DE10101268A1

DE10101268A1 - Integrated semiconductor circuit for executing a built-in function redundant to a function block and a built-in function for a semiconductor circuit has function and redundancy blocks switched on for a failed function block.

Info

Publication number: DE10101268A1
Application number: DE2001101268
Authority: DE
Inventors: Oliver Gehring
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-25

Abstract

An integrated semiconductor circuit (HS) has function blocks (FB1-FB4), a redundancy block (RB) and a redundancy-switching device (RS) for switching on the one redundancy block for a failed function block (FB3) as an alternative. The redundancy-switching device has multiple programmable non-volatile semiconductor switching elements (NVT1-NVT4r).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltung und insbesondere auf eine integrierte Halbleiterschaltung mit mehrfach programmierbaren nichtflüch tigen Schaltelementen zur Realisierung einer Redundanzfunkti on.The present invention relates to an integrated Semiconductor circuit and in particular on an integrated Semiconductor circuit with multiple programmable non-cursors term switching elements to implement a redundancy function on.

Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen und insbesondere bei Schaltungen, die große Flächen von sich wiederholenden Strukturen aufweisen, wird eine Gesamtausbeute durch die größten Flächen in der Halbleiterschaltung maßgeb lich beeinflusst. Der Ausfall nur einer Struktur unter vielen gleichartigen macht den gesamten Baustein bzw. die integrier te Halbleiterschaltung unbrauchbar. Eine erhebliche Ausbeute steigerung lässt sich daher durch Aufbringen von Reservezei len oder -blöcken bzw. sogenannten Redundanzblöcken erzielen, die nach einer ersten Messung an Stelle von defekten Funkti onsblöcken hinzugeschaltet werden.In the manufacture of semiconductor integrated circuits and especially in circuits that have large areas of their own repetitive structures will give an overall yield determined by the largest areas in the semiconductor circuit influenced. The failure of just one structure among many similar makes the whole building block or the integrier Semiconductor circuit unusable. A considerable yield The increase can therefore be achieved by applying reserve time len or blocks or so-called redundancy blocks, that after a first measurement instead of defective functions ons blocks can be added.

Insbesondere bei modernen integrierten Halbleiterspeichern sind Speicherzellen in mehreren Speicherfeldblockeinheiten angeordnet. Im Betrieb wird aus Gründen der Strom- und Zeit ersparnis in Abhängigkeit von Adresssignalen in der Regel je weils nur eine Speicherfeldblockeinheit aktiviert.Especially with modern integrated semiconductor memories are memory cells in multiple memory array block units arranged. In operation is for reasons of electricity and time savings depending on address signals usually ever because only one memory array block unit is activated.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung einer derar tigen herkömmlichen Halbleiterspeichereinrichtung mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Speicherzellen SZ. Fig. 1 shows a simplified block diagram of such a conventional semiconductor memory device with a plurality of matrix-shaped memory cells SZ term.

Über zeilenförmig angeordnete Wortleitungen WL1 bis WL4 und spaltenförmig angeordnete Bitleitungen BL1 bis BL4 können derartige Speicherzellen SZ selektiv angesteuert werden. Zur Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung derartiger Halblei terspeicher ist es bekannt redundante Leitungen mit Redundanzspeicherzellen bzw. sogenannte Redundanzblöcke RB mit re dundanten Bitleitungen BLr vorzusehen. Üblicherweise besitzen demzufolge Speicher mit mehreren Speicherfeldblockeinheiten über die normalen Bitleitungen BL1 bis BL4 mit ihren normalen Speicherblöcken bzw. Funktionsblöcken FB1 bis FB4 hinaus noch ein bis beispielsweise acht oder 16 weitere redundante Lei tungen mit Redundanzblöcken auf. Diese redundanten Leitungen mit ihren Redundanzblöcken werden im Bedarfsfall, d. h. wenn Redundanzspeicherblöcke RB normale Speicherblöcke FB1 bis FB4 ersetzen sollen, an Stelle der normalen Leitungen angesteu ert. Dies erfolgt über sogenannte Redundanz-Schaltvorrichtun gen RS mit einer Vielzahl von Redundanzschaltern RS1 bis RS4, die einen jeweiligen defekten Funktionsblock FB3 abschalten und ersatzweise einen Redundanzblock RB hinzuschalten.Via line-shaped word lines WL1 to WL4 and bit lines BL1 to BL4 arranged in the form of columns such memory cells SZ are selectively controlled. to Increasing the yield in the production of such semis terspeicher it is known redundant lines with redundancy memory cells or so-called redundancy blocks RB with right provide redundant bit lines BLr. Usually own consequently, memory with multiple memory array block units over the normal bit lines BL1 to BL4 with their normal ones Memory blocks or function blocks FB1 to FB4 in addition one to, for example, eight or 16 further redundant Lei redundancy blocks. These redundant lines with their redundancy blocks, if necessary, d. H. if Redundancy memory blocks RB normal memory blocks FB1 to FB4 should replace, instead of the normal lines This is done via so-called redundancy switching devices RS with a variety of redundancy switches RS1 to RS4, switch off a defective function block FB3 and alternatively add a redundancy block RB.

