JP3844939B2 - Ferroelectric semiconductor memory device with reduced test time - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に強誘電体を用いた半導体記憶装置に関し、詳しくは装置試験に要する時間を短縮した強誘電体半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電体半導体記憶装置(FRAM:Ferroelectric Random Access Memory)は、メモリセルとして強誘電体を使用し、強誘電体の結晶構造中での電子の位置の違いとして情報を記録する不揮発メモリである。
【0003】
DRAM(Dynamic Random Access Memory)の場合は、記録データとしてHIGH又はLOWの電圧をメモリキャパシタの一端に印加して、グランドであるもう一端との間にデータに応じた電荷を蓄える。これに対してFRAMにおいては、HIGH又はLOWの電圧を強誘電体素子の一端に印加するだけでは、データは記録されない。情報を記録するためには、強誘電体素子の一端にデータ電圧を印加しながら、強誘電体素子のもう一端に正のパルス電圧を印加することが必要になる。
【0004】
このデータ書き込み時にHIGH電圧を印加する側はプレートと呼ばれ、プレート電圧を制御するプレート線に接続されている。ワード線によるワード選択と同時に、活性化されたワード線に対応してプレート線を選択活性化することで、選択されたメモリセルに対するデータ書き込みが行なわれる。
【0005】
FRAMのデータ書き込み動作は、プレート電圧制御を除けば、DRAMのデータ書き込み動作と略同様である。簡単には、ワード線を活性化してセルトランジスタを導通させ、セルトランジスタを介してビット線のデータをメモリセルに書き込み、データ書き込み後にワード線を非活性化してセルトランジスタを閉じる。FRAMにおいては、ワード線選択と同時にプレート線を選択活性化することで、強誘電体セルに対するデータ書き込みを実行する。
【0006】
強誘電体セルには寄生容量が存在するため、上記のようにデータ書き込み動作を実行すると、強誘電体の記憶機能により記憶されるデータ電圧に加えて、寄生容量に蓄えられる電荷が存在することになる。通常の書き込み動作においては、強誘電体メモリセルの記憶能力(データ保持能力)を増強する効果があるために、寄生容量の電荷の存在はむしろ好ましいファクターとして働いている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
DRAMやFRAM等においては、製品出荷前に、データ書き込み動作・データ読み出し動作を繰り返して、各メモリセルの記憶保持能力をチェックする試験が行なわれる。この試験においては、強誘電体素子のデータ保持能力をチェックすることが好ましいが、上述のような寄生容量の電荷が存在するため、実際には、強誘電体のデータ保持能力とDRAM的な容量による記憶能力とを足し合わせた能力を試験していることになってしまう。
【0008】
強誘電体のデータ保持能力だけをチェックするためには、寄生容量の電荷が、自然放電によって消え去るまで待たなければならない。具体的には、データ書き込み後に試験中に数秒から数分の待ち時間を取って、電荷が抜けた後にデータ読み出しを行なうことで、寄生容量による影響を受けないデータ保持能力を試験することになる。
【0009】
しかし半導体記憶装置の集積度が高まっていくにつれて、試験時間が長くなり、上述のような試験中の待ち時間を設ける必要があったのでは、更に試験時間が長時間化してしまう。
【0010】
従って本発明においては、試験時間を短縮したFRAMを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明では、半導体記憶装置は、強誘電体よりなるメモリセルと、該メモリセルに読み書きするデータを伝送するビット線と、該メモリセルと該ビット線との間に接続されるセルトランジスタと、該セルトランジスタのオン・オフを制御するワード線と、該ワード線を駆動するワード線駆動回路と、該ビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、第1の状態ではプリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化し、第2の状態ではプリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化するように該ワード線駆動回路と該プリチャージ回路とを制御するタイミング制御回路を含み、前記第1の状態は通常動作状態であり、前記第2の状態はテスト動作状態であることを特徴とする。
【0012】
上記発明では、第2の状態ではプリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化するようにワード線駆動回路とプリチャージ回路とを制御するので、セルトランジスタが閉じられるときには、データ電圧はビット線から消去されており、メモリセルの寄生容量にはデータの電荷が蓄えられることはない。従って、その後直ちに続くデータ読み出し動作によって、メモリセルのデータ保持能力だけをテストすることが可能になる。この場合、従来のテスト動作の場合のように、データ書き込み動作の後、データ読み出し動作を行う前に、待ち時間を設ける必要がない。従って、短時間でメモリセルの試験を行うことが可能になる。
【0014】
請求項の発明では、請求項記載の半導体記憶装置において、前記通常動作状態或いは前記テスト動作状態を示すスイッチ信号を、装置外部から受け取ることを特徴とする。
【0015】
上記発明では、外部から半導体記憶装置の端子へスイッチ信号を供給し、通常動作時とテスト動作時とでスイッチ信号の信号レベルを変えることで、プリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化する動作と、プリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化する動作とを切り替えることが可能になる。
【0016】
請求項の発明では、請求項記載の半導体記憶装置において、テスト動作を制御するテスト回路を更に含み、該テスト回路が前記通常動作状態或いは前記テスト動作状態を示すスイッチ信号を、前記タイミング制御回路に供給することを特徴とする。
【0017】
上記発明では、半導体記憶装置がCPU等の制御回路のチップと組み合わされて一つのパッケージとして提供されており、パッケージ外部からは半導体記憶装置の端子に直接アクセスできない場合であっても、半導体記憶装置内部に設けられたテスト回路がスイッチ信号を生成する構成とすることで、CPU等の制御装置からこのテスト回路の動作を制御して、プリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化する動作と、プリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化する動作とを切り替えることが可能になる。
【0018】
請求項の発明では、請求項1記載の半導体記憶装置において、前記タイミング制御回路は、プリチャージ動作の開始タイミングを固定にして、ワード線を非活性化するタイミングを前記第1の状態と前記第2の状態との間で変化させることを特徴とする。
【0019】
上記発明では、通常動作時と同一のプリチャージ動作のタイミングであるという条件下で、メモリセルの試験を行なうことが可能になる。
【0020】
請求項の発明では、請求項1記載の半導体記憶装置において、前記タイミング制御回路は、ワード線を非活性化するタイミングを固定にして、プリチャージ動作の開始タイミングを前記第1の状態と前記第2の状態との間で変化させることを特徴とする。
【0021】
上記発明では、通常動作時と同一のワード線活性化・非活性化の動作タイミングであるという条件下で、メモリセルの試験を行なうことが可能になる。
【0022】
請求項の発明では、請求項1記載の半導体記憶装置において、前記タイミング制御回路は、プリチャージ動作の開始タイミングを固定にしてワード線を非活性化するタイミングを前記第1の状態と前記第2の状態との間で変化させる第1の動作モードと、ワード線を非活性化するタイミングを固定にしてプリチャージ動作の開始タイミングを前記第1の状態と前記第2の状態との間で変化させる第2の動作モードと、何れか一方の選択された動作モードで動作可能であることを特徴とする。
【0023】
上記発明では、ワード線の動作タイミングを通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合と、プリチャージ動作のタイミングを通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合と、何れの場合であっても対応することが可能になる。
