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Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterspeicherbauelement mit einer oder mehreren redundanten Speicherlinien, vorliegend auch Speicherleitungen bezeichnet, für Reparaturzwecke durch Ersetzen einer defekten Linie bzw. Leitung durch eine redundante Linie sowie auf ein zugehöriges Reparaturverfahren.
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Halbleiterspeicherbauelemente, wie beispielsweise dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), beinhalten eine Mehrzahl von Speicherzellen, die in einem Feld mit Zeilen und Spalten angeordnet sind. Jede Speicherzelle speichert typischerweise ein Bit an Information. Das Feld beinhaltet Zeilensignalleitungen und Spaltensignalleitungen senkrecht zu den Zeilensignalleitungen. Eine Speicherzelle ist jeweils am Schnittpunkt einer Zeilenleitung mit einer Spaltenleitung angeordnet. Ein Zugriff auf die betreffende Speicherzelle wird dadurch bewirkt, dass gleichzeitig diejenige Zeilenleitung und diejenige Spaltenleitung des Feldes adressiert werden, die mit dieser Speicherzelle verbunden sind.
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Die meisten Anwendungen von Halbleiterspeicherbauelementen erfordern, dass praktisch alle Speicherzellen, Zeilenleitungen und Spaltenleitungen betriebsfähig sind. In der Praxis erfüllen viele, wenn nicht die meisten Haupt-Speicherzellenfelder auf einem gegebenen Wafer nicht diese hundertprozentige Betriebsfähigkeit. Deshalb sehen die meisten Bauelemententwürfe ein relativ kleines, redundantes Feld von Speicherzellen vor, mit denen eine begrenzte Anzahl defekter Zellen ersetzt werden kann.
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In einem üblichen Entwurf ist das redundante Feld in redundante Spalten von Speicherzellen konfiguriert, von denen jede mit einer redundanten Spaltenleitung verbunden ist, die Zeilenleitungen des Haupt-Speicherzellenfeldes kreuzt. Jede redundante Spaltenleitung kann daher eine Spalte des Haupt-Speicherzellenfeldes ersetzen, in der eine oder mehrere defekte Zellen vorliegen. Jedes Mal, wenn eine Spalte des Hauptfeldes adressiert wird, vergleicht ein Redundanzsteuerblock die Spaltenadresse mit der defekten Spaltenadresse. Wenn die defekte Spalte adressiert wird, wählt der Redundanzsteuerblock die mit der Adresse der defekten Spalte verknüpfte, redundante Spalte anstelle der defekten Spalte aus. Es ist auch ein Redundanzschema gebräuchlich, bei dem defekte Zeilen durch redundante Zeilen ersetzt werden. Einige Bauelemente weisen redundante Zeilen und redundante Spalten mit einem zugehörigen Schaltungsaufbau auf.
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Bevor ein Redundanzsteuerblock und die mit ihm verknüpften, redundanten Spalten und/oder Zeilen benutzt werden können, muss die Adresse der defekten Leitung in den Steuerblock programmiert werden. Um die Programmierung zu erleichtern, beinhaltet der Redundanzsteuerblock üblicherweise einen Schmelzsicherungsblock. Das Haupt-Speicherzellenfeld wird getestet, während sich das Halbleiterspeicherbauelement in einem Waferzustand befindet, und defekte Zellen werden lokalisiert. Im Fall einer Spaltenersetzung werden dann ein Redundanzsteuerblock und eine redundante Spalte ausgewählt, um eine gegebene defekte Spalte zu ersetzen. Die Adresse der defekten Spalte wird im Redundanzsteuerblock dadurch gesetzt, dass selektiv Schmelzsicherungen im Schmelzsicherungsblock durchtrennt werden, um die betreffende Spaltenadresse zu repräsentieren. Schmelzsicherungen werden üblicherweise mittels eines Laserstrahls programmiert, indem jede zu unterbrechende Schmelzsicherung von ihm physikalisch durchtrennt wird.
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Wenngleich die meisten Speicherfelddefekte während eines Prüfvorgangs im Waferzustand detektierbar sind, kann es sein, dass einige Defekte erste nach Verkapselung eines Speicherbauelements auftreten oder erstmals ersichtlich sind. Für solche Defekte macht die Fähigkeit einer Reparatur des Speicherfeldes nach Verkapselung den Unterschied zwischen einer verkäuflichen Einheit und einer unbrauchbaren Einheit.
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Die Reparierbarkeit von Speicherfelddefekten nach Verkapselung wird als Nachreparaturfähigkeit bezeichnet. Mittels Laser durchtrennbare Schmelzsicherungen besitzen keine Nachreparaturfähigkeit, da das Verkapselungsmaterial verhindert, dass der Laser die Schmelzsicherungen trifft und durchtrennt. Im Gegensatz dazu besitzen Bauelemente, die elektrisch programmierbare Schmelzsicherungsblöcke benutzen, alle eine Nachreparaturfähigkeit. Derartige Schmelzsicherungsblöcke können auch nach der Bauelementverkapselung programmiert werden, wozu an die normalen Packungsverbindungen des Bauelements spezielle Programmierbefehlsignale angelegt werden.
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Wenngleich eine Nachreparaturredundanz attraktiv ist, da sie die Korrektur von Defekten erlaubt, die während der Verkapselung auftreten, weist diese Nachreparaturredundanz gewisse Schwierigkeiten auf. So benötigen der Nachreparatur-Redundanzsteuerblock und der zugehörige elektrische Programmierschaltungsaufbau deutlich mehr Schaltkreisfläche als ein Redundanzsteuerblock mit laserdurchtrennbaren Schmelzsicherungen. Dies kann wegen der größeren benötigten Waferfläche dazu führen, dass der Aufwand für die Verwendung von elektrisch statt mittels Laser durchtrennbaren Sicherungen den Nutzen einer Nachreparaturfähigkeit übersteigt.
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In der Patentschrift
US 5.699.306 ist ein Halbleiterspeicherbauelement mit einem Satz adressierbarer Haupt-Zeilenspeicherblöcke, die jeweils eine Mehrzahl von Haupt-Zeilenspeicherzellen beinhalten, redundanten Zeilenspeicherblöcken zum Ersetzen defekter Haupt-Zeilenspeicherblöcke und eine Redundanzspeicherleitungs-Steuerschaltung offenbart, die zwei parallele Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreise und einen Schaltkreis zur Verhinderung einer überlappenden Auswahl redundanter Adressenblöcke beinhaltet. Ein erster Teil der redundanten Zeilenspeicherblöcke ist nur dem einen, ersten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis fest zugeordnet, die übrigen redundanten Zeilenspeicherblöcke sind nur dem anderen, zweiten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis fest zugeordnet. Wenn ein Haupt-Zeilenspeicherblock als defekt erkannt wird, wird über den ersten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis einer der ihm zugeordneten Redundanzzeilenspeicherblöcke als Ersatz ausgewählt. Wenn dieser redundante Zeilenspeicherblock als defekt erkannt wird, wird die Redundanzspeicherleitungs-Steuerschaltung derart umprogrammiert, dass dieser defekte Redundanzzeilenspeicherblock durch einen der dem zweiten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis zugeordneten Redundanz zeilenspeicherblöcke ersetzt wird, wobei die Schaltung zur Verhinderung einer überlappenden Redundanzadressenauswahl eine Redundanzadressenkollision verhindert. Wenigstens die dem zweiten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis zugeordneten Redundanzzeilenspeicherblöcke sind durch elektrische Programmierung und damit auch noch nach einem Verkapseln des Halbleiterspeicherbauelements auswählbar, während für die Auswahl der dem ersten Redundanzadressen-Zwischenspeicherschaltkreis zugeordneten Redundanzzeilenspeicherblöcke laserdurchtrennbare Schmelzsicherungen oder alternativ ebenfalls elektrische Programmierelemente vorgesehen sind.
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Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Halbleiterspeicherbauelements und eines zugehörigen Reparaturverfahrens zugrunde, bei denen mit relativ geringem Aufwand eine gewisse Nachreparaturfähigkeit gegeben ist, ohne hierfür übermäßig viel zusätzliche Schaltkreisfläche zu benötigen.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Halbleiterspeicherbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Reparaturverfahrens hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 18.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß kann in einem Halbleiterspeicherbauelement eine Doppelmodus-Redundanzschaltung vorgesehen sein, welche die Vorteile einer Schmelzsicherungsprogrammierung im Waferzustand, z. B. mittels Laserdurchtrennung, mit den Vorteilen einer Nachreparaturprogrammierung vereint. Diese Schaltung weist eine Mehrzahl von redundanten Speicherleitungen auf, wie zusätzlichen Spalten- oder Zeilenleitungen, jeweils zum Adressieren redundanter Zellen. Jede redundante Speicherleitung ist mit einem zugehörigen Redundanzsteuerblock verknüpft. Die redundanten Steuerblöcke können Laserschmelzsicherungsblöcke enthalten, die eine Programmierung nur vor dem Zusammenbau des Speicherbauelements zu einer Packung erlauben. Mit einem elektrisch programmierbaren Schmelzsicherungsblock ist hingegen auch nach dem Zusammenbau des Speicherbauelements zu einer Packung eine Programmierung möglich. Dementsprechend ermöglicht ein solches Bauelement ein Doppelzyklus-Reparaturverfahren. Bei diesem können Bauelementreparaturen im Waferzustand durchgeführt werden, unter Verwendung der ökonomischeren Laserschmelzsicherungsblöcke. Elektrische Schmelzsicherungsblöcke sind jedoch in einem Nachreparaturmodus verfügbar und auch nach dem Packungsaufbau adressierbar, wenn packungsbezogene Defekte auftreten.
