JP2000268560A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2000268560A
JP2000268560A JP11069308A JP6930899A JP2000268560A JP 2000268560 A JP2000268560 A JP 2000268560A JP 11069308 A JP11069308 A JP 11069308A JP 6930899 A JP6930899 A JP 6930899A JP 2000268560 A JP2000268560 A JP 2000268560A
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義徳 松井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中性子などに起因してデータ入出力用端子に
現れる不良ビット数を最小限に抑えることのできる半導
体集積回路装置を提供すること。 【解決手段】 複数のデータ入出力用外部端子I/O0
〜I/O15と、該複数のデータ入出力用外部端子に対
応するメモリセルが混在してなるDRAMアレイ(メモ
リアレイ)110−1〜110−4とを有し、該メモリ
アレイから前記複数のデータ入出力用外部端子にデータ
を読み出すように構成される。ここで、各DRAMアレ
イ内で、同一サイクル内でデータ入出力用外部端子に読
み出されるデータを格納するメモリセルは互いに離間す
るように配置される。すなわち、メモリセルアレイ11
0−1〜110−4は、複数の領域に区分され、各領域
内には、同一サイクルで同時に読み出しの対象とされな
いメモリセルが配列される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、データ入出力用外
部端子を複数有する半導体集積回路装置に関し、特に、
同―半導体基板上に主記憶部と副記憶部とが形成され、
主記憶部と副記憶部との間にデータ転送回路を持つ半導
体集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にコンピュータシステムに用いられ
る主記憶装置として比較的低速で安価な大容量の半導体
装置が用いられるが、この要求に合致したものとして汎
用DRAMが多く使用されている。また、最近のコンピ
ュータシステムでは、システムの高速化(特にMPUの
高速化)に対して主記憶部を構成するDRAMの高速化
もなされてはいるが、MPUの高速化に対しては不十分
であり、MPUと主記憶部との間に高速メモリを副記憶
部として搭載したシステムが主流である。このような副
記憶部は一般にキャッシュメモリとよばれ、高速SRA
MやECLRAMなどが用いられている。
【0003】キャッシュメモリの実装形態としては、一
般にMPUの外部に設けられたものや、MPUに内蔵さ
れたものがあるが、最近では、主記憶部を構成するDR
AMとキャッシュメモリとを同一半導体基板上に搭載し
た半導体記憶装置が注目されている。この従来技術とし
ては、特開昭57−20983号、特開昭60−769
0号、特開昭62−38590号、特開平1−1461
87号などがある。これらの先行技術にかかる半導体記
憶装置は、DRAMとキャッシュメモリとを搭載するこ
とから、一部でキャッシュDRAMと呼ばれている。ま
たCDRAMとも記述される。これらは、キャッシュメ
モリとして機能するSRAMと主記憶部をなすDRAM
との間で、データを双方向に転送可能な構成になってい
る。
【0004】これらの先行技術には、キャッシュミスヒ
ット時のデータ転送の動作の遅延などの問題があり、改
善した技術が提案された。改善された従来技術には、以
下のようなものがある。例えば特開平4−252486
号、特開平4−318389号、特開平5−2872号
に係る技術は、DRAM部とSRAM部との間のデータ
転送を行うための双方向データ転送回路にラッチまたは
レジスタ機能を設けているのが特徴で、SRAM部から
DRAM部へのデータ転送とDRAM部からSRAM部
へのデータ転送を同時に行うことができ、キャッシュミ
スヒット時のデータ転送(コピーバック)を速くするこ
とを可能にしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術によれば、双方向転送ゲート回路の占有面積
が大きく、設置できる回路数が制限される結果、転送バ
ス線の数も制限される。このため前記DRAMアレイと
SRAMアレイ間で一度に転送できるビット数は16ビ
ットに制限されている。一般的には一度に転送するビッ
ト数が少ないほどキャッシュヒット率が低下する。
【0006】また、近年では図46に示すような複数の
処理装置からのアクセス要求を受けた場合のキャッシュ
ヒット率の低下の問題がある。複数の処理装置(メモリ
マスタ)からのアクセス要求を受ける場合には異なるセ
ット(行)のアドレスの要求をされることが多くなる。
この場合、図46のメインメモリとして上記CDRAM
やEDRAMを使用すると、キャッシュヒット率は低下
し、システム全体の高速化が制限されることがある。こ
のような複数の処理装置(メモリマスタ)を持つシステ
ムの増加に伴い、メモリ部も従来の主に1種のアクセス
要求に対応するものよりも複数種のアクセス要求に対応
できるものが必要とされる。
【0007】さらに、上述の問題に加え、以下に説明す
るように、近年のメモリセルの微細化に伴って、中性子
に起因したソフトエラーが問題となっている。これま
で、ソフトエラーの主たる原因として、パッケージや半
導体チップ内部の配線材料等に含まれる微量の放射性同
位元素の崩壊によって発生するα線が考えられていた。
これに対し、1979年にもう一つの原因として宇宙線
が考えられるとZieglerらが「"Effet of cosmic rays o
n computer memories" Science,vol.206,pp.776-788,No
v.1979」で指摘したものの、長い間、ほとんど問題とし
て考えられなかった。
【0008】しかしながら、メモリセルの微細化が急激
に進展するにつれ、宇宙線によると考えられるソフトエ
ラーにより複数のビットのデータが反転し、不良となる
モードが観測されるに至り、中性子によるソフトエラー
が注目されるにようになった。中性子によるソフトエラ
ーのメカニズムは次のように説明されている。宇宙線が
地球の大気に衝突して中性子を発生させる。大気中で発
生した中性子がチップ内のシリコン原子(Si)に衝突
すると、Si原子核の反跳原子核(recoil)が作られた
り、核変換反応により、荷電粒子が生成される。この荷
電粒子がメモリセル内の記憶電荷に影響を及ぼし、ソフ
トエラーを引き起こす。中性子が半導体メモリに与える
影響については、例えば「"Impact of Neutron flux on
Soft Errors in MOS Memories",Akira Eto et.al,IEDM
98」や、「”メモリLSIのソフトエラー、宇宙線の
影響を実際に測定”、NIKKEI ELECTRONICS 1996.10.7(n
o.672),pp145-155」に詳しく説明されている。
【0009】図47に、α線によるソフトエラーモード
と中性子によるソフトエラーモードの比較を示す。図に
示されるように、発生電荷量に違いが顕著で、「"Cosmi
c Ray Neutron Induced Upsets as a Major Contributo
r to the Soft Error Rate of Current and Future Gen
eration DRAMs" IEEE IRPS,1996」によれば、中性子に
よる発生電荷量はα線のほぼ10倍にのぼる。このた
め、エラーモード(不良ビットの出現形態)を比較する
と、α線による不良ビットはシングルビットで出現する
のに対し、中性子による不良ビットは複数ビットを単位
として出現する比率が高くなる。また、ECC(Error C
orrect Code)による修正の可否を比較すると、α線によ
る不良ビットについては、シングルビットであるため、
修正が可能であるのに対し、中性子による不良ビットに
ついては、複数ビット不良の頻度が高くなるため、不良
ビットの修正が困難となり、より複雑なECCシステム
を要する。
【0010】ところで、DRAMなどのメモリは大容量
化が進むにつれ、PCのアプリケーション上の要請か
ら、データ入出力用外部端子数は8や16、さらには、
32といった具合に、多ビット構成が主流となってい
る。また、一般に、消費電力を削減したり、アクセスス
ピードを速くするために、メモリセルアレイは小型化さ
れ、複数のメモリセルアレイによって構成される。一
方、多くのビット数のデータをメモリセルアレイから読
み出す場合に最も効率のよい方法は一本の選択線で一度
に多くのデータを選択しメモリセルアレイの外へ導くこ
とであるため、1つのメモリセルアレイから例えば4ビ
ットのデータを読み出し、それぞれ異なるデータ入出力
用外部端子から同時に出力するように同一アドレスを割
当てることが普通である
【0011】図48に、異なるデータ入出力用外部端子
に対応するメモリセルの配置についてメモリセルアレイ
内に混在する典型例について示す。この例では、データ
入出力用外部端子(I/O)は全部で16あり、各I/
Oに対応するメモリセルの配置図となっている。メモリ
セルアレイは、大きく4つのブロック1010,102
0,1030,1040よりなり、各ブロックはさらに
4つのブロック1001,1002,1003,100
4からなっている。各ブロックは4つのI/Oに対応す
るメモリセルが混在しており、例えば、ブロック100
1のメモリセルアレイ内には異なるI/O0からI/O
3にそれぞれ対応するメモリセルが入り組んで配置され
ている。
【0012】図49に、上述の図48に示すブロック1
001のメモリセルアレイおよびその周辺の構成を示
す。メモリセルアレイはビット線対BL0,BL0bよりなる
「カラム」(図中メモリセルアレイ内で破線で区切られ
た単位)とこれに直交するワード線よりなる「ロウ」が
それぞれ複数規則正しくアレイ配置されている。ワード
線とビット線対との交点にはメモリセルが配置される。
ワード線の端部には外部アドレスに応答して1本のワー
ド線を活性化するロウデコーダ・ワードドライバがメモ
リセルアレイの周辺に隣接して配置されている。
【0013】一方、ビット線対BL0,BL0b、BL1,BL1b、
BL2,BL2b、BL3,BL3bのそれぞれの端部には、メモリセ
ルからの読み出し信号を増幅するセンスアンプSAMP0,S
AMP1,SAMP2,SAMP3がメモリセルアレイの周辺に隣接し
て配置されている。メモリセルアレイの周辺には「ロ
ウ」と平行な方向にデータ入出力線対DL0,DL1,DL2,D
L3が配置され、ビット線対BL0,BL0b、BL1,BL1b、BL
2,BL2b、BL3,BL3bとの間にトランスファーゲートTG
0,TG1,TG2,TG3が挿入されており、これらは選択線YS
Wにて制御される。選択線YSWは、メモリセルアレイ上に
カラムと平行な方向に配置され、例えば最上層の金属配
線層で形成される。
【0014】ここでは4つのカラムのみを記載したが、
実際のメモリセルアレイはたとえば1024のカラムが
配列されている。さらに、図示していないが、データ入
出力線対DL0,DL1,DL2,DL3はそれぞれデータ書き込み
回路や、読み出し回路を経てデータ入出力用外部瑞子に
接続されている。1つのメモリセルアレイから多ビット
のメモリセルのデータを読み出す場合に、この例のよう
にすると、データ入出力線はメモリセルアレイの外に配
置されているため、必要な本数だけ自由に配置でき、逆
に選択線YSWは必要最小限の本数のみの構成ですみ、負
荷容量が小さく、動作スピード、消費電力の点で優れた
レイアウトとなっている。
【0015】しかしながら、このような構成の場合、異
なるデータ入出力用外部端子に対応するカラムは隣接密
集せざるを得ないため、中性子に起因して発生する大き
な電荷が同一サイクル中に異なるデータ入出力用外部端
子に読み出されるメモリセルの記憶データに影響を及ぼ
し、不良を発生させる確率が高い。隣接するカラムに属
