[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う半導体記憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。図1において、メモリアレイは、複数のセンスアンプブロック(行ブロック)RB♯0〜RB♯mに分割される。これらの行ブロックRB♯0〜RB♯mは、それぞれワード線を共有する。行ブロックRB♯0〜RB♯mの各々は、複数のサブアレイに分割される。行ブロックRB♯i(i=0〜m)は、ノーマルサブアレイMB♯i0〜MB♯inに分割される。これらのノーマルサブアレイMB♯i0〜MB♯inは、行列状に配列される複数のメモリセルを有し、かつワード線(行)を共有する。センスアンプブロック単位でセンス動作が行なわれる。
また、行ブロックRB♯0〜RB♯mそれぞれにおいて、対応の行ブロックRB♯0〜RB♯mの不良列(不良ノーマルメモリセルを含む列)を置換により救済するために、スペアアレイSP♯0〜SP♯mがそれぞれ設けられる。これらのスペアアレイSP♯0〜SP♯mは、それぞれ複数列に配列されるメモリセル(スペアメモリセル)を有する(スペアアレイSP♯0〜SP♯mの行の数は、ノーマルサブアレイに含まれるメモリセルの行の数と同じである)。
ノーマルサブアレイMB♯00〜MB♯mnそれぞれに対応して、ノーマルローカルデータバスLIO00〜LIOmnが設けられる。これらのノーマルローカルデータバスLIO00〜LIOmnは、対応のノーマルサブアレイMB♯00〜MB♯mnに対してのみデータの授受を行なう。
列方向に沿って整列して配置されるノーマルサブアレイが列ブロックCB♯0〜CB♯nを構成する。スペアアレイSP♯0〜SP♯mに対しても、それぞれスペアローカルデータバスSIO0〜SIOmが配置される。これらのスペアローカルデータバスSIO0〜SIOmは、対応のスペアアレイSP♯0〜SP♯mとのみデータの授受を行なう。列方向に整列して配置されるノーマルサブアレイ、すなわち列ブロックCB♯0〜CB♯nそれぞれに対応してノーマルグローバルデータバスNGIO0〜NGIOnが配置される。これらのノーマルグローバルデータバスNGIO0〜NGIOnは、それぞれブロック選択ゲートBSGを介して、対応の列ブロックのノーマルサブアレイに対して設けられたノーマルローカルデータバスに結合される。ブロック選択ゲートBSGは、対応の行ブロックが選択されたときに、対応のブロック選択信号に応答して導通し、対応のノーマルローカルデータバスと対応のノーマルグローバルデータバスとを接続する。スペアローカルデータバスSIO0〜SIOmも、それぞれ、対応のブロック選択ゲートBSGを介してスペアグローバルデータバスSGIOに結合される。スペアアレイSP♯0〜SP♯mに設けられるブロック選択ゲートBSGは、対応の行ブロックが選択されたときに導通し、対応のスペアローカルデータバスをスペアグローバルデータバスSGIOに接続する。
行ブロックRB♯iにおいて複数のノーマルサブアレイMB♯i0〜MB♯inに共通にスペアアレイSP♯iを設けることにより、スペアアレイSP♯iに含まれるスペア列を、ノーマルサブアレイMB♯i0〜MB♯inで使用することができ、スペア列の使用効率が改善される。
また、ノーマルサブアレイそれぞれにスペア列を設ける場合、ノーマルサブアレイにおいて、そこに設けられたスペア列よりも多くの不良列が存在する場合、その半導体記憶装置は、救済することができない。しかしながら、この図1に示すように、スペアアレイを設け、一括してスペア列を配置することにより、数多くの不良列が存在するノーマルサブアレイが存在しても、対応のスペアアレイのスペア列を用いて置換により救済することができ、製品歩留りを改善することができる。
図2(A)は、不良ノーマル列救済の対応の一例を示す図である。図2(A)において、スペアアレイSP♯0〜SP♯mそれぞれは、4つのスペアビット線対(スペア列)SBL0〜SBL3を含む。
列ブロックCB♯0〜CB♯nそれぞれに対応して、コラムデコード回路Y0〜Ynが設けられる。スペアブロックSP♯に対しては、スペアデコード回路SPDが設けられる。コラムデコード回路Y0〜Ynからは、対応のコラムブロックに含まれるメモリサブアレイに共通にコラム選択線CSLを介して列選択信号が伝達される。スペアデコード回路SPDからは、スペアビット線対SBL0〜SBL3それぞれに対応して設けられるスペアコラム選択線SCSL0〜SCSL3を介してスペアコラム選択信号が伝達される。今、ノーマルメモリサブアレイMB♯00〜MB♯mnそれぞれにおいて互いに独立にノーマル列(ノーマルビット線対)を置換により救済することを考える。
図2(B)は、図2(A)に示すスペアデコード回路SPDの構成の一例を示す図である。図2(B)において、スペアデコード回路SPDは、スペアコラム選択線SCSL0〜SCSL3それぞれに対応して設けられるOR回路OG0〜OG3を含む。OR回路OG0〜OG3それぞれに対しては、行ブロックRB♯0〜RB♯mそれぞれに対応して設けられるスペアデコーダが配置される。OR回路OG0に対しては、スペアデコーダSD00〜SD0mが設けられ、OR回路OG3に対しては、スペアデコーダSD30〜SD3mが設けられる。各行ブロックにおける不良ノーマルビット線対は、各OR回路に対して設けられたスペアデコーダにプログラムされる。
今、図2(A)に示すように、メモリサブアレイMB♯00のノーマルビット線対PBL0をスペアアレイSP♯0のスペアビット線対SBL0で置換し、またメモリサブアレイMB♯0nのノーマルビット線対PBL1を、スペアアレイSP♯0のスペアビット線対SBL1で置換する。また、メモリサブアレイMB♯10のノーマルビット線対PBL2を、スペアアレイSP♯1のスペアビット線対SBL0で置換し、メモリサブアレイMB♯m0およびMB♯mnのそれぞれに含まれる不良ノーマルビット線対PBL3およびPBL4を、スペアアレイSP♯mのスペアビット線対SBL0およびSBL3で置換する。この場合、不良ノーマルビット線対PBL0のアドレスが、スペアデコーダSB00にプログラムされ、不良ノーマルビット線対PBL1のアドレスが、スペアコラム選択線CSL1に対応して設けられたOR回路に対応して設けられるスペアデコーダにプログラムされる。不良ノーマルビット線対PBL2は、そのアドレスが、OR回路OG0に対して設けられたスペアデコーダSD01にプログラムされる。不良ノーマルビット線対PBL3およびPBL4は、それぞれのアドレスが、スペアデコーダSD0mおよびSD3mにプログラムされる。したがって、不良ノーマルビット線対がアドレス指定されたときには、対応のスペアコラム選択線が選択状態へ駆動される。このときには、これらのOR回路の出力信号に従って、コラムデコード回路Y0〜Ynのデコード動作は停止される。すなわち図2(B)に示すスペアデコード回路を用いることにより、メモリサブアレイMB♯00〜MB♯mnそれぞれにおいて互いに独立に、不良ノーマルビット線対の救済を行なうことができる。
この図2(B)に示すスペアデコード回路の構成においては、行ブロックごとに、不良ノーマルビット線対のアドレスのプログラムを行なうことができる。したがってスペアデコーダそれぞれは、「ドントケア」状態を記憶することは要求されない。ノーマルコラム選択線CSLが不良の場合には、各スペアデコーダに、同じアドレス信号をプログラムすればよい。しかしながらこの場合において、スペアデコーダに、「ドントケア」状態を記憶する機能を持たせることにより、行ブロック単位の不良ノーマルビット線対救済に加えて、不良ノーマルコラム選択線の置換による、不良ノーマルビット線対の救済をも併せて行なうことができる。
[変更例]
図3(A)は、図2(A)に示すスペアデコード回路の変更例の構成を示す図である。図3(A)においては、スペアデコーダは、列ブロックに対応して配置される。すなわち、OR回路OG0に対しては、スペアデコーダSD00〜SD0nが配置され、OR回路OG3に対しては、スペアデコーダSD30〜SD3nが配置される。スペアデコーダSD00〜SD0nは、列ブロックブロックCB♯0〜CB♯nにそれぞれ対応し、またスペアデコーダSD30〜SD3nも、それぞれ、列ブロックCB♯0〜CB♯nに対応する。
