[发明专利]减少动态随机存取存储器阵列中冗余元件熔丝的改进方法

说明书

本发明涉及半导体器件的设计和制造。特别是，本发明涉及提高存储电路的电路密度的改进方法。

存储电路例如动态随机存取存储器或场可编程逻辑器件中，存储单元一般排列成行和列以便于选址。例如，典型的动态随机存取存储器(DRAM)芯片可以有高达6．4亿个单元，甚更多单元，这些单元排列成行和列以便用字线和位线选址。动态随机存取存储器电路和对其的设计已是众所周知，所以为节省篇幅不再详细说明。

在典型的DRAM芯片中，会发现主阵列中有上百万或几百万单元出故障。替换放弃整个芯片，设计者一般提供一些冗余单元，用以替换那些故障单元。应用期间，冗余单元用来替换被替换的故障单元，从而允许存储电路好象没有故障那样使用。

如果制造中发现主存储阵列的单元出故障，含有故障单元的整行或列一般由冗余行或列替换。为了表示起来简单，这里将整行或整列单元称为元件。另外，为了容易理解，下面将用行和替换行进行讨论，不过应记住这里所进行的讨论也同样适用于列及其替代物。

在用冗余元件替换主阵列中的故障元件时，现有技术的替换技术是在制造中设置冗余电路的启动熔丝，表示冗余元件将用于替换一个主阵列元件。在替换过程中，通过设定冗余元件的地址熔丝，确定将由冗余元件替换的故障主阵列元件的地址。在某些DRAM中，启动熔丝和地址熔丝的值可以分别加载到启动锁存器和地址锁存器中。如果启动锁存器含有表示将使用的冗余元件的值，则该冗余元件将用于替换其地址由地址锁存器确定的故障主阵列元件。

更具体地说，图1示出了具有主阵列102的高度简化的DRAM芯片。示出的主阵列102只有4行或元件(0-3)以便于讨论，尽管实际上主阵列一般有更多元件。图中还示出了冗余行或元件104，这些元件可用于替换元件0-3中任何一个。在实际的DRAM芯片中，一般具有非常多行的元件。而且，主阵列可以包括多个子阵列。然而，为简化讨论，示出的DRAM芯片有一个主阵列，4行元件。

为了替换元件0-3中任何一个，冗余元件104与两个地址位A1和A0有关。地址位的值向译码逻辑电路指定由冗余元件104替换主阵列102的哪个主阵列元件。图2示出了现有技术中用于指定冗余元件104的替换地址的冗余电路。如图2所示，冗余电路210包括冗余元件104，该元件耦合到译码逻辑电路202。译码逻辑电路202负责根据制造期间设置的启动和地址熔丝查明冗余元件104是否应用于替换有故障的主阵列元件，那么应是哪个有故障的主阵列元件。

图2中，启动熔丝表示为启动熔丝EF，图1例示的两个地址熔丝表示为地址熔丝F1和F0。为了讨论方便，假定在DRAM单元100的质量控制过程中发现主阵列元件#2发生故障。这种情况下，将设定启动熔丝EF指示应该用冗余元件104取而代之。设定地址熔丝F1而不设定地址熔丝F0以形成指定将用于替换主阵列元件2的冗余元件104的位模式“10”。

加电期间，即在DRAM芯片运行期间，启动熔丝EF中的值加载到图2的启动锁存器EL中。这种情况下，值“1”加载到启动锁存器EL。地址熔丝F1和F0中的值也分别加载到地址锁存器AL1和AL0中，例如使得地址锁存器AL1存储值“1”，地址锁存器AL0存储值“0”。由于运行期间可以比熔丝更快地读取锁存器，所以使用了锁存器，因而可以使DRAM单元的工作速度最佳。通过检测启动锁存器EL，译码逻辑电路202可以查明将用冗余元件104替换故障阵列元件。通过检测地址锁存器AL1和AL0，译码逻辑电路202可以查明将用冗余元件104替换故障阵列元件#2。

尽管参照图2描述的现有技术适用于替换故障阵列元件，但仍存以下问题。例如，当DRAM芯片容量增大时，需要在给定尺寸的芯片上设置更多主阵列存储元件和／或冗余元件。然而，每个熔丝占据了DRAM芯片上并非微不足道的面积，现有技术方法所需的大量熔丝要求小片尺寸更大以容纳所有熔丝，这是极为不利的。

例如，如果阵列有2ⁿ个元件，则每个冗余元件需要n个地址熔丝。如上述所讨论的，每个冗余元件还需要一指示运行期间冗余元件是否应使用的启动熔丝。因此，现有技术中每个冗余元件需要的熔丝总数是n+1个。如果每个阵列中设置m个冗余元件(可以替换主阵列中的m个故障元件)，则所需的熔丝总数是m^*(n+1)。所属领域的技术人员可以理解，如果可以减少熔丝的总数，那么将可以减小小片的尺寸，减小所得DRAM芯片的尺寸，和／或增大DRAM密度。