Herkömmlicherweise geschieht ein derartiges Programmieren über sogenannte Fuse- oder Antifuseschaltelemente, die mit tels elektrischen Stroms oder mittels eines Laserstrahls un terbrechbar oder verbindbar sind. Insbesondere ein Laserfusen erfordert demzufolge den Einbau flächenintensiver sogenannter Fuse-Bänke sowie einen zusätzlichen aufwändigen und partikel trächtigen Herstellungsschritt. Ferner bestehen während eines Betriebs der Halbleiterschaltung HS jedoch im Speicherfeld bzw. Feld der Funktionsblöcke keine Programmier- bzw. Repara turmöglichkeiten.Such programming is conventionally done via so-called fuse or anti-fuse switching elements, which with by means of electrical current or by means of a laser beam are breakable or connectable. In particular a laser fuse therefore requires the installation of so-called area-intensive Fuse banks as well as an additional elaborate and particle pregnant manufacturing step. Furthermore exist during a Operation of the semiconductor circuit HS, however, in the memory field or field of function blocks no programming or repair turmöglichkeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine integ rierte Halbleiterschaltung zu schaffen, welche einen verrin gerten Flächenbedarf und eine verbesserte Programmierbarkeit aufweist.The invention is therefore based on the object of an integer rated semiconductor circuit to create a reduce space requirements and improved programmability having.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1 solved.

Insbesondere durch die Verwendung einer Redundanz-Schaltvor richtung mit einer Vielzahl von mehrfach programmierbaren nichtflüchtigen Schaltelementen kann ein Flächenbedarf für die Redundanz-Schaltvorrichtung und somit für die gesamte in tegrierte Halbleiterschaltung verringert werden und darüber hinaus eine Programmierung bzw. Reparaturmöglichkeit auch dann erfolgen, wenn ein Baustein bereits gepackt ist bzw. sich in einer Anwenderschaltung befindet.In particular through the use of a redundancy switch direction with a multitude of multiple programmable non-volatile switching elements can require a space for the redundancy switching device and thus for the entire in tegrated semiconductor circuit can be reduced and above programming and repair options too then take place when a block is already packed or is in a user circuit.

Vorzugsweise besitzt die Redundanz-Schaltvorrichtung für je den Funktionsblock einen programmierbaren nichtflüchtigen Funktionsblockschalter und für jeden Redundanzblock eine der Anzahl von Funktionsblöcken entsprechende Vielzahl von pro grammierbaren nichtflüchtigen Redundanzblock-Schaltern, die als Ein- bzw. Ausschalter ausgelegt sind und somit in Kombi nation eine Umschaltung auf besonders einfache Art und Weise ermöglichen. Vorzugsweise bestehen die mehrfach programmier baren nichtflüchtigen Schaltelemente aus nichtflüchtigen Speichertransistoren wie z. B. Eintransistor-FLASH-Zellen oder FPGAs, die in einer Vielzahl von integrierten Herstellungs prozessen ohnehin als "embedded" Transistoren zur Verfügung stehen und somit besonders kostengünstig zu verwenden sind. Bei Verwendung von Eintransistor-Flash-Zellen ergibt sich hierbei ein besonders geringer Flächenbedarf für die Redun danz-Schaltvorrichtung RS.The redundancy switching device preferably has for each the function block a programmable non-volatile Function block switch and one for each redundancy block Number of function blocks corresponding to a variety of pro programmable non-volatile redundancy block switches that are designed as on / off switches and thus in combination nation switching in a particularly simple manner enable. They preferably consist of multiple programming non-volatile switching elements made of non-volatile Memory transistors such as B. single transistor FLASH cells or FPGAs used in a variety of integrated manufacturing processes are already available as "embedded" transistors stand and are therefore particularly inexpensive to use. The result is when single-transistor flash cells are used a particularly small area requirement for the Redun danz switching device RS.

Vorzugsweise stellen die Funktionsblöcke und die dazugehöri gen Redundanzblöcke der Halbleiterschaltung einen Speicherbe reich zur Realisierung eines integrierten Halbleiterspeichers dar. In gleicher Weise können jedoch auch Datenverarbeitungs bereiche, Ein/Ausgabebereiche, Schutzbereiche für elektrosta tische Entladungen sowie Multiplexerbereiche und Kombinatio nen hiervon in einer integrierten Halbleiterschaltung reali siert werden und durch die mehrfach programmierbaren nicht flüchtigen Schaltelemente bei Auftreten von Defekten ersetzt werden. Insbesondere bei der Realisierung von komplexen in tegrierten Schaltungen in hochintegrierten Bausteinen lässt sich auf diese Weise eine Ausbeute drastisch erhöhen. Dies wirkt sich insbesondere bei den immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen von integrierten Halbleiterschaltungen ent scheidend auf die wirtschaftliche Rentabilität aus.Preferably, the function blocks and the associated ones gene redundancy blocks of the semiconductor circuit a storage area rich for realizing an integrated semiconductor memory In the same way, however, data processing areas, input / output areas, protection areas for electrostatic table discharges as well as multiplexer areas and combinatio of these in an integrated semiconductor circuit not be due to the multiple programmable volatile switching elements replaced when defects occur become. Especially when realizing complex in integrated circuits in highly integrated components a drastic increase in yield in this way. This particularly affects the ever shorter product life cycles of integrated semiconductor circuits out of economic profitability.

Vorzugsweise kann die Redundanz-Schaltvorrichtung hierbei während eines Betriebs der Halbleiterschaltung programmiert werden, wodurch auch für sicherheitskritische Applikationen kostengünstige Produkte erstellt werden können. Insbesondere auf Grund der stromlosen Speicherfähigkeit der verwendeten Schaltelemente zeigen sich dem Benutzer keinerlei Unterschie de zu herkömmlich aufgebauten Halbleiterschaltungen.The redundancy switching device can preferably be used here programmed during operation of the semiconductor circuit be, which also for safety-critical applications inexpensive products can be created. In particular due to the currentless storage capacity of the used Switching elements show no difference to the user de to conventionally constructed semiconductor circuits.