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Wenn einige redundante Speicherleitungen der Laserreparatur zugewiesen sind, während einige andere redundante Speicherleitungen einer Nachreparatur zugewiesen sind, und eine redundante Speicherleitung, die einer Nachreparatur zugewiesen ist, selbst defekt ist, wird die Nachreparatur unmöglich. Dies gilt selbst dann, wenn noch betriebsfähige, redundante Laserreparatur-Speicherleitungen unbenutzt sind, da diese Leitungen nicht für die Nachreparatur verwendbar sind.
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Gemäß der Erfindung enthält daher die Doppelmodus-Redundanzschaltung einen Schaltungsaufbau, mit dem die Wahrscheinlichkeit erhöht ist, dass eine Nachreparatur folgen kann. Allgemein erlaubt dieser Schaltungsaufbau, dass eine Waferzustands-Adressspeichereinheit, wie ein Laserschmelzsicherungsblock, einer redundanten Leitung zugeordnet werden kann. In einer weiteren Konfiguration erlaubt dieser Schaltungsaufbau, dass der gleichen redundanten Leitung eine Nachreparatur-Adressspeichereinheit, wie ein Block mit elektrisch programmierbaren Schmelzsicherungen, zugeordnet werden kann. Ein erfindungsgemäßes Halbleiterspeicherbauelement dieses Typs von Doppelmodus-Redundanz ermöglicht folglich eine zusätzliche Reparaturflexibilität. Beispielsweise kann während eines Prüfvorgangs im Waferzustand per Voreinstellung jede redundante Leitung mit einem Laserschmelzsicherungsblock verknüpft sein. Eine defektfreie redundante Speicherleitung wird dann während des Prüfvorgangs zur Verwendung im Nachreparaturstadium bestimmt. Die redundante Speicherleitung wird der Nachreparatur-Adressspeichereinheit zugeordnet und ist auf diese Weise für den Gebrauch bei der Nachreparatur verfügbar.
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Ein entsprechendes Reparaturverfahren eignet sich für ein Halbleiterspeicherbauelement mit mehreren redundanten Speicherleitungen, die jeweils mit einer Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit verknüpft sind. Haupt-Speicherleitungen und redundante Speicherleitungen werden getestet, um festzustellen, welche Leitungen defekt und welche defektfrei sind. Für jede defekte Haupt-Speicherleitung wird eine defektfreie redundante Speicherleitung bestimmt, und die mit dieser redundanten Speicherleitung verknüpfte Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit wird so konfiguriert, dass die defekte Haupt-Speicherleitung durch die redundante Speicherleitung ersetzt wird. Wenn wenigstens eine defektfreie redundante Speicherleitung während dieses Verfahrensschritts ohne Zuweisung bleibt, kann wenigstens eine verbliebene defektfreie redundante Speicherleitung für den Gebrauch im Nachreparaturvorgang bestimmt werden. Die zur Nachreparatur bestimmte, redundante Speicherleitung wird mit einer Nachreparatur-Vergleichseinheit anstelle ihrer zugehörigen Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit verknüpft und ist dann für Nachreparaturzwecke verfügbar.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein Blockdiagramm eines Halbleiterspeicherbauelements,
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2 ein Blockdiagramm einer für das Halbleiterspeicherbauelement von 1 verwendbaren, nicht erfindungsgemäßen Doppelmodus-Reparaturschaltung,
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3 ein Blockschaltbild von Redundanzsteuerblöcken der Schaltung von 2,
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4, 5 und 6 Schaltbilder für elektrisch programmierbare Schmelzsicherungsblöcke und eines Adressenkomparators der Schaltung von 2,
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7 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Doppelmodus-Reparaturschaltung, die Mittel zur Verknüpfung eines elektrischen Schmelzsicherungsblocks mit einer von mehreren redundanten Zellenfeldspalten aufweist,
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8 ein Schaltbild für in der Schaltung von 7 verwendbare Redundanzsteuerblöcke,
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9 ein Schaltbild für in der Schaltung von 7 verwendbare Nachreparatur-Steuerblöcke,
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10 ein Kennliniendiagramm für ein dem Nachreparatur-Steuerblock von 9 zugeführtes Anschaltsignal,
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11 ein Schaltbild einer weiteren, alternativen Realisierung der Nachreparatur-Steuerblöcke von 7,
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12 und 13 ein Blockdiagramm bzw. ein Schaltbild einer weiteren Doppelmodus-Reparaturschaltung mit elektrischen Nachreparatur-Schmelzsicherungsblöcken bzw. eines hierfür verwendbaren Nachreparatur-Steuerblocks,
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14 ein Blockdiagramm einer weiteren Doppelmodus-Reparaturschaltung mit zwei separaten elektrischen Nachreparatur-Schmelzsicherungsblöcken, von denen jeder mit einer jeweiligen redundanten Speicherleitung verknüpft werden kann,
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15 ein Blockschaltbild einer weiteren Doppelmodus-Reparaturschaltung mit Redundanzsteuerblöcken, die zum Überschreiben eines zuvor fehlgeschlagenen Reparaturversuchs fähig sind, und
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16 ein Schaltbild eines in der Schaltung von 15 verwendbaren Redundanzsteuerblocks.
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1 veranschaulicht im Blockschaltbild ein Halbleiterspeicherbauelement 20, in diesem Fall vom Typ eines synchronen DRAM(SDRAM)-Bauelements. Das Halbleiterspeicherbauelement 20 beinhaltet ein Hauptzellenfeld 30 und ein redundantes Zellenfeld 32 mit redundanten Spalten, wobei beide Felder 30, 32 von einem Zeilen- und Spalten-Schaltungsaufbau unterstützt werden. Der Spalten-Schaltungsaufbau umfasst Abtastverstärker 34 und einen Spaltendecoder 50. Der Spaltendecoder 50 wählt für jede Spaltenadresse CA die eine oder mehreren Spalten- bzw. Bitleitungen aus, über die gelesen bzw. geschrieben wird. Innerhalb des Spaltendecoders 50 legt eine Steuerschaltung 100 für redundante Speicherleitungen in Abhängigkeit von der Spaltenadresse CA und einem Spaltenauswahlfreigabesignal CSLEN fest, ob eine redundante Spalte eine normale bzw. Hauptspalte ersetzt.
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Der Zeilen-Schaltungsaufbau beinhaltet einen Zeilendecoder 40 und einen Zeilenadressmultiplexer 42. Der Zeilendecoder 40 wählt für jede Zeilenadresse RA aus, welche Zeilen- bzw. Wortleitung zu aktivieren ist. Ein Zeilenauswahlfreigabesignal RSLEN zeigt an, wenn die Zeilenadresse RA gültig ist. Wenngleich im Bauelement 20 keine redundanten Zeilenleitungen und kein zugehöriger Schaltungsaufbau gezeigt sind, können diese existieren und sind dann dem redundanten Feld 32 und der Steuerschaltung 100 ähnlich. Es ist anzumerken, dass die Zeilenadresse RA zwei Quellen hat, die über den Multiplexer 42 kanalisiert werden, nämlich externe Zeilenadressen, die über ein Adressregister 80 zugeführt werden, und Wiederauffrisch-Zeilenadressen, die von einem Wiederauffrischzähler 46 unter der Steuerung einer Wiederauffrischsteuereinheit 44 zugeführt werden.
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Eingabe und Ausgabe in bzw. aus der Schaltung erfolgt über drei Registersätze. Ein Befehlsregister 70 empfängt Befehlssignale, wie zur Wortleitungsaktivierung, zum Lesen, zum Schreiben, zum Vorladen, zur selbsttätigen Wiederauffrischung, zum Laden eines Modusregisters etc., über einen Befehlsbus CMD von z. B. einer nicht gezeigten externen Speichersteuereinheit. Das Adressregister 80 empfängt Adresssignale ADD[0:m] über einen Adressbus von der Speichersteuereinheit. Ein Dateneingabe-/Datenausgaberegister 90 stellt eine Verbindung zu bidirektionalen Datenleitungen DQ[0:w] her.
