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JP5579972B2 - 半導体記憶装置及び半導体記憶装置のテスト方法 - Google Patents

半導体記憶装置及び半導体記憶装置のテスト方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体記憶装置及びそのテスト方法に関する。
近年、携帯機器の小型化に対する市場の要求からDRAMとプロセッサチップを同一のパッケージ内に積層したシステムが開発されるようになってきた。このようなシステムではDRAMとプロセッサ間をやりとりする信号の端子はパッケージ内でワイヤにより接続されるためパッケージ封入後にDRAMチップを外部端子から直接検査することは困難となる。従って、DRAMはパッケージに実装する前のウエハ状態で検査し、良品選別を実施することが必要になる。このDRAMのウエハ検査はテストコストを削減するため200以上のチップに対して同時にメモリテスタからの信号端子をプローブすることで行われる。従って、メモリチップ毎に割り当てられる信号数はメモリテスタの総信号端子数の制約から限られている。一方でこのような携帯機器のシステム形態では性能を向上するためにDRAMのデータ入出力端子をx16からx32、x64というように拡張してデータ転送レートを上げていく傾向にある。そのため従来からこのような用途に使用されるDRAMでは多数のチップを同時に測定する場合でも少ない信号端子数でウエハ検査が行えるように限られたデータ入出力端子から検査を行えるようなテストモードを搭載している。
特許文献1の図21〜23、図27、28及び段落番号0005〜0009、0172〜0189、0207〜0221には、32本のデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)のうち、8本の入出力端子(DQ0、DQ4、DQ8、DQ12、DQ16、DQ20、DQ24、DQ28)を用いてテストを行うダブルデータレート−シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ(DDR-SDRAM。以下、単にDDR-SDRAMという。)が記載されている。
特開2000−76853号公報
上記特許文献1に記載されているようなテストモードを使用することにより多数のデータ入出力端子(DQ端子)を有するDRAMチップであっても少数のデータ入出力端子のみプローブすることでメモリセルアレイの検査を行うことができる。しかしながら、本発明者らの検討結果によれば、このテスト方式では前述した全DQ端子を介してのDRAMのリードライトを行う通常動作状態での試験は不可能である。特に、近年、上述したプロセッサチップと同一のパッケージに積層して使用されるシステムにおいても、DRAMの動作周波数が高速化されてきている。その様な場合、ウエハ検査における通常動作での入出力回路の高速動作確認が必要である。
本発明の1つのアスペクト(側面)に係る半導体記憶装置は、データ入出力端子と、メモリセルアレイと、通常の書き込み動作時に前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし遅れてメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路と、を含む半導体記憶装置であって、前記データラッチ回路が読み出し動作時に前記データ入出力端子へ読み出したデータをラッチし書き込み動作時に前記データ入出力端子のデータを新たにラッチせずにすでにラッチされているデータを前記メモリセルアレイに書き込むテストモードを備えたことを特徴とする。
また、本発明の別なアスペクトに係る半導体記憶装置は、データ入出力端子と、メモリセルアレイと、通常の書き込みコマンド実行時に外部から与えられたデータストローブ信号に同期して前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし遅れてメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路と、を含む同期式半導体記憶装置であって、内部データストローブ信号生成回路をさらに含み、前記データラッチ回路が読み出しコマンド実行時に前記内部データストローブ信号生成回路が生成した内部データストローブ信号に同期して前記データ入出力端子へ読み出したデータをラッチし書き込みコマンド実行時に前記データ入出力端子のデータを新たにラッチせずに、すでにラッチされているデータを前記メモリセルアレイに書き込むテストモードを備えたことを特徴とする。
本発明のさらに別なアスペクトに係る半導体記憶装置は、データ入出力端子と、メモリセルアレイと、前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし後から前記メモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路と、を備え、前記データ入出力端子から取り込んだデータを外部から与えられたストローブ信号に同期して前記データラッチ回路にラッチし、ラッチしたデータを内部クロックに同期して前記メモリセルアレイに書き込む第一のコマンドと、前記メモリセルアレイから前記データ入出力端子にデータを読み出し、その読み出したデータを前記データラッチ回路にラッチする第二のコマンドと、前記データ入出力端子のデータを前記データラッチ回路に新たに取り込まずに、前記データラッチ回路に格納されているデータを前記メモリセルアレイに書き込む第三のコマンドと、を有することを特徴とする。
本発明のさらに別なアスペクトに係る半導体記憶装置のテスト方法は、複数のデータ入出力端子と、一アドレスが前記複数のデータ入出力端子を用いて並列にリードライト可能な複数ビットで構成されるメモリセルアレイと、を有し、前記複数ビットのメモリセルアレイから前記複数のデータ入出力端子へ並列に読み出したデータを前記読み出したアドレスとは異なる別なアドレスの複数ビットに並列に書き込むテストモードを備えた半導体記憶装置のテスト方法であって、あらかじめ前記メモリセルアレイの第一の領域に第一のデータを、第二の領域に第二のデータを書き込み、前記テストモードを用いて、前記第二の領域から読み出した前記第二のデータを前記第一の領域に書き込み、前記第一の領域に前記第二のデータを書き込んだ後に第一の領域からデータを読み出すことによりテストを行うことを特徴とする。
