JP2006302464A - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
メモリの不良救済のための冗長素子配置に係る面積を小さくする。
【解決手段】
内蔵メモリ30の不良救済のための2次元冗長パラメータとしてロウアドレスおよび入出力データを持つ。内蔵メモリ30の不良の診断を行う自己診断回路10と、自己診断回路10の診断によって検出された不良検出順に応じ、予め設定した順番に基づいて置き換える冗長素子を定める冗長素子配置演算部20と、定められた順番に対応して内蔵メモリ中の不良部を置き換えるロウ冗長部31、IO冗長部32を備える。冗長素子配置演算部20は、優先軸決定を不良検出順に応じて予め設定した順番に従って決定して冗長素子配置情報を保持する。
【選択図】
図1

Description

本発明は、半導体記憶装置に関し、特に内蔵メモリのための自己復旧機能を持つ半導体記憶装置に関する。
システムLSIにおいて、ロジック回路と共にDRAMがデータを蓄える大容量メモリとして混載されている。このような混載用DRAMでは、SRAM相当の高速ランダムアクセス動作が要求される。また、汎用DRAMと同様に1個のメモリセルが1個のトランジスタと1個のキャパシタとから構成(1トランジスタ+1キャパシタ構成)されるためビット性不良(コンタクト抵抗の製造バラツキが代表的な要因である)を持ちうる。このため混載DRAMには、SRAM相当の高速試験と、ビット性不良救済のために汎用DRAM相当の多軸(ロウ/コラム)の冗長(リダンダンシ)構成とが必要とされ、この両者を効率よく試験・活用する手法が必要となる。このような手法として、テスタ装置(デバイスをDC、AC試験する装置)を用いずにデバイスに内蔵するメモリ回路を自己診断回路(BIST)で試験し、その試験結果に応じた電気ヒューズを過電流で切断することで冗長メモリセルへの置き換えを実現することが行われている。
このような冗長構成を有するメモリの例として特許文献1には、内蔵メモリのための自己復旧回路(BISR)を具備する集積回路半導体装置及びメモリ復旧方法が開示されている。この集積回路半導体装置は、複数個のロウ冗長と複数個のカラム冗長とを具備した内蔵メモリと、メモリ不良を検出するための自己診断回路(BIST)と、検出された不良に関する情報をロウまたはカラム別に区分して貯蔵した後、これに基づいて不良に対する復旧方法を決定し、復旧したアドレスを内蔵メモリに発生させるための自己復旧回路を含む。そして、2次元冗長パラメータに対しその不良数に応じて優先軸を変えるように動作する。すなわち、特定のメモリセル列に複数の不良セルがあるのか、メモリセル行に複数の不良セルがあるのかに応じて冗長メモリセルを列(コラム)単位に置き換えるか、行(ロウ)単位に置き換えるかを選択する。
また、特許文献2には、少なくとも1つの欠陥のある行メモリラインを修復する行修復回路と、その行修復回路に接続され、少なくとも1つの欠陥のあるI/Oメモリブロックを修復する、I/O修復回路とを備えているオンチップ自己修復システムが開示されている。そして、行修復回路とI/O修復回路との間に接続され優先修復機構の仲裁を行う仲裁器を更に備えている。
特開2001−216797号公報 (図1) 特開平9−311824号公報 (図1)
ところで特許文献1の冗長素子配置演算器は、2次元冗長パラメータとしてロウアドレス及びカラムアドレスを使用している。しかし、混載用DRAMにおいては、データ転送帯域幅(bandwidth)を広げるために、少数のカラムアドレス、多数のデータ入出力を備える構成が望ましい。この場合、カラムアドレスを冗長パラメータとして使用すると、冗長メモリセル領域が増大するという欠点がある。例えば8カラムアドレス、128入出力データの構成を考えると、1つの冗長アドレスに対し128本のビット線を要するため、冗長メモリセル領域は、全ビット線数の1/8もの規模となってしまう。即ちチップサイズが12.5%増加することを意味する。従って冗長パラメータとして入出力データ(IO)をカラムアドレスの代わりに使用するのが一般的である。