今、図3(B)に示すように、メモリサブアレイMB♯00のノーマルビット線対PBL0が不良であり、またコラムデコード回路Ynからのコラム選択線CSLが不良の場合を考える。この場合、不良ノーマルビット線対PBL0のアドレスがスペアデコーダSD00にプログラムされ、またノーマルコラム選択線CSLのアドレスが、スペアデコーダSD3nにプログラムされる。この不良ノーマルコラム選択線CSLのプログラム時においては、スペアデコーダSD3nは、列ブロック指定ビットが無効状態にされ、列ブロックCB♯nのメモリサブアレイMB♯0n〜MB♯mnのいずれかの不良列選択線CSLに対応するノーマルビット線対がアドレス指定されても、スペアデコーダSD3nの出力信号は選択状態を示す。
この場合、不良ノーマルビット線対PBL0が、スペアアレイSP♯0のスペアビット線対SBL0により置換され、コラムデコード回路Ynからの不良ノーマルコラム選択線CSLが、スペアコラム選択線SCSL3に置換される。
なお、この図1に示す構成においては、1つのメモリサブアレイが選択されて対応のノーマルグローバルデータバスに接続される。したがって、1ビットのデータの入出力が行なわれる。
図4は、データ読出部の構成を概略的に示す図である。図4において、ノーマルグローバルデータバスNGIO0〜NGIOnそれぞれに対応してメインアンプMAP0〜MAPnが設けられ、スペアグローバルデータバスSGIOに対応してスペアメインアンプMAPsが設けられる。メインアンプMAP0〜MAPnは、メインアンプ活性化信号PAE0〜PAEnの活性化に応答して選択的に活性化され、スペアメインアンプMAPsは、スペアメインアンプ活性化信号PAEsに応答して活性化される。スペアメインアンプ活性化信号PAEsの活性化時、メインアンプ活性化信号PAE0〜PAEnは、すべて非活性状態に保持される。これにより、不良ビットの置換による救済時、正確に1ビットのデータを読出すことができる。データ書込のためには、メインアンプに代えてライトドライバが設けられればよい。
スペアメインアンプPAEsは、OR回路OG0〜OG3の出力信号のいずれかがHレベルとなると活性化される。
なお、この図4に示す読出部の構成において、ノーマルグローバルデータバスNGIO0〜NGIOnは、選択行ブロックに対応して設けられたノーマルローカルデータバスにそれぞれ接続される。しかしながら、コラムデコード回路Y0〜Ynの1つのみがコラム選択線上に活性化された列選択信号を伝達するため、これらのノーマルグローバルデータバスNGIO0〜NGIOnのいずれか1つにのみ、選択メモリセルのデータが伝達される(ノーマルメモリセルがアクセスされたとき)。
なお、選択行ブロックにおいてメモリサブアレイがすべて選択される構成の場合、スペアアレイそれぞれにおいて、スペアサブビット線対それぞれに対応してスペアローカルデータバスを設けるとともに、これらの複数のスペアローカルデータバスに対応してスペアグローバルデータバスを設けることにより対応することができる。図3(A)に示す構成のスペアデコーダSD00〜SD3nを用いて、複数のスペアグローバルデータバスに対応して設けられたメインアンプの1つを選択的に活性化する。また、これらのスペアデコーダSD00〜SD3nの出力信号を用いて、不良ノーマル列の救済が行なわれた列ブロックを検出し、その検出された列ブロックにスペアメインアンプの出力信号を伝達する。これは、スイッチ回路を用いることにより実現することができる。
なお、図2(A)および図3(A)においては、行ブロックまたは列ブロックそれぞれに対応してスペアデコーダが用いられている。しかしながら、このスペアデコーダの数は、このメモリアレイ全体における不良ノーマルビット線対の救済される数に応じて適当に定められればよい。
また、スペアアレイSP♯0〜SP♯mそれぞれにおけるスペアビット線対の数も適当に定められる。1つの列ブロックあたり複数本の割合で、スペアビット線対が設けられてもよい。
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、行ブロックそれぞれにスペアアレイを設け、対応の行ブロックに含まれる複数のサブアレイの任意の不良ノーマル列を、救済可能なように構成しているため、各行ブロックにおいて、効率的に不良ノーマル列の救済を行なうことができる。
また、スペア列(スペアビット線対)を選択するためのスペアデコーダは、複数のメモリサブアレイで共有されるように構成しているため、メモリサブアレイそれぞれに対応してスペアデコーダを設ける必要がなく、回路占有面積が低減され、またスペアデコーダの利用効率も改善される。
[実施の形態2]
図5は、この発明の実施の形態2に従う半導体記憶装置のメモリアレイ部の構成を概略的に示す図である。この図5に示すアレイ構成においては、スペアアレイSP♯0〜SP♯mそれぞれに対応して設けられるブロック選択ゲートBSGsは、対応の行ブロックを選択する信号φ0〜φmと異なる信号φso〜φsmを受ける。すなわち、不良ノーマル列救済時において、スペアグローバルデータバスSGIOには、スペアローカルデータバスSIO0〜SIOmのうち所定数のスペアローカルデータバスが同時に接続される。他の構成は、図1に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付す。
図6は、メモリアクセス時におけるノーマルグローバルデータバスとローカルデータバスおよびスペアローカルデータバスの接続を概略的に示す図である。図6において、ノーマルグローバルデータバスNGIOは、ブロック選択ゲートBSGを介してローカルデータバスLIOiに接続される。このブロック選択ゲートBSGは、行ブロック選択信号φiに応答して導通する。一方、スペアグローバルデータバスSGIOは、スペアブロック選択ゲートBSGsを介してスペアローカルデータバスSIOiに接続されかつ複数のスペアローカルデータバスに同時に接続される。図6においては、ブロック選択ゲートBSGsを介して、スペアローカルデータバスSIOjがスペアグローバルデータデータバスSGIOに同時に接続される対応を代表的に示す。
メモリサブアレイにおいては、複数行複数列にノーマルメモリセルが配列される。一方、スペアアレイにおいても、スペアメモリセルが行列状に配列される。しかしながら、このスペアアレイにおける列の数は、単に、対応の行ブロックにおけるノーマルサブアレイの不良列を救済するために設けられているだけであり、その列の数はノーマルサブアレイの列の数よりも大幅に少ない。したがって、ローカルデータバスLIOiのバス線にそれぞれ寄生容量Caが接続した場合、スペアローカルデータバスSIOiのバス線には、それぞれこれよりも小さな寄生容量Ccが存在する。
一方、ノーマルグローバルデータバスNGIOおよびスペアグローバルデータバスSGIOは、メモリアレイにおいて列方向に延在して配設されており、これらには、ほぼ同じ寄生容量Cbが存在する。したがって、1つのスペアローカルデータバスのみをスペアグローバルデータバスSGIOに接続した場合、その寄生容量は、Cb+Ccとなり、一方、ノーマルメモリセルのアクセス時においては、バス線の寄生容量はCa+Cbとなる。スペアメモリセルアクセス時においては、バスの寄生容量が小さいため、信号がノーマルメモリセルアクセス時よりも速いタイミングで変化する。したがって、ノーマルメモリセルアクセス時とスペア列選択時において、信号伝播遅延が異なるため、内部信号の変化タイミングが異なり、内部タイミングの不一致および誤動作などが生じる可能性がある。特に、この図5に示すメモリアレイが複数個設けられており、複数ビットのデータの入出力が行なわれる構成の場合、1つのメモリアレイにおいてスペア列が選択され、他のメモリアレイにおいてノーマル列が選択された場合、データの転送タイミングが異なり、内部データのセットアップ/ホールド時間が異なることになり、回路動作が不安定となる。
また、クロック信号に同期して順次列を選択していく構成の場合、他のメモリアレイの選択データと並列に読出されてラッチされた後交互に外部に読出される。ノーマルメモリセル選択時とスペア列選択時とでデータ信号の伝達時間が異なる場合、このラッチタイミングに対するセットアップ/ホールド時間が異なり、正確なデータの読出を行なうことができなくなることが考えられる。
そこで、図6に示すように、不良スペアメモリセルアクセス時においては、複数のスペアローカルデータバスを同時にスペアグローバルデータバスSGIOに接続する。これにより、ノーマルメモリセル選択時とスペアメモリセルアクセス時における信号伝播遅延時間を同じとする。
同時に選択状態へ駆動されるスペアローカルデータバスの数kは、具体的には、次式で与えられる。
Cb+Ca=Cb+k・Cc
したがって、次式が得られる。
Ca=k・Cc
これにより、タイミングのミスマッチにより生じる問題を回避することができる。
