KR100650768B1 - Cell transistor threshold voltage trimming circuit and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 테크놀로지 쉬링크(technology shrink)에 따른 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우 및 셀 트랜지스터의 문턱전압의 분포를 도시한 도면,1 is a diagram illustrating a distribution of threshold voltage windows of a cell transistor and threshold voltages of a cell transistor according to a conventional technology shrink;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로도,2 is a circuit diagram illustrating a cell transistor threshold voltage trimming according to an embodiment of the present invention;
도 3은 VBB에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압의 경향을 도시한 그래프,3 is a graph showing a trend of a cell transistor threshold voltage according to VBB;
도 4는 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 전후의 불량률 변화를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a change in the defective rate before and after trimming the cell transistor threshold voltage.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 모니터 셀 어레이 20 : 기준 문턱전압 모델부10: monitor cell array 20: reference threshold voltage model
30 : 목표전압발생부 40 : VBB 발생기30: target voltage generator 40: VBB generator
42 : D/A 컨버터 44 : 업다운 카운터42: D / A converter 44: Up-down counter
46 : 비교기 50 : 제1저항46: comparator 50: first resistor
52 : 제2저항 60 : 디코더52: second resistor 60: decoder
62 : 레지스터 70 : 카운터 제어부62: register 70: counter control unit
72 : 펄스 발생기72: pulse generator
본 발명은 셀 트랜지스터의 문턱전압 트리밍 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이의 평균 셀 문턱전압을 추출하고, 웰 전압을 이용하여 DRAM 셀 트랜지스터의 문턱전압의 공정 변동을 보상하는, 셀 트랜지스터의 문턱전압 트리밍 회로 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 셀 트랜지스터(cell transistor)의 문턱전압(threshold voltage)이란 MOS 트랜지스터의 VGS를 0에서 +로 증가시키는 경우 전류 IDS가 흐르기 시작하는 VGS를 말한다. 이러한 셀 트랜지스터의 문턱전압은 DRAM 제품의 수율을 결정하는 여러 가지 요소 중 동작 마진(margin) 확보에 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. In general, the threshold voltage of a cell transistor refers to V GS at which current I DS starts to flow when V GS of the MOS transistor is increased from 0 to +. The threshold voltage of such a cell transistor is the most important factor in securing operating margin among various factors that determine the yield of DRAM products.
프로세스적인 측면에서 셀 트랜지스터의 문턱전압은 거의 모든 프로세스 스텝(process step)의 변동인자의 복합적인 작용으로 인하여 변동되므로, 셀 트랜지스터의 문턱전압 변동폭 관리는 프로세스의 안정적인 수율확보에 절대적인 요건이라 할 수 있다.In terms of process, the threshold voltage of the cell transistor is varied due to the complex action of almost all process steps, so managing the threshold voltage variation of the cell transistor is an absolute requirement for securing a stable yield of the process. .
또한 설계적인 측면에서는 셀 트랜지스터의 문턱전압이 어느 정도 변동이 있더라도 회로 동작에 영향을 미치지 않도록 충분한 설계 마진 및 변동 폭 보상 개념을 도입하여 셀 트랜지스터의 문턱전압 변동 폭을 커버하는 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우(window)를 확보하는 것이 필요하다.In terms of design, the threshold voltage window of the cell transistor covering the threshold voltage fluctuation range of the cell transistor is introduced by introducing a sufficient design margin and fluctuation compensation concept so that the threshold voltage of the cell transistor does not affect the circuit operation even if there is some variation. It is necessary to secure a window.
그러나 테크놀로지 쉬링크(technology shrink)에 따라 셀 트랜지스터의 문턱전압 변동에 영향을 주는 게이트 CD(critical dimension) 및 ISO CD가 계속 줄어들고, 셀 트랜지스터의 문턱전압의 공정 변동은 점점 심해지는 추세에 있다. 더구나 저전력 제품에 부합하기 위한 리프레시 타임(refresh time)의 요구치는 비약적으로 증가하고 있으며, 고속 DRAM 동작에 부흥하기 위한 셀의 턴온(turn-on) 저항의 요구치는 계속 낮아지고 있으므로, 셀 트랜지스터의 문턱전압의 상한값은 감소하고 있다. However, as technology shrinks, gate CD (critical dimension) and ISO CD, which affect the threshold voltage variation of the cell transistor, continue to decrease, and the process variation of the threshold voltage of the cell transistor is gradually increasing. Moreover, the demand for refresh time to meet low-power products has increased dramatically, and the demand for cell turn-on resistance for reviving high-speed DRAM operation continues to decrease, so the threshold of cell transistors The upper limit of the voltage is decreasing.
