专利名称：维度可编程熔丝排及制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的设计和制造。更具体地说，本发明涉及用来提高存储器电路的电路密度的改进技术。
在存储器电路中，例如，在一个动态随机存取存储器或一个现场可编程的逻辑器件中，为了寻址的目的各存储单元通常以行和列的方式排列。举例来说，一个典型的动态随机存取存储器(DRAM)芯片有多达6千4百万个单元，这些单元可以按行和列排列起来以便通过字线和位线来寻址。在现有技术中动态随机存取存储器的电路和设计是尽人皆知的，因此在这里不进行详细讨论。
在典型的DRAM芯片的制造过程中，可能会发生现在主阵列中一百万甚至数百万个单元存在着缺陷。过去，设计人员并不是舍弃整个芯片，而是在芯片上制作冗余单元，这些冗余单元可以替代有缺陷的单元，从而旁路这些有缺陷的单元并使存储电路用起来好象并不存在什么缺陷一样。
更具体地说，当在制造过程中发现主存储器阵列中的某一单元有缺陷时，含有这个有缺陷单元的整行或整列通常由一冗余行或冗余列来代替。为了便于引用起见，单元的整行或列在这里被称作“元素”。此外，为提供技术背景，这里将针对行和其替代物来展开讨论，但切记这里所讨论的问题完全适用于列和其替代物。
当冗余元素被用来取代主阵列中的有缺陷元素时，现有技术中的取代技术包括在制造过程中设置一个该冗余电路的使能熔丝以表示该冗余元素被用来取代主阵列元素的某一个。被该冗余元素取代的有缺陷主阵列元素的地址也在制造过程中通过设置该冗余电路的地址熔丝来指定。
在运行时间期间，使能熔丝和各地址熔丝的值被分别装载到使能锁存器和地址锁存器中。如果使能锁存器含有表示冗余元素应该被使用的值时，该冗余元素将被用来代替其地址由地址锁存器指定的有缺陷主阵列元素。举例来说，
图1A图示了一个高度简化的含有一个主阵列14的DRAM(动态随机存取存储器)单元10。尽管实际的主阵列一般有多得多的元素，但为了便于讨论方便起见，图中所示的主阵列14只有4行或元素0-3。图中还显示了一个冗余元素16，它可以被用来代替元素0-3的任一个。
图1B显示了一个可独立修复的块100，它有大量的冗余行和列元素。在实际中，DRAM芯片典型地被分割成几个可独立修复的块100，每块均有一组冗余行元素112和一组冗余列元素114，它们可以被用来取代主存储器阵列块110的一行或数行或一列或数列。作为例子，假定主存储器阵列块110含有256个行元素和64个列元素。按照这个假定，将需要至少8个熔丝位(即28=256)来对这些行寻址，和将需要至少6个熔丝位(即26=64)来对这些列寻址。由于这个原因，要求一个熔丝排的组116含有用于每个冗余列114′的列专用熔丝118b，以及用于每个冗余行112′的行专用熔丝118a。因此，该组熔丝排(fusebank)116总共有12个熔丝排(4个用于列的熔丝排118b和8个用于行的熔丝排118a)，它们可以被用来取代主存储器阵列块110中损坏的元素。
虽然按照图1A和1B所描述的现有技术可以足够好地用来取代有缺陷主阵列元素，但是仍然存在着一些不足之处。举例来说，随着DRAM单元在容量上的增加，需要将极大量主阵列存储器元素放在一块给定尺寸的芯片之中。尽管熔丝排对如DRAM那样的存储器件的高效修复是必不可少的，但是修复主存储器阵列块110中的可能损坏所需要的大量(shear number)行/列专用熔丝排也造成芯片尺寸增大。然而，在实践中，设计人员注意到大约50％的可用冗余行和列元素在完成制造修复之后没有得到使用。因此，与熔丝排组116相关联的很大一部分未使用熔丝排118a和118b，却仅仅是占据了极有价值的芯片空间。众所周知，在价格竞争激烈的DRAM市场上，浪费掉每个百分点的芯片空间都有可能使制造商损失掉数以百万计美元的利润，因为从每个半导体晶片中能生产出的芯片更少。
从上面的论述中看到，需要有一种可编程的熔丝排，它将减少可修复存储器块中未使用的行/列专用熔丝排的数量。因此，还希望减少熔丝排的数量而用现有的冗余元素对有缺陷的存储器阵列元素提供灵活的和可靠的可修复性。
广义地说，本发明通过提供较少的可编程熔丝排来满足这些需要，这些可编程熔丝排可以用来对冗余行元素寻址或对冗余列元素寻址而同时减小了芯片的空间。应该指出，本发明可以用多种方式实施，包括过程、装置、系统、器件或方法。本发明的几个独创性的方案将描述如下。
