DE19600695C2 - Halbleiterspeichervorrichtung mit Spannungserzeugung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter­ speichervorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Generell hat die Schwellwertspannung eines Transistors eine unmittelbare Wirkung auf Funktion und Kennwerte der Schalt­ kreise, die den Transistor enthalten. D. h., in dem Fall, in dem eine Eingangsspannung an einen beliebigen Anschluß über den Transistor übertragen wird, hat sich die Eingangsspannung beim Passieren des Transistors um die Schwellwertspannung verringert. Daher wird eine Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung durch die Schwellwertspannung des Transistors hervorgerufen. Deshalb sollte im Fall der direkten Ausgabe einer angelegten Spannung an einen gewünschten Anschluß die an die Gate-Elektrode des Transistors angelegte Spannung hoch sein, um eine Ausmaß des Spannungsabfalls beim Passieren des Transistors zu erhalten.

Folglich hat die Halbleiterspeichervorrichtung eine Erhö­ hungsspannung angenommen (im folgenden mit Vpp bezeichnet), die eine erhöhte Spannung höher als eine Stromversorgungsspannung Vcc erzeugt und somit einen Spannungspegel von Vcc + α hat. Ein repräsentatives Beispiel einer solchen erhöhten Spannung in der Halbleiterspeichervorrichtung ist eine Wortleitungsspannung, die zugeführt wird, um Informationen in einem Zellenkondensator zu speichern, welcher in Serie mit einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode des Speicherzellentransistors geschaltet ist, und um die gespeicherte Information zu lesen. Beim Speichern der Information in den und beim Lesen aus dem Zellenkondensator dient dementsprechend eine Spannung, die mit der Gate-Elektrode des Zellentransistors verbundenen Wortleitung zugeführt wird, als eine erhöhte Spannung, so daß der von der Schwellwertspan­ nung des Zellentransistors verursachte Spannungsabfall kompen­ siert werden kann, und die in dem Zellenkondensator gespeicherte Information an eine Bitleitung ohne jede Veränderung übertragen werden kann. Dazu führt ein dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) in konstanten Zeitabständen eine Auffrischopera­ tion durch, um damit die in dem Zellenkondensator gespeicherte Information zu erhalten. Während der Erhaltung der Information sollte die Auffrischoperation bei allen Speicherzellenfeldern durchgeführt werden, die im Inneren des DRAM enthalten sind. Je höher die Intensität der Halbleiterspeichervorrichtung ist, desto größer wird die Zahl der gleichzeitig aktivierten Wortlei­ tungen.

Fig. 1 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine Konfiguration eines einzelnen Vpp-Generators in einer konventionellen Halb­ leiterspeichervorrichtung zeigt. Die Speicherzellenfelder MCA1-­ MCA8 schließen jeweils einen Zellenkondensator und einen Zellen­ transistor ein. Hier können die acht oder mehr Speicherzellen­ felder vorgesehen werden. Die Wortleitungstreiber WD1-WD8 füh­ ren die Vpp den Wortleitungen WL1-WL8 zu, die jede Speicher­ zelle in den Speicherzellenfeldern MCA1-MCA8 auswählen, wobei jeder Wortleitungstreiber mit einer Gate-Elektrode eines Spei­ cherzellentransistors von jedem der Speicherzellenfelder MCA1-­ MCA8 verbunden ist. Deshalb wird in den Speicherzellenfeldern eine Vielzahl von Wortleitungen vorgesehen, die proportional zur Anzahl der Speicherzellen ist. Der Vpp-Generator VPG erzeugt die Vpp und führt sie jedem Wortleitungstreiber WD1-WD8 zu, womit gleichzeitig die Wortleitungen WL1-WL8 ausgewählt werden.

Wenn eine Vielzahl von Wortleitungen, wie oben beschrieben, gleichzeitig aktiviert werden und ein einziger Vpp-Generator innerhalb der Vorrichtung angetrieben wird, kann eine Wider­ standsbrücke erzeugt werden, wie in dem Speicherzellenfeld MCA1 von Fig. 1 gezeigt. Die Widerstandsbrücke wird häufig gebildet, wenn ein Metall mit Staub oder Verunreinigungen im Zustand vor Ausführung des Ätzprozesses bedeckt ist, so daß das Metall zwischen zwei benachbarten Wortleitungen während der Ausführung des Ätzprozesses nicht geätz werden kann und die Leitungen in einem Kurzschlußzustand sind. Z. B. kann im Fall, daß die Metalle zweier benachbarter Wortleitungen nur in einem Teil des Zwi­ schenraums durch Staub oder Verunreinigung verbunden sind, oder in dem Fall, daß die Verbindung zwischen den zwei den Wortlei­ tungen nach dem Ätzprozeß wegen des Staubs oder der Verunreini­ gung mit einer Widerstandscharakteristik kurzgeschlossen sind, solch eine unerwünschte Widerstandsbrücke gebildet werden.

