数据储存设备、内部电压微调电路及内部电压微调方法与流程

[0001]
各个实施方式可以总地涉及半导体集成装置，并且更具体地，涉及数据储存设备、内部电压微调电路及内部电压微调方法。


背景技术：

[0002]
半导体装置通过使用从外部提供的外部电压生成的内部电压进行操作，并且为了稳定的操作而需要生成准确的内部电压。内部电压可以例如通过微调(trimming)来生成为期望电平。
[0003]
半导体装置外部的外部测试装备可以用于电压微调。然而，由于使用外部测试装备进行测试所需的时间与测试成本直接相关，因此引入了称为内置自测(bist)装置的嵌入式测试装置。
[0004]
bist用于通过半导体装置的内部电路将电压微调到目标电平，并减少测试时间和成本。
[0005]
即使当微调码频繁波动时，生成准确微调码也是影响半导体装置的操作可靠性的因素。


技术实现要素：

[0006]
根据本公开的实施方式，数据储存设备可以包括储存器；以及控制器，其被配置为响应于来自主机的请求来控制储存器。控制器包括内部电压微调电路，内部电压微调电路包括：积分电路，其被配置为通过对从被测装置(dut)输出的测试电压和参考电压之间的差进行积分来生成积分信号；比较电路，其被配置为通过比较积分信号和参考电压来生成比较信号；转变检测电路，其被配置为响应于比较信号的电平转变而输出检测信号；计数器，其被配置为接收初始微调码并通过增大或减小初始微调码来生成初步微调码；以及平均电路，其被配置为通过对确定的时间间隔内的初步微调码求平均来生成最终微调码，并将最终微调码提供给储存器。
[0007]
根据本公开的实施方式，一种被配置为提供用于生成半导体装置的内部电压的微调码的内部电压微调电路。内部电压微调电路可以包括：积分电路，其被配置为通过对从被测装置(dut)输出的测试电压和参考电压之间的差进行积分来生成积分信号；比较电路，其被配置为通过比较积分信号和参考电压来生成比较信号；转变检测电路，其被配置为响应于比较信号的电平转变而输出检测信号；计数器，其被配置为接收初始微调码并通过响应于检测信号而增大或减小初始微调码来生成初步微调码；以及平均电路，其被配置为通过对确定的时间间隔内的初步微调码求平均来生成最终微调码，并将最终微调码提供给半导体装置。
[0008]
根据本公开的实施方式，一种由用于生成半导体装置的内部电压的内部电压微调电路执行的微调方法可以包括：通过对从被测装置(dut)输出的测试电压和参考电压之间的差进行积分来生成积分信号；通过比较积分信号和参考电压来生成比较信号；响应于比
较信号的电平转变而输出检测信号；通过响应于检测信号而增大或减小初始微调码来生成初步微调码；以及通过对确定的时间间隔内的初步微调码求平均来生成最终微调码，并将最终微调码提供给半导体装置。
附图说明
[0009]
从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的主题的上述和其它方面、特征和优点，在附图中：
[0010]
图1是例示根据本公开的实施方式的数据储存设备的配置的图；
[0011]
图2是例示根据本公开的实施方式的数据储存设备中包括的非易失性存储器装置的配置的图；
[0012]
图3是例示根据本公开的实施方式的内部电压微调电路的配置的图；
[0013]
图4是例示根据本公开的实施方式的积分电路的配置的图；
[0014]
图5是例示根据本公开的实施方式的平均电路的配置的图；
[0015]
图6至图8是用于描述根据本公开的实施方式的微调码生成方法的定时图；
[0016]
图9是用于描述根据本公开的实施方式的微调码生成方法的图；
[0017]
图10、图11和图12是用于描述根据本公开的实施方式的微调码生成方法的定时图；
[0018]
图13是例示根据本公开的实施方式的积分电路的配置的图；以及
[0019]
图14是例示根据本公开的实施方式的积分电路的配置的图。
具体实施方式
[0020]
参照附图详细描述了本教导的各种实施方式。附图是各种实施方式(和中间结构)的示意图。这样，例如由于制造技术和/或容差导致的图示的配置和形状的变化是可以预期的。因此，所描述的实施方式不应被解释为限于本文所例示的特定配置和形状，而是可以包括不脱离所附权利要求中所定义的本教导的精神和范围的配置和形状的变型。
[0021]
本文参照本教导的理想化的实施方式的截面和/或平面示例来描述本教导。然而，本教导的实施方式不应被解释为限制本教导。尽管示出并描述了本教导的一些实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本教导的原理和精神的情况下对这些实施方式进行变型。
[0022]
图1是例示根据实施方式的数据储存设备的配置的图。
[0023]
参照图1，数据储存设备10可以包括控制器110和储存器120并且可以根据主机(未示出)的控制来操作。
[0024]
控制器110可以响应于主机的请求来控制储存器120。例如，控制器110可以响应于来自主机的写入请求来控制要编程在储存器120中的数据。响应于来自主机的读取请求，控制器110可以向主机提供储存器120中存储的数据。
[0025]