在一个方案中，提供一种可修复的半导体存储器阵列。该可修复半导体存储器阵列包括一个主存储器阵列；用来修复主存储器阵列的行元素或列元素的一组冗余行和一组冗余列；电连接到该组冗余行和该组冗余列的一个熔丝排组。该可修复半导体存储器阵列进一步包括包含在该熔丝排组中的多个熔丝排。该多个熔丝排的每一个都是可编程为用来对主存储器阵列的列元素或行元素寻址，被寻址的列元素或行元素由该组冗余行的某一行或该组冗余列的某一列来取代。
在另一个方案中，提供一种用来制造可修复半导体存储器阵列的方法。该方法包括提供具有多个行元素和多个列元素的主存储器阵列；提供多个冗余行元素和多个冗余列元素，用来修复该多个行元素和列元素中的一个损坏的元素。该方法进一步包括用所述冗余行的至少一行或冗余列的至少一列来取代主存储器阵列的多个列元素的被寻址的一个或多个行元素的被寻址的一个。该被寻址的一行或一列是通过对一个熔丝排进行编程而选择出来的，该熔丝排与该多个冗余行元素和该多个冗余列元素二者相连接。
在另一个方案中，提供一种可修复存储器阵列，包括一个主存储器阵列、用来修复主存储器阵列的行元素或列元素的一组冗余行元素和一组冗余列元素的可修复存储器阵列。该可修复存储器阵列包括一个熔丝排组装置，它与该组冗余行和该组冗余列电连接。该可修复存储器阵列还包括多个包含在该熔丝排组装置之中的熔丝排装置。该多个熔丝排装置的每一个都是可编程为用来对主存储器阵列的列元素或列元素中的一个寻址，所述列元素和行元素中的被寻址的那一个被该组冗余行元素中之一或该组冗余列元素中之一旁路。
通过下面对结合附图的实施例的详细描述，本发明的其它方面和优点将显得更加明显。
通过下面结合附图的详细描述很容易理解本发明的实质，在附图中相同的标号表示结构相同的部件，其中图1A示出了可以用来取代主阵列元素的冗余元素的使用。
图1B示出了一个含有大量冗余行和列元素的可单独修复的存储块。
图2A是一个根据本发明的一个实施例的可单独修复存储块的方块图。
图2B图示了根据本发明的一个实施例的示例性的可编程熔丝排，该熔丝排具有多个可以被编程成行或列专用的熔丝。
图3图示了根据本发明的另一个实施例的半导体器件，该半导体器件含有一个分布在大量物理子存储器阵列之中的主存储器阵列。
以下描述关于可编程熔丝排的发明，这种可编程熔丝排可以用来对冗余行元素或冗余列元素寻址而同时减小了芯片的大小。在如下的描述中，展示了许多具体的细节以便能够对本发明有全面理解。但是，应该了解，对于该技术领域的普通技术人员，即使没有这些具体细节的一部分或全部，也有可能对本发明进行实施。另一方面，为了使对本发明的描述清楚起见，将不再详细描述那些众所周知的处理工序。
图2A是根据本发明的一个实施例的可单独修复存储块200的方块图。正如图中所示的，一个主存储器阵列块210，例如它是包括动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)或任何其它存储器阵列的随机存取存储器(RAM)，该主存储器阵列块包括有一组冗余列元素214和一组冗余行元素212。众所周知，当在所选择的存储器单元中检测到存在缺陷时，这些冗余元素一般用来取代主存储器阵列块210的一个元素。如图所示，一个小型熔丝排组216包含六个可编程熔丝排218，这些可编程熔凝排218与选择节点230相连接。选择节点230然后与该组冗余列元素214和该组冗余行元素212二者相连接。
由于包含在小型熔丝排组216中的可编程熔丝排218与该组冗余列元素214和该组冗余行元素212相连接，因此可编程熔丝排218的每一个可以被编码成用该组冗余列元素214的一个元素或该组冗余行元素212的一个元素来取代主存储器阵列块210的一行或一列。为了进行对主存储器阵列块210中要被取代的元素的选择，可编程熔丝排218最好有一个维度(dimension)熔丝，这个维度熔丝将可编程的熔丝排218转换成一个行或列专用熔丝排。这样，所有的可编程熔丝排218是通用的熔丝排，它能有益地使可用的熔丝排得到最佳利用。是这种最佳利用才使得设计人员能够提供占据较小芯片空间的熔丝而仍然为主存储器阵列块210提供与现有技术中的设计基本相同的可修复性。
图2B图示了根据本发明的一个实施例的示例性的可编程熔丝排218，该熔丝排含有多个可以用编程激光器编程的熔丝。正如图中所示的，该可编程熔丝排218包含八个寻址熔丝(F0-F7)，它们用来选择主存储器阵列块210中的将要被冗余行或冗余列取代的一行或列地址。尽管主存储器阵列块210根据集成电路的存储器要求可以具有任何大小或形状，这里我们假定图2A的主存储器阵列块210中具有256行和64列。
