JP2008107897A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、メモリモジュールの不良ビットを救済するための回路を備えた半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device including a circuit for relieving a defective bit of a memory module.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)には、従来からレーザトリマを使用した不良ビット(欠陥)を救済する方式が一般的に用いられている。しかしながら、レーザトリマによる救済方式は、ウェハ状態でしかできないため、パッケージ封入後に発生した欠陥を救済することができない。そこで、パッケージ封入後やモジュール搭載後に発生した1、2ビットの不良ビットを救済する方法として、近年、アンチヒューズ(電気的プログラマブルROM;Read Only Memory)による救済方式が用いられるようになっている。アンチヒューズによる救済方式を用いたDRAMとして、従来は、DRAMにアンチヒューズを内蔵し、不良アドレス情報をアンチヒューズにプログラムしておき、通常アクセス時のアドレスと一致したら冗長メモリセルに読み書きに行くものがある(例えば、特許文献1、2、3参照)。
For DRAM (Dynamic Random Access Memory), a method for remedying defective bits (defects) using a laser trimmer has been generally used. However, since the repair method using the laser trimmer can be performed only in the wafer state, it is not possible to repair the defect generated after the package is enclosed. Therefore, in recent years, a repair method using an antifuse (electrically programmable ROM; Read Only Memory) has been used as a method of repairing 1 or 2 defective bits generated after the package is enclosed or after the module is mounted. As a DRAM using an antifuse relief method, conventionally, an antifuse is built in the DRAM, and defective address information is programmed in the antifuse, and when it matches the address at the time of normal access, the read / write is performed on the redundant memory cell. (For example, see
アンチヒューズによる救済方式を用いたDRAMは、パッケージ化した後でも救済できるというメリットはあるものの、(1)プログラムのための専用内部電源を搭載する必要があるなど回路規模が大きい点、(2)アンチヒューズ回路面積が大きいためDRAMチップサイズの縮小の妨げになる点、(3)MOSゲート酸化膜などの破壊によってプログラムするためアンチヒューズの信頼性に乏しい点、(4)一度プログラムしたら書換え不可能な点、(5)書き損じが多い点、(6)書き損じした場合の再書換えが不可能な点、といった問題がある。 DRAMs using the anti-fuse relief method have the advantage that they can be relieved even after being packaged, but (1) the circuit scale is large, such as the need to install a dedicated internal power supply for the program, (2) Anti-fuse circuit area is large, which hinders reduction of DRAM chip size, (3) Anti-fuse reliability is low because of programming due to destruction of MOS gate oxide film, etc. (4) Once programmed, cannot be rewritten However, there are problems such as (5) a large number of writing failures, and (6) a point where rewriting is impossible when writing is lost.
本発明の主な課題は、アンチヒューズによる救済方式の問題点を解決することである。 The main object of the present invention is to solve the problem of the anti-fuse repair method.
本発明の一視点においては、半導体記憶装置において、基板にDRAM及びEEPROMが搭載されるとともに、前記EEPROMの所定アドレス空間に前記DRAMの不良アドレス情報が格納されたメモリモジュールと、前記不良アドレス情報を前記EEPROMから読み出して所定のシーケンスで前記DRAMに前記不良アドレス情報を転送する機能を有するメモリコントローラと、を備え、前記DRAMは、メモリセルアレイと、前記不良アドレス情報を格納するための前記レジスタと、前記メモリセルアレイにおいて欠陥があるメモリセルに対して代替される冗長メモリセルと、を有し、かつ、前記メモリコントローラから転送された前記不良アドレス情報を前記レジスタに格納した後、通常のアクセス動作時に外部から入力された外部アドレス情報が、前記レジスタに格納された前記不良アドレス情報と一致したときに前記冗長メモリセルにアクセスする機能を有することを特徴とする。 In one aspect of the present invention, in a semiconductor memory device, a DRAM and an EEPROM are mounted on a substrate, and the defective address information of the DRAM is stored in a predetermined address space of the EEPROM. A memory controller having a function of reading from the EEPROM and transferring the defective address information to the DRAM in a predetermined sequence, the DRAM having a memory cell array and the register for storing the defective address information; A redundant memory cell that is substituted for a defective memory cell in the memory cell array, and after storing the defective address information transferred from the memory controller in the register, during a normal access operation Input from outside Department address information, and having the ability to access the redundant memory cell when a match with the defective address information stored in the register.