In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.In the further subclaims there are further advantageous ones Characterized embodiments of the invention.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments len described with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine vereinfachte Blockdarstellung eines integrier ten Halbleiterspeichers gemäß dem Stand der Tech nik; Figure 1 is a simplified block diagram of an integrated semiconductor memory according to the prior art technology.

Fig. 2 eine vereinfachte Blockdarstellung einer integrier ten Halbleiterschaltung gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel; Fig. 2 is a simplified block diagram of an integrated semiconductor circuit according to a first embodiment;

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittansicht eines mehrfach programmierbaren nichtflüchtigen Schaltelements; und Fig. 3 is a simplified sectional view of a multi-programmable non-volatile switching element; and

Fig. 4 eine vereinfachte Blockdarstellung einer integrier ten Halbleiterschaltung gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 4 is a simplified block diagram of an integrated semiconductor circuit according to a second embodiment.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung einer integ rierten Halbleiterschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente wie in Fig. 1 bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird. Fig. 2 shows a simplified block diagram of an integrated semiconductor circuit according to a first embodiment, the same reference numerals designating the same or similar elements as in Fig. 1 and a repeated description is omitted below.

Gemäß Fig. 2 ist ein integrierter Halbleiterspeicher mit ei ner Vielzahl von matrixförmig angeordneten Halbleiterspei cherzellen SZ dargestellt, die über jeweilige Wortleitungen WL1 bis WL4 und Bitleitungen BL1 bis BL4 angesteuert werden. Die Halbleiterspeicherzellen SZ können hierbei sogenannte SRAM, DRAM, EEPROM oder andere Speicherzellen darstellen. Auf eine Ansteuerung derartiger Speicherzellen wird nachfolgend nicht näher eingegangen, da sie dem Fachmann hinlänglich be kannt sind.Referring to FIG. 2, an integrated semiconductor memory having ei ner plurality of arrayed Halbleiterspei cherzellen SZ is shown, which are controlled via respective word lines WL1 to WL4 and bit lines BL1 to BL4. The semiconductor memory cells SZ can represent so-called SRAM, DRAM, EEPROM or other memory cells. A control of such memory cells is not discussed in more detail below, since they are sufficiently known to the person skilled in the art.

Gemäß Fig. 2 ist der Halbleiterspeicher in vier Speicherbe reiche bzw. Funktionsblöcke zur Realisierung von spaltenför migen Speicherbereichen FB1 bis FB4 aufgeteilt und besitzt darüber hinaus einen Redundanz-Speicherbereich bzw. Redun danzblock RB, der einen dieser Speicherbereiche bzw. Funkti onsblöcke FB1 bis FB4 ersetzen kann. Dieses Ersetzen bzw. Um schalten von einem defekten Funktionsblock wie z. B. dem Be reich FB3 durch den Redundanzblock RB erfolgt im Wesentlichen durch eine Redundanz-Schaltvorrichtung RS, die beispielsweise die jeweiligen Bitleitungen der einzelnen Funktionsblöcke miteinander verknüpft.According to Fig. 2 of the semiconductor memory in four Speicherbe rich or function blocks is divided to realize spaltenför-shaped storage areas FB1 to FB4 and moreover has a redundant memory area or Redun danzblock RB, the onsblöcke one of these memory areas or functi FB1 replace up FB4 can. This replacement or to switch from a defective function block such. B. the area FB3 by the redundancy block RB is essentially carried out by a redundancy switching device RS, which for example links the respective bit lines of the individual function blocks.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Redundanz- Schaltvorrichtung RS beispielsweise durch sogenannte Fuse- Bänke oder andere elektrisch ansteuerbare Decodervorrichtun gen programmierbar ist, besitzt die erfindungsgemäße Redun danz-Schaltvorrichtung eine Vielzahl von mehrfach program mierbaren nichtflüchtigen Schaltelementen, die auch in einem stromlosen Zustand den programmierten Zustand beibehalten und darüber hinaus einen minimalen Flächenbedarf aufweisen. Ge genüber den herkömmlichen Fuse-Bänken ergibt sich dieser mi nimale Flächenbedarf insbesondere auf Grund von verwendeten Strukturen, die wesentlich geringer sind als dass sie durch optische Strahlen (Laser) unterbrochen oder miteinander ver bunden werden könnten.In contrast to the prior art, in which the redundancy Switching device RS, for example by so-called fuse Banks or other electrically controllable decoder devices gene is programmable, has the Redun invention danz switching device a variety of multiple program mable non-volatile switching elements that are also in one currentless state maintain the programmed state and also have a minimal space requirement. Ge compared to conventional fuse banks, this results in mi minimal space requirement especially due to the used Structures that are much less than that through them optical rays (laser) interrupted or ver could be bound.

