数据储存设备、内部电压微调电路及其微调方法与流程

[0001]
各种实施方式总体上涉及半导体集成设备，并且更具体地，涉及数据储存设备、以及用于该数据储存设备的内部电压微调电路和微调方法。


背景技术：

[0002]
半导体设备由从提供给该半导体设备的外部电压产生的内部电压来操作。为了半导体装置的稳定操作，需要生成准确的内部电压。例如，通过微调，可以以目标电平生成内部电压。
[0003]
为了微调电压，可以使用半导体设备外部的测试装备。然而，因为使用外部装备的测试时间与测试成本直接相关，所以已经引入了称为内置自测(bist)设备的嵌入式测试装备。
[0004]
bist是通过半导体设备内的电路将电压微调到目标电平的方法，并且能够减少测试所消耗的时间和成本。
[0005]
当半导体设备操作时，因为不能排除由外部噪声和工艺参数变化引起的故障，所以需要以稳健的方式生成内部电压。


技术实现要素：

[0006]
在一个实施方式中，一种数据储存设备可以包括：储存器；以及控制器，该控制器包括内部电压微调电路，并且被配置为响应于来自主机的请求而控制所述储存器。所述内部电压微调电路可以包括：积分电路，该积分电路被配置为对由被测装置(dut)输出的测试电压与参考电压之间的差进行采样，并且被配置为通过对采样信号进行积分来生成积分信号，该积分电路包括被配置为消除所述采样信号的偏移的偏移消除单元；比较电路，该比较电路被配置为通过对所述积分信号与所述参考电压进行比较来生成比较信号；码生成电路，该码生成电路被配置为接收初始微调码并通过响应于所述比较信号而增大或减小所述初始微调码来生成初步微调码；以及码平均信号生成电路，该码平均信号生成电路被配置为通过对给定时间内的所述初步微调码求平均来生成最终微调码，并将所述最终微调码提供给所述储存器。
[0007]
在一个实施方式中，一种内部电压微调电路，该内部电压微调电路用于提供用于生成半导体设备的内部电压的微调码，该内部电压微调电路可以包括：积分电路，该积分电路被配置为对由被测装置(dut)输出的测试电压与参考电压之间的差进行采样，并且被配置为通过对采样信号进行积分来生成积分信号，该积分电路包括被配置为消除所述采样信号的偏移的偏移消除单元；比较电路，该比较电路被配置为通过将所述积分信号与所述参考电压进行比较来生成比较信号；码生成电路，该码生成电路被配置为接收初始微调码并通过响应于所述比较信号而增大或减小所述初始微调码来生成初步微调码；以及码平均信号生成电路，该码平均信号生成电路被配置为通过对给定时间内的所述初步微调码求平均来生成最终微调码，并将所述最终微调码提供给所述半导体设备。
[0008]
在一个实施方式中，一种用于生成半导体设备的内部电压的内部电压微调电路的微调方法，该微调方法可以包括以下步骤：对由被测装置(dut)输出的测试电压与参考电压之间的差进行采样；消除采样信号中的偏移；通过对已经消除了偏移的所述采样信号进行积分来生成积分信号；通过将所述积分信号与所述参考电压进行比较来生成比较信号；通过响应于所述比较信号而增大或减小初始微调码来生成初步微调码；通过对给定时间的所述初步微调码进行平均来生成最终微调码；以及将所述最终微调码提供给所述半导体设备。
附图说明
[0009]
图1例示了根据一个实施方式的数据储存设备的配置。
[0010]
图2例示了根据一个实施方式的数据储存设备中所包括的非易失性存储器设备的配置。
[0011]
图3例示了根据一个实施方式的内部电压微调电路的配置。
[0012]
图4例示了根据一个实施方式的积分电路的配置。
[0013]
图5例示了根据一个实施方式的码平均信号生成电路的配置。
[0014]
图6是用于例示由在检测微调码时引入的外部噪声引起的影响的图。
[0015]
图7是用于例示由在检测微调码时的工艺参数改变引起的影响的图。
[0016]
图8和图9是用于例示根据一个实施方式的内部电压微调电路的操作的时序图。
[0017]
图10例示了根据一个实施方式的积分电路的配置。
[0018]
图11是用于例示图10中所示的积分电路的操作的波形图。
[0019]
图12是用于例示应用了图10的积分电路的内部电压微调电路的操作的时序图。
[0020]
图13例示了根据一个实施方式的积分电路的配置。
具体实施方式
[0021]
在下文中，以下通过实施方式的各种示例，参照附图描述数据储存设备以及用于该数据储存设备的内部电压微调电路和微调方法。
[0022]
图1例示了根据一个实施方式的数据储存设备10的配置。
[0023]
参照图1，数据储存设备10包括控制器110和储存器120，并且可以在主机设备(未示出)的控制下进行操作。
[0024]