本発明の前記半導体記憶装置において、前記DRAMは、前記メモリコントローラから転送された前記不良アドレス情報を前記レジスタに格納した後、通常のアクセス動作時に外部から入力された外部アドレス情報が、前記レジスタに格納された前記不良アドレス情報と一致しないときに前記メモリセルアレイにアクセスする機能を有することが好ましい。 In the semiconductor memory device of the present invention, after the DRAM stores the defective address information transferred from the memory controller in the register, external address information input from the outside during a normal access operation is stored in the register. It is preferable to have a function of accessing the memory cell array when it does not match the stored defective address information.
本発明によれば、DRAMの不良アドレス情報を記憶しておく媒体として、DRAMチップに搭載されたアンチヒューズ(電気的プログラマブルROM;Read Only Memory)の代わりに、従来からメモリモジュールに標準搭載されているEEPROM(SPD;Serial Presence Detect)の空きメモリ領域を有効活用することで、DRAMにおいて書き込みのための専用内部電源を搭載する必要がなくなり回路規模を小さくすることができる。 According to the present invention, as a medium for storing defective address information of a DRAM, instead of an antifuse (electrically programmable ROM; Read Only Memory) mounted on a DRAM chip, it is conventionally mounted on a memory module as a standard. By effectively utilizing the free memory area of the existing EEPROM (SPD; Serial Presence Detect), it is not necessary to mount a dedicated internal power supply for writing in the DRAM, and the circuit scale can be reduced.
また、アンチヒューズを用いないため、書き込みの信頼性が高くなる。また、一度書き込みを行っても書換え可能である。また、書き損じが減少する。さらに、書き損じした場合の再書換えが可能である。 Further, since no antifuse is used, the writing reliability is increased. Moreover, even if it writes once, it can rewrite. In addition, writing errors are reduced. Furthermore, rewriting is possible when writing is lost.
(実施形態1)
本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置の構成を模式的に示したブロック図である。図2は、本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置におけるDRAMの構成の一例を模式的に示したブロック図である。
(Embodiment 1)
A semiconductor memory device according to
実施形態1に係る半導体記憶装置1は、パーソナルコンピュータ、サーバ等のコンピュータに内蔵又は外部接続される主記憶装置である。半導体記憶装置1は、メモリモジュール30と、メモリコントローラ40と、を有する。
The
メモリモジュール30は、複数の半導体メモリチップを基板に搭載して配線し、コンピュータに接続するための接続端子を設けたものである。メモリモジュール30は、半導体メモリチップとして複数のDRAM10と、SPD20と、を有する。
The memory module 30 has a plurality of semiconductor memory chips mounted on a substrate, wired, and provided with connection terminals for connection to a computer. The memory module 30 includes a plurality of