储存器120可以根据控制器110的控制来存储数据或输出所存储的数据。储存器120可以由易失性存储器装置或非易失性存储器装置构成。在实施方式中，可以使用从诸如电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、nand闪存、nor闪存、相变随机存取存储器(pram)、电阻ram(reram)、铁电ram(fram)、自旋转移力矩磁ram(stt-mram)等的各种非易失性存储器
装置当中选择的存储器装置来实现储存器120。储存器120可以包括多个非易失性存储器装置(nvm)121、122、123、
……
。非易失性存储器装置(nvm)可以包括多个管芯、多个芯片或多个封装件。储存器120可以用作将一比特数据存储在一个存储器单元中的单级单元(slc)，或者用作将多比特数据存储在一个存储器单元中的多级单元。
[0026]
储存器120可以通过从控制器110接收内部电压微调码code_trim来生成内部电压，以根据控制器110的控制来执行编程操作、擦除操作或读取操作。
[0027]
控制器110可以包括内部电压微调电路20。
[0028]
内部电压微调电路20可以联接到片外测试装置30，片外测试装置30在一些实施方式中是外部测试仪。内部电压微调电路20可以响应于片外测试装置30的测试命令cmd而执行诸如生成内部电压微调码code_trim的操作之类的测试操作，并向片外测试装置30提供测试结果rslt。
[0029]
在实施方式中，内部电压微调电路20可以以bist装置类型实现并且嵌入在控制器110的内部。因此，可以在芯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可以在微调操作完成之后向片外测试装置30提供测试结果rslt。
[0030]
通过内部电压微调电路20确定的内部电压微调码code_trim可以存储在储存器120的控制逻辑中，并且可以用于储存器120的诸如编程操作、擦除操作和读取操作之类的内部操作。
[0031]
图2是例示根据实施方式的数据储存设备中所包括的非易失性存储器装置300的配置的图。
[0032]
参照图2，非易失性存储器装置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可以包括存储器单元mc，存储器单元mc布置在字线wl1至wlm和位线bl1至bln彼此交叉的区域中。
[0034]
存储器单元阵列310可以包括三维(3d)存储器阵列。3d存储器阵列可以是指包括具有与半导体基板的一个表面垂直的方向性的nand串的阵列结构，其中至少一个存储器单元垂直地位于另一存储器单元上方。然而，3d存储器阵列不限于此，并且在垂直方向性和水平方向性上高度集成的任何存储器阵列可以选择性地适配于3d存储器阵列。
[0035]
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可以根据控制逻辑360的控制来操作。行解码器320可以解码从外部装置(未示出)提供的地址。行解码器320可以基于解码结果来选择并驱动字线wl1至wlm。例如，行解码器320可以将从电压发生器350提供的字线电压提供给字线wl1至wlm。
[0036]
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可以包括与位线bl1到bln相对应的读/写电路rw1到rwn。数据读/写块330可以根据控制逻辑360的控制来操作。数据读/写块330可以根据操作模式来作为写入驱动器或感测放大器来操作。例如，数据读/写块330可以在写入操作中作为写入驱动器操作，该写入驱动器将从外部装置提供的数据存储在存储器单元阵列310中。在另一示例中，数据读/写块330可以在读取操作中作为感测放大器操作，感测放大器从存储器单元阵列310读出数据。
[0037]
列解码器340可以根据控制逻辑360的控制来操作。列解码器340可以解码从外部装置提供的地址。列解码器340可以基于解码结果，将数据输入/输出线(或数据输入/输出
缓冲器)与数据读/写块330的分别对应于位线bl1至bln的读/写电路rw1至rwn联接。
[0038]
电压发生器350可以生成用于非易失性存储器装置300的操作的电压。由电压发生器350生成的电压可以施加到存储器单元阵列310的存储器单元mc。例如，在编程操作中生成的编程电压可以施加到要对其执行编程操作的存储器单元的字线。在另一示例中，在擦除操作中生成的擦除电压可以施加到要对其执行擦除操作的存储器单元的阱区。在又一示例中，在读取操作中生成的读取电压可以施加到要对其执行读取操作的存储器单元的字线。
[0039]
控制逻辑360可以基于从外部装置提供的控制信号来控制非易失性存储器装置300的整体操作。例如，控制逻辑360可以控制非易失性存储器装置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。
[0040]
从控制器110提供的微调码code_trim可以存储在控制逻辑360内部的只读存储器(rom)中，并且电压发生器350可以基于微调码code_trim来生成内部电压。