本発明によれば、メモリセルアレイとデータ入出力端子間の入出力回路を含むリードライトテストを効率的に行うことができる。
本発明の実施形態について、必要に応じて図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態の半導体記憶装置(100、200)は、図1、図9に示すように、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)と、メモリセルアレイ122と、通常の書き込み動作時にデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)から取り込んだデータを一時的にラッチし遅れてメモリセルアレイ122に書き込めるようにしたデータラッチ回路111(詳細は図2、図10)と、を含む半導体記憶装置(100、200)であって、データラッチ回路111が読み出し動作時にデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)へ読み出したデータをラッチし、書き込み動作時にデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)のデータを新たにラッチせずにすでにラッチされているデータを前記メモリセルアレイ122に書き込むテストモード(図7の内部DQS信号のタイミング参照)を備えている。
すなわち、テストモードにおいては、メモリセルアレイ122から入出力端子(DQ0〜DQ31)へ読み出したデータをデータラッチ回路111にラッチし、そのデータラッチ回路にラッチしたデータを再びメモリセルアレイに書き込めるようにしたので、あらかじめ、何らかの方法で、メモリセルアレイ122に初期値を書き込んでおけば、全ての入出力端子にプロービングしなくとも、メモリセルアレイから入出力端子部へのデータ読み出しテスト、入出力端子部からメモリセルアレイへの書き込みテストを行うことができる。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置(100、200)は、図1、図9に示すように、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)のデータをデータラッチ回路111に伝える入力回路112であって通常の書き込み動作時にオンし通常の読み出し動作時にオフする(図3でRED、WRTのコマンドとDQ/DQS入力回路イネーブル信号のタイミング参照)入力回路112をさらに備え、テストモードでは入力回路112が読み出し動作時にオンし書き込み動作時にオフする(図7のタイミングチャート参照)ようにしてもよい。
上記構成とすれば、全てのデータ入出力端子にプロービングしない場合であって、プロービングしない入出力端子の入力回路についてもテストすることができる。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、図1、図9に示すように、半導体記憶装置(100、200)が、内部データストローブ信号生成回路(701、1001)をさらに含み、通常の書き込み動作時には外部から与えられたデータストローブ信号DQSnに同期してデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)から取り込んだデータをデータラッチ回路111にラッチし(図3の書き込み時のDQとDQSのタイミング参照)、テストモードの読み出し動作時には内部データストローブ信号生成回路(701、1001)が生成する内部データストローブ信号(702、1007)に同期してデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)へ読み出したデータをラッチする(図7の書き込み時のDQと内部DQSのタイミング参照)ようにしてもよい。
上記構成によれば、内部データストローブ信号生成回路を設けることによって、読み出し動作時には外部からデータストローブ信号が与えられなくともメモリセルアレイ122から読み出したデータをデータラッチ回路111にラッチすることができる。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、図9に示すように、テストモードにおいて、メモリセルアレイ122から入出力端子(DQ0〜DQ31)へバースト読み出ししたデータを一時的に取り込むFIFO回路1003と、FIFO回路1003への取り込みクロック1008と、FIFO回路1003へ取り込んだデータを前記メモリセルアレイ側へ送り出すクロック1008と、を生成するクロック生成回路1001を備えてもよい。
上記構成によれば、メモリセルアレイ122から入出力端子(DQ0〜DQ31)へバースト読み出ししたデータを再び一時的に取り込むFIFO回路1003を設けたので、バースト読み出ししたデータを再びメモリセルアレイ122に書き込むことができる。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、図1、図9に示すように、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)と、メモリセルアレイ122と、通常の書き込みコマンド実行時に外部から与えられたデータストローブ信号DQSnに同期して前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし遅れてメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路111と、を含む同期式半導体記憶装置であって、内部データストローブ信号生成回路(701、1001)をさらに含み、データラッチ回路111が、読み出しコマンド実行時に内部データストローブ信号生成回路(701、1001)が生成した内部データストローブ信号(702、1007)に同期してデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)へ読み出したデータをラッチし、書き込みコマンド実行時にデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)のデータを新たにラッチせずに、すでにラッチされているデータをメモリセルアレイ122に書き込むテストモード(図7のタイミングチャート参照)を備えたものであってもよい。