するビットの不良発生確率が極めて高いことがシステム
では特に問題となる。
【0016】この例の場合、4つの異なるI/Oに対応
するメモリセルが属するカラムが隣接するように配置さ
れるので、中性子により発生される電荷により、I/O
0〜I/O15の16ビットのうちの4ビットが同時に
不良となる可能性が高くなる。このようにデータ入出力
用外部端子に現れる不良ビット数が増えると、このデー
タの持つ情報の内容が大きく変わり、これを入力する外
部装置の処理に多大な影響を与える。この情報の変化の
程度は、データ入出力用外部端子に現れる不良ビット数
が増えるほど著しくなる。
【0017】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、キャッシュヒット率を低下させることなく、複数
のメモリマスタからのアクセス要求に対して迅速に対応
することができ、しかも、中性子などに起因してデータ
入出力用外部端子に現れる不良ビット数を最小限に抑え
ることのできる半導体集積回路装置を提供することを目
的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は以下の構成を有する。この発明にかかる
半導体集積回路装置は、複数のデータ入出力用外部端子
(後述するデータ入出力用外部端子I/O0〜I/O1
5に相当する構成要素)と、該複数のデータ入出力用外
部端子の内の少なくとも2つ以上の前記外部端子に対応
するメモリセルが混在してなる少なくとも1つのメモリ
セルアレイ(後述するDRAMアレイ110−1〜11
0−4に相当する構成要素)とを有し、該メモリセルア
レイは、ワード線と該ワード線に接続されたメモリセル
により構成されたロウと、ビット線および該ビット線に
接続されたメモリセルを含むカラムとがそれぞれ複数配
列されることにより構成され、前記メモリセルアレイか
ら前記複数のデータ入出力用外部端子に対応するデータ
を読み出すように構成された半導体集積回路装置であっ
て、前記メモリセルアレイは、同一サイクル内で前記複
数のデータ入出力用外部端子に読み出されるデータをそ
れぞれ格納する前記メモリセルがそれぞれ属する前記カ
ラムは互いに離間するように配置されてなることを特徴
とする。ここで、前記カラムに属する前記ビット線は、
例えば、選択信号線により制御されるスイッチング素子
を介してデータ入出力線に接続され、前記選択信号線
は、前記ロウと平行な方向に延在し、前記データ入出力
線は前記カラムと平行な方向に延在するように配置され
ている。また、前記デ一夕入出力線は、例えば、互いに
隣接する複数の前記カラム内の前記ビット線と、それぞ
れ異なる前記選択信号線により制御されたスイッチング
素子を介して接続されている。
【0019】この発明によれば、異なるデータ入出力用
外部端子に対応するメモリセルは、密集せずに分散され
て配置される。このため、例えば中性子により局部的に
荷電粒子が発生したとしても、この荷電粒子が影響を及
ぼし得る範囲内に、同一サイクル内で同時に読み出しの
対象とされるメモリセルが複数存在する割合が小さくな
る。したがって、或る領域に密集する複数のメモリセル
のデータが同時に影響を受けたとしても、データ入出力
用外部端子に同時に読み出される複数のビットデータが
同時に不良となる頻度が低減する。
【0020】この発明にかかる半導体集積回路装置は、
複数のデータ入出力用外部端子(後述するデータ入出力
用外部端子I/O0〜I/O15に相当する構成要素)
と該複数のデータ入出力用外部端子の内の少なくとも2
つ以上の前記外部端子に対応するメモリセルが混在して
なる少なくとも1つのメモリセルアレイ(後述するDR
AMアレイ110−1〜110−4に相当する構成要
素)とを有し、ワード線と該ワード線に接続されたメモ
リセルにより構成されたロウと、ビット線と該ビット線
に接続されたメモリセルを含むカラムとがそれぞれ複数
配列されることにより構成された前記メモリアレイを有
する主記憶部(後述するDRAM部101に相当する構
成要素)と、該主記憶部に対してキャッシュメモリとし
て機能する副記憶部(後述するSRAM部102に相当
する構成要素)とを備え、前記主記憶部と前記副記憶部
との間で双方向のデータ転送が可能なように構成される
と共に、前記副記憶部を介して前記主記憶部から前記複
数のデータ入出力用外部端子にデータを読み出すように
構成された半導体集積回路装置であって、前記メモリセ
ルアレイは、同一サイクル内で前記複数のデータ入出力
用外部端子に読み出されるデータをそれぞれ格納する前
記メモリセルがそれぞれ属する前記カラムは互いに離間
するように配置されてなることを特徴とする。
【0021】この発明によれば、主記憶部において、異
なるデータ入出力用外部端子に対応するメモリセルは、
密集せずに分散されて配置される。このため、例えば中
性子により局部的に主記憶部内に荷電粒子が発生したと
しても、この荷電粒子が影響を及ぼし得る範囲内に、同
一サイクル内で同時に読み出しの対象とされるメモリセ
ルが複数存在する割合が小さくなる。したがって、或る
領域に密集する複数のメモリセルのデータが同時に影響
を受けたとしても、主記憶部からデータ入出力用外部端
子に読み出される複数のビットデータが同時に不良とな
る頻度が低減する。
【0022】また、前記主記憶部のメモリセルアレイ
が、前記データ入出力用外部端子ごとに、空間的に隣接
して第1のアドレス(後述する行アドレスに相当する要
素)が共通に付与された複数のカラム群を有し、該複数
のカラム群のそれぞれにスイッチング素子(後述するト
ランスファゲートトランジスタTG0〜TG3に相当す
る構成要素)が設けられ、第2のアドレス(後述する列
アドレスに相当する要素)に基づき前記スイッチング素
子を択―的に導通させて前記複数のカラム群の何れかか
ら前記複数のデータ入出力用外部端子の何れかにデータ
の読み出しが行われるようにしてもよい。
【0023】これによれば、各メモリセル群に属するメ
モリセルは第1のアドレスに基づき選択される。また、
複数のメモリセル群は第2のアドレスに基づき選択され
る。つまり、この空間的に隣接する複数のメモリセル群
からは、同一サイクル内で1つのメモリセルのみのデー
タが読み出される。したがって、この空間的に隣接する
複数のメモリセル群からなるメモリセルアレイに着目す
れば、互いに隣接するカラムに属するメモリセルは同一
サイクル内で読み出されるものではない。各データ入出
力用外部端子に対して同様のことが言える。よって、同
一サイクルで前記複数のデータ入出力用外部端子に読み
出されるデータをそれぞれ格納するメモリセルの属する
カラムは、互いに隣接することがない。よって、例えば
中性子により局部的に荷電粒子が発生したとしても、デ
ータ入出力用外部端子に読み出される複数のビットデー
タが同時に不良となる頻度が低減する。
【0024】さらに、前記メモリセルアレイは、例え
ば、同一サイクルで読み出されることのないカラムが隣
接するように配置されて構成されてもよい。これによ
り、同一サイクルで読み出しの対象とされるメモリセル
が属するカラム同士は、他のサイクルで読み出しの対象
とされるメモリセルの属するカラムを挟んで離間するよ
うに配置される。したがって、メモリセルの集積度を低
下させることなく、同一サイクルで読み出しの対象とさ
れるメモリセルの属するカラムを離間させることがで
き、例えば中性子により局部的に荷電粒子が発生したと
しても、データ入出力用外部端子に読み出される複数の
ビットデータが同時に不良となる頻度が低減する。
【0025】さらにまた、例えば、同一サイクル内で前
記複数のデータ入出力用外部端子に読み出されるデータ
群を単位として、データの誤りを訂正するためのパリテ
ィビットを設けてもよい。ここで、同時に読み出しの対
象とされるメモリセル間の距離を、中性子などによる荷
電粒子が影響を及ぼし得る範囲を超えるように設定すれ
ば、データ入出力用外部端子に同時に読み出されるビッ
トデータの不良が1ビットに抑えられる。したがって、
この場合、同一サイクル内で読み出されるデータ群を単
位として誤り訂正用のパリティビットを設ければ、中性
子などに起因したデータの誤りを訂正することが可能と
なる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。 (1)基本構成 以下に本発明の一実施例の基本構成について説明する。
本発明による半導体集積回路装置は、半導体記憶装置と
その半導体記憶装置の制御装置とを含む。半導体記憶装
置は主記憶部と副記憶部を有し、主記憶部と副記憶部で
双方向のデータ転送が可能なように構成されている。ま
た副記憶部は、複数の記憶セル群から構成されており、
副記憶部のそれぞれの記憶セル群はそれぞれ独立したキ
ャッシュとして機能する事が可能となっている。また本
発明による半導体記憶装置では、コントロール端子やア
ドレス端子の数は、主記憶部を制御するのに必要な数と
同じ数で実現する事も可能である。
【0027】以下、主に主記憶部として64Mビットの
DRAMアレイを有し、副記憶部として16Kビットの
SRAMアレイを有した×8ビットの2バンク構成のシ
ンクロナスインターフェイスを持つ半導体記憶装置につ
いての実施例を中心に説明する。ただし、本発明はこの
構成に限定されるものではない。
【0028】(2)ブロック図 図1は、この発明の一実施例による半導体記憶装置の全
体の構成を概略的に示すブロック図である。図1におい
て、半導体記憶装置100は、主記憶部としてDRAM
部101、副記憶部としてSRAM部102、DRAM
部101とSRAM部102との間でデータ転送を行う
ための双方向データ転送回路103を有している。
【0029】DRAM部101は、行及び列からなるマ
トリックス状に配列された複数のダイナミック型メモリ
セルを備えるDRAMアレイ110と、内部アドレス信
号iA0〜iA13からDRAM行選択信号とバンク選
択信号を出カするDRAM行制御回路115と、DRA
M行選択信号iADR0〜iADR12とバンク選択信
号iAD13を受けてDRAMアレイ110の対応行を
選択するDRAM行デコーダ113と、内部アドレス信
号iA5およびiA6からDRAM列選択信号を出力す
るDRAM列制御回路116と、DRAM列選択信号i
ADC5およびiADC6を受けて対応列を選択するD
RAM列デコーダ114を有する。
【0030】さらにDRAMアレイ110は、メモリセ
ル部111と、選択されたDRAMセルに保持されたデ
ータを検知し増幅するセンスアンプ112を備える。ま
たDRAMアレイ110は、バンクと呼ばれる複数のブ
ロックに分割されており、本実施例では2つのバンクA
およびバンクBに分割され、バンク選択信号iAD13
により選択される。
【0031】SRAM部102は、行及び列からなるマ
トリックス状に配列された複数のスタティック型メモリ
セルを備えるSRAMアレイ120と、内部アドレス信
号iA0〜iA3からSRAM行選択信号を発生するS
RAM行制御回路124と、SRAM行選択信号iAS
R0〜1ASR3を受けて分割されたSRAMセル群
(本実施例では行毎に分割されたセル群)の選択を行う
SRAM行デコーダ121と、内部アドレス信号iA0
〜iA3及びiA4〜iA13からSRAM列選択信号
を発生するSRAM列制御回路122と、SRAM列選
択信号iASC4〜iASC10により列選択を行うS
RAM列デコーダ123を有する。さらに外部入力信号
を受けて半導体記憶装置内の動作を制御する動作制御回
路150と外部とのデータ入出力の制御をするデータ制
御回路160を有する。
【0032】なお、本実施例では、主記憶部にDRAM
を用い、副記憶部にSRAMを用いているが、本発明は
これに制限されるものではない。主記憶部には、DRA
Mの他にSRAM、マスクROM、PROM、EPRO
M、EEPROM、フラッシュEEPROM、強誘電体
メモリなど他のメモリを用いてもよい。主記憶部を構成
するメモリは、その種類や特有の機能を有効に使用でき
るように構成することが望ましい。例えば、主記憶部に
DRAMを用いる場合については、汎用DRAM、ED
ODRAM、シンクロナスDRAM、シンクロナスGR
AM、バーストEDODRAM、DDRシンクロナスD
RAM、DDRシンクロナスGRAM、SLDRAM、