したがって、特許文献2に記載のような行修復回路とI/O修復回路とを備えることが有効である。このような場合、特許文献2には記載がないが、各IOについて少なくとも冗長ロウアドレス数+1個を記憶するラッチ回路が必要となる。その理由は、該当IOを冗長MUST(冗長ロウまたは冗長IOを使うことに決定)とさせるためには、既に冗長ロウアドレスを使い切った状態を記憶させる必要があるためである。仮に、冗長ロウアドレス数が2個、IO構成が128個であるメモリについて考えみると、MUST冗長IOを作る(冗長IOを使うことに決定する)には、3回の不良を記憶させる2個のフリップフロップが必要であり、合計2×128=256個ものフリップフロップを設置しなければならない。このためチップの面積が増大するという欠点がある。
上記課題を解決するために、本発明の半導体記憶装置は、一つのアスペクトによれば、内蔵メモリの不良救済のための2次元冗長部としてロウアドレスによりアドレス指定されるメモリセル列と置き換えられる冗長メモリセル群であるロウ冗長部および入出力データ単位のメモリセル群と置き換えられる冗長メモリセル群であるIO冗長部を持つ半導体記憶装置において、内蔵メモリの診断を行う自己診断回路と、自己診断回路の診断によって検出された不良検出順に応じ、ロウ冗長部とIO冗長部との中から1つの冗長メモリセル群を予め設定された順序に基づいて選択する冗長素子配置演算部と、冗長素子配置演算部によって選択された冗長メモリセル群へ内蔵メモリ中の不良部を置き換える冗長置換部と、を備える。
本発明によれば、不良検出順に応じ、予め設定した順番に基づいて置き換える冗長素子を定めることで、冗長素子配置演算器の回路規模を減少することができる。
本発明の実施形態に係る半導体記憶装置は、内蔵メモリ(図1の30)の不良救済のための2次元冗長パラメータとしてロウアドレスおよび入出力データを持つ。この半導体記憶装置は、内蔵メモリの不良の診断を行う自己診断回路(図1の10)と、自己診断回路の診断によって検出された不良検出順に応じ、予め設定した順番に基づいて置き換える冗長素子を定める冗長素子配置演算部(図1の20)と、定められた冗長素子に対応して内蔵メモリ中の不良部を置き換えるロウ冗長部(図1の31)、IO冗長部(図1の32)を備える。冗長素子配置演算部(図1の20)は、ロウアドレスおよび入出力データの不良救済順の設定(優先軸決定)を不良検出順に応じて予め設定した順番に従って決定して冗長素子配置情報を保持する。そして、電気ヒューズ回路(図1の33)は、この冗長素子配置情報を元に不良救済のための救済情報のプログラミングを行う。ロウ冗長部(図1の31)、IO冗長部(図1の32)は、プログラムされた救済情報にしたがって内蔵メモリ(図1の30)中の対応するビット性不良を救済して復旧させる。
このように構成される半導体記憶装置において、冗長素子配置演算部は、単純に検出順で動作することから動作の高速化が容易であり、内蔵メモリの動作と同等周波数での高速機能試験が可能となる。また、論理的な冗長素子配置情報の保持回路は、小規模なものであり、ペレット面積(メモリセルを含めたDRAM回路全体の面積)を増大することがない。以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。図1において、半導体記憶装置は、自己診断回路(BIST)10、冗長素子配置演算器20、内蔵メモリ30を備える。
自己診断回路10は、自己診断制御器11、アドレス発生器12、データ発生器13、比較器14を備え、内蔵メモリ30に対しテストパターンを発生してテスト結果を比較する機能を有する。自己診断回路10の構成は、従来例とほぼ同じであるが、IO冗長を取りいれた内蔵メモリをテストして復旧させるため、比較器14は、全体比較結果信号Judgeと個別IO比較結果信号Jio[i,0]とを冗長素子配置演算器20に出力する。ここで全体比較結果信号Judgeとは、アドレス発生器12が出力するアドレスによって選択されるメモリセルに不良セルが含まれていたか否かを示すBISTの試験結果を示す信号である。また、個別IO比較結果信号Jio[i,0]は、IO毎に個別にエラーであるか否かを示す信号である。なお、以下の信号線の説明において、[i,0]は、IOの数に対応して存在することを意味し、[n,0]は、アドレスの数に対応して複数存在することを意味する。