【0024】
請求項の発明では、請求項7記載の半導体記憶装置において、前記第1の動作モードと前記第2の動作モードとの何れを選択するかを決定する情報をプログラマブルに設定可能なユニットを更に含むことを特徴とする。
【0025】
上記発明では、プログラマブルな回路を設けることで、ワード線の動作タイミングを通常動作時と同一の条件にする場合と、プリチャージ動作のタイミングを通常動作時と同一の条件にする場合とを、容易に選択設定することが可能になる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を、添付の図面を用いて詳細に説明する。
【0027】
図1は、本発明が適用される強誘電体半導体記憶装置を示す図である。
【0028】
図1のFRAM10は、アドレス処理ユニット11、データ入出力ユニット12、制御ユニット13、ワードデコーダ14、プレートデコーダ15、コラムデコーダ16、セル回路17、センスアンプユニット18、及びタイミング制御回路19を含む。
【0029】
セル回路17には、強誘電体をメモリ素子とする複数のセルが縦横に配置され、各セルに対してデータを読み書きするためのアドレス指定やデータ増幅等のための回路や配線が設けられている。
【0030】
アドレス処理ユニット11は、アドレスバッファやアドレスプリデコーダ等の回路群よりなり、外部からアドレス信号を受け取り、適当なタイミングでアドレスをワードデコーダ14、プレートデコーダ15、及びコラムデコーダ16に供給する。
【0031】
データ入出力ユニット12は、データバッファ等の回路群よりなり、外部から書き込まれるデータをセンスアンプユニット18に適切なタイミングで供給すると共に、センスアンプユニット18を介してセル回路17から読み出されるデータを適切なタイミングで外部に出力する。センスアンプユニット18は、書き込みデータを増幅してセル回路17に供給すると共に、セル回路17からの読み出しデータを増幅する。
【0032】
制御ユニット13は、コントロール信号バッファやコマンドデコーダ等の回路群よりなり、外部からコントロール信号及びクロック信号を受け取り、コントロール信号で示されるコマンドを解釈し、FRAM10内の各回路の動作及びそのタイミングを制御する。即ち制御ユニット13が、クロック信号やタイミング信号をFRAM10内の各ユニットに供給し、各ユニットが適切なタイミングで動作することによって、FRAM10のデータ書き込み・データ読み出し動作が実現される。図1ではコントロール信号として、便宜上、ライトコントロール信号だけが示されている。
【0033】
ワードデコーダ14は、アドレス処理ユニット11から供給されたローアドレスをデコードし、一つのローアドレスに対応するワード線を活性化する。活性化ワード線に接続されるセルトランジスタが導通され、選択されたワードアドレスのメモリセルに対するデータ書き込み動作・データ読み出し動作が実行される。
【0034】
プレートデコーダ15は、アドレス処理ユニット11から供給されたローアドレスをデコードし、一つのローアドレスに対応するプレート線を活性化する。FRAMにおいては、HIGH又はLOWのデータ電圧を強誘電体素子の一端に印加しながら、プレート線に接続される他端にHIGH電圧を印加することでデータ書き込みが行なわれる。ワード線によるワード選択と同時に、活性化されたワード線に対応してプレート線を選択活性化することで、選択されたメモリセルに対するデータ書き込みが行なわれる。
【0035】
コラムデコーダ16は、アドレス処理ユニット11から供給されたコラムアドレスをデコードし、一つのコラムアドレスに対応するコラム線を活性化する。これによって対応するコラムトランジスタが導通され、センスアンプユニット18の対応するセンスアンプとデータ入出力ユニット12とが接続される。
【0036】
読み出し動作の場合、活性化されたワード線に接続されるメモリセルからビット線にデータが読み出され、センスアンプユニット18によってビット線のデータが増幅される。活性化されたコラム線に対応するセンスアンプから増幅されたデータが読み出され、データ入出力ユニット12に供給される。書き込み動作の場合は、読み出し動作の場合と逆に、活性化されたコラム線で選択されるセンスアンプに、データ入出力ユニット12からデータが供給され、活性化されたワード線に接続されるメモリセルにセンスアンプユニット18からビット線を介してデータが書き込まれる。
【0037】
タイミング制御回路19は本発明に固有の回路であり、スイッチ信号SWに応じて、ワード線活性化タイミングとビット線のプリチャージ動作のタイミングとを制御する。
【0038】
図2は、ワード線活性化タイミング及びビット線プリチャージタイミングを制御する構成を示す回路図である。
【0039】
図2において、タイミング制御回路19は、PMOSトランジスタ21乃至23、NMOSトランジスタ24乃至26、インバータ27、及び遅延回路28及び29を含む。タイミング制御回路19は、FRAM10外部よりスイッチ信号SWを受け取ると共に、制御ユニット13からタイミング信号TSを受け取る。
【0040】
タイミング制御回路19は、タイミング信号TSを遅延回路29によって所定時間遅延した後に、プリチャージ信号PRとしてセンスアンプユニット18に供給する。またスイッチ信号SWがHIGHのときに、PMOSトランジスタ23及びNMOSトランジスタ26よりなるトランスファーゲートを介して、タイミング信号TSをワードデコーダ14に供給する。またスイッチ信号SWがLOWのときには、PMOSトランジスタ21及びNMOSトランジスタ24よりなるトランスファーゲートと、遅延回路28と、PMOSトランジスタ22及びNMOSトランジスタ25よりなるトランスファーゲートを介して、タイミング信号TSをワードデコーダ14に供給する。従って、スイッチ信号SWがLOWの場合のほうが、スイッチ信号SWがHIGHの場合に比較して、ワードデコーダ14に供給される信号のタイミングが遅いことになる。
【0041】
ワードデコーダ14は、PMOSトランジスタ31及び32とNMOSトランジスタ33及び34を含む。図2に示されるのは、ワードデコーダ14の全体構成のうちで、一本のワード線WLに関連する部分のみである。図示される当該ワード線WLに対応するアドレスが指定されると、負論理のアドレスデコード信号がLOWになり、PMOSトランジスタ32が導通されNMOSトランジス33が遮断される。このときタイミング制御回路19から供給される信号はLOWであり、PMOSトランジスタ31は導通しており、NMOSトランジスタ34は閉じている。これにより、ワード線WLがHIGHになる。その後タイミング制御回路19からの信号がHIGHになる。これによりPMOSトランジスタ31が遮断して、NMOSトランジスタ34が導通する。従って、ワード線WLがLOWに戻る。即ち、タイミング制御回路19からのHIGHパルスによって、ワード線WLが非活性化される。
【0042】
ワード線WLは、セル回路17に伸びている。セル回路17は、NMOSトランジスタ41及び42と、強誘電体からなるメモリセル43及び44を含む。図2に示されるセル回路17は、一対のメモリセルに関する部分だけを示している。NMOSトランジスタ41及び42のゲートがワード線WLに接続されており、ワード線WLが活性化されると、メモリセル43及び44のデータがビット線BL及び/BLに読み出される。メモリセル4344の一端は、プレート線PLに接続されている。
【0043】
センスアンプユニット18は、NMOSトランジスタ52乃至54と、センスアンプ51を含む。図2のセンスアンプユニット18は、一つのセンスアンプに対する部分だけを示している。タイミング制御回路19からのプリチャージ信号PRがHIGHになると、NMOSトランジスタ53及び54が導通されて、ビット線BL及び/BLがグランド電圧であるプリチャージ電圧にプリチャージされる。
【0044】
書き込み動作の場合、ワード線WLが活性化されNMOSトランジスタ41及び42が導通されて、ビット線のデータがメモリセル43及び44に書き込まれる。
【0045】
その後、通常の書き込み動作の場合には、スイッチ信号SWがHIGHであり、プリチャージ信号PRがHIGHになる前に、ワード線WLが非活性化される。従ってこの場合には、メモリセル43及び44の寄生容量に、ビット線の電圧に応じた電荷が蓄えられ、メモリセル43及び44のデータ保持能力を高める効果がある。
【0046】
それに対して、テスト動作中の書き込み動作の場合には、スイッチ信号をLOWにすることで、ワード線WLが非活性化される前に、プリチャージ信号PRをHIGHにする。従ってこの場合には、ワード線WLが活性化された状態であってNMOSトランジスタ41及び42が導通している間に、ビット線BL及び/BLがプリチャージされ、ビット線の電圧がグランド電圧に変化する。結果として、メモリセル43及び44の寄生容量には電荷が蓄えられることはなく、その後直ちに続くデータ読み出し動作によって、メモリセル43及び44のデータ保持能力だけをテストすることが可能になる。この場合、従来のテスト動作の場合のように、データ書き込み動作の後に、データ読み出し動作を行う前に待ち時間を設ける必要がない。従って、短時間でメモリセルの試験を行うことが可能になる。
