DE10120255C2 - Integrated semiconductor memory with self-test and test arrangement with test system and integrated semiconductor memory - Google Patents
Integrated semiconductor memory with self-test and test arrangement with test system and integrated semiconductor memoryInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten Halb leiterspeicher mit Selbsttest sowie eine Test-Anordnung mit einem Test-System und dem integriertem Halbleiterspeicher.The present invention relates to an integrated half circuit memory with self-test and a test arrangement with a test system and the integrated semiconductor memory.
Konventionelle Speicherchips, beispielsweise DRAMs (Dynamic Random Access Memory), weisen zur Ausbeutesteigerung bei der Fertigung üblicherweise redundante Speicherzellen auf, mit denen defekte Speicherzellen des Speicherbausteins ersetzt werden können. Beispielsweise 256 Megabit-Speicherchips kön nen mehrere 1000 redundante Elemente aufweisen.Conventional memory chips, for example DRAMs (Dynamic Random Access Memory), to increase the yield at Manufacturing usually redundant memory cells with which replaced defective memory cells of the memory chip can be. For example, 256 megabit memory chips several 1000 redundant elements.
Um defekte Speicherzellen in einem Speicherchip ersetzen zu können, ist es zunächst erforderlich, den Speicherchip in ei nem Testsystem zu testen. Hierfür stehen teure und aufwendig realisierte Testsysteme zur Verfügung, welche eine festgeleg te Anzahl von Testkanälen haben, die mit Datenausgängen, den sogenannten DQ-Pads, der Speicherbausteine verbunden werden. Für 256 Megabit-Speicherchips werden beispielsweise 16 derar tige I/O-Kanäle gleichzeitig benötigt.In order to be able to replace defective memory cells in a memory chip, it is first necessary to test the memory chip in a test system. For this purpose, expensive and complex test systems are available, which have a defined number of test channels, which are connected to data outputs, the so-called DQ pads, of the memory modules. For example, 16 such I / O channels are required simultaneously for 256 megabit memory chips.
Da die auf dem Speicherbaustein vorzusehenden redundanten Speicherzellen zusätzlichen Flächenbedarf auf dem Chip erfor dern und damit auch höhere Kosten verursachen, ist es wün schenswert, die zur Verfügung stehende Redundanz möglichst optimal auszunutzen und eine hohe Ausbeute zu erreichen. Hierfür sind in den Testsystemen, welche als hochparallele, externe Rechnersysteme ausgeführt sind, rechenintensive und aufwendige Algorithmen implementiert. Die dabei eingesetzten Redundanzalgorithmen sind sehr komplex.Because the redundant to be provided on the memory chip Memory cells require additional space on the chip and cause higher costs, it is wonderful worth it, the redundancy available if possible optimal use and to achieve a high yield. For this purpose, in the test systems, which are highly parallel, external computer systems are executed, computing-intensive and elaborate algorithms implemented. The used Redundancy algorithms are very complex.
Die Komplexität der Aufgabe nimmt dadurch zu, daß mit einem redundanten Element, beispielsweise einer redundanten Wortleitung, mehrere Speicherzellenfehler entlang der Wortleitung reparierbar sind, welche alternativ mit einer Vielzahl redun danter Bitleitungen repariert werden könnten. Eine weitere Erhöhung der Komplexität der Aufgabe ergibt sich durch häufig eingesetzte sogenannte Interblock-Redundanz-konzepte, welche (übrige) redundante Elemente aus im gleichen Speichenchip an geordneten fremden Speicherblöcken zur Verfügung stellen kön nen.The complexity of the task increases because with one redundant element, for example a redundant word line, multiple memory cell errors along the word line are repairable, which alternatively talk to a variety then bit lines could be repaired. Another Increasing the complexity of the task often results from so-called interblock redundancy concepts used, which (Other) redundant elements from in the same spoke chip can provide ordered foreign memory blocks NEN.
Das Umprogrammieren und hierdurch erfolgende Ersetzen der de fekten Speicherzellen durch redundante Elemente erfolgt übli cherweise mittels Lasereinwirkung und sogenannte Laser-Fuses bei der Fertigung.The reprogramming and thereby replacing the de faulty memory cells due to redundant elements usually by means of laser exposure and so-called laser fuses in manufacturing.
Problematisch bei der zunehmenden Speicherdichte und der zu nehmenden Größe der Speicherchips ist es, daß eine Vielzahl von Datenausgangstreibern, beispielsweise 16 Kanäle, am zu testenden Speicherchip, dem sogenannten DUT (Device Under Test) vorgesehen sind, die eine gleiche Anzahl paralleler Da tenkanäle am Testsystem zum Testen eines einzelnen Speicher chips erforderlich machen. Zudem müssen diese Testkanäle des Testsystems zur Übertragung der Testdaten vom Speicherchip in das Testsystem zur Redundanzberechnung mit hohen Frequenzen arbeiten können, beispielsweise mit 100 MHz bei 100 MHz SD(Synchronous Dynamic)-RAMs.Problematic with the increasing storage density and the too increasing size of memory chips is that a variety of data output drivers, for example 16 channels testing memory chip, the so-called DUT (Device Under Test) are provided, which have an equal number of parallel Da channels on the test system for testing a single memory make chips necessary. In addition, these test channels of the Test system for transferring the test data from the memory chip to the test system for redundancy calculation with high frequencies can work, for example at 100 MHz at 100 MHz SD (Synchronous Dynamic) RAMs.
