半导体器件及其操作方法与流程

本申请要求于2016年12月13日提交的申请号为10-2016-0169217的韩国专利申请的优先权，其通过引用整体合并于此。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种半导体设计技术，更具体地，涉及一种执行封装后修复操作的半导体器件。

背景技术：

诸如动态随机存取存储器(DRAM)的半导体存储器件包括以矩阵形式布置的多个存储单元。如果一个或更多个存储单元故障，则半导体存储器件可以被视为有缺陷，因为它不能正常工作。存储单元可能故障的概率随着半导体存储器件的集成度和速度的增加而增加。

因此，制造良品率随着半导体存储器件的集成度和速度增加而减小，所述制造良品率表示正常芯片的数量与所生产的芯片的总数量的比率，并且决定半导体器件的生产成本。因此，为了提高更高集成度、更快速度的半导体存储器件的制造良品率，对于开发用于修复故障单元的高效方案进行了广泛的研究。

一种技术在半导体存储器件中嵌入用于以冗余单元替换故障单元的修复电路。通常，修复电路可以包括以冗余列和冗余行布置的多个冗余存储单元。在操作中，冗余单元被选中来代替故障单元。

即，当接收到指示故障单元的列/行地址信号时，冗余列/行被选中来代替正常存储体中的故障单元的列/行。

通常，提供可以被切断的多个熔丝以便找出指示故障单元的地址。通过选择性地切断熔丝来对故障单元的地址进行编程。

用于修复DRAM中的故障单元的方法包括用于修复晶片状态下的故障单元的晶片修复方法以及用于修复封装状态下的故障单元的封装后修复(PPR)方法。

晶片修复方法在晶片状态下执行测试，然后用冗余单元替换故障单元。封装后修复方法在封装状态下执行测试，然后在封装状态下用冗余单元替换故障单元。

在晶片修复操作期间，可以正常执行编程操作，因为尽管熔丝已经故障使得其不能被正确地切断，但是熔丝可以被用作另一个熔丝。相反，在PPR操作期间，因为PPR操作在假设熔丝没有故障的封装状态下来执行，所以当故障熔丝要被切断时可能不能成功地执行编程操作。因此，半导体存储器件(诸如DRAM)可能不会用目标冗余单元来修复故障单元，而是用与由故障熔丝指示的未指定地址相对应的另一个单元来修复故障单元。

技术实现要素：

各种实施例针对一种半导体器件，其能够在编程操作期间当选中的熔丝组故障时禁止选中的熔丝组，并且对另一个熔丝组执行编程操作。

在一个实施例中，半导体器件可以包括：熔丝组单元，其包括多个熔丝组，每个熔丝组包括使能熔丝和一个或更多个地址熔丝；断裂控制单元，其适用于在编程操作期间在选中的熔丝组的地址熔丝被编程之后，控制选中的熔丝组的使能熔丝以使其被编程；单元数据验证单元，其适用于在编程操作期间对选中的熔丝组重复地执行验证操作和断裂操作，通过最后验证操作确定来自选中的熔丝组的读取数据是否与对应于断裂地址的目标数据相同，并且输出故障信息；以及熔丝组控制单元，其适用于响应故障信息在对选中的熔丝组的编程操作终止之后，控制要对不同的熔丝组执行的编程操作。

当对应的使能熔丝被编程时，多个熔丝组中的每个熔丝组可以被使能，而当使能熔丝未被编程时，多个熔丝组中的每个熔丝组可以被禁止。

在编程操作期间，当地址熔丝之中的一个或更多个地址熔丝被编程而使能熔丝未被编程时，可以不选择多个熔丝组中的每个熔丝组。

断裂控制单元可以包括：断裂地址计数单元，其适用于产生用于控制断裂的比特位序列的计数信号，使得使能熔丝在一个或更多个地址熔丝从高位地址熔丝至低位地址熔丝顺序地断裂之后断裂；以及断裂地址发生单元，其适用于响应于计数信号而将外部地址输出为断裂地址。