【0047】
図3は、ワード線活性化タイミング及びビット線プリチャージタイミングを制御する動作を説明するタイミングチャートである。
【0048】
クロック信号の立ち上がりエッジで、書き込みデータ及び書き込みアドレスを入力し、書き込み動作であることを示すライトコントロール信号をLOWにする。これにより図3の最初のサイクルで、データが書き込まれる。タイミング信号は、クロック信号を基にして制御ユニット13により生成される信号であり、クロック信号の立ち上がりエッジから所定の遅延時間を有する信号である。タイミング信号は、タイミング制御回路19に入力され、図2において説明したようにして、プリチャージ信号PR及びワード線を非活性化する信号を生成する。
【0049】
上記説明のようにスイッチ信号SWのHIGH又はLOWに応じて、ワード線WLが非活性化されるタイミングが異なる。図3にワード線信号WL1として示すように、スイッチ信号SWがLOWの時には、ワード線WLは、プリチャージ信号PRがHIGHになってもしばらくの間は活性化状態にある。従って、テスト動作中にはスイッチ信号SWをLOWにすることによって、強誘電体からなるメモリ素子に、寄生容量の電荷が蓄えられるのを防ぐことが出来る。またワード線信号WL2として示すように、スイッチ信号SWがHIGHの時には、プリチャージ動作が始まる前にワード線WLを非活性化することで、寄生容量に電荷を蓄えてメモリセルの記憶保持能力を増強する。
【0050】
以上の実施例においては、プリチャージ動作のタイミングを一定として、ワード線を非活性化するタイミング、即ちセルトランジスタを閉じるタイミングを調整していた。これとは逆にワード線を非活性化するタイミングを一定として、プリチャージ信号PRをHIGHにするタイミング、即ちプリチャージ動作を開始するタイミングを調整するようにしても良い。
【0051】
図4は、ワード線を非活性化するタイミングを一定としてプリチャージ信号のタイミングを変化させる実施例の構成図である。図4において、図2と同一の構成要素は同一の符号で参照し、その説明は省略する。
【0052】
図4のタイミング制御回路19Aは、PMOSトランジスタ121乃至123、NMOSトランジスタ124乃至126、インバータ127、及び遅延回路128を含む。
【0053】
タイミング制御回路19は、FRAM10外部よりスイッチ信号SWを受け取ると共に、制御ユニット13からタイミング信号TSを受け取る。
【0054】
タイミング制御回路19Aは、スイッチ信号SWがHIGHのときに、PMOSトランジスタ123及びNMOSトランジスタ126よりなるトランスファーゲートを介して、タイミング信号TSをプリチャージ信号PRとしてセンスアンプユニット18に供給する。またスイッチ信号SWがLOWのときには、PMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ124よりなるトランスファーゲートと、遅延回路128と、PMOSトランジスタ122及びNMOSトランジスタ125よりなるトランスファーゲートを介して、タイミング信号TSをプリチャージ信号PRとしてセンスアンプユニット18に供給する。従って、スイッチ信号SWがLOWの場合のほうが、スイッチ信号SWがHIGHの場合に比較して、プリチャージ信号PRがHIGHになるタイミングが遅いことになる。
【0055】
ワードデコーダ14Aは、PMOSトランジスタ131とNMOSトランジスタ132を含む。図2に示されるのは、ワードデコーダ14Aの全体構成のうちで、一本のワード線WLに関連する部分のみである。図示される当該ワード線WLに対応するアドレスが指定されると、負論理であるアドレスデコード信号がLOWになり、PMOSトランジスタ131が導通し、NMOSトランジスタ132が閉じる。これによりワード線WLがHIGHになる。その後アドレスデコード信号がHIGHに戻ると、PMOSトランジスタ131が遮断しNMOSトランジスタ132が導通する。従って、ワード線WLがLOWに戻る。即ち、図4の構成においては、ワード線の活性化及び非活性化のタイミングは、アドレスデコード信号に依存しており、スイッチ信号SWによらず固定されている。
【0056】
図4の構成において、セル回路17及びセンスアンプユニット18の回路構成は、図2に示されるものと同一である。
【0057】
図5は、ワード線の活性化タイミングを固定にしてビット線プリチャージタイミングを制御する動作を説明するタイミングチャートである。
【0058】
クロック信号の立ち上がりエッジで、書き込みデータ及び書き込みアドレスを入力し、書き込み動作であることを示すライトコントロール信号をLOWにする。これにより図5の最初のサイクルで、データが書き込まれる。タイミング信号は、クロック信号を基にして制御ユニット13により生成される信号であり、クロック信号の立ち上がりエッジから所定の遅延時間を有する信号である。タイミング信号は、タイミング制御回路19に入力され、図4において説明したようにして、プリチャージ信号PRを生成する。
【0059】
上記説明のようにスイッチ信号SWのHIGH又はLOWに応じて、ワード線WLが非活性化されるタイミングが異なる。図5にプリチャージ信号PR1として示すように、スイッチ信号SWがLOWの時には、プリチャージ動作はワード線WLが非活性化された後に始まる。従って、スイッチ信号SWがLOWの時には、プリチャージ動作が始まる前にワード線WLを非活性化することで、寄生容量に電荷を蓄えてメモリセルの記憶保持能力を増強する。またプリチャージ信号PR1として示すように、テスト動作中にはスイッチ信号SWをHIGHにすることによって、ワード線を非活性化する前にプリチャージ動作を開始して、強誘電体からなるメモリ素子に、寄生容量の電荷が蓄えられるのを防ぐことが出来る。
【0060】
なお図2及び図4で示したように、タイミング制御回路19及び19Aにおいては遅延回路が用いられる。これらの遅延回路は、インバータを数段つなげたものやシュミット回路などで構成することが出来る。この構成において、入力信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対して、各々異なった遅延を与えるように設計しても良い。例えば、遅延回路を構成するインバータのPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲート幅を適当に調整することによって、或いはPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのゲート長を適当に調整することによって、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対して異なった遅延を与えることが出来る。
【0061】
半導体記憶装置は、単一のメモリチップとして提供されるだけでなく、CPU等の制御回路のチップと組み合わされて、一つのパッケージとして提供される場合がある。このような構成においては、このパッケージの外部から半導体記憶装置の端子に直接アクセスできない場合が多く、このような場合には、CPU等の制御回路からしか半導体記憶装置を制御できない。従って、スイッチ信号SWを供給する端子を設けるのではなく、半導体記憶装置内部にテスト回路を設け、CPU等の制御装置からこのテスト回路の動作を制御するようにすることが好ましい。
【0062】
図6は、CPU等の制御回路に接続された本発明によるFRAMを示す図である。図6において、図1と同一の構成要素は同一の符号で参照され、その説明は省略される。
【0063】
図6のFRAM10Aは、図1の構成に加えて、テスト回路150を含む。またタイミング制御回路19は、FRAM10Aの外部から信号を受け取る端子は有しておらず、スイッチ信号SWをテスト回路150から供給される。
【0064】
テスト回路150は、FRAM10Aに接続されるCPU151からの命令に応じて、FRAM10Aのテスト動作を制御するものである。テスト回路自体は、従来技術のDRAM等でも設けられるものであって、本発明に固有のものではない。但し、本発明においては、テスト回路151がCPU151からの命令に応じて、スイッチ信号SWを出力するように構成してある。ここでスイッチ信号SWは、前述の説明にあるようにHIGH或いはLOWの値をとるだけの信号であり、その生成に関しては、CPU151からの信号をデコードする技術が必要なだけである。従ってここでは、テスト回路150においてスイッチ信号SWを生成する構成については、説明を省略する。
【0065】
図6のFRAM10Aにおいて、テスト信号に応じて、ワード線の非活性化タイミング或いはプリチャージ信号の開始タイミングを制御する構成は、図2或いは図4に示される回路構成を用いればよい。