冗長素子配置演算器20は、1次アドレスラッチ回路21、優先軸シーケンサ回路22、シフトレジスタ回路23を備える。1次アドレスラッチ回路21は、アドレス発生器12から内蔵メモリ30に出力されるアドレス信号を一旦ラッチし、出力信号Row[n,0]として優先軸シーケンサ22に出力する。優先軸シーケンサ22は、1次アドレスラッチ回路21の出力信号Row[n,0]、および比較器14の出力である全体比較結果信号Judgeと個別IO比較結果信号Jio[i,0]とを入力し、優先軸決定を不良検出順に応じて予め設定した順番に従って決定し、冗長置換のためのロウアドレスおよびIOをラッチするために、出力信号FILL_R1、FILL_R2、FILL_IO1、Rrow1[n,0]、Rrow2[n,0]、Rio[i,0]をシフトレジスタ回路23に出力する。シフトレジスタ回路23は、優先軸シーケンサ回路22から出力信号FILL_R1、FILL_R2、FILL_IO1、Rrow1[n,0]、Rrow2[n,0]、Rio[i,0]を入力し、ロウアドレス情報、IO情報として、信号Rrow1[n,0]、Rrow2[n,0]、Rio[i,0]を電気ヒューズ回路33に出力するためにデータの保持とタイミング調整とを行う。
内蔵メモリ30は、内蔵RAMであって、ロウ冗長部31、IO冗長部32、電気ヒューズ回路33、メモリセル群34を備える。ロウ冗長部31およびIO冗長部32は、電気ヒューズ回路33が出力する情報にしたがって、メモリセル群34中のビット性不良を置換し救済する。電気ヒューズ回路33は、冗長素子配置演算器20から出力されるロウアドレス情報、IO情報に基づいて、対応するビット性不良を救済して復旧させるために電気ヒューズの切断による救済情報のプログラミングを行う。なお、従来例では、ソフトウエア的に論理的復旧を行う自己復旧回路(BISR)を用いているが、ここでは物理的電気的に復旧させる電気ヒューズ(efuse回路)を用いている。無論、復旧手段として、ソフトウエア的な手段であってもかまわない。
図2は、本発明の第1の実施例に係る半導体記憶装置の優先軸シーケンサの構成を示すブロック図である。優先軸シーケンサ回路22は、ロウアドレス重複判定回路41、フリップフロップ回路42〜48を備える。なお、ここでは、冗長ロウ数を2個、冗長IO数を1個として構成される場合の内蔵メモリの復旧手段の例を示す。また、フリップフロップ回路46〜48は、それぞれアドレスの数およびIOの数に対応して複数個ずつ存在する。
ロウアドレス重複判定回路41は、信号Judge、FILL_R1、FILL_R2、Rrow[n,0]、Rrow1[n,0]、Rrow2[n,0]を入力して、フェイルを示したロウアドレスが既に冗長ロウアドレスとして使用されているか、すなわちRrow1[n,0]またはRrow2[n,0]と、Row[n,0]とが示すアドレスが一致(重複)しているか否かを判定する。そして、重複なしと判定した場合には、信号Judge2をクロック信号としてフリップフロップ回路42〜45のそれぞれのクロック入力端子Cに対し出力する。
フリップフロップ回路42〜45は、それぞれ信号Judge2がハイレベルになるたびにハイレベル(VCC)を順次シフトしていく。フリップフロップ回路42〜44の出力は、それぞれロウ冗長確定を示す信号FILL_R1、FILL_R2、IO冗長確定を示す信号FILL_IO1として出力され、またそれぞれフリップフロップ回路46〜48のクロック入力に接続される。信号FILL_R1、FILL_R2、FILL_IO1がそれぞれハイレベルになった時に、フリップフロップ回路46〜48は、それぞれ信号Row[n,0]、Row[n,0]、Jio[i,0]をラッチし、それぞれ信号Rrow1[n,0]、Rrow2[n,0]、Rio[i,0]としてシフトレジスタ回路23に出力する。
フリップフロップ回路46〜48は、それぞれ1番目の不良ロウアドレスのラッチ回路、2番目の不良ロウアドレスのラッチ回路、不良IOのラッチ回路に相当する。