使能熔丝可以对应于要断裂的断裂地址的最低有效位(LSB)。

断裂控制单元可以根据断裂地址的从最高有效位(MSB)至最低有效位(LSB)的比特位序列来控制地址熔丝和使能熔丝以使它们顺序地断裂。

半导体器件还可以包括：命令发生单元，其适用于响应于断裂命令来产生用于对地址熔丝和使能熔丝的验证操作的验证读取信号和断裂操作的断裂信号。

单元数据验证单元可以包括：信号传输单元，其适用于将验证读取信号作为读取信号来传输并且传输断裂信号；以及比较单元，其适用于接收从选中的熔丝组输出的读取数据，将与断裂地址相对应的目标数据与读取数据进行比较，以及输出故障信息。

熔丝组控制单元可以适用于：响应于故障信息来将重启信号传输到熔丝组单元，以及从熔丝组单元接收熔丝组变化信息。

熔丝组单元可以适用于：响应于重启信号来执行重启操作，以及对除了选定的熔丝组之外的不同熔丝组执行编程操作。

熔丝组单元可以适用于：响应于断裂信号来对与断裂地址相对应的熔丝进行编程，以及响应于读取信号来读取被编程的数据以输出读取的数据。

在一个实施例中，半导体器件的操作方法可以包括：提供多个熔丝组，每个熔丝组包括使能熔丝和一个或更多个地址熔丝；选择多个熔丝组之中的一个熔丝组；对选中的熔丝组的地址熔丝进行编程；在地址熔丝被编程之后对使能熔丝进行编程，而不是在未完成地址熔丝的编程时对使能熔丝进行编程。

操作方法还可以包括：当地址熔丝的编程终止而未对使能熔丝进行编程时，对除了选中的熔丝组之外的不同熔丝组进行编程。

当对应的使能熔丝被编程时，多个熔丝组中的每个熔丝组可以被使能，而当使能熔丝未被编程时，多个熔丝组中的每个熔丝组可以被禁止。

在选择多个熔丝组之中的一个熔丝组的步骤中，当地址熔丝之中的一个或更多个地址熔丝被编程而使能熔丝未被编程时，可以不选择多个熔丝组中的每个熔丝组。

操作方法还可以包括：根据断裂地址的从最高有效位(MSB)至最低有效位(LSB)的比特位序列来控制地址熔丝和使能熔丝以使它们顺序地被编程。

对不同熔丝组进行编程的步骤可以包括：在对选中的熔丝组进行编程期间，对选中的熔丝组重复地执行验证操作和断裂操作；通过最后的验证操作确定来自选中的熔丝组的读取数据是否与对应于断裂地址的目标数据相同，并且输出故障信息；以及在选中的熔丝组的编程终止之后，响应于故障信息来选择不同的熔丝组。

操作方法还可以包括：响应于断裂命令来产生用于对地址熔丝和使能熔丝的验证操作的验证读取信号和断裂操作的断裂信号。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的半导体器件的示图。

图2是示出了根据比较示例的半导体器件的编程操作的时序图。

图3A至图3C是示出了在执行图2的编程操作时选中的一个熔丝组的状态的示图。

图4是示出了图1所示的半导体器件的编程操作的时序图。

图5A至图5C是示出了在执行图4的编程操作时选中的一个熔丝组的状态的示图。

图6是示出了一个示例的时序图，其中，当执行图1所示的半导体器件的编程操作时选中的熔丝组故障。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述各种实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。贯穿本公开，在本发明的各种附图和实施例中，相同的附图标记始终指代相同的部件。

本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明构思。正如本文中所用，除非上下文另有明确表示，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解的是，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”在本说明书中使用时表示所述特征的存在，但不排除一个或更多个其它特征的存在或添加。正如本文中所用，术语“和/或”表示一个或更多个相关联的列出项的任何组合和所有组合。

将理解的是，虽然在本文中可以使用术语“第一”、“第二”和“第三”等来描述各种元件，但这些元件不受这些术语的限制。这些术语用来将一个元件与另一元件区分开。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，下面描述的第一元件也可以被称作第二元件或第三元件。