【0066】
前述の説明においては、プリチャージ動作のタイミングを固定にしてワード線の非活性化タイミングを調整するか、或いはワード線の非活性化タイミングを固定にしてプリチャージ動作のタイミングを調整するかのいずれかであった。しかし装置試験においては、例えばワード線の動作タイミングは通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合や、或いはプリチャージ動作のタイミングは通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合などがある。
【0067】
従って、必要に応じてテスト動作中に、プリチャージ動作のタイミングを固定にしてワード線の非活性化タイミングを調整するか、或いはワード線の非活性化タイミングを固定にしてプリチャージ動作のタイミングを調整するのか、テスト動作中の書き込み動作モードを選択できるようにする必要がある。
【0068】
図7は、CPU等の制御回路に接続された本発明によるFRAMを示す図である。図7において、図6と同一の構成要素は同一の符号で参照され、その説明は省略される。
【0069】
図7のFRAM10Bは、図6の構成に対して、タイミング制御回路19B及びテスト回路150Bが各々対応する回路を置き換える形で設けられ、またプログラマブルメモリ152が新たに設けられている。プログラマブルメモリ152は、CPU151からの命令に応じてプログラムされる。図7の構成では、プリチャージ動作のタイミングを固定にしてワード線の非活性化タイミングを調整するか、或いはワード線の非活性化タイミングを固定にしてプリチャージ動作のタイミングを調整するのかを選択するために用いられるので、実際には、CPU151からの命令に応じて、どちらの動作モードを選択するかを示す1ビットの情報を格納すればよく、単純なレジスタで構成することが可能である。
【0070】
プログラマブルメモリ152は、どちらの動作モードを選択するかを示す信号をテスト回路150Bに供給する。テスト回路150Bは、スイッチ信号SWと、選択した動作モードを示す切り替え信号MCとを、タイミング制御回路19Bに供給する。なお切り替え信号MCは、プログラマブルメモリ152が、タイミング制御回路19Bに直接供給する構成としてもよい。
【0071】
図8は、切り替え信号に応じてワード線の活性化タイミングを調整するか或いはプリチャージ動作のタイミングを調整するかが切り替わるタイミング制御回路の回路図である。
【0072】
図8のタイミング制御回路19Bは、図2のタイミング制御回路19に対応するPMOSトランジスタ21乃至23、NMOSトランジスタ24乃至26、インバータ27、遅延回路28及び29、図4のタイミング制御回路19Aに対応するPMOSトランジスタ21乃至23、NMOSトランジスタ24乃至26、インバータ27、遅延回路28及び29、インバータ201、PMOSトランジスタ202乃至205、NMOSトランジスタ206乃至209、及びインバータ210を含む。
【0073】
切り替え信号CMがLOWのとき、PMOSトランジスタ203及びNMOSトランジスタ207よりなるトランスファーゲートが開かれて、タイミング制御回路19に対応する回路部分からの信号が、図2に示されるワードデコーダ14に供給される。またPMOSトランジスタ204及びNMOSトランジスタ208よりなるトランスファーゲートが開かれて、タイミング制御回路19に対応する回路部分からのプリチャージ信号PRが、センスアンプユニット18に供給される。
【0074】
従って、切り替え信号CMがLOWの場合には、プリチャージ動作タイミングが固定となり、ワード線を非活性化するタイミングがスイッチ信号SWに応じて制御される。
【0075】
切り替え信号CMがHIGHのとき、PMOSトランジスタ202及びNMOSトランジスタ206よりなるトランスファーゲートが開かれて、常時LOWである信号が、図2に示されるワードデコーダ14に供給される。またPMOSトランジスタ205及びNMOSトランジスタ209よりなるトランスファーゲートが開かれて、タイミング制御回路19Bに対応する回路部分からのプリチャージ信号PRが、センスアンプユニット18に供給される。
【0076】
従って、切り替え信号CMがHIGHの場合には、ワード線の動作タイミングが固定となり、プリチャージ動作のタイミングがスイッチ信号SWに応じて制御される。
【0077】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【0078】
【発明の効果】
本発明では、テスト動作時にはプリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化するようにワード線駆動回路とプリチャージ回路とを制御するので、セルトランジスタが閉じられるときには、データ電圧はビット線から消去されており、メモリセルの寄生容量にはデータの電荷が蓄えられることはない。従って、その後直ちに続くデータ読み出し動作によって、メモリセルのデータ保持能力だけをテストすることが可能になる。この場合、従来のテスト動作の場合のように、データ書き込み動作の後、データ読み出し動作を行う前に、待ち時間を設ける必要がなく、短時間でメモリセルの試験を行うことが可能になる。
【0079】
また、外部から半導体記憶装置の端子へスイッチ信号を供給し、通常動作時とテスト動作時とでスイッチ信号の信号レベルを変えることで、プリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化する動作と、プリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化する動作とを切り替えることが可能になる。
【0080】
また、半導体記憶装置がCPU等の制御回路のチップと組み合わされて一つのパッケージとして提供されており、パッケージ外部からは半導体記憶装置の端子に直接アクセスできない場合であっても、半導体記憶装置内部に設けられたテスト回路がスイッチ信号を生成する構成とすることで、CPU等の制御装置からこのテスト回路の動作を制御して、プリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化する動作と、プリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化する動作とを切り替えることが可能になる。
【0081】
また、通常動作時と同一のプリチャージ動作のタイミングであるという条件下で、メモリセルの試験を行なうことが可能である。或いは、通常動作時と同一のワード線活性化・非活性化の動作タイミングであるという条件下で、メモリセルの試験を行なうことが可能である。
【0082】
また、ワード線の動作タイミングを通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合と、プリチャージ動作のタイミングを通常の書き込み動作時と同一の条件にしてテストを実行したい場合と、何れの場合であっても対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される強誘電体半導体記憶装置を示す図である。
【図2】ワード線活性化タイミング及びビット線プリチャージタイミングを制御する構成を示す回路図である。
【図3】ワード線活性化タイミング及びビット線プリチャージタイミングを制御する動作を説明するタイミングチャートである。
【図4】ワード線を非活性化するタイミングを一定としてプリチャージ信号のタイミングを変化させる実施例の構成図である。
【図5】ワード線の活性化タイミングを固定にしてビット線プリチャージタイミングを制御する動作を説明するタイミングチャートである。
【図6】CPU等の制御回路に接続された本発明によるFRAMを示す図である。
【図7】CPU等の制御回路に接続された本発明によるFRAMを示す図である。
【図8】切り替え信号に応じてワード線の活性化タイミングを調整するか或いはプリチャージ動作のタイミングを調整するかが切り替わるタイミング制御回路の回路図である。
【符号の説明】
10 FRAM
11 アドレス処理ユニット
12 データ入出力ユニット
13 制御ユニット
14 ワードデコーダ
15 プレートデコーダ
16 コラムデコーダ
17 セル回路
18 センスアンプユニット
19 タイミング制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to a semiconductor memory device using a ferroelectric, and more particularly to a ferroelectric semiconductor memory device in which the time required for device testing is shortened.
