JP2008102987A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】固定式データシフトリダンダンシ方式を採用し、複数の救済エリアの不良アドレスラッチ回路でデータバッファの共有を可能とし、チップ占有面積の低減を図る。
【解決手段】半導体メモリの固定式シフトリダンダンシ回路において、複数の救済エリア<0> 〜<3> にそれぞれ対応して不良カラムアドレスを記憶するために設けられているアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜<3> が、読み出し側スイッチおよび書込み側スイッチを共有することにより、複数の救済エリアでデータバッファ21の共有を実現する。
【選択図】 図11
【解決手段】半導体メモリの固定式シフトリダンダンシ回路において、複数の救済エリア<0> 〜<3> にそれぞれ対応して不良カラムアドレスを記憶するために設けられているアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜<3> が、読み出し側スイッチおよび書込み側スイッチを共有することにより、複数の救済エリアでデータバッファ21の共有を実現する。
【選択図】 図11
Description
本発明は、DRAM等の半導体記憶装置に係り、特にデータ線のシフトにより不良カラムのデータが出力されるデータ線を残りの正常なデータ線とスペアデータ線によって置き換えるカラム冗長方式を用いた半導体記憶装置における固定式データシフトリダンダンシに関するもので、例えば大容量のeDRAM(エンベデッド型ダイナミックメモリ)に使用されるものである。
DRAM等において、不良ビットを救済して歩留まり向上を図るために、通常のメモリセルアレイに対して冗長セルアレイを配置する冗長回路方式が採用されている。冗長回路方式では、不良アドレスを記憶するフューズ回路がチップに搭載される。そして、不良アドレスが入力されたときにフューズ回路に記憶された不良アドレスとの一致検出により置換信号を出力し、これにより不良カラム又は不良ロウに代わって、冗長カラム又は冗長ロウを選択するという置換制御が行われる。
しかし、従来の冗長回路方式は、不良カラムと冗長カラムを1:1に対応させることが必要であるから、不良救済効率を高いものとするためには、多くの冗長回路を必要とするという難点がある。これに対して、より少ない冗長回路で効率的な不良カラム救済を行う冗長回路方式として、データ線シフトを利用する方式が提案されている(特許文献1、2等)。
このようなデータシフトリダンダンシ方式では、不良カラムアドレスが入力されたときに、その不良カラムのデータが出力されるべきデータ線を避けて、隣りの正常なデータ線を用いる。以下、順次、データ線を1つずつシフトさせることにより、データ線配列の端部に配置された1つのスペアデータ線を含んで正常なデータ線のみをデータ入出力線に接続する。
図15は、従来の固定式データシフトリダンダンシ方式を採用したDRAMの一部を概略的に示している。1つの救済エリアに含まれる複数のメモリセルアレイ400にそれぞれ対応してセンスアンプ(S/A)部401、ロウデコーダ(R/D)部402、カラムデコーダ(C/D)部403が設けられている。複数のメモリセルアレイ400に対して共通にデータバッファ(DQB)404が設けられ、データバッファ404と入出力データラッチ回路(DIN/DOUT Latch)405との間に固定式のデータシフトリダンダンシ回路406が挿入されている。
図16は、図15中のデータシフトリダンダンシ回路406の一例を示している。データバッファ404に接続されている全てのデータ線(DQ)にそれぞれ対応して、不良カラムアドレスデータFDCをラッチするアドレスデータラッチ回路411が設けられている。このアドレスデータラッチ回路411の出力情報に基づいて読み出し側スイッチ(Read Switch)412および書込み側スイッチ(Write Switch)413を制御し、データ線DQと入出力データ線I/Oとを接続するためのデータシフト線を決定する。
従来の固定式データシフトリダンダンシ方式では、読み出し側スイッチ412および書込み側スイッチ413には、ある特定の救済エリアのみの不良アドレスデータラッチ回路411が接続されている。複数のメモリセルアレイの各センスアンプ部に接続されているデータ線DQは、デジタル的な動作をせず、直接にスイッチ412、413を接続させることが不可能であるので、増幅回路を含むデータバッファ404の読み出し出力側に固定式データシフトリダンダンシ回路を接続する必要がある。
よって、従来の固定式データシフトリダンダンシ方式では、救済エリア毎にデータバッファを設置する必要が生じるので、パターン面積(チップ占有面積)が増大し、DRAMチップの面積を圧迫している。また、面積低減を目指してDRAM内部のデータバッファDQBを減らそうとすると、救済エリアが増大し、救済効率が低下する問題が生じる。
なお、データ線シフトによる不良カラム救済方式において、不良カラムアドレスに対応してデータ線シフトの起点を記憶してシフト制御を行うものとすると、データ入出力線(I/O数)が大きい場合にはシフト制御のための選択信号線の本数が大きくなり、データ線シフトのためのマルチプレクサ部の構成が複雑になる。
上記した問題の解決策の1つとして、本出願人は、データ線シフト制御のための選択信号線の本数を少なくした不良カラム救済方式の半導体記憶装置を提案した(特許文献3)。上記提案に係る半導体記憶装置の特徴は、アドレスとデータ線シフトの起点を対応づける手段及び、データ入出力線番号とデータ線シフトの起点を対応づける手段を備え、これらの手段を用いて入力されたアドレスに対するデータ線シフト回路によるデータ線シフトの態様を決定している。
特開平3−176899号公報
特開平5−101648号公報
特開2001−67889号公報
