KR100379556B1 - 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로우 플렉시블 리던던시(Row Flexible redundancy)구조에서의 컬럼 리페어(Column Repair)효율을 증대시킬 수 있도록한 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치에 관한 것으로, 서로 수직 교차하는 로우 라인과 컬럼 라인에 의해 단위 기억 소자들이 배열되고 이들을 어레이 단위로 구분하는 반도체 메모리의 리페어를 위하여, 상기 각각의 어레이에 포함되는 리던던시 컬럼 라인에 대응하여 1개 이상 구성되어 리페어를 위한 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 복수개의 컬럼 퓨즈 박스;상기 컬럼 퓨즈 박스에 대응되고 로우 리페어가 해당 어레이 또는 다른 어레이에서 이루어지는지를 구분하는 셀프 페어 구분 신호(Self_pair)와 해당 어레이 어드레스(array address)를 입력 변환하여 로우 리페어가 다른 어레이에서 대치된 경우에 대치된 어레이의 어드레스를 코딩하여 출력하는 어레이 어드레스 변환기를 포함한다.

Description

반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치{Column repair circuit of semiconductor memory}

본 발명은 반도체 메모리의 리던던시에 관한 것으로, 특히 로우 플렉시블 리던던시(Row Flexible redundancy)구조에서의 컬럼 리페어(Column Repair)효율을 증대시킬 수 있도록한 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 메모리 장치에서는 결함 메모리 셀을 리던던시 메모리 셀로 리페어하기 위한 리던던시 회로 및 리던던시 메모리 셀 어레이가 구성된다.

리던던시 동작은 노멀 메모리 셀 이외의 리던던시 메모리 셀 어레이를 별도로 구비하여, 노멀 메모리 셀 어레이 중의 어느 결함 메모리 셀을 지정하는 어드레스가 입력되면 이를 디코딩하여 리던던시 메모리셀에 연결된 리던던시 로우 또는 컬럼을 선택함으로써 이루어진다.

이러한 동작은 리던던시 디코더에 의하여 이루어지며 노멀 디코더와 리던던시 디코더의 인에이블 여부는 결함 어드레스를 프로그램하는 리던던시 회로의 출력신호에 의하여 이루어진다.

이러한 리던던시 회로는, 결함 어드레스를 프로그램하는 회로로서 리던던시 회로 내에 구비되는 퓨즈를 디코딩할 어드레스에 따라 예컨대 레이저 컷팅(laser cutting)함으로써 결함 어드레스의 프로그램을 수행된다.

컬럼 리던던시 회로는 컬럼 어드레스를 입력할 때마다 리던던시 컬럼 또는 노멀 컬럼 선택의 여부를 빠르게 결정하여야 한다. 반도체 메모리 장치에서는 결함 컬럼을 리페어하기 위하여 결함 컬럼을 지정하는 어드레스가 입력되면 이를 리던던시 컬럼으로 대체하여 리던던시 컬럼을 선택하도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 반도체 메모리의 컬럼 리페어에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 반도체 메모리 셀어레이의 구성도이고, 도 2는 종래 기술의 컬럼 리페어의 구성도이다.

그리고 도 3은 종래 기술의 컬럼 퓨즈 박스의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 종래 기술의 컬럼 리페어시의 문제를 나타낸 구성도이다.

일반적으로 셀 어레이는 도 1에서와 같이, 복수개의 셀들을 갖는 어레이들이 복수개 구성되고 워드 라인과 컬럼 선택 라인들은 서로 수직 방향으로 교차 구성된다.

이와 같이 구성된 셀 어레이에서의 컬럼 리페어를 위하여 도 2에서와 같이, 어레이들의 중앙이 아닌 가장자리 부분에 리던던트 컬럼 라인들이 구성된다.

이와 같은 구조에서의 컬럼 리페어의 경우 리페어 효율을 높이기 위하여 컬럼 선택 라인 전체를 대치하는 것이 아니라 페일(fail)이 발생한 어레이가 선택되었을때만 대치가 일어나도록 되어 있다.

즉, 도 2에서와 같이 어레이 1에서 yi<0>의 페일이 발생한 경우 로우 사이클에서 어레이 1이 선택되면 컬럼 사이클에서 yi<0>가 선택되는 경우 syi<0>이 선택되도록 프로그램한다.