[0002]
[Prior art]
A ferroelectric semiconductor memory device (FRAM: Ferroelectric Random Access Memory) is a nonvolatile memory that uses a ferroelectric as a memory cell and records information as a difference in the position of electrons in the crystal structure of the ferroelectric.
[0003]
In the case of a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a HIGH or LOW voltage is applied to one end of a memory capacitor as recording data, and a charge corresponding to the data is stored between the other end which is a ground. On the other hand, in the FRAM, data is not recorded only by applying a HIGH or LOW voltage to one end of the ferroelectric element. In order to record information, it is necessary to apply a positive pulse voltage to the other end of the ferroelectric element while applying a data voltage to one end of the ferroelectric element.
[0004]
The side to which the HIGH voltage is applied during data writing is called a plate and is connected to a plate line that controls the plate voltage. Simultaneously with the word selection by the word line, by selectively activating the plate line corresponding to the activated word line, data writing to the selected memory cell is performed.
[0005]
The data write operation of the FRAM is substantially the same as the data write operation of the DRAM except for the plate voltage control. In brief, the word line is activated to make the cell transistor conductive, the bit line data is written to the memory cell via the cell transistor, and after writing the data, the word line is deactivated and the cell transistor is closed. In the FRAM, data is written into the ferroelectric cell by selectively activating the plate line simultaneously with the word line selection.
[0006]
Since the ferroelectric cell has a parasitic capacitance, when the data write operation is executed as described above, in addition to the data voltage stored by the storage function of the ferroelectric, there is a charge stored in the parasitic capacitance. become. In a normal write operation, the presence of parasitic capacitance charges rather serves as a preferable factor because of the effect of enhancing the storage capability (data retention capability) of the ferroelectric memory cell.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In DRAMs, FRAMs, and the like, a test for checking the memory retention capability of each memory cell is performed by repeating a data write operation and a data read operation before shipping the product. In this test, it is preferable to check the data retention capability of the ferroelectric element. However, since there is a charge of the parasitic capacitance as described above, the ferroelectric data retention capability and the DRAM-like capacitance are actually used. You will be testing your ability to add up the memory ability.
[0008]
In order to check only the data retention capability of the ferroelectric, it is necessary to wait until the charge of the parasitic capacitance disappears due to spontaneous discharge. Specifically, after data writing, a waiting time of several seconds to several minutes is taken during the test, and data is read after the charge is discharged, thereby testing the data holding ability not affected by the parasitic capacitance. .
[0009]
However, as the degree of integration of the semiconductor memory device increases, the test time becomes longer, and if it is necessary to provide the waiting time during the test as described above, the test time becomes longer.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an FRAM with a reduced test time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to another aspect of the present invention, a semiconductor memory device includes a memory cell made of a ferroelectric material, a bit line for transmitting data to be read from and written to the memory cell, and a cell connected between the memory cell and the bit line. A transistor, a word line for controlling on / off of the cell transistor, a word line drive circuit for driving the word line, a precharge circuit for precharging the bit line, and a precharge operation in the first state. A timing control circuit that controls the word line driving circuit and the precharge circuit so that the word line is deactivated before starting, and the word line is deactivated after the precharge operation starts in the second state; Including Thus, the first state is a normal operation state, and the second state is a test operation state. It is characterized by that.
[0012]
In the above invention, in the second state, the word line driving circuit and the precharge circuit are controlled so as to deactivate the word line after the precharge operation is started. Therefore, when the cell transistor is closed, the data voltage is set to the bit voltage. Since it is erased from the line, no data charge is stored in the parasitic capacitance of the memory cell. Therefore, it is possible to test only the data holding capability of the memory cell by the data read operation that immediately follows. In this case, it is not necessary to provide a waiting time after the data write operation and before the data read operation as in the case of the conventional test operation. Therefore, it becomes possible to test the memory cell in a short time.
[0014]
Claim 2 In the invention of claim 1 In the semiconductor memory device described above, a switch signal indicating the normal operation state or the test operation state is received from the outside of the device.
[0015]
In the above invention, the switch signal is supplied from the outside to the terminal of the semiconductor memory device, and the signal level of the switch signal is changed between the normal operation and the test operation, thereby inactivating the word line before the precharge operation starts. It is possible to switch between the operation to be activated and the operation to deactivate the word line after the precharge operation is started.
[0016]
Claim 3 In the invention of claim 1 The semiconductor memory device described above further includes a test circuit that controls a test operation, and the test circuit supplies a switch signal indicating the normal operation state or the test operation state to the timing control circuit.
[0017]
In the above-described invention, the semiconductor memory device is provided as a single package in combination with a chip of a control circuit such as a CPU. Even if the semiconductor memory device cannot be directly accessed from the outside of the package, the semiconductor memory device The test circuit provided in the circuit generates a switch signal, so that the operation of the test circuit is controlled by a control device such as a CPU, and the word line is deactivated before the precharge operation is started. And the operation of deactivating the word line after the precharge operation is started.
[0018]
Claim 4 In the semiconductor memory device according to claim 1, in the semiconductor memory device according to claim 1, the timing control circuit fixes a start timing of a precharge operation and sets a timing for deactivating a word line to the first state and the second state. It is characterized by changing between states.
[0019]
In the above invention, the memory cell can be tested under the condition that the timing of the precharge operation is the same as that in the normal operation.
[0020]
Claim 5 According to the invention, in the semiconductor memory device according to claim 1, the timing control circuit fixes a timing at which the word line is deactivated, and sets a start timing of the precharge operation to the first state and the second state. It is characterized by changing between states.
[0021]
In the above-described invention, it becomes possible to test a memory cell under the condition that the operation timing of the word line activation / deactivation is the same as that in the normal operation.
[0022]
Claim 6 In the semiconductor memory device according to claim 1, in the semiconductor memory device according to claim 1, the timing control circuit sets a timing for deactivating a word line with a fixed start timing of a precharge operation as the first state and the second state. The first operation mode to be changed between the first state and the timing for deactivating the word line is fixed, and the start timing of the precharge operation is changed between the first state and the second state. It is possible to operate in two operation modes and one of the selected operation modes.
[0023]
In the above invention, when the test is to be performed with the word line operation timing being the same as the normal write operation, and when the test is to be performed with the precharge operation timing being the same as the normal write operation In any case, it is possible to cope with it.
[0024]
Claim 7 The semiconductor memory device according to claim 7, further comprising: a unit capable of programmably setting information for determining which of the first operation mode and the second operation mode to select. Features.
[0025]
In the above invention, by providing a programmable circuit, the case where the operation timing of the word line is set to the same condition as that in the normal operation, and the case where the timing of the precharge operation is set to the same condition as in the normal operation are easy. It becomes possible to select and set to.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0027]
FIG. 1 is a diagram showing a ferroelectric semiconductor memory device to which the present invention is applied.
[0028]
1 includes an address processing unit 11, a data input / output unit 12, a control unit 13, a word decoder 14, a plate decoder 15, a column decoder 16, a cell circuit 17, a sense amplifier unit 18, and a timing control circuit 19.
[0029]
The cell circuit 17 includes a plurality of cells each having a ferroelectric as a memory element arranged vertically and horizontally, and is provided with circuits and wiring for addressing and data amplification for reading / writing data from / to each cell. Yes.
[0030]
The address processing unit 11 includes a circuit group such as an address buffer and an address predecoder, receives an address signal from the outside, and supplies the address to the word decoder 14, the plate decoder 15, and the column decoder 16 at an appropriate timing.
[0031]
The data input / output unit 12 is composed of a circuit group such as a data buffer, supplies data written from the outside to the sense amplifier unit 18 at an appropriate timing, and receives data read from the cell circuit 17 via the sense amplifier unit 18. Output to the outside at an appropriate timing. The sense amplifier unit 18 amplifies write data and supplies it to the cell circuit 17 and amplifies read data from the cell circuit 17.