図3は、ロウアドレス重複判定回路の構成を示すブロック図である。ロウアドレス重複判定回路41は、一致検出回路50a、50b、NAND回路NAND1、NAND2、NAND3、NAND4、インバータ回路INV1、INV2を備える。一致検出回路50aは、入力される信号Rrow1[n,0]とRow[n,0]との全てのビットが一致する場合、ハイレベルを出力する。また、一致検出回路50bは、入力される信号Rrow2[n,0]とRow[n,0]との全てのビットが一致する場合、ハイレベルを出力する。NAND回路NAND1は、一致検出回路50aが一致を検出し、信号FILL_R1がハイレベルの時、ローレベルを出力し、NAND回路NAND2は、一致検出回路50bが一致を検出し、信号FILL_R2がハイレベルの時、ローレベルを出力する。NAND回路NAND3は、NAND回路NAND1の出力を入力し、出力はインバータ回路INV1を介してNAND回路NAND4の入力の一端に接続される。NAND回路NAND4の入力の他端には、信号Judgeが与えられ、インバータ回路INV1を介して信号Judge2として出力される。
以上のように構成されるロウアドレス重複判定回路41は、信号Judgeがフェイル(fail)を示すハイレベルとなり、ロウアドレスに重複が無い場合には、信号Judge2は、ロウアドレスに重複が無くフェイルであることを示すハイレベルを出力する。また、信号Judgeがパス(pass)を示すローレベル、あるいは、ロウアドレスに重複がある場合には、信号Judge2は、パスあるいはロウアドレスに重複有りfailであることを示すローレベルを出力する。
次に、冗長素子配置演算器20の動作について図面を参照して説明する。図4は、本発明の第1の実施例に係る半導体記憶装置の動作を示すタイミング図である。時刻t1においてイニシャライズ信号INITがハイレベルになると、フリップフロップ回路42〜48は初期化され、それぞれのフリップフロップ回路の出力は、ローレベルとなる。その後、クロック信号LKが入力されると自己診断回路10が動作し、内蔵メモリ30のテストを開始する。アドレス発生器12からロウ、コラムアドレスAdd(a0,a1,a2・・・)が内蔵メモリ30に対して順次出力され、1次アドレスラッチ回路21でロウアドレスがラッチされ、信号Row[n,0]が出力される。一方、内蔵メモリ34の出力データDoutは、比較器14で比較評価され、パス(pass)であればローレベル、フェイル(fail)であればハイレベルとなる信号Judge、および信号Jio[i,0]が優先軸シーケンサ22に出力される。
時刻t2において、アドレスa1がフェイルと判定されると、信号Judgeは、ハイレベルになる。この時、ロウアドレス重複判定回路41は、最初のフェイルであるため重複なしと判定し、信号Judgeと同位相の信号Judge2をハイレベルとして出力する。フリップフロップ42は、信号Judge2を受けて、D端子に入力されるハイレベル(VCC)をラッチして出力し、ロウ冗長確定信号FILL_R1をハイレベルとする。その後、ラッチ回路46において、信号FILL_R1がハイレベルに遷移したことによって、1次ラッチ回路21でラッチしたロウアドレスRow_a1が再度ラッチされ、1番目の冗長ロウが確定する。
時刻t3において、アドレスa3がフェイルと判定され、さらにロウアドレス重複判定回路41で既に冗長確定されたロウアドレスでないと判定されると、時刻t2と同様の動作でロウ冗長確定信号FILL_R2がハイレベルとなり、ラッチ回路47で信号Row_a3がラッチされ、二番目の冗長ロウが確定する。なお、ロウアドレス重複判定回路41で既に冗長確定されたアドレスと重複すると判定された場合には、信号Judge2はローレベルのままであり、信号Judgeのフェイル情報は無視される。
続けて時刻t4において、アドレスa6がフェイルと判定されると、信号FILL_R2がハイレベルで2番目のロウ冗長確定済みの場合、信号FILL_IO1がハイレベルとなる。その後、ラッチ48において、今度はロウアドレスの代わりに個別IO比較結果信号Jio[i,0]が冗長確定されたIOとしてラッチされる。
