KR0131721B1 - 반도체 소자의 컬럼 리던던시 장치 - Google Patents

반도체 소자의 컬럼 리던던시 장치

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Abstract

본 발명은 소자의 리프레쉬 비가 증가함에 따라 컬럼 리페어 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 컬럼 리던던시 장치에 메탈 옵션 또는 본딩 옵션을 사용하여 증가된 리프레쉬 비에 의해 돈-캐어 상태가 되는 로오 어드레스를 선택 기능이 있으며 데이터 입출력에 관여하는 컬럼 어드레스로 대체시키도록 하는 컬럼 리던던시 장치에 관한 기술이다.

Description

반도체 소자의 컬럼 리던던시 장치
제1도는 종래의 컬럼 리던던시 장치를 도시한 회로도.
제2도는 본 발명에 의한 컬럼 리던던시 장치를 도시한 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 제1퓨즈 박스 12 : 제2퓨즈 박스
13 : 제3퓨즈 박스 14 : 제4퓨즈 박스
본 발명은 반도체 소자의 컬럼 리던던시(column redundancy) 장치에 관한 것으로, 특히 리프레쉬 비(refresh rate)가 증가할 경우에 발생할 수 있는 컬럼 리페어 효율 감소를 방지하기 위한 컬럼 리던던시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 컬럼 리던던시 장치는 셀 어레이 내부의 임의의 셀에 결함이 발생하게 되면 결함 셀이 접속된 비트라인(bit line)을 여분의 스페어(spare) 비트라인으로 대체하여 결함을 보상하는 장치로서, 결함이 발생한 셀을 선택하는 컬럼 어드레스가 소자 내부로 인가되면 결함 셀을 선택하는 정상적인 패스는 끊어지고 대신 리던던시 장치가 동작하여 리페어된 셀이 접속된 비트라인을 인에이블 시킴으로써 컬럼 리던던시 동작이 이루어지게 된다.
이하, 설명의 편의상 현행 사용하고 있는 16메가 디램(mega DRAM)을 참조하여 리던던시 장치에 관해 설명하고자 한다.
16메가 디램은 동작의 안정성을 위해서 각 블럭당 256개의 워드라인과 1K 개의 비트라인에 접속된 256K 개의 셀을 포함하는 16개의 셀 어레이로 구성된 4개의 큰 셀 어레이 블럭을 포함하고 있어서, 전체 64개의 셀 어레이 소블럭이 존재한다.
상기 4개의 셀 어레이 블럭을 구분하는 것은 컬럼 어드레스 중의 2개의 어드레스(AYA, AYB)를 이용하고, 상기 각 셀 어레이 블럭을 구성하는 16개의 셀 어레이 소블럭들은 리프레쉬 비에 따라 로오 어드레스 중의 4개의 어드레스(AX8, AX9, AXA, AXB)를 이용하여 각각 구분하며, 상기 256K 비트의 셀을 포함하는 셀 어레이 소블럭 중의 256 워드라인은 로오 어드레스(AX0, AX1, AX3, AX4, AX5, AX6, AX7)를 이용하고, 1K 개의 비트라인은 컬럼 어드레스 중의 10개(210)의 어드레스(AY0, AY1, AY2, AY3, AY4, AY5, AY6, AY7, AY8, AY9)를 이용하여 각각 구분한다.
단, 상기 컬럼 어드레스(AY8, AY9)는 셀 어레이 블럭으로부터 전달된 데이터를 데이터 출력장치로 전달하는 리드(read) 경로나 데이터 입력 장치로부터 전달된 데이터를 셀 어레이 블럭으로 전달하는 라이트(write) 경로에서 칩의 특성(X8, X16 등)에 따라 데이터를 선택적으로 전달하는데에 사용된다.
예를 들어, X16, 4K 리프레쉬 16메가 디램의 데이터 리드시에 로오 어드레스(AX0 내지 AXB)와 컬럼 어드레스(AY0 내지 AY9)에 의해 16개의 데이터가 출력장치로 전달되는 과정에서 상기 16개의 데이터를 소자 외부로 동시에 출력하고자 할 경우(X16)에는 컬럼 어드레스(AY8, AY9)의 조합을 모두 인에이블시키고, X16, 1K 리프레쉬의 경우는 로오 어드레스(AX0 내지 AX9)와 컬럼 어드레스(AY8, AY9 )에 의해 16개의 데이터를 출력하게 된다.