In dem Dokument US 6,065,141 A ist ein Halbleiterspeicher mit einem Diagnoseschaltkreis und einem redundanten Schaltkreis angegeben. Dieser umfaßt eine Gruppe von Speicherschaltkrei sen zum Ablegen von Positionsdaten defekter Speicherzellen. Ein Ausgangsschaltkreis ist zum Umwandeln der Positionsdaten in serielle Daten ausgelegt.In the document US 6,065,141 A is a semiconductor memory a diagnostic circuit and a redundant circuit specified. This includes a group of memory circuits for storing position data of defective memory cells. An output circuit is for converting the position data designed in serial data.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen integrierten Halbleiterspeicher anzugeben, der es ermöglicht, das Ersetzen defekter Speicherzellen durch redundante Speicherzellen mit geringerem Aufwand und deutlich geringeren Testkosten durch zuführen.The object of the present invention is an integrated Specify semiconductor memory that enables replacement defective memory cells with redundant memory cells less effort and significantly lower test costs respectively.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen inte grierten Halbleiterspeicher mit Selbsttest, aufweisend die Merkmale des vorliegenden Patentanspruchs 1.According to the invention the object is achieved by an inte free semiconductor memory with self-test the features of the present patent claim 1.
In dem Pufferspeicher werden lediglich die als defekt erkann ten Speicherzellen abgelegt und anschließend über den Paral lel-/Seriell-Wandler zu einem externen Tester übertragen. Hierdurch sind die zum Tester zu übertragenden Daten signifi kant reduziert.Only those that are defective are recognized in the buffer memory stored memory cells and then via the Paral Transfer the lel / serial converter to an external tester. As a result, the data to be transmitted to the tester are signifi reduced edge.
Der Parallel-/Seriell-Wandler ermöglicht eine Reduzierung der Datenausgangstreiber(DQ)-Pads an einem Speicherchip von übli cherweise derzeit 16 auf lediglich 1 Anschluß-Pad, über wel ches alle erforderlichen und vollständigen Redundanzinforma tionen vom DUT zum Tester transferiert werden können. Somit kann die Parallelität beim Testen deutlich erhöht werden, da ein Vielfaches von Speicherchips gleichzeitig an einem vielkanaligen Tester getestet werden kann.The parallel / serial converter enables a reduction of the Data output driver (DQ) pads on a memory chip from übli currently 16 on only 1 connection pad, via wel all necessary and complete redundancy information ions can be transferred from the DUT to the tester. Consequently the parallelism during testing can be significantly increased because a multiple of memory chips simultaneously on one multi-channel tester can be tested.
Hierdurch sind die Test- und damit auch die Herstellkosten, von denen die Testkosten heute bereits über 10% ausmachen können, deutlich reduziert.As a result, the test and thus the manufacturing costs, of which the test costs already make up over 10% can, significantly reduced.
Der Pufferspeicher ist bei einer Anzahl von M redundanten Wortleitungen und N redundanten Bitleitungen in einem Spei cherzellenfeld des integrierten Halbleiterspeichers bevorzugt als M/N + 1 oder als M + 1/N Speicher ausgebildet.With a number of M, the buffer memory is redundant Word lines and N redundant bit lines in one memory cher cell field of the integrated semiconductor memory is preferred designed as M / N + 1 or as M + 1 / N memory.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung beträgt die Bitbreite des Ausgangs des Parallel/Seriell- Wandlers kleiner 4. In a preferred embodiment of the present invention the bit width of the output of the parallel / serial Converter less than 4.