今、図7に示すように、行ブロックは、RB♯0〜RB♯7の8個設けられている場合を考える。行ブロックRB♯0〜RB♯7は、3ビットのアドレス信号ai、ajおよびakにより指定される。これらの3ビットのアドレス信号ai、ajおよびakのデコードにより、ブロック選択信号φiが生成される。
行ブロックRB♯0〜RB♯3と行ブロックRB♯4〜RB♯7のうちの一方のブロックが、アドレス信号ビットaiにより指定され、行ブロックRB♯0、RB♯1、RB♯4およびRB♯5のグループと行ブロックRB♯2、RB♯3、RB♯6およびRB♯7のグループの一方が、アドレス信号ビットajにより指定され、行ブロックRB♯0、RB♯2、RB♯4およびRB♯6のグループと行ブロックRB♯1、RB♯3、RB♯5およびRB♯7のグループの1つがアドレス信号ビットakにより指定される場合を考える。この場合、アドレス信号ビットai〜akを適当に無効状態(ドントケア状態)に設定して、スペアアレイブロック選択信号φsiを生成することができる。たとえば、アドレス信号ビットakを無効状態とすれば、2つの行ブロックが同時に指定されるため、2つのスペアローカルデータバスをスペアグローバルデータバスに接続することができる。アドレス信号ビットajを無効状態とすれば、同様、2つの行ブロックを指定することができる。アドレス信号ビットajおよびak両者を無効状態とすれば、4つの行ブロックを同時に指定することができる。3ビットのアドレス信号ai〜akすべてを無効状態とすれば、すべての行ブロックを指定することができる。したがって、これらの構成を用いることにより、必要な数(2の倍数)のスペアアレイのスペアローカルデータバスをスペアグローバルデータバスに接続することができる。
図8は、スペアブロックの列選択部の構成を概略的に示す図である。図8においては、2つのスペアアレイSP♯iおよびSP♯jの部分の構成を示す。
図8を参照して、スペアアレイSP♯iにおいて、スペアビット線対SBLをスペアローカルデータバスSIOiに接続するスペアコラム選択ゲートCSGiは、図示しないスペアコラムデコード回路からの列選択信号と行ブロック指定信号φiを受けるAND回路SCGiの出力するローカルコラム選択信号YSiに応答して導通する。スペアアレイSP♯jにおいて、スペアビット線対SBLとスペアローカルデータバスSIOjを接続するスペアコラム選択ゲートCSGjは、スペアコラムデコード回路からのスペアコラム選択線SCSL上に伝達されるスペアコラム選択信号と行ブロック選択信号φjを受けるAND回路SCGjからのスペアローカルコラム選択信号YSjに応答して導通する。スペアローカルデータバスSIOi…SIOjは、それぞれ、ブロック選択信号φsiおよびφsjに応答して導通するスペアブロック選択ゲートBSGsを介してスペアグローバルデータバスSGIOに接続される。
この図8に示す構成において、スペアアレイアクセス時、スペアローカルデータバスSIOi…SIOjが、並列にスペアグローバルデータバスSGIOに結合される。この状態において、選択行ブロックに対応して設けられたスペアアレイのスペアビット線対SBLが対応のスペアローカルデータバスに接続される。これにより、スペアコラムデコード回路からスペアコラム選択線SCSL上に与えられるスペアコラム選択信号が共通にスペアアレイSP♯0〜SP♯mに与えられる構成において、複数のスペアローカルデータバスを同時にスペアグローバルデータバスに接続する場合においても、正確に、アドレス指定された不良列に対応するスペア列を選択して、データアクセスを行なうことができる。これにより、プリチャージ状態に保持されたスペアビット線対が対応のスペアローカルデータバスを介してスペアグローバルデータバスに接続されてスペアメモリセルデータが破壊されるのを防止することができる。
なお、上述の説明おいて、行ブロック指定用のアドレス信号ビットを縮退状態(ドントケア状態)に設定して、複数のスペアローカルデータバスを同時にスペアグローバルデータバスに接続することを行なっている。しかしながら、別にデコード回路を設け、各行ブロック指定時において同時に選択されるスペアローカルデータバスの組がこのデコード回路の出力により決定される構成が用いられてもよい。
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、複数のスペアローカルデータバスを並列にスペアグローバルデータバスに接続するように構成しているため、ノーマルメモリセルアクセス時およびスペアメモリセルアクセス時におけるグローバルデータバスの信号伝播遅延を同じとすることができ、内部タイミングのミスマッチにより生じる問題を回避することができ、安定に動作する半導体記憶装置を実現することができる。
[実施の形態3]
図9は、この発明の実施の形態3に従う半導体記憶装置の要部の構成を概略的に示す図である。図9において、メモリアレイは、列方向に沿って複数の行ブロック(センスアンプブロック)RBX♯0〜RBX♯mに分割される。行ブロックRBX♯1〜RBX♯mは、ノーマルメモリセルが行列状に配列されたノーマルメモリサブアレイMA♯1〜MA♯mでそれぞれ構成される。行ブロックRBX0においては、行列状に配列されるノーマルメモリセルを有するノーマルメモリサブアレイMA♯0と、そのノーマルメモリサブアレイMA♯0と列を共有して複数行に配列されるスペアメモリセルを有するスペアアレイSPX♯とを含む。このスペアアレイSPX♯に含まれる複数のスペア行(スペアワード線)は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mに含まれる不良ノーマルワード線と置換可能である。ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mそれぞれに対応して、ロウデコーダX0〜Xmが設けられ、スペアアレイSPX♯に対しスペアロウデコード回路SPDXが配置される。
この図9に示す構成においては、スペアアレイSPX♯を、ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mに共通に配置する。したがって、1つのノーマルメモリサブアレイにおいて不良行が集中的に存在する場合においても、スペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線を用いて置換救済を行なうことができ、製品歩留りを改善することができる。また、スペアロウデコーダを複数のノーマルメモリサブアレイ(行ブロック)で共有することにより、スペアデコーダの数を低減することができる。
図10は、図9に示すスペアロウデコーダ回路SPDXの構成を概略的に示す図である。図10においては、スペアアレイSPX♯においては、4本のスペアワード線SWL0〜SWL3が設けられた場合のスペアロウデコード回路SPDXの構成が一例として示される。このスペアロウデコード回路SPDXは、スペアワード線SWL0〜SWL3それぞれに対応して設けられるスペアロウデコーダSDX0〜SDX3を含む。これらのスペアロウデコーダSDX0〜SDX3には、それぞれ、メモリサブアレイを特定するブロックアドレスおよびサブアレイ内の行アドレス両者をプログラムする。今、図10に示すように、ノーマルメモリサブアレイMA♯0に含まれる不良ノーマルワード線WL0、ノーマルメモリサブアレイMA♯1に含まれる不良ノーマルワード線WL1およびWL2、ノーマルメモリサブアレイMA♯mに含まれる不良ノーマルワード線WL3をスペアワード線との置換により救済する場合を考える。この場合、スペアロウデコーダSDX0にワード線WL0のアドレス(ブロックアドレスを含む)がプログラムされ、スペアロウデコーダSDX1およびSDX2それぞれに、不良ノーマルワード線WL1およびWL2のアドレスがプログラムされ、スペアロウデコーダSDX3に不良ノーマルワード線WL3のアドレスがプログラムされる。したがって、不良ノーマルワード線WL0、WL1、WL2、およびWL3が、それぞれ、スペアワード線SWL0、SWL1、SWL2、およびSWL3により置換される。
したがって、スペアロウデコーダが、ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mにそれぞれにより共有されるため、ノーマルメモリサブアレイそれぞれに対応してスペアロウデコーダを設ける必要がなく、アレイ占有面積の増加を抑制することができる。また、スペアワード線は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mにより共有されるため、スペアワード線の利用効率が改善される。
