特許 6047844 冗長型センス増幅器搭載メモリー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6047844

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】冗長型センス増幅器搭載メモリー

(51)【国際特許分類】

   G11C 11/419 20060101AFI20161212BHJP

   G11C 16/06 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G11C11/34 311

   G11C17/00 634C

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-560143(P2014-560143)

(86)(22)【出願日】2013年3月25日

(65)【公表番号】特表2015-508933(P2015-508933A)

(43)【公表日】2015年3月23日

(86)【国際出願番号】US2013033648

(87)【国際公開番号】WO2013148544

(87)【国際公開日】20131003

【審査請求日】2014年8月27日

(31)【優先権主張番号】13/431,424

(32)【優先日】2012年3月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503260918

【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100121979

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 吉信

(72)【発明者】

【氏名】セニンゲン マイケル アール

(72)【発明者】

【氏名】ルナス マイケル イー

【審査官】 堀田 和義

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−６５５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２２１９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４７０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７１８９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｃ １１／４１９

Ｇ１１Ｃ １６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各サブアレイが、複数のデータストレージ・セルと、複数の読み取り回路と、を備える複数のサブアレイであって、
前記読み取り回路の各々は、
第１の利得レベルを有し、前記複数のデータストレージ・セルの選択した１つから入力データを受け取るように構成された第１のセンス増幅器と、
第２の利得レベルを有する第２のセンス増幅器であって、前記第２の利得レベルは前記第１の利得レベルよりも高く、前記複数のデータストレージ・セルの選択した１つから入力データを受け取るように構成された第２のセンス増幅器と、を備える、複数のサブアレイと、
前記第１のセンス増幅器の出力及び第２のセンス増幅器の出力を受け取り、これらを論理的に結合するように構成された出力回路と、
第１増幅器イネーブル信号、第２増幅器イネーブル信号、及びデータ出力選択信号を生成するように構成されたタイミング制御ユニットと、
前記複数のサブアレイに接続する複数の行選択信号、及び前記複数のサブアレイに接続する複数の列選択信号を生成するように接続するアドレス復号器と、を備えるメモリー回路であって、
前記アドレス復号器は、入力アドレスの値に応答して、前記行選択信号の１つ及び前記列選択信号の１つを前記アドレス復号器がアサートするように、前記入力アドレスを受け取るように構成され、
前記タイミング制御ユニットは、
所定のデータストレージ・セルにテストデータを記憶し、
前記第１のセンス増幅器を使用して前記所定のデータストレージ・セルからのデータを増幅し、第１の出力データを生成し、
前記第２のセンス増幅器を使用して前記所定のデータストレージ・セルからのデータを増幅し、第２の出力データを生成し、
前記第１の出力データを前記テストデータと比較し、
前記第２の出力データを前記テストデータと比較する、ように構成される、メモリー回路。

【請求項2】

前記アドレス復号器は、ストレージ・アレイと、前記入力アドレスを前記ストレージ・アレイの内容と比較するように構成された比較器とを含み、
前記タイミング制御ユニットは、前記第１の出力データが前記テストデータと一致しないが、前記第２の出力データが前記テストデータと一致することの確認に応答して、前記ストレージ・アレイに、前記所定のストレージ・セルのアドレスを記憶するように構成される、請求項１に記載のメモリー回路。

【請求項3】

前記アドレス復号器は、前記比較器が前記入力アドレスと前記ストレージ・アレイの前記内容との一致を検知した時に、誤読表示信号を生成するように更に構成される、請求項２に記載のメモリー回路。

【請求項4】

前記タイミング制御ユニットは、前記誤読表示信号に依存して、前記第１増幅器イネーブル信号、前記第２増幅器イネーブル信号、及び前記データ出力選択信号を生成するように更に構成される、請求項３に記載のメモリー回路。

【請求項5】

１つ以上のメモリーと、前記１つ以上のメモリーに接続する処理ユニットと、を備える、システムであって、
前記処理ユニットは、回路と、１つ以上のストレージ・アレイと、を備え、
前記１つ以上のストレージ・アレイの各ストレージ・アレイは、複数のデータストレージ・セルと、複数の読み取り回路と、を備え、
前記読み取り回路の各々は、
第１の利得レベルを有し、前記複数のデータストレージ・セルの選択した１つから入力データを受け取るように構成された第１のセンス増幅器と、
第２の利得レベルを有する第２のセンス増幅器であって、前記第２の利得レベルは前記第１の利得レベルよりも高く、前記複数のデータストレージ・セルの選択した１つから入力データを受け取るように構成された第２のセンス増幅器と、
前記第１のセンス増幅器の出力及び第２のセンス増幅器の出力を受け取り、これらを論理的に結合するように構成された出力回路と、を備え、
前記回路は、
前記複数のデータストレージ・セルの所定のデータストレージ・セルにテストデータを記憶し、
前記第１のセンス増幅器を使用して前記所定のデータストレージ・セルからのデータを増幅し、第１の出力データを生成し、
前記第２のセンス増幅器を使用して前記所定のデータストレージ・セルからのデータを増幅し、第２の出力データを生成し、
前記第１の出力データを前記テストデータと比較し、
前記第２の出力データを前記テストデータと比較する、ように構成される、システム。

