JP5623688B2 - 半導体記憶装置、および欠陥セルテスト方法 - Google Patents

半導体記憶装置、および欠陥セルテスト方法 Download PDF

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Description

本発明は、DRAM等の半導体記憶装置に関し、特に、セルの不良検出試験を精度よく行うことができる、半導体記憶装置、および欠陥セルテスト方法に関する。
DRAMでは、そのメモリセル数が膨大なために、全てのメモリセルが完全な状態で製造できずに、製造時の問題により記憶容量が小さいメモリセルが少数発生する場合がある。このような欠陥を持った少数セルについては、テスト工程においてきちんと検出することが重要になる。検出できれば良好セルに置換することで良品化可能であり、仮に置換する工程を過ぎた後のテストであっても、検出できれば不良品の流出は防ぐことが出来る。
ところで、このような記憶容量の小さいセルについて、実際にワード線を活性化してセンスアンプへデータを出力するときの動作を考えてみる。メモリセル部に初期電位0v(ゼロ・ボルト)が与えられている場合の動作波形を図12に示す。
図12において、ワード線が0v(GNDレベル)からワード電位VPPに活性化されると、メモリセルデータはビット線へと流出する。このとき欠陥セルはほとんどセル容量を持たないために、電荷量が小さくビット線はわずかしか下がらない。
一方、通常セルであればメモリセルの容量は十分大きく保持している電荷量も大きいため、ビット線は欠陥セルの場合に比べて大きく下がる。結果として、ビット線のリファレンスレベルVBLR(Voltage of Bit Line Reference)との差電位が、欠陥セルの場合は非常に小さく、通常セルの場合は十分に大きい。
以上より通常セルと欠陥セルではビット線差電位に違いが出てくることが分かった。この差電位が大きいとセンスアンプ動作の安定性につながる。小さいと逆に不安定な動作になり、場合によりセンスアンプ動作が失敗して所望とは逆のデータを読み出すことになる。
ただし、図12の波形からも分かるように欠陥セルのビット線電位は一応VBLR(ビット線リファレンスレベル)より低い電位になるので、センスアンプが所望の動作をする可能性も十分にある。このことは、実際にテストをするときに欠陥セルを検出できないことを意味する。
欠陥セルは誤動作を引き起こす可能性があるので、テスト時に確実に検出したい。そのため通常は、不良を引き起こしやすい加速状態にした試験が用いられる。DRAM試験時に加速状態を作り出すテストモードは様々あるが、今回のように差電位が少ない時にセンスアンプをより確実に誤動作させる方向へ加速するテストモードとして、VBLRレベルを変更するという手段がある。
VBLRレベルを変更すると、読み出し動作時にセンスアンプが受ける差電位量が変化する。このときの差電位について考える。セルの容量をCs、ビット線の容量をCb、セルが持っている電位をVs、ビット線のスタンバイ時の電位をVBLR、ワード線活性化後のビット線電位をVbとすると、電荷量保存の法則から数式(1)が成り立つ。
よって差電位ΔVは、
Cs x Vs + Cb x VBLR = (Cs + Cb) x Vb ・・・数式(1)
ΔV = |VBLR − Vb| =|VBLR− (Cs x Vs + Cb x VBLR)/(Cs + Cb)| ・・・数式(2)
Lデータ読み出しの場合を考えると、セルが持っている電位Vsは0vと出来るので、
ΔVL = VBLR x Cs/(Cs + Cb) ・・・数式(3)
Hデータ読み出しの場合を考えると、セルが持っている電位VsはVaとして、
ΔVH = ( Va −VBLR ) x Cs/(Cs + Cb) ・・・数式(4)
数式(3)よりLデータ読み出しの場合、VBLRを低く設定することで差電位が小さくなり加速条件作り出すことが出来る。逆にHデータ読み出しの場合、数式(4)よりVBLRを高くすることで差電位を小さくなり加速条件を作り出すことが出来る。
なお、従来技術の半導体記憶装置としては、特許文献1、2、3のような技術がある。特許文献1は複数のセルでビット線を共有し同時読み出しを可能としたものであり、特許文献2はリファレンス電圧の生成回路を開示するものであり、特許文献3は複数のワード線を同時に活性化する技術を開示するものである。しかしながら、これらの従来技術は、本願で扱う欠陥セルテスト方法を使用した半導体記憶装置を開示するものではない。
特許第2732762号明細書 特開2005−339590号公報 特開2006−260735号公報
従来の半導体記憶装置の不良検出試験において、セル読み出しの加速を行う場合に、VBLRを変更することでセンスアンプ動作時の差電位が通常より少ない加速状態を作り出しテストする方法について説明した。