外部から与えられたクロックに同期してパイプライン動作をするDDR−SDRAM等の同期式半導体記憶装置において、読み出し(リード)コマンド実行時には、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)からデータを取り込むストローブ信号(DQS信号)は外部から与えられないので、内部データストローブ信号生成回路(701、1001)を設けてもよい。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置は、図1、図9に示すように、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)と、メモリセルアレイ122と、データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし後からメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路111と、を備え、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)から取り込んだデータを外部から与えられたストローブ信号DQSnに同期してデータラッチ回路111にラッチしラッチしたデータを内部クロックに同期して前記メモリセルアレイに書き込む第一のコマンド(図3による通常のライトコマンド(WRT)のタイミングチャート参照)と、メモリセルアレイ122からデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)にデータを読み出し、その読み出したデータをデータラッチ回路111にラッチする第二のコマンド(図7の第1のテストモードにおけるリードコマンド(RED)のタイミングチャート参照)と、データ入出力端子(DQ0〜DQ31)のデータをデータラッチ回路111に新たに取り込まずに、データラッチ回路111に格納されているデータをメモリセルアレイ122に書き込む第三のコマンド(図7記載の第1のテストモードにおけるライトコマンド(WRT)のタイミングチャート参照)と、を有する。
上記第一乃至第三のコマンドを設けることにより、通常のライト動作の他に、データ入出力端子の入出力回路を使用したリードライトテストが実行できる。
また、本発明の一実施形態の半導体記憶装置のテスト方法は、図1、図8、図9に示すように、複数のデータ入出力端子(図1、9のDQ0〜DQ31)と、一アドレスが前記複数のデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)を用いて並列にリードライト可能な複数ビットで構成されるメモリセルアレイ(図1、9の122)と、を有し、複数ビットのメモリセルアレイ122から複数のデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)へ並列に読み出したデータを読み出したアドレスとは異なる別なアドレスの複数ビットに並列に書き込むテストモードを備えた半導体記憶装置(100、200)のテスト方法であって、あらかじめ、メモリセルアレイの第一の領域に第一のデータを、第二の領域に第二のデータを書き込み(図8のステップS2とステップS3)、テストモードを用いて、第二の領域から読み出した第二のデータを前記第一の領域に書き込み(ステップS6)、第一の領域に前記第二のデータを書き込んだ後に、第一の領域からデータを読み出す(ステップS9)。
上記テスト方法によれば、あらかじめ初期値をメモリセルアレイの一定の領域に与えておけば、後は、書き込みデータをデータ入出力端子から与えなくとも、メモリセルアレイから初期値をデータ入出力端子に並列に読み出して、そのデータを再び異なる別なアドレスの複数ビットに並列に書き込むことで、リードライトテストができる。
さらに、本発明の一実施形態の半導体記憶装置のテスト方法は、図1、図8、図9に示すように、半導体記憶装置(100、200)が、上記テストモードを第一のテストモードとしたときに、複数のデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)のうち、メモリセルアレイのビット数より少ない一部の端子(DQ0、8、16、24)を用いて、メモリセルアレイ122の複数ビット(32ビット)に並列に書き込み、複数ビット(32ビット)から並列に読み出した複数ビットのデータについて一部の端子(DQ0、8、16、24)を用いて読み出しテストすることのできる第二のテストモードを、さらに備えた半導体記憶装置(100、200)であって、あらかじめメモリセルアレイ122の第一の領域に第一のデータを、第二の領域に第二のデータを書き込む処理(図8のステップS2とステツプS3)と、第一の領域からデータを読み出してテストを行う処理(ステップS9)と、が、第二のテストモードを用いて行うものであってもよい。
上記方法によれば、たとえば、ウエハ検査において、複数のデータ入出力端子のうち、一部のデータ入出力端子にプローブすることで、プローブしていないほかのデータ入出力端子の入出力回路についてもテストすることができる。
上記本発明の実施形態について、以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
図1は、実施例1による半導体記憶装置の全体ブロック図である。実施例1による半導体記憶装置は、DDR-SDRAMである。ただし、本発明は、それに限定されるものではない。図1において、半導体記憶装置(半導体メモリチップ)100は、メモリコア回路部145と出力回路部113を含んで構成され、メモリコア回路部145にはVDD端子から、出力回路部113にはVDDQ端子から電源が供給される。さらに、半導体記憶装置100は、データ入出力端子DQ0〜DQ31、データマスク信号入力端子DMn(nはたとえば0〜3)、データストローブ信号入出力端子DQSn(nはたとえば0〜3)、クロック信号入力端子CLK、コマンド入力端子CMD、アドレス入力端子ADDを備えている。この中で、たとえば、コマンド入力端子CMDは他の端子との共用であってもよい。また、メモリセルアレイ122、ロウデコーダ116、カラムデコーダ117や、メモリセルアレイ122とデータ入出力端子DQ0〜DQ31との間でデータの入出力を行う入力回路112、データラッチ回路111、データアンプ回路107、出力データバッファ回路108などを備えている。また、CLK信号から内部クロック信号を生成するクロック生成回路101や、メモリセルアレイ122からデータを読み出し外部へデータ出力する動作に関連するクロックを生成する出力用クロック生成回路104、外部からデータを取り込み、メモリセルアレイにデータを書き込む動作に関連するクロックを生成する入力データ用クロック生成回路106を備えている。