Die Bitbreite des Ausgangs des Parallel-/Seriell-Wandlers ist im gegebenen Zusammenhang gleichbedeutend mit der Anzahl der zum Testen eines integrierten Halbleiterspeichers erforderli chen Kanäle am Testsystem und gleichbedeutend mit der Anzahl der Datenausgangstreiber am integrierten Halbleiterspeicher. Diese beträgt beim vorliegenden Gegenstand vorzugsweise 1 oder 2.The bit width of the output of the parallel / serial converter is in the given context synonymous with the number of to test an integrated semiconductor memory Chen channels on the test system and synonymous with the number the data output driver on the integrated semiconductor memory. In the present subject matter, this is preferably 1 or 2.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist der Parallel-/Seriell-Wandler als Schie beregister ausgebildet. Das Schieberegister weist bevorzugt parallele Dateneingänge zum Übertragen von bevorzugt Spalten information, Zeileninformation und DQ-Adresse der jeweiligen, defekten und zu ersetzenden Speicherzelle auf. Die DQ-Adresse kann dabei zum eindeutigen Zuordnen der defekten Speicherzel le zu einem bestimmten Speicherzellenfeld im integrierten Halbleiterspeicher erforderlich sein. Zusätzlich können wei tere Speicherplätze im Schieberegister zum Ablegen von Über lauf-Informationen von Zeilen oder Spalten vorgesehen sein. Das Schieberegister hat einen seriellen Ausgang, der bevor zugt lediglich 1 Bit breit ist.In a further advantageous embodiment of the present The invention is the parallel / serial converter as a shoot trained register. The shift register preferably has parallel data inputs for the transfer of preferred columns information, line information and DQ address of the respective, defective and replaceable memory cell. The DQ address can be used to clearly assign the defective memory cell le to a specific memory cell array in the integrated Semiconductor memory may be required. In addition, white more memory locations in the shift register for storing over run information of rows or columns can be provided. The shift register has a serial output that comes before only 1 bit wide.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung sind Mittel zum Komprimieren der übertragenen Test-Daten oder Redundanz-Daten der zu ersetzenden Speicher zellen im Halbleiterspeicher vorgesehen. Eine erste Kompri mierung der Daten ist bereits dadurch erreicht, daß mit vor liegendem Gegenstand lediglich die sogenannten Fail-Daten übertragen werden, das heißt lediglich diejenigen Adressen derjenigen Speicherzellen, welche als defekt erkannt sind. Eine weitere Reduzierung oder Kompression der zu übertragen den Test-Daten ermöglicht eine weitere Erhöhung der Geschwin digkeit der Redundanzberechnung. Der Kompression liegt dabei das Prinzip zugrunde, daß stets ein Vielfaches an zu testen den Zellen im Vergleich zu den zu reparierenden Zellen vor liegt. Die interne Fehler-Abspeicherung im Pufferspeicher der Redundanz-Daten kann mit einem Komprimierungsverfahren deut lich reduziert werden.In a further preferred embodiment of the present the invention are means for compressing the transmitted Test data or redundancy data of the memories to be replaced cells provided in the semiconductor memory. A first Kompri mation of the data is already achieved by using lying object only the so-called fail data are transmitted, that is, only those addresses those memory cells that are recognized as defective. Another reduction or compression of the transfer The test data enables a further increase in the speed redundancy calculation. The compression is there based on the principle that always a multiple to test the cells compared to the cells to be repaired lies. The internal storage of errors in the buffer memory of the Redundancy data can be indicated using a compression method be reduced.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung weist der Halbleiterspeicher einen Komparator zum Bereitstellen eines Fehlersignals an seinem Ausgang in Abhängigkeit von eingangsseitig anliegbaren Ist- und Soll- Testdaten auf, einen N-Zeilen-Zähler und M-Spalten-Zähler, der mit dem Komparator gekoppelt ist zum Inkrementieren von N-Zeilen-Zähler oder M-Spalten-Zähler bei Vorliegen eines Speicherzellendefektes sowie einen Speicherüberlauf-Decoder zum Übertragen von Zeilen- und Spaltenadressen in den Puffer speicher bei einem Überlauf von N-Zeilen-Zähler oder M- Spalten-Zähler.In a further preferred embodiment of the present According to the invention, the semiconductor memory has a comparator to provide an error signal at its output in Dependency on actual and target input Test data on, an N row counter and M column counter, which is coupled to the comparator for incrementing N row counter or M column counter if there is one Memory cell defect and a memory overflow decoder for transferring row and column addresses into the buffer memory in case of an overflow of N-line counter or M- Column counter.
Mit den Zeilen- und Spaltenzählern sowie dem Überlauf-Decoder und dem Komparator, welcher defekte Speicherzellen erkennt, ist eine einfache, aber sehr wirksame Komprimierung der Test daten dadurch erreicht, daß unbedingt erforderliche Reparatu ren von Bitleitungen und/oder Wortleitungen erkannt werden. Denn wenn beispielsweise auf einer Wortleitung fünf defekte Speicherzellen erkannt werden, aber lediglich vier redundante Bitleitungen vorhanden sind, so ist die betreffende Wortlei tung unbedingt zu ersetzen beziehungsweise umzuprogrammieren. Die Erkennung dieser sogenannten "Must-Repairs" vermeidet den Einsatz sehr tiefer und aufwendig zu implementierender Asso ziativspeicher zur Speicherung der fehlerhaften Zellen und stellt damit bei deutlicher Reduzierung der zu übertragenden Testdaten eine sehr kostengünstige Realisierungsmöglichkeit zur Redundanzkompression dar. Dem Speicher-Überlauf-Decoder muß zum Erkennen eines Überlaufs selbstverständlich die In formation bereitgestellt sein, wie viele redundante Bitlei tungen und wie viele redundante Wortleitungen verfügbar sind. Wird kein Speicherüberlauf erkannt, so ist der Inhalt des Pufferspeichers vollständig über den Parallel-/Seriell- Wandler zum externen Testsystem zu übertragen. With the row and column counters and the overflow decoder and the comparator, which recognizes defective memory cells, is a simple but very effective compression of the test data achieved by the absolutely necessary repair bit lines and / or word lines can be recognized. Because if, for example, five defective ones on one word line Memory cells are recognized, but only four redundant ones Bit lines are present, so is the word order in question must be replaced or reprogrammed. The detection of these so-called "must-repairs" avoids the Use of very deep and complex to implement Asso ziativ memory for storing the faulty cells and thus represents a significant reduction in the number of transmissions Test data is a very inexpensive implementation option for redundancy compression. The memory overflow decoder To detect an overflow, the In formation, how many redundant bitlei and how many redundant word lines are available. If no memory overflow is detected, the content of the Buffer memory completely via the parallel / serial Transfer converter to the external test system.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Frequenzvervielfachungsschaltung vorgese hen, die eingangsseitig mit einem Frequenzgenerator mit der maximalen Betriebsfrequenz eines extern anschließbaren Te sters koppelbar ist und die an ihrem Ausgang, der mit der Te steinrichtung gekoppelt ist, ein Vielfaches dieser Frequenz bereitstellt.In the present Invention is a frequency multiplying circuit vorese hen, the input side with a frequency generator with the maximum operating frequency of an externally connectable Te sters can be coupled and the one at its output, the one with the Te direction is coupled, a multiple of this frequency provides.