しかしながら、このように加速したとしても、差電位は少なくなるもののリファレンスの電位に対して逆転する(L読み出しの場合にビット線電位がリファレンス電位よりも高い電位になる、あるいはH読み出しの場合にリファレンス電位よりも低くなる)という現象にはならない。従ってセンスアンプが誤動作せず不良を検出できない可能性は残る。特に欠陥セルの場合はCsが小さいので、このような場合は数式(3)(4)より、VBLR変動による差電位加速の効果は小さいことがわかる。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、欠陥セルをテストで確実に検出できる、半導体記憶装置、および欠陥セルテスト方法を提供することにある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の半導体記憶装置は、ワード線とビット線を選択することによりメモリセルアレイ中のセルを指定してデータを読み書きすると共に、データの読み出し時に前記ビット線に読み出されたセルデータのレベルと所定のビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅してデータを出力するセンスアンプ回路を備える半導体記憶装置であって、前記ビット線リファレンスレベルを変更する回路と、前記変更されたビット線リファレンスレベルをメモリセルに書き込む回路と、共通のビット線に接続される複数メモリセルのワード線を同時に活性化する回路と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の半導体記憶装置では、ビット線をプリチャージするビット線リファレンスレベルを変更できるようにする。また、共通ビット線に接続される複数のメモリセル、例えば、テスト対象セルと相手セルとを同時に選択できるようにする。そして、テスト対象セルに所望のレベル(例えば、最小電位の0v)を書き込んでおき、相手セルに変更されたビット線リファレンスレベルを書き込んでおく。その後に、テスト対象セルのワード線と、相手セルのワード線とを同時に活性化することで、テスト対象セルのデータと相手セルのデータとを共通ビット線で同時に読み出し、この共通ビット線の電位のレベルを基に、テスト対象セルの良否を判定する。
これにより、半導体記憶装置内に存在する欠陥セルをテストで確実に検出できるようになる。
また、本発明の半導体記憶装置は、テスト対象となるセルであるテスト対象セルを選択する第1のワード線と、前記テスト対象セルと共通のビット線に接続されるテスト用の相手セルを選択する第2のワード線とを、両方同時に活性化するワード線駆動回路と、前記ビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを生成するリファレンスレベル生成回路と、前記テスト用リファレンスレベルを前記相手セルに書き込むテスト用リファレンスレベル書込回路と、を備え、前記テスト対象セルのテストを行う場合に、前記相手セルに前記テスト用リファレンスレベルを書き込むと共に、前記テスト対象セルに最小電位のレベルを書き込んだ後に、前記第1のワード線と第2のワード線とを同時に活性化し、前記共通ビット線に同時に読み出されたセルデータのレベルと、前記ビット線リファレンスレベルとを基に、前記テスト対象セルの良否判定を行なうように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の半導体記憶装置では、テスト対象セルを選択する第1のワード線と、テスト対象セルと共通のビット線に接続される相手セルを選択する第2のワード線とを、両方同時に活性化できるようにする。そして、通常のビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを相手セルに書き込み、テスト対象セルに最小電位のレベル(例えば、0v)を書き込む。その後に、第1のワード線と第2のワード線とを同時に活性化し、共通ビット線に同時に読み出されたセルデータのレベルと、ビット線リファレンスレベルとを基に、テスト対象セルの良否判定を行なう。
これにより、半導体記憶装置内に存在する欠陥セルをテストで確実に検出できるようになる。