【請求項6】

前記回路は、試験モード中に第１増幅器イネーブル信号、第２増幅器イネーブル信号、及び出力データ選択信号を供給するように構成された試験ユニットを含み、
前記１つ以上のストレージ・アレイの各ストレージ・アレイのために、前記第１のセンス増幅器は、前記第１増幅器イネーブル信号のアサートに応答して、前記入力データを前記第１の利得レベルで増幅するように更に構成され、前記第２のセンス増幅器は、前記第２増幅器イネーブル信号のアサートに応答して、前記入力データを前記第２の利得レベルで増幅するように更に構成され、前記出力回路は、前記出力データ選択信号に依存して、前記第１のセンス増幅器の前記出力又は前記第２のセンス増幅器の前記出力を論理的に結合するように構成される、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記試験ユニットは、前記ストレージ・アレイ内の弱いデータストレージ・セルを選択したアドレスを示すアドレス情報を記憶するように更に構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

入力データをデータストレージ・セルから受け取るステップと、
前記データストレージ・セルからのデータを、制御入力に依存して、第１の利得レベルを有する第１のセンス増幅器又は第２の利得レベルを有する第２のセンス増幅器を用いて、増幅するステップであって、前記第２の利得レベルは前記第１の利得レベルよりも高いものである、ステップと、
テストモードの間に、前記データストレージ・セルにテストデータを記憶するステップと、
前記テストモードの間に、前記第１のセンス増幅器を使用して前記データストレージ・セルからのデータを増幅し、第１の出力データを生成するステップと、
前記テストモードの間に、前記第２のセンス増幅器を使用して前記データストレージ・セルからのデータを増幅し、第２の出力データを生成するステップと、
前記第１の出力データを前記テストデータと比較するステップと、
前記第２の出力データを前記テストデータと比較するステップと、
前記第１の出力データと前記テストデータとの比較、及び前記第２の出力データと前記テストデータとの比較に基づいて、前記データストレージ・セルのセル強度を確認するステップと、
前記セル強度を記憶するステップと、を有する方法。

【請求項9】

前記データストレージ・セルの記憶されたセル強度に依存して、前記制御入力を判定するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

弱いデータストレージ・セルを示す前記記憶されたセル強度に応答して、誤読表示信号をアサートするステップを更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記増幅するステップは、弱いデータストレージ・セルを示す前記記憶されたセル強度に応答して、前記データストレージ・セルに記憶されたデータを増幅するための前記第２のセンス増幅器を選択するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、メモリー実装技術分野に関し、具体的には、感知技術に関する。

【背景技術】

【0002】

通常、メモリーは、半導体基板上で製造された相互接続トランジスタから構成される複数のデータストレージ・セルを含む。この様なデータストレージ・セルは、複数の異なる回路設計様式に従って構成可能である。例えば、データストレージ・セルを、コンデンサーに接続する１個のトランジスタとして実装することで、動的ストレージ・セルを形成できる。あるいは、クロス接続インバータを用いて、静的ストレージ・セルを形成するか、又はフローティング・ゲートＭＯＳＦＥＴによって、不揮発性ストレージ・セルを作成できる。

【0003】

半導体製造プロセス中、リソグラフィー、トランジスタのドーパント・レベル等の変動によって、同じ特性が意図されるストレージ・セル間で電気特性が異なる場合がある。装置を何度も動作すると、トランジスタ内の経時効果により、電気特性が更に変動する恐れもある。トランジスタ間におけるこれらの電気特性の違いによって、同じ記憶データについて異なる微小信号電圧を出力するデータストレージ・セルが、発生することもある。

【0004】

ある場合では、所与のデータストレージ・セルの変動によって、センス増幅器では適切に増幅できない出力電圧が発生することがある。この様なデータストレージ・セルは、製造収率目標を実現するために冗長なデータストレージ・セルとの交換を必要とする重度な故障として初期試験中に識別される場合がある。

【発明の概要】

【0005】

メモリー回路に関する種々の実施例を開示している。ある実施例において、メモリー回路は、データストレージ・セル、列マルチプレクサ、第１の利得レベルを有する第１のセンス増幅器、第２の利得レベルを有する第２のセンス増幅器及び出力回路を含むことができる。ある実施例では、第２の利得レベルは、第１の利得レベルよりも高くてもよい。

【0006】

ある実施例において、出力回路は、マルチプレクサを含めても良く、このマルチプレクサは、第１のセンス増幅器の出力、又は第２のセンス増幅器の出力を制御可能に選択できるように動作可能である。他の実施例では、第１のセンス増幅器及び第２のセンス増幅器は、これらの各出力が高インピーダンス状態に入れるように構成可能であり、出力回路には、第１のセンス増幅器の出力を第２のセンス増幅器の出力に接続するノードを含められる。

【0007】

動作中、試験データは、データストレージ・セルに格納可能である。このデータは、第１のセンス増幅器を用いて、データストレージ・セルから読み取られ、元の試験データと比較できる。このデータは、第２のセンス増幅器を用いて、データストレージ・セルから読み取られ、元の試験データと比較可能である。これらの比較結果を用いて、データストレージ・セルの強度が判定される。データストレージ・セルの強度を示す情報を記憶できる。

【0008】

データストレージ・セルへの後続のアクセス中に、データストレージ・セルに関する記憶済みのセル強度情報を検証可能である。データストレージ・セルに関する記憶済みのセル強度情報によって、ストレージ・セルが弱いと示された場合、データは、第２のセンス増幅器を用いて、データストレージ・セルから読み取ることができる。