また、この行ブロックRBX♯0においてスペアアレイSPX♯を、ノーマルメモリサブアレイMA♯0〜MA♯mに共通に設けることにより、このスペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線SWLを、任意のノーマルメモリサブアレイが使用することができ、スペアワード線の利用効率を改善することができる。
また、スペアアレイSPX♯をノーマルメモリサブアレイMA♯0に含ませることにより、このスペアデコーダSDX0〜SDX3の1つが選択されたとき、この行ブロックRBX♯0に対して設けられるセンスアンプを活性化する構成が用いられればよく、センスアンプの制御動作も簡略化される。
なお、図9および10に示す構成においては、行ブロックRBX♯0〜RBX♯mにおいて、1つの行ブロックが選択されてセンス動作が行なわれる(ワード線選択が行なわれる)。
また、スペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線SWLの数は任意である。
以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、スペアワード線は、複数のノーマルメモリサブアレイに共通に使用されるように1つのスペアアレイ内に一括して設けているため、スペアロウデコーダの数が低減され、またスペアワード線の使用効率が改善される。
[実施の形態4]
図11は、この発明の実施の形態4に従う半導体記憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。図11において、メモリアレイは、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nと、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nと列方向において交互に配設されるノーマルメモリサブアレイMA♯1−0〜MA♯1−Nを含む。ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0に対しては、スペアワード線SWLが所定数設けられたスペアアレイSPX♯0が配置され、1つの行ブロック(センスアンプブロック)RBX♯0を構成し、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−Nにおいては、スペアワード線SWLが所定数配置されたスペアアレイSPX♯1が設けられ、行ブロックRBX♯1が構成される。ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−NおよびMA♯1−0〜MA♯1−Nは、それぞれ行列状に配列されるノーマルメモリセルを有する。
列方向において隣接するメモリサブアレイの間に、センスアンプ帯SAB1〜SABmが配置される。ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0の外側にセンスアンプ帯SAB0が配置され、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−Nに隣接して、センスアンプ帯SABm+1が配置される。
これらのセンスアンプ帯SAB0〜SABm+1は、交互配置型シアードセンスアンプの構成を有する。1つのノーマルメモリサブアレイまたは行ブロックが選択されたとき、その両側に設けられたセンスアンプ帯に含まれるセンスアンプにより、センス動作が行なわれる。
行ブロックRBX♯0に含まれるスペアアレイSPX♯0のスペアワード線は、メモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nに含まれるノーマルワード線と置換可能であり、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−Nに設けられたスペアアレイSPX♯1の各スペアワード線は、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0〜MA♯1−Nに含まれるノーマルワード線と置換可能である。
通常動作時においては、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nのいずれか1つが選択されるか、または、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0〜MA♯1−Nのいずれか1つが選択される。すなわち、この図11に示す構成において、1つのノーマルメモリサブアレイが選択状態へ駆動される。以下に、このノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−NとノーマルメモリサブアレイMA♯1−0〜MA♯1−Nとを列方向において交互に配置しかつこれらのサブアレイ群それぞれに、スペアアレイを設けることにより得られる効果について説明する。
今、図12に示すように、行ブロックRBX♯0に含まれるスペアアレイSPX♯のスペアワード線が、すべてのノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能な場合を考える。シェアードセンスアンプ構成においては、センスアンプ帯SAB1の両側に、行ブロックRBX♯0およびノーマルメモリサブアレイMA♯1−0が配置される。センスアンプ帯SAB1と行ブロックRBX♯0の間には、ビット線分離ゲートBLIG0が配置され、センスアンプ帯SAB1とノーマルメモリサブアレイMA♯1−0の間には、ビット線分離ゲートBLIG1が配置される。ビット線分離ゲートBLIG0へは、置換指示信号/φspとサブアレイ指定信号φ1を受けるNOR回路OGaの出力信号がビット線分離制御信号として与えられる。ビット線分離ゲートBLIG1に対しては、置換指示信号φspとサブアレイ指定信号φ0とを受けるNOR回路OGbの出力信号がビット線分離指示信号として与えられる。置換指示信号φspは、不良ノーマルセルがアドレス指定されて、スペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線が選択されるとき、選択的に活性状態のHレベルとされる。サブアレイ指定信号φ1は、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0が指定されたときに活性状態のHレベルとされ、サブアレイ指定信号φ0は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0が指定されたときに、活性状態のHレベルとされる。
今、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0に含まれる不良ノーマルワード線が、スペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線で置換された場合を考える。ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0の不良ノーマルワード線がアドレス指定されたとき、また、サブアレイ指定信号φ1がHレベルとなり、一方、サブアレイ指定信号φ0がLレベルを維持する。したがって、NOR回路OGaの出力信号がLレベルとなり、ビット線分離ゲートBLIG0が非導通状態となり、このスペアアレイSPX♯が、センスアンプ帯SAB1から切離される。一方、この不良ノーマルワード線をスペアアレイSPX♯に含まれるスペアワード線で置換するため、置換指示信号φspもHレベルへ駆動されるため、NOR回路OGbの出力信号もHレベルに立上がり、ビット線分離ゲートBLIG1も非導通状態となる。したがって、センスアンプ帯SAB1は、このスペアアレイSPX♯およびノーマルメモリサブアレイMA♯1−0両者から切離されることになり、不良ノーマルワード線の救済を行なうことができなくなる。
これを防止するためには、ビット線分離ゲートBLIG0をスペアワード線使用時に導通状態とするために、図13に示す回路を、このビット線分離制御回路として用いることが考えられる。
図13において、このビット線分離制御回路は、サブアレイ指定信号φ1を受けるインバータOGaaと、インバータOGaaの出力信号と置換指示信号φspを受けるOR回路OGabを含む。この図13に示すビット線分離制御回路の場合、ノーマルメモリサブアレイがアドレス指定されたときには、インバータOGaaの出力信号がLレベルとなる。不良ノーマルワード線がアドレス指定されていない場合には、置換指示信号φspがLレベルであり、したがってOR回路OGabの出力信号がLレベルとなり、ビット線分離ゲートBLIG0を非導通状態とすることができる。一方、置換指示信号φspが活性化されスペアアレイに含まれるスペアワード線を使用するときには、OR回路OGabの出力信号は、Hレベルとなり、ビット線分離ゲートBLIG0が導通状態となる。