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Der Befehlsdecoder 60 interpretiert empfangene Befehle und erzeugt geeignete Steuersignale für die anderen Speicherbauelementblöcke. Ein Modusregistersatz (MRS) 62 ist. in der Lage, Bauelementeinstellungen über einen Adressbus ADD zu empfangen, wenn auf dem CMD-Bus ein Befehl zum Laden des Modusregisters empfangen wird. Im allgemeinen wird der MRS zur Definition von SDRAM-Betriebsparametern verwendet, wie Bündeltyp, Bündellänge, Latenz etc. In vorteilhaften Realisierungen besteht eine Funktion des MRS darin, die Schmelzsicherungseinheiten in einer elektrisch programmierbaren Schmelzsicherungsbox auf eine Adresse festzulegen, die vom ADD-Bus zugeführt wird, wenn auf dem CMD-Bus ein spezieller Befehl empfangen wird.
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Wenngleich weiterentwickelte Merkmale in vielen Speicherbauelementen existieren können, für welche die Erfindung anwendbar ist, bezieht sich die vorangegangene Beschreibung auf die grundlegenden Merkmale, die den meisten SDRAM-Bauelementen gemeinsam sind, in denen die Erfindung implementierbar ist. Nachfolgend werden nun diejenigen Merkmale des Bauelements 20 näher erläutert, die spezifisch für die jeweiligen Ausführungsformen sind.
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2 zeigt im Blockdiagramm eine grundlegende Doppelmodus-Steuerschaltung 100 für redundante Spalten in einer nicht erfindungsgemäßen Realisierung. Diese Steuerschaltung 100 für redundante Spalten beinhaltet eine elektrische Schmelzsicherungsbox 110, einen Adresskomparator 120, einen elektrischen Redundanzsteuerblock 131, Laserredundanzsteuerblöcke 132 bis 13n sowie Auswahlgeneratoren für redundante Spalten 141 bis 14n, kurz RCSL-Generatoren.
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Die Steuerschaltung 100 für redundante Spalten steuert den Zugriff auf eine Anzahl n von redundanten Spalten im redundanten Zellenfeld 32 der 1. Statt einer defekten Hauptfeldspalte wird eine der n redundanten Spalten ausgewählt, wenn von einem RCSL-Generator 14i ein zugehöriges Redundanzspaltenauswahlsignal RCSLi, i = 1, ..., n, abgegeben wird. Jeder der RCSL-Generatoren 14i wird in Reaktion auf ein zugehöriges RCSL-Freigabesignal RCSLENi, i = 1, ..., n, von einem jeweiligen Redundanzsteuerblock 13i aktiviert. Jeder RCSL-Generator 14i kann unter Verwendung von zwei seriell verschalteten, nicht gezeigten Invertern implementiert sein.
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3 zeigt in einem detaillierteren Schaltbild eine mögliche Realisierung für jeden der Laserredundanzsteuerblöcke 132 bis 13n sowie für den elektrischen Redundanzsteuerblock 131. Jeder Laserredundanzsteuerblock 13i weist eine Laserschmelzsicherungsbox und einen Adresskomparator auf, kurz als Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit 150 bezeichnet. Ein Laserstrahl kann ausgewählte Schmelzsicherungen in der Laserschmelzsicherungsbox während Reparaturvorgängen im Waferstadium durchtrennen. Danach vergleicht die Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit 150 die Spaltenadressen CA mit in der Laserschmelzsicherungsbox gespeicherten Adressen defekter Spalten und gibt ein Signal OUT ab, wenn eine der Spaltenadressen CA mit der gespeicherten Adresse übereinstimmt. Ein NAND-Gatter 152 erzeugt zusammen mit einem seriellen Inverter 154 das Signal RCSLENi in Abhängigkeit von einer UND-Verknüpfung. Wenn sowohl das Signal OUT als auch das Spaltenauswahlfreigabesignal CSLEN vorliegen, liegt auch das Signal RCSLENi vor, so dass die redundante Spalte i ausgewählt wird. Der elektrische Redundanzsteuerblock 133 beinhaltet ein NAND-Gatter 160 mit einem seriellen Inverter 162, um das Signal RCSLEN1 in Abhängigkeit von einer UND-Verknüpfung zu erzeugen. Wenn sowohl ein Signal EN als auch das Signal CSLEN vorliegen, liegt auch das Signal RCSLEN1 vor, so dass die redundante Spalte 1 ausgewählt wird.
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Das Signal EN ist ein Ausgangssignal des Adresskomparators 120 und wird abgegeben, wenn das Signal CA mit einem Signal ECA in 2 übereinstimmt. Das Signal ECA ist eine elektrisch gespeicherte Adresse einer defekten Spalte und wird von der elektrischen Schmelzsicherungsbox 110 geliefert. Folglich kann, während die redundanten Spaltenleitungen 2 bis n nur während einer Reparatur im Waferstadium programmiert werden können, die redundante Spaltenleitung 1 jederzeit programmiert werden, z. B. auch während eines Nachreparaturvorgangs.
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Die 4 und 5 veranschaulichen eine Realisierung für die elektrische Schmelzsicherungsbox 110. Gemäß 4 weist die elektrische Schmelzsicherungsbox 110 eine Mehrzahl elektrischer Schmelzsicherungseinheiten 31a, 31i, mit i = 0, ..., k, mit gepufferten Ausgängen auf. Jede elektrische Schmelzsicherungseinheit hält ein Bit an Daten. Die Schmelzsicherungseinheit 31a hält ein Datenbit OUTa, das nach Pufferung ein Hauptzugriffssignal MA darstellt, das anzeigt, ob die elektrische Schmelzsicherungsbox programmiert worden ist. Die jeweilige Schmelzsicherungseinheit 31i halt das Datenbit OUTi, das nach Pufferung ein elektrisches Spaltenadresssignalbit ECAi darstellt.
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Der Modusregistersatz 62 von 1 erzeugt Programmiereingangssignale MRSA, MRSCA0 bis MRSCAk für die elektrische Schmelzsicherungsbox 110 in Abhängigkeit von einem externen Befehl. Jede elektrische Schmelzsicherungseinheit ist so gefertigt, dass sie sich anfänglich in einem ersten Zustand befindet, z. B. ein nicht gesetztes Adressbit repräsentiert. Wenn eine gegebene MRS-Programmiereingabe vorliegt, wird die zugehörige elektrische Schmelzsicherungseinheit in einen zweiten Zustand versetzt, in dem sie z. B. ein gesetztes Adressbit repräsentiert. Um die elektrische Schmelzsicherungsbox 110 zu programmieren, platziert daher der MRS 62 die Adresse der Reparaturspalte auf MRSCA0-k, um diese Adresse zu programmieren, und um das Hauptadressbit zu programmieren, gibt er das Signal MRSA ab.
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5 zeigt in einem detaillierteren Schaltbild eine Realisierung für die jeweilige elektrische Schmelzsicherungseinheit 31i, mit i = a, 0, ..., k. Jede elektrische Schmelzsicherungseinheit 31i beinhaltet eine erste und zweite Schmelzsicherung F1, F2, einen ersten bis fünften NMOS-Transistor N1 bis N5 sowie einen ersten und zweiten PMOS-Transistor P1, P2. Die Drain-Elektroden der NMOS-Transistoren N1 und N2, die Drain-Elektrode des PMOS-Transistors P1 und die Gate-Elektrode des PMOS-Transistors P2 sowie die Gate-Elektrode des NMOS-Transistors N3 sind sämtlich mit einem ersten Knoten 411 verbunden. Die Gate-Elektrode des PMOS-Transistors P1, die Gate-Elektrode des NMOS-Transistors N2, die Drain-Elektroden der NMOS-Transistoren N3 und N4 sowie die Drain-Elektrode des PMOS-Transistors P2 sind sämtlich mit einem zweiten Knoten 412 verbunden. Das am zweiten Knoten anstehende Signal bildet das jeweilige Ausgangssignal OUT. Die Source-Elektroden der NMOS-Transistoren sind geerdet, während die Source-Elektroden der PMOS-Transistoren P1 und P2 über die jeweilige Schmelzsicherung F1 bzw. F2 mit einer Speisespannung VDD verbunden sind.
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Die Schmelzsicherungseinheit 31i wird so gefertigt, dass der Widerstand der Schmelzsicherung F2 höher als derjenige der Schmelzsicherung F1 ist. Dementsprechend wird im Fall, dass beide Schmelzsicherungen intakt sind, der Knoten 412, der das Ausgangssignal OUT liefert, auf einen niedrigen Logikzustand gesteuert, während der Knoten 411 auf einen hohen Logikzustand gesteuert wird, wenn die Schmelzsicherungseinheit angeschaltet ist.