여기서 CD(critical dimension)는 제품의 레이아웃(layout)에서 레티클(reticle)로 변환된 패턴을 실제 웨이퍼상에 전사시켜서 얻게 되는 최종적이 패턴의 선폭 중, 기술적으로 구현하기 힘든 최소 선폭이나, 그에 근접하는 작은 패턴의 선폭을 말하며, 포토리소그라피(Photolithography) 과정에서 형성된 감광막(Photoresist)인 DICD(Develop Inspection CD)와 식각공정을 거쳐 최종적으로 패턴이 형성된 상태인 FICD(Final Inspection CD) 등이 있다.Here, the CD (critical dimension) is the minimum line width, which is difficult to realize technically, or close to the final line width of the pattern obtained by transferring the pattern converted from the layout of the product into the reticle on the actual wafer. It refers to the line width of a small pattern, such as a DICD (Develop Inspection CD), a photoresist formed during photolithography, and a final inspection CD (FICD), in which a pattern is finally formed through an etching process.
한편, 게이트 CD의 축소는 셀 트랜지스터의 문턱전압의 감소에 따른 채널 리키지(channel leakage)의 보다 급격한 증가를 의미하기 때문에, 셀 트랜지스터의 문턱전압의 하한값도 증가하게 되어 좋은 다이(good die)를 얻기 위한 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우 폭이 감소하게 된다.On the other hand, shrinking the gate CD means a more rapid increase in channel leakage due to a decrease in the threshold voltage of the cell transistor, so that the lower limit of the threshold voltage of the cell transistor is also increased, resulting in a good die. The threshold voltage window width of the cell transistor to be obtained is reduced.
도 1은 종래 테크놀로지 쉬링크(technology shrink)에 따른 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우 및 셀 트랜지스터의 문턱전압의 분포를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 기존 테크놀리지의 경우와 대비하였을때 테크놀리지 쉬링크에 따른 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우가 좁아지고 다이의 셀 트랜지스터 문턱전압의 변동폭이 증가하여 불량 다이가 증가함을 알 수 있다.FIG. 1 is a diagram illustrating a distribution of threshold voltage windows of a cell transistor and threshold voltages of a cell transistor according to a conventional technology shrink. Referring to FIG. 1, it can be seen that the threshold voltage window of the cell transistor according to the technology shrink is narrowed and the variation range of the cell transistor threshold voltage of the die increases as compared with the case of the existing technology, thereby increasing the defective die.
여기서 도시된 도번 1은 기존 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압이 작을 때 셀 트랜지스터 문턱전압과 페일 비트의 상관관계를 나타내며, 도번 2는 쉬링크 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압이 작을 때 셀 트랜지스터 문턱전압과 페일 비트의상관계를 나타내고, 도번 3은 기존 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압이 클 때 셀 트랜지스터 문턱전압과 페일 비트의 상관관계를 나타내며, 도번 4는 쉬링크 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압이 클 때 셀 트랜지스터 문턱전압과 페일 비트의 상관관계를 나타내며, 도번 5는 셀 트랜지스터 문턱전압의 변화에 의해 발생하는 페일 비트의 목표 관리 수준을 나타낸다.FIG. 1 illustrates a correlation between a cell transistor threshold voltage and a fail bit when the cell transistor threshold voltage is small in the conventional technology, and FIG. 2 shows a cell transistor threshold voltage and fail bit when the cell transistor threshold voltage is small in the shrink technology. FIG. 3 shows the correlation between the cell transistor threshold voltage and the fail bit when the cell transistor threshold voltage is large in the prior art, and FIG. 4 shows the cell transistor threshold voltage when the cell transistor threshold voltage is large in the shrink technique. FIG. 5 shows the target management level of the fail bit caused by the change of the cell transistor threshold voltage.