【0009】

以下の詳細な説明は、添付の図面について言及しており、これから、これらの図面について簡単に述べる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】データストレージ・セルの実施例について説明する図である。

【図2】ビット線の放電について想定される波形に関する図である。

【図3】メモリー・サブアレイの実施例について説明する図である。

【図4】図３で示した実施例の想定される動作法に関する図である。

【図5】メモリーの実施例について説明する図である。

【図6】図５で示した実施例の想定される動作法に関する図である。

【図7】弱いビットであるかどうかについてメモリーを試験するための可能な方法に関する図である。

【図8】メモリーを読み取り、記憶データと以前にロードされた試験データとを比較するための可能な方法の図である。

【図9】コンピュータ・システムの実施例について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示は、種々の変更及び代替形態を許容可能であるが、その特定の実施例については、図面中で例として示し、これから本明細書の中で詳細に述べる。だが、図面及びこれに関する詳細な説明は、図示の特定形態に本開示を制限することを意図しておらず、むしろその目的は、添付の特許請求の範囲により定義される本開示の精神や範囲に含まれる全ての変形形態、等価形態、及び代替形態を網羅することを、理解されるべきである。本明細書で使用される表題は、構成目的のみに過ぎず、説明の範囲を制限するために使用されることを意味するものではない。本出願を通して使用される単語「ｍａｙ」は、義務的な意味（即ち、必須を意味する）よりも、許容的な意味（即ち、可能性を含む意味）として使用される。同様に、単語「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」は、〜を含むがこれに限定されるものではないということを意味する。

【0012】

種々のユニット、回路、又は他の構成要素については、１つ以上のタスクを実行するよう「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ（構成される）」ものとして述べる場合がある。この様な状況では、「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ（構成される）」は、動作中に１つ以上のタスクを実行する「ｈａｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ ｔｈａｔ（回路を備えている）」ことを略意味する構造の広義な記述である。従って、ユニット／回路／構成要素は、このユニット／回路／構成要素が現在動作していない時であっても、タスクを実行するよう構成可能である。一般に、「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ（構成される）」に対応する構造を形成する回路は、ハードウェア回路を含められる。同様に、種々のユニット／回路／構成要素を、説明の便宜のために、１つ以上のタスクを実行するものとして説明することもある。この様な説明は、語句「ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ｔｏ（構成される）」を含めるものとして解釈するものとする。１つ以上のタスクを実行するように構成されたユニット／回路／構成要素の列挙は、そのユニット／回路／構成要素に対する米国特許法第１１２条第６段落の解釈の適用を明示的に意図しない。より具体的には、全ての要素に関する記述は、言語「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ（〜するための手段）」、又は「ｓｔｅｐ ｆｏｒ（〜するための工程）」が具体的に記述されていない限り、その要素に対する米国特許法第１１２条第６段落の解釈の適用を明示的に意図していない。

【0013】

半導体メモリー素子の製造中、リソグラフィー、注入レベル等の違いによって、通常、特性や性能が同一であることを意図するデータストレージ・セル間の電気特性に違いが発生する場合がある。ある場合では、データストレージ・セルの電気特性の変動は、データストレージ・セルがメモリー回路の正常動作条件下での動作（例えば、読み取り、又は書き込み）が不可能となるくらい著しく大きくなる場合があり、これによって、データストレージ・セルは、故障として識別され、余剰のデータストレージ・セルとの交換が必要とされる。電気特性が理想的では無いデータストレージ・セルを補償するために余剰のデータストレージ・セルをメモリー回路に追加することで、チップ領域や電力消費が増えることがある。以下で説明する実施例は、電気特性が理想的では無いデータストレージ・セルを識別及び補償するための技術を提供できる。

【0014】

図１は、幾つかの想定される実施例の１つに係わるデータストレージ・セルを図示している。図示の実施例において、データストレージ・セル１００は、「ｂｔ」として示す正規のＩ／Ｏ（入出力）１０２、「ｂｃ」として示す補足Ｉ／Ｏ １０３、及び「ｗｌ」として示す選択入力１０１を含む。

【0015】

図示の実施例では、ｂｔ １０２は、選択トランジスタ１０４に接続され、ｂｃ １０１は、選択トランジスタ１０５に接続される。選択トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０５は、ｗｌ １０１により制御される。選択トランジスタ１０４は、ノード１１０を介して、プルアップ・トランジスタ１０８及びプルダウン・トランジスタ１０６に更に接続され、選択トランジスタ１０５は、ノード１１１を介して、プルアップ・トランジスタ１０９及びプルダウン・トランジスタ１０７に更に接続される。プルアップ・トランジスタ１０８及びプルダウン・トランジスタ１０６は、ノード１１１によって制御され、プルアップ・トランジスタ１０９及びプルダウン・トランジスタ１０７は、ノード１１０により制御される。

【0016】

選択トランジスタ、プルアップ・トランジスタ、プルダウン・トランジスタ、及びプリチャージ・トランジスタを個々のトランジスタとして図示しているが、他の実施例では、これらトランジスタのうちの任意を、複数のトランジスタ、又は他の適切な回路を用いて実装できるという点に、留意する。即ち、種々の実施例において、「トランジスタ」は、個々のトランジスタ、若しくは他の適切な種類の切り替え素子（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ））、又はトランジスタの集合体に対応可能である。