Gemäß Fig. 2 werden beispielsweise als mehrfach programmier bare nichtflüchtige Halbleiterschaltelemente für die Redun danz-Schaltvorrichtung RS FLASH-Eintransistorzellen NVT1 bis NVT4r verwendet, die sich jeweils in einen jeweiligen Bitlei tungspfad BL1 bis BLr der dazugehörigen Funktionsblöcke bzw. Speicherblöcke FB1 bis FB und dem Redundanzblock RB befinden und derart miteinander verknüpft sind, dass wahlweise ein je weils defekter Funktionsblock ausgeblendet und ersatzweise der Redundanzblock RB hinzugeschaltet werden kann. In Fig. 2 ist beispielsweise der dritte Funktionsblock FB3 defekt und wird demzufolge über das nichtflüchtige Halbleiterschaltele ment NVT3 ausgeschaltet, wobei ersatzweise der Redundanzblock RB mit seiner Redundanz-Bitleitung BLr über das nichtflüchti ge Halbleiterschaltelement NVT3r angeschaltet wird. Die wei teren Funktionsblockschalter NVT1, NVT2 und NVT4 sind hierbei weiterhin eingeschaltet, da die dazugehörigen Funktionsblöcke FB1, FB2 und FB4 keinen Defekt aufweisen. Analog hierzu sind die dazugehörigen Redundanzblock-Schalter NVTlr, NVT2r und NVT4r ausgeschaltet, um eine Mehrfachanschaltung des Redun danzblocks RB zu verhindern.Referring to FIG. 2, for example, as multiple programming bare nonvolatile semiconductor switching elements for the Redun impedance switching device RS FLASH Eintransistorzellen NVT 1 to NVT4r used, each processing path in a respective Bitlei BL1 to BLr the associated function blocks or memory blocks FB1 to FB and the redundancy block RB are located and are linked to one another in such a way that a function block that is defective in each case can be hidden and, alternatively, the redundancy block RB can be added. In Fig. 2 the third functional block FB3 is, for example, defective and off NVT3 consequently ment via the non-volatile semiconductor scarf Tele, wherein, alternatively, the redundant block RB is turned with its redundancy bit line BLr about nichtflüchti ge semiconductor switching element NVT3r. The further function block switches NVT1, NVT2 and NVT4 are still switched on, since the associated function blocks FB1, FB2 and FB4 have no defect. Similarly, the associated redundancy block switches NVTlr, NVT2r and NVT4r are switched off to prevent multiple connection of the redundancy block RB.

Diese erfindungsgemäße Redundanz-Schaltvorrichtung RS mit mehrfach programmierbaren nichtflüchtigen Halbleiterschalt elementen besitzt jedoch nicht nur den Vorteil, dass sie ei nen verringerten Flächenbedarf aufweist, sondern kann darüber hinaus auch zu einem späteren Zeitpunkt auf Dauer umprogram miert werden, wodurch sich sogar ein Auftreten von Defekten während eines Betriebs, wie er insbesondere in den ersten Mo naten bei Halbleiterschaltelementen häufig auftritt, korri giert werden kann. In diesem Fall können an die jeweiligen Anschlüsse der mehrfach programmierbaren nichtflüchtigen Halbleiterschaltelemente NVT1 bis NVT4r Programmierleitungen angeschaltet werden, die eine interne und/oder externe Pro grammierung ermöglichen. Insbesondere bei Verwendung von FLASH-basierten FPGA-Zellen sei an dieser Stelle auf die dem Fachmann bekannten Programmierverfahren bzw. Abschaltverfah ren während eines Tests über beispielsweise ein JTAG-Inter face verwiesen wie sie beispielsweise aus den Druckschriften US 5,457,653 und US 5,761,120 bekannt sind. Auf eine detail lierte Beschreibung dieser Programmierverfahren wird nachfol gend verzichtet, da es sich hierbei um allgemein bekannte Verfahren handelt.This redundancy switching device RS according to the invention multi-programmable non-volatile semiconductor switch However, elements not only has the advantage that they are egg NEN requires less space, but can over it also permanently reprogrammed at a later date be lubricated, which can even lead to the appearance of defects during an operation, as he especially in the first Mo naten occurs frequently in semiconductor switching elements, corri can be greeded. In this case, the respective Multiple programmable non-volatile connections Semiconductor switching elements NVT1 to NVT4r programming lines can be switched on, the internal and / or external Pro enable programming. Especially when using FLASH-based FPGA cells are at this point on the Programming methods or switch-off method known to those skilled in the art during a test using, for example, a JTAG inter face referenced as for example from the publications US 5,457,653 and US 5,761,120 are known. On a detail The description of these programming methods will follow surrendered because this is a well-known Procedure.

Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer mehrfach programmierbaren nichtflüchtigen Eintransistor-FLASH-Zelle, wie sie beispielsweise als nichtflüchtiges Halbleiterschalt element NVT1 bis NVT4r verwendet werden kann. Fig. 3 shows a simplified sectional view of a multi-programmable non-volatile single-transistor FLASH cell, as it can be used for example as a non-volatile semiconductor switching element NVT1 to NVT4r.

Gemäß Fig. 3 besteht die als nichtflüchtiges Halbleiter schaltelement verwendete FLASH-Eintransistorzelle NVT1(r) aus in einem Halbleitersubstrat 1 ausgebildeten aktiven Bereichen mit Sourcegebieten S und Draingebieten D zur Definition eines Kanalgebiets. An der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1, welches vorzugsweise aus einem Siliziumhalbleitersubstrat be steht, befindet sich eine erste Isolierschicht 2, eine la dungsspeichernde Schicht 3, eine zweite Isolierschicht 4 und eine elektrisch leitende Steuerschicht 5, die an einen Control-Gate-Anschluss CG angeschaltet ist. Auf diese Weise wird ein elektrisch programmierbarer nichtflüchtiger Feldef fekttransistor mit ladungsspeichernden Eigenschaften erzeugt, dessen Schaltverhalten zwischen Sourcegebiet S und Drainge biet D über die in der ladungsspeichernden Schicht 3 gespei cherten Ladungen gesteuert werden kann. Ein Programmie ren/Löschen erfolgt hierbei beispielsweise über Fowler- Nordheim-Tunneln oder über Injektion heißer Ladungsträger (CHE, channel hot electron).According to FIG. 3, the FLASH single transistor cell NVT1 (r) used as a non-volatile semiconductor switching element consists of active regions formed in a semiconductor substrate 1 with source regions S and drain regions D for defining a channel region. On the surface of the semiconductor substrate 1 , which preferably consists of a silicon semiconductor substrate, there is a first insulating layer 2 , a charge-storing layer 3 , a second insulating layer 4 and an electrically conductive control layer 5 , which is connected to a control gate connection CG , In this way, an electrically programmable non-volatile field effect transistor with charge-storing properties is generated, the switching behavior between source area S and drain area D can be controlled via the charges stored in the charge-storing layer 3 . Programming / deleting takes place, for example, via Fowler-Nordheim tunnels or via injection of hot charge carriers (CHE, channel hot electron).