제1도는 종래의 컬럼 리던던시 장치를 도시한 회로도로서, 프리차지 신호(PRE)에 의해 제어되어 노드(A)에 프리차지 전위를 전달하는 프리차지 트랜지스터(MP1)와, 로오 어드레스 조합(RA89, RA/89, RA8/9, RA/8/9, RAAB, RA/AB, RAA/B, RA/A/B)이 인가되는 리페어 트랜지스터와 상기 노드(A) 사이에 연결된 퓨즈의 접속상태를 이용하여 셀 어레이 소블럭 중의 리페어될 소블럭을 선택하는 제1퓨즈 박스(11)와, 컬럼 패스를 시작하는 신호(/CS)와 상기 노드(A)의 신호를 조합하는 낸드 게이트(G1)와, 상기 낸드 게이트(G1)의 출력을 반전시켜 노드(B)로 출력하는 반전 게이트(IV1)와, 컬럼 어드레스 버퍼의 출력인 컬럼 어드레스(AY0, /AY0, AY1, ……, /AY7)가 인가되는 리페어 트랜지스터와 상기 노드(B)사이에 연결된 퓨즈의 접속상태를 이용하여 결함 셀이 연결된 비트라인을 선택하는 제2 퓨즈 박스(12)를 포함하고 있다.
그 동작을 살펴보면, 컬럼 리던던시 장치가 프로그래밍되어 있지 않거나 프로그래밍된 어드레스가 인가되지 않아서 정상동작이 이루어지는 경우에는 제1 퓨즈 박스(11)나 제2 퓨즈 박스(12)를 통해 노드(A, B)의 전하가 접지전압으로 방전되기 때문에 노드(A)와 노드(B)는 로우 상태를 갖게 되고, 이로 인해 인에이블된 컬럼 패스 시작신호(/CS)가 인가되더라도 컬럼 리던던시 장치의 출력(RDY)은 로우 상태를 유지하게 되므로 칩의 컬럼 리던던시 동작은 이루어지지 않는다.
반면에, 프로그래밍된 컬럼 리던던시 장치로 결함 셀을 선택하는 어드레스가 인가되면 제1퓨즈 박스(11)나 제2퓨즈 박스(12)를 통해 노드(A,B)의 전하가 접지전압으로 방전되지 않기 때문에 노드(A)는 프리차지 트랜지스터(MP1)를 통해 전달된 전하에 의해 하이 상태를 갖게 되고, 인에이블된 컬럼 패스 시작신호(/CS)와 상기 하이 상태를 갖는 노드(A)의 조합에 의해 노드(B) 또한 하이 상태를 갖게 되어 컬럼 리던던시 장치의 출력(RDY)은 하이 상태로 출력되므로 스페어 비트라인에 접속된 셀을 통해 데이터 리드/라이트 동작이 이루어진다.
그러나, 상기 제1도와 같은 구조를 이루고 있는 컬럼 리던던시 장치를 소자 내부에 구현하게 되면 일정시간마다 셀 어레이를 리프레쉬 하는 16메가 디램 소자의 경우에, 동시에 4K비트를 리프레쉬하는 4K 리프레쉬에서는 로오 어드레스(AX8, AX9, AXA, AXB)가 모두 선택 기능이 있으므로, 어드레스(AX8, AX9, AXA, AXB)의 조합에 의해 16개의 소블럭으로 나눠지는 셀 어레이 블럭을 선택적으로 리페어할 수 있으나, 동시에 16K 비트를 리프레쉬하는 1K 리프레쉬의 경우에는 로오 어드레스(AXS, AXB)의 조합이 모두 하이 상태를 갖게 되므로 컬럼 리던던시 장치의 제1퓨즈 박스(11)에서 어드레스 조합(RAAB, RA/AB, RAA/B, RA/A/B)이 인가되는 리페어 트랜지스터의 퓨즈를 모두 끊어주어야 하며, 이에 따라 1K 리프레쉬의 경우는 원하지 않는 셀 어레이 소블럭이 리페어되어 스페어 비트라인을 소모하게 되므로 실제 결함이 발생한 셀이 오히려 리페어되지 못하여 컬럼 리페어 효율이 감소하는 문제가 발행한다.
상기에서 문제 발생의 근본 원인은 4K 리프레쉬에서는 로오 어드레스(AXA, AXB)가 선택 기능을 가지므로 셀 블럭을 선택할 수 있으나, 1K 리프레쉬의 경우에는 로오 어드레스(AXA, AXB)는 돈-캐어(don't care)상태로 셀 블럭 선택 기능이 없어지기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 리프레쉬 비가 증가(4K→1K)함에 따라 메탈옵션(metal option) 또는 본딩 옵션(bonding option)을 사용하여 돈-캐어 상태가 되는 로오 어드레스를 선택 기능이 있는 컬럼 어드레스로 대체시킴으로써, 리프레쉬 비의 증가에 의해 컬럼 리페어 효율이 저하되는 것을 방지하는데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 리프레쉬 비가 증가하면 돈-캐어 상태가 되는 로오 어드레스와 상기 로오 어드레스의 기능을 대신할 수 있는 컬럼 어드레스를 리프레쉬 비에 따라 옵션을 사용하여 선택적으로 컬럼 리던던시 장치에 접속시키도록 하였다.