【0017】

記憶動作の開始時において、正規のＩ／Ｏ １０２及び補足的なＩ／Ｏ １０３は共に高電圧であり、選択入力１０１を低電圧としてもよい。本実施例では、低電圧は、接地電位、又はその付近の電圧のことを指し、高電圧は、ｎチャンネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を作動させ、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを停止させるのに十分高い電圧を指すことに、留意する。他の実施例では、他の回路構成も使用可能であり、低電圧及び高電圧を構成する電圧は、異なってもよい。記憶又は書き込み動作中、選択入力１０１は、高電圧に切り替えられ、正規のＩ／Ｏ １０２をノード１１０に接続し、補足的なＩ／Ｏ １０３をノード１１１へと接続可能である。論理値１をデータストレージ・セル１００に記憶するため、補足的なＩ／Ｏ １０３を低電圧に切り替えることができる。選択トランジスタ１０５は動作状態であるので、ノード１１１も低電圧に切り替わる。ノード１１１上の低電圧は、プルアップ・トランジスタ１０８を作動させて、ノード１１０を高電圧に充電する。次に、ノード１１０上の高電圧は、プルダウン・トランジスタ１０７を作動させ、ノード１１１上の低電圧を更に増強させて、再生フィードバックを確立する。この再生フィードバックがノード１１０とノード１１１との間において構築されると、選択入力１０１は、低電圧に切り替わって選択レジスタ１０４及び選択レジスタ１０５を停止し、ノード１１０を正規のＩ／Ｏ １０２から分離し、ノード１１１を補足的なＩ／Ｏ １０３から分離する。論理値０の記憶法も同様でもよい。選択入力１０１を、高電圧に切り替えて、正規のＩ／Ｏ １０２を、低電圧に切り替えられる。選択レジスタ１０４は、正規のＩ／Ｏ １０２上の低電圧をノード１１０に接続して、プルアップ・トランジスタ１０９を動作させる。ノード１１１上の高電圧は、プルダウン・トランジスタ１０６を動作させて、ノード１１０上の低電圧を増強させて、再生フィードバックを構築する。再生フィードバックを介してデータを記憶するデータストレージ・セルを静的セルと呼ぶのが、一般的である。

【0018】

図示の実施例では、データストレージ・セル１００は、正規のＩ／Ｏ １０２と補足的なＩ／Ｏ １０３との間の電圧差として、記憶データを出力する。（本明細書では、２つの電圧の差として記憶されるデータは、「差分で符号化されたもの」として呼ぶこともできる）出力プロセスの開始時では、正規のＩ／Ｏ １０２及び補足的なＩ／Ｏ １０３を共に高電圧とし、選択入力１０１は、低電圧としてもよい。選択入力１０１をアサートすることで、選択トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０５が作動する。ノード１１１を低電圧とし、ノード１１０を高電圧とする場合、電流は、選択トランジスタ１０５及びプルダウン・トランジスタ１０７を介して流れることで、補足的Ｉ／Ｏ １０３の電圧が下がる。ノード１１０が低電圧で、ノード１１１が高電圧である場合、電流は、選択トランジスタ１０４及びプルダウン・トランジスタ１０６を介して流れることで、正規のＩ／Ｏ １０２の電圧が降下する。何れかのデータ状態において、データストレージ・セルが正規のＩ／Ｏ １０２、又は補足的なＩ／Ｏ １０３から汲み取る電流は、セルの読み出し電流と呼ばれる。

【0019】

理想的であれば、プルダウン・トランジスタ１０６及びプルダウン・トランジスタ１０７の電気特性は、選択トランジスタ１０４と選択トランジスタ１０５の電気特性の様に同一であろう。更に、理想的な回路では、メモリー素子における１つのデータストレージ・セル内のプルダウン・トランジスタ１０６及びプルダウン・トランジスタ１０７は、同じメモリー素子における別のデータストレージ・セル内のプルダウン・トランジスタ１０６及びプルダウン・トランジスタ１０７の電気特性と同一であることが、望ましい場合がある。だが、半導体製造プロセス中に、リソグラフィーの違い、ドーパント・レベルの揺らぎ等によって、異なる電気特性（例えば、飽和電流）を有するトランジスタが発生する場合がある。ホットキャリア注入等によって誘起される経時効果も、経時に渡ってトランジスタの電気特性を変化させることもある。プルダウン・トランジスタ１０６、プルダウン・トランジスタ１０７、選択トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０５における製造、並びに経時効果双方に起因するあるデータストレージ・セルから別のデータストレージ・セルまでの変動によって、読み取り電流が変動し、それ故、同じ記憶データにおいて出力電圧が変動することがある。

【0020】

場合によっては、トランジスタの電気特性の変動が、ストレージ・セルが読み取られる時に、平均出力電圧よりも大きくなる場合もある。平均より高い出力電圧をもたらすデータストレージ・セルは、強セルと呼ばれることがある。ある状況では、トランジスタの電気特性の変動は、ストレージ・セルが読み取られる時に、平均出力電圧よりも小さくなる場合もある。平均より低い出力電圧を生成するデータストレージ・セルは、弱セルと呼ばれることがある。弱ストレージ・セルによって生成される出力電圧の値が十分小さい場合、この出力電圧ではセンス増幅器内の不均衡や信号ノイズを克服できない場合があることにより、データストレージ・セルに記憶されたデータを適切に判別できないことがある。