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、固定式データシフトリダンダンシ方式を採用し、複数の救済エリアの不良アドレスラッチ回路でデータバッファの共有を可能とし、チップ占有面積の低減を実現し得る半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体記憶装置は、メモリセルがマトリクス状に配列されたメモリセルアレイおよび前記メモリセルアレイの不良ビット線を救済するための冗長カラムセルアレイが不良セルの救済単位で分割された複数の救済エリアと、アドレスをデコードして前記メモリセルアレイ内のメモリセルを選択するデコード回路と、前記複数の救済エリアで共有され、前記デコード回路により複数カラム分の前記メモリセルアレイからの読み出しデータ又はメモリセルアレイへの書き込みデータが転送される複数のデータ線と、前記複数の救済エリアで共有され、前記冗長カラムセルアレイからの読み出しデータ又は冗長カラムセルアレイへの書き込みデータが転送されるスペアデータ線と、前記複数の救済エリアで共有され、読み出しデータ/書込みデータをバッファ増幅するデータバッファ回路と、前記複数の救済エリアで共有され、外部との間で書込みデータ/読み出しデータを入出力する入出力データラッチ回路と、前記入出力データラッチ回路に接続されたデータ入出力線と、前記複数の救済エリアで共有され、前記入出力データラッチ回路およびデータバッファ回路に接続され、前記複数の救済エリアのうちで選択された救済エリアの不良カラムがアクセスされた時にその不良カラムのデータが転送されるべきデータ線を起点としてそれより一方側に配置されたデータ線を一つずつシフトさせて前記スペアデータ線を含めて前記データ入出力線に接続させるデータ線シフト回路を含むデータシフトリダンダンシ回路とを具備する。
本発明の半導体記憶装置によれば、固定式データシフトリダンダンシ方式を採用し、複数の救済エリアの不良アドレスラッチ回路でデータバッファの共有を可能とし、チップ占有面積の低減を実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
まず、本発明に係る固定式データシフトリダンダンシ方式の半導体記憶装置を理解するために、前述した本出願人の提案に係る特許文献3の半導体記憶装置の一実施形態について、図1乃至図10を参照して説明する。
図1に示すDRAMにおいて、1はビット線センスアンプを含むメモリセルアレイ、2はカラムゲート、3はアドレスバッファ、4はロウデコーダ、5はカラムデコーダ、6はデータ線(DQ)センスアンプ、7はマルチプレクサ、8はデータ線シフト回路、9はシフト制御回路、10は選択回路である。なお、図1では、DRAMのブロック構成を示しているが、実際には同じチップ上にゲートアレイやスタンダードセルを用いて構成された論理回路部が搭載されている。
メモリセルアレイ1は、図2に示すように、多数のダイナミック型メモリセルMCがマトリクス状に配列されている。各メモリセルMCは、それぞれ複数本のワード線WLとビット線BL(実際は対をなす)の各交差部に配置されており、各ビット線BLにはビット線センスアンプ(S/A)11が接続されている。
図1において、アドレスAddはアドレスバッファ3に取り込まれ、ロウアドレス及びカラムアドレスがそれぞれロウデコーダ4及びカラムデコーダ5によりデコードされる。メモリセルアレイ1のワード線WL及びビット線BLはそれぞれ、ロウデコーダ4及びカラムデコーダ5により選択される。メモリセルアレイ1のビット線BLは、カラムデコーダ5により駆動されるカラムゲート2により選択されてデータ線DQ(DQ0〜DQ127)に接続される。
データ線DQは、本例の場合、図2に模式的に示したように、メモリセルアレイ1を横切るようにメモリセルアレイ1上に複数本配列される。このデータ線DQは、データ線センスアンプ6を介してデータ線RD(RD0〜RD127)に接続されている。ここでは、データ線RD(RD0〜RD127)はデータ読み出し用のデータ線を示しており、実際には各データ線RDと並行して書き込み用のデータ線が配設される(図示せず)。
メモリセルアレイ1には、不良救済のための冗長回路として、本例の場合、ワード線方向の両端に冗長カラムセルアレイ1a,1bが設けられている。これらの冗長カラムセルアレイ1a,1bのビット線は、カラムゲート2を介してスペアデータ線SDQ0,SDQ1に接続されている。スペアデータ線SDQ0,SDQ1はデータ線センスアンプ6を介してスペアデータ線SRD0,SRD1に接続されている。
データ読み出し時は、メモリセルアレイ1からカラムゲート2により選択された128個のビット線データが同時に128本のデータ線DQに転送される。データ書き込み時は、128本のデータ線DQを介して同時に、メモリセルアレイ1の選択された128本のビット線に書き込みデータが転送される。不良カラムの救済は、データ線RDとデータ入出力線I/Oの接続関係を切り換えるマルチプレクサ7により行われる。即ち、不良カラムアドレスが入力された時には、マルチプレクサ7により、不良カラムのビット線データが出力されるべきデータ線RDを回避して、一つずつデータ線RDをシフトさせ、スペアデータ線SRD0又はSRD1を含んでデー入出力線I/Oに接続させるという、データ線シフトの制御がなされる。この様なデータ線シフトの制御を行うために、選択回路10が設けられている。また、マルチプレクサ回路7は、データ線シフト回路8と、選択回路10から出力される制御信号によりシフト制御を行うシフト制御回路9とから構成されている。
選択回路10は、後に説明するように、不良カラムのアドレスとこれに対応してデータ線シフト回路8によるデータ線シフトの起点毎に1ずつ増えるようにデータ線毎に割り付けられたシフト指示番号との対応関係を記憶するフューズ回路(選択信号保持回路)を有し、不良カラムアドレスが入力された時にシフト指示番号に対応する選択信号を出力する。マルチプレクサ7内のシフト制御回路9は、データ線毎の上述したシフト指示番号を保持するフューズ回路(シフト指示番号保持回路)を有し、選択回路10から出力される選択信号との比較により、シフト起点以上(或いは以下)のデータ線をシフトさせるシフト制御信号を出力する。
不良カラム救済のためのデータ線シフトを行うマルチプレクサ7及び選択回路10の具体構成を説明する前に、図3を用いて本例のデータ線シフトの原理的な考え方を説明する。図3では、メモリセルアレイ1が複数個のサブアレイにより構成され、これらのサブアレイを横切ってデータ線DQが配設されている。各サブアレイでは、本例では1本のデータ線当たり、左からカラムCol0〜Col3の4本のビット線(実際は4対)が接続される。ここでは、説明を簡略化するため、4カラムの場合を示している。