DRAM10は、読み書きが自由に行えるRAMであり、メモリコントローラ40からの不良アドレス情報を格納するレジスタ、アドレス比較器、及び冗長メモリ空間を備える。DRAM10には、元々アンチヒューズから読み出した不良アドレス情報を格納するレジスタおよび比較回路、冗長メモリセルが搭載されているので、メモリコントローラ40から送られてきた不良アドレス情報をレジスタに格納する機能さえ用意しておけばよく、専用電源回路も含めたアンチヒューズ回路が不要である。DRAM10の動作は、メモリコントローラ40からの各種コマンドにより制御される。ここで、不良アドレス情報とは、DRAM10のメモリアレイにおける不良ビットのアドレス情報をいう。
The
DRAM10は、例えば、図2のように、冗長メモリセル11と、ロウ救済アドレスレジスタ12と、ロウアドレス比較回路13と、カラム救済アドレスレジスタ14と、カラムアドレス比較回路15と、ロウアドレスレジスタ16と、カラムアドレスレジスタ17と、I/Oコントロール回路18と、メモリセルアレイ50と、ロウデコーダ51と、センスアンプ52と、カラムデコーダ53と、データアンプ54と、AND回路A1、A2、A3と、OR回路ORと、を有する。
As shown in FIG. 2, for example, the
DRAM10は、所定のシーケンスで転送されてきた不良アドレス情報をロウ救済アドレスレジスタ12、及びカラム救済アドレスレジスタ14に格納したのち、通常動作時に、随時、外部からの外部アドレス情報とロウ救済アドレスレジスタ12、及びカラム救済アドレスレジスタ14に格納された不良アドレス情報をロウアドレス比較回路13、カラムアドレス比較回路15で比較を行い、不一致の場合は正規のメモリセルアレイへアクセスし、一致の場合は冗長メモリセル11にアクセスする構成になっている。
The
冗長メモリセル11は、メモリセルアレイ50における欠陥があるメモリセルに対して代替されるメモリセルである。冗長メモリセル11は、AND回路A3のHI信号、及び、I/Oコントロール回路18の信号に基づいて、書き込み時にI/Oコントロール回路18からのデータDQを書き込み、読み出し時にデータDQを読み出してI/Oコントロール回路18に向けて出力する。
The redundant memory cell 11 is a memory cell that is substituted for a defective memory cell in the
ロウ救済アドレスレジスタ12は、AND回路A1のHI信号、及びクロック信号に基づいて、ロウアドレスレジスタ16からの不良アドレス情報に係るロウアドレスを格納し、格納したロウアドレスをロウアドレス比較回路13に向けて出力する。
The row relief address register 12 stores the row address related to the defective address information from the row address register 16 based on the HI signal and clock signal of the AND circuit A1, and directs the stored row address to the row
ロウアドレス比較回路13は、ロウアドレスレジスタ16からの外部アドレス情報に係るロウアドレスと、ロウ救済アドレスレジスタ12に格納された不良アドレス情報に係るロウアドレスとを逐次比較し、不一致の場合はAND回路A3に向けてLO信号を出力し、一致の場合はAND回路A3に向けてHI信号を出力する。
The row
カラム救済アドレスレジスタ14は、AND回路A2のHI信号、及びクロック信号に基づいて、カラムアドレスレジスタ17からの不良アドレス情報に係るカラムアドレスを格納し、格納したカラムアドレスをカラムアドレス比較回路15に向けて出力する。 The column relief address register 14 stores the column address related to the defective address information from the column address register 17 based on the HI signal and clock signal of the AND circuit A2, and directs the stored column address to the column address comparison circuit 15. Output.
カラムアドレス比較回路15は、カラムアドレスレジスタ17からの外部アドレス情報に係るカラムアドレスと、カラム救済アドレスレジスタ14に格納された不良アドレス情報に係るカラムアドレスとを逐次比較し、不一致の場合はAND回路A3に向けてLO信号を出力し、一致の場合はAND回路A3に向けてHI信号を出力する。 The column address comparison circuit 15 sequentially compares the column address related to the external address information from the column address register 17 and the column address related to the defective address information stored in the column relief address register 14. An LO signal is output toward A3, and if they match, an HI signal is output toward AND circuit A3.