또한 도번 6은 기존 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압의 하한 목표치를 나타내며, 도번 7은 쉬링크 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압의 하한 목표치를 나타내고, 도번 8은 기존 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압의 상한 목표치를 나타내며, 도번 9는 쉬링크 기술에서 셀 트랜지스터 문턱전압의 상한 목표치를 나타낸다.In addition, the
또한 도번 10은 기존 기술에서 목표 범위 이내로 관리된 프로덕트(product) 별 셀 트랜지스터 문턱전압 측정값을 하얀 동그라미로 나타내며, 도번 11은 기존 기술에서 목표 범위를 벗어난 프로덕트(product) 별 셀 트랜지스터 문턱전압 측정값을 까만 동그라미로 나타내고, 도번 12는 쉬링크 기술에서 목표 범위 이내로 관리된 프로덕트(product) 별 셀 트랜지스터 문턱전압 측정값을 하얀 삼각형으로 나 타내며, 도번 13은 쉬링크 기술에서 목표 범위를 벗어난 프로덕트(product) 별 셀 트랜지스터 문턱전압 측정값을 까만 삼각형으로 나타낸다.In addition, Fig. 10 shows the product-specific cell transistor threshold voltage measured within the target range in a white circle, and Fig. 11 shows the product-specific cell transistor threshold voltage outside the target range in the conventional technology. In Fig. 12, the
다시 설명하면 저전력 및 고속 동작의 제품 요구사항에 부응하기 위해, 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우는 계속 줄어드는 추세이며, 셀 트랜지스터의 문턱전압의 변동은 테크놀로지 쉬링크(technology shrink)에 따라서 증가하는 것이 일반적인 경향이다.In other words, in order to meet the product requirements of low power and high speed operation, the threshold voltage window of the cell transistor is continuously decreasing, and the variation of the threshold voltage of the cell transistor is generally increasing with technology shrink. to be.
따라서 셀 트랜지스터의 문턱전압 윈도우의 축소와 셀 트랜지스터의 문턱전압의 변동의 증가 경향이 복합적으로 작용하면 DRAM의 페일(fail)율이 급격하게 증가하는 문제점이 있다.Therefore, when the reduction of the threshold voltage window of the cell transistor and the increase in the variation of the threshold voltage of the cell transistor are combined, there is a problem in that the fail rate of the DRAM increases rapidly.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 셀이 형성되는 웰의 전압(VBB) 값에 따라서 셀 트랜지스터의 문턱전압이 모듈레이션(modulation)되는 원리('셀 트리밍')를 이용하여 목표치에서 벗어난 특정 다이의 셀 트랜지스터의 문턱전압을 목표치로 수렴시키는, 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and deviates from the target value by using a principle ('cell trimming') in which the threshold voltage of the cell transistor is modulated according to the voltage V BB value of the well where the cell is formed. An object of the present invention is to provide a cell transistor threshold voltage trimming circuit and a method for converging a threshold voltage of a cell transistor of a specific die to a target value.
이를 위하여 본 발명은 다이의 셀 트랜지스터의 문턱전압을 모니터링하고 셀 트랜지스터 문턱전압의 목표치 이탈 정도에 따라 적당한 VBB를 선택하는 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로 및 그 방법을 제공하고자 한다.To this end, the present invention provides a cell transistor threshold voltage trimming circuit and a method for monitoring the threshold voltage of a cell transistor of a die and selecting an appropriate VBB according to the deviation of the target value of the cell transistor threshold voltage.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메인 셀 트랜지스터와 문턱전압이 동일한 특성을 가지는 복수의 셀 트랜지스터를 포함하는 모니터 셀 어레이; 상기 모니터 셀 어레이에 문턱전압 목표치(CVT_ref)를 인가하여 상기 셀 트랜지스터를 턴온시키는 목표전압발생부; 외부 전원전압(VDD)을 인가받는 모델저항을 포함하고, 상기 모델저항은 상기 셀 트랜지스터의 문턱전압이 상기 문턱전압 목표치를 가질때 모니터 셀 어레이의 전체 저항값을 가지는 기준 문턱전압 모델부; 및 상기 모니터 셀 어레이와 상기 기준 문턱전압 모델부의 출력전류에 각 비례하는 전압을 이용하여 기준전압을 생성하고, 상기 기준전압에 비례하는 벌크 바이어스 전압(VBB)을 상기 셀 트랜지스터에 인가하여 상기 셀 트랜지스터의 문턱전압이 문턱전압 목표치에 수렴하도록 하는 VBB 제공수단;을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a monitor cell array including a plurality of cell transistors having the same threshold voltage as the main cell transistor; A target voltage generator configured to turn on the cell transistor by applying a threshold voltage target value CVT_ref to the monitor cell array; A reference threshold voltage model unit including a model resistor receiving an external power supply voltage VDD, wherein the model resistor has a total resistance of the monitor cell array when the threshold voltage of the cell transistor has the threshold voltage target value; And generating a reference voltage by using a voltage proportional to an output current of the monitor cell array and the reference threshold voltage model unit, and applying a bulk bias voltage VBB proportional to the reference voltage to the cell transistor. It includes; VBB providing means for causing the threshold voltage of the convergence to the threshold voltage target value.