また、図3では、不良カラム位置を×印で示している。即ち、データ線DQ1では、カラムCol1が不良、データ線DQ2では、カラムCol2とCol3が不良、データ線DQ5では、カラムCol0が不良である例を示している。これらの不良カラムがアクセスされた時にデータ線シフトを行うために、本例ではデータ線毎に割り当てられたシフト指示番号を用いる。このシフト指示番号は、図3に示すように、どのカラムアドレスで不良しているかに拘わらず、データ線配列の順に、不良カラムがある度に1ずつ増える番号である。即ち、図3の例では、データ線配列の左側から、データ線DQ0では、不良がないのでシフト指示番号として「0]が割り当てられる。データ線DQ1では、カラムCol1に不良があるのでシフト番号は1だけ増えて「1」となる。データ線DQ2では、カラムCol2,Col3に不良があるので更に1つ増えて、シフト指示番号は「2」となる。データ線DQ3,DQ4では不良がないので、データ線DQ2と同じシフト指示番号「2」が割り当てられる。以下、同様にして、不良がある毎に順に1ずつ増えるデータ線シフト指示番号が設定される。
シフト指示番号は本例では、3ビットのデータにより、0〜7の8通りの番号で示される。このシフト指示番号はカラム不良の数に対応し、不良カラムが8個あるときに、「7」までのシフト指示番号が用いられる。また、シフト指示番号は、「1」以上は、シフトをすることを意味する。例えば、カラムアドレスとしてCol1が入力されると、このカラムアドレスに対応するシフト指示番号は「1」であり、1以上のシフト指示番号を持つデータ線がシフトの対象となる。即ち、データ線DQ1に接続されるべきデータ入出力線I/O1は、これを避けて隣のデータ線DQ2に接続され、以下順次一つずつデータ入出力線とデータ線の接続関係がシフトされ、最後のデータ入出力I/O127は、スペアデータ線SRD1に接続される。同様に、カラムアドレスとしてCol2又はCol3が入力された時は、データ線DQ2以下がシフトの対象となり、Col0が入力されると、データ線DQ5以下がシフトの対象となる。
但し、ここまでの説明は、一方向のデータ線シフトのみについて行ったが、図1に示すように、メモリセルアレイ1の両側に冗長カラムセルアレイ1a,1bを配置し、これに対応してスペアデータ線(SDQ1,SRD1),(SDQ0,SRD0)を配置した場合には、データ線シフトの方向は両方向になる。例えば、データ線配列の中央部から右側の不良に対しては、データ線の右方向シフトにより、スペアデータ線(SDQ1,SRD1)を用い、左側の不良に対してはデータ線の左方向シフトにより、スペアデータ線(SDQ0,SRD0)を用いる。
上述のように、各データ線についてシフト指示番号を設定した場合、実際にアドレスが入力されたときにデータ線シフトの起点を決定するためには、図3に示したデータ入出力線番号(I/ONo.=0〜127)が幾つのシフト指示番号を持つかを決定する情報と、何番のカラムが何番のシフト指示番号を持つかを決定する情報の二つの情報が必要である。本例の場合、前者は図1のシフト制御回路9内にフューズ情報として保持され、後者は図1の選択回路10内にフューズ情報として保持される。
図4は、選択回路10の具体的な構成を示している。この例では、8個(3ビット)のカラムアドレスCA<0:2>に8通り(3ビット)のシフト指示番号を割り付けている。そのために、図5に示すように、カラム数(8)×3=24個のフューズF00〜F07,F10〜F17,F20〜F27が用いられている。これらのフューズは、レーザによる溶断を利用してプログラミングするレーザプログラミング型、電圧印加又は電流印加により端子間を切断又は導通させることによりプログラミングを行う電気的プログラミング型のいずれでもよいが、好ましくは電気的プログラミング型である。
図4に示すように、シフト指示番号の3ビットに対応してそれぞれフューズを持つ8個のフューズ回路410,411,412が設けられる。各フューズ回路410,411,412はそれぞれ同じ回路構成を有し、フューズデータをラッチするラッチ回路40を有する。ラッチ回路40は、NMOSトランジスタQN3,QN4とPMOSトランジスタQP2,QP3により構成されている。
フューズF00〜F07,F10〜F17,F20〜F27には、図3で説明したように、不良のカラムアドレスに応じて設定されるシフト指示番号の各ビットデータがプログラミングされる。各ラッチ回路40のノードN1は、NMOSトランジスタQN1を介して各フューズ端子に接続され、また、PMOSトランジスタQP1を介して電源Vccに接続されている。ノードN1とNMOSトランジスタQN3の間には、ラッチ回路40を一時的に機能停止させるためのNMOSトランジスタQN2が挿入されている。
プログラミングされたフューズデータのラッチ回路40への転送は、クリア信号FCLRnとセット信号FSETにより制御される。即ち、電源投入後、まず、FCLRn=Lとなり、NMOSトランジスタQN2がオフでラッチ回路40が機能停止し、この状態でPMOSトランジスタQP1を介してノードN1がHにプリセットされる。そして、FCLRn=H,FSET=Hとなることにより、フューズの切断/非切断の状態に応じて、ノードN1はHレベルを保持、或いはLになり、フューズデータがラッチ回路40にセットされる。
選択回路10には、カラムアドレスCA<0:2>が入力される。入力されたカラムアドレスは、カラムデコーダ41によりデコードされ、相補信号YFt<0:7>,YFc<0:7>が出力される。各フューズ回路410,411,412内のラッチ回路40の各7個のラッチ出力ノードN2には、デコードされた相補信号YFt<0:7>,YFc<0:7>により制御されるクロックド・インバータ42の入力ノードが接続されている。これにより、入力されたカラムアドレスに対応して、フューズ回路410,411,412が記憶する各8個のフューズデータF0<0:7>,F1,0:7>,F2<0:7>のなかから、3ビットが取り出され、インバータ43を介して3ビットのフューズデータ、すなわち選択信号Z0n,Z1n,Z2nが出力される。この選択信号Z0n,Z1n,Z2nは、正常なカラムの時は、オール“1”(=H)であり、不良カラムアドレスが入力された時には、図3で説明したように不良カラムアドレスに対応して設定されたシフト指示番号を意味するデータである。
図6は、カラムアドレスに応じて選択回路10から出力される3ビットの選択信号が供給されるシフト制御回路9の具体的な構成を示している。シフト制御回路9は、データ入出力線毎に設けられており、データ入出力線毎に設定されたシフト指示番号をフューズデータとして保持するシフト指示番号保持回路61と、この保持回路61のフューズデータと、選択回路10から送られる選択信号との比較判定により、シフト制御信号SLn,SRnを出力する判定回路62とを有する。シフト制御信号SLn,SRnは、それぞれ左シフト、右シフトを指示する信号である。