しかしながら、この図13に示すビット線分離制御回路を用いた場合、他のビット線分離ゲートに対して設けられた制御回路と回路構成が異なり、ゲート段数が異なる(OR回路は、NOR回路とその出力信号を受けるインバータとで構成される)。したがって、ゲート遅延が異なり、タイミングマージンが減少し、誤動作が生じる可能性がある。
図11に示すように、スペアアレイSPX♯0においては、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を配置することにより、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0の不良ノーマルワード線がアドレス指定されたときには、この行ブロックRBX♯0に含まれるスペアアレイに含まれるスペアワード線は使用されない。したがって、この場合、図14に示すようなビット線分離制御回路を利用することにより、正確に、不良ノーマルワード線の置換による救済を行なうことができる。
図14において、ビット線分離ゲートBLIG0に対して、サブアレイ指示信号φ1を受ける2入力NOR回路OGcが設けられ、ビット線分離ゲートBLIG1に対しては、スペア置換指示信号φsp0とサブアレイ指定信号φ0を受けるNOR回路OGdが設けられる。スペア置換指示信号φsp0は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nのいずれかにおいて不良ノーマルワード線がアドレス指定されたときに、活性状態のHレベルへ駆動される。サブアレイ指示信号φ0は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0が指定されたときに活性状態のHレベルへ駆動され、サブアレイ指示信号φ1は、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0が指定されたときに活性状態のHレベルへ駆動される。サブアレイMA♯0−0に対応して設けられるスペアアレイSPX♯0が使用されるときには、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0がアドレス指定されることはない。これは、スペアアレイSPX♯0に含まれるスペアワード線は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nに含まれる不良ノーマルワード線がアドレス指定された場合に選択されるためである。また、この場合、NOR回路OGcの出力信号がHレベルを維持し、一方、NOR回路OGdの出力信号がLレベルとなり、センスアンプ帯SAB1は、行ブロックRBX♯0に接続され、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0から切離される。逆に、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0がアドレス指定されたときには、NOR回路OGcの出力信号がLレベルとなり、行ブロックRBX♯0が、センスアンプ帯SAB1から切離され、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0が、センスアンプ帯SAB1に接続される(NOR回路OGdの出力信号がHレベルを維持する)。
他方の行ブロックRBX♯1に対しても、同様の構成が設けられる。これにより、スペアアレイを含むメモリブロックおよびこれに隣接するメモリサブアレイが同時にアドレス指定されることがなく、正確な、不良救済を行なうことができる。
図15は、この発明の実施の形態4における半導体記憶装置における不良ノーマルワード線の置換の態様の一例を概略的に示す図である。図15において、スペアアレイSPX♯0は、ノーマルメモリサブアレイMA♯0−0〜MA♯0−Nの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。スペアアレイSPX♯1は、ノーマルメモリサブアレイMA♯1−0〜MA♯1−Nに含まれる不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。センスアンプ帯を共有するノーマルサブアレイは、そのアドレス信号ビットRAjの値が異なる。これにより、アクセス衝突(ノーマル/スペアワード線の同時選択)による誤動作を防止することができ、正確な不良救済を行なうことができる。
[実施の形態5]
図16は、半導体記憶装置に含まれるメモリセルの構成を示す図である。図16においては、ワード線WLaおよびWLbとビット線BLの交差部に対応して配置される2つのメモリセルMCaおよびMCbを代表的に示す。メモリセルMCaおよびMCbの各々は、キャパシタMQと、対応のワード線(WLaまたはWLb)の信号電位に応答してキャパシタMQをビット線BLに接続するnチャネルMOSトランジスタで構成されるアクセストランジスタMTを含む。これらのメモリセルMCaおよびMCbは、ダイナミック型メモリセルであり、ビット線BLおよび/BLが対をなして配設され、ビット線BLおよび/BLに生じた電位差が、センスアンプにより差動増幅される。
この図16に示す配置において、ワード線WLaが選択状態へ駆動されるとき、ワード線WLaおよびWLbの間の寄生容量による容量結合により、非選択ワード線WLbの電圧レベルが上昇し、メモリセルMCbに含まれるアクセストランジスタMTが弱いオン状態となり、キャパシタMQの蓄積電荷が、ビット線BLに伝達される。また、選択ワード線WLaの非選択移行時、ワード線WLaとビット線BLの間の容量結合により、ビット線BLの電圧レベルが低下し(ビット線BLが接地電圧レベルに駆動されているとき)、ビット線BLの電圧レベルが低下し、非選択ワード線WLbに接続されるメモリセルMCbのアクセストランジスタMTが弱いオン状態となり、キャパシタの蓄積電荷がビット線BLに流出する。このような、ワード線を選択するときの、非選択ワード線に接続されるメモリセルに電流リークを生じる現象は、「ディスターブリフレッシュ」と呼ばれる。メモリセルの電荷保持特性が悪い場合、一定の周期でリフレッシュが行なわれる前に、メモリセルの記憶データが消失し、ソフトエラーが生じる。このような「ディスターブリフレッシュ」特性をテストするために、ワード線を順次選択状態へ駆動し、メモリセルの電荷保持特性を試験する「ディスターブ・リフレッシュ・テスト」が行なわれる。この「ディスターブ・リフレッシュ・テスト」においては、各メモリセルに所定回数のディスターバンスを与えるために、ワード線は所定回数選択状態へ駆動される。半導体記憶装置の記憶容量が増加すれば、応じてワード線の数も多くなり、この「ディスターブ・リフレッシュ・テスト」に要する時間が大きくなる。このようなディスターブ・リフレッシュ・テストを高速で行なうために、この「ディスターブ・リフレッシュ・テスト」においては、通常動作モード時に同時に選択されるワード線の数よりも、より多くのワード線を同時に選択状態へ駆動することが行なわれる。この場合、ワード線選択態様によっては、フレキシブル・リダンダンシィ構成を利用した場合、1つのサブアレイにおいてスペアワード線とノーマルワード線とが同時に選択状態へ駆動され、アクセス競合が生じ、メモリセルの記憶データが破壊され、ディスターブ・リフレッシュ・テストを行なうことができなくなるという問題が生じる。以下に、ディスターブ・リフレッシュ・テストなどの、通常動作モード時よりもより多くのワード線を同時に選択状態へ駆動する場合においても、1つのメモリサブアレイ内においてノーマルワード線とスペアワード線とを同時に選択するのを防止することのできる構成について説明する。