【0021】

図１で示したトランジスタ及び接続の数は、説明のための一例に過ぎず、他の実施例では、他の数や種類のトランジスタ及び／又は回路構成を使用できる点に、留意する。更に、留意すべき点として、他のデータストレージ・セルの実施例では、他のストレージ機構も使用できる。例えば、コンデンサー（例えば、動的ランダム・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）内など）、トランジスタ移植（例えば、空乏プログラマブル読み取り専用メモリー（ＲＯＭ）内など）、又はフローティング・ゲート構造（単一ビット、又は複数ビット不揮発性、或いは、フラッシュメモリー内など）を用いて、データをデータストレージ・セル内に記憶できる。

【0022】

図２は、図１で示すデータストレージ・セルの実施例の動作によって生成された想定される波形を図示している。時刻ｔ₀ ２０５において、選択入力１０１がアサートされる（波形２０１）。記憶データの値に応じて、正規のＩ／Ｏ １０２、又は補足的なＩ／Ｏ １０３の何れかが、放電を開始する（波形２０３）。時刻ｔ₁ ２０６において、正規のＩ／Ｏ １０２と補足的なＩ／Ｏ １０３との間の僅かな信号差が、センス増幅器により増幅される。１つ以上のデータストレージ・セルを含むシステムを、コンデンサー及び電流源としてモデル化できる。コンデンサーは、正規のＩ／Ｏ １０２又は補足的なＩ／Ｏ １０３の何れかに存在する全容量を表し、これは、他のデータストレージ・セルのＩ／Ｏポートの接合容量、及びデータストレージ・セル間の相互接続の容量を含むことができる。電流源は、データストレージ・セルの読み取り電流である。このモデルを用いて、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの立ち下がりＩ／Ｏ上の電圧は、式１を用いて推定できる。

（１）

【0023】

限定された範囲の時間及び電圧に渡り、読み取り電流を定数として処理できる。これにより、この式を式２で示すように簡略化できる。負荷容量が一定の場合、立ち下がりＩ／Ｏ上の電圧変化は、データストレージ・セルの読み取り電流に比例する。データストレージ・セルの読み取り電流が平均よりも低い場合、立ち下がりＩ／Ｏの電圧変化は低くなり（波形２０４）、センス増幅器の動作時点において、より微弱な差分電圧が生成される。データストレージ・セルの読み取り電流が平均よりも多い場合、立ち下がりＩ／Ｏの電圧変化は大きくなり（波形２０２）、センス増幅器の動作時点において、より大きな差分が生成される。留意すべき点として、図２で示した波形は、説明のための一例に過ぎず、他の実施例では、異なる波形挙動も想定されうる。

【0024】

図３は、「ｄｏｕｔ」で示すデータ出力３１１、「ｐｃｈｇｂ」で示すプリチャージ制御入力３１６、「ｓａｅｎ１」で示す第１のセンス増幅器イネーブル入力３０８、及び「ｓａｅｎ２」で示す第２のセンス増幅器イネーブル入力３０９を含むメモリー・サブアレイの実施列について説明している。更に、図示の実施例には、「ｃｓ」として示した１つ以上の列選択入力３０７、及び「ｒｓ」として示した１つ以上の行選択入力３０６も含まれる。

【0025】

図示の実施例では、列３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、及び３０１ｄは、ビット線３１２を介して列マルチプレクサ３０２の入力に接続する。列マルチプレクサ３０２における差分で符号化された出力は、ノード３１３ａ及びノード３１３ｂを介して第１のセンス増幅器３０３及び第２のセンス増幅器３０４の差分入力に接続する。第１のセンス増幅器３０３の出力及び第２のセンス増幅器３０４の出力は、出力回路３０５の入力に接続され、出力回路３０５の出力は、ｄｏｕｔ ３１１へと接続される。

【0026】

各列３０１は、１つ以上のデータストレージ・セル１００を含められる。例えば、列３０１内の各データストレージ・セル１００の個々のビット線ｂｔ １０２を纏めて結合して、列３０１の正規のビット線３１２を形成できる。同様に、列３０１内の各データストレージ・セル１００の個々のビット線ｂｃ １０３を纏めて結合して、列３０１の補足的なビット線３１２を形成できる。所与のｒｓ ３０６がアサートされた時に、対応するデータストレージ・セル１００が、列３０１の正規のビット線及び補足的なビット線上で差分で符号化された出力を生成し、一方、列３０１内の残りのデータストレージ・セル１００のビット線出力が停止したままとなるよう、列３０１の各データストレージ・セル１００の個々のワード線ｗｌ １０１を、行選択信号ｒｓ ３０６のそれぞれに接続できる。他の実施例では、データストレージ・セルは、動的ストレージ・セル、単一ビット若しくは多重ビット不揮発性ストレージ・セル、又はマスクプログラマブル読み取り専用ストレージ・セルが可能である。ある実施例では、データストレージ・セルは、シングルエンド方式でデータを伝送できることに、留意する。この様な場合、列ごとに１本のビット線のみが必要とされる。