Die erste Isolierschicht 2 besteht vorzugsweise aus einer thermisch ausgebildeten Tunnelschicht wie z. B. Siliziumdi oxid, über die ein Einbringen bzw. Entfernen von Ladungsträ gern in bzw. aus der ladungsspeichernden Schicht 3 ermöglicht wird. Die ladungsspeichernde Schicht 3 besteht beispielsweise aus einer elektrisch leitenden Halbleiterschicht wie z. B. in situ-dotiertem Polysilizium. Sie kann jedoch in gleicher Wei se auch aus einer elektrisch nicht leitenden ladungsspei chernden Schicht bestehen, wie sie beispielsweise aus soge nannten SONOS-Speicherzellen bekannt ist. Die zweite Isolier schicht 4 besteht beispielsweise aus einer ONO-Schichtenfolge (Oxid/Nitrid/Oxid) und dient im Wesentlichen als Koppel schicht zur elektrisch leitenden Steuerschicht 5. In diesem Zusammenhang sind auch dielektrische Schichten mit hoher re lativer Dielektrizitätskonstante verwendbar. Die elektrisch leitende Steuerschicht 5 besteht beispielsweise aus einer elektrisch leitenden Halbleiterspeicherschicht wie z. B. amor phem Polysilizium. Sie kann jedoch in gleicher Weise aus ei ner metallischen Schicht oder einer Kombination davon beste hen.The first insulating layer 2 preferably consists of a thermally formed tunnel layer such. B. silicon oxide, via which the introduction or removal of charge carriers in or out of the charge storage layer 3 is made possible. The charge-storing layer 3 consists for example of an electrically conductive semiconductor layer such as. B. in situ doped polysilicon. However, in the same way, it can also consist of an electrically non-conductive charge-storing layer, as is known, for example, from so-called SONOS memory cells. The second insulating layer 4 consists, for example, of an ONO layer sequence (oxide / nitride / oxide) and essentially serves as a coupling layer for the electrically conductive control layer 5 . Dielectric layers with a high relative dielectric constant can also be used in this context. The electrically conductive control layer 5 consists for example of an electrically conductive semiconductor memory layer such as. B. amor phem polysilicon. However, it can also consist of a metallic layer or a combination thereof in the same way.

Gemäß Fig. 3 besitzen derartige mehrfach programmierbare nichtflüchtige Halbleiterschaltelemente einen besonders ge ringen Flächenbedarf, weshalb die daraus ausgebildeten Redun danz-Schaltvorrichtung RS im Vergleich zu herkömmlichen Fuse- Bänken eine wesentlich geringere Fläche der Halbleiterschal tung benötigt. Darüber hinaus ermöglichen derartige nicht flüchtige Halbleiterschaltelemente jedoch auch eine stromlose Speicherung der jeweiligen Korrektur- bzw. Reparatureinstel lung und benötigen insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen elektrisch programmierbaren Redundanz-Schaltvorrichtungen ei ne vereinfachte Ansteuerschaltung.Referring to FIG. 3, such multiple programmable non-volatile semiconductor switching elements have a particularly ge rings area required, therefore the formed therefrom Redun impedance switching device RS compared to conventional Fuse- benches requires a substantially lower surface of the semiconductor TIC. In addition, however, such non-volatile semiconductor switching elements also enable currentless storage of the respective correction or repair setting and, in particular in comparison to conventional electrically programmable redundancy switching devices, require a simplified control circuit.

Vorzugsweise wird das mehrfach programmierbare nichtflüchtige Halbleiterschaltelement an in einer jeweiligen Halbleiter schaltung HS zur Verfügung stehende Schaltelementen ange passt, wodurch sich keine zusätzlichen Prozessschritte zum Ausbilden dieser Redundanz-Schaltvorrichtung ergeben. Demzu folge werden beispielsweise beim Ausbilden einer integrierten Halbleiterschaltung mit FPGA-Zellen derartige FPGA-Zellen als mehrfach programmierbare nichtflüchtige Halbleiterschaltelemente verwendet. Neben der in Fig. 3 dargestellten FLASH- Eintransistorzelle sind demzufolge auch nichtflüchtige EEPROM-Transistorzellen mit beispielsweise separatem Tunnel fenster verwendbar.The multiply programmable non-volatile semiconductor switching element is preferably adapted to switching elements available in a respective semiconductor circuit HS, as a result of which no additional process steps result for the formation of this redundancy switching device. Accordingly, for example, when forming an integrated semiconductor circuit with FPGA cells, such FPGA cells are used as multi-programmable non-volatile semiconductor switching elements. In addition to the FLASH single-transistor cell shown in FIG. 3, non-volatile EEPROM transistor cells with, for example, separate tunnel windows can therefore also be used.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Blockdarstellung einer integ rierten Halbleiterschaltung gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel, wobei gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche oder entsprechende Elemente wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnen und auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird. Fig. 4 shows a simplified block diagram of an integrated semiconductor circuit according to a second embodiment, for example, the same reference numerals again designating the same or corresponding elements as in Figs. 1 and 2 and a repeated description is omitted below.