图1是示出了根据本发明的实施例的半导体器件的示图。

参考图1，半导体器件可以包括缓冲单元110、解码单元120、断裂控制单元130、阵列电熔丝(ARE)命令发生单元140、单元数据验证单元150以及ARE熔丝单元160。

缓冲单元110可以缓冲外部命令/地址信号CA并且输出命令CMD和地址ADD。当执行PPR操作时，命令/地址信号CA可以是与PPR操作有关的信号。命令/地址信号CA可以是从外部控制器设备(未示出)接收的信号。

解码单元120可以包括命令解码器121和地址解码器122。

命令解码器121可以包括第一命令发生单元121_1和第二命令发生单元121_2。

第一命令发生单元121_1可以通过对从缓冲单元110输出的命令CMD进行解码来产生激活命令ACT、模式寄存器信号MR以及预充电命令PCG。第二命令发生单元121_2可以响应于由第一命令发生单元121_1产生的激活命令ACT、模式寄存器信号MR以及预充电命令PCG来产生断裂命令RUP_CMD。

地址解码器122可以对从缓冲单元110接收的地址ADD进行解码并且输出内部地址IADD。

断裂控制单元130可以包括断裂地址计数单元131和断裂地址发生单元132。

断裂地址计数单元131可以包括内部计数器，并且根据内部地址IADD的从高位地址(即，最高有效位(MSB))至低位地址(即，最低有效位(LSB))的比特位序列来产生用于控制内部地址IADD的比特位序列的计数信号CNT，以便使ARE熔丝单元160的ARE熔丝组161顺序地断裂。断裂地址计数单元131可以控制内部地址IADD的比特位序列，使得与内部地址IADD的LSB相对应的使能熔丝最后断裂。

断裂地址发生单元132可以响应于从断裂地址计数单元131输出的计数信号CNT而将内部地址IADD顺序地输出为断裂地址RUP_ADD。

ARE命令发生单元140可以响应于断裂命令RUP_CMD来产生验证读取信号VR_RD和断裂信号RUP。

ARE命令发生单元140可以包括计数单元141和命令发生单元142。

计数单元141可以响应于断裂命令RUP_CMD而通过执行与内部地址IADD的比特位数相对应的计数操作来输出计数信号CNT_SIG。命令发生单元142可以响应于计数信号CNT_SIG来重复地输出验证读取信号VR_RD和断裂信号RUP。在这种情况下，可以响应于断裂命令RUP_CMD而通过内部地址IADD的预定比特位数来重复地输出验证读取信号VR_RD和断裂信号RUP。例如，ARE命令发生单元140可以产生与内部地址IADD的第一比特位相对应的验证读取信号VR_RD和断裂信号RUP，并且可以产生与内部地址IADD的第二比特位相对应的验证读取信号VR_RD和断裂信号RUP。在这种情况下，验证读取信号VR_RD可以是用于执行检查所需数据是否已被写入的操作的信号。断裂信号RUP可以是用于执行使ARE熔丝单元160的ARE熔丝组161断裂的编程操作的信号。由于计数单元141具有来自断裂命令RUP_CMD的关于内部地址IADD的预定比特位数的信息，所以计数单元141不需要单独地接收内部地址IADD。

单元数据验证单元150可以包括信号传输单元151和比较单元152。

信号传输单元151可以将验证读取信号VR_RD作为读取信号RD传输到ARE熔丝组161，并且可以将断裂信号RUP传输到ARE熔丝组161。

比较单元152可以从ARE熔丝组161接收单元读取数据RD_DAT，可以将与从断裂地址发生单元132输出的断裂地址RUP_ADD相对应的要断裂的数据(在下文中，称为“目标数据”)与单元读取数据RD_DAT进行比较，并且可以根据目标数据是否与单元读取数据RD_DAT相同来输出故障信息FAIL_INFO。换言之，单元数据验证单元150可以通过执行用于将与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据与单元读取数据RD_DAT进行比较的验证读取操作来确定对应的熔丝组是否故障。更具体地，当与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据与读取数据RD_DAT相同时，比较单元152可以确定与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据是正常的，并且可以禁止故障信息FAIL_INFO。当与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据与读取数据RD_DAT不相同时，比较单元152可以确定与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据是异常的，并且可以使能故障信息FAIL_INFO。