[0032]
The control unit 13 is composed of a circuit group such as a control signal buffer and a command decoder, receives a control signal and a clock signal from the outside, interprets a command indicated by the control signal, and controls the operation and timing of each circuit in the FRAM 10. To do. That is, the control unit 13 supplies a clock signal and a timing signal to each unit in the FRAM 10, and each unit operates at an appropriate timing, whereby the data writing / reading operation of the FRAM 10 is realized. In FIG. 1, only the write control signal is shown as a control signal for convenience.
[0033]
The word decoder 14 decodes the row address supplied from the address processing unit 11 and activates a word line corresponding to one row address. The cell transistor connected to the activated word line is turned on, and the data write operation / data read operation for the memory cell of the selected word address is executed.
[0034]
The plate decoder 15 decodes the row address supplied from the address processing unit 11 and activates a plate line corresponding to one row address. In the FRAM, data is written by applying a HIGH voltage to the other end connected to the plate line while applying a HIGH or LOW data voltage to one end of the ferroelectric element. Simultaneously with the word selection by the word line, by selectively activating the plate line corresponding to the activated word line, data writing to the selected memory cell is performed.
[0035]
The column decoder 16 decodes the column address supplied from the address processing unit 11 and activates a column line corresponding to one column address. As a result, the corresponding column transistor is turned on, and the corresponding sense amplifier of the sense amplifier unit 18 and the data input / output unit 12 are connected.
[0036]
In the read operation, data is read from the memory cell connected to the activated word line to the bit line, and the bit line data is amplified by the sense amplifier unit 18. The amplified data is read from the sense amplifier corresponding to the activated column line and supplied to the data input / output unit 12. In the case of the write operation, contrary to the case of the read operation, data is supplied from the data input / output unit 12 to the sense amplifier selected by the activated column line, and the memory connected to the activated word line Data is written into the cell from the sense amplifier unit 18 via the bit line.
[0037]
The timing control circuit 19 is a circuit unique to the present invention, and controls the word line activation timing and the bit line precharge operation timing in accordance with the switch signal SW.
[0038]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration for controlling the word line activation timing and the bit line precharge timing.
[0039]
In FIG. 2, the timing control circuit 19 includes PMOS transistors 21 to 23, NMOS transistors 24 to 26, an inverter 27, and delay circuits 28 and 29. The timing control circuit 19 receives the switch signal SW from the outside of the FRAM 10 and also receives the timing signal TS from the control unit 13.
[0040]
The timing control circuit 19 delays the timing signal TS by a delay circuit 29 for a predetermined time, and then supplies it to the sense amplifier unit 18 as a precharge signal PR. When the switch signal SW is HIGH, the timing signal TS is supplied to the word decoder 14 via the transfer gate composed of the PMOS transistor 23 and the NMOS transistor 26. When the switch signal SW is LOW, the timing signal TS is sent to the word decoder 14 via the transfer gate composed of the PMOS transistor 21 and the NMOS transistor 24, the delay circuit 28, and the transfer gate composed of the PMOS transistor 22 and the NMOS transistor 25. Supply. Accordingly, the timing of the signal supplied to the word decoder 14 is later when the switch signal SW is LOW than when the switch signal SW is HIGH.
[0041]
The word decoder 14 includes PMOS transistors 31 and 32 and NMOS transistors 33 and 34. FIG. 2 shows only the portion related to one word line WL in the entire configuration of the word decoder 14. When an address corresponding to the illustrated word line WL is designated, the negative logic address decode signal becomes LOW, the PMOS transistor 32 is turned on, and the NMOS transistor 33 is turned off. At this time, the signal supplied from the timing control circuit 19 is LOW, the PMOS transistor 31 is conductive, and the NMOS transistor 34 is closed. As a result, the word line WL becomes HIGH. Thereafter, the signal from the timing control circuit 19 becomes HIGH. As a result, the PMOS transistor 31 is cut off and the NMOS transistor 34 is turned on. Therefore, the word line WL returns to LOW. That is, the word line WL is inactivated by the HIGH pulse from the timing control circuit 19.
[0042]
The word line WL extends to the cell circuit 17. The cell circuit 17 includes NMOS transistors 41 and 42 and memory cells 43 and 44 made of a ferroelectric material. The cell circuit 17 shown in FIG. 2 shows only a portion related to a pair of memory cells. The gates of the NMOS transistors 41 and 42 are connected to the word line WL. When the word line WL is activated, the data in the memory cells 43 and 44 are read out to the bit lines BL and / BL. One end of the memory cell 4344 is connected to the plate line PL.
[0043]
The sense amplifier unit 18 includes NMOS transistors 52 to 54 and a sense amplifier 51. The sense amplifier unit 18 of FIG. 2 shows only a part for one sense amplifier. When the precharge signal PR from the timing control circuit 19 becomes HIGH, the NMOS transistors 53 and 54 are turned on, and the bit lines BL and / BL are precharged to a precharge voltage that is a ground voltage.
[0044]
In the case of the write operation, the word line WL is activated, the NMOS transistors 41 and 42 are turned on, and the bit line data is written into the memory cells 43 and 44.
[0045]
Thereafter, in a normal write operation, the switch signal SW is HIGH, and the word line WL is inactivated before the precharge signal PR becomes HIGH. Therefore, in this case, charges corresponding to the voltage of the bit line are stored in the parasitic capacitances of the memory cells 43 and 44, and the data retention capability of the memory cells 43 and 44 is improved.
[0046]
On the other hand, in the case of the write operation during the test operation, the precharge signal PR is set to HIGH before the word line WL is inactivated by setting the switch signal to LOW. Therefore, in this case, while the word line WL is activated and the NMOS transistors 41 and 42 are conducting, the bit lines BL and / BL are precharged, and the voltage of the bit line becomes the ground voltage. Change. As a result, no charge is stored in the parasitic capacitances of the memory cells 43 and 44, and only the data holding capability of the memory cells 43 and 44 can be tested by the data read operation that immediately follows. In this case, it is not necessary to provide a waiting time after the data write operation and before the data read operation as in the case of the conventional test operation. Therefore, it becomes possible to test the memory cell in a short time.
[0047]
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation for controlling the word line activation timing and the bit line precharge timing.
[0048]
At the rising edge of the clock signal, write data and a write address are input, and a write control signal indicating a write operation is set to LOW. As a result, data is written in the first cycle of FIG. The timing signal is a signal generated by the control unit 13 based on the clock signal, and is a signal having a predetermined delay time from the rising edge of the clock signal. The timing signal is input to the timing control circuit 19, and generates a precharge signal PR and a signal for inactivating the word line as described with reference to FIG.
[0049]
As described above, the timing at which the word line WL is inactivated differs according to the HIGH or LOW of the switch signal SW. As shown in FIG. 3 as the word line signal WL1, when the switch signal SW is LOW, the word line WL is in an activated state for a while even if the precharge signal PR becomes HIGH. Therefore, by setting the switch signal SW to LOW during the test operation, it is possible to prevent the charge of parasitic capacitance from being stored in the memory element made of the ferroelectric. Also, as shown as the word line signal WL2, when the switch signal SW is HIGH, the word line WL is deactivated before the precharge operation is started, thereby accumulating charges in the parasitic capacitance and increasing the memory retention capability of the memory cell. Strengthen.
[0050]
In the above embodiment, the timing for deactivating the word line, that is, the timing for closing the cell transistor is adjusted with the timing of the precharge operation being constant. On the contrary, the timing at which the word line is inactivated may be fixed, and the timing at which the precharge signal PR is set to HIGH, that is, the timing at which the precharge operation is started may be adjusted.