Dem Vorsehen der Frequenzvervielfachungsschaltung liegt das Prinzip zugrunde, die interne Testgeschwindigkeit des DUT von der externen Testsystemgeschwindigkeit zu entkoppeln. Bei spielsweise kann ein mit 30 MHz spezifiziertes Testsystem das DUT mit 30 MHz ansteuern, das DUT selbst kann seinen internen Selbsttest BIST (Built In Self Test) mittels der Frequenzver vielfachungsschaltung intern mit 120 MHz durchführen und die Redundanzdaten komprimiert mit 30 MHz an den Datenausgangs treiber zur Verfügung stellen. Demnach können vorteilhafter weise Testsysteme mit geringeren Anforderungen an die System geschwindigkeit verwendet werden und hierdurch weitere Test kosten eingespart werden.This is due to the provision of the frequency multiplication circuit Principle, the internal test speed of the DUT from to decouple the external test system speed. at for example, a test system specified at 30 MHz can Control the DUT at 30 MHz, the DUT itself can use its internal BIST (Built In Self Test) using the frequency ver Carry out multiplication switching internally with 120 MHz and the Redundancy data compressed at 30 MHz at the data output provide drivers. Accordingly, can be more advantageous wise test systems with lower system requirements speed can be used and thereby further test cost savings.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist eine Test-Anordnung gebildet mit einem Test-System und als DUT einem integriertem Halbleiterspeicher wie vorstehend beschrieben, wobei an die Ein-/Ausgabestelle des Halbleiterspeichers eine Workstation, ein Personal Compu ter oder dergleichen zur Redundanzberechnung außerhalb des Testsystems angeschlossen ist.In a further preferred embodiment of the present the invention is a test arrangement formed with a Test system and as a DUT an integrated semiconductor memory as described above, being at the entry / exit point the semiconductor memory a workstation, a personal computer ter or the like for redundancy calculation outside the Test system is connected.
Dies ermöglicht eine Unabhängigkeit der Redundanzberechnung vom verwendeten Testsystem, so daß bei Einführen einer neuen Speichergeneration nicht sofort neue Testsysteme, welche ko stenintensiv sind, benötigt werden, sondern zunächst ledig lich die erforderliche Rechenleistung durch Anpassen der Re chenleistung der Workstation erhöht werden kann. Zudem können die erforderlichen Redundanzalgorithmen vom Testanwender in einfacher Weise angepaßt werden, ohne am Testsystem Änderungen vom Testsystemhersteller fordern zu müssen. Dies ermög licht insgesamt eine höhere Flexibilität beim Testen von Speicherbausteinen und damit eine höhere Ausbeute.This enables the redundancy calculation to be independent from the test system used, so that when a new one is introduced Memory generation not immediately new test systems, which ko are intensive, are required, but are initially single Lich the required computing power by adjusting the Re performance of the workstation can be increased. You can also the required redundancy algorithms from the test user in can be easily adapted without changing the test system from the test system manufacturer. This enables overall a higher flexibility when testing Storage modules and thus a higher yield.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.Further details of the invention are the subject of Un subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung anhand eines vereinfachten Blockschaltbilds und Fig. 1 shows a first embodiment of the present invention using a simplified block diagram and
Fig. 2 eine Anordnung mit einem Test-System, welches an einen DQ-Ausgang eines Halbleiterspeichers gemäß Fig. 1 angeschlossen ist. FIG. 2 shows an arrangement with a test system which is connected to a DQ output of a semiconductor memory according to FIG. 1.
Fig. 1 zeigt einen integrierten Halbleiterspeicher mit Selbsttest, der mehrere Speicherzellenfelder 1 umfaßt. Jedes Speicherzellenfeld 1 weist zum Auswählen von Speicherzellen sowie für Schreib- und/oder Lesezugriffe Zeilendecoder 2 und Spaltendecoder 3 auf. Die Zeilendecoder 2 sind ausgelegt zum Auswählen von Wortleitungen 4, während die Spaltendecoder 3 zum Auswählen von Bitleitungen 5 ausgelegt sind. Fig. 1 shows an integrated semiconductor memory having self-test, a plurality of memory cell arrays 1 comprises. Each memory cell array 1 has row decoders 2 and column decoders 3 for selecting memory cells and for write and / or read accesses. The row decoders 2 are designed to select word lines 4 , while the column decoders 3 are designed to select bit lines 5 .