ARE熔丝单元160可以包括ARE熔丝组161和熔丝组控制单元162。ARE熔丝组161可以包括多个熔丝组，每个熔丝组包括一个或更多个地址熔丝和使能熔丝。

当多个熔丝组中的一个熔丝组响应于ARE使能信号ARE_ON而被选中时，ARE熔丝组161可以响应于读取信号RD和断裂信号RUP来根据断裂地址RUP_ADD的从高位地址(即，最高有效位(MSB))到低位地址(即，最低有效位(LSB))的比特位序列而对使能熔丝和一个或更多个地址熔丝重复地执行验证操作和断裂操作。通过响应于读取信号RD的验证操作，ARE熔丝组161可以顺序地输出作为选中的熔丝组的数据的读取数据RD_DAT。

当从单元数据验证单元150输入的故障信息FAIL_INFO被使能时，熔丝组控制单元162可以将重启信号RE_BOOTUP输出到ARE熔丝组161。在这种情况下，重启信号RE_BOOTUP可以是因为对应熔丝组中存在故障熔丝而指示要执行重启操作的信号。

因此，ARE熔丝组161可以接收重启信号RE_BOOTUP，可以停止对故障熔丝组的编程操作，可以用另一个熔丝组替换故障熔丝组，可以对另一个熔丝组执行编程操作，并且可以将改变信息CHANGE_INFO(即，关于故障熔丝组的信息)输出到熔丝组控制单元162。

当基于改变信息CHANGE_INFO而执行后续编程操作时，熔丝组控制单元162包括关于故障熔丝组的信息。因此，熔丝组控制单元162可以控制ARE熔丝组161来对除了故障熔丝组之外的其它熔丝组执行编程操作。

以下参照图2至图6来描述根据本发明的实施例的如上所述配置的半导体器件的操作。

图2是示出了根据比较示例的半导体器件的编程操作的时序图。

参考图2，根据比较示例的半导体器件可以在ARE使能信号ARE_ON被使能时执行启动操作，并且因此，预启动信号PRE_BOOTUP被使能。在这种情况下，预启动信号PRE_BOOTUP是可以从熔丝组控制单元162输出且未在图1中示出的信号。随后，响应于断裂信号RUP，半导体器件可以对使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15顺序地执行断裂操作，每个地址熔丝与断裂地址A<0:15>相对应。在这种情况下，根据断裂地址A<0:15>的从LSB A<0>至MSB A<15>的比特位序列，可以顺序地对使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15执行断裂操作。

当终止对使能熔丝EN的断裂操作和对全部地址熔丝F1到F15的断裂操作时，半导体器件可以响应于重启信号RE_BOOTUP而执行重启操作。

当根据图2的时序执行操作时，在图3A至3C中示出了选中的熔丝组的状态和操作。

图3A至图3C是示出了在执行图2的编程操作时选中的熔丝组的状态的示图。

图3A是示出了使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15的编程操作的示图，每个地址熔丝与断裂地址A<0:15>相对应。参考图3A，当重复地执行验证读取操作和断裂操作时，可以对使能熔丝EN以及地址熔丝F1至F15之中的每个地址熔丝执行编程操作。

图3B是示出了断裂操作的示图，其中，使能熔丝EN被切断以通知对应熔丝组已经被选中，并且选中熔丝组的地址熔丝F1至F15从断裂地址A<1:15>的LSB A<1>断裂至断裂地址A<1:15>的MSB A<15>。