RambusDRAMなどを適宜使用する。また、副記
憶部には主記憶部に用いたメモリよりも高速アクセス可
能なランダムアクセスメモリであれば他のメモリを用い
てもよい。主記憶部をフラッシュEEPROMで構成す
る場合には、副記憶部のメモリ容量はフラッシュEEP
ROMの一つの消去セクター単位の容量の1/2以上で
構成されるのが望ましい。
【0033】(3)システム 本発明による半導体記憶装置は、後で詳細に述べるSR
AM列制御回路122を持つことによりSRAMセル群
単位でのSRAM列制御モードの変更が可能となる。こ
の機能はSRAMセル群単位ごとにラップタイプ(後
述)やバースト長やレイテンシなど、(以降データ入出
力様式と称する)の設定が可能ということであり、あら
かじめ設定しておけばそれぞれのSRAMセル群の選択
がなされた際に半導体記憶装置の内部で自動的にデータ
入出力様式が決定される。このため、データ入出力様式
切り替えのための半導体記憶装置外部からのデータ制
御、もしくは半導体記憶装置外部でのデータ処理制御が
不要となる。
【0034】本発明の機能を有する半導体記憶装置は、
複数のアクセス要求を受ける場合、各々のアクセス要求
ごとにSRAMセル群単位での割り振りや指定及び再指
定を受ける機能を有している。図2には、図1で示した
半導体記憶装置100に対しアクセス要求を行うメモリ
マスタを複数個持つメモリシステムを示す。図2ではメ
モリマスタ180aからのアクセス要求に対してはSR
AMセル群01と02と03が指定され、メモリマスタ
180bからのアクセス要求に対してはSRAMセル群
04が指定され、メモリマスタ180cからのアクセス
要求に対してはSRAMセル群05と06と07と08
が指定されている。これらのアクセス要求に対するSR
AMセル群の指定は可変であり、随時変更が可能であ
る。
【0035】また、図2において半導体記憶装置100
に対するメモリマスタ180aの要求するデータ入出力
様式とメモリマスタ180bの要求するデータ入出力様
式が異なる場合にも、メモリマスタ180aに対するデ
ータ入出力とメモリマスタ180bに対するデータ入出
力を何ら特別な制御信号を入力する必要なく連続して行
うことが可能である。その動作を可能とするために半導
体記憶装置100内のSRAM列制御回路122にデー
タ入出力様式記憶部を持つ。またデータ入出力様式記憶
部は、図2の様にSRAMセル群と1対1対応でもよ
く、図3の様に複数のSRAMセル群に対応してもよ
い。
【0036】(4)ピン配置 図4は、本発明による半導体記憶装置のパッケージのピ
ン配置の1例を示す図である。この図4は、64Mビッ
トのDRAMアレイと16KビットのSRAMアレイを
有した×8ビット構成の2バンクのシンクロナスインタ
ーフェースを持つ半導体記憶装置であり、リードピッチ
0.8mm、54ピンの400mil(ミル)×875
mil(ミル)の TSOPタイプ2のプラスチックパ
ッケージに収納される。これらのピンの構成(ピン数/
ピン配置)は、通常の64MビットのシンクロナスDR
AMと同様である。また、他のビット構成であっても、
それぞれの構成のシンクロナスDRAMと同様のピン数
とピン配置となる。
【0037】以下に各ピンの信号定義を示す。 CLK:クロック信号CLKは、基準クロック信号で、
他の全ての入出力信号の基準信号となる。すなわち他の
入力信号の取り込みタイミング、出力信号タイミングを
決定する。各外部入力信号はCLKの立ち上がりエッジ
を基準として、セットアップ/ホールド時間が規定され
る。 CKE:クロックイネーブル信号CKEは、その次にく
るCLK信号が有効か無効かを決定する。CLK立ち上
がりエッジの際にCKE信号がHIGHであった場合
は、次に入力されるCLK信号は有効とされ、CLK立
ち上がりエッジの際にCKE信号がLOWであった場合
は、次に入力されるCLK信号は無効とされる。
【0038】/CS:チップセレクト信号/CSは、外
部入力信号/RAS信号、/CAS信号、/WE信号を
受け付けるか受け付けないかを決定する。CLK立ち上
がりエッジの際に/CS信号がLOWであった場合に、
同じタイミングにて入力される/RAS信号、/CAS
信号、/WE信号が動作制御回路に取り込まれ、CLK
立ち上がりエッジの際に/CS信号がHIGHであった
場合には、同じタイミングにて入力される/RAS信
号、/CAS信号、/WE信号は無視される。/RA
S,/CAS,/WE:各制御信号/RAS,/CA
S,/WEは、ともに組み合わせることで半導体記憶装
置の動作を決定するための信号である。
【0039】A0〜A13:アドレス信号A0〜A13
は、クロック信号に応じてアドレス制御回路に取り込ま
れ、DRAM行デコーダ、DRAM列デコーダ、SRA
M行デコーダ、SRAM列デコーダへ伝達され、各々D
RAM部セル、SRAM部セルの選択に使用される。さ
らに内部コマンド信号に応じて後述のモードレジスタに
取り込まれ、内部動作のデータ入出力様式の設定に使わ
れる。また同様にSRAM列制御回路の設定にも使われ
る。また、アドレス信号A13は、DRAMセルアレイ
のバンク選択信号でもある。 DQM:データマスク信号DQMは、データの入力及び
出力をバイト単位で無効化(マスク)する信号である。 DQ0〜DQ7:データ信号DQ0〜DQ7は、入出力
データの信号である。
【0040】(5)基本動作 以下、本発明による半導体記憶装置の基本動作を説明す
る。尚、ここで示すコマンドやデータ数などはあくまで
一実施例を示すものであり、他の組み合わせも任意に可
能である。図5は、本発明による半導体記憶装置の動作
機能を決定する各種コマンドと外部入力制御信号の状態
の一例である。ただし、この半導体記憶装置の動作機能
を決定する各種コマンドと外部入力卸御信号の状態の組
み合わせは、いかなる組み合わせでもかまわない。
【0041】図5においては基準クロック信号CLKの
立ち上がりエッジにおける各入力制御信号の状態とその
時に決定される動作を示す。符号”H”は論理ハイレベ
ルを示し、符号”L”は論理ロウレベルを示し、”x”
は任意のレベルを示す。また図5の入力制御信号CKE
のn−1は注目する基準クロックの前周期における入力
制御信号CKEの状態を示し、後述の各コマンドで述べ
るCKEはCKEのn−1のことを指す。
【0042】次に、図5に示した各コマンドについて順
に説明する。 1.「リードコマンド」 リードコマンドは、SRAMセルからデータを読み出す
動作を行うコマンドである。図6に示すように、外部ク
ロック信号の立ち上がりエッジにおける各入力制御信号
の状態は、CKE=H、/CS=L、/RAS=H、/
CAS=L、/WE=Hである。本コマンド入カ時に
は、A0〜A3をSRAM行の選択アドレスとして、A
4〜A10をSRAM列の選択アドレスとして取り込
む。また出力されるデータは、本コマンド入力からレイ
テンシだけ遅れてDQ0〜DQ7に出力される。ただし
本コマンドに対して設定されたクロックでDQM=Hで
ある場合は、DQ0〜DQ7のデータ出力はマスクされ
外部に出力されない。
【0043】図20に、本コマンドによる内部動作につ
いてのアドレス信号とデータの流れを示す。内部アドレ
ス信号iA0〜iA3によるSRAM行デコーダの行選
択、及び内部アドレス信号iA0〜A3とiA4〜iA
13から作成されるSRAM列選択信号iASC4〜i
ASC10によるSRAM列デコーダの列選択にてSR
AMセルが選択される。選択されたSRAMセルのデー
タは、指定のデータ入出力様式でデータアンプを通して
外部に出力される。
【0044】2.「ライトコマンド」 ライトコマンドは、SRAMセルにデータを書き込む動
作を行うコマンドである。図7に示すように、外部クロ
ック信号の立ち上がりエッジにおける各入力制御信号の
状態は、CKE=H、/CS=L、/RAS=H、/C
AS=/WE=Lである。本コマンド入力時には、A0
〜A3をSRAM行の選択アドレスとして、A4〜A1
0をSRAM列の選択アドレスとして取り込む。書き込
まれるデータは本コマンドからレイテンシだけ遅れてD
Q0〜DQ7のデータを取り込む。ただしDQ0〜DQ
7のデータ取り込みを行うクロックでDQM=Hである
場合は、DQ0〜DQ7のデータはマスクされ内部に取
り込まれない。
【0045】本コマンドによる内部動作についてのアド
レス信号とデータの流れを図21に示す。iA0〜iA
3から作成されるSRAM行選択信号iASR0〜iA
SR3に基づきSRAM行デコーダが行選択を行い、i
A0〜iA3とiA4〜iA13から作成されるSRA
M列選択信号iASC4〜iASC10に基づきSRA
M列デコーダが列選択を行い、これら行選択および列選
択によりSRAMセルが選択される。選択されたSRA
MセルにDQ0〜DQ7から取り込まれた書き込みデー
タが、ライトバッファを通して書き込まれる。
【0046】図20及び図21に示すように、リードコ
マンドとライトコマンドの動作では、DRAM部とデー
タ転送部には全く無関係にSRAM部に対する読み出し
と書き込みが行われる。従って、データ入出力用に選択
されたSRAMの行以外のSRAMセル群とDRAM部
とのデータ転送動作や、DRAM部内の動作がまだ行わ
れていても、それとは無関係にこれらのコマンドによる
動作を実行させることができる。また逆に、リードコマ
ンドやライトコマンドによる動作が行われていても、デ
ータ入出力用に選択されたSRAMの行以外のセル群と
DRAM部とのデータ転送や、DRAM部内のコマンド
を入力して動作させることができる。
【0047】3.「プリフェッチコマンド」 プリフェッチコマンドは、DRAMセル群からSRAM
セル群へのデータ転送を行うコマンドである。図8に示
すように、外部クロック信号の立ち上がりエッジにおけ
る各入力制御信号の状態は、CKE=H、/CS=L、
/RAS=/CAS=H、/WE=Lであり、さらにA
10=L、A9=Lである。本コマンド入力時には、A
01〜A3をSRAM行の選択アドレスとして、A5、
A6をDRAM列の選択アドレスとして、A13をDR
AMアレイのバンクの選択アドレスとして取り込む。
【0048】図22に、本コマンドによる内部動作につ
いてのアドレス信号とデータの流れを示す。後述するア
クティブコマンドで既に選択されているDRAMセル群
のうち、iA13で指定されるバンクのものが選択され
る。ここではバンクAを選択する。iA5とiA6によ
り指定のDRAMセル群のビット線が選択される。ビッ
ト線のデータはアクティブコマンド時にセンスアンプに
よって増幅されており、選択されたビット線のデータは
データ転送回路を通ってデータ転送バス線へと伝達され
る。iA0〜iA3により選択されたSRAMの行上の
セルは前データの保持を停止し、データ転送バス線のデ
ータを取り込み、その後転送されたデータの保持を行
う。データ転送回路を通してのセンスアンプからデータ
転送線への出力は、データ転送後に停止する。本実施例
では本コマンドで一度に転送されるデータ数は128×
8個である。
【0049】4.「オートプリチャージを伴ったプリフ
ェッチコマンド」 このコマンドは、DRAMセル群からSRAMセル群へ
のデータ転送を行うコマンドで、かつデータ転送後に自
動的にDRAM部のプリチャージを行うコマンドであ
る。図9に示すように、外部クロック信号の立ち上がり
エッジにおける各入力制御信号の状態は、CKE=H、
/CS=L、/RAS=/CAS=H、/WE=Lであ
り、さらにA10=H、A9=Lである。前述したプリ
フェッチコマンドと同様に、本コマンド入力時にはA0
〜A3をSRAM行の選択アドレスとして、A5とA6
をDRAM列の選択アドレスとして、A13をDRAM
アレイのバンクの選択アドレスとして取り込む。
【0050】本コマンドによる内部動作についてのアド
レス信号とデータの流れを以下に示す。後述するアクテ
ィブコマンドですでに選択されているDRAMセル群の
うち、iA13で指定されるバンクのものが選択され
る。iA5とiA6により指定のDRAMセル群のビッ
ト線が選択される。ビット線のデータはアクティブコマ
ンド時にセンスアンプによって増幅されており、選択さ
れたビット線のデータがデータ転送バス線へと伝達され
る。iA0〜iA3により選択されたSRAMの行上の