여기서, 상기 모니터 셀 어레이는 게이트에 상기 목표전압발생부에서 발생된 셀 트랜지스터 문턱전압 목표치 전압(CVT_ref)이 인가되고, 드레인에 전원전압(VDD)이 인가되며, 소오스가 공통 접지되는 복수의 셀 트랜지스터 쌍이 병렬연결되어 구성되는 것이 바람직하다.Here, the monitor cell array includes a cell transistor threshold voltage target voltage CVT_ref generated by the target voltage generator, a power supply voltage VDD applied to a drain, and a source having a common ground. It is preferable that the pair is configured in parallel connection.
또한 상기 모니터 셀 어레이에 흐르는 제1전류에 의해 제1전압이 인가되는 제1저항과 상기 기준 문턱전압 모델부에 흐르는 제2전류에 의해 제2전압이 인가되는 제2저항을 더 포함한다.The apparatus further includes a first resistor to which the first voltage is applied by the first current flowing through the monitor cell array and a second resistor to which the second voltage is applied by the second current flowing to the reference threshold voltage model.
또한 상기 VBB 제공수단은 상기 제1전압과 상기 제2전압을 입력받아 비교한 전압차를 카운터 업/카운터 다운 신호로 생성하여 출력하는 비교기, 상기 카운터 업/카운터 다운 신호를 입력받아 카운터한 코드를 출력하는 업다운카운터, 상기 코드를 입력받아 아날로그 전압값으로 변환하는 D/A컨버터 및, 상기 아날로그 전압값을 기준전압(Vref_b)으로 하고, 상기 기준전압에 비례하는 절대값 크기의 벌크 바이어스 전압을 출력하는 VBB 발생기를 포함한다.The VBB providing unit generates a counter up / counter down signal by generating a voltage difference obtained by comparing the first voltage and the second voltage, and outputs a counter up / counter down signal. Output up-down counter, D / A converter that receives the code and converts it into analog voltage value, and outputs the bulk bias voltage of absolute value proportional to the reference voltage with the analog voltage value as reference voltage (Vref_b) It includes a VBB generator.
또한 상기 비교기와 상기 업다운카운터는 클록을 입력받아 동작하는 것이 바람직하다.In addition, the comparator and the up-down counter is preferably operated by receiving a clock.