图3C是示出了在对选中熔丝组执行断裂操作之后的验证读取操作的示图，该验证读取操作用于将与要断裂的熔丝组的断裂地址A<0:15>相对应的数据与被编程熔丝组的数据进行比较。在这种情况下，图3C的上侧示出了被编程熔丝组的数据，而图3C的下侧示出了与要断裂的熔丝组的断裂地址A<0:15>相对应的数据。在图3C的下侧中断裂地址A<0:15>的从LSB A<0>至MSB A<15>的数据可以顺序地与图3C的上侧中的被编程熔丝组的数据进行比较。可以看出，与图3C的下侧中的断裂地址A<0:15>的第七比特位A<7>相对应的数据与图3C的上侧中的被编程熔丝组的第七地址熔丝F7的数据不同。在这种情况下，被编程熔丝组可能已经故障了，因为首先被编程的被编程熔丝组的第七地址熔丝F7已经被切断了，但是与要断裂的熔丝组的断裂地址A<0:15>的第七比特位A<7>相对应的数据还没有被切断。

如上所述，在根据比较示例的半导体器件中，当执行PPR操作时，仅重复地执行验证读取操作和断裂操作，但最后操作可以以断裂操作来结束。因此，尽管与断裂地址相对应的目标数据与来自被编程熔丝组的读取数据不同，但是因为使能熔丝EN已经被切断，所以对应熔丝组可以被分类为有效熔丝组。因此，由于尽管当执行下一次断裂操作时对应熔丝组是故障熔丝组，但是对应熔丝组仍被用作有效熔丝组，所以不能执行正常操作。

根据本发明的一个实施例，为了解决这个问题，可以如图1所示地配置其中熔丝组的断裂序列被控制并且验证操作和读取操作被控制的半导体器件。

图4是示出了图1所示的半导体器件的编程操作的时序图。

参考图4，在根据本发明的实施例的半导体器件中，当ARE使能信号ARE_ON被使能时，从熔丝组控制单元162输出的预启动信号PRE_BOOTUP被使能，并且因此，ARE熔丝组161可以执行启动操作。

在执行启动操作之后，ARE熔丝组161可以响应于从单元数据验证单元150接收的断裂信号RUP而对使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15执行断裂操作，每个地址熔丝与断裂地址A<0:15>相对应。此时，根据断裂地址A<0:15>的从MSB A<15>至LSB A<0>的比特位序列，ARE熔丝组161可以对全部地址熔丝F1至F15和对使能熔丝EN执行断裂操作。即，在对全部地址熔丝F1至F15执行断裂操作之后，ARE熔丝组161可以最后切断使能熔丝EN。这种操作通过经由断裂控制单元130而接收包括受控制的断裂序列的断裂地址RUP_ADD来进行。在对与断裂地址A<1:15>相对应的全部地址熔丝F1至F15以及对使能熔丝EN的断裂操作被终止之后，ARE熔丝组161可以响应于从熔丝组控制单元162输出的重启信号RE_BOOT-UP而执行重启操作。

当根据本发明的实施例的半导体器件的编程操作根据图4的时序来执行时，在图5A至图5C示出了选中的熔丝组的状态和编程操作。

图5A至图5C是示出了在执行图1所示的半导体器件的编程操作时ARE熔丝组161的熔丝组中选中的一个熔丝组的状态的示图。

图5A是示出了使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15的编程操作序列的示图，每个地址熔丝与断裂地址A<0:15>相对应。参考图5A，对使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15中的每个地址熔丝重复地执行验证读取操作和断裂操作，并且可以最后再次对使能熔丝EN和地址熔丝F1至F15执行验证读取操作。因此，由于最后再次执行的验证读取操作，所以根据本发明的实施例的半导体器件可以根据从被编程熔丝组读取的数据是否与断裂地址相对应的目标数据相同来控制PPR操作以使其停止。

图5B是示出了断裂操作的示图，其中，将断裂地址A<1:15>的从MSB A<15>至LSB A<1>的地址熔丝F1至F15断裂，并且最后切断使能熔丝EN以通知对应的熔丝组已经被选中。