그리고 동일한 방법으로 어레이 3에서 yi<1> 역시 syi<0>에 어레이 어드레스 3을 프로그램하도록 하여 1개의 SYI로 여러 yi를 대치하도록 한다.

여기서, SYI를 사용할 수 있는 횟수는 각각 다른 어레이에서 컬럼 페일이 발생할 경우 SYI에 할당된 프로그래밍 퓨즈 박스의 개수에 의해 결정된다.

종래 기술의 프로그래밍 퓨즈 박스의 구성은 다음과 같다.

도 3에서와 같이, 각각의 컬럼 퓨즈 박스(30)는 로우 사이클 타이밍 신호와 어레이 어드레스를 입력으로 하여 퓨즈를 평가(evaluation) 및 래치하는 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스(32)와, 상기 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스(32)의 출력 신호 그리고 외부에서 입력되는 컬럼 사이클 타이밍 신호 및 컬럼 어드레스에 의해 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 컬럼 어드레스 퓨즈 박스(33)를 포함하여 구성된다.

그리고 이와 같은 각각의 컬럼 퓨즈 박스(30)에서 출력되는 컬럼 리던던트 신호들은 OR 게이트(31)에 의해 연산되어 최종적으로 리던던트 컬럼 인에이블 신호를 출력한다.

로우 리페어 알고리듬으로 플렉시블 리던던시 알고리듬을 사용하는 경우에서 플렉시블 알고리듬은 로우 리페어 효율을 높이기 위하여 한 어레이에서 고장난 워드 라인을 해당 어레이에 있는 러던던트 워드라인뿐만 아니라 다른 어레이의 리던던트 워드라인을 이용하여 대치할 수 있도록 하여 로우 리페어 효율을 증대시키는 방법이다.

그러나 대치되는 어레이에서 컬럼 페일(fail)이 존재하는 경우에는 이를 리페어할 방법이 없다. 그 이유는 컬럼 페일의 경우 효율을 높이기 위하여 여분의 컬럼 선택 라인을 선택할 때 어레이 어드레스를 주어 고장이 발생한 어레이 어드레스가 로우 사이클에서 입력될 경우에만 대치가 이루어지기 때문이다.

종래 기술의 로우 리페어 방법에서는 페일이 발생할 경우에 페일이 발생한 블록에 있는 러던던트 로우 라인만을 사용하여 교체를 한다.

이 경우에서는 다음과 같은 문제가 있다.

만약 준비된 리던던트 로우 라인의 갯수가 블록당 4개였다고 가정하면 하나의 어레이에서 4개 이상의 로우 라인 페일이 발생할 경우에는 리페어를 할 수 없어 칩 전체를 사용하지 못하게 된다.

이 문제를 해결하기 위하여 페일이 발생한 어레이에서 뿐만아니라 다른 어레이의 리던던트 라인을 이용하기 위한 방법이 플렉시블 리던던트 구조이다.

이때, 대치된 로우 라인이 페일이 발생한 해당 어레이인 경우를 셀프, 다른 어레이의 라인으로 대치한 경우를 페어라 한다.

도 4는 종래 기술의 컬럼 리페어에서의 문제를 나타낸 것으로, 셀프 어레이(Self array)에서 불량이 발생한 로우(Row)를 페어 어레이(Pair array)의 리던던트 워드 라인으로 대치하였으나 페어 어레이에 불량 컬럼이 존재하는 경우 해당 컬럼 어드레스가 선택되면 셀프 어레이의 어레이 어드레스가 입력되므로 불량 컬럼의 대치가 이루어지지 않는다.

이와 같은 문제는 페어 어레이에서 불량 컬럼은 리던던트 컬럼으로 대치되도록 프로그래밍 되어 있음에도 발생된다.

그러나 이와 같은 종래 기술의 반도체 메모리의 리페어에서는 다음과 같은 문제가 있다.