また、入力されたコマンドをラッチし、デコードするコマンド入力ラッチ/デコード回路102、コマンドのデコード結果と、クロック信号に基づいて、半導体記憶装置100の各部を制御する信号を出力するコントロールロジック回路105を備えている。また、コントロールロジック回路105は、後で詳しく説明するテストモードを制御するテスト信号1(400)、テスト信号2(700)、DQ/DQS入力回路イネーブル信号135を出力している。
さらに、DQ0〜DQ31の32本のデータ入出力端子のうち、DQ0、DQ8、DQ16、DQ24の4本のデータ入出力端子を用いて、メモリセルアレイ122に32ビットのデータをテストライトし、メモリセルアレイ122からリードした32ビットのデータを上記4本のデータ入出力端子を用いてリードテストする第2のテストモードで使用されるテストデータラッチ回路138、データ比較判定回路137を備えている。テストに関連する回路については、動作説明の中で詳しく説明する。
次に、実施例1による半導体記憶装置の動作について、通常のリードライト動作、一部のデータ入出力端子を使うリードライトテストモード(第2のテストモード)の動作、通常の入出力回路を用いるリードライトテストモード(第1のテストモード)の動作の順番に説明する。
[実施例1通常のリードライト動作]
図3にバースト長が2(BL2)での通常リードライト動作時のタイミングチャートを示す。上述したように、実施例1の半導体記憶装置は、DDR−SDRAMであるので、DDR−SDRAMの仕様どおりのリードライト動作をする。すなわち、まずリードライトコマンドに先行してアクセスするバンクのアクティブコマンド(ACT)が発行される。ここではBank0よりリード、Bank1へライトするためそれぞれのバンクのアクティブコマンド(ACT)が発行されロウアドレスにより選択されたロウラインが活性化されている。続いてBank0のリードコマンド(RED)が発行されると図1のメモリセルアレイ122よりカラムアドレスにより選択されたメモリセルデータ(D1、D2)がデータアンプ回路107により増幅され内部リードデータ131として出力データバッファ回路108に送られる。内部リードデータ(D1、D2)131はT8サイクルのクロックの立ち上がりおよび立ち下がりにより生成された出力用クロック123により交互にデータ入出力端子(DQ端子)に出力される。またDQS端子からはT7サイクルのクロックの立ち上がりに同期して出力用クロック123によりローレベルが出力されT8サイクルの立ち上がりおよび立ち下がりには同様に出力用クロック123によりハイレベル、ローレベルが交互に出力される。ここでリード時にはDQ端子およびDQS端子は同時に出力用クロック123によって制御されてデータを出力するので同一タイミングで変化する。
次にBank1のライトコマンド(WRT)が発行されるとDQ/DQS入力回路イネーブル信号135により入力回路112がイネーブルとなり外部DQ/DQS信号を取り込む。T12サイクルのクロック信号に同期して外部よりDQS信号、およびDQS信号の立ち上がり、立ち下がりタイミングに有効期間の中心が整合されたDQ信号(D3、D4)が入力される。さらにDQ信号は、外部から入力されたDQS信号に基づいて内部DQSタイミング生成回路701により生成された内部DQS信号702によりデータラッチ回路111に取り込まれる。
図2に入力回路112、データラッチ回路111、データクロック同期回路110及び内部DQSタイミング生成回路701の回路構成を示す。通常のライト動作時には、TEST信号2(700)はローレベルであるので、内部DQS信号702は、DQS信号とほぼ位相が揃っている。内部DQS信号702によりデータラッチ回路111に取り込まれたDQ信号(D3、D4)はそれぞれラッチデータEven、Odd132としてデータクロック同期回路110に入力しT13サイクルのCLK信号より生成された入力データ用クロック126によりデータクロック同期回路110でラッチされCLK信号にタイミングが整合されてクロック同期データEven、Odd133としてデータ切替回路136、ライトバッファ回路109を介してメモリセルアレイ122に書き込まれる。ここでライト時には前述したように、DQ信号はDQS信号に対して1/4CLKサイクル分先行して入力されDQS信号によって内部でラッチ可能なタイミングとなっている。
[実施例1一部のデータ入出力端子を使うリードライトテストモード(第2のテストモード)の動作]
次に、データ入出力端子DQ0〜DQ31のうち、一部のデータ入出力端子を用いて、メモリセルアレイにリードライトテストを行う第2のテストモードの動作について説明する。図5は、実施例1の第2のテストモードにおけるテストライトのタイミングチャートである。第2のテストモード時においては前述したように限定されたDQ端子のみを使用してライトデータの入力が行われる。図1に示すDRAMブロックダイアグラムではDQ0、DQ8、DQ16、DQ24をテストモード用DQ端子として使用している。また第2のテストモード時にはDQS端子も使用されないためDQ信号はCLK信号の立ち上がりに有効期間の中心タイミングが整合されて入力されテストデータラッチ回路138においてCLK信号より生成される入力データ用クロック126によりラッチされる。
図4に第2のテストモード用DQ端子DQ0、8、16、24より入力したデータ信号をメモリセルに書き込む動作に関連する部分のブロック図を示す。DQ端子DQ0、8、16、24より入力したデータ信号は前述したようにCLK信号より生成される入力データ用クロック126によってテストデータラッチ回路138でラッチされた後、内部テストデータ140としてデータ切替回路136に入力する。ここで第2のテストモード時にはTEST信号1(400)がハイレベルとなっておりデータの入力経路は通常動作時における各DQ端子からの入力経路から内部テストデータ140の入力に切り替わっている。また各DQ端子に対応する入力にはメモリセルのメモリセルアレイ内の物理配置を考慮したデータパターンを書き込むことができるようにDQ0、8、16、24の4データが順番に割り当てられる。すなわち、メモリセルアレイの同時にリードライト可能な32ビットには、DQ0、8、16、24の4端子のうち、いずれかの端子から入力したデータが書き込まれるようにデータ切替回路136に接続されている。データ切替回路136の出力は内部ライトデータ141としてライトバッファ回路109に入力しメモリセルアレイ122に書き込まれる。