제2도는 본 발명에 의한 컬럼 리던던시 장치를 도시한 회로도로서, 상기 제1도의 컬럼 리던던시 장치의 제1퓨즈 박스(11)에서 로오 어드레스 조합(RAAB, RA/AB, RAA/B, RA/A/B)이 인가된 리페어 트랜지스터를 제외시켜 구현한 제3퓨즈 박스(13)와, 리프레쉬 비에 따라 돈-캐어 상태가 되는 로오 어드레스 조합(RAAB, RA/AB, RAA/B, RA/A/B)과 이를 대체할 수 있는 컬럼 어드레스(AY8, /AY8, AY9, /AY9)를 리프레쉬 비에 따라 옵션을 사용하여 상기 제3퓨즈 박스(13)나 제1도와 동일한 구조의 제2퓨즈 박스(12)에 접속시키도록 하는 제4퓨즈 박스(14)를 새롭게 구성한 것이며, 그 외의 회로 구조는 제1도와 동일하다.
상기 제4퓨즈 박스(14)에서는 메탈 옵션 또는 본딩 옵션을 사용한다.
제2도의 동작을 설명하면, 우선 컬럼 리던던시 장치의 동작에 관련된 신호들의 동작은 상기 제1도에서와 동일하며 단지, 제4퓨즈 박스(14)의 접속관계가 리프레쉬 비에 따라 달라지게 된다.
즉, 4K 리프레쉬로 동작하는 경우에는 로오 어드레스 조합(RAAB, RA/AB, RAA/B, RA/A/B)이 인가되는 리페어 트랜지스터가 노드(A)에 연결되어 상기 제1도의 경우와 동일하게 동작하고, 1K 리프레쉬로 동작하는 경우에는 데이터 입출력에 관여하는 컬럼 어드레스(AY8, /AY8, AY9, /AY9)가 인가되어 리페어 트랜지스터가 노드(B)에 연결된다. 따라서 4K 리프레쉬의 경우에는 로오 어드레스(AXA, AXB)에 의해 리던던시 출력신호(RDY)의 제어가 가능하고, 1K 리프레쉬의 경우에는 컬럼 어드레스(AY8, AY9) 의해 리던던시 출력신호(RDY)의 제어가 가능해진다.
즉, 4K 리프레쉬의 경우에는 어드레스(AX8, AX9, AXA, AXB)의 조합에 의해 24= 16 개의 소블럭 선택이 가능하고, 1K 리프레쉬의 경우에는 어드레스(AX8, AX9, AY8, AY9)의 조합에 의해 24= 16 개의 소블럭 선택이 가능해지므로 리페어 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 제2도에 도시된 컬럼 리던던시 장치를 반도체 소자의 내부에 구현하게 되면, 리프레쉬 비가 증가하여 셀 어레이 소블럭의 선택에 사용되는 로오 어드레스 중의 일부가 돈-캐어 상태에 이르더라도, 메탈 옵션 또는 본딩 옵션을 사용하여 돈-캐어 로오 어드레스를 선택 기능이 있으며 데이터 입출력에 관여하는 컬럼 어드레스로 대체함으로써 동일한 소블럭 선택 기능을 수행할 수 있으므로, 돈-캐어 로오 어드레스에 의해 결함이 발생하지 않은 비트라인이 불필요하게 리페어되어 컬럼 리페어 효율을 저하시키는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 다수 개의 셀 어레이 소블럭을 포함하는 반도체 소자의 컬럼 리던던시 장치에 있어서, 결함 비트라인 선택 어드레스를 프로그래밍하는 컬럼 리페어 퓨즈 박스로 인가되어 상기 다수 개의 셀 어레이 소블럭을 구분하는데 이용되는 어드레스 중에서 리프레쉬 비의 증가로 그 선택 기능이 상실되는 어드레스를 리프레쉬 비의 증가시에 선택 기능이 있으며 데이터 입출력에 관여하는 컬럼 어드레스로 대체하는 어드레스 전환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬럼 리던던시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어드레스 전환장치는 메탈 옵션 또는 본딩 옵션을 사용하여 어드레스를 전환하도록 구현된 것을 특징으로 하는 컬럼 리던던시 장치.
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