控制器110可以响应于来自主机设备的请求而控制储存器120。例如，控制器110可以响应于来自主机设备的写入请求而控制要在储存器120中编程数据。此外，控制器110可以响应于来自主机设备的读取请求而向主机设备提供在储存器120中所写入的数据。
[0025]
储存器120可以在控制器110的控制下写入数据或输出已写入的数据。储存器120可以利用易失性存储器设备或非易失性存储器设备来配置。在一个实施方式中，储存器120可以使用从诸如电可擦除可编程rom(eeprom)、nand闪存、nor闪存、相变ram(pram)、电阻ram(reram)、铁电ram(fram)和自旋转移力矩磁ram(stt-mram)之类的各种非易失性存储器装置中选择的存储器装置来实现。储存器120可以包括多个非易失性存储器设备(nvm)121、122、123
……
。nvm中的每一个可以包括多个晶片die 0至die n或多个芯片、或者多个封装件。此外，储存器120可以作为在单个存储器单元中存储一比特数据的单级单元或在单个存
储器单元中存储多比特数据的多级单元来操作。
[0026]
储存器120可以被提供来自控制器110的内部电压微调码code_trim，并且生成内部电压，以便在控制器110的控制下执行编程操作、擦除操作或读取操作。
[0027]
控制器110可以设置有内部电压微调电路20。
[0028]
内部电压微调电路20电联接至片外测试设备30，在另一方面，电联接至外部测试器。内部电压微调电路20可以执行诸如响应于来自片外测试设备30的测试命令cmd而生成内部电压微调码code_trim的操作之类的测试操作，并且可以将测试结果rslt提供给片外测试设备30。
[0029]
在一个实施方式中，内部电压微调电路20可以以bist设备的形式来实现。因此，可以在片上执行包括内部电压微调操作的各种测试。内部电压微调电路20可以在完成微调操作之后向片外测试设备30提供测试结果rslt。
[0030]
由内部电压微调电路20确定的内部电压微调码code_trim可以存储在储存器120的控制逻辑360中，并且可以用于储存器120的诸如编程操作、擦除操作或读取操作之类的内部操作。
[0031]
图2例示了根据一个实施方式的数据储存设备中所包括的nvm的配置。
[0032]
图2是例示了根据实施方式的数据储存设备(诸如数据储存设备10)中所包括的非易失性存储器设备300的框图。参照图2，非易失性存储器设备300可以包括存储器单元阵列310、行解码器320、数据读/写块330、列解码器340、电压发生器350和控制逻辑360。
[0033]
存储器单元阵列310可以包括布置在字线wl1至wlm和位线bl1至bln彼此交叉的区域处的存储器单元mc。
[0034]
存储器单元阵列310可以包括三维存储器阵列。例如，三维存储器阵列具有在半导体基板的平坦表面的垂直方向上的层叠结构。此外，三维存储器阵列表示包括nand串的结构，nand串中所包括的存储器单元垂直于半导体基板的平坦表面而层叠。
[0035]
三维存储器阵列的结构不限于以上指出的实施方式。存储器阵列结构可以以高度集成方式形成，并且具有水平方向性和垂直方向性。在实施方式中，在三维存储器阵列的nand串中，存储器单元相对于半导体基板的表面沿水平方向和垂直方向布置。存储器单元可以以各种方式间隔以提供不同的集成度。
[0036]
行解码器320可以通过字线wl1至wlm与存储器单元阵列310联接。行解码器320可以在控制逻辑360的控制下操作。行解码器320可以对由外部装置(未示出)提供的地址进行解码。行解码器320可以基于解码结果选择并驱动字线wl1至wlm。例如，行解码器320可以将由电压发生器350提供的字线电压提供给字线wl1至wlm。
[0037]
数据读/写块330可以通过位线bl1至bln与存储器单元阵列310联接。数据读/写块330可以包括分别与位线bl1至bln相对应的读/写电路rw1至rwn。数据读/写块330可以在控制逻辑360的控制下进行操作。根据操作模式，数据读/写块330可以作为写入驱动器或读出放大器来操作。例如，数据读/写块330可以作为写入驱动器操作，该写入驱动器在写入操作中将外部装置提供的数据存储在存储器单元阵列310中。对于另一示例，数据读/写块330可以作为读出放大器操作，该读出放大器在读取操作中从存储器单元阵列310读出数据。
[0038]
列解码器340可以在控制逻辑360的控制下操作。列解码器340可以对由外部装置提供的地址进行解码。列解码器340可以基于解码结果，将数据读/写块330的分别与位线
bl1至bln相对应的读/写电路rw1至rwn与数据输入/输出线或数据输入/输出缓冲器联接。
[0039]