Fig. 2 ist ein genaues Schaltkreisdiagramm, das den Zustand zeigt, in dem die unerwünschte Widerstandsbrücke RB zwischen den zueinander benachbarten Wortleitungen gebildet ist. Der Vpp- Generator VPG führt die Vpp den Wortleitungstreiberschaltkreisen WDi bzw. WDj zu. Der Wortleitungstreiber WDi enthält einen PMOS- Transistor Pi und einen NMOS-Transistor Ni, die in Serie zwi­ schen der Vpp und Massepotential geschaltet sind, und die gewöhnlich an ihren Gate-Elektroden mit einem Wortleitungsaus­ wahlsignal ϕWSi verbunden sind. Die Vpp, die den Wortleitungs­ treiber WD1 treibt, wird der Wortleitung WLi zugeführt. Ein Zellentransistor MCi und ein Zellenkondensator CCi, die in Serie zwischen einer Bitleitung BLi und Masse geschaltet sind, dienen als eine Speicherzelle zur Speicherung von Information, und der Zellentransistor MCi hat eine Gate-Elektrode mit der Wortleitung WLi verbunden. Der Wortleitungstreiber WDj enthält einen PMOS- Transistor Pj und einen NMOS-Transistor Nj, die in Serie zwi­ schen der Vpp und Massepotential geschaltet sind, und die gewöhnlich an ihren Gate-Elektroden mit einem Wortleitungsaus­ wahlsignal ϕWSj verbunden sind. Die Vpp, die den Wortleitungs­ treiber WDj treibt, wird der Wortleitung WLj zugeführt. Ein Zellentransistor MCj und ein Zellenkondensator CCj, die in Serie zwischen einer Bitleitung BLj und Masse geschaltet sind, dienen als eine Speicherzelle zur Speicherung von Information, und der Zellentransistor MCj hat eine Gate-Elektrode mit der Wortleitung WLj verbunden. Auch verbindet die Widerstandsbrücke RB die Wortleitungen WLi und WLj, was die unerwünschte, abnormale Verbindung dazwischen bedeutet.

Im Fall der Auswahl der Wortleitung WLi wird dazu das Wort­ leitungsauswahlsignal ϕWSi in einem logisch "niedrig"-Zustand erzeugt. Dann wird dadurch wegen der Inverterstruktur des Wort­ leitungstreiberschaltkreises WDi der PMOS-Transistor Pi einge­ schaltet und der NMOS-Transistor wird ausgeschaltet. Folglich wird die in dem Vpp-Generator erzeugte Vpp der Wortleitung WLi zugeführt. Nach einander wird der Zellentransistor MCi einge­ schaltet und ein in dem Zellenkondensator gespeichertes Informa­ tionssignal wird ohne jeden Spannungsabfall an die Bitleitung BLi ausgegeben. Das Informationssignal wird zu der Spannung der Bitleitung BLi in dem Zustand der Vorladung auf einen Zwischen­ pegel einer internen Stromversorgungsspannung hinzuaddiert. So gibt die Bitleitung die hinzugefügte Spannung ab. Da die der Wortleitung WLi benachbarte Wortleitung WLj nicht ausgewählt sein sollte, wird dazu das Wortleitungsauswahlsignal ϕWSj in einem logisch "hoch"-Zustand erzeugt. Dadurch wird wegen der Inverterstruktur des Wortleitungstreibers WDj der PMOS-Tran­ sistor Pj ausgeschaltet, und der NMOS-Transistor Nj wird einge­ schaltet. Folglich wird die in dem Vpp-Generator VPG erzeugte Vpp nicht der Wortleitung WLj zugeführt. Nacheinander wird der Zellentransistor MCj ausgeschaltet und das in dem Zellenkonden­ sator CCj gespeicherte Informationssignal wird nicht an die Bit­ leitung BLj ausgegeben. Deshalb behält die Bitleitung BLj der vorgeladenen Zustand.