以上説明したように、フェイル判定毎に1番目の冗長ロウ、2番目の冗長ロウ2、冗長IOの順で冗長パラメータが確定する。なお、冗長IOが確定済みで再度フェイルと判定され、ロウアドレス重複判定回路41で重複なしと判定された場合は、フリップフロップ45がハイレベルをラッチし、ハイレベルとなった信号FILL_ALLを出力する。ハイレベルとなった信号FILL_ALLは、冗長手段による救済不可が確定したことを意味する。信号FILL_ALLは、例えばチップの外に出力され、図示されないテスタ等による冗長可否判定に使われる。
以上のように、本実施例によれば、IOを冗長パラメータとする内蔵メモリにおいて、個別IO出力Jio[i,0]を冗長パラメータとすることで冗長置換手段を提供する。また、優先軸決定を不良検出順に応じて予め設定された配置順に従って決定することで、冗長素子配置演算器20の回路規模を小さくすることができる。従来例ではMUST冗長IOを作るには、3回の不良(フェイル)を記憶させる2個のフリップフロップが必要であり、128個のIO構成の場合、合計256個ものフリップフロップを比較器に設置させる必要があった。しかし、本実施例における不良検出順の置換手段を適用することで合計128個のフリップフロップで構成することができ、回路規模の増大を抑えることができる。また、冗長素子配置演算器20において、単純な組み合わせ回路で構成されるロウアドレス重複判定回路とフリップフロップ回路1段とで冗長確定手段が構成されるため、高速に冗長確定を行うことが可能である。
図5は、本発明の第2の実施例に係る半導体記憶装置の優先軸シーケンサの構成を示すブロック図である。図5に示す優先軸シーケンサは、ロウアドレス重複判定回路41aと、4ビットカウンタ60と、4入力16出力デコーダ61とを備える。ここでは、優先軸シーケンサ22は、冗長ロウ数が14、冗長IO数が2である場合を例として示す。
ロウアドレス重複判定回路41aは、図2の比較器14が出力する信号Judge、1次アドレスラッチ回路21が出力する信号Rrow[n,0]、14個の冗長確定信号FILL_R1〜FILL_R14、14組のアドレス信号Rrow1[n,0]〜Rrow14[n,0]を入力して、フェイルを示したロウアドレスが既に冗長ロウアドレスとして使用されているか、すなわちRrow1[n,0]〜Rrow14[n,0]とRow[n,0]とが示すアドレスが一致(重複)しているか否かを判定する。そして、重複なしと判定した場合には、信号Judge2をクロック信号として4ビットカウンタ60のクロック入力端子に対し出力する。
4ビットカウンタ60は、フェイル毎にロウアドレス重複判定回路41aから出力される信号Judge2によって、カウントアップする。4入力16出力デコーダ61は、4ビットカウンタ60の出力(ビット0〜3)をデコードすることで、16個の冗長確定信号FILL_R1〜FILL_R14、FILL_IO1、FILL_IO2を発生する。
図6は、第2の実施例に係る優先軸シーケンサのアドレスラッチ部を示すブロック図である。図6において、アドレスラッチ部は、フリップフロップ回路71〜84、91、92を備える。フリップフロップ回路71〜84は、それぞれアドレス数相当の複数個ずつのフリップフロップ回路を含む。フリップフロップ回路71〜84は、それぞれ冗長確定信号FILL_R1〜FILL_R14がハイレベルになった時に、信号Rrow[n,0]をラッチして、それぞれアドレス信号Rrow1[n,0]〜Rrow14[n,0]を出力する。アドレス信号Rrow1[n,0]〜Rrow14[n,0]は、ロウアドレス重複判定回路41aに出力されると共に、シフトレジスタ回路23に出力される。
また、フリップフロップ回路91、92は、それぞれIO数相当の複数個ずつのフリップフロップ回路を含む。フリップフロップ回路91、92は、それぞれ冗長確定信号FILL_IO1、FILL_IO2がハイレベルになった時に、信号Jio[i,0]をラッチし、それぞれ信号Rio1[i,0]、Rio2[i,0]を出力する。信号Rio1[i,0]、Rio2[i,0]は、ロウアドレス重複判定回路41aに出力されると共に、シフトレジスタ回路23に出力される。