シフト指示番号保持回路61は、図7の具体的な回路に示すように、各データ入出力線に割当てられた3ビットのシフト指示番号がプログラミングされるフューズF0、F1、F2を有するフューズ回路610、611、612により構成されている。これらのフューズフューズF0、F1、F2も、レーザプログラミング型または電気的プログラミング型いずれでもよいが、電気的プログラミング型が好ましい。各フューズ回路610、611、612は、プログラミングされたフューズF0、F1、F2のデータFD0n〜FD2nを保持するラッチ回路60を有し、制御信号FCLn,FSETによりラッチ制御される。これは、図4の選択回路10におけるフューズ回路410〜412と同様であり、詳細な説明は省く。
図6中の各判定回路62は、シフト指示番号保持回路61の3ビットのフューズデータFD0n〜FD2n、即ちシフト指示番号と、選択回路10から送られる選択信号Z0n〜Z2n(不良カラムアドレスが入力された時には、対応するシフト指示番号となる)とを比較して、それらが一致するデータ線より右側(又は左側)のデータ線について、シフトを指示するシフト制御信号SRn=L、又は、SLn=Lを出力するデコード回路である。不良カラムアドレス以外のカラムアドレスが入力された時は、SLn=SRn=Hとなる。即ち、図3の例で言えば、カラムCol1のデータを読み出すアドレスが入力された時に、2番目以降のI/O線I/O1は、データ線DQ1を回避し、一つずつずれたデータ線に接続されるように、2番目以降のデータ入出力I/OについてSLn=Lが出力される。
各判定回路62は、具体的には、図8に示すように構成されている。ここでは、左シフトを制御するシフト制御信号SLnを出力する部分を抽出して示しているが、右シフトを制御するシフト制御信号SRnを出力する部分も同様に構成されている。簡単に説明すると、ここではシフト指示番号保持回路61の各フューズデータFD0〜FD2に対応する相補データ信号(FD0tn,FD0cn)〜(FD2tn,FD2cn)と、選択回路10からの選択信号Z0n〜Z2nを対応ビット毎に比較してその大小関係を判定するようにロジックが組まれている。即ち、選択信号Z0n〜Z2nと、フューズデータFD0n〜FD2nとが一致するデータ線まで、SLn=“1”であり、それ以降のデータ線についてSLn=”0”が出力される。
以上のようにシフト制御回路9から出力されるシフト制御信号SLn,SRnにより制御されるデータ線シフト回路8は、データ読み出しについては、図9のようなシフト回路8Rとして構成され、データ書き込みについては図10のようなシフト回路8Wとして構成される。読み出し用のシフト回路8Rでは、データ線RDi毎に、NANDゲートG21〜G24およびインバータからなるユニットゲート回路91が設けられている。データ線RDiのデータと対応するシフト制御信号SLn,SRnがNANDゲートG21に入力され、データ線RDiのデータは隣接するデータ線RDi−1,RDi+1用のユニットのNANDゲートG23,G22にも入力される。
例えばデータ線RDiに着目して説明すると、シフト制御信号がSLn=H,SRn=Hの時は、このデータ線RDiのデータはNANDゲートG21を通過し、更にNANDゲートG24を通過して、対応する入出力線I/Oiに出力される。データ線RDiについて、シフト制御信号SLn=Lになると、このデータ線RDiのNANDゲートG21は非活性となり、代わってNANDゲートG22が活性になる。これにより、隣のデータ線RDi−1のデータがNANDゲートG22を通過し、更にNANDゲートG24を通過して、データ線RDi上のデータに代わって入出力線I/Oiに出力される。即ち、データ線のシフトが行われたことになる。SRn=Lによる右シフトの制御も同様である。
データ書き込みの場合のシフト回路8Wについても、図10に示すように、各書き込み用データ線WDi(前述のように図1では表示が省略されている)毎に、NANDゲートG31〜G34およびインバータからなるユニットゲート回路101が設けられている。この場合、データ入出力線I/Oiの書き込みデータと、対応するシフト制御信号SLn,SRnがNANDゲートG21に入力され、同じ書き込みデータが同じユニットゲート回路101内のNANDゲートG32,G33にも入力される。これらのNANDゲートG32,G33はそれぞれシフト制御信号SLn,SRn=Lの時に活性化され、それらの出力は隣接するユニットゲート回路のNANDゲートG34に入力される。
例えばデータ入出力線I/Oiに着目すると、シフト制御信号がSLn=H,SRn=Hの時は、このI/OiのデータはNANDゲートG31を通過し、更にNANDゲートG34を通過して、対応するデータ線WDiに出力される。データ入出力線I/Oiについて、シフト制御信号SLn=Lになると、対応するNANDゲートG31は非活性となり、代わってNANDゲートG32が活性になる。これにより、データ入出力線I/OiのデータがNANDゲートG32を通過し、隣接するユニットゲート回路のNANDゲートG34を通過して、隣のデータ線WDi−1に出力される。即ち、データ線WDiを回避して、一つシフトしたデータ線WDi−1に出力される。SRn=Lによる右シフトの制御も同様である。
以上を要約すると、データ線シフトにより不良カラム救済を行うDRAMにおいて、データ線シフト回路8は、不良カラムがアクセスされた時にその不良カラムのデータが転送されるべきデータ線RDを起点としてそれより一方側に配置されたデータ線RDを一つずつシフトさせてスペアデータ線SRDを含めてデータ入出力線I/Oに接続させる。選択回路10は、不良カラムのアドレスとこれに対応してデータ線シフト回路8によるデータ線シフトの起点毎に1ずつ増えるように各データ入出力線I/O毎に割り付けられたシフト指示番号との対応関係を記憶し、不良カラムのアドレスが入力された時にシフト指示番号に対応する選択信号を出力する。シフト制御回路9は、選択回路10から出力される選択信号とシフト指示番号との比較によりデータ線シフト回路8に対してシフト制御信号を出力する。
上記したDRAMによれば、不良カラム救済のためのデータ線シフトを行うために、データ線毎に、同時に入出力するI/O端子より少ないシフト指示番号を設定している。これにより、同時に入出力するI/O端子が多い場合にも、I/O線領域に通すシフト制御のための選択信号線の本数をI/O線数に比べて減らすことができ、データ線シフト制御のためのエリアペナルティを小さいものとすることができる。また、選択信号線の本数は、I/O線数に依らず一定とすることができるので、特にロジック混載型DRAM等の多ビット並列入出力型のメモリに有効である。