图5C是示出了在对选中的熔丝组再次执行断裂操作之后最后执行的验证读取操作的示图，该验证读取操作用于将与要断裂的断裂地址RUP_ADD相对应的数据与被编程熔丝组的数据进行比较。在这种情况下，图5C的上侧示出了被编程熔丝组的数据，而图5C的下侧示出了与将要断裂的熔丝组的断裂地址A<0:15>相对应的数据。作为断裂序列，与图5C的下侧中的断裂地址A<0:15>的MSB A<15>至LSB A<0>相对应的数据可以顺序地与图5C的上侧中的被编程熔丝组的数据进行比较。从图5C中，可以看出，断裂地址A<0:15>的从MSB A<15>至第十比特位A<10>的比较的结果是相同的，但是针对第九比特位A<9>的比较结果是不同的。如果使能熔丝EN已经被切断，则因为对应的熔丝组被用作有效熔丝组，所以操作可能失败。然而，因为对应的熔丝组的使能熔丝EN没有被切断，所以对应的熔丝组可以被控制为被禁止并且将来不被使用。

如果由于从被编程熔丝组读取的数据与如上所述的与断裂地址相对应的目标数据不相同而导致操作失败，则对应的熔丝组被禁止并且对另一个熔丝组执行断裂操作。下面参考图6对此进行描述。

图6是示出了一个示例的时序图，其中，当执行在图1所示的半导体器件的编程操作时选中的熔丝组已经故障。

参考图6，当ARE使能信号ARE_ON被使能并且从熔丝组控制单元162输出的预启动信号PRE_BOOTUP被使能时，根据本发明的实施例的半导体器件可以执行启动操作，并且因此ARE熔丝组161可以执行启动操作。

在执行启动操作之后，ARE熔丝组161的选中熔丝组(例如，第一熔丝组FUSE_SET#1)可以响应于从单元数据验证单元150接收的断裂信号RUP而对包括在该选中熔丝组中的使能熔丝和地址熔丝(与断裂地址RUP_ADD相对应)执行断裂操作。

在这种情况下，根据断裂地址RUP_ADD的从MSB至LSB的比特位序列，第一熔丝组FUSE_SET#1可以对全部地址熔丝和对使能熔丝执行断裂操作。即，在对全部地址熔丝执行断裂操作之后，第一熔丝组FUSE_SET#1可以最后切断使能熔丝。

在这样的编程操作期间，通过最后验证读取操作，作为在与断裂地址RUP_ADD相对应的目标数据与单元读取数据RD_DAT之间进行比较的结果，当该操作在如图5C所示的地址熔丝的中间处失败时，单元数据验证单元150可以将故障信息FAIL_INFO传输到熔丝组控制单元162。响应于故障信息FAIL_INFO，熔丝组控制单元162可以将重启信号RE_BOOTUP传输给ARE熔丝组161。

因此，ARE熔丝组161可以在响应于重启信号RE_BOOTUP而执行重启操作的同时确定与当前输入的地址相对应的第一熔丝组FUSE_SET#1为故障熔丝组，并且可以将指示第一熔丝组FUSE_SET#1被替换为另一个熔丝组(例如，第二熔丝组FUSE_SET#2)的改变信息CHANGE_INFO传输到熔丝组控制单元162。因此，ARE熔丝组161可以正常地执行编程操作。

换言之，在执行PPR操作中，根据本发明的实施例的半导体器件可以通过最后再次执行验证读取操作而不是仅重复地执行验证读取操作和断裂操作来确定选中的熔丝组是否故障。如上所述的故障熔丝组被控制，使得使能熔丝最后被切断。因此，如果在使能熔丝被切断之前检测到故障地址熔丝，则对应的熔丝组被确定为已经故障并被禁止。结果，因为对故障熔丝组的PPR操作被停止，所以可以正常执行PPR操作，并且对替换的熔丝组执行PPR操作。

因此，根据本发明的实施例的半导体器件可以降低在执行PPR操作时由于故障熔丝组而错误地执行操作的可能性。

根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体器件，其在执行PPR操作时可以控制选中的熔丝组的使能熔丝以使其最后被编程，并且最后执行验证操作。因此，由于当在中间检测到故障地址熔丝时对应的熔丝组被禁止，所以可以减少由于故障单元而导致的操作失败。

尽管出于说明的目的已经描述了各种实施例，但是对于本领域技术人员而言明显是，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变和修改。