[0051]
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment in which the timing of the precharge signal is changed while the timing of deactivating the word line is constant. 4, the same components as those in FIG. 2 are referred to by the same numerals, and a description thereof will be omitted.
[0052]
The timing control circuit 19A in FIG. 4 includes PMOS transistors 121 to 123, NMOS transistors 124 to 126, an inverter 127, and a delay circuit 128.
[0053]
The timing control circuit 19 receives the switch signal SW from the outside of the FRAM 10 and also receives the timing signal TS from the control unit 13.
[0054]
When the switch signal SW is HIGH, the timing control circuit 19A supplies the timing signal TS as the precharge signal PR to the sense amplifier unit 18 through the transfer gate composed of the PMOS transistor 123 and the NMOS transistor 126. When the switch signal SW is LOW, the timing signal TS is transferred to the precharge signal PR via the transfer gate composed of the PMOS transistor 121 and the NMOS transistor 124, the delay circuit 128, and the transfer gate composed of the PMOS transistor 122 and the NMOS transistor 125. To the sense amplifier unit 18. Therefore, when the switch signal SW is LOW, the timing at which the precharge signal PR becomes HIGH is later than when the switch signal SW is HIGH.
[0055]
The word decoder 14A includes a PMOS transistor 131 and an NMOS transistor 132. FIG. 2 shows only a portion related to one word line WL in the entire configuration of the word decoder 14A. When an address corresponding to the illustrated word line WL is designated, an address decode signal having a negative logic becomes LOW, the PMOS transistor 131 becomes conductive, and the NMOS transistor 132 closes. As a result, the word line WL becomes HIGH. Thereafter, when the address decode signal returns to HIGH, the PMOS transistor 131 is cut off and the NMOS transistor 132 is turned on. Therefore, the word line WL returns to LOW. That is, in the configuration of FIG. 4, the activation and deactivation timing of the word line depends on the address decode signal and is fixed regardless of the switch signal SW.
[0056]
In the configuration of FIG. 4, the circuit configurations of the cell circuit 17 and the sense amplifier unit 18 are the same as those shown in FIG.
[0057]
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation for controlling the bit line precharge timing with the word line activation timing fixed.
[0058]
At the rising edge of the clock signal, write data and a write address are input, and a write control signal indicating a write operation is set to LOW. As a result, data is written in the first cycle of FIG. The timing signal is a signal generated by the control unit 13 based on the clock signal, and is a signal having a predetermined delay time from the rising edge of the clock signal. The timing signal is input to the timing control circuit 19 and generates the precharge signal PR as described in FIG.
[0059]
As described above, the timing at which the word line WL is inactivated differs according to the HIGH or LOW of the switch signal SW. As shown as the precharge signal PR1 in FIG. 5, when the switch signal SW is LOW, the precharge operation starts after the word line WL is deactivated. Therefore, when the switch signal SW is LOW, the word line WL is deactivated before the precharge operation starts, so that charges are stored in the parasitic capacitance and the memory retention capability of the memory cell is enhanced. Further, as shown as the precharge signal PR1, during the test operation, the switch signal SW is set to HIGH so that the precharge operation is started before the word line is deactivated. Therefore, it is possible to prevent the charge of the parasitic capacitance from being stored.
[0060]
As shown in FIGS. 2 and 4, delay circuits are used in the timing control circuits 19 and 19A. These delay circuits can be configured by connecting several inverters, a Schmitt circuit, or the like. In this configuration, it may be designed to give different delays to the rising edge and falling edge of the input signal. For example, by appropriately adjusting the gate widths of the PMOS and NMOS transistors of the inverter constituting the delay circuit, or by appropriately adjusting the gate lengths of the PMOS and NMOS transistors, Different delays.
[0061]
The semiconductor memory device is not only provided as a single memory chip, but may be provided as a single package in combination with a chip of a control circuit such as a CPU. In such a configuration, it is often impossible to directly access the terminals of the semiconductor memory device from the outside of the package. In such a case, the semiconductor memory device can be controlled only from a control circuit such as a CPU. Therefore, it is preferable not to provide a terminal for supplying the switch signal SW, but to provide a test circuit inside the semiconductor memory device and control the operation of the test circuit from a control device such as a CPU.
[0062]
FIG. 6 is a diagram showing an FRAM according to the present invention connected to a control circuit such as a CPU. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are referred to by the same numerals, and a description thereof will be omitted.
[0063]
The FRAM 10A in FIG. 6 includes a test circuit 150 in addition to the configuration in FIG. The timing control circuit 19 does not have a terminal for receiving a signal from the outside of the FRAM 10 </ b> A, and the switch signal SW is supplied from the test circuit 150.
[0064]
The test circuit 150 controls the test operation of the FRAM 10A in response to a command from the CPU 151 connected to the FRAM 10A. The test circuit itself is also provided in a conventional DRAM or the like, and is not unique to the present invention. However, in the present invention, the test circuit 151 is configured to output the switch signal SW in response to a command from the CPU 151. Here, the switch signal SW is a signal that only takes a HIGH or LOW value as described above, and only a technique for decoding the signal from the CPU 151 is required for its generation. Therefore, the description of the configuration for generating the switch signal SW in the test circuit 150 is omitted here.
[0065]
In the FRAM 10A of FIG. 6, the circuit configuration shown in FIG. 2 or 4 may be used as the configuration for controlling the deactivation timing of the word line or the start timing of the precharge signal in accordance with the test signal.
[0066]
In the above description, either the precharge operation timing is fixed and the word line deactivation timing is adjusted, or the word line deactivation timing is fixed and the precharge operation timing is adjusted. It was. However, in the device test, for example, when it is desired to execute the test under the same condition as the normal write operation, or the precharge operation timing is the same as the normal write operation. There are times when you want to execute.
[0067]
Therefore, during the test operation, the precharge operation timing is fixed and the deactivation timing of the word line is adjusted as necessary, or the deactivation timing of the word line is fixed and the precharge operation timing is adjusted. It is necessary to adjust or to be able to select the write operation mode during the test operation.
[0068]
FIG. 7 is a diagram showing an FRAM according to the present invention connected to a control circuit such as a CPU. In FIG. 7, the same components as those of FIG. 6 are referred to by the same numerals, and a description thereof will be omitted.
[0069]
In the FRAM 10B of FIG. 7, the timing control circuit 19B and the test circuit 150B are provided by replacing corresponding circuits with respect to the configuration of FIG. 6, and a programmable memory 152 is newly provided. The programmable memory 152 is programmed according to a command from the CPU 151. In the configuration of FIG. 7, it is selected whether the precharge operation timing is fixed and the word line deactivation timing is adjusted, or the word line deactivation timing is fixed and the precharge operation timing is adjusted. Therefore, in practice, it is sufficient to store 1-bit information indicating which operation mode is selected in accordance with an instruction from the CPU 151, and it is possible to configure a simple register. .
[0070]
The programmable memory 152 supplies a signal indicating which operation mode to select to the test circuit 150B. The test circuit 150B supplies the switch signal SW and the switching signal MC indicating the selected operation mode to the timing control circuit 19B. The switching signal MC may be directly supplied from the programmable memory 152 to the timing control circuit 19B.
[0071]
FIG. 8 is a circuit diagram of a timing control circuit that switches between adjusting the activation timing of the word line or adjusting the timing of the precharge operation in accordance with the switching signal.
[0072]
The timing control circuit 19B in FIG. 8 corresponds to the PMOS transistors 21 to 23, the NMOS transistors 24 to 26, the inverter 27, the delay circuits 28 and 29, and the timing control circuit 19A in FIG. 4 corresponding to the timing control circuit 19 in FIG. It includes PMOS transistors 21 to 23, NMOS transistors 24 to 26, an inverter 27, delay circuits 28 and 29, an inverter 201, PMOS transistors 202 to 205, NMOS transistors 206 to 209, and an inverter 210.