図17は、この発明の実施の形態5に従う半導体記憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。図17において、メモリアレイは、2つのメモリマットB♯0およびB♯1を含む。メモリマットB♯0は、ノーマルメモリサブアレイMB♯00−0〜MB♯00−Nと、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−0〜MB♯01−Nを含む。ノーマルメモリサブアレイMB♯00−0〜MB♯00−Nと、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−0〜MB♯01−Nは、交互に配置される。これらのノーマルメモリサブアレイMB♯00−0〜MB♯00−NおよびMB♯01−0〜MB♯01−Nの間に、斜線領域で示すセンスアンプ帯が配置される。ノーマルサブアレイMB♯00−0に、スペアワード線を含むスペアアレイSPX♯00が配置され、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−Nに対応して、スペアワード線を含むスペアアレイSPX♯01が配置される。ノーマルメモリサブアレイMB♯00−0およびスペアアレイSPX♯00が、行ブロック(センスアンプブロック)RB♯00を構成し、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−NおよびスペアアレイSPX♯01が、行ブロックRB♯01を構成する。ノーマルメモリサブアレイMB♯00−0〜MB♯00−Nが、たとえばロウアドレス信号ビットRAjが1のときに指定されるメモリブロック群B♯00を構成し、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−0〜MB♯01−Nが、ロウアドレス信号ビットRAjがたとえば0のときに選択されるメモリブロック群B♯01を構成する。
メモリマットB♯1は、ノーマルサブアレイMB♯10−0〜MB♯10−Nと、ノーマルメモリサブアレイMB♯11−0〜MB♯11−Nを含む。ノーマルメモリサブアレイMB♯10−0〜MB♯10−NとノーマルメモリサブアレイMB♯11−0〜MB♯11−Nは、列方向に沿って交互に配置される。これらのノーマルメモリサブアレイMB♯10−0〜MB♯10−NとノーマルメモリサブアレイMB11−0〜MB♯11−Nの間には、斜線領域で示すセンスアンプ帯が配置される。ノーマルメモリサブアレイMB♯10−0に対応してスペアワード線を含むスペアアレイSBX♯10が配置され、ノーマルメモリサブアレイMB♯11−Nに対してスペアアレイSPX♯11が配置される。ノーマルメモリサブアレイMB♯10−0およびスペアアレイSPX♯10が、行ブロック(センスアンプブロック)RB♯10−0を構成し、ノーマルメモリサブアレイMB♯11−NおよびスペアアレイSPX♯11が、行ブロックRB♯11−Nを構成する。ノーマルメモリサブアレイMB♯10−0〜MB♯10−Nが、メモリブロック群B♯10に含まれ、ノーマルメモリサブアレイMB♯11−0〜MB♯11−Nが、メモリブロック群B♯11に含まれる。
この図17に示すアレイ構成において、行ブロックRB♯00に設けられたスペアアレイSPX♯00は、メモリブロック群B♯10に含まれるノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。行ブロックRB♯01に含まれるスペアアレイSPX♯01は、メモリブロック群B♯11に含まれるノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。また、行ブロックRB♯10−0に含まれるスペアアレイSPX♯10は、メモリブロック群B♯00に含まれるノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。行ブロックRB♯11−Nに含まれるスペアアレイSPX♯11は、メモリブロック群B♯01に含まれるノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。次に動作について説明する。
今、図18(A)に示すように、1つのノーマルメモリサブアレイが、アドレス信号ビットRA0〜RAhにより指定される場合を考える。メモリマットの指定は、ロウアドレス信号ビットRAiで行なわれ、メモリブロック群の指定は、ロウアドレス信号ビットRAjに行なわれる。
通常動作モード時においては、これらのアドレス信号ビットRA0〜RAjはすべて有効であり、1つのマットが指定され、指定されたマットにおいて1つのメモリブロック群が指定され、かつ指定されたメモリブロック群において1つのノーマルメモリサブアレイが指定される。アドレス指定されたワード線が不良ノーマルワード線の場合、置換すべきスペアワード線は、選択メモリマットと異なるメモリマットに含まれている。したがって、何ら問題なく、不良ノーマルワード線の置換を行なうことができる(センスアンプ帯の共有の問題も生じない)。
一方、通常動作モード時と異なるテスト動作モード時において図18(B)に示すように、ロウアドレス信号ビットRAjを縮退状態とする。これにより、メモリマットB♯0およびB♯1のうち1つのメモリマットが指定され、指定されたメモリマット内において、2つのメモリブロック群それぞれから、ノーマルメモリサブアレイが指定される。1つのメモリマットにおいて2つのノーマルメモリサブアレイが指定されるため、この選択時、センスアンプ帯を共有しないノーマルサブアレイが指定されるようにアドレス信号ビットの割当てが行なわれる。アドレス指定されたノーマルワード線が、不良ノーマルワード線の場合、対応のスペアワード線は、非選択メモリマット内に準備されている。したがって、1つのメモリマット内において、複数(2本)のノーマルワード線が同時に指定される場合においても、行ブロックRB♯00、RB♯01、RB♯10、およびRB♯11において、同時にスペアワード線とノーマルワード線とが選択状態へ駆動されるのが防止される。また、非選択メモリマットにおいては、不良ノーマルワード線置換時において行ブロックのスペアワード線が選択状態へ駆動されるだけであり、センスアンプ帯の共有の問題も生じない。
たとえば、テスト動作モード時において、メモリマットB♯0が指定され、メモリブロック群B♯00およびB♯01それぞれからノーマルメモリサブアレイが選択された場合、対応のスペアワード線は、非選択メモリマットB♯1の行ブロックRB♯10に含まれるスペアアレイSPX♯10および/または行ブロックRB♯11に含まれるスペアアレイSPX♯11に準備されている。したがって、スペアワード線が選択されるメモリマットとノーマルワード線が選択されるメモリマットは互いに異なるため、ノーマルワード線とスペアワード線とが1つのメモリアレイ内において同時に選択されるのが防止される。また、アドレス信号ビットの適当な割当てにより、1つのメモリマットにおいてセンスアンプ帯を共有しない2つのノーマルサブアレイを同時に選択状態へ駆動することができる。なお、このメモリマットの数を増加させれば、同時に選択状態へ駆動されるノーマルワード線の数はさらに増加させることができる。
図19は、動作モードに応じて選択サブアレイの数を変更するための部分の構成を示す図である。図19において、アドレス信号ビットRAjとテストモード指示信号TEを受けるゲート回路(OR回路)GTが設けられる。テストモード指示信号TEが活性状態のHレベルとなると、ロウアドレス信号ビットRAjの値にかかわらず、メモリブロック群指定信号φBが活性状態のHレベルとなる。したがって、テスト動作モード時に、ロウアドレス信号ビットRAjを縮退状態として、1つのメモリマットにおいて、2つのメモリブロック群それぞれからノーマルサブアレイを指定することができる。
また、センスアンプ帯を共有しないノーマルサブアレイの指定のためには、一方のメモリブロック群のアドレスを割当てと他方のメモリブロック群のアドレス割当てを、逆方向にすればよい(一方のメモリブロック群が列方向に沿って上から下に向かってアドレス0からNを割当てられたとき、他方のメモリ群のノーマルサブアレイは、アドレス0からNへ下から上に向かって順次割当てられる)。
また、非選択メモリマットにおけるセンスアンプ帯とスペアアレイとの接続およびセンス動作については、スペアデコーダを常時動作させて比較動作を行なわせ、その結果を図14に示す構成と同様の構成で各行ブロックのスペアアレイへ与えることにより実現される。対応の行ブロックに対応して設けられたセンスアンプ制御回路をこのスペアデコーダの出力信号が活性状態のときに活性状態へ駆動する構成が用いられればよい。これにより、非選択メモリマットにおいてスペアワード線を使用するときに、対応のセンスアンプを活性化することができる。
また、データアクセスのためには、図4に示す構成と同様の構成が用いられればよい(ディスターブリフレッシュテスト時、データアクセスは行なわれない)。
[変更例]