因此，为了对主存储器阵列块210中的256行寻址，可编程熔丝排218的寻址熔丝至少有八个寻址熔丝(即28=256)，或至少六个熔丝(即26=64)用来对主存储器阵列块210中的列寻址。因此，为了在单个可编程熔丝排218容纳下行和列寻址，希望有至少足够的寻址熔丝来对一选择的存储器阵列块中的最大数量的行或列编程。举例来说，如果所选择的存储器阵列块含有512行和128列，那么应该有至少九个(即29=512)寻址熔丝才能使存储器阵列中的行元素得到合适的取代。因此，如果提供九个寻址熔丝来容纳这512行，那么将会有足够的寻址熔丝来容纳对存储器阵列块中的128列进行寻址所需要的七个熔丝(即27=128)。
应指出图2B所示的八个寻址熔丝只不过是示例性的，作为可编程熔丝排218的组成部分，可以提供任意数量的寻址熔丝来容纳主存储器阵列块210的大小。进一步来说，尽管当检测到一个单元缺陷时现在讨论的焦点集中在取代整个元素上，但是通过进行更特殊的寻址也有可能只取代有缺陷元素的被选择的部分。
可编程熔丝排218还包括一个“使能熔丝”，这个“使能熔丝”用来表示用一冗余元素对主存储器阵列块210中的被选择地址的取代是适当的。对于关于典型动态随机存储器(DRAM)芯片中的使能熔丝的实现和使用这方面的更多信息，可以参考1997年6月20日提交的，顺序号为08/879,726(代理案号97P9795US/SMNJP005)的，标题为“改进的冗余电路及其制造方法”的待审专利申请，这里列出作为参考。
根据本发明的一个实施例的可编程熔丝排218还包括一个“维度熔丝”，这个“维度熔丝”使该可编程熔丝排218可灵活应用到主存储器阵列块210的行或列中。应该认识到，通过提供用作非行专用也非列专用的可编程熔丝排218使得用一组冗余列元素214和一组冗余行元素212来实现对主存储器阵列块210的修复所需要的熔丝排的数量减少。换句话说，由于不再需要用行或列专用的熔丝排，可以只用约一半的熔丝排来实现典型主存储器阵列块中的修复。
为了图示实现对主存储器阵列块的适当修复所需要的物理熔丝排的数量的有效减少，在图1B所示的现有技术的设计中需要12个熔丝排。更具体地说，需要4个熔丝排118b用作列寻址，和需要8个熔丝排118a用作行寻址。然而，由于只有6个熔丝排提供在小型熔丝排组216之中，以前被另外6个熔丝排占据的芯片区域现在可以用来减小芯片的尺寸或用来布线其它的集成电路逻辑。在一个实施例中，该六个可编程熔丝排218现在可以用来用一组冗余行元素212和一组冗余列元素214来取代主存储器阵列块210的行或列。这样，在每一组的冗余元素212和214中提供6个冗余元素，以适应这样一种情况，即所有6个可编程熔丝排218都用来只取代行元素6或列元素。
如上所述，熔丝排数量的减少对减小布图每一个可单独修复块200所需要的芯片尺寸具有很好的效果。进一步，由较少熔丝排数量所提供的额外芯片空间也可以用来实现电路逻辑，而这样做通常由于增加了芯片尺寸而是不可取的。
图3图示了根据本发明的一个实施例的半导体器件300，这个半导体器件含有一个分布在大量物理子存储器阵列之中的主存储器阵列。在这个实施例中，图2A的主存储器阵列块210已经被分区并布图在其它逻辑之中，这些逻辑可以用在整个半导体器件300中。如上所述，在存储元件的制造和测试过程中常常需要修复子存储器阵列中的故障单元。与整块存储器阵列块210中的情况一样，子存储器阵列310a、310b、…、310n的每一个均配备有相关的冗余列元素314a(314b、…314n)和冗余行元素312a(312b、…312n)以取代相关的子存储器阵列中含有故障单元的元素。
正如图中所示的，半导体器件300可以有一个脊区(spine region)350，在脊区350中成行排列的熔丝排组316可以布图在任何结构中以实现对于所选择的冗余行元素和冗余列元素可达到的最佳的密度改善了的布线。应该理解，所谓“脊”区350是指可以用于布线、其它逻辑布图和熔丝排布图的芯片上的非存储器阵列区。并且，存储器芯片通常也被非存储器阵列“带”区(图中未示出)分开，一般来说非存储器阵列“带”区与脊区350相垂直。这些带区通常也可用于布线、其它逻辑布图和熔丝排布图。