図6に第2のテストモードにおけるリード動作のタイミングチャートを示す。第2のテストモードではDQ0、8、16、24の4本の端子にそれぞれ相当するメモリセルアレイ122の複数のビットから同時に読み出されたデータがすべて一致しているかどうかデータ比較判定回路137で比較することによりパス/フェイルの判定を行う。アクティブコマンド(ACT)に続いてリードコマンド(RED)が発行されると図1のメモリセルアレイ122よりカラムアドレスにより選択されたメモリセルデータがデータアンプ回路107により増幅され内部リードデータ131としてデータ比較判定回路137に入力する。ここでは上記の第2のテストモードでのライト動作で同一の内部テストデータ140が書き込まれたDQグループごとに比較しデータ比較判定結果139を出力データバッファ回路108に送る。データ比較判定結果139はリードコマンドに応答してコントロールロジック回路105より出力される出力制御信号124により同一サイクル内にDQ0、8、16、24より出力される。
判定結果としてはパス時にハイレベル、フェイル時にローレベルを出力する。すなわち、第2のテストモードにおけるライト動作では、メモリセルアレイの同時にリードライト可能な32ビットのデータのうち、DQ0、8、16、24の4ビットにそれぞれ対応するビットには、同一データが書き込まれているはずであるので、リード動作時には、メモリセルアレイ122から同時に読み出した32ビットのデータのうち、それぞれ、DQ0、8、16、24に対応するビットのデータがすべて同一であれば、そのテストDQ端子(DQ0、8、16、24)からは、ハイレベルが出力され、同一でなければ、ローレベルが出力される。
以上の第2のテストモードを使用することにより多数のデータ入出力端子(DQ端子)を有する半導体記憶装置(DRAMチップ)であっても少数のDQ端子のみプローブすることでメモリセルアレイの検査を行うことができる。しかしながらこの第2のテストモードだけでは前述した全DQ端子を介してのDRAMのリードライトを行う通常動作状態での試験は不可能である。
[実施例1通常の入出力回路を用いるリードライトテストモード(第1のテストモード)の動作]
上述した第2のテストモードによるテストでは、テストに使用するDQ0、8、16、24端子以外のデータ入出力端子に関連する入力回路112、データラッチ回路111、データクロック同期回路110、出力データバッファ回路108、出力回路部113やそれらを接続する配線についての入出力回路について、テストしていない。以下に述べる第1のテストモードでは、ウエハ検査において、プローブしないデータ入出力端子に関連する入出力回路に関してもテストすることができる。
図7は、通常の入出力回路を用いるリードライトテストモード(第1のテストモード)のタイミングチャートである。図7では、まずリードライトコマンドに先行してアクセスするバンクのアクティブコマンド(ACT)が発行される。ここではBank0よりリード、Bank1へライトするためそれぞれのバンクのアクティブコマンド(ACT)が発行されロウアドレスにより選択されたロウラインが活性化されている。続いてBank0のリードコマンド(RED)が発行されると図1のメモリセルアレイ122よりカラムアドレスにより選択されたメモリセルデータ(D1、D2)がデータアンプ回路107により増幅され内部リードデータ131として出力データバッファ回路108に送られる。内部リードデータ(D1、D2)131はT8サイクルのクロックの立ち上がりおよび立ち下がりにより生成された出力用クロック123により交互にDQ端子に出力される。またDQS端子からはT7サイクルのクロックの立ち上がりに同期して出力用クロック123によりローレベルが出力されT8サイクルの立ち上がりおよび立ち下がりには同様に出力用クロック123によりハイレベル、ローレベルが交互に出力される。
DQ/DQS入力回路イネーブル信号135はこの第1のテストモードにおいてリードコマンドによりオンとなっており入力回路112がイネーブルとなりDQ/DQS信号を取り込む。ここでリード時にはDQおよびDQSは同時に出力用クロック123によって出力されるので同一タイミングとなっているが内部DQS信号702はTEST信号2(700)がハイレベルとなることにより遅延素子を介して生成されるためデータラッチ回路111においてはDQ信号に対してラッチタイミングが確保され正常にDQ信号(D1、D2)を取り込むことができる。続いてBank1のライトコマンド(WRT)が発行されるとデータラッチ回路111に取り込まれたDQ信号(D1、D2)はT10サイクルのCLK信号より生成された入力データ用クロック126によりそれぞれラッチデータEven、Odd132としてデータクロック同期回路110でラッチされCLK信号にタイミングが整合されてさらにクロック同期データEven、Odd133としてデータ切替回路136、ライトバッファ回路109を介してメモリセルアレイ122に書き込まれる。
すなわち、通常のリードライト動作では、DQ/DQS入力回路イネーブル信号135がオンとなり入力回路112がイネーブルとなって、データ入出力端子から入力されるデータを取り込むのは、ライトコマンド実行時であり、リードコマンド実行時には、DQ/DQS入力回路イネーブル信号135がオフのままであり、入力回路112はディスエーブルのままである。また、データラッチ回路111が入力回路112の出力データをラッチするのは、ライトコマンド実行時であり、リードコマンド実行時に、データラッチ回路111がデータをラッチすることはない。
一方、第1のテストモードでは、逆に、リードコマンド実行時に、DQ/DQS入力回路イネーブル信号135がオンとなり入力回路112がイネーブルとなって、データ入出力端子側のデータを取り込む。ライトコマンド実行時には、入力回路112はオフのままであり、データ入出力端子から入力されたデータを取り込むことはない。また、データラッチ回路111が入力回路112の出力データをラッチするのは、リードコマンド実行時であり、ライトコマンド実行時には、データラッチ回路111がデータをラッチすることはない。