또한 상기 업다운카운터로부터 입력받은 코드를 디코딩하는 디코더와, 상기 디코딩된 코드를 저장하는 레지스터를 더 포함하고, 상기 레지스터는 상기 디코딩된 코드를 외부로 출력하는 패드에 연결되는 것이 바람직하다.The apparatus may further include a decoder for decoding the code received from the up-down counter, and a register for storing the decoded code, wherein the register is connected to a pad for outputting the decoded code to the outside.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 메인 셀 트랜지스터의 문턱전압과 동일한 특성을 가지는 복수의 셀 트랜지스터로 모니터 셀 어레이를 구성하는 단계; 상기 셀 트랜지스터의 문턱전압이 문턱전압 목표치를 가질때 모니터 셀 어레이의 저항값을 가지는 모델저항을 설정하는 단계; 상기 모니터 셀 어레이에 문턱전압 목표치(CVT_ref)를 인가하여 상기 셀 트랜지스터를 턴온시키고, 상기 모델저항에 외부 전원전압을 인가하는 단계; 상기 모니터 셀 어레이와 상기 모델저항의 출력전류에 각 비례하는 전압을 이용하여 기준전압을 생성하는 단계; 및 상기 기준전압에 비례하는 벌크 바이어스 전압(VBB)을 상기 셀 트랜지스터에 인가하여 상기 셀 트랜지스터의 문턱전압이 문턱전압 목표치에 수렴하도록 하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of constructing a monitor cell array of a plurality of cell transistors having the same characteristics as the threshold voltage of the main cell transistor; Setting a model resistor having a resistance of the monitor cell array when the threshold voltage of the cell transistor has a threshold voltage target value; Applying a threshold voltage target value CVT_ref to the monitor cell array to turn on the cell transistor, and applying an external power supply voltage to the model resistor; Generating a reference voltage using a voltage proportional to the output current of the monitor cell array and the model resistor; And applying a bulk bias voltage VBB proportional to the reference voltage to the cell transistor so that the threshold voltage of the cell transistor converges to a threshold voltage target value.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로는 모니터 셀 어레이(10), 기준 문턱전압 모델부(20), 목표전압발생부(30), 비교기(46), 업다운 카운터(44), D/A컨버터(42), VBB 발생기(40), 디코더(60), 레지스터(62), 카운터 제어부(70) 및 펄스 발생기(72)를 포함한다.2 is a circuit diagram illustrating a cell transistor threshold voltage trimming according to an embodiment of the present invention. 2, a cell transistor threshold voltage trimming circuit according to an embodiment of the present invention includes a
상기 모니터 셀 어레이(10)는 메인 셀(main cell)의 셀 트랜지스터 문턱전압(cell transistor threshold voltage)을 추출하기 위한 모니터링 어레이(monitoring array)이다. 따라서, 모니터 셀 어레이(10)는 메인 셀과 동일한 레이아웃(layout)과 동일한 프로세스로 제조하여 메인 셀의 특성, 즉 메인 셀 트랜지스터 문턱전압과 동일한 특성을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 어레이 단위는 수 천개의 셀 트랜지스터의 병렬연결로 구성될 수 있다.The
모니터 셀 어레이(10)는 모니터 셀 어레이의 출력 전류에 의해 전압이 인가되는 R1 저항(50)을 더 포함할 수 있다. The
상기 기준 문턱전압 모델부(20)는 모니터 셀 어레이(10) 특성이 셀 트랜지스터 문턱전압의 목표치를 가진 경우 전체 저항값과 동일한 모델저항(Rmodel)값을 가지는 블록으로서, 트리밍을 통해서 모니터 셀 어레이(10)의 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표치에 도달했는지 확인하기 위한 기준값을 제공한다. The reference threshold
여기서 트리밍이란 셀이 형성되는 웰(well)의 전압(VBB) 값에 따라서 셀 트랜지스터 문턱전압이 모듈레이션(modulation)되는 원리를 이용하여 목표치에서 벗어난 특정 다이의 셀 트랜지스터 문턱전압을 목표치로 수렴시키는 것을 말한다. 웰의 전압(VBB)은 셀의 리키지(leakage) 감소 및 문턱전압을 안정화시키기 위한 셀 트랜지스터의 벌크 바이어스(bulk bias) 전압이다. 도 3은 VBB에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압의 경향을 도시한 그래프로서, VBB에 따라서 셀 트랜지스터 문턱전압값이 변동됨을 보여준다. Here, trimming refers to converging the cell transistor threshold voltage of a specific die deviating from the target value to a target value by using the principle that the cell transistor threshold voltage is modulated according to the voltage VBB value of the well in which the cell is formed. . The voltage VBB of the well is a bulk bias voltage of the cell transistor for reducing the cell leakage and stabilizing the threshold voltage. 3 is a graph illustrating the trend of the cell transistor threshold voltage according to VBB, and shows that the cell transistor threshold voltage varies according to VBB.