【0027】

実施例によっては、列マルチプレクサ３０２は、ｃｓ ３０７により制御可能な１つ以上のパス・ゲートを含むことができる。各パス・ゲートの入力を、列３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、及び３０１ｄの１つからの正規、又は補足的なビット線出力の何れかに接続できる。正規のビット線に接続する各パス・ゲートの出力は、有線ＯＲ方式で列マルチプレクサ３０２の正規の出力に接続し、補足的なビット線に接続する各パス・ゲートの出力は、有線ＯＲ方式で列マルチプレクサ３０２の補足的な出力に接続する。他の実施例では、列マルチプレクサ３０２に、マルチプレクサ選択機能を実行するように構成された１つ以上の論理ゲートを含められる。

【0028】

ある実施例では、第１のセンス増幅器３０３及び第１のセンス増幅器３０４は、アナログ増幅技術を使用できる。他の実施例では、第１のセンス増幅器３０３及び第２のセンス増幅器３０４は、ラッチに基づく増幅法を使用可能である。第１のセンス増幅器３０３の利得レベル及び第２のセンス増幅器３０４の利得レベルは、ある実施例では同じであるが、他の実施例では、異なる場合がある。

【0029】

ある実施例では、図示のサブアレイ３００は、以下の様に動作可能である。図３、及び図４で説明する流れ図を合わせて参照すると、この動作は、ｐｃｈｇｂ ３１６を低電圧に設定し、ｒｓ ３０６、ｃｓ ３０７、ｓａｅｎ１ ３０８、及びｓａｅｎ２ ３０９を不活性状態に設定してサブアレイを初期化することで、始動する（ブロック４０１）。サブアレイ３００が初期化されたら、ｒｓ ３０６の１つをアサートして（ブロック４０２）、列３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、及び３０１ｄのそれぞれにおけるデータストレージ・セルを選択する。そして、ｃｓ ３０７の１つをアサートし（ブロック４０３）、列マルチプレクサ３０２に、ビット線３１２の１つからデータを出力させることが可能である。

【0030】

次に、この動作は、選択したデータストレージ・セルの強度に依存する（ブロック４０４）。選択したデータストレージ・セルが正常な強度である時に、ｓａｅｎ１ ３０８を高電圧に設定し、第１のセンス増幅器３０３に、ノード３１３ａ、ノード３１３ｂ上のデータを増幅させ、その結果をノード３１５に出力させることができる（ブロック４０５）。次に、出力回路３０５がノード３１５を出力３１１に接続するよう、Ｄｏｓｅｌ ３１０をアサートすることが可能である。そして、ｓａｅｎ１ ３０８、及びｒｓ ３０６とｃｓ ３０７のうちアサートされた１つをアサート解除し、ｐｃｈｇｂ ３１６を低電圧に設定することで、サブアレイ３００を再初期化可能である（ブロック４０１）。

【0031】

選択したデータストレージ・セルが弱い時に、ｓａｅｎ２ ３０９を高電圧に設定して、第２のセンス増幅器３０４に、ノード３１３ａ、ノード３１３ｂ上のデータを増幅させ、その結果をノード３１４に出力させることができる（ブロック４０６）。次に、出力回路３０５がノード３１４をｄｏｕｔ ３１１に接続するよう、Ｄｏｓｅｌ ３１０をアサートできる。そして、ｓａｅｎ２ ３０９、及びｒｓ ３０６とｃｓ ３０７のうちアサートされた１つをアサート解除し、ｐｃｈｇｂ ３１６を低電圧に設定することで、サブアレイ３００を再初期化可能である（ブロック４０１）。

【0032】

図５は、幾つかの想定される実施例の１つに係わるメモリーを図示している。図示の実施例において、メモリー５００は、「ｄｉｏ」として示されるデータＩ／Ｏポート５０９、「ａｄｄ」として示されるアドレス・バス入力５１２、「ｍｏｄｅ」として示されるモード選択入力５１１、及び「ｃｌｋ」として示されるクロック入力５１０を含む。

【0033】

図示の実施例では、メモリー５００には、サブアレイ５０１ａ，５０１ｂ、及び５０１ｃ、タイミング制御ユニット５０２、アドレス復号器５０３、並びにアドレス比較器５０４が含まれる。サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃは、サブアレイ３００について先に述べた特徴の一部、又は全てを含めてもよい。タイミング制御ユニット５０２は、復号器イネーブル信号５０８をアドレス復号器５０３、及びアドレス比較器５０４に供給し、制御信号５０５をサブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃに供給するように接続される。一部の実施例では、制御信号５０５は、サブアレイ３００について先に述べた様に動作可能とするプリチャージ信号、第１のセンス増幅器イネーブル信号、第２のセンス増幅器イネーブル、並びに、データ出力選択信号を含むことができる。

【0034】

アドレス復号器５０３は、アドレス・バス５１２上の復号器イネーブル信号５０８、及びアドレス値のアサートに応答して、行選択５０６及び列選択５０７をサブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃに供給するように接続される。アドレス比較器５０４は、ａｄｄ ５１２上のアドレス値と、サブアレイ５０１ａ，５０１ｂ，及び５０１ｃにおいて弱いデータストレージ・セルを選択すると以前に判定されたアドレス値群との比較に基づいて、誤読表示信号５１３をタイミング制御ユニット５０２に供給するように接続される。実施例によっては、アドレス比較器５０４には、弱いデータストレージ・セルを選択するアドレス値を記憶するように構成されたストレージ・ユニット５１４を含められる。