플렉시블 리던던트 구조에서와 같이 다른 어레이로 고장난 워드 라인을 대치한 경우에는 대치된 어레이의 어드레스가 주어지는 것이 아니라 원래의 어레이 어드레스가 주어지므로 대치된 어레이에 컬럼 페일이 있음에도 불구하고 다른 어레이로 인식되어 고장난 컬럼의 대치가 이루어지지 않는다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 반도체 메모리의 리페어의 문제를 해결하기 위한 것으로 로우 플렉시블 리던던시(Row Flexible redundancy)구조에서의 컬럼 리페어(Column Repair)효율을 증대시킬 수 있도록한 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 반도체 메모리 셀어레이의 구성도

도 2는 종래 기술의 컬럼 리페어의 구성도

도 3은 종래 기술의 컬럼 퓨즈 박스의 구성을 나타낸 블록도

도 4는 종래 기술의 컬럼 리페어시의 문제를 나타낸 구성도

도 5는 본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 구조를 나타낸 구성도

도 6은 본 발명에 따른 컬럼 리페어를 위한 어레이 어드레스 변환기의 구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

51. 컬럼 퓨즈 박스 52. 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스

53. 컬럼 어드레스 퓨즈 박스 54. 어레이 어드레스 변환기

55. 컬럼 인에이블 신호 출력부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치는 서로 수직 교차하는 로우 라인과 컬럼 라인에 의해 단위 기억 소자들이 배열되고 이들을 어레이 단위로 구분하는 반도체 메모리의 리페어를 위하여,상기 각각의 어레이에 포함되는 리던던시 컬럼 라인에 대응하여 1개 이상 구성되어 리페어를 위한 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 복수개의 컬럼 퓨즈 박스; 상기 컬럼 퓨즈 박스에 대응되고 로우 리페어가 해당 어레이 또는 다른 어레이에서 이루어지는지를 구분하는 셀프 페어 구분 신호(Self_pair)와 해당 어레이 어드레스(array address)를 입력 변환하여 로우 리페어가 다른 어레이에서 대치된 경우에 대치된 어레이의 어드레스를 코딩하여 출력하는 어레이 어드레스 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 구조를 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 컬럼 리페어를 위한 어레이 어드레스 변환기의 구성도이다.

본 발명은 컬럼 리던던트 장치에 로우 리페어가 워드 라인의 고장이 발생한 자신의 어레이에서 대치되지 않고 다른 어레이에서 대치된 경우 이 정보를 받아서 대치된 어레이의 어드레스를 발생시키는 장치를 구성한 것이다.

이와 같은 구성으로 대치된 어레이에 컬럼의 페일이 존재하는 경우 대치된 워드 라인에 대해서 다시 페일이 발생하는 상황을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치는 도 5에서와 같이, 페어 어레이에서 로우 리페어를 실시한 경우 컬럼 퓨즈에서 이를 감지해 어레이 어드레스를 변환할 수 있도록 어레이 어드레스 변환기를 컬럼 퓨즈 박스마다 구성한 것이다.

먼저, 로우 리페어 동작에서 셀프 어레이 리페어인지 아니면 페어 어레이 리페어인지를 구분하기 위한 셀프 페어 구분 신호(Self_pair)와 어레이 어드레스(array address)를 입력 변환하여 로우 리페어가 워드 라인의 고장이 발생한 자신의 어레이에서 대치되지 않고 다른 어레이에서 대치된 경우에 대치된 어레이의 어드레스 즉, 코딩 어레이 어드레스를 출력하는 어레이 어드레스 변환기(54)와, 로우 사이클 타이밍 신호와 상기 코딩 어레이 어드레스를 입력으로 하여 퓨즈를 평가(evaluation) 및 래치하는 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스(52) 그리고 상기 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스(52)의 출력 신호 그리고 외부에서 입력되는 컬럼 사이클 타이밍 신호 및 컬럼 어드레스에 의해 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 컬럼 어드레스 퓨즈 박스(53)를 포함하는 컬럼 퓨즈 박스(51)가 상기 어레이 어드레스 변환기(54)에 대응하여 구성된다.

여기서, 셀프 페어 구분 신호(Self_pair)는 어레이의 페일 검출 결과에 따라 정해지는 것으로 리페어 모드가 셀프 어레이 리페어인지 페어 어레이 리페어인지에 따라 발생되어 입력된다.

셀프 페어 구분 신호의 발생은 리페어 프로그래밍시에 리페어 라인의 위치를 구분하여 퓨즈 프로그래밍을 한다.

즉, 리페어를 실시하는자(프로그램하는 자)가 셀프 어레이의 리페어 라인을 대치한 경우이면 셀프 페어 구분 신호에 관해 프로그래밍된 퓨즈를 커팅하거나(커팅하지 않거나) 반대의 경우에는 커팅하지 않거나(커팅하거나)한다.