기준 문턱전압 모델부(20)는 외부 전원전압(VDD)을 스위칭하여 모델저항에 인가하는 nMOS트랜지스터(M1)를 더 포함할 수 있는데, nMOS트랜지스터(M1)의 턴온(turn-on) 저항과 Rmodel 의 직렬 연결 저항값은 프로세스 변화(variation)의 영향이 최소화되도록 레이아웃 사이즈(layout size)가 결정되는 것이 바람직하다. The reference threshold
기준 문턱전압 모델부(20)는 기준 문턱전압 모델부(20)의 출력 전류에 의해 전압이 인가되는 R2 저항(52)을 더 포함한다. 이 R2 저항(52)은 모델저항에 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.The reference threshold
상기 목표전압발생부(refernce generator)(30)는 모니터 셀 어레이(10)를 턴온시키기 위한 게이트 전압을 공급한다. 목표전압발생부(30)는 트리밍 시작신호(Trim_start)가 인에이블(enable)되면, 셀 트랜지스터 문턱전압의 목표치 전압(CVT_ref)에 해당하는 일정한 전압을 발생한다. The
한편 셀 트랜지스터 문턱전압 값의 다이간 변동을 보상하기 위하여 목표전압 발생부(30)에 독립적인 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 기능을 설치할 수도 있다.An independent cell transistor threshold voltage trimming function may be provided in the
상기 비교기(46)는 모니터 셀 어레이(10)의 출력 전류 I1에 비례하는 전압(R1에 인가된 전압)과 기준 문턱전압 모델부(20)의 출력 전류 I2에 비례하는 전압(R2에 인가된 전압)을 입력받고 비교하여 카운트 업(counter up)/ 카운터 다운(counter down) 신호를 발생시킨다. The
상기 업다운 카운터(44)는 트리밍 시작신호(Trim_start)에 의해 리셋(reset)되며, 초기화된 트림 코드(trim_code: n-bit)값을 가지고 있다가 비교기(46)로부터 카운트 업(count_up) 또는 카운트 다운(count_down) 신호를 입력받고 업(up)/다운(down) 카운팅을 실시하여 트림 코드(trim_code)를 업데이트 한다. The up-
상기 D/A컨버터(digital to analog converter)(42)는 업다운 카운터(44)에서 업데이트된 트림 코드를 아날로그 전압값으로 변환한다.The D /
상기 VBB 발생기(generator)(40)는 D/A 컨버터로(42)부터 입력받은 아날로그 전압값을 기준 전압(Vref_b)으로 하여 기준전압에 비례하는 절대값의 크기를 가지는 VBB를 발생한다.The
상기 디코더(60)는 업다운 카운터(44)로부터 트림 코드를 입력받아 디코딩하여 상기 레지스터(62)에 기록한다. 레지스터(62)에 저장되는 트림 코드 값은 회로의 특정 테스트시 패드를 통하여 출력되어, 최종적으로 VBB 트리밍 퓨즈 커팅(trimming fuse cutting) 정보로 이용될 수 있다. 여기서 레지스터(62)는 n-bit 트림 코드를 저장할 수 있도록 2n-bit 레지스터인 것이 바람직하다.The
상기 카운터 제어부(70)는 업다운 카운터(44)로부터 트림 코드를 입력받아 트림 코드가 최대값 또는 최소값을 가지면, 업다운 카운터(44)가 더 이상 동작하지 않도록 펄스 발생기(72)를 디제이블(disable) 시킨다.The
상기 펄스 발생기(72)는 트리밍 시작신호(Trim_start)에 의해 규정된 개수의 펄스를 발생시킨다. 펄스 발생기(72)의 필요한 최소의 펄스 개수는 웰의 전압(VBB)을 모듈레이션해서 수정된 모니터 셀 어어레이의 문턱 전압값이 문탁전압 목표치와 1비트에 해당하는 변화량의 범위내에서 일치하는 최종상태까지 카운터하는 것을 보장하기 위하여 필요한 펄스 갯수가 최대가 되는 상황을 가정해서 설정하는 것이 바람직하다.The
가장 극단적인 상황, 예를들면 업다운 카운터(44)로부터 입력되는 트림 코드의 레졸루션(resolution)이 n-bit 이고, 초기값이 a라면, 카운터가 0이나 2n-1까지 카운터를 해야 비로소 문탁전압 목표치 또는 문턱전압 목표치와 가장 차이가 적은 값에 도달한다고 할 때, 필요한 카운터 횟수, 즉 펄스 개수는 a 또는 2n-1-a 중 더 큰 값이 된다. 따라서 필요한 최소 펄스 개수는 MAX(2n-1-a, a) 이상으로 정해지는 것이 바람직하다.In the most extreme situation, for example, if the resolution of the trim code input from the up-
여기서 n-bit의 레졸루션이란 업다운 카운터(44)가 2n의 카운터를 할 수 있음을 의미한다. 예를들면, 4비트 레졸루션이면, 0내지15의 구분된 상태를 지정할 수 있다. The n-bit resolution here means that the up-
다음은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로의 동작과정을 설명한다.The following describes the operation of the cell transistor threshold voltage trimming circuit according to an embodiment of the present invention.