电压发生器350可以生成非易失性存储器设备300的内部操作中要使用的电压。由电压发生器350生成的电压可以被施加到存储器单元阵列310的存储器单元。例如，在编程操作中生成的编程电压可以被施加到要对其执行编程操作的存储器单元的字线。又例如，在擦除操作中生成的擦除电压可以被施加到要对其执行擦除操作的存储器单元的阱区域。再例如，在读取操作中生成的读取电压可以被施加到要对其执行读取操作的存储器单元的字线。
[0040]
控制逻辑360可以基于由外部装置提供的控制信号来控制非易失性存储器设备300的总体操作。例如，控制逻辑360可以控制非易失性存储器设备300的操作，诸如非易失性存储器设备300的读取操作、写入操作和擦除操作。控制逻辑360可以被实现为硬件、软件、或者硬件和软件的组合。例如，控制逻辑360可以是根据算法操作的控制逻辑电路和/或执行控制逻辑代码的处理器。
[0041]
由控制器110提供的内部电压微调码code_trim可以存储在控制逻辑360内的rom中。电压发生器350可以基于内部电压微调码code_trim来生成内部电压。
[0042]
在一个实施方式中，在比较被测装置(dut)的输出电压和参考电压以便检测内部电压微调码时，内部电压微调电路20可以使用偏移消除积分器，以排除由外部噪声和工艺参数变化引起的影响。
[0043]
也就是说，内部电压微调电路20可以通过偏移消除积分器对dut的输出电压与参考电压之间的差进行积分，并基于积分电路的输出电压与参考电压之间的比较结果来增大或减小内部电压微调码。此外，内部电压微调电路20可以通过将给定时间内输出的内部电压微调码进行平均来生成最终的微调码。
[0044]
图3例示了根据一个实施方式的内部电压微调电路的配置。
[0045]
参照图3，内部电压微调电路20可以包括dut 210、积分电路220、比较电路230、码生成电路240和码平均信号生成电路250。
[0046]
dut 210可以被配置为响应于微调码code_trim而输出测试电压dout。
[0047]
积分电路220可以被配置为对由dut 210输出的测试电压dout与参考电压vref之间的差进行积分。
[0048]
在一个实施方式中，积分电路220可以被配置为通过接收从测试电压dout产生的差分输入信号来生成差分积分信号intoutp和intoutn，但是不限于此。
[0049]
比较电路230可以被配置为从积分电路220接收差分积分信号intoutp和intoutn，并且通过将差分积分信号intoutp和intoutn与参考电压vref进行比较来生成比较信号comp。
[0050]
码生成电路240可以被配置为接收初始微调码code_dft，并且通过响应于比较信号comp而增大或减小初始微调码code_dft来输出初步微调码cnt。在一个实施方式中，码生成电路240可以是计数器电路，但不限于此。
[0051]
码平均信号生成电路250可以被配置为通过对给定时间内输出的初步微调码cnt求平均来生成最终微调码code_trim。
[0052]
在一个实施方式中，在比较dut 210的输出电压dout和参考电压vref时，积分电路220可以使用偏移消除积分器，以排除由外部噪声和工艺参数变化引起的影响。例如，积分
电路220可以如图4所示进行配置。
[0053]
图4例示了根据一个实施方式的积分电路220的配置。
[0054]
参照图4，积分电路220可以包括采样单元221和放大积分单元223。
[0055]
采样单元221可以被配置为接收正(+)输入信号doutp、负(-)输入信号doutn和参考电压vref，响应于第一控制信号φ1和第二控制信号φ2而对正(+)输入信号doutp和负(-)输入信号doutn进行采样，并且将采样信号输出到放大积分单元223。
[0056]
放大积分单元223可以被配置为对采样单元221输出的采样信号进行积分并且将积分信号输出至正(+)输出端子intoutn和负(-)输出端子intoutp。
[0057]
参照图4，采样单元221可以包括：第一采样开关s11，其电联接至正(+)输入端子，并且响应于第一控制信号而被驱动；第一输出开关s12，其电联接在第一采样开关s11和参考电压vref的输入级之间，并响应于第二控制信号而被驱动；第一采样电容器cs1，其一端电联接至第一采样开关s11；第二采样开关s13，其电联接在第一采样电容器cs1的另一端与参考电压vref的输入级之间并响应于第一控制信号而被驱动；以及第二输出开关s14，其电联接至第一采样电容器cs1的另一端并响应于第二控制信号而被驱动。第一采样开关s11、第一输出开关s12、第一采样电容器cs1、第二采样开关s13和第二输出开关s14可以配置第一采样单元2211。