이와 같은 퓨즈의 커팅 여부에 따라 로우 엑티브 구간(row active cycle)에서 해당 퓨즈의 커팅 여부를 감지하여 적절한 위상 신호 즉, 셀프 페어 구분 신호를 발생시킨다.

그리고 이와 같은 각각의 컬럼 퓨즈 박스(51)에서 출력되는 컬럼 리던던트 신호를 OR 연산하여 최종적으로 리던던트를 위한 컬럼 인에이블 신호를 출력하는 컬럼 인에이블 신호 출력부(56)가 구성된다.

여기서, 상기 어레이 어드레스 변환기(54)의 상세 구성은 도 6에서와 같다.

먼저, 셀프 페어 신호를 반전하는 제 1 인버터(61)와, 어레이 어드레스를 반전하는 제 2 인버터(62)와, 셀프 페어 구분 신호 및 반전된 셀프 페어 구분 신호에 의해 반전된 어레이 어드레스를 선택적으로 스위칭 출력하는 제 1 트랜스미션 게이트(63)와, 셀프 페어 구분 신호와 반전된 셀프 페어 구분 신호에 의해 어레이 어드레스를 선택적으로 스위칭 출력하는 제 2 트랜스미션 게이트(64)로 구성되어 로우 리페어가 워드 라인의 고장이 발생한 자신의 어레이에서 대치되지 않고 다른 어레이에서 대치된 경우에 대치된 어레이의 어드레스 즉, 코딩 어레이 어드레스를 출력한다.

이와 같이 구성된 어레이 어드레스 변환기(54)는 예를들어, 셀프 어레이인 경우의 셀프 페어 구분 신호를 로직 High로 하고, 페어 어레이인 경우의 셀프 페어 구분 신호를 로직 Low로 하는 경우에서의 코딩 어레이 어드레스 출력은 다음과 같이 이루어진다.

즉, 어레이 0의 페일을 어레이 2의 리던던트 워드 라인으로 대치하는 경우에는 페어이므로 셀프 페어 구분 신호가 로직 Low 상태이고, 어레이 어드레스(A10)는 로직 0가 입력되고 이 어드레스는 반전되어 어레이 퓨즈 박스에는 어레이 2의 어레이 어드레스가 입력된다.

이와 같은 본 발명의 컬럼 리페어 장치를 채택하는 플렉시블 리던던트 알고리듬의 구현은 크게 두가지 방식으로 나눌 수 있다.

첫째, 대치할 워드 라인을 해당되는 어레이에 있는 리던던트 워드 라인들 중에서 대치하거나 리던던트 워드 라인만으로 구성된 특별한 어레이를 구성하여 그 어레이에 있는 워드 라인으로 고장난 워드 라인을 대치하도록 하는 방법이다.

둘째, 대치할 워드 라인을 해당되는 워드 라인에 있는 리던던트 워드 라인들 중에서 대치하거나 다른 어레이에 있는 리던던트 워드 라인으로 대치하는 방법이다.

여기서, 대표적인 두 번째의 방식을 상세히 설명하면 다음과 같다.

한 어레이에서 고장난 워드 라인을 해당 어레이에 있는 리던던트 워드 라인으로 대치를 한 경우에는 워드 라인이 인에이블되는 어레이가 실제 어레이 어드레스와 동일하므로 문제가 없다. 그러나 워드 라인을 대치해야하는 고장이 어레이내에 존재하는 리던던트 워드 라인의 개수 이상으로 발생한 경우에는 다른 어레이의 여분의 리던던트 워드 라인을 사용해야되는 경우가 발생한다.

이때 선택되는 다른 어레이를 선택하는 방식은 퓨즈 프로그래밍시에 선택되는 다른 어레이의 어드레스를 프로그래밍하도록 하는 방법과 정해진 규칙에 의해 미리 짝지워진 어레이가 선택되도록 하는 방법이 있다.

전자의 경우에는 프로그래밍해야되는 퓨즈의 개수가 증가하고 일반적으로 이는 퓨즈 박스의 크기를 증가시키게 된다. 후자의 경우에는 고장난 워드 라인의 대치가 해당 어레이 또는 미리 짝지워진 어레인지를 구분하는 하나의 퓨즈만을 추가하므로 간단하다.

여기서, 해당 어레이를 선택하도록한 경우를 셀프, 그렇지 않은 경우를 페어라고 한다.

페어 어레이를 선택하는 규칙을 8개의 어레이를 갖는 128M급의 DDR SDRAM의 경우를 예로들어 설명하면 다음과 같다.