図20は、この発明の実施の形態5の変更例の構成を概略的に示す図である。図20においても、図17に示す構成と同様、メモリアレイは、2つのメモリマットB♯0およびB♯1に分割される。メモリマットB♯0において、メモリブロック群B♯00に属するノーマルメモリサブアレイMB♯00−0〜MB♯00−Nとメモリブロック群B♯01に含まれるノーマルメモリサブアレイMB♯01−0〜MB♯01−Nが列方向に沿って交互に配置される。ノーマルメモリサブアレイMB♯00−0に対応してスペアアレイSPX♯00が配置され、ノーマルメモリサブアレイMB♯01−Nに対応してスペアアレイSPX♯01が配置される。スペアアレイSPX♯00は、メモリブロック群B♯00に属するノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能な複数のサブスペアワード線を含み、スペアアレイSPX♯01は、メモリブロック群B♯01に属するノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能なスペアワード線を含む。
メモリマットB♯1においては、メモリブロック群B♯10に含まれるノーマルメモリサブアレイMB♯10−0〜MB♯10−Nとメモリブロック群B♯11に含まれるノーマルメモリサブアレイMB♯11−0〜MB♯11−Nが、列方向に沿って交互に配置される。ノーマルメモリサブアレイMB♯10−0に対応してスペアアレイSPX♯10が配置され、ノーマルメモリサブアレイMB♯11−Nに対応してスペアアレイSPX♯11が配置される。スペアアレイSPX♯10は、メモリブロック群B♯10に含まれるノーマルメモリサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能な複数のサブワード線を含み、スペアアレイSPX♯11は、メモリブロック群B♯11に含まれるノーマルサブアレイの不良ノーマルワード線と置換可能な複数のスペアワード線を含む。
この図20に示す配置においても、各ノーマルサブアレイ間においては、斜線領域で示すセンスアンプ帯が配置される。
この図20に示す構成において、ノーマルモード時においては、メモリマットB♯0およびB♯1の一方が選択され、かつ選択メモリマットにおいて1つのノーマルメモリサブアレイが選択される。したがって、選択された1つのメモリマットにおいて、図11に示す構成と同じノーマルワード線の選択および不良ノーマルワード線の置換および救済が行なわれる。
テストモード時においては、たとえばロウアドレス信号ビットRAiが縮退状態とされ、メモリマットB♯0およびB♯1がともに指定される。これらのメモリマットB♯0およびB♯1それぞれにおいて、1つのノーマルサブアレイが選択される。メモリマットB♯0およびB♯1それぞれにおいては、異なるメモリブロック群に含まれるノーマルサブアレイが交互に配置されており、またセンスアンプ帯を共有するノーマルサブアレイは異なるメモリブロック群に含まれている。したがって、テストモード時において、何らセンスアンプを共有するノーマルメモリサブアレイが同時に指定されるというセンスアンプ競合の問題を生じることなく複数(2本)のノーマルワード線またはスペアワード線を選択状態へ駆動して、テスト動作を行なうことができる(行ブロックRB♯00〜RB♯11のいずれかにおいて、同時に、ノーマルワード線とスペアワード線が選択状態へ駆動されることはない)。これにより、ディスターブリフレッシュテストを高速で行なうことができる。
なお、この実施の形態5においては、ディスターブリフレッシュテストが述べられている。しかしながら、セルフリフレッシュモード時において、通常動作モード時よりも数多くのワード線が選択状態へ駆動される構成が用いられる場合、このテストモード指示信号に代えてセルフリフレッシュ指示信号が用いられれば、同様の効果が得られる。この変更例の構成においてアドレス信号ビット(メモリマット特定用のアドレス信号ビット)RAiを縮退する構成としては、図19に示す構成と同じ構成を利用することができる。
以上のように、この発明の実施の形態5に従えば、複数のメモリマットを設け、ディスターブリフレッシュテストなどの特定の動作モード時に、通常動作モード時よりも数多くのノーマルワード線を選択状態へ駆動する場合、1つの行ブロックにおいてノーマルワード線とスペアワード線とが同時に選択状態とならないように構成しているため、フレキシブル・リダンダンシィ構成の特徴、すなわちスペアデコーダおよびスペアワード線の効率的利用という特徴を損なうことなく所望の動作モードを正確に実現することができる。
なお、この変更例の構成においてもメモリマットの数を増加させることにより、容易に、より多くのノーマルワード線(4本、8本)を同時に選択状態へ駆動することができる。
[実施の形態6]
図21(A)は、この発明の実施の形態6に従う半導体記憶装置の要部の構成を概略的に示す図である。図21(A)において、メモリアレイは、複数のメモリアレイブロック2a〜2nに分割される。メモリアレイブロック2a〜2nは、行列状に配列される複数のメモリセルを含む。ブロック単位で、メモリセル行の選択が行なわれる。メモリアレイブロック2a〜2nそれぞれに対応して、メモリアレイブロック2a〜2nのメモリセル行を選択状態へ駆動するためのロウ系周辺回路3a〜3nが配置される。これらのロウ系周辺回路3a〜3nは、その構成は後に詳細に説明するが、アドレス信号をデコードするデコード回路(プリデコーダを含んでもよい)およびそのデコード回路の出力信号に従ってメモリセル行を選択状態へ駆動するためのワード線ドライブ回路を含む。
ロウ系周辺回路3a〜3nそれぞれと主電源供給線1との間に、選択信号φBa〜φBnに応答して選択状態へ駆動される電源スイッチ回路(SW)4a〜4nが設けられる。これらの電源スイッチ回路4a〜4nの各々は、選択状態へ駆動されたとき、非選択状態のときよりも大きな電流の流れを生じさせる。主電源供給線1には、所定の電圧Vrが与えられる。この電圧Vrは、電源電圧Vcc、接地電圧Vssおよび高電圧Vppのいずれかまたはこれらの組合せであってもよい。ロウ系周辺回路3a〜3nの構成に応じて適当な電圧が、この電圧Vrとして選択される。
電源スイッチ回路4a〜4nの選択/非選択を決定するために、アドレス信号ADとセルフリフレッシュモード指示信号SRとに従って選択信号φBa〜φBn(これは総称して制御信号と称す)を生成する電源ブロックデコーダ6が設けられる。アドレス信号ADは、また、ロウ系周辺回路3a〜3nへ、メモリセル行(ワード線)指定アドレスとして与えられる。
電源ブロックデコーダ6は、通常動作モード時(ノーマルモード時)とセルフリフレッシュモード時において、選択状態へ駆動される電源スイッチ回路の数を異ならせる。この電源ブロックデコーダ6は、セルフリフレッシュモード時とノーマルモード時とで、電源スイッチ回路4a〜4nの選択シーケンスを異ならせる。これらの特徴により、メモリアレイブロック2a〜2nにおいてスペア線が含まれる場合においても、何らアクセス時間を増大させることなく低消費電流で動作する半導体記憶装置を実現することができる。
図21(B)は、図21(A)に示すロウ系周辺回路3a〜3nの構成の一例を示す図である。図21(B)においては、1つのロウ系周辺回路3の構成を代表的に示す。
メモリアレイブロック2(2a〜2n)においては、メモリセルMCが行列状に配列され、またメモリセルMCの行それぞれに対応してワード線WLa〜WLmが配置される。メモリセルの列それぞれに対応してビット線対BL,/BLが配置されるが、図21においてはビット線BLのみを示す。
ロウ系周辺回路3は、これらのワード線WLa〜WLmそれぞれに対応して設けられる繰返し回路を含む。ここで、繰返し回路は、同じ回路構成を有しかつ同一機能を実現する。複数の繰返し回路のうち所定数の繰返し回路がアドレス信号により選択される。
図21(B)において、繰返し回路は、NAND型デコード回路11(11a〜11m)と、NAND型デコーダ回路の出力信号に従って対応のワード線WL(WLa〜WLm)を選択状態へ駆動するワード線ドライブ回路12(12a〜12m)を含む。
スタンバイサイクル時においては、NAND型デコード回路11a〜11mの出力信号はHレベルである。したがって、スタンバイサイクル時においては、これらのNAND型デコード回路11a〜11mにおいては、接地ノードへのサブスレッショルドリーク電流が生じる。このため、NAND型デコード回路11a〜11mは副接地線15nに各接地ノードが結合される。この副接地線15nは、電源スイッチトランジスタ14nを介して接地ノードへ結合される。この電源スイッチトランジスタ14nは、制御信号φBinに応答してオン状態となる。