【0035】

想定されるメモリー５００の動作法を、図６で説明する。図５、及び図６で図示される流れ図を合わせて参照すると、初期化済みメモリー５００へのｃｌｋ ５１０のアサートを解除することで、動作が開始する（ブロック６０１）。そして、Ｃｌｋ ５１０がアサートされて、タイミング制御ブロック５０２に、復号器イネーブル５０８をアサートさせることができる（ブロック６０２）。次に、アドレス復号器５０３は、復号器イネーブル５０８のアサートに応答して、ａｄｄ ５１２上に提示されるアドレスを復号化して（ブロック６０３）、行選択５０６の１つ、及び列選択５０７の１つをアサートさせることが可能である（ブロック６０４）。次に、この動作は、メモリー５００が試験モード状態であるかどうか依存する（ブロック６０５）。メモリー５００が試験モードにあることがｍｏｄｅ ５１１によって示される時に、タイミング制御ユニット５０２は、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内の第２のセンス増幅器を選択し（ブロック６０８）、これを動作させるよう（ブロック６１）、制御信号５０５内の適切な信号をアサート可能である。次に、第２のセンス増幅器は、増幅データをｄｉｏ ５０９に出力可能であり（ブロック６１１）、この時点で、メモリー５００は、ｃｌｋ ５１０をアサート解除することで再初期化できる（ブロック６０１）。

【0036】

メモリー５００が試験モードにないことがｍｏｄｅ ５１１によって示される時に、アドレス比較器５０４は、ａｄｄ ５１２上に提示されるアドレスを弱いデータストレージ・セルを選択すると以前に判定されたアドレス・リストに対して比較する。ある実施例では、アドレス・リストをストレージ・アレイ５１４の中に含められる。次に、この動作は、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内で選択されたデータストレージ・セルの強度に依存する（ブロック６０７）。サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内で選択されたデータストレージ・セルが正常強度である時に、タイミング制御ユニット５０２は、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内で第１のセンス増幅器を選択し（ブロック６０９）、これをイネーブルするよう（ブロック６１０）、制御信号５０５内の適切な制御信号をアサート可能である。そして、第１のセンス増幅器は、増幅データをｄｉｏ ５０９に出力できる（ブロック６１１）。更に、メモリー５００は、ｃｌｋ ５１０をアサート解除することで再初期化できる（ブロック６０１）。

【0037】

サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内で選択されたデータストレージ・セル中に、１つ以上の弱いデータストレージ・セルが含まれる時に、アドレス比較器５０４は、誤読表示信号５１３をアサートできる。そして、タイミング制御ユニット５０２は、誤読表示信号５１３のアサートに応答して、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃ内で第２のセンス増幅器を選択し（ブロック６０８）、これをイネーブルするよう（ブロック６１０）、制御信号５０５内の適切な制御信号をアサートできる。次に、第２のセンス増幅器は、増幅データをｄｉｏ ５０９に出力可能であり（ブロック６１１）、この時点で、メモリー５００は、ｃｌｋ ５１０をアサート解除することで再初期化できる（ブロック６０１）。留意すべき点として、図６で説明した動作の一部、若しくは全てを異なる順序で実行し、又は逐次的ではなく同時に実行可能である。

【0038】

図７は、弱いデータストレージ・セルであるかどうかについて試験するためのメモリー５００の想定される動作法について説明している。図５及び図７で示す流れ図を合わせて参照すると、この動作は、ブロック７０１から開始する。ａｄｄ ５１２に提示される値をゼロに設定する（ブロック７０２）。そして、この動作は、ａｄｄ ５１２に提示された値に依存する（ブロック７０３）。ａｄｄ ５１２に提示された値がメモリー５００の最大アドレスを超える時に、試験は終了する（ブロック７０７）。ａｄｄ ５１２に提示された値がメモリー５００の最大アドレスよりも小さい時に、ｍｏｄｅ ５１１を書き込み動作用に設定し、試験データをｄｉｏ ５０９に提示して、ｃｌｋ ５１０をアサートして、試験データをａｄｄ ５１２に提示された値により選択されたデータストレージ・セルへ書き込むことができる（ブロック７０４）。

【0039】

試験データがロードされると、メモリー５００が再初期化される。Ｍｏｄｅ ５１１を読み取り・試験操作用に設定し、ｃｌｋ ５１０をアサートして、図８を参照してこれから述べる読み取り・比較操作を始動できる（ブロック７０５）。読み取り・比較操作が完了した時に、メモリー５００を再初期化して、ａｄｄ ５１２に提示される値を増分可能であり（ブロック７０６）、この値をメモリー５００の最大アドレスに対して検証する（ブロック７０３）。図７で示した動作は説明のための一例に過ぎず、実際の回路動作では、他の動作、及び動作の順序も想定可能であるという点に、留意する。