また、本発明の半導体記憶装置は、前記テスト対象セルに対し0vレベルを書き込む回路と、前記相手セルに対し、書込み可能な最高の電位レベルVARRAYの1/2のレベル(VARRAY/2)よりも所定の電位α(0<α<VARRAY/2)だけ高いレベルを書き込む回路と、前記ビット線リファレンスレベルを前記電位レベルVARRAYの1/2のレベル(VARRAY/2)に設定する回路と、を備えることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の半導体記憶装置では、相手セルに対しVARRAY/2よりも所定の電位αだけ高いレベルを書き込み、また、テスト対象セルに0vを書き込む。また、ビット線リファレンスレベルをVARRAY/2に設定する。そして、テスト対象セルのワード線と相手セルのワード線とを同時に活性化してテストを行う。このテストにおいて、テスト対象セルが欠陥セル(容量が小さいセル)である場合は、ビット線リファレンスレベルよりもセルにつながるビット線レベルの方が大きいというビット線間差電位の逆転現象が生じる。
これにより、半導体記憶装置内に存在する欠陥セルをテストで確実に検出できるようになる。
また、本発明の半導体記憶装置は、前記センスアンプ回路は、前記共通ビット線を前記テスト用リファレンスレベルにプリチャージするためのイコライズ部と、セルデータの読み出し時に、前記共通ビット線のレベルと前記ビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅するセンスアンプ部と、前記イコライズ部と前記センスアンプ部とを接続または切り離すためのスイッチとなるシェアード部と、を備え、前記シェアード部により、前記イコライズ部とセンスアンプ部を切り離した状態において、前記イコライズ部により、前記相手セルに前記テスト用リファレンスレベルを書き込み、前記シェアード部により前記イコライズ部と前記センスアンプ部とを接続した状態において、前記テスト対象セルのワード線と前記相手セルのワード線とを同時に活性化し、前記センスアンプ部により、前記共通のビット線に同時に読み出されたセルデータのレベルと、前記ビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅するように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の半導体記憶装置では、センスアンプ回路のイコライズ部を使用して、相手セルにビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを書き込むようにする。
これにより、相手セルに対し、ビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを容易に書き込むことができる。
また、本発明の半導体記憶装置は、前記メモリセルアレイはクォーターピッチのセル配置であり、メモリセルの配置がワード線の4本単位でくり返されるように構成され、前記第1のワード線と前記第2のワード線とは4つのアドレス違いで選択されるように構成されたこと、を特徴とする。
上記構成からなる本発明の半導体記憶装置では、メモリセルアレイの配置がワード線の4本単位でくり返されるように構成されるクォーターピッチのセル配置の半導体記憶装置において、テスト対象セルのワード線と相手セルのワード線とを4つのアドレス違いで選択するようにする。
これにより、共通ビット線に接続されるテスト対象セルと相手セルとを、容易に選択できるようになる。
また、本発明の欠陥セルテスト方法は、ワード線とビット線を選択することによりメモリセルアレイ中のセルを指定してデータを読み書きすると共に、データの読み出し時に前記ビット線に読み出されたセルデータのレベルと所定のビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅してデータを出力するセンスアンプ回路を備える半導体記憶装置における欠陥セルテスト方法であって、前記ビット線リファレンスレベルを変更する手順と、前記変更されたビット線リファレンスレベルをメモリセルに書き込む手順と、共通のビット線に接続される複数メモリセルのワード線を同時に活性化する手順と、を含むことを特徴とする。
上記手順を含む本発明の欠陥セルテスト方法では、ビット線をプリチャージするビット線リファレンスレベルを変更できるようにする。また、共通ビット線に接続される複数のメモリセル、例えば、テスト対象セルと相手セルとを同時に選択できるようにする。そして、テスト対象セルに所望のレベル(例えば、最小電位の0v)を書き込んでおき、相手セルに変更されたビット線リファレンスレベルを書き込んでおく。その後に、テスト対象セルのワード線と、相手セルのワード線とを同時に活性化することで、テスト対象セルのデータと相手セルのデータとを共通ビット線で同時に読み出し、この共通ビット線の電位のレベルを基に、テスト対象セルの良否を判定する。
これにより、半導体記憶装置内に存在する欠陥セルをテストで確実に検出できるようになる。
本発明の半導体記憶装置においては、ビット線リファレンスレベルを任意に変更でき、そのビット線レベルを相手セルにあらかじめ書き込むことができ、また、テスト対象セルのワード線と相手セルのワード線とを同時に2本活性化が可能な構成としたので、これにより、欠陥セルの読み出を行った場合、確実に不良として検出できる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