セルは前データの保持を停止し、データ転送バス線のデ
ータを取り込み、その後は転送されたデータの保持を行
う。データ転送回路を通してのセンスアンプからデータ
転送バス線への出力は、データ転送後に停止する。その
後、所定時間たってワード線を非選択状態とし、後述の
プリチャージコマンドの項で説明するような内部動作
(ビット線とセンスアンプの電位の平衡化)を行う。こ
のコマンド入力から所定の時問後、DRAMは自動的に
プリチャージ(非選択)状態となる。
【0051】5.「リストアコマンド」 このコマンドは、SRAMセル群からDRAMセル群へ
のデータ転送を行うコマンドである。このコマンドは、
図10に示すように、外部クロック信号CLK1とCL
K2にまたがる連続入力コマンドである。図10に示し
た外部クロック信号の立ち上がりエッジにおける各入力
制御信号の状態は、CKE=H、/CS=L、/RAS
=/CAS=H、/WE=Lであり、さらにA10=
L、A9=Hである。
【0052】最初の外部クロック信号CLK1の立ち上
がりエッジにおいて、A0〜A3をSRAM行の選択ア
ドレスとして、A5とA6をDRAM列の選択アドレス
として取り込み、次のクロックCLK2の立ち上がりエ
ッジにおいて、A0〜A12を転送先であるDRAM行
の選択アドレスとして取り込む。またA13は、CLK
1とCLK2の立ち上がりエッジにおいて、DRAMア
レイのバンクの選択アドレスとして取り込む。このCL
K1とCLK2でそれぞれ入力されたA13アドレスは
同一でなければならない。
【0053】図23に、本コマンドによる内部動作につ
いてのアドレス信号とデータの流れを示す。ここで示す
内部アドレス信号i1A0〜i1A12は最初のクロッ
クCLK1の時の内部アドレスデータ、内部アドレス信
号i2A0〜i2A12は、次のクロックCLK2の時
の内部アドレスデータであり、同一の内部アドレス信号
線のデータをクロックごとに分けて表示している。最初
のクロックCLK1時のアドレスから作成されるi1A
0〜i1A3により選択されたSRAMセル群のデータ
をiA13により選択されたバンクのデータ転送バス線
へ伝達する。その後データ転送バス線のデータは、i1
A5とi1A6により選択されたDRAMのビット線に
転送される。
【0054】さらにその後、次のクロックCLK2時の
アドレスから作成されるi2A0〜i2A12及びiA
13によりDRAMのワード線の選択がなされ、選択さ
れたワード線上のセル群はそれぞれの持つデータを対応
したビット線へ出力する。それぞれのDRAMのビット
線に対応したセンスアンプはビット線に出力されたDR
AMセル群のデータを検知し増幅するが、上記i1A5
とi1A6により選択されたビット線に対応したセンス
アンプは、データ転送バス線から伝達された書き込みデ
ータを検知し増幅する。データ転送バス線を通してのD
RAMのビット線へのデータ出力は、ワード線の上昇後
に停止する。本実施例では本コマンドで一度に転送され
るデータ数は128×8個である。
【0055】6.「オートプリチャージを伴ったリスト
アコマンド」 このコマンドは、SRAMセル群からDRAMセル群へ
のデータ転送を行うコマンドで、かつデータ転送後自動
的にDRAM部のプリチャージを行うコマンドである。
図11に示すように、外部クロック信号CLK1とCL
K2の立ち上がりエッジにおける各入力制御信号の状態
は、CKE=H、/CS=L、/RAS=/CAS=
H、/WE=Lであり、さらにA10=H、A9=Hで
ある。
【0056】最初の外部クロック信号CLK1の立ち上
がりエッジにおいて、A0〜A3をSRAM行の選択ア
ドレスとして、A5とA6をDRAM列の選択アドレス
として取り込み、次のクロックCLK2の立ち上がりエ
ッジにおいて、A0〜A12を転送先であるDRAM行
の選択アドレスとして取り込む。またA13はCLK1
とCLK2の立ち上がりエッジにおいて、DRAMアレ
イのバンクの選択アドレスとして取り込む。このA13
アドレスは、CLK1とCLK2で異なってはならな
い。
【0057】本コマンドによる内部動作についてのアド
レス信号とデータの流れを以下に示す。最初のクロック
CLK1時のアドレスから作成されるi1A0〜i1A
3により選択されたSRAMセル群のデータをiA13
により選択されたバンクのデータ転送バス線へ伝達す
る。その後データ転送バス線のデータは、i1A5とi
1A6により選択されたDRAMのビット線に転送され
る。さらにその後、次のクロックCLK2時のアドレス
から作成されるi2A0〜i2A12及びiA13によ
りDRAMのワード線の選択がなされ、選択されたワー
ド線上のセル群はそれぞれの持つデータを対応したビッ
ト線へ出力する。
【0058】それぞれのビット線に対応したセンスアン
プは、ビット線に出力されたDRAMセル群のデータを
検知し増幅するが、上記i1A5とi1A6により選択
されたビット線に対応したセンスアンプは、データ転送
バス線から転送された書き込みデータを検知し増幅す
る。データ転送バス線を通してのDRAMのビット線へ
の出力は、ワード線の上昇後に停止する。その後、所定
時間経過してワード線を非選択状態とし、後述するプリ
チャージコマンドで示す内部動作(ビット線とセンスア
ンプの電位の平衡化)を行う。このコマンドより所定の
時間後、DRAMは自動的にプリチャージ(非選択)状
態となる。
【0059】7.「アクティブコマンド」 このコマンドは、DRAMアレイより選択されたバンク
の活性化を行うコマンドである。図12に示すように、
外部クロック信号の立ち上がりエッジにおける各入カ制
御信号の状態は、CKE=H、/CS=/RAS=L、
/CAS=/WE=Hである。本コマンド入力時、A1
3をDRAMのバンク選択アドレスとして、A0〜A1
2をDRAM行の選択アドレスとして取り込む。
【0060】本コマンドによる内部動作についてのアド
レス信号とデータの流れを図24に示す。iA13によ
り選択されたバンク内において、iA0〜iA12によ
りDRAMのワード線の選択がなされる。選択されたワ
ード線上のDRAMセル群はそれぞれの持つデータを接
続されているビット線へ出力し、それぞれのビット線に
対応したセンスアンプはビット線に出力されたDRAM
セル群のデータを検知し増幅する。本実施例では、本コ
マンドで一度に増幅されるデータ数は512×8個であ
る。
【0061】すでに活性化されたバンクに対して、他の
ワード線選択を行いたい場合は、一旦そのバンクのプリ
チャージを行い、プリチャージ状態にしてから新たにア
クティブコマンドを入力する必要がある。このコマンド
は通常のDRAMの/RAS信号をLOWにした時のも
のに相当する。
【0062】8.「プリチャージコマンド」 このコマンドは、DRAMアレイより選択されたバンク
のプリチャージ(非活性化)を行うコマンドである。図
13に示すように外部クロック信号の立ち上がりエッジ
における各入力制御信号の状態は、CKE=H、/CS
=/RAS=L、/CAS=H、/WE=Lである。本
コマンド入力時に、A10=L、A13=有効データで
ある場合、A13のデータで指定されたバンクのプリチ
ャージ(非選択化)を行う。ここで選択されているバン
クは、本コマンド以前に入力されたアクティブコマンド
時に選択されたものであり、本コマンドで指定されたバ
ンクに対して、本コマンド入力以前にアクティブコマン
ドが入力されていない場合は無効である。
【0063】以下に、本コマンドによる内部動作につい
てのアドレス信号とデータの流れを示す。iA13で選
択されているバンクの活性化されているDRAMのワー
ド線を非選択状態とし、ビット線とセンスアンプの電位
の平衡化を行う。本コマンドの動作終了後、選択された
バンクは、次のアクティブコマンド入力の待機状態とな
る。このコマンドは通常のDRAMの/RAS信号をH
IGHにした時のものに相当する。
【0064】9.「全バンクプリチャージコマンド」 このコマンドは、DRAMアレイの全バンクのプリチャ
ージ(非活性化)を行うコマンドである。これによりD
RAM部はプリチャージ状態に設定され、全バンクの活
性状態を終了することができる。図14に示すように外
部クロック信号の立ち上がりエッジにおける各入力制御
信号の状態は、CKE=H、/CS=/RAS=L、/
CAS=H、/WE=Lであり、さらにA10=Hであ
る。
【0065】以下に、本コマンド時の内部動作について
のアドレス信号とデータの流れを示す。選択されている
DRAMのワード線を全て非選択状態とし、ビット線と
センスアンプの電位の平衡化を行う。本コマンドの動作
終了後、全てのバンクは次のアクティブコマンド入力の
待機状態となる。このコマンドは通常のDRAMの/R
AS信号をHIGHにした時のものに相当する。
【0066】10.「CBRリフレッシュコマンド」 このコマンドは、DRAM部セルデータのリフレッッシ
ュを行うコマンドである。リフレッシュに必要なアドレ
ス信号は内部で自動発生する。図15に示すように、外
部クロック信号の立ち上がりエッジにおける各入力制御
信号の状態は、CKE=H、/CS=/RAS=/CA
S=L、/WE=Hである。
【0067】以下に本コマンドによる内部動作について
のアドレス信号とデータの流れを示す。iA0〜iA1
2及びiA13は内部で自動発生する。内部発生された
iA13よりバンクが選択され、同じく発生されたiA
0〜iA12よりDRAMのワード線の選択がなされ、
選択されたワード線上のDRAMセル群はそれぞれの持
つデータを対応したビット線へ出カし、それぞれのビッ
ト線に対応したセンスアンプはビット線に出力されたD
RAMセル群のデータを検知し増幅する。増幅されたデ
ータは、センスアンプにより検知されたビット線を通し
て、DRAMセル群へと再び書き込まれる。その後の所
定の時間後、ワード線を非選択状態とし、ビット線とセ
ンスアンプの電位を平衡化してリフレッシュ動作を終了
する。
【0068】11.「未操作コマンド」 図16に示すCKE=H、/CS=L、/RAS=/C
AS=/WE=Hの未操作コマンドは、実行コマンドで
はない。 12.「デバイス非選択コマンド」 図17に示すCKE=H、/CS=Hのデバイス非選択
コマンドは、実行コマンドではない。 13.「レジスタ設定コマンド」 このコマンドは、各種動作モードの設定データをレジス
タに設定するコマンドである。図18と図19に示すよ
うに、外部クロック信号の立ち上がりエッジにおける各
入力制御信号の状態は、CKE=H、/CS=/RAS
=/CAS=/WE=Lである。本コマンド入カ時に、
動作モードの設定データとしてA0〜A13の有効デー
タを取り込む。電源投入後にはデバイスの初期化を行う
ため、本コマンドでのレジスタ設定の入力が必要であ
る。
【0069】以下に、本発明による半導体記憶装置の動
作の一部を簡単に説明する。SRAM部に外部からの指
定データがある場合のリード: 図20に示すようにリ
ードコマンドのみで指定されたデータは、データアンプ
を通って外部へ出力される。SRAM部に外部からの指
定データが無い場合のリード: 図24に示すように、
アクティブコマンドの終了後、図22に示すプリフェッ
チコマンドを実行し、指定データをSRAM部へと転送
する。次に図20に示すリードコマンドで指定データは
データアンプを通って外部へ出力される。
【0070】SRAM部に外部からの指定データが無い
場合であって、未だリストアされていないライトデータ
がある場合のリード: 図23で示したリストアコマン
ドでライトデータをDRAM部へ転送する。その後、図
24に示すアクティブコマンドと図22に示すプリフェ
ッチコマンドを実行し、指定データをSRAM部へと転
送する。次に、図20に示すリードコマンドで、指定デ
ータはデータアンプを通って外部へ出力される。
【0071】(6)レイアウト 1.「全体レイアウト」 図26に、この発明が適用された半導体記憶装置の一実
施例のチップ全体レイアウト図を示す。図26に示す半
導体記憶装置は、64MビットのDRAMアレイと、1
6KビットのSRAMアレイを有する×8ビットの2バ
ンク構成のものであって、シンクロナスインターフェイ
スを有する実施例であるが、特にこれに限定されるもの
ではない。
【0072】図26に示すように、チップ上には縦中央