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Ein erstes Eingangssignal MRS1, das normalerweise auf niedrigem Logikzustand liegt, wird den Gate-Elektroden der NMOS-Transistoren N1 und N4 zugeführt. Das Eingangssignal MRS1 wird zur Prüfung verwendet, ob die Schmelzsicherung F1 durchtrennt ist oder nicht, wie unten erläutert.
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Ein zweites Eingangssignal MRS2 wird an die Gate-Elektrode des NMOS-Transistors N5 angelegt. Das Eingangssignal MRS2 wird dazu verwendet, die Schmelzsicherung F1 elektrisch zu durchtrennen. Wenn das Eingangssignal MRS2 auf einen hohen Logikpegel gesetzt wird, wird der NMOS-Transistor N5 leitend, was einen transienten Strom verursacht, der über die Schmelzsicherung F1 fließt und groß genug ist, dass diese durchtrennt wird. Nach dem Durchtrennen der Sicherung F1 setzt der Transistor N5 auch das Potential an der Source-Elektrode des Transistors P1 herunter und somit auch am Knoten 411. Mit fallender Spannung am Knoten 411 wird der Transistor P2 leitend geschaltet, während der Transistor N3 sperrend geschaltet wird, was die Spannung am Knoten 412 anhebt. Dies wiederum führt dazu, dass der Transistor N2 leitend geschaltet wird, was die abfallende Spannung am Knoten 411 und die ansteigende Spannung am Knoten 412 wieder verstärkt, bis das Signal OUT auf einen hohen Logikpegel wechselt.
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Nach der Programmierung kann das Eingangssignal MRS1 zur Feststellung verwendet werden, ob die Schmelzsicherung F1 durch das Vorliegen des Eingangssignals MRS2 vollständig durchtrennt wurde. In einem Testmodus wird das Eingangssignal MRS1 kurzzeitig auf einen hohen Logikzustand gebracht, um die Knoten 411 und 412 beide auf einen niedrigen Pegel zu ziehen. Wenn die Schmelzsicherung F1 durchtrennt wurde, nimmt der Knoten 412 wieder einen hohen Zustand an, wenn das Signal MRS1 auf den niedrigen Pegel zurückkehrt. Wenn die Schmelzsicherung F1 nicht durchtrennt wurde, nimmt der Knoten 411 wieder einen hohen Zustand ein, wenn das Signal MRS1 auf einen niedrigen Zustand zurückgeführt wird.
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Nach der Aktivierung/Deaktivierung des Signals MRS1 wird die reparierte Adressleitung getestet. Wenn der Test nicht erfolgreich verläuft, wird angenommen, dass eine oder mehrere Schmelzsicherungen nicht vollständig durchtrennt wurden und daher die defekte Spalte nicht erfolgreich durch die redundante Spalte ersetzt wurde. In einem solchen Fall können die elektrischen Programmier- und Testschritte wiederholt werden, um einen erneuten Versuch zum Durchtrennen der Schmelzsicherung zu unternehmen.
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6 zeigt in einem detaillierteren Schaltbild eine Realisierung für den Adresskomparator 120 von 2. In diesem Fall weist der Adresskomparator 120 eine Mehrzahl von Vergleichseinheiten 51i, i = 0, ..., k, und eine Mehrzahl von logischen UND-Gattern auf, von denen Logikgatter 520, 522 und 524 gezeigt sind. Jedes UND-Gatter ist durch ein NAND-Gatter mit einem Inverter an seiner Ausgangsseite realisiert.
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Jede Vergleichseinheit 51i führt eine XNOR-Einbitfunktion aus. Die Vergleichseinheit 51i empfängt ein Adressbit ECAi, mit i = 0, ..., k, für elektrische Reparatur und ein zugehöriges externes Adressbit CAi, mit i = 0, ..., k, und vergleicht die beiden Bits. Wenn die beiden Bits auf dem gleichen Logikpegel liegen, gibt die Vergleichseinheit 51i ein Signal auf hohem Logikpegel ab. Wenn sich die beiden Bits unterscheiden, gibt sie ein Signal auf niedrigem Logikpegel ab.
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Das Ausgangssignal jeder Vergleichseinheit 51i und das Hauptsignal MA werden UND-verknüpft und als Aktivierungssignal EN für elektrische Reparatur abgegeben. Wenn daher von allen Vergleichseinheiten 510 bis 51k Signale auf hohem Logikpegel abgegeben werden, und das Hauptzugriffssignal ebenfalls auf hohem Pegel liegt, wird das Aktivierungssignal EN für elektrische Reparatur aktiviert.
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Die in den 2 bis 6 veranschaulichte Steuerschaltung für redundante Spalten stellt, wie oben erläutert, im Vergleich zu einem allein auf Laserschmelzsicherungen beruhenden Redundanzschema eine verbesserte Reparaturfähigkeit zur Verfügung, da eine redundante Spalte für eine Nachreparatur reserviert wird. Gleichzeitig nutzt dieses Ausführungsbeispiel die Erkenntnis, dass die meisten Speicherfelddefekte während der Reparatur im Waferstadium vorhanden und detektierbar sind, indem die meisten redundanten Spalten mit dem ökonomischeren Steuerschaltungsaufbau mit Laser-Schmelzsicherungen angesteuert werden.
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Eine Situation, die mit dem Ausführungsbeispiel von 2 nicht korrigierbar ist, ist ein Ausfall in derjenigen redundanten Spalte, die mit dem elektrischen Redundanzsteuerblock 131 verknüpft ist. Wenn diese redundante Spalte defekt ist, ist keine Nachreparatur möglich, selbst wenn eine oder mehrere der anderen der Anzahl n redundanter Spalten defektfrei und unbenutzt ist. Dagegen erhöht das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel die Wahrscheinlichkeit, dass eine Nachreparatur möglich ist, indem die potentielle Auswahl einer von mehreren redundanten Spalten zur Zuordnung zu elektrischen Redundanzsteuersignalen ermöglicht wird. Dann kann in vorteilhafter Weise eine defektfreie redundante Spalte nach der Waferfabrikation für eine Nachreparatur herangezogen werden. Außerdem kann vorteilhafter Weise alternativ jede defektfreie redundante Spalte einer Laserreparatur zugewiesen werden.
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7 veranschaulicht im Blockdiagramm dieses erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel in Form einer Redundanzspaltensteuerschaltung 200, die in einigen Komponenten dem Ausführungsbeispiel von 2 gleicht und speziell Nachreparatursteuerblöcke 251 bis 25n, verschiedene Redundanzsteuerblöcke 231 bis 23n und Steuersignalunterschiede aufweist. Diese Unterschiede werden nachfolgend in Verbindung mit den 7 bis 10 deutlicher. Kurz gesagt besitzt jeder Redundanzsteuerblock 23i Laserschmelzsicherungs-Funktionalität, kann jedoch so konfiguriert sein, dass er auf das elektrische Reparaturaktivierungssignal EN antwortet. Es wird daher keine einzige redundante Spalte bedingungslos für Nachreparatur bereitgestellt, vielmehr können alle redundanten Spalten, wenn notwendig, für Laserschmelzsicherungsreparatur verwendet werden, und eine defektfreie redundante Spalte kann nach der Waferfabrikation mit dem elektrischen Schmelzsicherungsschaltungsaufbau für Nachreparatur verknüpft werden. Diese Flexibilität stellt eine effiziente Nutzung von defektfreien redundanten Speicherleitungen in einer Mischung aus Reparaturvorgängen im Waferstadium und Nachreparaturvorgängen zur Verfügung.
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Wie die Redundanzspaltensteuerschaltung 100 von 2 weist die Steuerschaltung 200 von 7 eine elektrische Schmelzsicherungsbox 210 auf, die unter Verwendung des Modusregistersatzes auf eine gewünschte Nachreparaturspaltenadresse festgesetzt werden kann. Ein Adresskomparator 220 vergleicht Adressen ECA aus der elektrischen Schmelzsicherungsbox 210 mit einer Spaltenadresse CA und gibt das Aktivierungssignal EN ab, wenn die Adressen ECA und CA übereinstimmen und das Hauptsignal MA anzeigt, dass die Adresse ECA gültig ist.