ロウアドレスレジスタ16は、メモリコントローラ(図1の40)からのアクティブコマンド(ACTV)、及びクロック信号に基づいて、メモリコントローラ(図1の40)からのアドレス情報(ADD;外部アドレス情報、不良アドレス情報を含む)に係るロウアドレスを格納し、格納されたロウアドレスを、ロウ救済アドレスレジスタ12、ロウアドレス比較回路13、及びロウデコーダ51に向けて出力する。ここで、アクティブコマンド(ACTV)は、ロウアドレスレジスタ16の活性化を行い、メモリセルアレイ50のデータをセンスアンプ52まで読み出しを行うためのコマンドである。
Based on the active command (ACTV) from the memory controller (40 in FIG. 1) and the clock signal, the row address register 16 receives address information (ADD; external address information, defective address) from the memory controller (40 in FIG. 1). And the stored row address is output to the row relief address register 12, the row
カラムアドレスレジスタ17は、OR回路ORのHI信号、及びクロック信号に基づいて、メモリコントローラ(図1の40)からのアドレス情報(ADD;外部アドレス情報、不良アドレス情報を含む)に係るカラムアドレスを格納し、格納されたカラムアドレスを、カラム救済アドレスレジスタ14、カラムアドレス比較回路15、及びデータアンプ54に向けて出力する。 The column address register 17 stores a column address related to address information (ADD; including external address information and defective address information) from the memory controller (40 in FIG. 1) based on the HI signal of the OR circuit OR and the clock signal. The stored column address is output to the column relief address register 14, the column address comparison circuit 15, and the data amplifier 54.
I/Oコントロール回路18は、メモリコントローラ(図1の40)からの各種コマンドに基づいて、書き込み時にデータDQをデータアンプ54又は冗長メモリセル11に書き込むように制御し、読み出し時にデータDQをデータアンプ54又は冗長メモリセル11から読み出すように制御する。 Based on various commands from the memory controller (40 in FIG. 1), the I / O control circuit 18 controls the data DQ to be written to the data amplifier 54 or the redundant memory cell 11 at the time of writing, and the data DQ to the data at the time of reading. Control is performed so that data is read from the amplifier 54 or the redundant memory cell 11.
メモリセルアレイ50は、複数のメモリセルが行列をなしたアレイである。メモリセルアレイ50には、ロウデコーダ51の制御によって駆動される行方向の複数のワード線(図示せず)と、カラムデコーダ53の制御によって駆動される列方向の複数のビット線(図示せず)とが配線されている。書き込みや読み出し等の通常の動作では、ロウデコーダ51とカラムデコーダ53とによりそれぞれ選択されたワード線(図示せず)とビット線(図示せず)との交点に位置する正規のメモリセルにアクセスされ、このメモリセルに対してデータの読み出しや書き込みが行われる。
The
ロウデコーダ51は、ロウアドレスレジスタ16からのロウアドレスに基づいて、メモリセルアレイ50の行を選択するためのものであり、行に基づいてメモリセルアレイ50のワード線(図示せず)を駆動するように構成される。
The row decoder 51 is for selecting a row of the
センスアンプ52は、カラムデコーダ53で選択されたビット線(図示せず)への入出力データを増幅する。 The sense amplifier 52 amplifies input / output data to / from a bit line (not shown) selected by the column decoder 53.
カラムデコーダ53は、カラムアドレスレジスタ17からデータアンプ54を介して入力されたロウアドレスに基づいて、メモリセルアレイ50の列を選択するためのものであり、列に基づいてビット線(図示せず)を選択するように構成される。
The column decoder 53 is for selecting a column of the
データアンプ54は、カラムデコーダ53とI/Oコントロール回路18の間、又はカラムデコーダ53とカラムアドレスレジスタ17の間にて入出力データを増幅する。 The data amplifier 54 amplifies input / output data between the column decoder 53 and the I / O control circuit 18 or between the column decoder 53 and the column address register 17.
AND回路A1は、メモリコントローラ(図1の40)からのアクティブコマンド(ACTV)及び内部信号Aが両方ともHIのときに、ロウ救済アドレスレジスタ12に向けてHI信号を出力する。ここで、内部信号Aとは、初期化シーケンス時に、SPD(図1の20)から取り込んだ不良アドレス情報をロウ救済アドレスレジスタ12及びカラム救済アドレスレジスタ14に格納するための拡張モードレジスタセットコマンド(EMRS)である。 The AND circuit A1 outputs an HI signal to the row relief address register 12 when the active command (ACTV) from the memory controller (40 in FIG. 1) and the internal signal A are both HI. Here, the internal signal A is an extended mode register set command (in order to store the defective address information fetched from the SPD (20 in FIG. 1) in the row relief address register 12 and the column relief address register 14 during the initialization sequence. EMRS).