In dem Fall, in dem die Wortleitungen WLi und WLj unerwünsch­ terweise durch die Widerstandsbrücke RB verbunden sind, bildet unter diesen Zuständen der von der Vpp erzeugte Strom einen Strompfad, der von dem Vpp-Generator VPG über den PMOS-Transis­ tor Pi des Wortleitungstreibers WDi, die Wortleitung WLi, die Widerstandsbrücke RB, die Wortleitung WLj und den NMOS-Transis­ tor Nj des Wortleitungstreibers WDj nach Masse fließt. In dem Fall, in dem solch ein unerwünschter Strompfad durch die Wider­ standsbrücke RB gebildet wird, fällt der Pegel von Vpp ab. Im Fall der Anwendung des einzigen Vpp-Generators VPG, wie in Fig. 1 gezeigt, werden deshalb die Spannungen von allen Treibern, die Vpp benutzen, entsprechend verringert, so daß ein normaler Betrieb nicht durchgeführt werden kann. Insbesondere kann in dem Fall, in dem die zwei benachbarten Wortleitungen durch die Widerstandsbrücke miteinander verbunden werden, wie in Fig. 2 gezeigt, das Informationssignal nicht vollständig übertragen werden, wenn die Vpp niedriger ist als eine Spannung, die eine Schwellwertspannung des Zellentransistors MCi zur Spannung des Informationssignals addiert, und dadurch wird natürlich eine Fehlfunktion bewirkt. Wenn auf die Speicherzelle, wie in Fig. 1 gezeigt, zugegriffen wird, werden dazu acht Wortleitungen WL1-­ WL8 gleichzeitig ausgewählt. In dem Fall, in dem die Wider­ standsbrücke in der aktivierten Wortleitung WL1 erzeugt wurde, können Defekte an allen aktivierten Wortleitungen WL2 bis WL8 erkannt werden. Deshalb ersetzt eine konventionelle Halbleiter­ speichervorrichtung die defekte Wortleitung durch eine redun­ dante Wortleitung. Wenn nur eine einzige Wortleitung einen Defekt hat, wird folglich ein Grad an Effizienz der Defekt­ reparatur stark verschlechtert, da die verbleibenden, normalen Wortleitungen alle durch redundante Wortleitungen ersetzt werden sollten.

Aus dem japanischen Patent Abstract (JP 1-264700 A) ist eine Halbleiterspeichervorrichtung bekannt, in der ein Treibersignal von einem Wortleitungstreibersignalerzeugungsschaltkreis erzeugt und von nachgeschalteten Wortleitungsverstärkungsschaltkreisen verstärkt wird. Letztgenannte Schaltkreise erzeugen Wortleitungstreibersignale, die den Reihendekodern jeweils nachgeschalterer Speicherzellenfelder zugeführt werden. Jedes Speicherzellenfeld ist individuell mit einem Wortleitungsverstärkungsschaltkreis verbunden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterspeichervorrichtung vorzusehen, in der die Auswirkungen von Hardware-Defekten lokal begrenzt sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei

Fig. 1 ein Schaltkreisdiagramm ist, das eine Konfiguration eines einzigen Vpp-Generators in einer konventionellen Halb­ leiterspeichervorrichtung zeigt;

Fig. 2 ein genaues Schaltkreisdiagramm ist, das den Zustand zeigt, in dem die unerwünschte Widerstandsbrücke zwischen den benachbarten Wortleitungen gebildet ist;

Fig. 3 ein Schaltkreisdiagramm ist, das eine Konfiguration einer Halbleiterspeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfin­ dung zeigt, in der acht Vpp-Generatoren jeweils in den Speicher­ zellenfeldern angeordnet sind; und

Fig. 4 ein Schaltkreisdiagramm ist; das eine andere Konfigu­ ration einer Halbleiterspeichervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, in der zwei Vpp-Generatoren jeweils in den Speicherzellenfeldern angeordnet sind.

Ein in der folgenden Beschreibung benutzter Begriff "eine Periode" bedeutet eine Periode, die erforderlich ist, um Infor­ mation in einer Speicherzelle zu speichern, und aus der Spei­ cherzelle zu lesen.