Gemäß Fig. 4 handelt es sich nicht um eine integrierte Halb leiterspeicher-Schaltung, sondern um eine beliebige integ rierte Halbleiterschaltung mit beliebigen Funktionsblöcken zur Realisierung einer Teilfunktion der Halbleiterschaltung HS. Derartige Funktionsblöcke bzw. Teilfunktionen können bei spielsweise eine Datenverarbeitungseinheit bzw. CPU einer in tegrierten Schaltung darstellen, wie sie insbesondere in in tegrierten Schaltungen mit Multiprozessortechnologie bzw. so genannten neuronalen Netzen Verwendung findet. In gleicher Weise können die Funktionsblöcke FB1 bis FB3 bzw. die dazuge hörigen Redundanzblöcke RB1 und RB2 Ein-/Ausgangseinheiten bzw. I/O-Arrays, ESD-Schutzeinheiten bzw. Schutzstrukturen für elektrostatische Entladungen, Multiplexereinheiten, A/D- Wandler und dergleichen aufweisen, die gegebenenfalls bei Auftreten eines herstellungsbedingten oder betriebsbedingten Defekts durch einen gleichartigen Redundanzblock RB oder durch eine Vielzahl von gleichartigen Redundanzblöcke RB1 und RB2 usw. ersetzt werden.In accordance with Fig. 4 it is not an integrated semiconductor memory circuit, but any integ tured semiconductor circuit having any function blocks for implementing a sub-function of the semiconductor circuit HS. Such function blocks or subfunctions can represent, for example, a data processing unit or CPU of an integrated circuit, as is used in particular in integrated circuits with multiprocessor technology or so-called neural networks. In the same way, the function blocks FB1 to FB3 or the associated redundancy blocks RB1 and RB2 can have input / output units or I / O arrays, ESD protection units or protection structures for electrostatic discharges, multiplexer units, A / D converters and the like which, if necessary, are replaced by a similar redundancy block RB or by a plurality of similar redundancy blocks RB1 and RB2 etc. when a manufacturing or operational defect occurs.

Gemäß Fig. 4 kann die Redundanz-Schaltvorrichtung RS hierbei in einem jeweiligen Strompfad der Versorgungsspannungen VCC oder GND der jeweiligen Funktionsblöcke FB1, FB2 und FB3 bzw. der jeweiligen Redundanzblöcke RB1 und RB2 geschaltet sein. Die weiteren Anschlüsse der jeweiligen Funktionsblöcke bzw. Redundanzblöcke sind hierbei derart verschaltet, dass zumindest die Redundanzblöcke einen problemlosen Ersatz für die jeweiligen Funktionsblöcke FB1 bis FB3 ermöglichen können.According to FIG. 4, the redundancy switching device RS can in this case in a respective current path of the power supply voltages VCC or GND of the respective function blocks FB1, FB2 and FB3 or the respective redundant blocks RB1 and RB2 be connected. The further connections of the respective function blocks or redundancy blocks are interconnected in such a way that at least the redundancy blocks can enable a problem-free replacement for the respective function blocks FB1 to FB3.

Die Redundanz-Schaltvorrichtung RS besitzt demzufolge wieder um für jeden Funktionsblock FB1 bis FB3 einen programmierba ren nichtflüchtigen Funktionsblockschalter NVT1 bis NVT3 zum Abschalten einer jeweiligen Versorgungsspannung eines defek ten Funktionsblocks (z. B. Funktionsblock FB2). Ferner besitzt die Redundanz-Schaltvorrichtung für jeden Redundanzblock RB1 und RB2 eine der Anzahl von Funktionsblöcken FB1 bis FB3 ent sprechende Vielzahl von programmierbaren nichtflüchtigen Re dundanzblock-Schaltern NVT1r1 bis NVT3r1 sowie NVT1r2 bis NVT3r2, die wiederum in den Strompfad der Versorgungsspannung der Redundanzblöcke geschaltet sind und gemäß Fig. 4 eine Verbindung des Anschlusses GND der Redundanzblöcke bzw. Funk tionsblöcke mit Masse ermöglichen.The redundancy switching device RS therefore has a programmable non-volatile function block switch NVT1 to NVT3 for switching off a respective supply voltage of a defective function block (e.g. function block FB2) for each function block FB1 to FB3. Furthermore, for each redundancy block RB1 and RB2, the redundancy switching device has a plurality of programmable non-volatile redundancy block switches NVT1r1 to NVT3r1 and NVT1r2 to NVT3r2 corresponding to the number of function blocks FB1 to FB3, which in turn are connected in the current path of the supply voltage of the redundancy blocks and FIG. 4 shows a connection of the terminal GND of the redundancy blocks or radio tion blocks allow to ground.