部と横中央部からなる十文字のエリアが設けられる。上
記の十文字のエリアによって4分割された部分にはDR
AMアレイが配置され、それぞれをDRAMアレイ11
0−1、110−2、110−3、110−4とする。
上記DRAMアレイはそれぞれが16Mビットの記憶容
量を持ち、DRAMアレイ全体では64Mビットの記憶
容量を持つ。DRAMアレイ110−1と110−2に
は、DRAMアレイの下部の隣接部にそれぞれに対応し
たDRAM行デコ一ダ113が配置される。同様にDR
AMアレイ110−3と110−4には、DRAMアレ
イの上部の隣接部にそれぞれに対応したDRAM行デコ
ーダ113が配置される。
【0073】DRAMアレイ110−1と110−2の
間には、その左右のDRAMアレイに対応したSRAM
アレイ120−1とSRAM行デコーダ121と列デコ
ーダ123が配置される。同様に、DRAMアレイ11
0−3と110−4の間には、その左右のDRAMアレ
イに対応したSRAMアレイ120−2とSRAM行デ
コーダ121と列デコーダ123が配置される。選択さ
れたDRAMセル群と選択されたSRAMセル群の間で
のデータ転送を行うデータ転送バス線はDRAMアレイ
110−1とSRAMアレイ120−1とDRAMアレ
イ110−2の間のデータ転送を可能とするように横方
向に横断して配置される。同様にデータ転送バス線は、
DRAMアレイ110−3とSRAMアレイ120−2
とDRAMアレイ110−4の間のデータ転送を可能と
するように横方向に横断して配置される。図26の他の
部分には、動作制御回路やデータ制御回路等が配置され
る。また特に制限はされないが本実施例では横中央部に
は、外部との入出力信号端子が配置される。
【0074】図26に示す例は、主記憶部が2バンク構
成であり、同時に選択される部分は、バンクA選択時は
DRAMアレイ110−1と110−4であり、バンク
B選択時はDRAMアレイ110−2と110−3であ
る。
【0075】(7)各ブロックの詳細説明 図1に示した全体ブロック図の各回路ブロックについて
詳細に説明を行う。尚、以下の説明は、あくまで一実施
例を示すもので、この説明に限定されるものではない。 1.「動作制御回路」 図27に、動作制御回路150のブロック図を示す。動
作制御回路150は、内部クロック発生回路410とコ
マンドデコーダ420とコントロールロジック430、
アドレス制御回路440及びモードレジスタ450から
構成される。内部クロック発生回路410は外部入力信
号のCLKとCKEより内部クロック信号iCLKを発
生する。内部クロック信号iCLKはコマンドデコーダ
420、コントロールロジック430、アドレス制御4
40及びデータ制御回路に入力され、各部のタイミング
制御を行う。
【0076】コマンドデコーダ420は、各入力信号を
受けるバッファ421とコマンド判定回路422を持
つ。内部クロック信号iCLKに同期して、/CS信
号、/RAS信号、/CAS信号、/WE信号及びアド
レス信号がコマンド判定回路421に伝達されて内部コ
マンド信号iCOMが発生する。コマンド発生回路42
1はそれぞれの入力信号に対して、図5のコマンドと各
入力端子状態の対応表に示すような応答動作を行う。コ
ントロールロジック430は内部コマンド信号iCOM
と内部クロック信号iCLKとレジスタ信号iREGを
受け、それらの信号により指定された動作を行うのに必
要な制御信号を発生する。
【0077】コントロールロジックは、DRAM制御回
路431、転送制御回路432、SRAM部制御回路4
33に分けられ、それぞれの制御信号を発生する。レジ
スタ450は、コマンド判定回路からの特定のレジスタ
書き込み用の信号を受けた場合に、特定のアドレス入力
のデータの組み合わせにより定義されるデータを保持す
る機能を持ち、以降は再度レジスタ書き込み用の信号が
入力されるまでは、データ保持を行う。レジスタに保持
されたデータはコントロールロジック430が動作する
場合に参照される。
【0078】2.「DRAM部」 「DRAM部とデータ転送回路」 図1に示したDRAM部とデータ転送回路の具体的な構
成を図28に示す。図28において、DRAM部101
は行列状に配置された複数のダイナミック型メモリセル
DMCを持つ。メモリセルDMCは1個のメモリトラン
ジスタN1と1個のメモリキャパシタC1を含む。メモ
リキャパシタC1の対極には、一定の電位Vgg(1/
2Vcc等)が与えられる。さらにDRAM部101
は、行状にDRAMセルDMCが接続されるDRAMワ
ード線DWLと、それぞれ列状にDRAMセルDMCが
接続されるDRAMビット線DBLを持つ。ビット線は
それぞれ相補的な対で構成されている。DRAMセルD
MCはワード線DWLとビット線DBLの交点にそれぞ
れ設置される。
【0079】またDRAM部101は、ビット線DBL
に対応したDRAMセンスアンプDSAを持つ。センス
アンプDSAは、対になったビット線間の電位差を検知
し増幅する機能を持ち、センスアンプ制御信号DSAP
及びDSANにより動作制御される。ここではDRAM
アレイは×8ビットの2バンク構成の64Mビットであ
るため、ワード線はDWL1〜DWL8192を持ち、
ビット線はDBL1〜DBL512を持ち、センスアン
プはDSA1〜DSA512を持つ。これは1バンクの
×1ビット分の構成である。
【0080】DRAM部101は、ワード線DWL1〜
DWL8192の選択を行うためDRAM行デコーダ1
13を持ち、DRAM内部行アドレス信号iADR0〜
iADR12及びバンク選択信号iAD13を発生する
DRAM行制御回路115を持つ。またDRAM部10
1はDRAMビット線選択回路DBSWを持ち、DRA
M列デコーダ114より発生するDRAMビット線選択
信号DBS1〜DBS4により4対のビット線から1対
のビット線を選択し、データ転送回路103を介してデ
ータ転送バス線TBLとの接続を行う。さらにDRAM
列デコーダにて使用されるDRAM列アドレス信号iA
DC5とiADC6を発生するDRAM列制御回路11
6を持つ。
【0081】図29に、図26に示した本発明の一実施
例である全体レイアウトの中のDRAMアレイ110−
1の具体的なアレイ構成の一例を示す。図29におい
て、DRAMアレイは、16個のメモリセルブロックD
MB1〜DMB16に分割される。メモリセルブロック
DMB1〜DMB16各々に対応するDRAM行デコー
ダDRB1〜DRB16と、(センスアンプ+DRAM
ビット線選択回路+データ転送回路)に対応するブロッ
クSAB1〜SAB17が設けられる。この図において
は、メモリセルブロックDMB1〜DMB16はそれぞ
れ512行×2048列の1Mビットの容量を備える。
またこの分割数はこれに限られることはない。
【0082】図29に示すように、DRAMメモリセル
アレイを複数に分割すると、一本のビット線の長さが短
くなるのでビット線の容量が小さくなり、データ読み出
し時にビット線に生じる電位差を大きくすることができ
る。また、動作時には、行デコーダにより選択されたワ
ード線を含むメモリセルブロックに対応するセンスアン
プしか動作しないため、ビット線の充放電に伴う消費電
カを低減することができる。
【0083】図30は、図29のレイアウトの一部分1
40(ビット線4対分)について、転送バス線とビット
線の接続関係を詳細に示す一例の図である。図30にお
いてセンスアンプDSAは、メモリセルブロックの一端
に1つの列に対応するセンスアンプDSA1があり、他
端に次の列に対応するセンスアンプDSA2があるよう
に千鳥状に配置される。これは最新のプロセスでは、メ
モリセルサイズは小型化されているが、センスアンプの
サイズはそれに比例して縮小されていないためで、セン
スアンプをビット線ピッチにあわせて配置する余裕のな
い場合に必要なものである。よって、ビット線ピッチが
大きい場合はメモリセルブロックの一端にのみ配置する
ことも可能である。またセンスアンプDSAは2つのメ
モリセルブロックで、シェアード選択回路を介して共用
される。また各々のビット線はビット線対の間の電位平
衡化及びプリチャージを行うビット線制御回路を持つ。
但し、このビット線制御回路もセンスアンプと同様に、
2つのメモリセルブロックで共用することも可能であ
る。
【0084】ビット線とデータ転送バス線は、DRAM
ビット線選択信号DBS1〜DBS4により選択される
DRAMビット線選択回路DBSW1〜DBSW4と、
さらに図31に詳細な回路例を示すスイッチングトラン
ジスタSWTRを用いたデータ転送回路TSW1及びT
SW2を介して接続される。データ転送回路を活性化す
るデータ転送活性化信号TE1及びTE2は、図27に
示した動作制御回路にて生成される転送制御信号とメモ
リセルブロックを選択するアドレス信号とで論理をとっ
て得られた信号である。また図30にて示したデータ転
送バス線との接続においては、データ転送バス線はデー
タ転送回路を用いて接続されるため、活性化していない
メモリセルブロックのデータ転送回路は非導通状態とな
った場合、その先に接続されているDRAMビット線選
択回路の負荷が見えない。このため、動作時のデータ転
送バス線の負荷を極力小さくすることができる。
【0085】DRAM部の活性化と列選択及びデータ転
送の動作を図28と図30を用いて説明する。まず、D
RAM部の活性化について説明する。図28において、
図27に示した動作制御回路にて生成されるDRAM部
制御信号の中の一つであるDRAM行選択の制御信号と
内部アドレス信号iA0〜iA13がDRAM行制御回
路115に入カされるとバンク選択信号iAD13とD
RAM内部行アドレス信号iADR0〜iADR12が
発生し、DRAM行デコーダ113により指定バンクの
ワード線DWLが選択される。選択されたワード線DW
Lが上がると、セルDMC内に保持されていたデータは
ビット線DBLに出力される。ビット線対にあらわれた
データの差電位はセンスアンプ駆動信号DSAN及びD
SAPによるセンスアンプDSAの動作により検知され
増幅される。DRAM部101で同時に活性化されるセ
ンスアンプ数は512個であり、×8ビット構成である
ので合計512×8=4096個となる。
【0086】次に、DRAM部の列選択及びデータ転送
について説明する。図28のDRAM列制御回路116
は、内部アドレス信号iA5とiA6及び図27に示し
た動作制御回路150にて生成されるDRAM部制御信
号の中の一つである制御信号が入力され、DRAM列ア
ドレス信号iADC5とiADC6を発生する。DRA
M列アドレス信号iADC5とiADC6はDRAM列
デコーダ114に入力され、DRAMビット線選択信号
DBS1〜DBS4を発生してビット線を選択したの
ち、図27に示した動作制御回路にて生成される転送制
御信号とメモリセルブロックを選択するアドレス信号に
て論理をとられたデータ転送活性化信号TEによりデー
タ転送バス線TBLにビット線のデータを伝達する。
【0087】図30でDRAMビット線選択信号DBS
1が選択されたとすると、転送制御信号に同期した信号
がDRAMビット線選択回路DBSW1に入力され、セ
ンスアンプDSA1にて増幅されたビット線DBL1と
/DBL1のデータはデータ転送バス線TBL1と/T
BL1へと伝達される。
【0088】「DRAM行制御回路とDRAM行デコー
ダ」図32に、DRAM行制御回路115の構成を示
す。DRAM行制御回路115は、DRAM内部行アド
レスラッチ回路460、マルチプレクサ470、内部ア
ドレスカウンタ回路480、リフレッシュ制御回路49
0を持つ。通常のDRAM部の活性化では、DRAM行
制御回路115は、DRAM行アドレスラッチ信号AD
RLと内部アドレス信号iA0〜iA13が入力された
アドレスラッチ回路460より、マルチプレクサ470
を通して、DRAM内部行アドレス信号iADR0〜i
ADR12とバンク選択信号iAD13をDRAM行デ
コーダ113へ出力する。
【0089】リフレッシュ動作時では、DRAM行制御
回路115はリフレッシュ制御信号の入力を受けて、リ
フレッシュ制御回路490が内部アドレスカウンタ回路
480を動作させ、マルチプレクサ470を制御して内
部アドレスカウンタ回路からの選択信号を出力する。結
