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Dokumentenidentifikation EP1046992 30.11.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 1046992
Titel Halbleiterspeicher vom wahlfreien Zugriffstyp mit in zwei Ebenen organisiertem Bussystem
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Brox, Dr., Martin, 81825 München, DE;
Pfefferl, Karl-Peter, 85635 Höhenkirchen-Siegertsbrunn, DE
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 03.04.2000
EP-Aktenzeichen 001072610
EP-Offenlegungsdatum 25.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2000
IPC-Hauptklasse G06F 11/20

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterspeicher vom wahlfreien Zugriffstyp mit Datenleitungen, die mit den im Speicherzellenfeld befindlichen lokalen Datenleitungen verbindbar sind, wobei die Datenleitungen in Gruppen zusammengefasst sind und mindestens eine Gruppe oder einzelne Datenleitungen der Gruppen durch Redundanzdatenleitungen ausgebildet sind, sowie mit aus dem Speicher in Gruppen heraus führenden Ein/Ausgabeleitungen ("IO = Input / Output").

Bei einer typischen Architektur eines 64-MBit-DRAMs ist die Speicherfläche in vier Quadranten zu 32 Bit Datenbreite des insgesamt 128 Bit umfassenden Speichers aufgeteilt. Die 32-Bit-breiten Datenbusse der Quadranten werden weiter in vier Gruppen zu 8 Bit unterteilt. Die Datenleitungen der Datenbusse sind mit aus dem Speicher heraus führenden Ein/Ausgabeleitungen ("IO = Input / Output") verbindbar ausgestaltet.

Bisherige Konzepte bei DRAMs verfügen über wenigstens eine redundante Datenleitung pro Gruppe oder eine komplette redundante Gruppe. Eine Gruppe umfasst hierbei eine Anzahl von Datenleitungen.

Bei diesem Konzept der Redundanz innerhalb einer Gruppe ist keine Verbindung der Gruppen untereinander vorgesehen. Nachteilig bei diesem Ansatz ist, das die maximal mögliche Anzahl der zu ersetzenden Datenleitungen innerhalb der Gruppe der Anzahl an redundanten Leitungen pro Gruppe entspricht.

Bei modernen Halbleiterspeichern, bei denen die voranschreitenden Technologie zu immer kleineren Strukturen führt, stellen Verunreinigungen oder andere Störparameter wie beispielsweise Schichtdickenschwankungen im Herstellungsprozess eine Ursache für Fehler dar, die sich über mehrere Datenleitungen oder Speicherzellen erstrecken.

So kann ein flächiger Fehler, ein sogenannter Cluster-Fehler, der sich über mehrere Bitleitungen oder Speicherzellen erstreckt, die speicherchipinternen Redundanzeinrichtungen bisheriger Bauart schnell an ihre Grenzen stoßen lassen. Bei einem Cluster-Fehler können in einer Gruppe mehr Datenleitungen betroffen sein, als redundante Leitungen in der Gruppe zur Verfügung stehen. In so einem Fall ist der gesamte Speicherchip nicht mehr zu verwenden und es kommt zum Totalausfall.

Auch sind Fehler und insbesondere auch Cluster-Fehler der speicherinternen lokalen Datenleitungen oder der Datenleitungen selbst bei der Herstellung nicht ausgeschlossen, wodurch ganze Gruppen von lokalen Datenleitungen, die der fehlerhaften Datenleitung zugeordnet sind, ausfallen und ersetzt werden müssen. In einem solchen Fall versagt das System der auf eine Gruppe begrenzten Redundanzdatenleitungen vollkommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiterspeicher zur Verfügung zu stellen, bei dem eine flexible Zuordnung der Redundanzdatenleitungen zu verschiedenen Gruppen ermöglicht ist, bei der auch Redundanzdatenleitungen von verschiedenen Gruppen einer oder mehreren Gruppen zugeordnet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein in zwei Ebenen organisiertes Bussystem vorhanden ist, wobei die erste Ebene über Busleitungen verfügt, die zum einen mit allen Ein/Ausgabeleitungen und zum anderen mit allen Datenleitungen verbindbar sind, und die zweite Ebene mehrere einzelne Teil-Busse aufweist, deren Busleitungen zum einen mit jeweils allen Datenleitungen mindestens zweier Gruppen von Datenleitungen und zum anderen mit allen Ein/Ausgabeleitungen jeweils einer Gruppe verbindbar sind.