Das Speicherzellenfeld 1 weist eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Speicherzellen auf, von denen einige defekt sind. Die defekten Speicherzellen sind mit Bezugszeichen 6 gekennzeichnet.The memory cell array 1 has a plurality of memory cells arranged in a matrix, some of which are defective. The defective memory cells are identified by reference number 6 .
Da aufgrund der zur Herstellung von Speicherchips üblichen Fertigungsschritte eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür vor liegt, daß mehrere defekte Speicherzellen 6 entlang einer ge meinsamen Wort- oder Bitleitung 4, 5 auftreten, sind im ge zeichneten Beispiel fünf defekte Speicherzellen 6 entlang ei ner Wortleitung 4 angeordnet. Is as due to the customary for the preparation of memory chips manufacturing steps is a high probability for a plurality of defective memory cells 6 along of a common word or bit line 4, 5 occurring are arranged in ge recorded as five defective memory cells 6 along ei ner word line. 4
Mit dem Speicherzellenfeld 1 ist eine Testeinrichtung 7 zur Bereitstellung eines BIST, Built In Self Test, gekoppelt, die zum Durchführen von Funktionstests der Speicherzellen 1 aus gebildet ist. Hierfür werden Testdaten 8 in das Speicherzel lenfeld 1 geschrieben. Anschließend werden die Daten aus dem Speicherzellenfeld ausgelesen und mit den gespeicherten Test daten 8 in einem Vergleicher 9 verglichen. Anhand der Testda ten 8 stellt der Vergleicher 9 fest, ob die Speicherzellen im Speicherzellenfeld 1 defekt sind oder nicht.With the memory cell array 1 is a test device 7 for providing a BIST, built-in self-test, coupled, which is formed for performing functional testing of the memory cells 1 of. For this purpose, test data 8 are written into the memory cell 1 . The data are then read out from the memory cell array and compared with the stored test data 8 in a comparator 9 . Using the test data 8 , the comparator 9 determines whether the memory cells in the memory cell array 1 are defective or not.
Eingangsseitig an die Testeinrichtung 7 ist ein Frequenzver vielfacher 10 angeschlossen, der eine extern von einem Tester bereitgestellte Frequenz, beispielsweise ganzzahlig, verviel facht und damit den integrierten Halbleiterspeicher, insbe sondere dessen Selbsttest-Einrichtung 7, mit einer höheren Taktfrequenz als der maximalen Taktfrequenz des Testers be treibt.On the input side to the test device 7 , a frequency multiplier 10 is connected, which multiplies a frequency provided externally by a tester, for example an integer, and thus the integrated semiconductor memory, in particular its self-test device 7 , with a higher clock frequency than the maximum clock frequency of the tester be operates.
Mit der Testeinrichtung 7 sowie dem Vergleicher 9 ist weiter hin ein Pufferspeicher 11 gekoppelt, in den bei Vorliegen ei ner defekten Speicherzelle deren Zeilen- und Spaltenadresse eingeschrieben werden sowie die zugehörige DQ-Adresse, die die Zuordnung der defekten Speicherzelle 6 zu einem der Spei cherzellenfelder 1 ermöglicht. Weiterhin ist mit dem Ausgang des Vergleichers 9 je ein Spalten- und Zeilenzähler 12, 13 gekoppelt. Die Zeilen- und Spaltenzähler 12, 13 sind jeweils mit einem Speicherüberlauf-Decoder 14 verbunden, der bei Vor liegen eines Speicherüberlaufs beim Zeilenzähler 12 oder beim Spaltenzähler 13 die entsprechende Adresse der Speicherzel le 6 im Pufferspeicher 11 markiert, während dann, wenn kein Überlauf vorliegt, der gesamte Inhalt des Pufferspeichers 11 in den Tester geschrieben wird.A buffer memory 11 is further coupled to the test device 7 and the comparator 9 , in which the row and column addresses are written in the presence of a defective memory cell, and the associated DQ address is used to assign the defective memory cell 6 to one of the memory cell fields 1 enables. Furthermore, a column and row counter 12 , 13 is coupled to the output of the comparator 9 . The row and column counters 12 , 13 are each connected to a memory overflow decoder 14 which marks the corresponding address of the memory cell 6 in the buffer memory 11 when there is a memory overflow in the row counter 12 or the column counter 13 , while when there is no overflow , the entire content of the buffer memory 11 is written into the tester.