먼저 트리밍 시작신호가 인에이블되면, 목표전압발생부는 모니터 셀 어레이를 턴온시키기 위한 게이트 전압(CVT_ref)를 발생시켜 모니터 셀 어레이의 게이트에 인가한다. 여기서 모니터 셀 어레이의 게이트에 인가되는 전압(CVT_ref)은 셀 트랜지스터 문턱전압의 목표치가 된다.First, when the trimming start signal is enabled, the target voltage generator generates a gate voltage CVT_ref for turning on the monitor cell array and applies it to the gate of the monitor cell array. The voltage CVT_ref applied to the gate of the monitor cell array is a target value of the cell transistor threshold voltage.
모니터 셀 어레이의 게이트에 CVT_ref가 인가되어 게이트가 턴온(turn-on)되면, 모니터 셀 어레이를 구성하는 트랜지스터의 턴온 전류 I1이 발생한다. 전류 I1 은 셀 트랜지스터 문턱전압의 실제값에 영향을 받는 데 셀 트랜지스터 문턱전압이 커지면 전류 I1은 작아진다. When CVT_ref is applied to the gate of the monitor cell array and the gate is turned on, the turn-on current I1 of the transistors constituting the monitor cell array is generated. The current I1 is affected by the actual value of the cell transistor threshold voltage. As the cell transistor threshold voltage increases, the current I1 decreases.
또한 트리밍 시작신호가 인에이블되면, 기준 셀 트랜지스터 문턱전압 모델부의 nMOS트랜지스터(M1)이 턴온되어 전류 I2가 발생한다. 이때 발생되는 전류 I2는 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표전압발생부에서 공급하는 목표치(CVT_ref)에 도달하였을 때 모니터 셀 어레이에서 흐르는 전류 I1과 동일하도록 조정되는 것이 바람직하다.In addition, when the trimming start signal is enabled, the nMOS transistor M1 of the reference cell transistor threshold voltage model part is turned on to generate a current I2. The current I2 generated at this time is preferably adjusted to be equal to the current I1 flowing in the monitor cell array when the cell transistor threshold voltage reaches the target value CVT_ref supplied by the target voltage generator.
즉, 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표치(CVT_ref)보다 크면, 전류 I1는 전류 I2 보다 작고, 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표치(CVT_ref)보다 작으면, 전류 I1은 전류 I2 보다 크게 된다.That is, if the cell transistor threshold voltage is larger than the target value CVT_ref, the current I1 is smaller than the current I2, and if the cell transistor threshold voltage is smaller than the target value CVT_ref, the current I1 is larger than the current I2.
전류 I1과 전류 I2는 각각 저항 R1과 저항 R2을 통하여 전류의 크기에 비례 하는 두 전압을 비교기로 입력하면 비교기는 입력된 두 전압을 비교하여 카운트 업(count up) 혹은 카운트 다운(count down) 신호를 발생한다. When the current I1 and the current I2 input two voltages proportional to the magnitude of the current through the resistor R1 and the resistor R2, respectively, the comparator compares the two input voltages and counts up or counts down the signal. Occurs.
업다운 카운터는 비교기로부터 카운트 업(count up) 혹은 카운트 다운(count down) 신호를 입력받아 업 혹은 다운 카운팅을 실시하여 초기화된 트림 코드를 업데이트하고, 업데이트된 트림코드를 D/A 컨버터로 입력한다.The up-down counter receives a count up or count down signal from a comparator, performs up or down counting to update the initialized trim code, and inputs the updated trim code to the D / A converter.
D/A 컨버터는 업다운 카운터로부터 입력받은 트림코드를 아날로그 전압값으로 변환하여 VBB 발생기로 입력한다. VBB 발생기는 D/A 컨버터로 부터 입력받은 아날로그 전압값을 기준전압(Vref_b)으로 하여 기준전압에 비례하는 절대값의 크기를 가지는 VBB를 발생시킨다. 이 때 VBB는 모니터 셀 어레이의 셀 트랜지스터 문턱전압 값이 목표치(CVT_ref)에 수렴하는 방향으로 업데이트 된다. The D / A converter converts the trim code received from the up-down counter into an analog voltage value and inputs it to the VBB generator. The VBB generator generates a VBB having an absolute value proportional to the reference voltage by using the analog voltage value input from the D / A converter as the reference voltage Vref_b. At this time, VBB is updated in a direction in which the cell transistor threshold voltage value of the monitor cell array converges to the target value CVT_ref.