Die Erfindung schlägt also vor, über die erste und zweite Ebene des Bussystems alle Datenleitungen des Speichers mit allen Ein/Ausgabeleitungen des Speichers zu verbinden bzw. verbindbar zu halten. Vorteil hierbei ist, dass Redundanzdatenleitungen, die durch andere Datenleitungen des Speichers ausgebildet sein können, von mehreren auseinander liegenden Gruppen einer Gruppe zugeordnet werden können, um fehlerhafte Datenleitungen zu ersetzen. Die hierbei erreichte Flexibilität ist nur noch durch die Gesamtanzahl der redundanten Datenleitungen beschränkt.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindung der Busleitungen der ersten oder der zweiten Ebene des Bussystems mit den Datenleitungen und den Ein/Ausgabeleitungen über Schalter erfolgt. Der Vorteil hierbei ist, dass die Verbindung einer Datenleitung mit einer Ein/Ausgabeleitung im Bedarfsfall durch einen Schalter reversibel geschaltet werden kann.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schalter durch eine Dreizustandsbufferschaltung (

Tristate-Buffer") ausgebildet. Der Vorteil einer Dreizustandsbufferschaltung liegt darin, dass die Verbindung reversibel geschaltet werden kann und, dass bei einer nicht benötigten Verbindung (offen) kaum Leckströme oder kapazitive Belastungen auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schalter über vorbestimmte Zustandswerte betätigt werden.

Vorteilhafterweise werden die Zustandswerte zum Betätigen der Schalter in einem im Halbleiterspeicher integrierten Festwertspeicher gehalten. Dem folgend ist der Festwertspeicher durch eine Programmierungseinrichtung mit irreversibel einstellbaren Elementen (Fuses" bzw. Antifuses") ausgebildet.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Zustandswerte für die Betätigung der Schalter nach der Durchführung eines Funktions- und Redundanz-Tests des Halbleiterspeichers gewonnen.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Figur 1
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers mit in zwei ebenen organisiertem Bussystem;
Figur 2
eine Vergrößerung des Ausschnitts II aus Figur 1; und
Figur 3
eine Vergrößerung des Ausschnitts III aus Figur 2.

In den Figuren 1 bis 3 sind nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Halbleiterspeichers schematisch dargestellt; die einzelnen Speicherzellen und deren Anordnung sowie die Weiteren zur Ansteuerung der Speicherzellen dienenden Schaltungsbestandteile (Dekoder, Verstärker, Steuerungseinrichtungen) sind dem Fachmann geläufig, und werden daher aus Gründen der einfacheren Darstellung weggelassen.

In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Halbleiterspeicher 1 dargestellt, mit den jeweils acht in Gruppen U1 bis U8 zusammengefassten Datenleitungen MDQii, über das in zwei Ebenen organisierte Bussystem mit den jeweils acht in Gruppen IO1 bis IO4 zusammengefassten IO-Leitungen RWDii verbunden werden können. Hierbei setzt sich das Bussystem in der ersten Ebene A aus acht Busleitungen A1 bis A8 zusammen, die mit allen vierundsechzig Datenleitungen MDQ11 bis MDQ88 aller Gruppen U1 bis U8, acht Redundanzdatenleitungen MDQ1R bis MDQ8R - diese sind in dem hier gezeigten Schaltungsbeispiel in Form von acht zusätzlichen Datenleitungen ausgebildet - und den zweiunddreißig IO-Leitungen RWD11 bis RWD48 aller Gruppen IO1 bis IO4 verbindbar sind und in der zweiten Ebene aus Teil-Bussen B1 bis B4, deren acht Busleitungen Bi1 bis Bi8 mit jeweils zwei Gruppen von jeweils acht Datenleitungen MDQi1 bis MDQi8 sowie deren Redundanzdatenleitung MDQiR und jeweils einer Gruppe von acht IO-Leitungen RWDi1 bis RWDi8 verbindbar sind. Bei einem Datenzugriff auf die (in den Figuren nicht näher dargestellten) Speicherzellen werden entweder die geradzahligen (U2, U4, U6, U8) oder die ungeradzahligen (U1, U3, U5, U7) Gruppen von Datenleitungen mit den Gruppen IO1 bis IO4 der IO-Leitungen verbunden.