Unter nunmehriger Hinwendung zu den Zeichnungen und mit Bezug auf Fig. 3 wird die acht Vpp-Generatoren VPG1-VPG8 enthaltende Konfiguration gezeigt. Die Vpp-Generatoren VPG1-VPG8 führen unabhängig die Vpp den acht in einer Periode aktivierten Wort­ leitungen zu. In Fig. 3 schließt jede der Speicherzellenfelder MCA1-MCA8 einen Zellenkondensator und einen Zellentransistor ein, und nimmt eine Versorgungsspannung als Betriebsspannung auf. Hier können die acht oder mehr Speicherzellen vorgesehen werden. Die Wortleitungstreiber WD1-WD8 führen die Vpp den Wortleitungen WL1-WL8 zu, die jede Speicherzelle in den Spei­ cherzellenfeldern MCA1-MCA8 auswählen, wobei jeder Wortlei­ tungstreiber mit einer Gate-Elektrode eines Speicherzellentran­ sistors von jedem der Speicherzellenfelder MCA1-MCA8 verbunden ist. Deshalb werden eine Vielzahl von Wortleitungen proportional zu der Anzahl der Speicherzellen in den Speicherzellenfeldern vorgesehen. Die Vpp-Generatoren VPG1-VPG8 nehmen die Stromver­ sorgungsspannung auf, erzeugen die Vpp1-Vpp8, und führen die erzeugten Vpp1-Vpp8 jedem der Wortleitungstreiber WD1-WD8 zu.

Wenn die acht in einer Periode in der Halbleiterspeichervor­ richtung aktivierten Wortleitungen gleichzeitig ausgewählt sind, wird jede der Vpp1-Vpp8 unabhängig den entsprechenden Wortlei­ tungen WL1-WL8 in jedem der Speicherzellenfelder MCA1-MCA8 zugeführt. Wenn z. B. in der DRAM-Vorrichtung die acht Wortlei­ tungen WL1-WL8 gleichzeitig ausgewählt sind und aktiviert wur­ den, um eine Auffrischoperation zu erledigen, wird jede der von den Vpp-Generatoren VPG1-VPG8 erzeugte Vpp1-Vpp8 den Wort­ leitungstreibern WD1-WD8 zugeführt. Deshalb wird die Wider­ standsbrücke, wie in Fig. 2 gezeigt, nicht gebildet, da die Vpp1­ -Vpp8 getrennt benutzt werden, wie in Fig. 3 gezeigt, was keinerlei Wirkung auf die nicht-defekten Wortleitungen außer der defekten Wortleitung hat. Mit anderen Worten kann erkannt werden, daß in dem Zustand, in dem die acht Wortleitungen WL1-­ WL8 aktiviert sind, die restlichen Wortleitungen WL2-WL8 normal betrieben werden, obwohl die Wortleitung WL1 defekt ist. Daher wird bei der Reparaturoperation für defekte Wortleitungen nur die Wortleitung WL1 repariert.