[0058]
采样单元221还可以包括：第三采样开关s21，其电联接至负(-)输入端子并且响应于第一控制信号而被驱动；第三输出开关s22，其电联接在第三采样开关s21与参考电压vref的输入级之间并且响应于第二控制信号而被驱动；第二采样电容器cs2，其一端电联接至第三采样开关s21；第四采样开关s23，其电联接在第二采样电容器cs2的另一端与参考电压vref的输入级之间并且响应于第一控制信号而被驱动；以及第四输出开关s24，其电联接至第二采样电容器cs2的另一端并响应于第二控制信号而被驱动。第三采样开关s21、第三输出开关s22、第二采样电容器cs2、第四采样开关s23和第四输出开关s24可以配置第二采样单元2213。
[0059]
第一控制信号和第二控制信号可以是具有交替且重复地输出以使得第一控制信号和第二控制信号的高电平区段彼此不交叠的时钟相位的信号。
[0060]
因此，在第一控制信号的相位为高电平的区段中，可以在第一采样电容器cs1和第二采样电容器cs2中对输入信号doutp和doutn与参考电压vref之间的差进行采样。此外，在第二控制信号的相位处于高电平的区段中，可以将在第一采样电容器cs1和第二采样电容器cs2中采样的电压传输到放大积分单元223中并且在放大积分单元223中进行积分。
[0061]
放大积分单元223可以包括第一偏移消除单元2231、第二偏移消除单元2233、第一积分单元2235、第二积分单元2237和放大单元2239。
[0062]
第一积分单元2235可以包括：第五输出开关s15，其电联接至第一采样单元2211的输出级并且响应于第二控制信号而被驱动；第一积分电容器cint1，其电联接在第五输出开关s15与放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间，以及第五采样开关s16，其电联接在放大单元2239的正(+)输入端子与第一积分电容器cint1之间并响应于第一控制信号
而被驱动。
[0063]
第一偏移消除单元2231可以包括第一偏移消除电容器coc1，其一端电联接至第一采样单元2211的输出级并且另一端电联接至放大单元2239的正(+)输入端子。
[0064]
第二积分单元2237可以包括：第六输出开关s25，其电联接至第二采样单元2213的输出级并且响应于第二控制信号而被驱动；第二积分电容器cint2，其电联接在第六输出开关s25与放大单元2239的正(+)输出端子intoutn之间；以及第六采样开关s26，其电联接在放大单元2239的负(-)输入端子和第二积分电容器cint2之间并响应于第一控制信号而被驱动。
[0065]
第二偏移消除单元2233可以包括第二偏移消除电容器coc2，其一端电联接至第二采样单元2213的输出级并且另一端电联接至放大单元2239的负(-)输入端子。
[0066]
放大单元2239具有包括反相输出信号intoutp和非反相输出信号intoutn的差分输出。因为噪声与差分输出成比例地发生，所以能够排除由外部噪声引起的影响。
[0067]
此外，能够通过设置在放大单元2239的输入级中的第一偏移消除电容器coc1和第二偏移消除电容器coc2来补偿由工艺参数变化引起的故障现象。
[0068]
图5例示了根据一个实施方式的码平均信号生成电路250的配置。
[0069]
参照图5，码平均信号生成电路250可以包括减法器(sub)251、第一加法器(add1)253、第一寄存器(reg1)255、第二加法器(add2)257和第二寄存器(reg2)259。
[0070]
减法器251可以检测初始微调码code_dft和初步微调码cnt之间的差。
[0071]
第一加法器253可以被配置为在预设时间内将减法器251的输出信号相加。
[0072]
第一寄存器255可以存储第一加法器253的输出信号。
[0073]
第二加法器257可以被配置为将第一寄存器255的输出信号与初始微调码code_dft相加。
[0074]
第二寄存器259可以存储最终微调码code_trim(即，第二加法器257的输出信号)，然后可以将存储的最终微调码code_trim发送给dut 210和储存器120。
[0075]
图6是用于例示由在检测微调码时引入的外部噪声引起的影响的图。
[0076]
通用微调码生成电路可以将dut基于微调码code_trim输出的目标微调电压dout与参考电压vref进行比较；可以在基于比较的结果改变微调码的同时检测最佳微调码；并且可以存储并使用检测到的微调码。
[0077]
如图6所示，如果dut的输出电压dout由于外部噪声的流入而暂时升高，则比较电路的输出信号comp的电平暂时偏移。结果，因为错误的微调码值被存储为最终微调码，所以不能生成具有目标电平的内部电压。