[0041]
在实施方式中，内部电压微调电路20可以对被测装置(dut)的输出电压和参考电压之间的差进行积分，将积分结果与参考电压进行比较，并且根据比较结果来增大或减小微调码。内部电压微调电路20可以通过对在确定的时间间隔内输出的微调码求平均来生成最终微调码。
[0042]
在实施方式中，内部电压微调电路20可以使用偏移消除积分器以排除由于外部噪声和工艺变量的波动而引起的影响。内部电压微调电路20可以通过向积分电路添加零点或极点来使积分电路的响应特性收敛于参考电压电平附近，从而可以使微调码的波动率最小化。
[0043]
图3是例示根据实施方式的内部电压微调电路20的配置的图。
[0044]
参照图3，根据实施方式的内部电压微调电路20可以包括dut 210、积分电路220、比较电路230、转变检测电路240、计数器250和平均电路260。
[0045]
dut 210可以被配置为响应于微调码code_trim而输出测试电压dout。
[0046]
积分电路220可以被配置为对从dut 210输出的测试电压dout与参考电压vref之间的差进行积分。
[0047]
在实施方式中，积分电路220可以被配置为接收从测试电压dout生成的差分输入信号并生成差分积分信号intoutp和intoutn，但是不限于此。
[0048]
比较电路230可以被配置为接收从积分电路220提供的差分积分信号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。
[0049]
转变检测电路240可以被配置为接收比较信号comp并在比较信号comp的电平转变时输出检测信号det。
[0050]
计数器250可以被配置为接收初始微调码code_dft，并通过响应于检测信号det增大或减小初始微调码code_dft来输出计数信号cnt，该计数信号cnt在其它角度来看是初步微调码。
[0051]
平均电路260可以被配置为通过对确定时间间隔内从计数器250输出的计数信号cnt求平均来生成最终微调码code_trim。
[0052]
根据实施方式，计数器250可能不是响应于每个时钟信号而增大或减小微调码code_trim，而是可以在比较电路230的输出信号comp转变时增大或减小微调码code_trim，使得可以缓解或防止微调码code_trim的频繁波动。
[0053]
因此，因为微调码code_trim在确定时间间隔内保持在特定电平，所以即使在短时间内收集并平均微调码code_trim时，也可以生成没有错误的微调码code_trim。
[0054]
在实施方式中，当比较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于外部噪声和工艺变量的波动而引起的影响，并且例如可以如图4中那样配置。
[0055]
图4是例示根据实施方式的积分电路220的配置的图。
[0056]
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。
[0057]
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，对正( )输入信号doutp和负(-)输入信号进行采样；并将采样信号输出给放大积分单元223。
[0058]
放大积分电路223可以被配置为对从采样单元221输出的采样信号进行积分，并且将积分结果输出至正( )输出端子intoutn和负(-)输出端子intoutp。
[0059]
参照图4，采样单元221可以包括：第一采样开关s11，其联接到正( )输入端子doutp并且响应于第一控制信号φ1而被驱动；第一输出开关s12，其联接在第一采样开关s11和参考电压vref输入端子之间并响应于第二控制信号φ2而被驱动；第一采样电容器cs1，其一个端子联接到第一采样开关s11；第二采样开关s13，其联接在第一采样电容器cs1的另一端子与参考电压vref输入端子之间并响应于第一控制信号φ1而被驱动；以及第二输出开关s14，其联接到第一采样电容器cs1的另一端子并响应于第二控制信号φ2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可以组成第一采样单元2211。
[0060]
采样单元221还可以包括：第三采样开关s21，其联接到负(-)输入端子doutn并且响应于第一控制信号φ1而被驱动；第三输出开关s22，其联接在第三采样开关s21和参考电压vref输入端子之间并响应于第二控制信号φ2而被驱动；第二采样电容器cs2，其一个端子联接至第三采样开关s21；第四采样开关s23，其联接在第二采样电容器cs2的另一端子与参考电压vref输入端子之间并响应于第一控制信号φ1而被驱动；以及第四输出开关s24，其联接到第二采样电容器cs2的另一端子并响应于第二控制信号φ2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可以组成第二采样单元2213。
[0061]