Schließlich ist mit Pufferspeicher 11 und Speicherüberlauf- Decoder 14 ein Parallel-/Seriell-Wandler 15 gekoppelt, der zum parallelen Einlesen von Daten mit den Speicherfeldern für Zeilen-, Spalten- und DQ-Adressinformationen des Pufferspei chers 11 verbunden ist und der einen seriellen Ausgang auf weist zum seriellen Heraustakten der Redundanzdaten über le diglich ein einziges Pin beziehungsweise Pad des DUT, das heißt des integrierten Halbleiterspeichers. Der Paral lel/Seriell-Wandler 15 ist als Schieberegister ausgeführt. Zusätzlich zu den beschriebenen, im Pufferspeicher 11 abge legten Adreßinformationen weist das Schieberegister 15 eine oder mehrere weitere Speicherzellen W, B zum Ablegen von Speicherüberlauf-Informationen der Zähler 12, 13 auf und ist hierfür mit dem Decoder 14 verbunden.Finally, a parallel / serial converter 15 is coupled to the buffer memory 11 and the memory overflow decoder 14 and is connected to the memory fields for row, column and DQ address information of the buffer memory 11 and one serial output for parallel reading in of data has only a single pin or pad of the DUT, that is to say of the integrated semiconductor memory, for clocking out the redundancy data in series. The parallel / serial converter 15 is designed as a shift register. In addition to the described address information stored in the buffer memory 11 , the shift register 15 has one or more further memory cells W, B for storing memory overflow information from the counters 12 , 13 and is connected to the decoder 14 for this purpose.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anordnung der Fig. 1 erläutert: Das Speicherzellenfeld 1 weist N zur Verfügung stehende redundante Bitleitungen und M zur Verfügung stehende redundante Wortleitungen auf. Die Testeinrichtung 7, die ei nen BIST-Prozessor umfaßt, stellt die für einen Speicherzel lenfeldtest erforderlichen Wortleitungs- und Bitleitungs adressen sowie die zu schreibenden und zu lesenden Daten zur Verfügung. Im Falle eines fehlerhaften Lesezugriffes, das heißt bei Vorliegen einer defekten Speicherzelle, wird die gerade angelegte Speicheradresse in dem Pufferspeicher 11 ab gelegt, gleichzeitig wird der Spalten- oder Zeilenzähler 12, 13 erhöht, je nachdem ob der Testalgorithmus entlang einer Wortleitung, das heißt Inkrementierung des Wortleitungszäh lers, oder entlang einer Bitleitung, das heißt Inkrementie rung des Bitleitungszählers testet. Bei dem darauffolgend auftretenden fehlerhaften Zugriff, das heißt der darauffol gend als defekt erkannten Speicherzelle wird wiederum die fehlerhafte Adresse im Pufferspeicher 11 abgelegt, wobei die zuvor gespeicherte Adresse in das nächste Schieberegister verschoben wird. Wiederum wird der entsprechend zugehörige Zähler 12, 13 erhöht. Dieser Vorgang wird so lange wieder holt, bis entweder einer der Zähler 12, 13 überläuft, oder die Testeinrichtung 7 das nächste Speichersegment adressiert. In diesem Fall werden die Zähler 12, 13 mit einer Rück setzeinrichtung (Reset) zurückgesetzt. Läuft einer der Zähler 12, 13 über, so wird nur die letzte oder die erste fehlerhaf te Adresse inklusive Wortleitungs- oder Bitleitungsbit W, B und dem entsprechenden Datensegment DQ über den Parallel- /Seriell-Wandler 15 an das externe Testsystem seriell heraus getaktet.The mode of operation of the arrangement in FIG. 1 is explained below: The memory cell array 1 has N available redundant bit lines and M available redundant word lines. The test device 7 , which comprises a BIST processor, provides the word line and bit line addresses required for a memory cell field test as well as the data to be written and read. In the event of a faulty read access, that is to say if a defective memory cell is present, the memory address just created is stored in the buffer memory 11 , at the same time the column or line counter 12 , 13 is increased, depending on whether the test algorithm along a word line, that is to say incrementation of the word line counter, or along a bit line, that is, incrementation of the bit line counter tests. In the event of incorrect access subsequently occurring, that is to say the memory cell subsequently recognized as defective, the defective address is in turn stored in the buffer memory 11 , the previously stored address being shifted into the next shift register. Again, the corresponding counter 12 , 13 is increased. This process is repeated until either one of the counters 12 , 13 overflows or the test device 7 addresses the next memory segment. In this case, the counters 12 , 13 are reset with a reset device (reset). If one of the counters 12 , 13 overflows, only the last or the first incorrect address including word line or bit line bits W, B and the corresponding data segment DQ is clocked out in series via the parallel / serial converter 15 to the external test system.
Im Falle, daß keiner der Zähler 12, 13 überläuft und der Te stalgorithmus in ein weiteres Speichersegment, beispielsweise ein weiteres Speicherzellenfeld 1, springt, kann keine Kom pression stattfinden und die vollständigen Adreßdaten inklu sive Datensegment müssen seriell an das externe Testsystem getaktet werden. Da allerdings bei n verfügbaren redundanten Elementen die zu testenden Wortleitungen/Bitleitungen übli cherweise mindestens 100 × n betragen, kann selbst bei nicht komprimierten Daten (maximal n) die Datenrate um ein Vielfa ches reduziert werden und damit die externe und interne Test frequenz über den Frequenzvervielfacher 10 voneinander ent koppelt werden.In the event that none of the counters 12 , 13 overflow and the test algorithm jumps into a further memory segment, for example another memory cell array 1 , no compression can take place and the complete address data including data segment must be clocked serially to the external test system. However, since with n available redundant elements, the word lines / bit lines to be tested are usually at least 100 × n, the data rate can be reduced by a multiple even with uncompressed data (maximum n) and thus the external and internal test frequency via the frequency multiplier 10 be decoupled from each other.