[本発明の半導体記憶装置の構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態に係わる半導体記憶装置の構成を示す図であり、半導体記憶装置のテストを行うために必要な回路について、その全体構成を示すブロック図である。
図1に示す半導体記憶装置においては、中央にメモリセル部(メモリセルアレイ)11、そのメモリセル部11の上下にサブワード線駆動回路12A、12B、左右にセンスアンプ列13A、13Bが配置される。また、サブワード線駆動回路12Aの下にメインワード線駆動回路兼Xアドレスデコーダ14が配置される。なお、「メインワード線駆動回路兼Xアドレスデコーダ」を、単に「メインワード線駆動回路」ともいう。
メモリセル部11とセンスアンプ列13A、13Bはビット線BLを介してデータのやり取りが行われる。サブワード線駆動回路12A、12Bからはサブワード線SWLがメモリセル部11へ出力される。サブワード線駆動回路12A、12Bにはメインワード線駆動回路14から出力されるメインワード信号とXD信号生成回路15から出力されるXD信号が入力される。
センスアンプ列13A、13BにはセンスアンプON/OFF制御回路(SA ON/OFF制御回路)16から出力されるセンスアンプ制御信号が入力される。また、ビット線リファレンスレベル生成回路17より出力されるVBLR(ビット線リファレンスレベル)が入力される。
図2は、メモリセル部(メモリセルアレイ)の構成を示す図である。以下、図2を用いて、メモリセル部11の詳細について説明する。ここでは近年主流となっているクォーターピッチのメモリセル配置による構成としている。図2に示すように、メモリセル部11は、サブワード線とビット線の交点部分に、選択トランジスタQs(Nchトランジスタ)と、Qsのソースに接続されたセルCs(容量素子)とが配列されてメモリセルアレイが構成される。
サブワード線0,2,4,6,・・・はメモリセル部11の下側のサブワード線駆動回路12Aより入力され、サブワード線1,3,5,7,・・・はメモリセル部11の上側のサブワード線駆動回路12Bより入力される。
ビット線T0、N0、T2、N2、・・・(T0、N0のみ図示)はメモリセル部11の右側のセンスアンプ列13Aに接続される。ビット線T1、N1、T3、N3、・・・(T1、N1のみ図示)はメモリセル部11の左側のセンスアンプ列13Bに接続される。
ビット線T0につながるサブワード線は0,1,4,5,・・・、ビット線N0につながるサブワード線は2,3,6,7,・・・、となる。また、ビット線T1につながるサブワード線は1,2,5,6,・・・、ビット線N1につながるサブワード線は0,3,4,7,・・・、となる。
本発明では同じビット線につながる2つのサブワード線を同時に活性化する必要がある。この場合に、どのワード線を同時に活性化すればよいかについて図2を見ながら考える。例えば、サブワード0を活性化するとそれにつながるセル00、セル01は、それぞれビット線T0及びN1へとセルデータを掃き出す。このビット線T0及びN1につながるセルを持つサブワード線はサブワード4が該当する。これはメモリセルアレイの構成がワード線4本単位で繰り返されているためである。
図3は、サブワード線駆動回路の構成例を示す図である。以下、図3を用いて、サブワード線駆動回路の構成について説明する。なお、図3に示すサブワード線駆動回路は、図2において、メインワード線駆動回路14の下側に位置するサブワード線駆動回路12Aの構成例である。また、サブワード線駆動回路12Bについても同様な構成である。
ここでは4対のXD信号が入力される場合について説明する。メインワード1本が4つのNOR素子21に入力され、その4つのNOR素子は4対のXD信号が1本ずつ入力される構成としている。
メインワード0とXD信号0が入力されたNOR素子からはサブワード0が出力、メインワード0とXD信号2が入力されたNOR素子からはサブワード2が出力される。また、メインワード1とXD信号0が入力されたNOR素子からはサブワード8が出力される、という構成になっている。
前述した図2の説明において、サブワード0,4を同時に活性化できるような、あるいはサブワード1,5を同時に活性化できるような仕組みが必要であることを述べた。そのためには、サブワード線駆動回路においてメインワードは通常どおり1本選択でよいが、XD信号はマルチに選択するような(例えばXD信号0、4を同時に選択するような)仕組みが必要とされる。
図4は、XD信号生成回路の構成例を示す図である。以下、図4を用いて、XD信号生成回路15の詳細について説明する。