Ein Teil der Datenleitungen MDQii einer Gruppe Ui sind durch bei fehlerfrei", d.h. ohne defekte Speicherzellen oder Datenleitungen, hergestelltem Speicher redundante Datenleitungen MDQiR, sogenannte Redundanzdatenleitungen ausgebildet (im vorliegenden Beispiel jeweils eine der Datenleitungen einer Gruppe Ui). Werden diese nicht benötigt, so werden sie nicht über das in zwei Ebenen A und B ausgebildete Bussystem mit den aus dem Speicher heraus führenden IO-Leitungen RWDii verbunden. Sollten aber einzelne Datenleitungen der Datenleitungen MDQ11 bis MDQ88 fehlerhaft sein, so werden diese nicht vermittels des Bussystem mit den IO-Leitungen verbunden, sondern eine entsprechende Anzahl von Redundanzdatenleitungen der Redundanzdatenleitungen MDQ1R bis MDQ8R. Eine Fehlerhaftigkeit von Datenleitungen kann durch fehlerhafte ihnen über die lokalen im Speicherzellenfeld befindlichen lokalen Datenleitungen zugeordnete Speicherzellen oder -bereiche sowie durch Störungen der Datenleitung oder der lokalen Datenleitungen selbst begründet sein.

Es ist auch möglich mit Hilfe der Bitleitungen oder der lokalen Bitleitungen fehlerhafte Speicherzellen durch redundante Speicherzellen durch geeignete Verschaltung zu ersetzen. In diesem Fall kann auf eine zusätzliche redundante Datenleitung MDQiR verzichtet werden. Zur Aufschaltung der die Daten der redundanten Speicherzellen tragenden Datenleitung kann das Bussystem in der selben Art und Weise betrieben werden, als wenn eine zusätzliche Datenleitung hierzu vorhanden wäre.

Figur 2 zeigt eine Vergrößerung des in Figur 1 mit II bezeichneten Abschnitts. Dargestellt sind die Datenleitungen MDQ11 bis MDQ18 der ersten Gruppe U1, eine Redundanzdatenleitung MDQ1R, sowie die Datenleitungen MDQ21 bis MDQ28 und MDQ2R der zweiten Gruppe U2, die Busleitungen B11 bis B18 des ersten Teil-Busses B1, die IO-Leitungen RWD11 bis RWD18 der ersten Gruppe IO1 von IO-Leitungen, sowie die Busleitungen A1 bis A8 des Busses der ersten Ebene A, wobei letztere mit allen anderen Daten-, Redundanzdaten- und IO-Leitungen verbunden sind.

Exemplarisch sind in der Figur 3, die eine Vergrößerung des in Figur 2 mit III bezeichneten Abschnitts ist, die Schalter SM11 und SR11 für die Verbindung der ersten Busleitung B11 des ersten Teil-Busses B1 mit der ersten Datenleitung MDQ11 der ersten Gruppe U1 von Datenleitungen und mit der ersten IO-Leitung RWD11 der ersten Gruppe IO1 von IO-Leitungen dargestellt. Die Schalter SRii und SMii können hierbei erfindungsgemäß durch sogenannte Fuses" oder Antifuses" ausgebildet sein, die bei erstmaliger Initialisierung des Speichers beim Testen desselben fest (irreversibel) eingestellt werden. Ebenso können die Schalter SRii und SMii innerhalb einer Dreizustandsbufferschaltung ausgebildet sein.