Im in der Fig. 1 gezeigten Beispiel sind N + 1 fehlerhafte Zellen entlang einer Wortleitung aufgetreten. Da in dem glei chen Speichersegment jedoch nur N redundante Bitleitungen zur Verfügung stehen, muß die Reparatur über die zur Verfügung stehenden redundanten Wortleitungen durchgeführt werden. Dies wird als "Must repair" bezeichnet. Es ist daher nicht notwen dig, die Fehleradressen der N + 1 Zellen zum externen Testsy stem zu übertragen, sondern lediglich die Adresse der fehler haften Wortleitung 4, das betroffene Segment DQ sowie ein weiterer Indikator, ein sogenanntes Flag, zur Kennzeichnung, daß eine Kompression der Datenkette in Wortleitungsrichtung W stattgefunden hat. Mit dieser Information kann ein externes Redundanzberechnungssystems die ursprüngliche Fehlerinforma tion rückgewinnen. Bei einem Test entlang der Bitleitungen mit maximal M redundanten Wortleitungselementen ist das Vor gehen entsprechend. In the example shown in FIG. 1, N + 1 faulty cells have occurred along a word line. However, since only N redundant bit lines are available in the same memory segment, the repair must be carried out using the available redundant word lines. This is called "must repair". It is therefore not necessary to transmit the error addresses of the N + 1 cells to the external test system, but only the address of the faulty word line 4 , the affected segment DQ and another indicator, a so-called flag, to indicate that compression the data chain in the word line direction W has taken place. With this information, an external redundancy calculation system can recover the original error information. The procedure is the same for a test along the bit lines with a maximum of M redundant word line elements.
Die zur Implementierung des beschriebenen Konzepts erforder lichen schaltungstechnischen Maßnahmen sind einfach durch führbar.Necessary to implement the concept described circuitry measures are simply through feasible.
Neben der beschriebenen Entkopplung und Tester-Betriebs frequenz und interner Testfrequenz auf dem DUT bietet das be schriebene Prinzip eine höhere Parallelität beim Testen, da das DUT lediglich einen Kanal eines Testers belegt, anstelle üblicherweise 16 Kanälen, somit können Funktionstests kosten günstiger durchgeführt werden. Die hohe interne Kompression der Daten trägt zu einer deutlichen Reduzierung der Testzei ten bei und damit zu einer weiteren Kostenersparnis. Der in terne Adreßraum kann dabei stark verringert werden.In addition to the described decoupling and tester operation frequency and internal test frequency on the DUT principle, a higher degree of parallelism when testing, because the DUT only occupies one channel of a tester instead of Usually 16 channels, so functional tests can cost be carried out more cheaply. The high internal compression of the data contributes to a significant reduction in the test time contributes to further cost savings. The in terne address space can be greatly reduced.
Mit dem beschriebenen Prinzip sind auch sogenannte Wafer- Level-Burn-In-Testkonzepte realisierbar. Dabei wird noch vor dem eigentlichen Fuse-Prozess, das heißt vor einem Umprogram mieren defekter Speicherzellen, ein sogenannter Wafer-Burn- In-Test durchgeführt, bei dem durch eine künstliche Alterung des Speicherbausteins und anschließendes Testen eine höhere Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit gewährleistet werden kann. Mit der üblichen, hohen Parallelität und Anzahl von Da tenausgangstreibern zur Übertragung der Redundanzinformatio nen ist ein derartiger Wafer-Level-Burn-In-Test nicht mög lich, da die aufgetretenen Fehler nicht abgespeichert werden können. Dies wäre aber erforderlich, um Fehler zu detektie ren, die lediglich bei einem derartigen Streß-Test auftreten und in einem nachfolgenden Testschritt nicht mehr detektier bar sind.With the principle described, so-called wafer Level burn-in test concepts can be implemented. It is still going on the actual fuse process, i.e. before a re-program defective memory cells, a so-called wafer burn In-test carried out by artificial aging of the memory chip and subsequent testing a higher one Reliability and reliability are guaranteed can. With the usual high parallelism and number of da output drivers for transferring redundancy information Such a wafer level burn-in test is not possible Lich, since the errors that have occurred are not saved can. However, this would be necessary to detect errors ren, which only occur in such a stress test and no longer detect in a subsequent test step are cash.
Auch sogenannte Known-Good-Die-Konzepte, welche mit den bis herigen Testanordnungen nicht möglich sind, können mit dem beschriebenen Test durchgeführt werden, da ein Test mit in terner Frequenzvervielfachung möglich ist.So-called known-good-die concepts, which use the up to previous test arrangements are not possible with the described test can be carried out because a test with in tern frequency multiplication is possible.
Während bei den bisher existierenden BIST-Konzepten sowohl die Pass- als auch die Fail-Informationen vom DUT zum Testsystem übertragen werden, das heißt sowohl die Informationen über intakte als auch Informationen über defekte Speicherzel len, und bei vorliegendem Konzept lediglich die Informationen über die defekten Speicherzellen übertragen werden, ist eine deutliche Reduzierung der zu übertragenden Daten ermöglicht.While with the existing BIST concepts both the pass and fail information from the DUT to the test system transmitted, that is, both the information about intact as well as information about defective storage cells len, and with the present concept only the information is transferred via the defective memory cells enables a significant reduction in the data to be transmitted.