즉, 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표치(CVT_ref)보다 작은 경우, VBB의 절대값은 커지고, 셀 트랜지스터 문턱전압이 목표치(CVT_ref)보다 큰 경우, VBB의 절대값이 작아지는 방향으로 수정된다.That is, when the cell transistor threshold voltage is smaller than the target value CVT_ref, the absolute value of VBB is increased, and when the cell transistor threshold voltage is larger than the target value CVT_ref, it is corrected in the direction of decreasing the absolute value of VBB.
이상에서 설명한 셀 트리밍 과정을 통하여 목표치에서 벗어난 특정 다이의 셀 트랜지스터의 문턱전압을 목표치로 수렴시킬 수 있게 된다.Through the cell trimming process described above, the threshold voltage of the cell transistor of the specific die deviating from the target value can be converged to the target value.
도 4는 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 전후의 불량률 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 전, 셀 트랜지스터 문턱전압의 분포는 도번 14와 같은 분포를 가지고 도번 16 영역에 해당하는 불량률이 발생하지만, 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 후, 셀 트랜지스터 문턱 전압 분포는 도번 15와 같이 교정되고 도번 17 영역에 해당하는 불량률이 발생되어 트리밍을 통해 도번 16 영역과 도번 17 영역의 차이 만큼 불량률을 줄일 수 있음을 알 수 있다.FIG. 4 is a diagram for explaining a defect rate change before and after trimming the cell transistor threshold voltage. As shown in FIG. 4, before the cell transistor threshold voltage trimming, the cell transistor threshold voltage distribution has the same distribution as that of FIG. Although the defective rate corresponding to the region occurs, after trimming the cell transistor threshold voltage, the cell transistor threshold voltage distribution is corrected as shown in FIG. 15, and the defective rate corresponding to the FIG. 17 region is generated. As can be seen that the defect rate can be reduced.
한편 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍은 웨이퍼의 정규 테스트의 가장 초기 단계에서 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 다이별 VBB 트리밍 정보를 얻은 다음, 트리밍 퓨즈 커팅을 실시하여 셀 트랜지스터 문턱전압의 변동폭을 줄인 후 프로브 테스트(probe test)를 실시하거나, VBB 트리밍 정보를 감안하여 다이별로 VBB의 포싱 레벨(forcing level)을 결정하고 프로브 테스트를 실시한 후 트리밍 퓨즈 커팅을 차후에 실시할 수 있다.On the other hand, cell transistor threshold voltage trimming is preferably performed at the earliest stage of the normal test of the wafer. For example, after obtaining VBB trimming information for each die, trimming fuse cutting is performed to reduce the variation of the cell transistor threshold voltage, and then a probe test is performed, or the VBB forcing level for each die in consideration of the VBB trimming information. After determining the forcing level and performing a probe test, trimming fuse cutting can be performed later.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 셀 트랜지스터 문턱전압 트리밍 회로 및 그 방법은 다이의 셀 트랜지스터의 문턱전압을 모니터링하고 셀 트랜지스터 문턱전압의 목표치 이탈 정도에 따라 적당한 VBB를 선택하여 셀 트랜지스터 문턱전압을 다이별로 보정해줌으로서, 생산 수율 증가와 생산 수율 증가에 따르는 제조 원가 감소 및 생산량이 증대되는 효과가 있다.As described above, the cell transistor threshold voltage trimming circuit and the method of the present invention monitor the threshold voltage of the cell transistors of the die and select the appropriate VBB according to the deviation of the target value of the cell transistor threshold voltage to die the cell transistor threshold voltage. As a result of the correction, there is an effect of increasing production yield and increasing production yield and decreasing production cost.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.
Claims (7)
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KR1020050107721A KR100650768B1 (en) | 2005-11-10 | 2005-11-10 | Cell transistor threshold voltage trimming circuit and method thereof |
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