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Während in 2 nur der elektrische Redundanzsteuerblock 131 das Aktivierungssignal EN vom elektrischen Reparaturadressenkomparator 120 empfängt, empfängt im Beispiel von 7 jeder Redundanzsteuerblock 231 bis 23n das Aktivierungssignal EN vom Adresskomparator 220. Außerdem empfängt jeder Redundanzsteuerblock 23i die Spaltenadresse CA und ein Steuersignal CSi von einem zugehörigen Nachreparatursteuerblock 25i. Dieses Steuersignal CSi legt fest, ob der Redundanzsteuerblock 23i auf das Aktivierungssignal EN reagiert oder die Spaltenadresse CA in Verbindung mit einer Laserschmelzsicherungs-/Komparatoreinheit innerhalb des Redundanzsteuerblocks 23i benutzt, um eine Auswahl einer redundanten Spalte durchzuführen. In einer typischen Nutzung wird eine Schmelzsicherung in einem und nur einem der Nachreparatursteuerblöcke 25i durchtrennt, um eine entsprechende CSi-Signalleitung zu aktivieren, welche die redundante Spalte anzeigt, die erforderlichenfalls zur Nachreparatur verwendet wird.
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8 veranschaulicht den internen Schaltungsaufbau eines jeweiligen Redundanzsteuerblocks 23i, i = 1, ..., n, der ein Redundanzaktivierungssignal RCSLENi an einen zugehörigen RCSL-Generator 24i in 7 abgibt. Jeder Redundanzsteuerblock 23i weist einen Laserreparatur-Verarbeitungsteil 610 für Laserreparatur und einen Nachreparatur-Verarbeitungsteil 620 für Nachreparaturvorgänge auf.
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Der Laserreparatur-Verarbeitungsteil 610 beinhaltet eine Laserschmelzsicherungsbox 611, einen Adresskomparator 612 und eine erste Logikeinheit 613. Die Laserschmelzsicherungsbox 612 besitzt eine Mehrzahl von Schmelzsicherungen, die durch einen Laserstrahl durchtrennt werden können. Durch selektives Durchtrennen der Laserschmelzsicherungen mit einem Laser wird die Laserschmelzsicherungsbox programmiert, um eine Adresse LCA zu erzeugen, die eine Haupt-Speicherfeldspalte anzeigt, in der eine defekte Zelle aufgetreten ist. Wie der Adresskomparator 220 aktiviert der Adresskomparator 612 ein Ausgangssignal OUT, wenn die Adresse LCA mit einer externen Adresse CA übereinstimmt. Die Logikeinheit 613 nimmt eine ODER-Verknüpfung des Ausgangssignals OUT mit dem Steuersignal CSi vor und erzeugt dadurch ein erstes Logiksignal TS1. Wenn daher der Nachreparatursteuerblock 25i das Steuersignal CSi nicht aktiviert hat, was bedeutet, dass der Redundanzsteuerblock 23i nicht zur Nachreparatur ausgewählt wurde, lässt die Logikeinheit 613 das Ausgangssignal OUT als sein Ausgangssignal TS1 durch. Wenn hingegen das Steuersignal CSi aktiviert wurde, was anzeigt, dass dies ein Nachreparaturblock ist, wird das Ausgangssignal OUT überschrieben, und das Ausgangssignal TS1 der Logikeinheit 613 wird unabhängig vom Zustand des Signals OUT aktiviert.
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Der Nachreparatur-Verarbeitungsteil 620 weist einen Inverter 621 und eine zweite Logikeinheit 622 auf. Der Inverter 621 erzeugt das Inverse des Signals CSi als ein Signal CSi#. Die zweite Logikeinheit 622 nimmt eine ODER-Verknüpfung des Signals CSi# mit dem elektrischen Reparaturaktivierungssignal EN vom elektrischen Schmelzsicherungsadresskomparator 220 vor und erzeugt so ein zweites Logiksignal TS1. Wenn der Nachreparatursteuerblock 25i das Steuersignal CSi aktiviert hat, was anzeigt, dass dies ein Nachreparaturblock ist, entspricht das Logiksignal TS2 dem Aktivierungssignal EN. Wenn hingegen das Steuersignal CSi deaktiviert wird, wird das Aktivierungssignal EN überschieben, und das zweite Logiksignal TS2 wird unabhängig vom Zustand des Aktivierungssignals EN aktiviert. Es ist daher evident, dass der Redundanzsteuerblock 23i nur auf entweder das Ausgangssignal OUT des Komparators 612 oder das elektrische Reparaturaktivierungssignal EN reagiert, wobei diese Auswahl vom Zustand des Steuersignals CSi abhängt.
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Der Laserreparatur-Verarbeitungsteil 610 und der Nachreparatur-Verarbeitungsteil 620 teilen sich eine dritte Logikeinheit 631. Diese nimmt eine UND-Verknüpfung des ersten und zweiten Logiksignals TS1, TS2 zusammen mit einem Spaltenauswahl CSLEN vor und gibt dann das Redundanzaktivierungssignal RCSLENi, i = 1, ..., n, ab.
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Wenn vom Halbleiterspeicherbauelement ein Lese- oder Schreibbefehl empfangen wird, ist der Befehl von einer externen Spaltenadresse CA begleitet, welche die Haupt-Speicherfeldspalte spezifiziert, auf die zugegriffen werden soll. Wenn die Haupt-Speicherfeldspalte, die durch die Adresse CA spezifiziert wurde, nicht repariert wurde, enthält keine der Laser- oder elektrischen Reparaturschmelzsicherungsboxen diese Adresse. Wenn die Haupt-Speicherfeldspalte, die durch die Adresse CA spezifiziert wurde, während einer Laserschmelzsicherungsreparatur im Waferstadium durch eine redundante Spalte ersetzt wurde, wurde diese Spaltenadresse in der Laserschmelzsicherungsbox 611 einer der redundanten Steuerblöcke 23i gespeichert. Wenn die durch die Adresse CA spezifizierte Haupt-Speicherfeldspalte während einer Nachreparatur durch eine redundante Spalte ersetzt wurde, ist diese Spaltenadresse in der elektrischen Schmelzsicherungsbox 210 abgelegt. Die Adresse CA wird dem Adresskomparator 612 jedes Redundanzsteuerblocks 23i sowie dem elektrischen Schmelzsicherungsadresskomparator 220 von 7 zugeführt. Jeder Adresskomparator vergleicht die Adresse CA mit seiner gespeicherten Adresse, d. h. der Komparator 612 mit der Laserschmelzsicherungsadresse LCA und der Komparator 220 mit der elektrischen Schmelzsicherungsadresse ECA. Für eine defekte, aber reparierte Haupt-Speicherfeldspalte detektiert einer der Adresskomparatoren eine Übereinstimmung mit der Adresse CA und aktiviert sein Ausgangssignal, d. h. der Komparator 612 sein Ausgangssignal OUT und der Komparator 220 sein Aktivierungssignal EN. Wenn die von der Adresse CA spezifizierte Haupt-Speicherfeldspalte nicht repariert wurde, aktiviert keiner der Komparatoren sein Ausgangssignal.
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Der erste bzw. primäre Betriebsmodus jeder Redundanzsteuerschaltung 23i reagiert auf eine mittels Laserschmelzsicherung programmierte Reparaturadresse. In diesem Betriebsmodus ist das Steuersignal CSi deaktiviert, das erste Logiksignal TS1 reagiert auf das Ausgangssignal OUT, und das zweite Ausgangssignal TS2 ist ständig aktiviert. Wenn daher die Adressen CA und LCA übereinstimmen und das Signal CSLEN aktiviert ist, was anzeigt, dass ein Spaltenauswahlausgangssignal geeignet ist, wird das Redundanzspaltenauswahlsignal RCSLENi aktiviert. Andernfalls bleibt das Signal RCSLENi deaktiviert.
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Der andere Betriebsmodus der Redundanzsteuerschaltung 23i reagiert auf die durch elektrische Schmelzsicherung programmierte Reparaturadresse. In diesem Modus ist das Steuersignal CSi aktiviert, das erste Logiksignal TS1 ist ständig aktiviert, und das zweite Logiksignal TS2 reagiert auf das Aktivierungssignal EN. Wenn eine Übereinstimmung der Adressen CA und ECA durch den Adresskomparator 220 festgestellt wird und das Signal CSLEN aktiviert ist, was anzeigt, dass ein Spaltenauswahlausgangssignal geeignet ist, wird das Redundanzspaltenauswahlsignal RCSLENi aktiviert. Andernfalls bleibt das Signal RCSLENi deaktiviert.
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Im Ausführungsbeispiel von 7 wird höchstens einer der Redundanzsteuerblöcke 23i auf den anderen Betriebsmodus gesetzt. Alle anderen Redundanzsteuerblöcke werden auf den primären Betriebsmodus gesetzt. Welcher Steuerblock 23i in den anderen Betriebsmodus gesetzt wird, wird durch den Zustand der Nachreparatur-Steuerblöcke 25i festgelegt. Jeder Nachreparatur-Steuerblock 25i beinhaltet hierfür eine Schmelzsicherung oder ein anderes einstellbares Element.