なお、図7では、ライトコマンド(WRT)を取り込むのがT8サイクルのクロック立ち上がりエッジであり、その後で、リードコマンド(RED)の実行による内部DQS信号702のエッジによるデータラッチ回路111へのラッチが行われている。しかし、これは、コマンドの取り込みからコマンドの実行までがパイプライン化されて遅れてコマンドが実行されるためである。上述したとおり、第1のテストモードにおいては、ライトコマンドの実行によって、入力回路112がイネーブルになったり、データラッチ回路111がデータ入出力端子のデータをラッチすることはない。
また、通常のライトコマンド実行時には、メモリコントローラ側からデータ入出力端子(DQ端子)に入力されるデータのタイミングに合わせてデータストローブ端子(DQS端子)からデータストローブ信号が与えられるので、外部から与えられたデータストロー部信号(DQS信号)に同期してデータラッチ回路111にデータをラッチすればよい。しかし、第1のテストモードにおいて、メモリセルアレイ122からデータ入出力端子(DQ0〜DQ31)へ読み出したデータをデータラッチ回路111にラッチするタイミングは外部から与えられない。そこで、図2に示す内部DQSタイミング生成回路701により、DQ信号に対して1/4位相が遅れた内部DQS信号を生成してメモリセルアレイ122から読み出したデータをデータラッチ回路111にラッチしている。
以上のように第1のテストモードを用いれば、DQおよびDQS端子に外部から信号を与えることなくメモリセルより読み出したデータをDQ端子より出力し、その出力データを入力回路で受信して再度メモリセルに書き込むことができる。
次に、実施例2の半導体記憶装置のテスト方法について説明する。実施例2は、実施例1で説明した第1のテストモードと第2のテストモードを用いて半導体記憶装置100のテストを行う方法である。図8は、実施例2のテスト方法のフローチャートである。図8のフローチャートによれば、ウエハ検査においてすべてのDQ端子にプロービングすることなく入出力回路の動作確認を行うことができる。まず、一部のデータ入出力端子を用いてリードライトテストする第2のテストモードに半導体記憶装置100を設定する(ステップS1)。このテストモードの設定は、特定の端子を通常動作では使用しない電圧を印加することによりテストモードに引き込んでよいし、特定のコマンドを実行することにより、テストモードに設定してもよい。そのほか、テストモードの設定は周知の方法によりできる。次にアドレスX=#000〜#0FFのメモリセルにデータパターン0101を書き込む(ステップS2)。続いてX=#100〜#1FFのメモリセルには逆データパターン1010を書き込む(ステップS3)。
次に第2のテストモードを解除して(ステップS4)、第1のテストモードに設定し(ステップS5)、X=#100〜#1FFに書き込まれたデータパターン1010をメモリセルからDQ0〜DQ31端子まで読み出した後続けて入力されるライトコマンドでX=#000〜#0FFのメモリセルに書き込む(ステップS6)。続いて再度第2のテストモードに設定して(ステップS7、S8)、書きかえられたX=#000〜#0FFのメモリセルデータを読み出し、データを比較判定することにより入出力回路が正常に動作したかを確認する(ステップS9)。
アドレスX=#100〜#1FFに対しても同様の手順である。すなわち、ステップS9に引き続いて、第2のテストモードでアドレスX=#000〜#0FFに対してデータパターン1010を、アドレスX=#100〜#1FFに対して逆のデータパターン0101を書き込む(ステップS10、S11)。続いて、第1のテストモードに切り替え(ステップS12、S13)、アドレスX=#000〜#0FFからデータを読み出してアドレスX=#100〜#1FFのメモリセルに書き込む(ステップS14)。再び第2のテストモードに切り替え(ステップS15、S16)、書きかえられたX=#100〜#1FFのメモリセルデータを読み出し、データを比較判定する(ステップS17)。この手順によって、DRAMのすべてのセルに対して通常動作での入出力回路を使用した試験を行う。
上記の手順により、ウエハ検査工程で、第2のテストモードで用いる一部のデータ入出力端子にプロービングするだけで、プローピングを行わない他のデータ入出力端子の入出力回路についてもテストすることができる。また、上記実施例2では、第1のテストモードを第2のテストモードと組み合わせて使用しているが、第1のテストモードは、第2のテストモードと組み合わせなくとも、有効なテストができる。たとえば、通常のライトコマンドを使用してメモリセルアレイを初期設定した後、第1のテストモードを使用してリードライトを繰り返し、データを次々に転送し、最終結果を通常のリードコマンドを使用して読み出すことにより、半導体記憶装置をシステムに組み込んだ後で自己診断テストを行うことも可能である。
また、実施例2では、第1のテストモードによるリードライトと第2のテストモードによるリードライトの間には、テストモードの切り替えステップを設けているが、通常モードでのリードライト、第1のテストモードによるリードライト、第2のテストモードによるリードライトのモード切替が、異なるモードのコマンドを受け付けることにより自動的に切り替えられるものとしてもよい。
前述した実施例1はリードライトコマンドによりデータを2ビットのみ入出力した場合に有効な実施例となっている。通常のデータ出力には4、8、16ビットのデータを連続して入出力するバーストモードもあるが実施例1では2ビット以上を連続してデータ出力するとデータラッチ回路111の出力であるラッチデータEven、Odd132が更新されてしまい、データ入出力端子まで読み出したデータを再書き込みすることができず、正常な試験ができない。実施例3ではデータ出力が2ビット以上のバースト動作での動作試験を可能とするためリード時のデータを受信後格納するFIFO回路を付加しリード時にはデータストローブ信号DQS入力に応答し順次DQデータを格納しライト時には入力データ用クロックに応答してFIFO内のデータを順次データCLK同期回路に送る。
図9は、実施例3の半導体記憶装置全体のブロック図であり、図10は、そのデータ入力部のブロック図である。図9を実施例1の全体ブロック図である図1と対比すると、内部DQSタイミング生成回路701が内部DQSタイミング/クロック生成回路1001に置き換わっており、データラッチ回路111とデータクロック同期回路110との間にテスト用データFIFO回路1003が設けられている点が異なる。その他はおおよそ、実施例1と同一である。実施例1とおおよそ同一である部分は、同じ符号を付して、その説明は省略する。