Eine Dreizustandsbufferschaltung hat den Vorteil, dass vermittels dieser die Schalter nicht irreversibel geschlossen werden, was bei Deaktivierung (Öffnen) der Schalter zu sehr hochohmigen und niederkapazitiven Kontakten und somit zu kleinen Belastungen führt. Auch kann die Dreizustandsbufferschaltung für die Aufschaltung der geradzahligen oder ungeradzahligen Gruppen von Datenleitungen auf die IO-Leitungen beim Datenzugriff dienen, was den Raum einer weiteren Schaltung hierfür einsparen würde. Die Betätigung der einzelnen Schalter der Redundanzdatenleitungen und der defekten Datenleitungen innerhalb der Dreizustandsbufferschaltung kann wiederum durch Fuses" oder Antifuses" oder dergleichen programmierbare Festwertspeicher erfolgen, deren Programmierung nach den Ergebnissen des Speichertests erfolgt. Hierbei werden zweckmäßiger Weise auch soweit es geht defekte Datenleitungen durch Redundanzdatenleitungen durch Aufschalten der kurzen Busleitungen Bii der zweiten Ebene B Bussystems anstelle der langen Busleitungen Ai der ersten Ebene A ersetzt, was die erforderliche Treiberleistung minimiert.

Durch das so sehr flexible Zuordnungssystem von kurzen TeilBusleitungen Bii der Teil-Busse B1 bis B4 und relativ wenigen langen Busleitungen A1 bis A8 der ersten Ebene A des Bussystems können sogar größere durch Cluster-Fehler bedingte Ausfälle mehrerer Datenleitungen einer Gruppe ausgeglichen werden. Hierbei wird in den meisten Fällen eine Verbindung über die kurzen Teil-Bus-Leitungen ausreichen, was die kapazitive Belastung der Leitungstreiber klein hält und damit auch die Laufzeiten kurz hält.


Anspruch[de]
  1. Halbleiterspeicher vom wahlfreien Zugriffstyp mit Datenleitungen (MDQii), die mit den im Speicherzellenfeld befindlichen lokalen Datenleitungen verbindbar sind, wobei die Datenleitungen (MDQii) in Gruppen (U1 bis U8) zusammengefasst sind und mindestens eine Gruppe oder einzelne Datenleitungen der Gruppen durch Redundanzdatenleitungen (MDQiR) ausgebildet sind, sowie mit aus dem Speicher in Gruppen (IO1 bis IO4) heraus führenden Ein/Ausgabeleitungen (
    IO = Input/Output"),

    dadurch gekennzeichnet,

    dass ein in mindestens zwei Ebenen organisiertes Bussystem vorgesehen ist, wobei eine erste Ebene über Busleitungen (Ai) verfügt, die zum einen mit allen Ein/Ausgabeleitungen (RWDii) und zum anderen mit allen Datenleitungen (MDQii) verbindbar sind, und eine zweite Ebene mehrere einzelne Teil-Busse (B1 bis B4) aufweist, deren Busleitungen (Bii) zum einen mit Datenleitungen (MDQii) mindestens zweier Gruppen von Datenleitungen (Ui) und zum anderen mit Ein/Ausgabeleitungen (RWDii) jeweils einer Gruppe (IOi) verbindbar sind.
  2. Halbleiterspeicher nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Verbindung der Busleitungen der ersten (A1 bis A8) oder der zweiten (B11 bis B48) Ebene des Bussystems mit den Datenleitungen (MDQii) und den Ein/Ausgabeleitungen (RWDii) über Schalter (SMii und SRii) erfolgt.
  3. Halbleiterspeicher nach Anspruch 2,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Schalter (SMii und SRii) durch eine Dreizustandspufferschaltung (Tristate-Buffer") ausgebildet ist.
  4. Halbleiterspeicher nach Anspruch 2,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Schalter (SMii und SRii) durch irreversibel einstellbare Elemente (Fuses" bzw. Antifuses") ausgebildet sind.
  5. Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Schalter (SMii und SRii) über vorbestimmte Zustandswerte betätigt werden.
  6. Halbleiterspeicher nach Anspruch 5,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Zustandswerte zum Betätigen der Schalter (SMii und SRii) in einem im Halbleiterspeicher integrierten Festwertspeicher gehalten sind.
  7. Halbleiterspeicher nach Anspruch 6,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass der Festwertspeicher durch eine Programmierungseinrichtung mit irreversibel einstellbaren Elementen (Fuses" bzw.Antifuses") ausgebildet ist.
  8. Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 5 bis 7,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die Zustandswerte für die Betätigung der Schalter (SMii und SRii) nach der Durchführung eines Funktions- und Redundanz-Tests des Halbleiterspeichers gewonnen sind.






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