第一控制信号φ1和第二控制信号φ2可以是具有使得高电平区间交替地重复并且不交叠的时钟相位的信号。
[0062]
因此，可以在第一控制信号φ1的高电平区间期间通过第一采样电容器cs1和第二采样电容器cs2对输入信号doutp和doutn与参考电压vref之间的差进行采样。在第二控制信号φ2的高电平区间期间，通过第一采样电容器cs1和第二采样电容器cs2采样的电压可以被传递至放大积分单元223并在放大积分单元223中进行积分。
[0063]
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。
[0064]
第一积分单元2235可以包括：第五输出开关s15，其联接到第一采样单元2211的输出端子并且响应于第二控制信号φ2而被驱动；第一积分电容器cint1，其联接在第五输出开关s15和放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间；以及第五采样开关s16，其联接在放大单元2239的正( )输入端子与第一积分电容器cint1之间并且响应于第一控制信号φ1而被驱动。
[0065]
第一偏移消除单元2231可以包括第一偏移消除电容器coc1，其一端子联接到第一采样单元2211的输出端子，并且另一端子联接到放大单元2239的正( )输入端子。
[0066]
第二积分单元2237可以包括：第六输出开关s25，其联接到第二采样单元2213的输出端子并且响应于第二控制信号φ2而被驱动；第二积分电容器cint2，其联接在第六输出开关s25和放大单元2239的正( )输出端子intoutn之间；以及第六采样开关s26，其联接在放大单元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φ1而被驱动。
[0067]
第二偏移消除单元2233可以包括第二偏移消除电容器coc2，其一个端子联接到第二采样单元2213的输出端子，并且另一端子联接到放大单元2239的负(-)输入端子。
[0068]
放大单元2239可以具有差分输出，该差分输出包括反相输出信号intoutp和同相输出信号intoutn。可以与差分输出成比例地产生噪声，因此可以缓解或消除由于外部噪声而引起的影响。
[0069]
通过布置在放大单元2239的输入端子中的第一偏移消除电容器coc1和第二偏移消除电容器coc2，可以补偿由于工艺变量的波动而引起的故障。
[0070]
图5是例示根据实施方式的平均电路250的配置的图。
[0071]
参照图5，平均电路250可以包括减法器251、第一加法器253、第一寄存器255、第二加法器257和第二寄存器259。
[0072]
减法器251可以检测初始微调码code_dft和计数信号cnt之间的差。
[0073]
第一加法器253可以被配置为在预设时间内将减法器251的输出信号与第一寄存器255的输出信号相加。
[0074]
第一寄存器255可以存储第一加法器253的输出信号。
[0075]
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。
[0076]
第二寄存器259可以存储作为第二加法器257的输出信号的最终微调码code_trim，并将最终微调码code_trim发送至dut 210和储存器120。
[0077]
图6至图8是用于描述根据实施方式的微调码生成方法的定时图。
[0078]
参照图6至图8，当微调开始时，可以根据初始微调码code_dft从dut 210输出测试电压dout，并且积分电路220可以接收测试电压dout和参考电压vref并且通过对测试电压dout和参考电压vref之差进行积分，输出积分信号intout。
[0079]
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。当测试电压dout低于参考电压vref并且积分电路220的输出下降时，比较电路230可以输出具有逻辑高电平的比较信号comp。当测试电压dout高于参考电压vref并且积分电路220的输出上升时，比较电路230可以输出具有逻辑低电平的比较信号comp。
[0080]
当响应于每个时钟信号将比较信号comp反映到微调码code_trim时，计数器250可
以响应于低电平的比较信号comp将微调码code_trim减小1个码，并且响应于高电平的比较信号comp将微调码code_trim增大1个码。
[0081]
平均电路260可以通过对确定的时间间隔内从计数器250输出的初步微调码cnt求平均来生成最终微调码code_trim。
[0082]
当微调码code_trim响应于每个时钟信号而改变时，该码频繁地波动，如图6和图7所示。因此，当对短的间隔内的该码求平均会发生误差。当对长的间隔内的该码求平均以解决该问题时，可能需要长的时间来生成微调码，并且可能会增加电路尺寸。
[0083]
例如，由于如图6所示在长间隔a内收集初步微调码并求平均，因此，产生微调码所需的时间和成本可以增加。
[0084]
例如，当如图7所示，在间隔b内收集初步微调码并求平均时，可能会增加生成微调码所需的时间和成本。此外，当获得需要舍入的结果时，可能导致码误差。