また、図11は、実施例3の半導体記憶装置200について、バーストリードライトテストを行う場合のタイミングチャートである。図11のタイミングチャートにおいて、まずリードライトコマンドに先行してアクセスするバンクのアクティブコマンド(ACT)が発行される。続いてBank0のリードコマンド(RED)が発行されると図9のメモリセルアレイ122よりカラムアドレスにより選択されたメモリセルデータ(D1、D2)がデータアンプ回路107により増幅され内部リードデータ131として出力データバッファ回路108に送られる。内部リードデータ(D1、D2)131はT8サイクルのクロックの立ち上がりおよび立ち下がりより生成された出力用クロック123により交互にDQ端子に出力される。またDQS端子からはDQS信号が出力用クロック123によりハイレベル、ローレベルが交互に出力される。DQ/DQS入力回路イネーブル信号135はリードコマンドによりオンとなっており入力回路112がイネーブルとなりDQ/DQS信号を取り込む。
実施例1と同様に内部DQS信号1007はTEST信号2(1000)がハイレベルとなることにより遅延素子を介して生成されるためデータラッチ回路111においてはDQ信号にたいしてラッチタイミングが確保され正常にDQ信号(D1、D2)を取り込むことができる。リードコマンドが入力した次のT7サイクル以降は入力されたカラムアドレスより内部生成されたアドレスのメモリセルデータ(D3、D4、…D7、D8)がサイクルごとに2ビットずつ読み出されDQ端子に出力される。出力されたデータは入力回路112で受信され順次データラッチ回路111で取り込まれるが、データラッチ回路111の出力であるラッチデータEven、Odd1032はDQS信号により生成されるFIFO制御信号1008によってテスト用データFIFO回路1003に順次格納される。8ビットの出力が終了したT12サイクルにおいてFIFO出力1004は先頭データである(D1、D2)となっている。
続いてBank1のライトコマンド(WRT)が発行されるとDQS信号に代わって入力データ用クロック1002によりFIFO制御信号1008が生成されFIFO内のデータが先頭の(D1、D2)から順次サイクルごとにデータクロック同期回路1005でラッチされる。CLK信号にタイミングが整合されたデータは順次サイクルごとにクロック同期データEven、Odd133としてデータ切替回路136、ライトバッファ回路109を介してメモリセルアレイ122に書き込まれる。
以上のように実施例3によるバーストリードライトテストモードを用いればDQおよびDQS端子に外部より信号を与えることなくメモリセルより連続して読み出したバーストデータをDQ端子より出力し、その出力データを入力回路で受信して再度メモリセルに書き込むことが可能である。また、実施例3の半導体記憶装置を用いれば、実施例2において、第一のテストモードにおけるリードライトをバーストリードライトに置き換えれば、プローピングを行わないデータ入出力端子に関連する入出力回路についてもバーストリードライトを使用してテストすることができる。
なお、テスト用データFIFO回路1003は、FIFO制御信号1008に同期してラッチデータ1032を格納し、FIFO制御信号1008に同期して先に入力したデータからFIFO出力1004へデータを出力する機能を有するバッファ回路であれば、FIFO回路の回路構成はどのようなものであってもよい。例えば、デュアルポートSRAMを用いたFIFO回路でもよい。
また、実施例1、3において、TEST信号1(400)、TEST信号2(700、1000)、DQ/DQS入力回路イネーブル信号135等のテストに関連する制御信号は、コントロールロジック回路105が出力するものとしたが、たとえば、テスト専用の制御回路を設け、テスト専用の制御回路が上記テストに関連する制御信号を出力したり、その他の回路がテストに関連する制御信号を出力するものとしてもよい。
以上、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
本発明の一実施例による半導体記憶装置の全体ブロック図である。 本発明の一実施例による半導体記憶装置のデータ入力部のブロック図である。 本発明の一実施例による半導体記憶装置の通常リードライト動作時のタイミングチャートである。 本発明の一実施例による半導体記憶装置の(第2のテストモード(一部のデータ入出力端子を用いて行うテストモード)による)テストデータ書き込み回路のブロック図である 本発明の一実施例による半導体記憶装置の第2のテストモードにおけるテストライトのタイミングチャートである。 本発明の一実施例による半導体記憶装置の第2のテストモードにおけるリードテストのタイミングチャートである。 本発明の一実施例による半導体記憶装置の第1のテストモード(通常リードライトテストモード)におけるリードライト動作のタイミングチャートである。 本発明の一実施例による半導体記憶装置のテスト方法のフローチャートである。 本発明の別な実施例による半導体記憶装置の全体ブロック図である。 本発明の別な実施例による半導体記憶装置のデータ入力部のブロック図である。 本発明の別な実施例による半導体記憶装置のバーストリードライトテストのタイミングチャートである。
符号の説明
100、200:半導体記憶装置(半導体メモリチップ)
101:クロック生成回路
102:コマンド入力ラッチ/デコード回路
103:アドレス入力ラッチ/デコード回路
104:出力用クロック生成回路
105:コントロールロジック回路
106:入力データ用クロック生成回路
107:データアンプ回路
108:出力データバッファ回路
109:ライトバッファ回路
110、1005:データクロック同期回路
111:データラッチ回路
112:入力回路
113:出力回路部
114:DQS出力データバッファ回路
116:ロウデコーダ
117:カラムデコーダ
118:ロウコントロール信号
119:カラムコントロール信号
120:ロウアドレス信号
121:カラムアドレス信号
122:メモリセルアレイ
123:出力用クロック
124:出力制御信号
125:データアンプ制御信号
126、1002:入力データ用クロック
127:DQS制御信号
128:ライトバッファ制御信号
129:出力用クロック制御信号
130:入力データ用クロック制御信号
131:内部リードデータ
132、1032:ラッチデータ
133、1006:クロック同期データ
135:DQ/DQS入力回路イネーブル信号
136:データ切替回路