ここでは、XD信号生成回路15は、Xアドレス0,1,2の3本についてデコードする役目を持っている。すなわち、「X0=L、X1=L、X2=L」から「X0=H、X1=H、X2=H」まで計8種類の信号へ変換する。
Xアドレス0、1のTRUE信号であるX0T,X1TがNOT素子31、32に入力され、Xアドレス0、1のBAR信号(反転論理信号)であるX0B、X1Bが生成される。また、Xアドレス2のTRUE信号であるX2TがNAND素子33に入力され、Xアドレス2のBAR信号(反転論理信号)であるX2Bが生成される。
そして、Xアドレス0,1,2のTRUE/BAR信号がNAND素子34へ入力される。また、NAND素子34へはXD信号を起動するためのXD活性化信号が入力される。
先に説明したように、本発明のテストを使用する際にはサブワード線を4違いで(例えば、サブワード0とサブワード4)、同時に活性化する必要がある。このため、テスト信号であるXDマルチ選択信号をNAND素子33に入力しそのNAND素子33のもう一つの入力をX2Tアドレスとし、X2Bを出力する構成としている。
図5は、センスアンプの回路の構成例を示す図であり、一般的なセンスアンプの回路例である。なお、図5に示すセンスアンプ回路は、図2において、メモリセル部11の右側のセンスアンプ列13Aの回路構成を示しており、メモリセル部11の左側のセンスアンプ列13Bについても同様な回路構成である。
図5において、ビット線T0,N0は1対のペアビット線であり、ビット線T2,N2が1対のペアビット線である。ビット線T0,N0はイコライズ部(ビット線のプリチャージ回路部)41に接続されている。イコライズ部41では、ペアビット線ごとに、ビット線イコライズ信号線にゲートが接続される3つのNchトランジスタQ1,Q2,Q3を備えている。トランジスタQ1は、ペアビット線間にソースとドレインが接続されている。トランジスタQ2、Q3のそれぞれのドレインはVBLRの信号線に接続されており、トランジスタQ2、Q3のソースはそれぞれペアビット線に接続されている。
イコライズ部41を制御するのはビット線イコライズ信号であり、またイコライズ時のレベルはVBLR(ビット線リファレンスレベル)が入力される構成となっている。
ビット線はシェアード部42のNchトランジスタQ4によりセンスアンプ部43と接続されている。シェアード部42トランジスタQ4のゲート入力はシェアード信号になる。センスアンプ部43はNchトランジスタQ5,Q6、PchトランジスタQ7、Q8の両方使用する構成をとっている。NchトランジスタQ5,Q6のソースはSNS信号、PchトランジスタQ7、Q8のソースはSPS信号となる。
図6は、センスアンプON/OFF制御回路(SA ON/OFF 制御回路)の構成例を示す図である。以下、図6を用いてセンスアンプON/OFF制御回路16の詳細について説明する。
センスアンプON/OFF制御回路16には、センスアンプ回路内のシェアード部42をOFFするためのシェアード線OFF信号が入力される。また、ビット線イコライズを中止するためのビット線イコライズOFF信号、センスアンプを活性化するためのセンスアンプ活性信号0が入力される。また、本発明でのテストを行う際に使用するTSASTOP信号が入力される。
TSASTOP信号=Lのときは、NOT素子51の出力がHになり、NAND素子53により、シェアードOFF信号の逆相になるシェアード信号が出力される。同様に、NOT素子51およびNAND素子54により、ビット線イコライズOFF信号の逆相になるビット線イコライズ信号が出力される。また、NOT素子52とNOR素子55により、センスアンプ活性信号0と同相のセンスアンプ活性化信号が出力される。
TSASTOP信号=Hの場合は、NOT素子51の出力がLとなり、NOT素子53、54により、シェアード信号とビット線イコライズ信号は常にH、センスアンプ活性化信号はNOR素子55により常にLとなるような論理構成とする。なお、センスアンプ活性化信号はセンスアンプ部43への信号線SNS,SPS(図5を参照)をそれぞれ、ビット線リファレンスレベルからGND、あるいはVARRAYレベルへと引き上げる役割を持つ。なお、信号線SNS,SPSに関連する部分の構成は本発明とは特に関係しないので、その説明は省略する。なお、VARRAYは、図5に示すセンスアンプ回路における最高位の電圧(回路電源電圧等)である。
図7は、ビット線リファレンスレベル生成回路の構成例を示す図である。以下、図7を用いて、本発明に用いるビット線リファレンスレベル生成回路17について説明する。