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9 veranschaulicht im Schaltbild eine mögliche Realisierung für einen jeweiligen Nachreparatur-Steuerblock 25i mit einer Nachreparatur-Schmelzsicherung 710. Letztere ist eine Laserschmelzsicherung, die während eines Testvorgangs im Waferstadium durchtrennt werden kann, um den Zustand des Steuersignals CSi zu ändern. Speziell bleibt, wenn die Nachreparatur-Schmelzsicherung 710 intakt gelassen wird, das Signal CSi auf einem niedrigen Logikpegel, während es einen hohen Logikpegel einnimmt, wenn die Nachreparatur-Schmelzsicherung 710 durchtrennt wird.
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Der Nachreparatur-Steuerblock 25i enthält zusätzlich zur Schmelzsicherung 710 zwei PMOS-Transistoren P3 und P4, einen NMOS-Transistor N6 und zwei Inverter 712 und 714. Die PMOS-Transistoren P3 und P4 sind jeweils mit einer Source-Elektrode an eine Speisespannung VDD und mit einer Drain-Elektrode an einen Anschluss der Schmelzsicherung 710 über einen zugehörigen Knoten 810 angeschlossen. Der NMOS-Transistor N6 ist mit seiner Source-Elektrode an Masse und mit seiner DRAIN-Elektrode an den anderen Anschluss der Schmelzsicherung 710 angeschlossen. Außerdem ist der Inverter 712 mit seinem Eingang an den Knoten 810 angeschlossen. Ein Knoten 812 verbindet den Ausgang des Inverters 712 mit dem Eingang des Inverters 714 und mit der Gate-Elektrode des PMOS-Transistors P4. Das Ausgangssignal des Inverters 714 stellt das Steuersignal CSi dar.
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Das Eingangssignal der Nachreparatur-Steuerblöcke 25i wird von einem Anschaltsignal VCCH gebildet. Dessen Signalverlauf ist in 10 veranschaulicht. Wie daraus ersichtlich, befindet sich das Anschaltsignal VCCH auf einem niedrigen Logikpegel, nachdem zu einem Zeitpunkt T1 dem Halbleiterspeicherbauelement Leistung zugeführt wird. Es geht dann auf hohen Logikpegel über, sobald der Spannungsversorgungspegel zu einem Zeitpunkt T2 einen vorgegebenen Pegel erreicht. Das Anschaltsignal VCCH wird den Gate-Elektroden der Transistoren P3 und N6 zugeführt.
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Der Nachreparatur-Steuerblock 25i arbeitet wie folgt. Als erstes sei der Fall betrachtet, dass die Nachreparatur-Schmelzsicherung 710 des Steuerblocks 25i durchtrennt wurde. Wenn das Halbleiterspeicherbauelement zum Zeitpunkt T1 von 10 angeschaltet wird, bleibt VCCH zunächst auf niedrigem Logikpegel, was den Transistor P3 leitend schaltet. Da die Schmelzsicherung 710 durchtrennt ist, lädt sich der Knoten 810 in Richtung Speisespannung VDD auf. Der Knoten 810 wird dann eventuell vom Inverter 712 als auf hohem Logikpegel liegend erkannt, was den Knoten 812 auf niedrigen Logikpegel steuert, so dass das Signal CSi hohen Logikpegel annimmt. Zum Zeitpunkt T2 von 10 schaltet das Anschaltsignal VCCH auf hohen Logikpegel. Zwar schaltet dies den PMOS-Transistor P3 sperrend, zu diesem Zeitpunkt hat jedoch der niedrige Logikpegel am Knoten 812 den PMOS-Transistor P4 leitend geschaltet, was den hohen Logikpegel am Knoten 810 und einen hohen Logikpegel für das Steuersignal CSi aufrechterhält.
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Im anderen Fall, in welchem die Nachreparatur-Schmelzsicherung 710 intakt geblieben ist, nimmt der Knoten 810 beim Anschalten zunächst einen hohen Logikpegel an, wie im Fall, dass die Schmelzsicherung 710 durchtrennt wurde. Wenn jedoch das Anschaltsignal VCCH auf hohen Logikpegel umschaltet, wird der Transistor N6 leitend geschaltet, während der Transistor P3 sperrend geschaltet wird und sich der Knoten 810 in Richtung Masse entlädt. Der Inverter 712 erkennt auf niedrigen Logikpegel am Knoten 810 und setzt den Knoten 812 auf hohen Logikpegel, was den Transistor P4 sperrend schaltet. Der Inverter 714 gibt folglich für das Steuersignal CSi einen niedrigen Logikpegel ab.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die redundante Spaltenleitung, die für die Nachreparatur verfügbar ist, vorzugsweise im Zeitraum ausgewählt, zu dem das Bauelement in einem Waferzustand ist. Beispielsweise können die redundanten Spaltenleitungen getestet werden, um eine redundante Speicherleitung zu bestimmen, die defektfrei ist. Diese defektfreie redundante Speicherleitung wird dann zur Nutzung bei der Nachreparatur bestimmt. Diese Speicherleitung wird mit dem Nachreparatur-Adresskomparator 220 mittels Durchtrennen der Laserschmelzsicherung 710 in demjenigen Nachreparatur-Steuerblock verknüpft, welcher dieser Speicherleitung zugeordnet ist.
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Außerdem kann bevorzugt die Auswahl einer redundanten Speicherleitung zur Nutzung bei der Nachreparatur in Verbindung mit einem Laserschmelzsicherungs-Reparaturvorgang im Waferstadium ausgeführt werden. Beispielsweise können die normalen und redundanten Spaltenleitungen im Waferstadium getestet werden, um festzustellen, welche Leitungen defekt und welche defektfrei sind. Für jede defekte Haupt-Speicherfeldspaltenleitung wird eine defektfreie redundante Speicherleitung bestimmt, und die mit dieser verknüpfte Laserschmelzsicherungsbox 611 gemäß 8 wird mit der Adresse dieser defekten Haupt-Speicherfeldspaltenleitung programmiert. Wenn dann alle defekten Haupt-Speicherfeldspeicherleitungen repariert wurden und defektfreie redundante Speicherleitungen ohne Zuweisung geblieben sind, kann eine dieser verbliebenen defektfreien redundanten Speicherleitungen zum Gebrauch bei der Nachreparatur bestimmt werden. Diese redundante Speicherleitung wird mit dem Nachreparatur-Adresskomparator 220 mittels Durchtrennen der Laserschmelzsicherung 710 in demjenigen Nachreparatur-Steuerblock verknüpft, der dieser Speicherleitung zugeordnet ist.
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Anschließend wird das Speicherbauelement gepackt und einem zweiten Test unterworfen. Wenn im gepackten Zustand eine Spalte des Speichers als Defekt festgestellt wird, wird eine Reparatur durch Abgabe eines Befehls versucht, der den Modusregistersatz 260 dazu veranlasst, die elektrische Schmelzsicherungsbox 210 auf die Adresse der defekten Spalte zu setzen. Wenn ein Nachreparaturblock 25i nach dem Laser-Reparaturvorgang verfügbar blieb und für eine Nachreparatur bestimmt wurde, ist eine solche Nachreparatur möglich.
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Wenngleich es bevorzugt ist, eine Spalte zur Nachreparatur während des Prüf- und Programmiervorgangs im Waferstadium auszuwählen, sind andere Realisierungen ebenfalls möglich. 11 veranschaulicht beispielsweise eine alternative Ausführungsform einer Nachreparatur-Steuerschaltung 27i, die eine Auswahl einer Spalte zur Nachreparatur über eine Bondkontaktstelle 830 ermöglicht. In einem Zustand bleibt die Bondkontaktstelle 830 ohne Verbindung. NMOS-Transistoren N7, N8 und N9 ziehen einen Knoten 820 auf niedrigen Pegel, wodurch Inverter 720 und 722 einen niedrigen Logikpegel für das Signal CSi einstellen. In einem alternativen Zustand ist die Bondkontaktstelle 830 mit der Speisespannung VDD verbunden, was den Knoten 820 und das Signal CSi auf hohen Logikpegel setzt. Um das Signal CSi auf hohen Pegel zu setzen und eine bestimmte redundante Spalte zur Nachreparatur auszuwählen, kann die Bondkontaktstelle 830 während eines Drahtbondvorgangs mittels Drahtbonden mit einer VDD-Kontaktstelle verbunden werden. Alternativ kann die Bondkontaktstelle 830 mittels Drahtbonden mit einer Leitung auf einem Chipträger verbunden werden, die mit der Speisespannung VDD außerhalb des Bauelements verbunden ist, um die zugehörige redundante Spalte zur Nachreparatur auszuwählen.