AND回路A2は、メモリコントローラ(図1の40)からのライトコマンド(WRIT)及び内部信号Aが両方ともHIのときに、カラム救済アドレスレジスタ14に向けてHI信号を出力する。ここで、ライトコマンド(WRIT)は、拡張モードレジスタセットコマンド(EMRS)で設定されているコマンドで、指定されたカラムアドレスのメモリセルへデータの書き込みを行うためのコマンドである。 The AND circuit A2 outputs an HI signal to the column relief address register 14 when both the write command (WRIT) from the memory controller (40 in FIG. 1) and the internal signal A are HI. Here, the write command (WRIT) is a command set by the extended mode register set command (EMRS), and is a command for writing data to the memory cell at the designated column address.
AND回路A3は、ロウアドレス比較回路13およびカラムアドレス比較回路15の出力信号がHI信号のときに、冗長メモリセル11に向けてHI信号を出力する。
The AND circuit A3 outputs the HI signal toward the redundant memory cell 11 when the output signals of the row
OR回路ORは、メモリコントローラ(図1の40)からのライトコマンド(WRIT)又はリードコマンド(READ)がHI信号のときに、カラムアドレスレジスタ17に向けてHI信号を出力する。ここで、リードコマンド(READ)は、EMRSで設定されている動作モード(レイテンシ、バースト長、バーストタイプ)で、指定されたカラムアドレスのメモリセルのデータの読み出しを行うためのコマンドである。 The OR circuit OR outputs an HI signal to the column address register 17 when a write command (WRIT) or a read command (READ) from the memory controller (40 in FIG. 1) is an HI signal. Here, the read command (READ) is a command for reading the data of the memory cell at the designated column address in the operation mode (latency, burst length, burst type) set by EMRS.
SPD20は、メモリモジュール30に標準搭載されるとともに電気的に内容を書き換えることができるEEPROM(Electric Erasable Programmable Read Only Memory)であり、従来DRAMチップ内に搭載されていた不良アドレス情報の記憶用のアンチヒューズの代わりになるものである。SPD20には、一般的に、2KbitEEPROMが使用されているが、うち1Kbit程度未使用領域があり、従来のDRAM上のアンチヒューズの代用として使えるだけの空きメモリ領域(空き容量)を持っている。そこで、SPD20では、空きメモリ領域を利用して、DRAM10の不良アドレス情報を格納するメモリ領域が定められている。
The
メモリコントローラ40は、SPD20に書き込まれた不良アドレス情報を読み出してDRAM10に転送させる機能を有する。これは、SPD20のように、不良アドレス情報に係る記憶媒体をDRAM10の外に持たせた場合、不良アドレス情報をSPD20からDRAM10に転送する必要があるためである。
The memory controller 40 has a function of reading out defective address information written in the
次に、本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置の動作について図面を用いて説明する。図3〜6は、本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置の動作を説明するための模式図である。
Next, the operation of the semiconductor memory device according to
メモリモジュール30の製造時に、DRAM10の不良アドレス情報をSPD20の所定のメモリ領域に書き込んでおく(図3のX1参照)。
When the memory module 30 is manufactured, defective address information of the
主記憶システム起動時に、メモリコントローラ40は、SPD20に書き込まれたDRAM10の不良アドレス情報を読み出す(図3のX2参照)。なお、読出し方法は、元来レイテンシ情報などを読み出していた方法に準じる。
When the main storage system is activated, the memory controller 40 reads out defective address information of the
DRAM10の初期化シーケンス時に、メモリコントローラ4は、SPD20から取り込んだ不良アドレス情報を所定のシーケンスでDRAM10に転送する(図3のX3参照)。例えば、図4のY1を参照すると、codeAというコードのEMRSコマンドに続くACTVコマンドとWRITコマンドでそれぞれ入力されたアドレス情報を、欠陥ビットのロウアドレス、カラムアドレスとする。このとき、不良チップを識別するために、不良チップのDQ(データ)だけHIにしたり、/CS(チップセレクト入力信号)をLOにするなどの動作を行う。