なお、本例では、シフト指示番号として、3ビットで表される0〜7の番号を用いたが、一般にn(任意の正の整数)ビットで表される番号を設定することができる。また、本例において、特にフューズ回路に電気的プログラミング型のフューズを用いることは、I/O線のピッチを小さくする上で有効である。即ち、レーザプログラミング型のフューズを用いた場合には、レーザ照射を行う必要上、その上に配線を通すことができないが、電気的プログラミング型フューズの場合には、その上に配線を通すことができるからである。
<第1の実施形態>
図11は、本発明の半導体記憶装置の第1の実施形態に係る大容量のeDRAMの一部の構成を示すブロック図および複数の救済エリアに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。このDRAMは、基本構成は図1乃至図10を参照して前述したDRAMと同様であり、複数のサブアレイでデータバッファおよびシフトリダンダンシ(固定式データ線シフト方式のリダンダンシ回路)を共有するように発展させたものである。図12は、図11中のシフトリダンダンシ回路20およびその制御系回路であるリダンダンシ制御回路22、コマンドラッチ制御回路23の一部を詳細に示す回路図である。
図11は、本発明の半導体記憶装置の第1の実施形態に係る大容量のeDRAMの一部の構成を示すブロック図および複数の救済エリアに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。このDRAMは、基本構成は図1乃至図10を参照して前述したDRAMと同様であり、複数のサブアレイでデータバッファおよびシフトリダンダンシ(固定式データ線シフト方式のリダンダンシ回路)を共有するように発展させたものである。図12は、図11中のシフトリダンダンシ回路20およびその制御系回路であるリダンダンシ制御回路22、コマンドラッチ制御回路23の一部を詳細に示す回路図である。
図11において、メモリセルがマトリクス状に配列されたメモリセルアレイおよびメモリセルアレイの不良カラムを救済するための冗長カラムセルアレイが不良セルの救済単位で複数の救済エリア<0> 110〜救済エリア<3> 113に分割されており、各救済エリア<0> 110〜<3> 113で複数の相補データ線DQt/c およびスペアデータ線(図示せず)が共有されている。
各救済エリア<0> 〜<3> 110〜113には、カラム方向の一端側にセンスアンプ(SA)114が設けられており、また、アドレスをデコードしてメモリセルを選択するデコード回路が設けられている。具体的には、ロウ方向一端側にロウデコーダ(R/D)115が隣接し、センスアンプ114の一端側に隣接してカラムデコーダ(C/D)116が設けられている。
ロウデコーダ115にはロウアドレスRA<0:j>が入力され、カラムデコーダ116にはカラムアドレスCA<0:i> が入力される。ロウアドレスにより選択されたロウデコーダ115が動作し、選択ワード線(WL)を活性化させる。その際、カラム方向側のセンスアンプ114が活性化され、ロウアドレスにより選択されたメモリセルのデータをセンスする。センスアンプ114が複数活性化している場合、カラムアドレスの上位あるいは下位ビットの信号によりそのうちの一つが選択され、選択されたセンスアンプ114に対して読み出し/書き込みが行われる。
複数の相補データ線DQt/c には、ロウデコーダ115により選択された複数カラム分のメモリセルアレイからの読み出しデータ又はメモリセルアレイへの書き込みデータが転送される。スペアデータ線には、冗長カラムセルアレイからの読み出しデータ又は冗長カラムセルアレイへの書き込みデータが転送される。
入出力データラッチ回路(DIN/DOUT ラッチ)117は、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113で共有されており、外部との間で書込みデータ/読み出しデータを入出力する。つまり、DRAM外部から入力データ信号線を介して入力された書き込みデータをラッチし、書き込みデータシフト信号線を介してDRAM内部へ伝える。また、入出力データラッチ回路117は、DRAM内部からの読み出しデータが読み出しデータシフト信号線を介して伝えられ、これを一旦ラッチして出力データ信号線を介してDRAM外部へ出力する。なお、図11では、表示の簡略化を図るため、入力データ信号線および出力データ信号線を一括して入出力データ信号線118として示し、読み出しデータシフト信号線および書き込みデータシフト信号線を一括して読み出し/書き込みデータシフト信号線119として示し、読み出しデータ信号線および書き込みデータ信号線を一括して読み出し/書き込みデータ信号線120として示している。
入出力データラッチ回路117から出力された書き込みデータシフト信号線上のデータは、シフトリダンダンシ回路20の書込み側スイッチ(Write Switch)201を介して書き込みデータ信号線へ出力される。
データバッファ(DQB)21は、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113の配列の例えば一端側に配設され、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113で共有されており、読み出しデータ/書込みデータをバッファ増幅する。このデータバッファ21は、書き込みデータ信号線に接続されており、選択されたセンスアンプ114へ相補データ線DQt/c を介して書き込みデータを書き込む。また、データバッファ21は、選択されたセンスアンプ114から相補データ線DQt/c へ出力された読み出しデータを増幅した後、読み出しデータ信号線へ出力する。この読み出しデータ信号線上の読み出しデータは、シフトリダンダンシ回路20の読出し側スイッチ(Read Switch )202を介して読み出しデータシフト信号線へ出力され、入出力データラッチ回路117によりDRAM外部へ出力される。
シフトリダンダンシ制御回路20は、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113で共有され、入出力データラッチ回路117およびデータバッファ21に接続されており、複数の救済エリアのうちで選択された救済エリアの不良カラムがアクセスされた時にその不良カラムのデータが転送されるべきデータ線を起点としてそれより一方側に配置されたデータ線を一つずつシフトさせて前記スペアデータ線を含めてデータ入出力線に接続させるデータ線シフト回路を含む。