果としてアドレス信号の入力なしにDRAM内部行アド
レス信号iADR0〜iADR12とバンク選択信号i
AD13をDRAM行デコーダ113へ出力する。また
内部アドレスカウンタ回路480はリフレッシュ動作を
行うごとに、あらかじめ設定された方法でアドレスの自
動加算または減算を行い、全てのDRAM行を自動で選
択可能としている。
【0090】「DRAM列制御回路とDRAM列デコー
ダ」図33に、図28に示すDRAM列制御回路とDR
AM列デコーダの具体的構成の一例を示す。図33にお
いて、DRAM列制御回路116は、DRAM内部列ア
ドレスラッチ回路495で構成されており、DRAM内
部列アドレス信号iADC5、iADC6は内部アドレ
ス信号iA5、iA6と、DRAMセルからSRAMセ
ルへのデータ転送(プリフェッチ転送動作)及びSRA
MセルからDRAMセルへのデータ転送(リストア転送
動作)のコマンド入力時のクロックサイクルでそれを取
り込むDRAM列アドレスラッチ信号ADCLにより生
成される。
【0091】ここで、DRAM列アドレスラッチ信号A
DCLは、図27に示された動作制御回路にて生成され
る転送制御信号のうちの一つである。またDRAM列デ
コーダ114は、DRAM列制御回路116より発生し
たDRAM内部列アドレス信号iADC5、iADC6
をデコードする回路で、この出力信号はメモリセルブロ
ック選択アドレス信号と転送制御信号TEが活性化して
いる時にのみ発生するDRAM列選択信号である。よっ
て図30に示されるデータ転送回路の活性化信号TE1
及び丁E2は、この例のDRAM列デコーダ114の出
力信号が兼ねており、データ転送回路も後述するDRA
Mビット線選択回路が兼ねている。
【0092】「DRAMビット線選択回路とSRAMセ
ルとの構成」図34に、図25に示すアレイレイアウト
における1対のデータ転送バス線と、DRAMビット線
選択回路とSRAMセルとの関係を示す。図34におい
て、DRAMセルの同一列上のセルは、DRAMビット
線選択回路を介してデータ転送バス線と接続され、SR
AMセルの同一列上のセルとのデータ転送が可能であ
る。またデータ転送バス線とSRAMセルは転送バス制
御回路498を介して接続される。このデータ転送バス
制御回路498には、SRAMセルの両側に配置された
DRAMアレイ(ここではバンクA、バンクBとする)
を選択し接続する回路を含み、活性化したバンクとだけ
接続することが可能となっており、データ転送バス線の
負荷が減ったことによる充放電電流の削減やデータ転送
の高速化が実現できる。しかも図35にその動作を示す
ように両方のバンクのデータ転送を交互に実行する(バ
ンクピンポン動作)際に、一方のバンクのデータ転送バ
ス線を切り離せるため、両方のバンクのデータ転送を重
ねて実行でき、実効的なデータ転送周期を短くすること
が可能である。
【0093】本実施例による半導体記憶装置では、一度
にデータ転送するビット数は1024ビットであり、な
おかつこのデータ転送バス線の負荷は非常に大きい。こ
のため、データ転送バス線上の全ての信号が電源電圧レ
ベルまでフル振幅すると、ピーク電流及び消費電流が非
常に大きくなる。そこで、データ転送バス線上の信号を
フル振幅させず、最高でも電源電圧の2分の1くらいま
での振幅とすることでピーク電流及び消費電流を大幅に
削減できる。
【0094】3.「SRAM部」 「SRAM部とデータ入出力端子間の構成」図36に、
図1に示すSRAM部とデータ入出力端子間の具体的構
成の一例を示す。この図では、外部データ入出力端子D
Qの1ビット分に対する構成を抽出して示している。な
おこの例は、16KビットのSRAMアレイを有した、
×8ビット構成についての実施例であるが、本発明はこ
れに制限されることはなく主記憶部の構成との組み合わ
せを含めて、様々な構成においても同様のことが実現で
きる。
【0095】図36において、SRAMメモリセルSM
Cは、図37に一例を示すように、フリップフロップ回
路311(本例ではフリップフロップ回路であるが、ス
タティックにデータを記憶する回路であればこれに制限
されない)の両端にDRAM部からくるデータ転送バス
線TBLと接続するための接続回路312と、SRAM
ビット線SBLと接続するための接続回路313を有し
ており、DRAMセルとSRAMセルとの間でデータ転
送を行う際、前述したデータ転送バス線との接続回路を
活性化させるSRAMセルデータ転送用行選択信号TW
L1〜TWL16と、SRAMセルに対して読み出しま
たは書き込みを行う際、前述したSRAMビット線SB
Lとの接続回路を活性化させるSRAMセル読み書き用
行選択信号SWL1〜SWL16を発生するSRAM行
デコーダ121と、そのSRAM行デコーダ121に入
力されるSRAM内部行アドレス信号iASR0〜iA
SR3を内部アドレス信号iA0〜iA3とSRAM部
制御信号とにより発生するSRAM行制御回路124を
有する。もちろん、SRAMセルデータ転送用行選択信
号TWLと、SRAMセル読み書き用行選択信号SWL
は共通にすることも可能である。
【0096】またSRAMビット線SBLは、ビット線
の平衡化やプリチャージを行うSRAMビット線制御回
路303と、データ入出力線SIOとSRAMビット線
SBLを導通させるSRAM列選択回路304を有して
おり、そのSRAM列選択回路304に入力する選択信
号SSL1〜SSL128を発生するSRAM列デコー
ダ123と、そのSRAM列デコーダ123に入力され
るSRAM内部列アドレス信号iASC4〜iASC1
0を、内部アドレス信号iA0〜iA13とSRAM部
制御信号により発生するSRAM列制御回路122を有
している。ここでSRAMビット線制御回路303は、
SRAMビット線SBLのレベルを検知し増幅するセン
スアンプ回路を有してもよい。
【0097】さらにデータ入出力線SIOは外部データ
入出力端子DQと、データ入出力回路308及びリード
/ライトアンプ307を介して接続されている。データ
入出力線SIOについては、ライト用とリード用に分離
しても構わない。またSRAMセルに対する読み出し動
作もしくは書き込み動作は、データ転送を行う転送バス
線TBLと読み出しを行うSRAMビット線SBLをそ
れぞれ備えているため、データ転送動作に関係なく読み
出しを行うことが可能である。
【0098】「SRAM行制御回路」図38に、図36
に示したSRAM行制御回路の具体的な回路構成の一例
を示す。図38において、SRAM行制御回路は、SR
AM内部行アドレスラッチ回路350で構成されてお
り、SRAM内部行アドレス信号iASR0〜iASR
3は内部アドレス信号iA0〜iA3と、リード/ライ
トコマンド入力時のクロックサイクルでそれを取り込む
ラッチ信号ASRLにより生成される。ここでラッチ信
号ASRLは、図27に示された動作制御回路にて生成
されるSRAM部制御信号のうちの一つである。
【0099】「SRAM列制御回路」図39に、図36
に示したSRAM列制御回路の具体的な回路構成の一例
を示す。図39においてSRAM列制御回路は、内部ア
ドレス信号iA4〜iA10を、リード/ライトコマン
ド入力時のクロックサイクルにて発生するラッチ信号A
SCLで取り込むSRAM内部列アドレスラッチ回路5
07と、そのSRAM内部列アドレスラッチ回路507
の出力を制御信号SCEにより取り込み、SRAMに対
して読み出し書き込みを行うバースト動作中に動作する
内部カウントアップ信号CLKUPにて所定のアドレス
シーケンスでカウントアップするカウンタ回路506を
有しており、SRAM内部列アドレス信号iASC4〜
iASC10はこのラッチ回路507とカウンタ回路5
06の出力のいずれかを通過させるマルチプレクサ50
8を介して出力される。またこのマルチプレクサ508
は、リード/ライトコマンド入力時のクロックサイクル
においてラッチ回路507の出力を選択し、少しでも速
くSRAM内部列アドレス信号を出力するよう制御信号
SCSLにより制御されている。
【0100】さらに本発明によるSRAM列制御回路
は、複数のSRAMセル群(本例では行ごとに分割され
るSRAMセル群)それぞれに対して全く異なるデータ
入出力様式、例えばバースト長、データ入出力アドレス
シーケンス、レイテンシ等を設定できるように、前述し
たモードレジスタ設定(2)コマンドサイクル(この例
ではバースト長のみの設定が各SRAMセル群に対して
可能であるが、同様にしてデータ入出力アドレスシーケ
ンス、レイテンシ等の設定ができるようにしてもよい)
において、内部アドレスiA0〜iA13の状態により
そのデータ入出力様式を取り込み保持しておくデータ入
出力様式記憶部505を備えている。
【0101】このデータ入出力様式記憶部505は、内
部アドレスiA0〜iA13の状態より取り込む設定デ
ータを生成する取り込み用ロジック502と、iA0〜
iA3でデコードされ前述のモードレジスタ設定(2)
コマンドサイクルにおいて発生するイネーブル信号CR
Eにより選択されるデコード回路501の出力によっ
て、各SRAMセル群のデータ入出力様式の設定データ
(前記取り込み用ロジック502の出力)を取り込むレ
ジスタ503を、分割されるSRAMセル群の数だけ備
えており、さらにリード/ライトコマンドサイクルにお
いて、前述したSRAM内部行アドレスラッチ回路35
0より出力されたiASR0〜iASR3をデコード回
路509によりデコードした信号にて選択制御し、SR
AMセル群の設定データを保持する前記レジスタ503
の出力のいずれかを通過させるマルチプレクサ504を
有する。
【0102】前記カウンタ回路506は、そのマルチプ
レクサ504の出力を取り込み、各SRAMセル群で設
定されたデータ入出力様式にて動作する。またデータ入
出力様式記憶部505は、設定するデータ入出力様式の
数だけ備える必要がある。ここで内部カウントアップ信
号CLKUP、イネーブル信号CRE、制御信号SC
E,SCSL、ラッチ信号ASCLは、図27に示され
た動作制御回路にて生成されるSRAM部制御信号であ
る。もちろん前述したSRAM内部行アドレスラッチ回
路350に入力するラッチ信号ASRLと、SRAM内
部列アドレスラッチ回路507に入力するラッチ信号A
SCLは共通にすることも可能である。
【0103】またこのデータ入出力様式記憶部505の
設定は、前述したモードレジスタ設定(2)コマンドサ
イクルによる各SRAMセル群ごとに行う他に、2つ以
上のSRAMセル群の設定データを一度に同じ設定を行
うことも、図5に示されたモードレジスタ設定(2)コ
マンドのSRAM行データを設定する際に、アドレスA
4とA5との論理を設定することで可能である。例え
ば、A4=LかつA5=Lの時は各SRAMセル群ごと
に、A4=HかつA5=Lの時はSRAM行データの最
下位ビットを無視した2つのSRAMセル群に、A4=
LかつA5=Hの時はSRAM行データの下位2ビット
を無視した4つのSRAMセル群に設定するといったよ
うに様々な組み合わせから設定することができる。
【0104】さらにデータ入出力様式記憶部505は、
取り込み用ロジック502とレジスタ503を必ずしも
分割されるSRAMセル群の数分だけ備える必要はな
く、複数のSRAMセル群に対して共通に有してもよ
い。またデコード回路509に入力されるiASR0〜
iASR3は、必ずしもSRAM内部行アドレスラッチ
回路350からの信号を使用しなくてもよく、これとは
別に回路を備えてもよい。
【0105】さらに、図40に示すように、SRAM内
部列アドレスラッチ回路507とマルチプレクサ508
は、外部基準クロック信号に同期した内部クロック信号
iCLKとの論理を経てすぐに出力される回路構成とす
ることで、高速に内部アドレス信号を発生させることが
できる。ここで、図40において、INTAiと/IN
TAiはカウンタ回路506からのアドレス信号であ
り、EXTAiと/EXTAiは内部アドレス信号iA
iから生成される信号である。これらの信号の切り替え
を制御信号SCSL、/SCSLおよびバースト制御信
号で行う。SCSLは制御信号であり、/SCSLは制
御信号SCSLの逆相信号である。図41に、この回路
の動作例を示す。本回路構成ではiCLKから内部アド
レス信号Yiが出力されるまでの遅延はインバーター1