正如在图2B的实施例中所述的，可编程熔丝排218的每一个均配有寻址熔丝、使能熔丝和维度熔丝以识别可编程熔丝排218应该用来对子存储器阵列310a、310b和310n的每一个中的故障列元素寻址还是故障行元素寻址。举例来说，假定可编程熔丝排218中的一个已经被编程为修复子存储器阵列之一中的故障列元素，那么冗余元素314a、314b和314n将同时取代子存储器阵列中的每一个。由于整块存储器阵列块被分割成n个子存储器阵列，所以出现了冗余列元素314a、314b和314n同时取代故障列的情况。
然而，当可编程熔丝排218的维度熔丝被编程成取代子存储器阵列之一的行元素时，那么只有一个冗余行元素将被用来取代子存储器阵列310a、310b或310n之一中的一行。还应该指出，以任何帮助提高布图密度的方式排列可编程熔丝排的能力是可以实现的。因此，图示的可编程熔丝排218的成行排列结构也可以布图在半导体器件300的任何部分上以帮助提高密度。在这种方式中，如果在半导体器件300中需要整个逻辑器件来完成集成电路，由于较少的可编程熔丝排218占据了脊区350中的空间，因此有更多的脊区350的空间可以使用。
在另一个实施例中，可以将所有冗余行、列和熔丝排布图在远离存储器阵列的位置上。举例来说，包括冗余列和冗余行的冗余存储器阵列可以布图在前面所述的脊区350中或带区中。另外，熔丝排也可以布图在器件的任何非存储器部分中。因此，应该指出，这些维度可编程熔丝排为设计人员在以空间利用率最高的方式布图存储器阵列和熔丝排方面提供了更大的灵活性，而使余下的未被使用的熔丝排更少。正如前面所述的，象DRAM存储器件那样的存储器件的价格竞争是非常激烈的，由于使用更多的芯片空间意味着从每个半导体晶片中制造出较少的芯片，因此那怕百分之一的芯片空间浪费都有可能转化成数以百万计美元的利润损失。
尽管为了清楚理解的目的对前述的发明已经作了详细的描述，但是很明显，对本发明所作的一些变型和修改均在所附的权利要求的范围之内。因此，应该认为这些实施例是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围并不局限于这里给出的细节，而是由所附权利要求的范围和等同物所界定。
权利要求
1．一种可修复半导体存储器阵列，包括主存储器阵列；用来修复该主存储器阵列的行元素或列元素的一组冗余行和一组冗余列；和多个熔丝排，该多个熔丝排的每一个都是可编程为用来对该主存储器阵列的列元素和行元素两者之一寻址，被寻址的列元素和行元素中之一由该组冗余行的一行或该组冗余列的一列所取代。
2．如权利要求1所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述多个熔丝排中的每一个熔丝排均具有一个维度熔丝，该维度熔丝被编程为选择要被取代的列元素和行元素之一的地址。
3．如权利要求2所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述多个熔丝排被排列在一熔丝排组之中，该熔丝排组与所述的一组冗余行和一组冗余列电连接。
4．如权利要求3所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述多个熔丝排的每一个均包括多个用来对所述主存储器阵列的地址进行编程的寻址熔丝。
5．如权利要求4所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述多个熔丝排的每一个均包括一用来使能选择被编程到所述寻址熔丝中的地址的使能熔丝。
6．如权利要求5所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述熔丝排组与在一选择节点上的所述一组冗余行和一组冗余列电连接。
7．如权利要求4所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述主存储器阵列具有n行元素和m列元素。
8．如权利要求2所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述主存储器阵列被分成一组子存储器阵列，该组子存储器阵列可用所述一组冗余行和一组冗余列的被选择的相应一个进行修复。