このシフトリダンダンシ回路20において、アドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> は、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113に対応して設けられ、救済エリア別に不良カラムアドレスデータを記憶する。書込み側スイッチ201は、救済エリア指定情報に基づいて複数のアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちから選択された1つのアドレスラッチ回路に記憶されているアドレスデータに基づいて、入出力データラッチ回路117とデータバッファ21との間のデータ接続対応関係がシフト制御される。読出し側スイッチ202は、選択された1つのアドレスラッチ回路に記憶されているアドレスデータに基づいて、入出力データラッチ回路117とデータバッファ21との間のデータ接続対応関係がシフト制御される。
上記したように、データバッファ21とシフトリダンダンシ回路20は、DQBブロック200を構成しており、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113で共有されている。換言すれば、複数の救済エリア<0> 〜<3> 110〜113にそれぞれ設けられている不良カラムアドレス記憶用のアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> が、データバッファ21と、書込み側スイッチ201と、読出し側スイッチ202を共有している。シフトリダンダンシ回路20は、リダンダンシ制御回路(RDDN CTRL)22により制御されて動作するものであり、このリダンダンシ制御回路22に制御データを供給するためにコマンドラッチ制御回路(COMLTC CTRL)23が設けられている。
コマンドラッチ制御回路23は、コマンド入力信号線、アドレス入力信号線、クロック入力信号線CLKIN が接続されており、コマンド入力信号線上のコマンド情報をライト信号線WT、リード信号線RD、アクティブ信号線ACT 、プリチャージ信号線PRC へ伝達し、DRAM内部の各回路を制御する。その際、各コマンド情報と同時に入力されるアドレス入力信号線上のアドレス情報に基づいて、カラムアドレス信号線CA<0:i>あるいはロウアドレス信号線RA<0:j> を選択し、DRAM内部の特定のメモリセルに対して、アクティブ/プリチャージあるいはリード/ライト動作を行う。コマンド入力信号線は、ライトコマンド入力信号線WTIN、リードコマンド入力信号線RDIN、アクティブコマンド入力信号線ACTIN 、プリチャージコマンド入力信号線PRCIN を含む。アドレス入力信号線は、カラムアドレス入力信号線CAIN<0:i> 、ロウアドレス入力信号線RAIN<0:j> を含む。また、コマンドラッチ制御回路23はリダンダンシ制御回路22を介してシフトリダンダンシ回路20を制御する。
図12に示すシフトリダンダンシ回路20において、4つの救済エリア<0> 〜<3> に対応して救済エリア別に不良カラムアドレスデータを記憶する複数のアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> が設けられている。そして、リダンダンシ制御回路22から転送される4つの救済エリア<0> 〜<3> の不良アドレス情報をそれぞれ対応して記憶するアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> と、4つのアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちの1個の回路を選択する接続経路を切り換える書込み側マルチプレクサWRMUX、WLMUX および読み出し側マルチプレクサRRMUX、RLMUX と、4つのアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちの選択した1個分を書込みデータ信号線および読み出しデータ信号線に所望通り接続させる書込み側スイッチ201および読出し側スイッチ202とを備えている。
書き込みデータシフト信号線および読み出しデータシフト信号線は、4つのラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちの選択された1個の出力に基づいて、読出し側スイッチ202内および書込み側スイッチ201内で中央あるいは左右の書き込みデータ信号線/読み出しデータ信号線に接続される。
以下、シフトリダンダンシ回路20を詳しく説明する。シフトリダンダンシ回路20において、書込み側マルチプレクサWRMUX,WLMUX は、リダンダンシ制御回路22から転送されるエリアラッチ情報に基づいて4つのアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちから1つのアドレスラッチ回路を選択する。そして、それに記憶されているアドレスデータ、あるいはそれをライトシフトさせたライトシフトデータWRSHIFT 、あるいはレフトシフトさせたレフトシフトデータWLSHIFT を取り出し、入出力データラッチ回路117との間に接続されている書込み側スイッチ201へ転送する。
書込み側スイッチ201は、書込み側マルチプレクサWRMUX、WLMUX から転送されたデータに基づいて、書込みデータ信号線と書込みデータシフト信号線との間のデータ接続経路が不良カラムを回避する対応関係となるようにシフト制御する。
読み出し側マルチプレクサRRMUX、RLMUX は、リダンダンシ制御回路22から転送されるエリアラッチ情報に基づいて4つのアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> のうちから1つのアドレスラッチ回路を選択する。そして、それに記憶されているアドレスデータ、あるいはそれをライトシフトさせたライトシフトデータRRSHIFT 、あるいはレフトシフトさせたレフトシフトデータRLSHIFTを取り出し、データバッファ21との間に接続されている読出し側スイッチ202へ転送する。
読出し側スイッチ202は、読み出し側マルチプレクサRRMUX、RLMUX から転送されたデータに基づいて、読み出しデータ信号線と読み出しデータシフト信号線との間のデータ接続経路が不良カラムを回避する対応関係となるようにシフト制御する。
コマンドラッチ制御回路23は、救済エリア指定アドレスとして2ビットのカラムアドレスCA<h>、CA<i> が入力し、これをデコーダ231によりデコードし、デコード出力をクロック入力CLKIN に同期してラッチし、救済エリア指定情報AREA<0> 〜AREA<3> として出力する。