VBLR(ビット線リファレンスレベル)は、リファレンスレベル選択回路61から出力される信号VR1をリファレンスとして外部電源VDDをソースとする電源ジェネレータ回路71より発生する。リファレンス信号VR1はリファレンスレベル選択回路61によって、信号VR0もしくは信号VRTに切り替え可能なものとする。信号VR0は通常動作時に使用するもので、その信号レベルはVARRAY/2に設定されている。
一方、信号VRTは本発明によるテスト時に使用するもので、外部ピン入力から直接引き込むようにして、任意のレベルを与えることが可能なものとする。なお、この信号VRTにより生成される変更されたビット線リファレンスレベルが、前述のテスト用リファレンスレベルとなる。
通常動作時はTEST信号=Lであり、この場合は、NOT素子62の出力がHとなり、PchトランジスタQ11およびNchトランジスタQ12がオンし、VR0=VR1となる。
TEST信号=Hとすると、NOT素子62の出力がLとなり、PchトランジスタQ13およびNchトランジスタQ14がオンし、VRT=VR1となる。
[本発明の半導体記憶装置の動作説明]
次に、図8のテストフローチャート及び図9、10、11に示す動作波形図を参照して、本発明の半導体記憶装置の回路動作について説明する。
図8は、本発明によるセルのテスト手順を示すフローチャートである。前述の半導体記憶装置の構成例で説明したとおり、本発明によるセルのテストにおいては、注目セルに対して、相手セルはワード線のアドレスが4つ違いのものを選ぶ。例えば、サブワード線0に対して、サブワード線4を選ぶ。
このことから最初のステップS1では、全メモリセルの半分にあたるX2=0ワード、すなわちX=0,1,2,3,8,9,A,B・・・のワードにつながるセルに対してバックグラウンドとしてのデータを書き込む。この動作は通常時のデータ書込みと全く同じ動作でよい。
次に図8のステップS2〜ステップS8のステップにより相手セルへデータを書き込む。ステップS2のVBLRアップ(UP)では、VBLRを任意のレベルに変更できるテストモードへとエントリーする。具体的には図7に示すビット線リファレンスレベル生成回路17においてTEST信号をHにすることで、VBLRをVRTレベルへと変化させる。これにより図9に示すタイミング(VBLR UPのタイミング)から、VBLRレベルは通常時のレベル(VARRAY/2)からより高いレベル(テスト用リファレンスレベル)へと推移する。
続いて、ステップS3において、VBLRの変化を待った後、ステップS4により、センスアンプストップのモードにエントリーする(図9に示すタイミング(SA STOP ENTRY)を参照)。これは回路的には図6に示すセンスアンプON/OFF制御回路16において、TSASTOP信号をL→Hに変化させることを意味する。これにより、センスアンプ活性化信号はL固定になり、シェアード信号、ビット線イコライズ信号はH固定となる。
続いて、ステップS5において、相手セルに相当するX2=1ワード、すなわちX=4,5,6,7,C,D,E,F,・・・のワードについてROR動作、つまりワード線ACT〜ワード線PREの動作を行う。図9に示すように、ACTコマンドによりワード線はVPPレベルへと遷移する。このときワード線につながるセル(相手セル)の電位は図9のようにVBLRレベルへと向かって遷移する。
通常動作のACTであれば図5に示すイコライズ部41がOFFしているが、ここでは事前にSASTOPモードにエントリーしているためにイコライズ部41がONしており、ビット線にVBLRレベルをドライブしている。そのためワード線につながるセル(相手セル)はVBLRレベルへと変化する。
また、通常動作であればワード線立ち上がり後一定時間を置いてセンスアンプが動き出すが、これもSASTOPにエントリーしているためにセンスアンプ活性化が行われない。すなわち、図5における信号SNS,SPSは動作しない。十分相手セルにVBLRレベルを書き込んだ後PREコマンドを入れると、ワード線が立ち下がり相手セルへのVBLRレベル書き込みが終了する。
その後、ステップS6において、コマンドSASTOP EXITによりセンスアンプストップの状態を解除する。続いて、ステップS7において、コマンドVBLR DEFにより図7に示すテスト信号TESTをLに戻してVBLRレベルをVR0、すなわち通常時のVBLRレベル(VARRAY/2)へと戻す。ステップS8で、VBLRの遷移が終わるのを待つ。
ステップS9では、注目セル(X2=0ワード)に対して、ステップS1で書いたデータと逆のデータを最小スペックのタイミングで書き込む。これにより注目セルデータの電荷量が通常動作において最小になる状況を作り出す。
次にステップS10〜ステップS12により、本発明の最も重要なポイントであるマルチワード動作による読み出しを行う。