段分であり最小に抑えられる。また内部アドレス信号Y
iとYiBはアドレスパルス信号として出力される。
【0106】「SRAM列デコーダとデータ制御回路構
成」図42に、SRAM列デコーダ123とデータ制御
回路の構成の一例を示す。第一の列デコーダ390と第
二の列デコーダ391を持ち、SRAM列選択信号SR
AM列選択信号iASCはそれぞれに順次伝達される。
第1の列デコーダと第2の列デコーダは1つのアドレス
選択データiASCにより動作するが、その実現のた
め、それぞれのデコーダ用に第一の列アドレスバッファ
392と第二の列アドレスバッファ393を持つ。それ
ぞれの列デコーダからの選択信号線SSLは列方向に並
列に設置されており、データ入出力線SIOとデータラ
ッチ回路も対応した2組を持つ。
【0107】図43に、このSRAM列デコーダでの内
部動作タイミングを示す。それぞれの列アドレスバッフ
ァはCLK信号に基づき、順にそれぞれの列デコーダの
選択信号制御(iASC−1とiASC−2)を行う。
すなわち、バーストモード時のように連続して列アドレ
ス選択がなされる際には、第一の列デコーダと第二の列
デコーダが交互に動作する。それぞれの列デコーダによ
り選択された列(SSL−1とSSL−2)のデータ
は、それぞれ対応したデータ入出力線(SIO−1とS
IO−2)に順次出力される。これらのデータ入出力線
では要求サイクルタイムの2倍のサイクルタイムで動作
しており、それぞれ第一のデータラッチ回路395と第
二のデータラッチ回路396でデータの一時保持を行
う。これら2組のデータをデータアウトバッファの前で
合成して、データ入出力端子DQから要求されたサイク
ルタイムで出力される。
【0108】上記構成を使用することにより、内部の動
作サイクルを上げることなく、連続データ出力や連続デ
ータ書き込みのサイクルの高速化を行うことが可能であ
る。DOUBLE DATA RATE(DDR)のシ
ンクロナスDRAMにおいても、この構成を用いること
で高速化が可能である。
【0109】(8)I/Oマップ(各I/Oに対応する
メモリセルの配置) 図44に、前述の図26に対応するI/Oマップを示
す。このI/Oマップは、データ入出力用外部端子I/
O0〜I/O15と、図26に示す各DRAMアレイ内
のメモリセルとの対応関係を示している。各DRAMア
レイ110−1,110−2,110−3,110−4
は、それぞれ破線で示されたように16個のメモリセル
アレイからなり、各メモリセルアレイの周辺には、セン
スアンプが配置されている。この例では、DRAMアレ
イ110−1,110−2には、I/O0,I/O2,
I/O4,I/O6,I/O9,I/O11,I/O1
3,I/O15に対応するメモリセルが混在し、DRA
Mアレイ110−3,110−4には、I/O1,I/
O3,I/O5,I/O7,I/O8,I/O10,I
/O12,I/O14に対応するメモリセルが混在する
ように配置されている。
【0110】また、各DRAMアレイは領域RG0〜R
G15に区分され、メモリセルは、各I/Oごとに領域
RG0〜RG15に配列される。例えば、DRAMアレ
イ110−1および110−2では、I/O0,I/O
2,I/O4,I/O6,I/O9,I/O11,I/
O13,I/O15に対応するメモリセルは、領域RG
0,RG2,RG4,RG6,RG9,RG11,RG
13,RG15にそれぞれ配列される。また、DRAM
アレイ110−3,110−4では、I/O1,I/O
3,I/O5,I/O7,I/O8,I/O10,I/
O12,I/O14に対応するメモリセルは、領域RG
1,RG3,RG5,RG7,RG8,RG10,RG
12,RG14にそれぞれ配列される。
【0111】図45に、上述のDRAMアレイ110−
1内のメモリセルアレイの領域RG0を例として、その
周辺の構成を示す。図49と同様、メモリセルアレイ
は、ビット線対BL0,BL0bよりなる「カラム」
と、これに直交するワード線よりなる「ロウ」がそれぞ
れ複数規則正しくアレイ配置されている。ここで、「カ
ラム」とは、同一の列アドレスを付与されるメモリセル
群を指し、実施例のようなビット線対のみならず、階層
ビット線構成や、1本のビット線のみによる場合など、
公知の構成のすべてを含む。
【0112】また、ワード線とビット線対との所定の交
点にはメモリセルが配置されている。メモリセルは、ビ
ット線対BL0,BL0b〜BL3,BL3bを列に関
する繰り返し単位としてマトリックス状に配置される。
ビット線対BL0,BL0b、BL1,BL1b、BL
2,BL2b、BL3,BL3bにそれぞれ接続される
メモリセル群は、すべて同一のI/Oに対応している。
なお、他には、例えばビット線対BL0,BL0bの間
に隣接するカラムに属するビット線BL1を配置するレ
イアウトを採用することも可能である。
【0113】ビット線対BL0,BL0b、BL1,B
L1b、BL2,BL2b、BL3,BL3bは、それ
ぞれの端部にセンスアンプSAMP0,SAMP1,S
AMP2,SAMP3がメモリセルアレイの周辺に隣接
して配置されている。ビット線とセンスアンプの間にス
イッチ素子を介在させたものや、シェアードセンスアン
プ方式を適用してもよい。また、ビット線対BL0,B
L0b、BL1,BL1b、BL2,BL2b、BL
3,BL3bは、トランスファゲートトランジスタ対T
G0,TG1,TG2,TG3を介してデータ入出力線
であるデータ転送バスTBLに共通に接続される。デー
タ転送バスTBLは、メモリセルアレイ上にカラム方向
に設けられ、最上層の金属配線層により形成されてい
る。
【0114】トランスファゲートトランジスタ対TG0
〜TG3は、列アドレス(第2のアドレス)に応じて活
性化される選択信号SEG0〜SEG3により選択的に
導通制御される。選択信号線SEG0〜SEG3は、メ
モリセルアレイの周辺に、「ロウ」と平行な方向に配置
されている。行アドレス(第1のアドレス)に基づき活
性化されるワード線は、各DRAMアレイの中で各領域
にわたって延在しており、各領域内のメモリセルは、共
通の行アドレスにより、行単位で活性化される。
【0115】ここで、ビット線対BL0,BL0b、B
L1,BL1b、BL2,BL2b、BL3,BL3b
にそれぞれ接続される1列分のメモリセル群は、列アド
レスに基づき選択され、このメモリセル群内の各メモリ
セルは行アドレスに基づき選択される。これにより、ビ
ット線対BL0,BL0b〜BL3,BL3bに接続さ
れるメモリセル群(空間的に隣接する複数のメモリセル
群)からは、同一サイクル内で1つのメモリセルのみの
データが読み出される。
【0116】また、領域RG0全体に着目すれば、この
領域TG0内の全てのメモリセルはデータ入出力用外部
端子I/O0に読み出されるデータを格納するためのも
のであって、同一サイクル内でこの領域RG0の2以上
のメモリセルが同時に読み出しの対象とされることはな
い。従って、各領域からは、1つのデータのみが読み出
される。換言すれば、各領域には、同一サイクルで同時
に読み出しの対象とされないカラムが隣接するように配
置されている。
【0117】この例では、選択線SEG0〜SEG3
が、メモリセルアレイの外側に配置されているため、選
択線の本数に制約がなく、自由に設定できる。この実施
例では、4カラムに対し1対のデータ転送バスを配置し
たが、必要に応じて設定できる。また、選択線が、ワー
ド線すなわち「ロウ」と平行に設置され、メモリセルア
レイ内のすべてのカラムと交点を有する構成となってい
るため、選択線SEG0〜SEG3それぞれが導通制御
できるトランスファゲートトランジスタ対は、任意に選
択できる。このため、メモリセルアレイ内で転送バスに
読み出されるカラムの位置は、何の制約もなく、自由に
設定できる。従って、本実施例のように、同時にデータ
入出力用外部端子に読み出されるカラムの位置を離間し
て設定することが可能となっている。
【0118】一方、データ転送バスTBLは、選択線の
本数を増加させることにより、本数を減少することがで
き、最上層の金属配線層で形成している場合など、パタ
ーン形成上のメリットが得られる。また、配線ピッチが
緩和されるため、配線間の結合容量が著しく減少し、負
荷容量減少による読み出し速度の向上や、消費電力の減
少が得られる。また、データ転送バス間ののノイズ減少
が期待でき、動作の安定化につながる。これらの効果
は、データ転送バスの上方に導電層がない場合により顕
著となる。
【0119】このようなアレイ構成によれば、例えば領
域RG0内に中性子が飛び込んで荷電粒子が発生し、こ
の影響を受けて領域RG0内の複数のメモリセルのデー
タが破壊されたとしても、データ入出力用外部端子I/
O0に現れるビットデータが不良となるに留まる。この
ため、データ入出力用外部端子I/O0〜I/O15に
読み出されるデータの不良ビット数は1ビットに抑えら
れる。他の領域に中性子が飛び込んだ場合についても同
様のことが言える。
【0120】また、例えば領域RG0とこれに隣接する
領域RG2との間の距離を、荷電粒子が影響を及ぼす範
囲以上となるように設定すれば、これらの領域の境界に
中性子が飛び込んでも、発生した荷電粒子の影響は何れ
かの領域でしかメモリセルに及ばないため、同様にデー
タ入出力用外部端子I/O0〜I/O15に読み出され
る不良ビット数を1ビットに抑えることができる。
【0121】また、各領域において、列アドレスにより
選択される列の物理的な位置関係を合わせるようにして
もよい。例えば、或る列アドレスで特定される列の位置
が、領域RG0の下端にある場合、他の領域についても
この列アドレスで特定される列の位置を下端とすれば、
同一サイクルで選択の対象となる各領域の列は、少なく
とも1つの領域分だけ互いに離間する。したがって、こ
の場合、各領域の間に距離を設けずに隣接させても、領
域の境界に飛び込んだ中性子に起因して、双方の領域か
ら同時に読み出されるデータが共に不良となることはな
く、データ入出力用外部端子に読み出される不良ビット
数を1ビットに抑えることができる。
【0122】また、同一サイクル内でデータ入出力用外
部端子I/O0〜I/O15に読み出されるデータ群を
単位として、データの誤りを訂正するためのパリティビ
ットを設けてもよい。上述のアレイ構成によれば、同一
サイクル内でデータ入出力用外部端子I/O0〜I/O
15に読み出される不良ビット数を1ビットに抑えるこ
とができるから、パリティビットを参照することにより
不良ビット(1ビット)の有無を正しく把握することが
できる。したがって、同一サイクル内で読み出されるデ
ータ群を単位として誤り訂正用のパリティビットを設け
て誤り訂正を行うことにより、中性子などに起因して複
数のメモリセルのデータが破壊されたとしても、外部に
読み出されるデータの誤りを訂正することが可能とな
る。
【0123】また、図44において、領域RGの境界の
ように、異なるデータ入出力用外部端子に対応するカラ
ムが隣接している部分において、メモリセルのピッチを
他よりも広くし、間隔をあけることもソフトエラーに対
する有効な対策の一つである。この場合、境界領域半導
体基板表面に、基板と反対導電型の不純物拡散層を配置
し、所定の電位を与えたり、信号を供給することも有効
な手段である。
【0124】
【発明の効果】この発明によれば以下のような効果を得
ることができる。すなわち、複数のデータ入出力用外部
端子と、該複数のデータ入出力用外部端子に対応するメ
モリセルが混在してなるメモリアレイとを有し、該メモ
リアレイから前記複数のデータ入出力用外部端子にデー
タを読み出すように構成され、同一サイクル内で読み出
しの対象とされる複数のメモリセルが属するカラムを、
互いに離間させたので、中性子に起因して複数のメモリ
セルのデータが破壊されても、同一サイクル内で読み出
される複数のビットデータが同時に不良となることがな
く、データ入出力用端子から出力されるデータの変化を
最小限に抑えることができる。
【0125】また、複数のデータ入出力用外部端子と、
該複数のデータ入出力用外部端子に対応するメモリセル
が混在してなるメモリアレイを有する主記憶部と、該主
記憶部に対してキャッシュメモリとして機能する副記憶
部とを備え、前記副記憶部を介して前記主記憶部から前