Fig. 2 zeigt den Halbleiterspeicher 17 von Fig. 1, der über lediglich einen DQ-Ausgang an einen Kanal des Testers 18 an geschlossen ist zur Übermittlung von Redundanz-Daten aus dem Schieberegister 15. Gegenüber der bisher üblichen und erfor derlichen Belegung von 16 Kanälen am Tester 18 durch ledig lich einen Speicherchip 17 kann nunmehr die bis zu 16fache Anzahl von Speicherchips gleichzeitig getestet werden. Dies führt zum einen zu einer beträchtlichen Zeitersparnis durch hochparalleles Testen und zum anderen zu einer deutlichen Re duzierung der Testkosten und damit der Herstellungskosten insgesamt. FIG. 2 shows the semiconductor memory 17 from FIG. 1, which is connected to a channel of the tester 18 via only one DQ output for the purpose of transmitting redundancy data from the shift register 15 . Compared to the previously usual and necessary occupancy of 16 channels on the tester 18 by only one memory chip 17 , up to 16 times the number of memory chips can now be tested simultaneously. On the one hand, this leads to considerable time savings due to highly parallel testing and, on the other hand, to a significant reduction in the test costs and thus the overall manufacturing costs.
11
Speicherzellenfeld
Memory cell array
22
Zeilendecoder
row decoder
33
Spaltendecoder
column decoder
44
Wortleitung
wordline
55
Bitleitung
bit
66
defekte Speicherzelle
defective memory cell
77
Testeinrichtung
test equipment
88th
Testdaten
test data
99
Vergleicher
comparator
1010
Frequenzvervielfacher
frequency
1111
Pufferspeicher
buffer memory
1212
Zeilenzähler
line counter
1313
Spaltenzähler
column counter
1414
Speicherüberlauf-Decoder
Memory overflow decoder
1515
Parallel-/Seriell-Wandler
Parallel / serial converter
1616
Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle
Input / output interface
1717
Halbleiterspeicher
Semiconductor memory
1818
Test-System
Test System
Claims (6)
zumindest ein Speicherzellenfeld (1) mit Zeilen- und Spal tendecodern (2, 3) zum Auswählen von Speicherzellen des Spei cherzellenfeldes (1) sowie für Schreib-/Lesezugriffe,
eine Testeinrichtung (7), die zum Durchführen von Funk tionstests der Speicherzellen mit dem Speicherzellenfeld (1) gekoppelt ist,
einen Pufferspeicher (11) zum Ablegen von Zeilen- und Spal tenadreßinformationen als defekt erkannter Speicherzellen,
einen Parallel-/Seriell-Wandler (15), der eingangsseitig mit dem Pufferspeicher (11) und ausgangsseitig mit einer Ein-/Ausgabe-Schnittstelle (16) des Halbleiterspeichers (17) zur Übergabe von Test-Daten gekoppelt ist, und
eine Frequenzvervielfachungsschaltung (10), die eingangs seitig mit einem Frequenzgenerator eines extern anschließba ren Testers (18) koppelbar ist und die an ihrem Ausgang, der mit der Testeinrichtung (7) gekoppelt ist, ein Vielfaches der vom Frequenzgenerator erzeugten Frequenz bereitstellt.1. Integrated semiconductor memory ( 17 ) with self-test, on
at least one memory cell array ( 1 ) with row and column decoders ( 2 , 3 ) for selecting memory cells of the memory cell array ( 1 ) and for read / write access,
a test device ( 7 ) which is coupled to the memory cell array ( 1 ) for carrying out functional tests of the memory cells,
a buffer memory ( 11 ) for storing row and column address information identified as defective memory cells,
a parallel / serial converter ( 15 ) which is coupled on the input side to the buffer memory ( 11 ) and on the output side to an input / output interface ( 16 ) of the semiconductor memory ( 17 ) for transferring test data, and
a frequency multiplication circuit ( 10 ) which can be coupled on the input side to a frequency generator of an externally connectable tester ( 18 ) and which at its output, which is coupled to the test device ( 7 ), provides a multiple of the frequency generated by the frequency generator.
einen Komparator (9) zum Bereitstellen eines Fehlersignals an seinem Ausgang in Abhängigkeit von eingangsseitig anlegba ren Ist- und Soll-Testdaten,
einen Zeilenzähler (12) und/oder einen Spaltenzähler (13), der mit dem Komparator (9) gekoppelt ist zum Inkrementieren von Zeilenzähler (12) oder Spaltenzähler (13) bei Vorliegen eines Speicherzellendefektes sowie
einen Speicherüberlauf-Decoder (14) zum Übertragen von Zei len- und Spaltenadressen in den Pufferspeicher (11) bei Vor liegen eines Überlaufs von Zeilenzähler (12) oder Spaltenzäh ler (13) aufweist.3. Semiconductor memory according to claim 2, characterized in that the semiconductor memory
a comparator ( 9 ) for providing an error signal at its output as a function of actual and target test data that can be applied on the input side,
a row counter ( 12 ) and / or a column counter ( 13 ), which is coupled to the comparator ( 9 ) for incrementing the row counter ( 12 ) or column counter ( 13 ) if there is a memory cell defect and
a memory overflow decoder ( 14 ) for transmitting row and column addresses in the buffer memory ( 11 ) when there is an overflow of row counter ( 12 ) or column counter ( 13 ).
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