During the initialization sequence of the
次に、DRAM10は、初期化シーケンス中に、各信号、各コマンドに基づいて図4のタイミングチャートのように動作を行い、図4のY2のタイミングで不良アドレス情報をDRAM10に内蔵された救済アドレスレジスタ(ロウ救済アドレスレジスタ12、カラム救済アドレスレジスタ14)に格納する(図5参照)。その後、codeBについても同様な動作を行う(図4のY3参照)。
Next, the
通常のアクセス動作時に、DRAM10は、外部からアドレスレジスタ(ロウアドレスレジスタ16、カラムアドレスレジスタ17)を介して入力される外部アドレス情報と救済アドレスレジスタ(ロウ救済アドレスレジスタ12、カラム救済アドレスレジスタ14)に格納された不良アドレス情報を比較回路(ロウアドレス比較回路13、カラムアドレス比較回路15)にて逐次比較し、不一致の場合は正規のメモリセルアレイ50へアクセスし、一致の場合は冗長メモリセル11へアクセスする(冗長メモリセル11へのアクセスにつき図6参照)。その後、メモリセルアレイ50又は冗長メモリセル11から読み出されたデータDQがI/Oコントロール回路18を介して外部に出力される。
During a normal access operation, the
実施形態1によれば、不良アドレス情報を記憶しておく媒体としてシステムに元からあるSPD20を使用することにより、DRAM10において専用電源回路も含めたアンチヒューズ回路が不要になるため、DRAM10の単体の省面積化が可能でチップサイズの縮小というメリットが大きい。
According to the first embodiment, by using the
また、SPD20は、EEPROM(再書込み可能なプログラマブルROM)であることから、アンチヒューズのようなプログラミングの信頼性面、プログラミング失敗による歩留低下の問題も発生せず、システム全体のコストはより安価にできる。
Further, since the
1 半導体記憶装置
10 DRAM
11 冗長メモリセル
12 ロウ救済アドレスレジスタ
13 ロウアドレス比較回路
14 カラム救済アドレスレジスタ
15 カラムアドレス比較回路
16 ロウアドレスレジスタ
17 カラムアドレスレジスタ
18 I/Oコントロール回路
20 SPD
30 メモリモジュール
40 メモリコントローラ
50 メモリセルアレイ
51 ロウデコーダ
52 センスアンプ
53 カラムデコーダ
54 データアンプ
A1、A2、A3 AND回路
OR OR回路
1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Redundant memory cell 12 Row
30 memory module 40
Claims (2)
前記不良アドレス情報を前記EEPROMから読み出して所定のシーケンスで前記DRAMに前記不良アドレス情報を転送する機能を有するメモリコントローラと、
を備え、
前記DRAMは、メモリセルアレイと、前記不良アドレス情報を格納するための前記レジスタと、前記メモリセルアレイにおいて欠陥があるメモリセルに対して代替される冗長メモリセルと、を有し、かつ、前記メモリコントローラから転送された前記不良アドレス情報を前記レジスタに格納した後、通常のアクセス動作時に外部から入力された外部アドレス情報が、前記レジスタに格納された前記不良アドレス情報と一致したときに前記冗長メモリセルにアクセスする機能を有することを特徴とする半導体記憶装置。 A memory module in which DRAM and EEPROM are mounted on a substrate, and defective address information of the DRAM is stored in a predetermined address space of the EEPROM;
A memory controller having a function of reading the defective address information from the EEPROM and transferring the defective address information to the DRAM in a predetermined sequence;
With
The DRAM includes a memory cell array, the register for storing the defective address information, and a redundant memory cell substituted for a defective memory cell in the memory cell array, and the memory controller After storing the defective address information transferred from the register in the register, the redundant memory cell when the external address information input from the outside during a normal access operation matches the defective address information stored in the register A semiconductor memory device having a function of accessing
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100105 |