リダンダンシ制御回路22は、コマンドラッチ制御回路23から救済エリア指定情報AREA<0> 〜AREA<3> が入力し、これをバッファ221および書込みエリア選択線WAREASELを介してシフトリダンダンシ回路20の書込み側マルチプレクサWRMUX,WLMUX へ転送する。また、AREA<0> 〜AREA<3> 入力をクロック入力RAREACLKに同期してアドレスラッチ回路RAREAADDLTC <0:3> 222に取り込み、これをバッファ223および読み出しエリア選択線RAREASELを介してシフトリダンダンシ回路20の読み出し側マルチプレクサRRMUX,RLMUX へ転送する。
上記構成において、救済エリア<0:3> に対応するアドレスラッチ回路CFDLTC<0:3> の出力は、書込み側マルチプレクサWLMUX あるいはWRMUX で選択された後、レフトシフトデータWLSHIFT あるいはライトシフトデータWRSHIFT として書込み側スイッチ201に供給される。また、上記救済エリア<0:3> に対応するアドレスラッチ回路CFDLTC<0:3> の出力は、読み出し側マルチプレクサRLMUX あるいはRRMUX で選択された後、レフトシフトデータRLSHIFT あるいはライトシフトデータRRSHIFT として読出し側スイッチ202に供給される。
書込み側マルチプレクサWRMUX,WLMUX の制御は、コマンドラッチ制御回路23内でカラムアドレスCA<h:i> をデコードした結果をクロック入力CLKIN によりラッチ回路AREAADDLTC<0:3> 232にラッチした後、リダンダンシ制御回路22内で再駆動された書込みエリア選択線WARESEL<0:3>の信号が供給されることによって行われる。この際、クロック入力CLKIN によりラッチする前にカラムアドレスCAIN<h:i> をデコードするので、デコードに伴う理論段数はDRAM内部のデータパスには加算されず、書込み側マルチプレクサWLMUX、WRMUX における選択動作のみが論理遅延となる。
また、読み出し側マルチプレクサRRMUX、RLMUX の制御は、センスアンプ114〜相補データ線DQt/c 〜読み出しデータ信号線の遅延と同期を取るために、前記書込みエリア選択線WARESEL<0:3>をリダンダンシ制御回路22内でクロック入力RAREACLKにより一旦ラッチした出力である読出しエリア選択線RARESEL<0:3>の信号が供給されることによって行われる。
上記した本実施形態のeDRAMは、4つの救済エリア<0:3>に対応してシフトリダンダンシ回路20に設けられているアドレスラッチ回路CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> が、読出し側スイッチ202および書込み側スイッチ201を共有している。これにより、4つの救済エリア<0:3> でデータバッファ21を共有することが可能になり、救済効率および面積低減を図ることができる。また、救済エリア指定情報AREA<0> 〜AREA<3> をクロック入力CLKIN によりラッチする前にカラムアドレスCAIN<h:i> をデコードするので、デコードに伴う理論段数はDRAM内部のデータパスには加算されず、データパスにおける論理遅延を最小にすることができる。
<第2の実施形態>
図13は、本発明の半導体記憶装置の第2の実施形態に係る大容量のeDRAMの一部の構成を示すブロック図および複数の救済エリアに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。図13に示す構成は、図11を参照して前述した構成と比べて、メモリセルアレイを配列方向に複数の救済エリア<0-0>,<1-0>,<0-1>,<1-1> 1100〜1103、<0-2>,<1-2>,<0-3>,<1-3> 1110〜1113に分け、これらメモリセルアレイを二分する中央部分にデータバッファ(DQB)31を配置し、データバッファ31より図中上側の片側領域における複数の救済エリア<0-0> 〜<1-1> と、データバッファ31より図中の下側の片側領域における複数の救済エリア<0-2> 〜<1-3> とでデータバッファ31を共有することによって、さらに面積削減を図っている。
図13は、本発明の半導体記憶装置の第2の実施形態に係る大容量のeDRAMの一部の構成を示すブロック図および複数の救済エリアに対するアドレス割り付けの一例を示す図である。図13に示す構成は、図11を参照して前述した構成と比べて、メモリセルアレイを配列方向に複数の救済エリア<0-0>,<1-0>,<0-1>,<1-1> 1100〜1103、<0-2>,<1-2>,<0-3>,<1-3> 1110〜1113に分け、これらメモリセルアレイを二分する中央部分にデータバッファ(DQB)31を配置し、データバッファ31より図中上側の片側領域における複数の救済エリア<0-0> 〜<1-1> と、データバッファ31より図中の下側の片側領域における複数の救済エリア<0-2> 〜<1-3> とでデータバッファ31を共有することによって、さらに面積削減を図っている。
この場合、データバッファ31には、両側(図中上下)から相補データ線DQt/c が接続されているので、データバッファ31近傍にシフトリダンダンシ回路を配置するとレイアウトが複雑化する懸念がある。これを避けるため、本実施形態では、データバッファとは隣接しない位置で、メモリセルアレイの一端側、例えば図中最下端の救済エリア<1-3> と入出力データラッチ回路(DIN/DOUTラッチ)117との間にシフトリダンダシ回路30を配置している。
このような構成をとる場合、シフトリダンダシ回路30内には多数の救済エリア<0-0>,<1-0>,<0-1>,<1-1> 、<0-2>,<1-2>,<0-3>,<1-3> に対応して多数のアドレスラッチ回路CFDLTCが存在することになり、アドレスラッチ回路CFDLTCの出力をマルチプレクスする動作が複雑化し、これに伴ってデータパスの論理遅延段数が増大する。しかし、この場合、図13中に示すように、救済エリアの選択アドレスの一部にロウアドレスRA<j> を用い、このロウアドレスRA<j> とカラムアドレスCA<h>,CA<i> とを併用することにより、上記したデータパスの論理遅延段数の増大を抑制(低減)することが可能となる。この具体例について以下に説明する。