[0073]
When the switching signal CM is LOW, the transfer gate composed of the PMOS transistor 203 and the NMOS transistor 207 is opened, and a signal from the circuit portion corresponding to the timing control circuit 19 is supplied to the word decoder 14 shown in FIG. . Further, the transfer gate composed of the PMOS transistor 204 and the NMOS transistor 208 is opened, and the precharge signal PR from the circuit portion corresponding to the timing control circuit 19 is supplied to the sense amplifier unit 18.
[0074]
Therefore, when the switching signal CM is LOW, the precharge operation timing is fixed, and the timing for deactivating the word line is controlled according to the switch signal SW.
[0075]
When the switching signal CM is HIGH, the transfer gate composed of the PMOS transistor 202 and the NMOS transistor 206 is opened, and a signal that is always LOW is supplied to the word decoder 14 shown in FIG. Further, the transfer gate composed of the PMOS transistor 205 and the NMOS transistor 209 is opened, and the precharge signal PR from the circuit portion corresponding to the timing control circuit 19B is supplied to the sense amplifier unit 18.
[0076]
Therefore, when the switching signal CM is HIGH, the operation timing of the word line is fixed, and the timing of the precharge operation is controlled according to the switch signal SW.
[0077]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible within the range as described in a claim.
[0078]
【The invention's effect】
In the present invention, the word line driving circuit and the precharge circuit are controlled so that the word line is deactivated after the precharge operation is started in the test operation. Therefore, when the cell transistor is closed, the data voltage is supplied from the bit line. Since the data is erased, no data charge is stored in the parasitic capacitance of the memory cell. Therefore, it is possible to test only the data holding capability of the memory cell by the data read operation that immediately follows. In this case, unlike the conventional test operation, it is not necessary to provide a waiting time after the data write operation and before the data read operation, and the memory cell can be tested in a short time.
[0079]
In addition, by supplying a switch signal from the outside to the terminal of the semiconductor memory device and changing the signal level of the switch signal between the normal operation and the test operation, the word line is deactivated before the precharge operation starts. It is possible to switch between the operation and the operation of deactivating the word line after the precharge operation is started.
[0080]
The semiconductor memory device is provided as a single package in combination with a chip of a control circuit such as a CPU. Even when the semiconductor memory device cannot be directly accessed from the outside of the package, the semiconductor memory device is provided inside the semiconductor memory device. An operation for controlling the operation of the test circuit from a control device such as a CPU and inactivating the word line before the precharge operation is started. It is possible to switch the operation of deactivating the word line after the precharge operation is started.
[0081]
Further, it is possible to test the memory cell under the condition that the timing of the precharge operation is the same as that in the normal operation. Alternatively, it is possible to test the memory cell under the condition that the operation timing of the word line activation / deactivation is the same as that in the normal operation.
[0082]
Also, if you want to run the test with the same timing as the normal write operation, and if you want to run the test with the same precharge timing as the normal write operation, In any case, it is possible to cope with it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a ferroelectric semiconductor memory device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration for controlling word line activation timing and bit line precharge timing;
FIG. 3 is a timing chart illustrating an operation for controlling a word line activation timing and a bit line precharge timing.
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment in which the timing of the precharge signal is changed while the timing of deactivating the word line is constant.
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of controlling the bit line precharge timing with the word line activation timing fixed.
FIG. 6 is a diagram showing an FRAM according to the present invention connected to a control circuit such as a CPU.
FIG. 7 shows an FRAM according to the present invention connected to a control circuit such as a CPU.
FIG. 8 is a circuit diagram of a timing control circuit that switches between adjusting the activation timing of a word line or adjusting the timing of a precharge operation in accordance with a switching signal.
[Explanation of symbols]
10 FRAM
11 Address processing unit
12 Data input / output unit
13 Control unit
14 word decoder
15 Plate decoder
16 column decoder
17 Cell circuit
18 sense amplifier unit
19 Timing control circuit

Claims (7)

強誘電体よりなるメモリセルと、
該メモリセルに読み書きするデータを伝送するビット線と、
該メモリセルと該ビット線との間に接続されるセルトランジスタと、
該セルトランジスタのオン・オフを制御するワード線と、
該ワード線を駆動するワード線駆動回路と、
該ビット線をプリチャージするプリチャージ回路と、
第1の状態ではプリチャージ動作が開始する前にワード線を非活性化し、第2の状態ではプリチャージ動作が開始した後にワード線を非活性化するように該ワード線駆動回路と該プリチャージ回路とを制御するタイミング制御回路
を含み、前記第1の状態は通常動作状態であり、前記第2の状態はテスト動作状態であることを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell made of a ferroelectric material;
A bit line for transmitting data to be read and written to the memory cell;
A cell transistor connected between the memory cell and the bit line;
A word line for controlling on / off of the cell transistor;
A word line driving circuit for driving the word line;
A precharge circuit for precharging the bit line;
In the first state, the word line driving circuit and the precharge are deactivated before the precharge operation starts, and in the second state, the word line is deactivated after the precharge operation starts. look including a timing control circuit for controlling the circuit, said first state is a normal operation state, the semiconductor memory device, wherein the second state is a test operation state.
前記通常動作状態或いは前記テスト動作状態を示すスイッチ信号を、装置外部から受け取ることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a switch signal indicating the normal operation state or the test operation state is received from outside the device. テスト動作を制御するテスト回路を更に含み、該テスト回路が前記通常動作状態或いは前記テスト動作状態を示すスイッチ信号を、前記タイミング制御回路に供給することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。2. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a test circuit for controlling a test operation, wherein the test circuit supplies a switch signal indicating the normal operation state or the test operation state to the timing control circuit. . 前記タイミング制御回路は、プリチャージ動作の開始タイミングを固定にして、ワード線を非活性化するタイミングを前記第The timing control circuit fixes a start timing of a precharge operation and sets a timing for deactivating a word line. 11 の状態と前記第State and the above 22 の状態との間で変化させることを特徴とする請求項And changing the state between 11 記載の半導体記憶装置。The semiconductor memory device described. 前記タイミング制御回路は、ワード線を非活性化するタイミングを固定にして、プリチャージ動作の開始タイミングを前記第The timing control circuit fixes a timing for deactivating a word line and sets a start timing of a precharge operation to the first timing. 11 の状態と前記第State and the above 22 の状態との間で変化させることを特徴とする請求項And changing between the states of 11 記載の半導体記憶装置。The semiconductor memory device described. 前記タイミング制御回路は、プリチャージ動作の開始タイミングを固定にしてワード線を非活性化するタイミングを前記第The timing control circuit fixes the start timing of the precharge operation and inactivates the word line at the timing for inactivating the word line. 11 の状態と前記第State and the above 22 の状態との間で変化させる第To change between the state of 11 の動作モードと、ワード線を非活性化するタイミングを固定にしてプリチャージ動作の開始タイミングを前記第The start timing of the precharge operation is fixed with the operation mode and the timing for deactivating the word line fixed. 11 の状態と前記第State and the above 22 の状態との間で変化させる第To change between the state of the 22 の動作モードと、何れか一方の選択された動作モードで動作可能であることを特徴とする請求項And an operation mode selected from any one of the operation modes. 11 記載の半導体記憶装置。The semiconductor memory device described. 前記第Said 11 の動作モードと前記第Operating mode and the first 22 の動作モードとの何れを選択するかを決定する情報をプログラマブルに設定可能なユニットを更に含むことを特徴とする請求項The information processing apparatus further includes a unit capable of programmably setting information for determining which operation mode to select. 66 記載の半導体記憶装置。The semiconductor memory device described.
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