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Eine weitere alternative Auswahlrealisierung ist in den 12 und 13 veranschaulicht. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt nach der Verkapselung die Auswahl einer redundanten Spalte zur Verknüpfung mit dem Nachreparaturkomparator 220. Gemäß 12 ist jeder Nachreparatur-Steuerblock 28i, i = 1 ..., n, durch eine zugehörige Steuerleitung MRSPRCi vom Modusregistersatz 290 elektrisch programmierbar. Um einen gegebenen Nachreparatur-Steuerblock 28i mit dem Adresskomparator 220 für die elektrische Schmelzsicherungsbox zu verknüpfen, wird ein Befehl mit einer Adresse abgegeben, der die Steuerleitung MRSPRCi aktiviert, wodurch eine elektrische Schmelzsicherung im Nachreparatur-Steuerblock 28i durchtrennt wird, was dazu führt, dass das Steuersignal CSi aktiviert wird.
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In diesem Ausführungsbeispiel mag eine Schwierigkeit darin bestehen, festzustellen, welche Redundanzsteuerblöcke 23i und zugehörigen Spaltenleitungen noch verfügbar und defektfrei sind. Um diese Schwierigkeit zu beheben, weist jeder Nachreparatur-Steuerblock 28i eine Laserschmelzsicherung auf, welche die elektrische Schmelzsicherung in diesem Nachreparatur-Steuerblock 28i davor schützt, durchtrennt zu werden. Während der Programmierung im Waferzustand wird folglich, da jeder Redundanzsteuerblock 23i zur Laserreparatur verwendet wird, auch eine Laserschmelzsicherung im zugehörigen Nachreparatur-Steuerblock 28i durchtrennt, um das elektrische Programmieren dieses Nachreparatur-Steuerblocks zu verhindern. Wenn eine gegebene redundante Spalte als Defekt festgestellt wird, kann auch die Laserschmelzsicherung im zugehörigen Nachreparatur-Steuerblock 28i durchtrennt werden, um eine elektrische Programmierung dieses Nachreparatur-Steuerblocks zu verhindern.
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Während der Nachreparatur einer defekten Spalte wird folglich eine Auswahl eines Nachreparatur-Steuerblocks 28i und eine Durchtrennung von dessen elektrischer Schmelzsicherung für einen ersten Wert von i versucht. Wenn nach dieser ersten Wahl die defekte Spalte nicht repariert worden ist, kann angenommen werden, dass dieser Nachreparatur-Steuerblock 28i deaktiviert war. Es wird dann ein neuer Wert von i gewählt, und der Prozess wird wiederholt, bis entweder eine erfolgreiche Reparatur durchgeführt wurde oder alle Werte von i erfolglos benutzt worden sind. In letzterem Fall ist die Nachreparatur fehlgeschlagen.
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13 veranschaulicht eine mögliche Schaltungsrealisierung, die als Nachreparatur-Steuerblock 28i verwendbar ist. Sie beinhaltet eine elektrische Schmelzsicherung 730 und funktioniert ähnlich wie der Steuerblock 25i von 9, indem bei intakter Schmelzsicherung 730 das Signal CSi nach dem Anschalten auf einem niedrigen Logikpegel liegt und bei durchtrennter Schmelzsicherung 730 das Signal CSi nach dem Anschalten auf einem hohen Logikpegel liegt. Um die Schmelzsicherung 730 zu durchtrennen, wird das Signal MRSPRCi aktiviert, was einen Transistor P7 leitend schaltet und dazu führt, dass ein hoher Übergangsstrom über die Schmelzsicherung 730 fließt. Dieser Strom fließt auch über eine Schmelzsicherung 740, die folglich so auszulegen ist, dass sie diesen Stromfluss aushält, ohne zuerst durchtrennt zu werden. Um das Programmieren des Steuerblocks 28i auf hohen Logikpegel zu verhindern, wird die Schmelzsicherung 740 mittels Laser durchtrennt. Wenn die Schmelzsicherung 740 durchtrennt ist, wird bei Aktivierung des Signals MRSPRCi ein Übergangsstrom über die Schmelzsicherung 730 generiert.
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Während die obigen Ausführungsbeispiele Schaltungen zeigen, die einen einzelnen Nachreparaturvorgang ermöglichen, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. 14 zeigt beispielsweise im Blockdiagramm ein Ausführungsbeispiel einer Reparaturschaltung 900, die in der Lage ist, zwei Nachreparaturvorgänge auszuführen. Diese Reparaturschaltung 900 weist Redundanzsteuerblöcke 931 bis 93n, RCSL-Generatoren 941 bis 94n sowie Nachreparatur-Steuerblöcke 951 bis 95n ähnlich wie die Nachreparaturschaltung 200 von 7 auf. Die Nachreparaturschaltung 900 beinhaltet jedoch im Gegensatz zur Nachreparaturschaltung 200 zwei elektrische Schmelzsicherungsboxen 911 und 912 sowie zwei Adresskomparatoren 921 und 922.
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Die zwei elektrischen Schmelzsicherungsboxen 911 und 912 sind über Signale MRS1 und MRSCAi des Modusregistersatzes 260 separat programmierbar. Ein Modusregistersatzsignal kann hierbei von den elektrischen Schmelzsicherungseinheiten dazu benutzt werden, die übrigen Modusregistersatzsignale gesteuert durchzulassen, so dass jede elektrische Schmelzsicherungseinheit unabhängig programmiert werden kann.
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Die Schmelzsicherungseinheit 911 erzeugt eine erste elektrische Spaltenadresse ECA1, und die Schmelzsicherungseinheit 912 erzeugt eine zweite elektrische Spaltenadresse ECA2. Der Adresskomparator 921 vergleicht die Adresse CA mit der Adresse ECA1 und aktiviert ein erstes Freigabesignal EN1, wenn eine Übereinstimmung detektiert wird. Der Adresskomparator 922 vergleicht die Adresse CA mit der Adresse ECA2 und aktiviert ein zweites Freigabesignal EN2, wenn eine Übereinstimmung detektiert wird. Das erste und zweite Freigabesignal EN1, EN2 werden den Redundanzsteuerblöcken 931 bis 93n zugeführt.
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Die Redundanzsteuerblöcke 931 bis 93n können eine Laser-Reparatur oder Nachreparatur in Abhängigkeit von den Steuersignalen CSi, i = 1 ... n, der Nachreparatur-Steuerblöcke 951 bis 95n und von dem ersten und zweiten elektrischen Reparaturaktivierungssignal EN1, EN2 ausführen. In der Schaltung 900 ist jedoch jedes Steuersignal CSi mit zwei Signalleitungen verknüpft, und zwar einer Signalleitung CSi-1, die mit dem Signal EN1 gepaart ist, und einer Signalleitung CSi-2, die mit dem Signal EN2 gepaart ist. Der Redundanzsteuerblock 93i arbeitet als Laser-Reparaturblock, wenn die Signalleitungen CSi-1 und CSi-2 beide auf niedrigem Logikpegel liegen. Der Redundanzsteuerblock 93i fungiert als Nachreparatur-Steuerblock in Reaktion auf die Reparaturadresse ECA1, wenn das Signal CSi-1 auf hohem Logikpegel und das Signal CSi-2 auf niedrigem Logikpegel liegen. Schließlich fungiert der Redundanzsteuerblock 93i als Nachreparatur-Steuerblock, der auf die Reparaturadresse ECA2 anspricht, wenn das Signal CSi-1 auf niedrigem Logikpegel und das Signal CSi-2 auf hohem Logikpegel liegen. Um zwei Steuersignale zu erzeugen, enthält jeder Nachreparaturblock 95i zwei Laserschmelzsicherungen und zwei Sätze von Schaltungsaufbauten ähnlich denen von 9.
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15 veranschaulicht im Blockdiagramm eine Variante der Reparaturschaltung 200 von 12. Das Ausführungsbeispiel von 15 erlaubt die Korrektur zweier möglicher Ausfälle, die durch das Ausführungsbeispiel von 12 nicht korrigiert werden können. Der erste Fehlerfall betrifft eine Spalte, die mittels Laser repariert wurde, wobei jedoch die mit der Laserreparatur verknüpfte Reparaturspalte anschließend ausgefallen ist. Der zweite Fehlerfall betrifft eine Spalte, die als Nachreparaturspalte festgelegt wurde, bei der nach einem solchen Reparaturversuch jedoch festgestellt worden ist, dass die zugewiesene Nachreparaturspalte nicht fehlerfrei ist. In beiden Fällen kann das Ausführungsbeispiel von 12 keine weitere Reparatur dieser spezifischen Adresse mit einer anderen redundanten Spalte durchführen, da zwei verschiedene Reparaturspalten durch diese Adresse aktiviert würden.