Ferner kann die integrierte Halbleiterschaltung HS eine nicht dargestellte Funktionsblock-Ausfallerfassungseinheit zum Er fassen eines Ausfalls eines der Funktionsblöcke FB1 bis FB3 sowie eine nicht dargestellte Redundanz-Schaltungsvorrich tungs-Steuereinheit zum Ansteuern der Redundanz- Schaltvorrichtung RS in Abhängigkeit von der Funktionsblock- Ausfallerfassungseinheit aufweisen. Mit derartigen nicht dar gestellten Erfassungs- und Steuereinheiten sind auch selbst ausheilende Prozeduren in der integrierten Halbleiterschal tung beispielsweise nach einem Selbstkonfidenztest denkbar, wodurch auch in besonders sicherheitsrelevanten Bereichen wie z. B. Chipkarten, Automotive- und Avionikbereich zuverlässige Halbleiterschaltungen realisiert werden können.Furthermore, the semiconductor integrated circuit HS cannot functional block failure detection unit shown to Er detect a failure of one of the function blocks FB1 to FB3 and a redundancy circuit device, not shown control unit for controlling the redundancy Switching device RS depending on the function block Failure detection unit. Not with such provided registration and control units are also themselves healing procedures in the integrated semiconductor scarf for example after a self-confidence test, which also in particularly security-relevant areas such as z. B. Chip cards, automotive and avionics area reliable Semiconductor circuits can be realized.

Ferner ist die Redundanz-Schaltvorrichtung RS bei geeigneter Anschaltung der jeweiligen nichtflüchtigen Halbleiterschalt elemente auch während eines Betriebs der Halbleiterschaltung programmierbar, wodurch insbesondere in Halbleiterspeichern bei einem Anfangstest nicht erfasste Speicherzellendefekte nachträglich geheilt werden können. Auf diese Weise lassen sich hochperformante Logikschaltungen mit internen Speicher bereichen realisieren, die zur Vermeidung von Begrenzungen durch die Datenübertragungsrate notwendig sind, wodurch sich ein Schaltungsaufbau weiter rationalisieren und miniaturisie ren lässt. Insbesondere sogenannte embedded DRAM-Speicher bereiche für Grafikkarten, interne first und second level Cash-Speicherbereiche (SRAM) bei hochwertigen CPU-Bausteinen, Chipkartenanwendungen mit internen EEPROM-, FLASH- und SRAM- Speicherbereichen sowie Kontroller mit internen Speicherbe reichen (SRAM, FLASH) für z. B. Automotive oder drahtlose An wendungen, sind hinsichtlich einer jeweiligen Ausbeute in zu nehmendem Maße von diesen internen Speicherbereichen limi tiert, weshalb der erfindungsgemäße Einsatz von nichtflüchti gen Halbleiterspeicherelementen für die Redundanz-Schaltvor richtung eine wesentliche Verbesserung ergibt.Furthermore, the redundancy switching device RS is more suitable Connection of the respective non-volatile semiconductor switch elements even during operation of the semiconductor circuit programmable, which means in particular in semiconductor memories memory cell defects not detected in an initial test can be cured afterwards. Let it this way high-performance logic circuits with internal memory Realize areas to avoid limitations due to the data transfer rate are necessary further rationalize a circuit design and miniaturize it ren. In particular, so-called embedded DRAM memories areas for graphics cards, internal first and second level Cash memory areas (SRAM) for high-quality CPU modules, Smart card applications with internal EEPROM, FLASH and SRAM Storage areas and controllers with internal storage areas range (SRAM, FLASH) for e.g. B. Automotive or wireless with regard to a respective yield increasingly from these internal storage areas limi tiert, which is why the use of non-volatile semiconductor memory elements for redundancy switching direction shows a significant improvement.

Insbesondere auf Grund der immer kürzer werdenden Produktle benszyklen derartiger Bausteine bzw. integrierter Halbleiter schaltungen sind demzufolge gute Chipausbeuten schnellstmög lich zu erreichen, wodurch sich die Kosten pro Halbleiter schaltung wesentlich verringern lassen.Especially because of the ever shorter products internal cycles of such components or integrated semiconductors circuits are therefore good chip yields as quickly as possible Lich to achieve, which increases the cost per semiconductor have the circuit reduced significantly.

Analog zu sogenannten "bad-Sectors" bei Festplatten ermög licht die vorliegende Erfindung insbesondere, Ausfälle in Speicherbereichen während eines laufenden Betriebs fortwäh rend auszublenden, wobei dieser Vorgang sowohl extern getrig gert als auch durch einen internen Programmablauf stattfinden kann.Analogous to so-called "bad sectors" with hard disks especially the present invention, failures in Memory areas continue during an ongoing operation rend to hide, this process being both external as well as through an internal program flow can.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht neben der Verringerung der Kosten sowie des Flächenbedarfs in einer anwenderspezifischen Festlegung einer Leistungsfähigkeit wie z. B. Speicherkapazität (sogenanntes customizing) von bestimm ten Produkten. Für die Wettbewerbssituation ist es nämlich sehr günstig, eine feine Abstufung von beispielsweise Spei chergrößen bzw. -kapazitäten im Lieferumfang zu haben, wobei jedoch aus fertigungstechnischen und logistischen Gründen eine derartige Vielfalt von unterschiedlichen Speichertypen üb licherweise möglichst gering zu halten ist. Mit der vorlie genden Erfindung können demzufolge nicht nur Funktionsberei che durch Redundanzbereiche gezielt ersetzt werden, sondern derart bewusst eingeschränkt werden, dass es einem jeweiligen Markterfordernis gerecht wird.Another advantage of the present invention is besides reducing costs and space requirements in one user-specific definition of a performance such as z. B. storage capacity (so-called customizing) of certain products. It is for the competitive situation very cheap, a fine gradation of, for example, Spei to have sizes or capacities in the scope of delivery, whereby however, for manufacturing and logistical reasons such a variety of different types of memory is to be kept as low as possible. With the present ing invention can therefore not only functional range areas are specifically replaced by redundancy areas, but be deliberately restricted in such a way that it Meets market requirements.