[0085]
图9是用于描述根据实施方式的微调码生成方法的图。
[0086]
本技术可以并非每个时钟信号地增大和减小微调码code_trim，并且可以响应于比较电路的输出信号的转变来改变微调码code_trim。
[0087]
参照图9，当测试电压dout低于参考电压vref并且积分电路220的输出intout下降到特定电平或更小时，可以从比较电路230输出高电平的比较信号comp。如果测试电压dout高于参考电压vref并且积分电路220的输出上升时，比较电路230的输出信号可以转变为低电平。
[0088]
转变检测电路240可以检测比较电路230的输出信号的转变，并且当检测到比较电路230的输出信号的转变时，计数器250可以增大或减小微调码code_trim。平均电路260可以通过对确定的时间间隔内的微调码code_trim求平均来生成最终的微调码code_trim。
[0089]
图10至图12是用于描述根据实施方式的微调码生成方法的定时图。
[0090]
参照图10，对于比较信号comp的转变检测之后的间隔a，可以对微调码code_trim求平均并且可以计算平均0(零)码。
[0091]
从图11和图12可以看出，对各个间隔b和c中的微调码code_trim求平均，并且计算出-0.2码。因为在对码求平均时-0.5或更小的码不会被四舍五入并且可能会被忽略，因此不会导致误码。
[0092]
结果，即使对短的间隔内的码求平均，也可以获得可靠的微调码，并且由于计算简化可以减小或最小化电路尺寸。
[0093]
图13是例示根据实施方式的积分电路220-1的配置的图。
[0094]
参照图13，积分电路220-1还可以包括：第一极点添加单元225，其联接在第一采样单元2211和放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间；以及第二极点添加单元227，其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。
[0095]
第一极点添加单元225可以包括：第一极点开关s17，其联接到第一采样单元2211并且响应于第一控制信号φ1而被驱动；第二极点开关s18，其联接在第一极点开关s17和接地端子之间并且响应于第二控制信号φ2而被驱动；第一极点电容器cp1，其一个端子联接到第二极点开关s18；第三极点开关s19，其联接在第一极点电容器cp1的另一端子和接地端子之间并响应于第二控制信号φ2而被驱动；以及第四极点开关s20，其联接在第一极点电容器cp1的另一端子与放大单元2239的负(-)输出端子intoutp之间。
[0096]
第二极点添加单元227可以包括：第五极点开关s27，其联接到第二采样单元2213并且响应于第一控制信号φ1而被驱动；第六极点开关s28，其联接在第五极点开关s27和接地端子之间并且响应于第二控制信号φ2而被驱动；第二极点电容器cp2，其一个端子联接到第六极点开关s28；第七极点开关s29，其联接在第二极点电容器cp2的另一端子和接地端子之间并响应于第二控制信号φ2而被驱动；以及第八极点开关s30，其联接在第二极点电容器cp2的另一端子与放大单元2239的正( )输出端子intoutn之间。
[0097]
图13所示的积分电路220-1可以将极点添加到输出信号(例如，intoutp和intoutn)，并将添加了极点的输出信号反馈到输入端子(例如，doutp和doutn)。因此，积分电路220-1的输出信号的电平可以形成于作为共模电压的参考电压vref的电平附近，因此可以使微调码的波动最小化。
[0098]
可以将极点电容器cp1和cp2的电容选择为满足期望极点的值。
[0099]
图14是例示根据实施方式的积分电路220-2的配置的图。
[0100]
参照图14，除了图4所示的积分电路220的组件之外，积分电路220-2还可以包括第一零点添加单元228和第二零点添加单元229。
[0101]
第一零点添加单元228可以包括联接在第一采样单元2211的输入端子doutp和第一积分单元2235之间的第一零点电容器cz1。
[0102]
第二零点添加单元229可以包括联接在第二采样单元2213的输入端子doutn和第二积分单元2237之间的第二零点电容器cz2。
[0103]
本技术通过第一零点添加单元228和第二零点添加单元229，可以使积分电路220-2的响应特性在第一控制信号φ1的相位为高电平的间隔内收敛于参考电压vref的电平附近，因此可以使微调码code_trim的波动率最小化。
[0104]
本教导的上述实施方式旨在例示并非限制本教导。各种替代方案和等同方案也是可以的。本教导不受本文描述的实施方式的限制。本教导也不限于任何特定类型的半导体装置。鉴于本公开，其它增加、减少或修改是显而易见的，并且旨在落入所附权利要求的范围内。
[0105]
相关申请的交叉引用
[0106]
本申请要求于2019年8月23日向韩国知识产权局提交的韩国申请no.10-2019-0103569的优先权，其全部内容通过引用合并于此。