより単一セル障害を検出するテスト・フローのための流れ図である。
【図6】離散時間間隔で変化するpウェル電圧を示すための時系列図である。
【図7】図6の離散時間間隔でテスト方法の諸ステップを示す流れ図である。
【符号の説明】
60 IPLデコード論理回路
62 NAND3ゲート
64 インバータ・ゲート(INV)
67 NANDゲート
69 NORゲート
70 基準電圧発生器
74 MOSトランジスタ
76 ドレイン
80 IPL電圧基準マルチプレクサ
81 2:1マルチプレクサ
82 8:1マルチプレクサ
82a インバータ
82b インバータ
83 パス・ゲート
84 パス・ゲート
90 分圧器
96 抵抗器
98 抵抗器
100 差動増幅器回路
Claims (10)
- 半導体メモリ・デバイスのpウェル電圧を調節するための欠陥漏れスクリーン・テスト装置にして、
初期プログラム・ロード論理信号を供給するように適合されたテスタと、
論理回路を有する半導体メモリ・デバイスとを含み、
前記論理回路が、
デコード入力とデコード出力とを有し、前記初期プログラム・ロード論理信号を前記デコード入力に受け取り、前記初期プログラム・ロード論理信号をデコードして、前記デコード出力にデコード出力信号を発生する初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路の前記デコード出力信号に応じた基準電圧を発生する基準電圧発生器回路と、
第1入力及び第2入力並びに出力を有する差動増幅器回路と、
前記基準電圧発生器回路からの前記基準電圧を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させる初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、
pウェル電圧フィードバック信号を前記差動増幅器回路の第2入力にフィードバックするpウェル電圧フィードバック回路と、
入力が前記差動増幅器回路の出力に接続され、出力がpウェルに接続されたpウェル電圧ポンプとを備え、
前記差動増幅器回路は、前記第1入力の前記基準電圧が前記第2入力の前記pウェル電圧フィードバック信号より高いときに第1論理電圧レベルを前記pウェル電圧ポンプの前記入力に与え、前記第1入力の前記基準電圧が前記第2入力の前記pウェル電圧フィードバック信号より低いときに前記第1の論理電圧レベルとは異なる第2論理電圧レベルを前記pウェル電圧ポンプの前記入力に与えることを特徴とする、欠陥漏れスクリーン・テスト装置。 - 前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が、
複数のNANDゲートと、
複数のインバータ・ゲートとを含み、
前記初期プログラム・ロード論理信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する、請求項1に記載の装置。 - 前記基準電圧発生器回路が内部電圧レベルと接地レベルとの間に直列に接続された分圧器及びトランジスタを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記pウェル電圧フィードバック回路が、内部電圧レベルと前記pウェル電圧との間に接続され、前記pウェル電圧フィードバック信号を分圧器出力信号として発生する分圧器を含み、前記pウェル電圧フィードバック信号が前記差動増幅器回路の前記第2入力に印加される、請求項1に記載の装置。
- 前記基準電圧発生器回路が内部電圧レベルと接地レベルとの間に直列に接続された分圧器及びトランジスタを含み、前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が前記初期プログラム・ロード論理信号に応答して前記トランジスタをターン・オンして前記基準電圧発生器回路を活動化する、請求項1に記載の装置。
- 前記初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路は、前記基準電圧発生器回路からの前記基準電圧を通過させる第2段と、pウェル電圧レベルの公称値及び前記第2段からの前記基準電圧を受け取り、前記初期プログラム・ロード論理信号が活動状態である場合に前記第2段からの前記基準電圧を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させ、 前記初期プログラム・ロード論理信号が活動状態でない場合に前記pウェル電圧レベルの公称値を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させる第1段とを有する、請求項1に記載の装置。
- メモリ・セル・バックバイアス電圧のテスト・コード変調のためのパッケージ・レベル漏れ特徴付け装置において、
デコード入力とデコード出力とを有し、前記初期プログラム・ロード論理信号を前記デコード入力に受け取り、前記初期プログラム・ロード論理信号をデコードして、前記初期プログラム・ロード論理信号の論理組合せに応じたデコード出力信号を前記デコード出力に発生する初期プログラム・ロード・デコード論理回路と、
内部電圧レベルと接地レベルとの間に直列に接続された分圧器及びトランジスタを含み、前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路の前記デコード出力信号に応じた基準電圧を発生する基準電圧発生器回路と、
第1入力及び第2入力並びに出力を有する差動増幅器回路と、
前記基準電圧発生器回路からの前記基準電圧を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させる初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路と、
pウェル電圧フィードバック信号を前記差動増幅器回路の第2入力にフィードバックするpウェル電圧フィードバック回路と、
入力が前記差動増幅器回路の出力に接続され、出力がpウェルに接続されたpウェル電圧ポンプとを備え、
前記差動増幅器回路は、前記第1入力の前記基準電圧が前記第2入力の前記pウェル電圧フィードバック信号より高いときに第1論理電圧レベルを前記pウェル電圧ポンプの前記入力に与え、前記第1入力の前記基準電圧が前記第2入力の前記pウェル電圧フィードバック信号より低いときに前記第1の論理電圧レベルとは異なる第2論理電圧レベルを前記pウェル電圧ポンプの前記入力に与え、前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が前記初期プログラム・ロード論理信号に応答して前記トランジスタをターン・オンして前記基準電圧発生器回路を活動化することを特徴とする、 パッケージ・レベル漏れ特徴付け装置。 - 前記初期プログラム・ロード・デコード論理回路が、
複数のNANDゲートと、
複数のインバータ・ゲートとを含み、
前記初期プログラム・ロード論理信号の論理組合せが前記デコード出力信号の様々な論理出力を活動化する、請求項7に記載の装置。 - 前記pウェル電圧フィードバック回路が、内部電圧レベルと前記pウェル電圧との間に接続され、前記pウェル電圧フィードバック信号を分圧器出力信号として発生する分圧器を含み、前記pウェル電圧フィードバック信号が前記差動増幅器回路の前記第2入力に印加される、請求項7に記載の装置。
- 前記初期プログラム・ロード電圧基準マルチプレクサ回路は、前記基準電圧発生器回路からの前記基準電圧を通過させる第2段と、pウェル電圧レベルの公称値及び前記第2段からの前記基準電圧を受け取り、前記初期プログラム・ロード論理信号が活動状態である場合に前記第2段からの前記基準電圧を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させ、前記初期プログラム・ロード論理信号が活動状態でない場合に前記pウェル電圧レベルの公称値を前記差動増幅器回路の前記第1入力に通過させる第1段とを有する、請求項7に記載の装置。
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