In gleicher Weise lassen sich bei parallel arbeitenden Daten verarbeitungseinheiten wie z. B. CPUs in neuronalen Netzen diese Einheiten problemlos integrieren und einzelne, defekte Datenverarbeitungseinheiten bzw. CPUs durch Ausschalten unter Umständen auch während des laufenden Betriebes ausblenden.The same can be done for data working in parallel processing units such as B. CPUs in neural networks easily integrate these units and individual, defective Data processing units or CPUs by switching off under Hide circumstances even during ongoing operation.

In gleicher Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung, in Multiplexern und A/D-Wandlern mit mehreren Kanälen die Aus beute der hergestellten integrierten Halbleiterschaltungen zu erhöhen und Reparaturmöglichkeiten durch sogenannte Reserve- Kanäle zu schaffen.In the same way, the present invention enables in Multiplexers and A / D converters with multiple channels loot of the semiconductor integrated circuits produced increase and repair options through so-called reserve Creating channels.

Gleiches gilt für Ein-/Ausgangseinheiten bzw. sogenannte I/O- Arrays und Eingangspads mit ESD-Schutzstrukturen, die in der Ausbeutebetrachtung mit zunehmender Padzahl und zum Teil pad begrenzenden Chiplayouts bedeutsam werden.The same applies to input / output units or so-called I / O Arrays and input pads with ESD protection structures that are in the Evaluation of yield with increasing number of pads and partly pad limiting chip layouts become significant.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von FLASH-Eintransis torzellen beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise flashbasierte FPGA-Zellen (field programmable gate array), EPROM, EEPROM usw. In glei cher Weise betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur Spei cher sowie andere logische Funktionsbereiche, sondern auch Mischformen davon. The invention was described above using FLASH Eintransis Tor cells described. However, it is not limited to this and also includes flash-based FPGA cells (field programmable gate array), EPROM, EEPROM etc. In glei cher way, the present invention relates not only to Spei cher and other logical functional areas, but also Mixed forms of it.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Halbleitersubstrat
Semiconductor substrate

22

erste Isolierschicht
first layer of insulation

33

ladungsspeichernde Schicht
charge storage layer

44

zweite Isolierschicht
second layer of insulation

55

Steuerschicht
S Sourcegebiet
D Draingebiet
CG Control-Gate-Anschluss
BL1 bis BLr Bitleitungen
WL1 bis WLcontrol layer
S source area
D drain area
CG control gate connector
BL1 to BLr bit lines
WL1 to WL

44

Wortleitungen
FB1 bis FBword lines
FB1 to FB

44

Funktionsblöcke
RB Redundanzblock
SZ Speicherzelle
RS Redundanz-Schaltvorrichtung
HS Halbleiterschaltung
NVT1 bis NVT3r2 mehrfach programmierbare nichtflüchtige Halbleiterschaltelemente
function blocks
RB redundancy block
SZ memory cell
RS redundancy switching device
HS semiconductor circuit
NVT1 to NVT3r2 multi-programmable non-volatile semiconductor switching elements

Claims

1. Integrated semiconductor circuit with
at least one function block (FB1 to FB4) for realizing a partial function of the semiconductor circuit (HS);
at least one redundancy block (RB) for realizing a partial function redundant to the function block (FB1 to FB4);
and
a redundancy switching device (RS) for alternatively switching on the at least one redundancy block (RB) for a failed function block (FB1 to FB4), characterized in that the redundancy switching device (RS) has a multiplicity of multiply programmable non-volatile switching elements.

2. Integrated semiconductor circuit according to claim 1, characterized in that the Redun danz switching device (RS) for each function block (FB1 to FB4) a programmable non-volatile function block switch (NVT1 to NVT4) and for each redundancy block (RB) one of the number of function blocks (FB1 to FB4) corresponds wide variety of programmable non-volatile speech danzblockswitches (NVT1r to NVT4r).

3. Integrated semiconductor circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the more not programmable non-volatile switching elements have volatile memory transistors.

4. Integrated semiconductor circuit according to one of the patent sayings 1 to 3, characterized in that the at least one function block (FB1 to FB4) and the associated one Redundancy block (RB) represent a memory area.

5. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 4, characterized in that the at least one function block (FB1 to FB4) and the associated one Redundancy block (RB) represent a data processing area len.

6. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 5, characterized in that the at At least one function block (FB1 to FB4) has an input / output area represent rich.

7. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 6, characterized in that the at least one function block (FB1 to FB4) and the associated one Redundancy block (RB) represent an ESD protection area.

8. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 7, characterized in that the at least one function block (FB1 to FB4) and the associated one Redundancy block (RB) represent a multiplexer area.

9. Integrated semiconductor circuit according to one of the patent sayings 1 to 8, characterized in that the Redun Danz switching device (RS) during a half operation conductor circuit (HS) is programmable.

10. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 9, characterized by a function block Failure detection unit for detecting a failure of one Functional unit (FB1 to FB4), and a redundancy switching device control unit for driving the redundancy switching device (RS) depending on the Function block failure detection unit.

11. Integrated semiconductor circuit according to one of the patents sayings 1 to 10, characterized in that the Redun danz switching device (RS) in a current path of the Versor voltage (VCC, GND) of the at least one function block and redundancy blocks (FB1 to FB4, RB) is connected.

12. Integrated semiconductor circuit according to claim 4, characterized in that the Redun danz switching device (RS) in a respective bit line path (BL1 to BLr) is switched.