9．如权利要求8所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述熔丝排组布图在一半导体存储芯片的脊区中。
10．如权利要求9所述的可修复半导体存储器阵列，其中包含在所述熔丝排组之中的所述多个熔丝排以成行排列的方向排列起来以便于连接到所述子存储器阵列组。
11．如权利要求4所述的可修复半导体存储器阵列，其中所述主存储器阵列是一个动态随机存取存储器阵列。
12．一种用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，包括提供包括多个行元素和多个列元素的主存储器阵列；提供用来修复所述多个行元素和多个列元素中出故障的一个的多个冗余行元素和多个冗余列元素；和用所述冗余行和冗余列的至少一个来取代所述主存储器阵列中所述多个行元素和多个列元素中的被寻址的一个，该被寻址的一个元素通过对连接到所述多个冗余行元素和多个列元素的熔丝排进行编程来选择。
13．如权利要求12所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述熔丝排通过编程维度熔丝来进行编程，该维度熔丝选择所述主存储器阵列中多个列元素或多个行元素中的一个元素的取代。
14．如权利要求13所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述多个冗余行元素和多个冗余列元素两者都与所述熔丝排相连接。
15．如权利要求14所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述熔丝排包括多个用来对所述存储器阵列的地址进行编程的寻址熔丝。
16．如权利要求15所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述熔丝排包括一个用来使能对被编程到所述寻址熔丝中的地址的选择的使能熔丝。
17．如权利要求12所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述主存储器阵列被分区成多个相关的子存储器阵列。
18．如权利要求17所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述熔丝排布图在半导体存储芯片的脊区中。
19．如权利要求18所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述多个冗余行元素和多个冗余列元素布图在半导体存储芯片的脊区中。
20．如权利要求19所述的用来制作可修复半导体存储器阵列的方法，其中所述半导体存储芯片是动态随机存取器件。
21．一种包括一个主存储器阵列和用来修复主存储器阵列的行元素或列元素的一组冗余行元素和一组冗余列元素的可修复存储器阵列，包括与所述一组冗余行元素和一组冗余列元素相连接的熔丝排组装置；和包含在所述熔丝排组装置中的多个熔丝排装置，该多个熔丝排装置的每一个都是可编程为用来对所述主存储器阵列的所述列元素和所述行元素中之一寻址，该被寻址的所述列元素和行元素之一被用所述一组冗余行元素和一组冗余列元素中的一个旁路。
22．如权利要求21所述的可修复存储器阵列，其中所述多个熔丝排装置的每一个都有一维度熔丝，该维度熔丝被编程成选择所述列元素和行元素中的一个的地址以进行取代。
23．如权利要求22所述的可修复存储器阵列，其中所述多个熔丝排装置的每一个均包括多个用来编程所述主存储器阵列的地址的寻址熔丝装置。
24．如权利要求23所述的可修复存储器阵列，其中所述主存储装置是一个随机存取存储器。
25．如权利要求23所述的可修复存储器阵列，其中主存储装置是一个动态随机存取存储器。
全文摘要
本发明公开一种可修复半导体存储器阵列,包括:主存储器阵列210:用来修复主存储器阵列的行元素或列元素的一组冗余行212和一组冗余列214;与该组冗余行和该组冗余列电连接的熔丝排组216。可修复半导体存储器阵列还包括包含在熔丝排细中的多个熔丝排218。该多个熔丝排的每一个都是可编程为用来对主存储器阵列的列元素或行元素寻址,和该被寻址的列元素或行元素被该组冗余行的一行或这组冗余列的一列所取代。
文档编号G11C29/00GK1212432SQ9811855
公开日1999年3月31日 申请日期1998年9月3日 优先权日1997年9月4日
发明者克里斯琴·A·伯格 申请人:西门子公司