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Um diese Fehlerfälle zu beheben, erweitert das Ausführungsbeispiel von 15 das Konzept des Überschreibens eines Nachreparatur-Steuerblocks. Dieses Konzept wird auch zwischen Redundanzsteuerblöcken angewandt. Wie gezeigt, erzeugt ein Redundanzsteuerblock 291 ein Überschreibsignal OVR1 für einen Redundanzsteuerblock 292. Letzterer erzeugt ein Überschreibsignal OVR2 für einen Redundanzsteuerblock 293, und dieses Muster wiederholt sich bis zu einem Redundanzsteuerblock 29n. Jeder Redundanzsteuerblock, der ein Überschreibsignal auf niedrigem Logikpegel empfängt, führt in Reaktion darauf zwei Funktionen aus. Eine besteht darin, dass er den niedrigen Logikpegel zum nächsten Redundanzsteuerblock auf dessen selbsterzeugtes Überschreibsignal weiterleitet. Die zweite Funktion besteht darin, dass er eine Aktivierung seines eigenen RCSLEN-Signals blockiert, selbst wenn eine Adressenübereinstimmung vorliegt, die andernfalls dazu führen würde, dass das RCSLEN-Signal aktiviert wird. Des weiteren aktiviert ein jeweiliger Redundanzsteuerblock sein eigenes erzeugtes Überschreibsignal, wenn er nicht blockiert ist und eine Adressenübereinstimmung mit seiner programmierten Adresse auftritt.
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In der Praxis können bei diesem Ausführungsbeispiel die Redundanzsteuerblöcke 29i und Nachreparatur-Steuerblöcke 28i beginnend mit dem Block n nach oben fortsetzend bis zum Block 1 verwendet werden. Wenn beispielsweise während einer Laser-Reparatur einige defekte Spalten repariert werden, wobei die letzte hiervon durch Laser-Programmieren einer gegebenen Reparaturadresse RA3 im Redundanzsteuerblock 293 repariert wird, so bleiben die Redundanzsteuerblöcke 292 und 291 zur Nachreparatur verfügbar, wobei die Nachreparatur-Steuerblöcke 283 bis 28n dementsprechend während der Laser-Reparatur deaktiviert sind, wie oben erläutert. Der Redundanzsteuerblock 293 aktiviert dann das Signal RCSLEN3, wenn die Adresse CA gleich der Adresse RA3 ist und das Signal CSLEN aktiviert ist.
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Nach Verkapselung und während des Nachreparatur-Testvorgangs sei dann angenommen, dass für die Adresse RA3 ein Ausfall detektiert wird. Dies bedeutet höchstwahrscheinlich, dass ein Ausfall in der mit dem Redundanzsteuerblock 293 verknüpften, redundanten Spalte aufgetreten ist. Der Nachreparaturtest kann jedoch nicht mitteilen, dass diese Adresse bereits einmal repariert wurde, so dass er erneut versucht, diese Adresse zu reparieren. Die Adresse RA3 ist zuerst in der elektrischen Schmelzsicherungsbox 210 programmiert. Das Reparatursystem versucht dann, den Nachreparatur-Steuerblock 28n zu programmieren, dieser Block wurde aber während der Laser-Reparatur deaktiviert, so dass der Versuch erfolglos ist. Das Reparatursystem versucht dann den Steuerblock 28(n-1) zu programmieren, und so weiter, bis zum Steuerblock 282, bis es einen Nachreparatur-Steuerblock erfolgreich programmiert. Das Signal CS2 geht nach abgeschlossener Programmierung auf hohen Logikpegel über.
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Wenn nun die Spalte RA3 getestet wird, stimmt die Adresse CA mit der Adresse ECA überein. Dadurch werden die beiden Signale EN und CS2 aktiviert, und der Steuerblock 292 aktiviert das Signal RCSLEN2, um seine zugehörige redundante Spalte auszuwählen. Gleichzeitig führt der Redundanzsteuerblock sein Überschreibsignal OVR2 auf niedrigen Logikpegel. Der Redundanzsteuerblock 293, der erkennt, dass das Überschreibsignal OVR2 nun auf niedrigem Logikpegel liegt, blockiert eine Aktivierung des Signals RCSLEN3, selbst wenn sein eigener interner Adresskomparator eine Übereinstimmung detektiert.
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In diesem Beispiel einen Schritt fortschreitend, ist es auch möglich, dass die mit dem Signal RCSL2 verknüpfte Reparaturspalte defekt ist. Trotz der elektrischen Nachreparatur tritt dann beim Testen der Spalte RA3 noch immer ein Defekt auf, möglicherweise ein anderer Defekt. Das Nachreparatursystem hat noch einen Nachreparatur-Steuerblock 281 mehr zur Nutzung, so dass es diesen Nachreparatur-Steuerblock 281 programmiert. Nun sind beide Signale CS1 und CS2 aktiviert. Wenn die Adresse CA gleich der Adresse RA3 ist, erkennen die Redundanzsteuerblöcke 291, 292 und 293 eine interne Adressübereinstimmung. Der Block 291 jedoch, der mit seinem OVR1-Signal Priorität hat, blockiert den Redundanzsteuerblock 292 vor einer Aktivierung des Signals RCSLEN2, und der Block 292 blockiert wiederum den Redundanzsteuerblock 293.
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16 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Redundanzsteuerblocks 29i, der die soeben erläuterten Funktionalitäten erfüllt. Die Laserschmelzsicherungsbox 611 und der Adresskomparator 612 funktionieren wie oben in Verbindung mit 8 erläutert. Die Logikeinheit 613 nimmt eine NOR-Verknüpfung des Ausgangssignals OUT des Adresskomparators 612 mit dem Steuersignal CSi vor und erzeugt daraus ein erstes Logiksignal TS1#. Die zweite Logikeinheit 622 nimmt eine NOR-Verknüpfung des Signals CSi# mit dem Aktivierungssignal EN für elektrische Reparatur vor und erzeugt dadurch ein zweites Logiksignal TS2#. Ein NOR-Gatter 641 empfängt die Signale TS1# und TS2# eingangsseitig und erzeugt daraus ein Eingangssignal für eine dritte Logikeinheit 631. An zwei weiteren Eingängen empfängt die Logikeinheit 631 das Signal CSLEN und das Signal OVR(i-1). Die Logikeinheit 631 nimmt eine UND-Verknüpfung dieser drei Signale vor und erzeugt dadurch das Spaltenauswahlfreigabesignal RCSLENi. Wenn das Signal OVR (i-1) auf niedrigem Logikpegel liegt, verhindert es effektiv die Aktivierung des Signals RCSLENi.
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Zur Erzeugung des abgegebenen Überschreibsignals OVRi werden zwei zusätzliche Logikgatter verwendet. Ein Inverter 642 invertiert das Signal OVR(i-1). Ein NOR-Gatter 643 empfängt das Ausgangssignal des NOR-Gatters 641 und das Ausgangssignal des Inverters 642 an je einem Eingang. Der Ausgang des NOR-Gatters 643 bildet das abgegebene Überschreibsignal OVRi. Im Betrieb wird das Signal OVRi auf niedrigem Pegel gehalten, wenn das Signal OVR(i-1) auf niedrigem Pegel liegt. Außerdem wird das Signal OVRi auf niedrigem Pegel gehalten, wenn die Signale TS1# und TS2# beide auf niedrigem Pegel liegen, was anzeigt, dass der Redundanzsteuerblock 29i eine Adressübereinstimmung detektiert hat.
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Es sind zahlreiche Varianten der gezeigten Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise gibt es verschiedene mögliche Konfigurationen der Verknüpfung zwischen Redundanzsteuerblöcken und redundanten Speicherleitungen. Soweit bestimmte Redundanzsteuerblöcke eine Doppelmodusfähigkeit für Schmelzsicherungsdurchtrennen mittels Laser im Waferstadium und für Nachreparaturprogrammierung besitzen, brauchen diese Fähigkeit nicht alle Redundanz steuerblöcke besitzen. Ebenso kann in Fällen, in denen zwei Adress-Nergleichseinheiten für Nachreparatur vorhanden sind, eine von diesen von einem Teil der Redundanzsteuerblöcke programmierbar sein, während die andere von einem davon verschiedenen Teil programmierbar ist, was die Notwendigkeit für Nachreparatursteuerblöcke mit mehreren Schmelzsicherungen und von einer Mehrzahl von CSi-Signalleitungen vermeidet. Die Nachreparatursteuerblöcke müssen keine 1:1-Entsprechung mit den Redundanzsteuerblöcken haben. Beispielsweise können unter Verwendung einer Dekodierlogik drei Schmelzsicherungen dazu benutzt werden, sieben spezifische CSi-Signale und einen Nichtauswahl-Fall zu erzeugen. Die Redundanzleitungen können von in Spaltenrichtung verlaufenden Redundanzspalten oder von in Zeilenrichtung verlaufenden Redundanzzeilen oder sowohl von Redundanzspalten als auch von Redundanzzeilen gebildet sein. Im einen Fall wird mit der jeweiligen Redundanzleitung eine defekte Spalte ersetzt, im anderen Fall wird eine defekte Zeile ersetzt.