In dem Fall, in dem die mit der Anzahl der aktivierten Wort­ leitungen korrespondierende Anzahl der Vpp-Generatoren VPG ange­ nommen wird, wobei jeder Vpp-Generator in der Lage ist, unabhän­ gig die Vpp zuzuführen, gibt es einen Vorteil bei der Erlangung einer großen Wirkung beim Zugriff auf die Speicherzelle oder bei der Reparatur der defekten Wortleitung. Jedoch bewirkt dies, daß das Bauteil unvermeidbar vergrößert wird, wodurch es schwierig wird, ein wesentliche Anwendung in der Vorrichtung zu machen. Um dieses Problem zu lösen, werden in Fig. 4 zwei Vpp-Generatoren VPG1 und VPG2 vorgesehen. Jede der Speicherzellenfelder MCA1-­ MCA8 schließt einen Zellenkondensator und einen Zellentransistor ein, und nimmt eine Stromversorgungsspannung als Betriebsspan­ nung auf. Hier können die acht oder mehr Speicherzellenfelder vorgesehen werden. Die Wortleitungstreiber WD1-WD8 führen die Vpp den Wortleitungen WL1-WL8 zu, die jede Speicherzelle in den Speicherzellenfeldern MCA1-MCA8 auswählen, wobei jeder Wortleitungstreiber mit einer Gate-Elektrode eines Speicher­ zellentransistors von jedem der Speicherzellenfelder MCA1-MCA8 verbunden ist. Deshalb werden ein Anzahl von Wortleitungen, die proportional zu der Anzahl der Speicherzellen ist, in den Spei­ cherzellenfeldern vorgesehen. Die Vpp-Generatoren VPG1 und VPG2 erzeugen die Vpp1 bzw. Vpp2, und führen die erzeugte Vpp1 und Vpp2 den Wortleitungstreibern WD1-WD8 zu. Hier werden die Wortleitungstreiber WD1-WD8 in zwei Gruppen aufgeteilt, und nehmen die Vpp1 und Vpp2 auf. In Fig. 4 werden die Wortleitungs­ treiber WD1, WD2, WD5 und WD6 einer Gruppe zugeordnet und nehmen die Vpp1 auf, und die Wortleitungstreiber WD3, WD4, WD7 und WD8 werden der anderen Gruppe zugeordnet, und nehmen deshalb die Vpp2 auf. Falls die Widerstandsbrücke, wie in Fig. 2 gezeigt, gebildet wurde, ist in diesem Fall zu beachten, daß die akti­ vierten Wortleitungen defekt sind, an die dieselbe Vpp geführt wird. Mit anderen Worten wird in Fig. 4 erkannt, daß die Wort­ leitungen WL2, WL5 und WL6 gleichzeitig mit der Wortleitung WL1 defekt sind, wenn die Wortleitung WL1 des Speicherzellenfeldes MCA1 defekt ist, aber die restlichen Wortleitungen WL3, WL4, WL7 und WL8 sind nicht defekt.

In der vorangehenden Beschreibung ist die Zahl der Vpp-Gene­ ratoren zwei oder acht, kann aber frei festgesetzt werden durch die Anzahl der in einer Periode aktivierten oder nach Bedarf des Erwicklers.

Wie oben festgestellt, kann die vorliegende Erfindung eine Halbleiterspeichervorrichtung mit mindestens zwei Vpp-Generato­ ren vorsehen, die in der Lage ist, effektiv auf in Speicherzel­ len gespeicherte Information zuzugreifen. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung eine Halbleiterspeichervorrichtung mit einer Vielzahl von Vpp-Generatoren vorsehen, die in der Lage ist, effektiv eine Defektreparatur durchzuführen, wobei die Vpp- Generatoren unabhängig in jeder der Speicherzellen angeordnet sind.

Claims (5)

1. Halbleiterspeichervorrichtung, umfassend:
eine Vielzahl von Einrichtungen, von denen jede eine Spannung erzeugt; und
eine Vielzahl von Speicherzellenfeldern (MCA1-MCA8) zum Speichern von Information;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtungen Spannungserhöhungsschaltkreise (VPG1, VPG2) sind, die erhöhte Spannungen (VPP1, VPP2) erzeugen und die diese erhöhten Spannungen jeweils für nachgeschaltete Treibereinrichtungen (WD1-WD8) bereitstellen, wobei jede Treibereinrichtung jeweils einem der Spannungserhöhungsschaltkreise zugeordnet ist; und
jede Treibereinrichtung (WD1-WD8) die empfangene erhöhte Spannung (VPP1, VPP2) für dasjenige Speicherzellenfeld bereitstellt, das ihr individuell nachgeschaltet ist.

2. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Treibereinrichtungen (WDi) einen PMOS-(Pi) und einen NMOS-(Ni) Transistor enthält, wobei
deren Gates zum Empfang eines Wortleitungsauswahlsignals (ΦWSi) zusammengeschaltet sind;
die von dem Spannungserhöhungsschaltkreis (VPG) erzeugte und der Treibereinrichtung zugeordnete erhöhte Spannung (VPP) der Drain des PMOS- Transistors (Pi) zugeführt wird;
die Source des PMOS-Transistors (Pi) mit der Drain des NMOS-Transistors (Ni) und einer Wortleitung (WLi) verbunden ist, und
die Source des NMOS-Transistors (Ni) mit Masse verbunden ist.

3. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibereinrichtungen (WDi) Wortleitungstreibereinrichtungen sind.

4. Halbleiterspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Spannung eine Wortleitungstreiberspannung ist, die größer als die Versorgungsspannung ist.

5. Halbleiterspeichervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Spannungerhöhungsschaltkreisen (VPG) erzeugten erhöhten Spannungen über die Wortleitungstreibereinrichtungen den Wortleitungen (WLi) zugeführt werden.