[0078]
相反，对于本教导，dut的输出电压不是简单地与参考电压进行比较，而是对dut的输出电压与参考电压之间的差进行采样和积分。因此，能够防止或减轻由噪声流入引起的暂时电压升高而导致的故障。
[0079]
图7是用于例示由在检测微调码时工艺参数变化引起的影响的图。
[0080]
在用于比较由dut输出的目标微调电压dout与参考电压vref的通用微调码生成电路中，由于比较电路中的工艺参数变化，导致可能生成错误的微调码。
[0081]
参照图7，因为即使dut的输出电压dout低于参考电压vref，但由于比较电路中的工艺参数变化而导致比较信号comp的电平偏移，由此将错误的微调码值存储为最终微调
码，所以无法生成具有目标电平的内部电压。
[0082]
本教导在对dut的输出电压dout与参考电压vref之间的差进行采样和积分时，在将采样信号提供给积分单元之前通过使用偏移消除电容器coc1和coc2使采样信号稳定，能够防止或减轻由工艺参数变化引起的故障。
[0083]
图8和图9是用于例示根据一个实施方式的内部电压微调电路的操作的时序图。
[0084]
参照图3和图4以及图8和图9一起来描述根据本教导的内部电压微调电路的操作。
[0085]
当启动微调时，dut 210可以基于初始微调码code_dft输出测试电压dout。积分电路220可以接收从测试电压dout生成的差分输入信号doutp和doutn以及参考电压vref，并且可以输出已经消除了噪声和偏移的差分积分信号intoutp和intoutn。
[0086]
也就是说，根据本教导的积分电路220能够通过对输入信号doutp和doutn与参考电压vref之间的差进行采样和积分来去除噪声，并且在对采样信号进行积分之前通过使采样信号稳定，能够去除可归因于偏移的误差。
[0087]
比较电路230可以将积分电路220的输出信号与参考电压vref进行比较，并且在测试电压dout低于参考电压vref的情况下，可以输出具有逻辑高电平的比较信号comp，从而使积分电路220的输出下降。因此，码生成电路240可以将微调码提高1个码。同样地，如果由于测试电压dout高于参考电压vref而使积分电路220的输出升高，则比较信号comp的逻辑电平变为低电平。因此，码生成电路240可以将微调码降低1个码。
[0088]
为了生成最终微调码code_trim，如图9所示，可以对给定时间(例如，区段a)内由码生成电路240输出的初步微调码cnt求平均并且生成最终微调码。
[0089]
因为使用偏移消除积分器生成微调码，所以能够防止由外部噪声和工艺参数变化引起的微调码的错误生成。
[0090]
图10例示了根据一个实施方式的积分电路220-1的配置。
[0091]
参照图10，积分电路220-1还可以包括电联接在第一采样单元2211与放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间的第一极点添加单元225和电联接在第二采样单元2213和放大单元2239的正(+)输出端子intoutn之间的第二极点添加单元227。
[0092]
第一极点添加单元225可以包括：第一极点开关s17，其电联接至第一采样单元2211并且响应于第一控制信号而被驱动；第二极点开关s18，其电联接在第一极点开关s17与接地端子之间并且响应于第二控制信号而被驱动；第一极点电容器cp1，其一端电联接至第二极点开关s18；第三极点开关s19，其电联接至第一极点电容器cp1的另一端并响应于第二控制信号而被驱动；以及第四极点开关s20，其电联接在第一极点电容器cp1的另一端与放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间。
[0093]
第二极点添加单元227可以包括：第五极点开关s27，其电联接至第二采样单元2213并响应于第一控制信号而被驱动；第六极点开关s28，其电联接在第五极点开关s27与接地端子之间并响应于第二控制信号而被驱动；第二极点电容器cp2，其一端电联接至第二极点开关s28；第七极点开关s29，其电联接至第二极点电容器cp2的另一端并响应于第二控制信号而被驱动；以及第八极点开关s30，其电联接在第二极点电容器cp2的另一端与放大单元2239的正(+)输出端子intoutp之间。
[0094]
图10所示的积分电路220-1将极点添加至输出信号，并将输出信号反馈到其输入
0098188的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用合并于本文中。