記複数のデータ入出力用外部端子にデータを読み出すよ
うに構成され、同一サイクル内で読み出しの対象とされ
る複数のメモリセルが属するカラムを互いに離間させた
ので、キャッシュヒット率を低下させることなく、複数
のメモリマスタからのアクセス要求に対して迅速に対応
することができ、しかも、中性子に起因して複数のメモ
リセルのデータが破壊されても、同一サイクル内で読み
出される複数のビットデータが同時に不良となることが
なく、データ入出力用端子から出力されるデータの変化
を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の1実施例に係る半導体記憶装置の
全体の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示す半導体記憶装置と、その半導体記
憶装置に対しアクセス要求を行うメモリマスタを複数個
持つメモリシステムのブロック図である。
【図3】 図1に示す半導体記憶装置と、その半導体記
憶装置に対しアクセス要求を行うメモリマスタを複数個
持つメモリシステムのブロック図である。
【図4】 図1に示す半導体記憶装置の外部端子の配置
図である。
【図5】 図1に示す半導体記憶装置における動作機能
を決定する各種コマンドと外部端子の状態の対応の図で
ある。
【図6】 図5のリードコマンドを示す外部端子の状態
の図である。
【図7】 図5のライトコマンドを示す外部端子の状態
の図である。
【図8】 図5のプリフェッチコマンドを示す外部端子
の状態の図である。
【図9】 図5のオートプリチャージを伴うプリフェッ
チコマンドを示す外部端子の状態の図である。
【図10】 図5のリストアコマンドを示す外部端子の
状態の図である。
【図11】 図5のオートプリチャージを伴うリストア
コマンドを示す外部端子の状態の図である。
【図12】 図5のアクティブコマンドを示す外部端子
の状態の図である。
【図13】 図5のプリチャージコマンドを示す外部端
子の状態の図である。
【図14】 図5の全バンクプリチャージコマンドを示
す外部端子の状態の図である。
【図15】 図5のCBRリフレッシュコマンドを示す
外部端子の状態の図である。
【図16】 図5の未操作コマンドを示す外部端子の状
態の図である。
【図17】 図5のデバイス非選択コマンドを示す外部
端子の状態の図である。
【図18】 図5のレジスタ設定コマンド(1)を示す
外部端子の状態の図である。
【図19】 図5のレジスタ設定コマンド(2)を示す
外部端子の状態の図である。
【図20】 リードコマンドの動作時におけるアドレス
指定とデータの流れを示す図である。
【図21】 ライトコマンドの動作時におけるアドレス
指定とデータの流れを示す図である。
【図22】 プリフェッチコマンドの動作時におけるア
ドレス指定とデータの流れを示す図である。
【図23】 リストアコマンドの動作時におけるアドレ
ス指定とデータの流れを示す図である。
【図24】 アクティブコマンドの動作時におけるアド
レス指定とデータの流れを示す図である。
【図25】 この発明の一実施例による半導体記憶装置
のアレイ配置を概略的に示すアレイレイアウト図であ
る。
【図26】 この発明の一実施例による半導体記憶装置
のチップ全体レイアウトを概略的に示す図である。
【図27】 図1に示す半導体記憶装置の動作制御回路
のブロック図である。
【図28】 図1に示すDRAM部とデータ転送回路の
具体的な構成を示す図である。
【図29】 図26に示す本発明の一実施例である全体
レイアウトの中のDRAMアレイ110−1の具体的な
アレイ構成の一例を示す図である。
【図30】 図29のレイアウトの一部分(ビット線4
対分)について、転送バス線とビット線の接続関係を詳
細に示す一例の図である。
【図31】 データ転送回路の詳細な回路例を示す回路
図である。
【図32】 DRAM行制御回路の一例を示すブロック
図である。
【図33】 図28に示すDRAM列制御回路とDRA
M列デコーダの具体的構成の一例を示す図である。
【図34】 図25に示すアレイレイアウトにおける1
対のデータ転送バス線と、DRAMビット線選択回路と
SRAMセルとの関係を示す構成図である。
【図35】 図34における各データ転送バス線の動作
例を示す信号波形図である。
【図36】 図1に示すSRAM部とデータ入出力端子
間の具体的構成の一例を示す図である。
【図37】 SRAMメモリセルの構成の一例を示す図
である。
【図38】 図36に示したSRAM行制御回路の具体
的な回路構成の一例を示す図である。
【図39】 図36に示したSRAM列制御回路の具体
的な回路構成の一例を示す図である。
【図40】 図39に示したマルチプレクサとラッチ回
路の具体的な回路の一例を示す図である。
【図41】 図40に示したマルチプレクサの内部の動
作の一例を示す信号波形図である。
【図42】 図1に示したSRAM列デコーダとデータ
制御回路とSRAMアレイの回路構成の一例を示すブロ
ック図である。
【図43】 図42に示したSRAM列デコーダとデー
タ制御回路とSRAMアレイの内部の動作の一例を示す
信号波形図である。
【図44】 図26に対応するI/Oマップを示す図で
ある。
【図45】 図44に示すDRAMアレイ内の領域の周
辺を示す図である。
【図46】 複数の処理装置を持つメモリシステムの構
成を概略的に示すブロック図である。
【図47】 α線によるソフトエラーモードと中性子に
よるソフトエラーモードの各内容を示す図である。
【図48】 異なるI/Oに対応するメモリセルが隣接
して同一のメモリアレイ内に混在する従来のアレイ構成
例を示す図である。
【図49】 図48に示す小ブロックのメモリアレイと
その周辺を示す図である。
【符号の説明】
100 本発明の半導体記憶装置 101 DRAM部 102 SRAM部 103 双方向データ転送回路 110 DRAMアレイ 111 DRAMメモリセル 112 センスアンプ 113 DRAM行デコーダ 114 DRAM列デコーダ 115 DRAM行制御回路 116 DRAM列制御回路 120 SRAMアレイ 121 SRAM行デコーダ 122 SRAM列制御回路 123 SRAM列デコーダ 124 SRAM行制御回路 131 データ転送選択回路 110−1〜110−4 DRAMアレイ(メモリセル
アレイ) RG0〜RG15 領域 SAMP0〜SAMP3 センスアンプ TG0〜TG3 トランスファゲートトランジスタ TBL データ転送バス線 I/O0〜I/O15 データ入出力用外部端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/108 G11C 11/34 345 21/8242 362H 362S 371K H01L 27/10 681E (72)発明者 松井 義徳 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 古田 博伺 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 半内 誠一 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5B005 JJ13 MM01 UU13 UU24 5B015 HH01 JJ44 KA38 NN03 PP01 PP02 PP07 5B024 AA15 BA05 BA10 BA21 CA16 CA21 5F083 AD00 BS00 CR00 EP00 GA18 LA02 LA12 ZA14

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のデータ入出力用外部端子と、該複
    数のデータ入出力用外部端子の内の少なくとも2つ以上
    の前記外部端子に対応するメモリセルが混在してなる少
    なくとも1つのメモリセルアレイとを有し、該メモリセ
    ルアレイは、ワード線と該ワード線に接続されたメモリ
    セルにより構成されたロウと、ビット線および該ビット
    線に接続されたメモリセルを含むカラムとがそれぞれ複
    数配列されることにより構成され、前記メモリセルアレ
    イから前記複数のデータ入出力用外部端子に対応するデ
    ータを読み出すように構成された半導体集積回路装置で
    あって、 前記メモリセルアレイは、 同一サイクル内で前記複数のデータ入出力用外部端子に
    読み出されるデータをそれぞれ格納する前記メモリセル
    がそれぞれ属する前記カラムは互いに離間するように配
    置されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記カラムに属する前記ビット線は、選
    択信号線により制御されるスイッチング素子を介してデ
    ータ入出力線に接続され、前記選択信号線は、前記ロウ
    と平行な方向に延在し、前記データ入出力線は前記カラ
    ムと平行な方向に延在するように配置されていることを
    特徴とする請求項1に記載された半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記デ一夕入出力線は、互いに隣接する
    複数の前記カラム内の前記ビット線と、それぞれ異なる
    前記選択信号線により制御されたスイッチング素子を介
    して接続されていることを特徴とする請求項2に記載さ
    れた半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 複数のデータ入出力用外部端子と該複数
    のデータ入出力用外部端子の内の少なくとも2つ以上の
    前記外部端子に対応するメモリセルが混在してなる少な
    くとも1つのメモリセルアレイとを有し、ワード線と該
    ワード線に接続されたメモリセルにより構成されたロウ
    と、ビット線と該ビット線に接続されたメモリセルを含
    むカラムとがそれぞれ複数配列されることにより構成さ
    れた前記メモリセルアレイを有する主記憶部と、該主記
    憶部に対してキャッシュメモリとして機能する副記憶部
    とを備え、前記主記憶部と前記副記憶部との間で双方向
    のデータ転送が可能なように構成されると共に、前記副
    記憶部を介して前記主記憶部から前記複数のデータ入出
    力用外部端子にデータを読み出すように構成された半導
    体集積回路装置であって、 前記メモリセルアレイは、 同一サイクル内で前記複数のデータ入出力用外部端子に
    読み出されるデータをそれぞれ格納する前記メモリセル
    がそれぞれ属する前記カラムは互いに離間するように配
    置されてなることを特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記主記憶部のメモリセルアレイが、前
    記データ入出力用外部端子ごとに、空間的に隣接して第
    1のアドレスが共通に付与された複数のカラム群を有
    し、該複数のカラム群のそれぞれにスイッチング素子が
    設けられ、第2のアドレスに基づき前記スイッチング素
    子を択―的に導通させて前記複数のカラム群の何れかか
    ら前記複数のデータ入出力用外部端子の何れかにデータ
    の読み出しが行われることを特徴とする請求項4に記載
    された半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記メモリセルアレイは、 同一サイクルで読み出されることのないカラムが隣接す
    るように配置されてなることを特徴とする請求項1ない
    し5の何れかに記載された半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】 同一サイクル内で前記複数のデータ入出
    力用外部端子に読み出されるデータ群を単位として、デ
    ータの誤りを訂正するためのパリティビットを設けたこ
    とを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載された
    半導体集積回路装置。
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