【0040】

以前にロードされた試験データを読み取り、比較するためのメモリー５００の想定される動作法について、図８で説明する。図５及び図８で説明する流れ図を合わせて参照すると、メモリー５００を初期化するためにｃｌｋ ５１０をアサート解除することで、動作を開始可能である（ブロック８０１）。Ｍｏｄｅ ５１１を正常読み取り動作に設定して、ｃｌｋ ５１０をアサートし、タイミング制御ユニット５０２に、復号器イネーブル信号５０８をアサートさせることが可能である。アドレス復号器５０３は、復号器イネーブル信号５０８のアサートに応答して、ａｄｄ ５１２に提示されるアドレスを復号化し（ブロック８０２）、行選択５０６の１つ及び列選択５０７の１つをアサートして（ブロック８０３）、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃのそれぞれにおけるデータストレージ・セルを選択する。そして、タイミング制御ユニット５０２は、制御信号５０５内の適切な信号をアサートして、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ，及び５０１ｃ内の第１のセンス増幅器を起動し（ブロック８０４）、第１のセンス増幅器に、選択したデータストレージ・セルからのデータを増幅し、増幅後のデータをｄｉｏ ５０９に出力させることが可能である（ブロック８０５）。

【0041】

そして、この動作は、ｄｉｏ ５０９におけるデータ出力値に依存する（ブロック８０６）。ｄｉｏ ５０９におけるデータ出力が最初にロードした試験データと一致する時に、選択したデータストレージ・セルは、正常なものとして識別できる（ブロック８０７）。この試験フローでは、新たなアクションを実行せず、所与のアドレスにおけるデータストレージ・セルの試験は完了する（ブロック８１６）。ｄｉｏ ５０９上のデータ出力が最初にロードした試験データと一致しない時に、新たな試験が必要となる可能性があり、ｃｌｋ ５１０をアサート解除して、メモリー５００を再初期化できる（ブロック８０８）。Ｍｏｄｅ ５１１を試験読み取り操作に設定し、ｃｌｋ ５１０をアサートできる。ｃｌｋ ５１０のアサートに応答して、タイミング制御ユニット６０２は、復号器イネーブル５０８をアサートし、復号器５０３に、ａｄｄ ５１２に提示されるアドレスを復号化させる（ブロック８０９）。そして、アドレス復号器５０３は、行選択５０６の１つ、及び列選択５０７の１つをアサートして、サブアレイ５０１ａ、５０１ｂ、及び５０１ｃそれぞれのデータストレージ・セルを選択する（ブロック８１０）。実施例によっては、更に、タイミング制御ユニット５０２は、必要な制御信号５０５をアサートして、サブアレイ５０１ａ，５０１ｂ、及び５０１ｃ内の第２のセンス増幅器を起動し（ブロック８１１）、第２のセンス増幅器に、選択したデータストレージ・セルからのデータを増幅させ、増幅後のデータをｄｉｏ ５０９に出力させることができる（ブロック８１２）。

【0042】

ｄｉｏ ５０９上のデータ出力の新規読み取り値を、最初にロードされた試験データに対して比較できる（ブロック９１３）。ｄｉｏ ５０９におけるデータ出力が最初にロードした試験データと一致する時に、１つ以上の選択したデータストレージ・セルは、弱い可能性がある。これらのデータストレージ・セルを選択したアドレスは、弱いセルを含むものとして記録できる（ブロック８１４）。所与のアドレスにおける試験操作を完了可能である（ブロック８１６）。ｄｉｏ ５０９におけるデータ出力が最初にロードされた試験データと一致しない時に、１つ以上の選択したデータセルには、重度の障害が含まれる可能性がある。これらのデータストレージ・セルを選択したアドレスは、重度の障害を含むものとして記録される場合がある（ブロック８１５）。そして、所与のアドレスにおける試験操作を完了可能である（ブロック８１６）。一部の実施例では、記憶済みアドレスがメモリー５００への後続の読み取りアクセスを受けた時に、アドレス比較器５０４が誤読表示信号５１３をアサートするよう、弱いデータストレージ・セルを選択したアドレスをストレージ・ユニット５１４へロードできる。留意すべき点として、実際の回路動作では、図８で説明した動作の一部、若しくは全てを異なる順序で実施し、又は逐次的ではなく同時に実行可能である。

【0043】

図９を参照すると、システムのブロック図が図示されている。図示の実施例において、システム９００は、ランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）９０２、及び読み取り専用（ＲＯＭ）９０３のインスタンスを含み、それぞれが、サブアレイ３００に関する上記機能の一部、又は全てを統合可能な１つ以上のサブアレイを含められる。

【0044】

更に、図示の実施例は、１つ以上のローカル・ストレージ・ユニット９０９を含めてもよいＣＰＵ ９０１も備える。例えば、ＣＰＵ ９０１には、キャッシュデータＲＡＭ、タグＲＡＭ、１つ以上のレジスター・ファイル、及び１つ以上のＦＩＦＯを含められる。ローカル・ストレージ・ユニット９０９のそれぞれは、サブアレイ３００に関する上記機能の一部、又は全てを統合可能な１つ以上のサブアレイを含められる。一部の実施例において、ＣＰＵ ９０１は、サブアレイを動作するように構成された試験ユニット９１０を含められる。他の実施例では、試験ユニット９１０を、弱いデータストレージ・セルを選択するアドレスを記憶するよう、更に構成可能である。また、図示の実施例には、Ｉ／Ｏアダプタ９０５、ディスプレイ・アダプタ９０４、ユーザ・インターフェース・アダプタ９０６、及び通信アダプタ９０７が含まれる。

【0045】

上記開示を十分に理解できれば、多くの変形や改良が、当業者には明らかとなることであろう。以下の特許請求の範囲は、この様な変形や改良の全てを包含して解釈することを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】