ステップS10における、X2マルチエントリーでは、X2違い(サブワードで4違い)のワードを同時に活性化するためのテストモードにエントリーする。具体的には図4において、XDマルチ選択信号を通常時H→Lへと変化させX2BをHに保つ。また、X2アドレス入力をHにすることで、X2TをHに保つ。これにより、XD信号0と4、1と5、2と6、3と7はそれぞれ同時に活性化される。
本発明のテスト方法による動作波形を図10、11に示す。図10は、注目セルのセル容量がほとんどゼロである欠陥セルである場合の波形を示している。読み出し前は注目セルの電位は0v、相手セルの電位はVBLR+αが蓄えられている。ACTコマンドを入力すると、図4に示すXD信号生成回路15の構成により、注目セル(テスト対象セル)のサブワード線と、4アドレス違いの相手セルのサブワード線とが同時に立ち上がる。
サブワード線が立ち上がるとセルデータビット線電位が変化するが、欠陥セルはセル容量がほとんどゼロである。このため、このセルから得られるデータ量が非常に少ないため、相手セルからのデータが支配的になり、ビット線電位がビット線リファレンスレベルよりも高くなる。すなわち、注目セルのLデータを読み出したいのに、ビット線リファレンスレベルVBLRよりもセルにつながっているビット線レベルの方が大きいという、ビット線間差電位の逆転現象が起こる。これにより、センスアンプ誤動作を引き起こす。このことで欠陥セルの検出が可能になる。
例えば、VPPレベルを2.7V、VARRAYレベルを1.0v、VBLRレベルを0.5V、注目セルの容量を0fF、相手セルの容量を25fF、相手セルはあらかじめ書き込んでおく電位を0.6Vとしたシミュレーション条件では、差電位61mvの逆転現象がおきている。このような差電位逆転があると、センスアンプは確実にH読み出しの動作となり、不良を検出できる。
図11は、注目セルが通常の場合の読み出し動作波形を示している。注目セルが正常であれば、保持していたデータ量(電荷量)は十分大きい。このため、セルにつながるビット線レベルはリファレンスレベルVBLRよりも低い値に遷移し、センスアンプが正しくL読み出し動作できるのに十分な差電位が得られる。前述したシミュレーション条件では差電位80mvが得られ、安定したLデータ読み出しが可能といえる。
上記の読み出し動作により不良検出を行った後、ステップS12において、X2マルチのテストモードを抜ける。その後注目のYアドレスを変えてステップS1から行う。YアドレスがYMAXまで達したらX2=1のワードを注目ワードとして、X2=0ワードを相手ワードにして、ステップS1よりテストシーケンスを実行する。以上の手順により本発明による全てのセルのテストを実施することができる。
以上説明したように、本発明の半導体記憶装置においては、ビット線リファレンスレベルを任意に変更でき、そのビット線レベルを相手セルにあらかじめ書き込むことができるように構成されている。また、注目セル(テスト対象セル)のワード線と相手セルのワード線とを同時に2本活性化が可能なように構成されているため、欠陥セルの読み出を行った場合、確実に不良として検出できる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体記憶装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明の実施の形態に係わる半導体記憶装置の構成を示す図である。 メモリセル部の構成を示す図である。 サブワード線駆動回路の構成例を示す図である。 XD信号生成回路の構成例を示す図である。 センスアンプ回路の構成例を示す図である。 センスアンプON/OFF制御回路の構成例を示す図である。 ビット線リファレンスレベル生成回路の構成例を示す図である。 本発明によるセルのテスト手順を示すフローチャートである。 本発明による相手セルへのデータ書き込み時の波形を示す図である。 本発明による欠陥セルの読み出し動作波形を示す図である。 注目セルが通常の場合の読み出し動作波形を示す図である。 従来の半導体記憶装置におけるセルの読み出し動作波形を示す図である。
符号の説明
11・・・メモリセル部、12A、12B・・・サブワード線駆動回路、13A、13B・・・センスアンプ列、14・・・メインワード線駆動回路兼Xアドレスデコーダ、15・・・XD号生成回路、16・・・センスアンプON/OFF制御回路、17・・・ビット線リファレンスレベル生成回路、41・・・イコライズ部、42・・・シェアード部、43・・・センスアンプ部、61・・・リファレンスレベル選択回路、71・・・電源ジェネレータ回路

Claims (6)

  1. ワード線とビット線を選択することによりメモリセルアレイ中のセルを指定してデータを読み書きすると共に、データの読み出し時に前記ビット線に読み出されたセルデータのレベルと所定のビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅してデータを出力する半導体記憶装置であって、