어레이 어드레스는 A11,A10,A9이고 3개의 어드레스가 사용되므로 8개의 어레이를 선택할 수 있다. 어레이 0는 A11,A10,A9 = 0,0,0라 하면, 어레이 1은 001이고, 어레이 7은 111로 할 수 있다.

그리고 페어 어레이는 어레이 0에 대해서는 어레이 2를, 어레이 1에 대해서는 어레이 3을, 어레이 4에 대해서는 어레이 6을, 어레이 5에 대해서는 어레이 7을 대응시키도록 한다.

이와 같은 경우의 규칙은 페어가 선택되는 경우 A10 어드레스를 반전시키면 페어 어레이의 어레이 어드레스가 된다.

즉, 어레이 0에서 고장난 워드 라인을 어레이 2에 있는 리던던트 워드 라인으로 대치한 경우 원래의 어레이 어드레스는 A11,A10,A9 = 000이므로 A10을 반전시키면 010이 되어 어레이 2의 어드레스를 얻을 수 있다.

이런 방식으로 발생시킨 어레이 어드레스를 컬럼 리페어 회로에서 어레이 어드레스로 사용하면 대치된 페어 어레이에서 컬럼이 페일된 경우 프로그래밍이 가능하다. 또는 대치가 가능하다.

본 발명은 로직을 추가하여 이와 같은 리페어가 가능하도록 한 것으로 컬럼 리페어가 아닌 로우 리페어에도 적용될 수 있음은 당연하다.

이와 같은 본 발명에 따른 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 컬럼 리던던트 장치에 로우 리페어가 워드 라인의 고장이 발생한 자신의 어레이에서 대치되지 않고 다른 어레이에서 대치된 경우 이 정보를 받아서 대치된 어레이의 어드레스를 발생시키도록 하여 컬럼 리페어를 하므로 페어 어레이에 불량이 발생한 컬럼이 존재하는 경우에도 효율적인 리페어가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

이는 반도체 메모리의 수율을 향상시켜 제조 비용을 절감하는 효과를 갖게 한다.

Claims (4)

1. 서로 수직 교차하는 로우 라인과 컬럼 라인에 의해 단위 기억 소자들이 배열되고 이들을 어레이 단위로 구분하는 반도체 메모리의 리페어를 위하여,

   상기 각각의 어레이에 포함되는 리던던시 컬럼 라인에 대응하여 1개 이상 구성되어 리페어를 위한 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 복수개의 컬럼 퓨즈 박스;

   상기 컬럼 퓨즈 박스에 대응되고 로우 리페어가 해당 어레이 또는 다른 어레이에서 이루어지는지를 구분하는 셀프 페어 구분 신호(Self_pair)와 해당 어레이 어드레스(array address)를 입력 변환하여 로우 리페어가 다른 어레이에서 대치된 경우에 대치된 어레이의 어드레스를 코딩하여 출력하는 어레이 어드레스 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 어레이 어드레스 변환기는 셀프 페어 신호를 반전하는 제 1 인버터와,

   어레이 어드레스를 반전하는 제 2 인버터와,

   상기 셀프 페어 구분 신호 및 반전된 셀프 페어 구분 신호에 의해 반전된 어레이 어드레스를 선택적으로 스위칭 출력하는 제 1 트랜스미션 게이트와,

   상기 셀프 페어 구분 신호와 반전된 셀프 페어 구분 신호에 의해 어레이 어드레스를 선택적으로 스위칭 출력하는 제 2 트랜스미션 게이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 컬럼 퓨즈 박스는 로우 사이클 타이밍 신호와 상기 어레이 어드레스 변환기에 의해 코딩된 어레이 어드레스를 입력으로 하여 퓨즈를 평가 및 래치하는 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스와,

   상기 어레이 어드레스 퓨즈 및 래치 박스의 출력 신호 그리고 외부에서 입력되는 컬럼 사이클 타이밍 신호 및 컬럼 어드레스에 의해 컬럼 리던던트 신호를 출력하는 컬럼 어드레스 퓨즈 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 각각의 컬럼 퓨즈 박스에서 출력되는 컬럼 리던던트 신호들은 컬럼 인에이블 신호 출력부에 의해 OR 연산되어 최종적으로 리던던트를 위한 컬럼 인에이블 신호로 출력되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리의 컬럼 리페어 장치.