図14は、図13に示したeDRAMに適用されるシフトリダンダシ回路30の具体的な回路構成の一例を示しており、図12を参照して前述したシフトリダンダシ回路20の一部を変更したものである。即ち、複数の救済エリア<0-0>,<1-0>,<0-1>,<1-1> 、<0-2>,<1-2>,<0-3>,<1-3> に対応するアドレスラッチ回路CFDLTC<0-0>〜CFDLTC<1-1> 、<0-2>CFDLTC〜CFDLTC<1-3> を、例えば2個の救済エリアを1組とする複数組(<0-0>,<1-0>),(<0-1>,<1-1>) 、(<0-2>,<1-2>),(<0-3>,<1-3>) に分けている。そして、ロウアドレスRA<j> により制御されるマルチプレクサ301を、アドレスラッチ回路の各組(<0-0>,<1-0>),(<0-1>,<1-1>) 、(<0-2>,<1-2>),(<0-3>,<1-3>) と書込み側マルチプレクサWLMUX、WRMUX との間およびアドレスラッチ回路の各組と読み出し側マルチプレクサRLMUX、RRMUX との間に挿入し、ロウアドレスRA<j> の論理レベルに応じて各組内の一方のアドレスラッチ回路を選択して書込み側マルチプレクサWLMUX、WRMUX あるいは読み出し側マルチプレクサRLMUX、RRMUX に接続するように構成している。
上記構成において、ロウアドレスRA<j> によるマルチプレクス動作は、読出し動作や書込み動作よりずっと早い段階で確定するので、救済エリア選択のための信号を読出し動作と書込み動作とで異なる信号(別々の信号)を設ける必要がなく、また、データパスの論理段数には全く影響がない。
なお、本発明は、DRAMに限定されるものではなく、SRAM,EEPROM等の他の半導体メモリにも同様に実施することが可能である。
110〜113…救済エリア、114…センスアンプ、115…ロウデコーダ、116…カラムデコーダ、117…入出力データラッチ回路、118…入出力データ信号線、119…読み出し/書き込みデータシフト信号線、120…読み出し/書き込みデータ信号線、20…シフトリダンダンシ回路、201…書込み側スイッチ、202…読出し側スイッチ、21…データバッファ、22…リダンダンシ制御回路、221、223…バッファ、23…コマンドラッチ制御回路、231…デコーダ、232…アドレスラッチ回路、CFDLTC<0> 〜CFDLTC<3> …アドレスラッチ回路、RRMUX、RLMUX …読み出し側マルチプレクサ、WRMUX、WLMUX …書込み側マルチプレクサ、DQt/c …相補データ線。
Claims (5)
- メモリセルがマトリクス状に配列されたメモリセルアレイおよび前記メモリセルアレイの不良ビット線を救済するための冗長カラムセルアレイが不良セルの救済単位で分割された複数の救済エリアと、
アドレスをデコードして前記メモリセルアレイ内のメモリセルを選択するデコード回路と、
前記複数の救済エリアで共有され、前記デコード回路により複数カラム分の前記メモリセルアレイからの読み出しデータ又はメモリセルアレイへの書き込みデータが転送される複数のデータ線と、
前記複数の救済エリアで共有され、前記冗長カラムセルアレイからの読み出しデータ又は冗長カラムセルアレイへの書き込みデータが転送されるスペアデータ線と、
前記複数の救済エリアで共有され、読み出しデータ/書込みデータをバッファ増幅するデータバッファ回路と、
前記複数の救済エリアで共有され、外部との間で書込みデータ/読み出しデータを入出力する入出力データラッチ回路と、
前記入出力データラッチ回路に接続されたデータ入出力線と、
前記複数の救済エリアで共有され、前記入出力データラッチ回路およびデータバッファ回路に接続され、前記複数の救済エリアのうちで選択された救済エリアの不良カラムがアクセスされた時にその不良カラムのデータが転送されるべきデータ線を起点としてそれより一方側に配置されたデータ線を一つずつシフトさせて前記スペアデータ線を含めて前記データ入出力線に接続させるデータ線シフト回路を含むデータシフトリダンダンシ回路
とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記データシフトリダンダンシ回路は、
前記複数の救済エリアに対応して設けられ、救済エリア別に不良カラムアドレスデータを記憶する複数のアドレスラッチ回路と、
救済エリア指定情報に基づいて前記複数のアドレスラッチ回路のうちから選択された1つのアドレスラッチ回路に記憶されているアドレスデータに基づいて、前記入出力データラッチ回路と前記データバッファ回路との間のデータ接続対応関係がシフト制御される書込み側スイッチおよび読み出し側スイッチ
とを具備することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記データシフトリダンダンシ回路は、前記入出力データラッチ回路とデータバッファ回路との間に配設されていることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
- 救済エリア選択アドレスを所定のクロック入力に基づいてデコードし、デコード出力をラッチすることによって前記救済エリア指定情報を生成することを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- 前記データシフトリダンダンシ回路は、前記複数の救済エリアの中間部に配置されており、前記救済エリアを選択するためにロウアドレスとカラムアドレスの双方を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006282804A JP2008102987A (ja) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | 半導体記憶装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8045371B2 (en) | 2009-03-16 | 2011-10-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic storage device having a buffer track and storage tracks, and method of operating the same |
-
2006
- 2006-10-17 JP JP2006282804A patent/JP2008102987A/ja active Pending
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