    前記ビット線リファレンスレベルを変更するリファレンスレベル生成回路と、
    前記変更されたビット線リファレンスレベルをメモリセルに書き込む書込回路と、
    共通のビット線に接続される複数メモリセルのワード線を同時に活性化するワード線駆動回路と、
    を備え
    前記リファレンスレベル生成回路は、前記ビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを生成するように構成されることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記ワード駆動回路は、テスト対象となるセルであるテスト対象セルを選択する第1のワード線と、前記テスト対象セルと共通のビット線に接続されるテスト用の相手セルを選択する第2のワード線とを、両方同時に活性化するように構成され
    記書込回路は、前記テスト用リファレンスレベルを前記相手セルに書き込むように構成され、
    前記半導体記憶装置は、前記テスト対象セルのテストを行う場合に、
    前記相手セルに前記テスト用リファレンスレベルを書き込むと共に、前記テスト対象セルに最小電位のレベルを書き込んだ後に、
    前記第1のワード線と第2のワード線とを同時に活性化し、前記共通ビット線に同時に読み出されたセルデータのレベルと、前記ビット線リファレンスレベルとを基に、前記テスト対象セルの良否判定を行なうように構成されたこと、
    を特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記書込回路は、前記テスト対象セルに対し0vレベルを書き込み、
    前記相手セルに対し、書込み可能な最高の電位レベルVARRAYの1/2のレベル(VARRAY/2)よりも所定の電位α(0<α<VARRAY/2)だけ高いレベルを書き込み、
    前記ビット線リファレンスレベルは前記電位レベルVARRAYの1/2のレベル(VARRAY/2)に設定されることを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記書込回路は、
    前記共通ビット線を前記テスト用リファレンスレベルにプリチャージするためのイコライズ部と、
    セルデータの読み出し時に、前記共通ビット線のレベルと前記ビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅するセンスアンプ部と、
    前記イコライズ部と前記センスアンプ部とを接続または切り離すためのスイッチとなるシェアード部と、
    を備え、
    前記シェアード部により、前記イコライズ部とセンスアンプ部を切り離した状態において、前記イコライズ部により、前記相手セルに前記テスト用リファレンスレベルを書き込み、
    前記シェアード部により前記イコライズ部と前記センスアンプ部とを接続した状態において、前記テスト対象セルのワード線と前記相手セルのワード線とを同時に活性化し、前記センスアンプ部により、前記共通のビット線に同時に読み出されたセルデータのレベルと、前記ビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅するように構成されたこと、
    を特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記メモリセルアレイはクォーターピッチのセル配置であり、メモリセルの配置がワード線の4本単位でくり返されるように構成され、
    前記第1のワード線と前記第2のワード線とは4つのアドレス違いで選択されるように構成されたこと、
    を特徴とする請求項2から請求項4のいずれかに記載の半導体記憶装置。
  6. ワード線とビット線を選択することによりメモリセルアレイ中のセルを指定してデータを読み書きすると共に、データの読み出し時に前記ビット線に読み出されたセルデータのレベルと所定のビット線リファレンスレベルとの差電位を増幅してデータを出力するセンスアンプ回路を備える半導体記憶装置における欠陥セルテスト方法であって、
    前記ビット線リファレンスレベルよりも高い電位であるテスト用リファレンスレベルを生成するように構成されるリファレンスレベル生成回路を用いて前記ビット線リファレンスレベルを変更する手順と、
    前記変更されたビット線リファレンスレベルをメモリセルに書き込む手順と、
    共通のビット線に接続される複数メモリセルのワード線を同時に活性化する手順と、
    を含むことを特徴とする欠陥セルテスト方法。
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