図2に示す優先軸シーケンサ回路22は、冗長ロウ数2個、冗長IO数1個のような小規模冗長構成では回路規模が小さい。しかし、冗長ロウ数が増え、例えば冗長ロウ数が14、冗長IO数が2であるような場合では、フリップフロップが16個必要となり回路規模が大きくなる。このような場合には、優先軸シーケンサを図6に示すような4ビットのカウンタによる構成とすることで回路規模の増加を抑えることができる。なお、ここでは、冗長ロウ数が14、冗長IO数が2である場合を示したが、それらに限定されるものではなく、さらに大きな値であっても、同様に構成できることは言うまでも無い。
本発明の第1の実施例に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。 優先軸シーケンサの構成を示すブロック図である。 ロウアドレス重複判定回路の構成を示すブロック図である。 半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第2の実施例に係る半導体記憶装置の優先軸シーケンサの構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施例に係る優先軸シーケンサのアドレスラッチ部を示すブロック図である。
符号の説明
10 自己診断回路
11 自己診断制御器
12 アドレス発生器
13 データ発生器
14 比較器
20 冗長素子配置演算器
21 1次アドレスラッチ回路
22 優先軸シーケンサ回路
23 シフトレジスタ回路
30 内蔵メモリ
31 ロウ冗長部
32 IO冗長部
33 電気ヒューズ回路
34 メモリセル群
41、41a ロウアドレス重複判定回路
42〜48、71〜84、91、92 フリップフロップ回路
50a、50b 一致検出回路
60 4ビットカウンタ
61 4入力16出力デコーダ
NAND1、NAND2、NAND3、NAND4 NAND回路
INV1、INV2 インバータ回路

Claims (4)

  1. 内蔵メモリの不良救済のための2次元冗長部としてロウアドレスによりアドレス指定されるメモリセル列と置き換えられる冗長メモリセル群であるロウ冗長部および入出力データ単位のメモリセル群と置き換えられる冗長メモリセル群であるIO冗長部を有する半導体記憶装置において、
    内蔵メモリの診断を行う自己診断回路と、
    前記自己診断回路の診断によって検出された不良検出順に応じ、前記ロウ冗長部と前記IO冗長部との中から1つの冗長メモリセル群を予め設定された順序に基づいて選択する冗長素子配置演算部と、
    前記冗長素子配置演算部によって前記選択された冗長メモリセル群へ前記内蔵メモリ中の不良部を置き換える冗長置換部と、
    を備えることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記冗長素子配置演算部は、
    前記内蔵メモリ中において置き換えられた前記不良部のアドレスを記憶するラッチ回路と、
    前記自己診断回路の診断によって検出された不良アドレスと前記ラッチ回路に記憶された前記不良部のアドレスとの一致を検出するアドレス重複判定回路とを含み、
    前記ラッチ回路は、当該一致を検出しない場合に前記検出された不良アドレスをラッチするものであることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 前記冗長素子配置演算部は、前記一致検出が重複でないことを示す毎に、所定の信号をシフトして前記ラッチ回路が前記不良アドレスをラッチするためのパルス信号を出力するシフトレジスタ回路を更に含むものであることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
  4. 前記冗長素子配置演算部は、
    前記一致検出が重複でないことを示す回数を計数するカウンタ回路と、
    前記カウンタ回路のビット対応の出力を入力してデコードし、前記ラッチ回路が前記不良アドレスをラッチするためのパルス信号を出力するデコーダ回路と、
    を含むことを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
JP2005126455A 2005-04-25 2005-04-25 半導体記憶装置 Pending JP2006302464A (ja)

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