137:データ比較判定回路
138:テストデータラッチ回路
139:データ比較判定結果
140:内部テストデータ
141:内部ライトデータ
145:メモリコア回路部
400:TEST信号1
700、1000:TEST信号2
701:内部DQSタイミング生成回路
702、1007:内部DQS信号
1001:内部DQSタイミング/クロック生成回路
1003:テスト用データFIFO回路
1004:FIFO出力
1008:FIFO制御信号

Claims (7)

  1. 複数のデータ入出力端子と、
    一アドレスが、前記複数のデータ入出力端子を用いて並列にリードライト可能な複数ビットで構成されるメモリセルアレイと、
    を有し、
    前記複数ビットのメモリセルアレイから前記複数のデータ入出力端子へ並列に読み出したデータを前記読み出したアドレスとは異なる別なアドレスの複数ビットに並列に書き込むテストモードを備えた半導体記憶装置のテスト方法であって、
    あらかじめ、前記メモリセルアレイの第一の領域に第一のデータを、第二の領域に第二のデータを書き込み、
    前記テストモードを用いて、前記第二の領域から読み出した前記第二のデータを前記第一の領域に書き込み、
    前記第一の領域に前記第二のデータを書き込んだ後に、第一の領域からデータを読み出すことによりテストを行うことを特徴とする半導体記憶装置のテスト方法。
  2. 前記半導体記憶装置が、
    前記テストモードを第一のテストモードとしたときに、
    前記複数のデータ入出力端子のうち、前記メモリセルアレイのビット数より少ない一部の端子を用いて、前記メモリセルアレイの前記複数ビットに並列に書き込み、前記複数ビットから並列に読み出した前記複数ビットのデータについて前記一部の端子を用いて読み出しテストすることのできる第二のテストモードを、さらに備えた半導体記憶装置であって、
    前記あらかじめ前記メモリセルアレイの第一の領域に第一のデータを、第二の領域に第二のデータを書き込む処理と、
    前記第一の領域からデータを読み出してテストを行う処理と、
    が、前記第二のテストモードを用いて行うことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置のテスト方法。
  3. 前記第一の領域からデータを読み出してテストを行う処理の後に、
    前記第二のテストモードを用いて、前記第一の領域に前記第二のデータを書き込み、
    前記第二のテストモードを用いて、前記第二の領域に前記第一のデータを書き込み、
    前記第一のテストモードを用いて、前記第一の領域から読み出した前記第一のデータを前記第二の領域に書き込み、
    前記第二のテストモードを用いて、前記第二の領域のリードテストを行う
    ことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置のテスト方法。
  4. 前記半導体記憶装置は、前記第一のテストモードにおいて、前記メモリセルアレイからバースト読み出しデータを前記バースト読み出したアドレスとは異なるアドレスから始まる領域にバースト書き込みする機能を有しており、
    前記第一のテストモードを用いて、前記第二の領域から読み出した前記第二のデータを前記第一の領域に書き込む処理、及び、
    前記第一のテストモードを用いて、前記第一の領域から読み出した前記第一のデータを前記第二の領域に書き込む処理が、前記バースト読み出し、バースト書き込みする機能を用いて行われることを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置のテスト方法。
  5. 前記半導体記憶装置は、通常の書き込み動作時に前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし、遅れてメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路を備え、
    前記テストモードにおいて、前記データラッチ回路は、読み出し動作時に前記データ入出力端子へ読み出したデータをラッチし、書き込み動作時に前記データ入出力端子のデータを新たにラッチせずにすでにラッチされているデータを前記メモリセルアレイに書き込むことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置のテスト方法。
  6. 前記半導体記憶装置は、通常の書き込みコマンド実行時に外部から与えられたデータストローブ信号に同期して前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし、遅れてメモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路と、
    内部データストローブ信号生成回路とを備え、
    前記テストモードにおいて、前記データラッチ回路が、読み出しコマンド実行時に前記内部データストローブ信号生成回路が生成した内部データストローブ信号に同期して前記データ入出力端子へ読み出したデータをラッチし、書き込みコマンド実行時に前記データ入出力端子のデータを新たにラッチせずに、すでにラッチされているデータを前記メモリセルアレイに書き込むことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置のテスト方法。
  7. 前記半導体記憶装置は、前記データ入出力端子から取り込んだデータを一時的にラッチし、後から前記メモリセルアレイに書き込めるようにしたデータラッチ回路と、
    前記データ入出力端子から取り込んだデータを外部から与えられたストローブ信号に同期して前記データラッチ回路にラッチし、ラッチしたデータを内部クロックに同期して前記メモリセルアレイに書き込む第一のコマンドと、
    前記メモリセルアレイから前記データ入出力端子にデータを読み出し、その読み出したデータを前記データラッチ回路にラッチする第二のコマンドと、
    前記データ入出力端子のデータを前記データラッチ回路に新たに取り込まずに、前記データラッチ回路に格納されているデータを前記メモリセルアレイに書き込む第三のコマンドと、を備えることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置のテスト方法。
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