一方、インバータ型ワード線ドライブ回路12a〜12mにおいては、スタンバイサイクル時入力信号がHレベルであり、電源ノードからサブスレッショルドリーク電流が流れ込む。したがって、これらのインバータ型ワード線ドライブ回路12a〜12mの電源ノードは副電源線15pに結合される。この副電源線15pは、選択信号φBipに応答して導通する電源スイッチトランジスタ14pを介して電圧源ノード16に結合される。この電圧源ノード16へは、電源電圧Vccまたは高電圧Vppが印加される。この電圧源ノード16へ印加される電圧は、この繰返し回路の構成に応じて適当に定められる。
NAND型デコード回路11a〜11mは、他方電源ノードが、共通に主電源線に結合され、インバータ型ワード線ドライブ回路12a〜12mの接地ノードは、主接地線に結合される。
スタンバイサイクル時において、制御信号φBinをLレベル(接地電圧レベル)、制御信号φBipをノード16の電圧レベルのHレベルに設定する。これにより、電源スイッチトランジスタ14nおよび14pがオフ状態とされる。これらの電源スイッチトランジスタ14nおよび14pは、大きなしきい値電圧を有しており、オフ状態時においては、そのサブスレッショルドリーク電流は極めて小さい。一方、NAND型デコード回路11a〜11mおよびワード線ドライブ回路12a〜12mは、ロウVthのMOSトランジスタを構成要素として含む。したがって、スタンバイサイクル時における、これらの繰返し回路すなわちロウ系周辺回路における消費電流を低減することができる。また、これらの繰返し回路が高速動作するため、アクセス時間を短縮することができる。
なお、図21(A)および図21(B)の対応関係において、電源スイッチ回路4a〜4nの各々は、電源スイッチトランジスタ14nおよび14pに対応し、副電源電圧供給線5a〜5nの各々は、副接地線15nおよび副電圧供給線15pに対応する。接地ノードおよび電圧源ノード16は、主電源供給線1に対応する。次に、具体的な、電源スイッチ回路4a〜4nの選択態様について説明する。
まず、説明を簡単にするために、スペア線が含まれていない場合の選択動作について説明する。
[階層電源構成1]
図22は、この発明の実施の形態6に従う半導体記憶装置の要部の構成を概略的に示す図である。この図22においては、メモリアレイが、8個のメモリブロックMAB1〜MAB8に分割される。メモリブロックMAB1〜MAB8の各々は、図21(A)に示すメモリアレイブロック2(2a〜2n)および対応のロウ系周辺回路(3a〜3n)を含む。メモリブロックMAB1〜MAB4が、1つのグローバルブロックGAB0を構成し、メモリブロックMAB5〜MAB8が1つのグローバルブロックGAB1を構成する。
メモリブロックMAB1〜MAB8それぞれに対応して電源スイッチ回路SW1〜SW8が配置される。これらの電源スイッチ回路SW1〜SW8の各々は、それぞれ、メモリブロックMAB1〜MAB8それぞれに対応して配置される副電圧供給線と対応のメモリブロックとを結合する。
アドレス割当において、ブロック指定のために、3ビットのアドレス信号RA1、RA2およびRA3が用いられる。アドレスビットRA1により、グローバルブロックGAB0およびGAB1の一方が指定される。アドレスビットRA2およびRA3の組合せにより、グローバルブロックGAB0およびGAB1それぞれにおいて1つのメモリブロックが指定される。したがって、これらの3ビットのアドレス信号RA1〜RA3により、1つのメモリブロックを選択して、メモリセル行を選択することができる。
図23(A)は、ノーマルモード時における選択メモリブロックと選択電源スイッチ回路を示す図である。図23(A)において、ノーマルモード時においては、メモリブロックMAB1〜MAB8のうち1つのメモリブロックが選択され、アドレス指定されたワード線が選択状態へ駆動される。図23(A)においては、一例として、メモリブロックMAB2においてワード線WLが選択状態へ駆動される。このメモリブロックMAB2が選択されたときには、このメモリブロックMAB2を含むグローバルブロックGAB0に対して設けられる電源スイッチ回路SW1〜SW4をすべて選択状態へ駆動する。
図23(B)に示すように、電源スイッチ回路SW1〜SW4の組と電源スイッチ回路SW5〜SW8の組の選択は、アドレス信号ビットRA1により行なわれる。したがって1ビットのアドレス信号のデコードにより、電源スイッチ回路に対する制御信号φB1〜φB4を選択状態へ駆動することができ、速いタイミングで、アクセスサイクル時、所望の電圧を供給することができる。
一方、メモリブロックMAB2を選択するためには、3ビットのアドレス信号RA1−RA3をデコードする必要がある。これらの3ビットのアドレス信号RA1−RA3のタイミングスキューを考慮して、メモリブロック指定信号φB2が活性化のための行デコード動作が行なわれる。1ビットのアドレス信号をデコードする場合に比べて、3ビットのアドレス信号をデコードする場合、そのデコード回路出力信号線の負荷が大きくなり、またスキューのため、デコード時間が長くなる。
したがって、ノーマルモード時においては、選択メモリブロックMAB2を含むグローバルブロックに対する電源スイッチ回路を選択状態へ駆動することにより、ノーマルモード時においてアクティブサイクル開始後、速いタイミングで選択メモリブロックに対し安定に所望の電圧を供給することができ、アクセス時間が増大するのを防止することができる。
図24は、リフレッシュモード時の電源スイッチ回路の選択態様を示す図である。図24において、リフレッシュモード時においても、1つのメモリブロックにおいてワード線WLが選択される。図24においても、メモリブロックMAB2が選択されて、その内部で、リフレッシュすべきワード線WLが選択される状態を示す。このリフレッシュモード時においては、選択されたメモリブロックMAB2に対して設けられた電源スイッチ回路SW2のみを選択状態へ駆動する。残りの電源スイッチ回路SW1、SW3〜SW8は、非選択状態に保持する。リフレッシュモード時には、単に記憶データの再書込が行なわれるだけであり、データアクセスは行なわれない。したがって、高速アクセスが要求されないため、この電源スイッチ回路を選択するために、3ビットのリフレッシュアドレス信号QA1〜QA3を用いても、特に問題は生じない。1つの電源スイッチ回路を選択状態へ駆動し残りの電源スイッチ回路を非選択状態に保持することにより、電源スイッチ回路を流れる電流が低減され、リフレッシュモード時における消費電流の増加を抑制することができ、低消費電流のリフレッシュモードを実現することができる。
図25は、この発明の実施の形態6に従う半導体記憶装置の制御部の構成を概略的に示す図である。図25において、この半導体記憶装置は、外部から与えられる制御信号CMDを受けて、動作モード指示信号を発生する動作モード検出回路20と、動作モード検出回路20に含まれるリフレッシュモード検出回路22からのセルフリフレッシュモード指示信号SRの活性化に応答して活性化され、タイマ24を起動して、所定の時間間隔で、リフレッシュサイクル活性化信号QACTを生成するリフレッシュ制御回路23と、リフレッシュ制御回路23からのカウントアップ指示信号φCUPに従ってカウント動作を行なって、リフレッシュ行を指定するリフレッシュアドレスを生成するリフレッシュアドレスカウンタ25と、リフレッシュ制御回路23の制御の下に、リフレッシュアドレスカウンタ25からのリフレッシュアドレスQAと外部から与えられるロウアドレス信号RAの一方を選択するマルチプレクサ26と、リフレッシュ制御回路23からのリフレッシュサイクル活性化信号QACTまたは動作モード検出回路20に含まれるアレイ活性化検出回路からのアレイ活性化信号RACTに従って行選択に必要な制御信号を生成するロウ系制御回路27を含む。
この動作モード検出回路20は、外部から与えられる制御信号CMDに従って各指定された動作モードに対応する指示信号を生成する。この外部からの制御信号CMDは、通常の同期型半導体記憶装置におけるようなコマンド(複数の制御信号の状態の組合せ)であってもよく、また標準DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)におけるような、ロウアドレスストローブ信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CAS、ライトイネーブル信号/WE、チップセレクト信号/CSであってもよい。この動作モード検出回路20へ与えられる外部からの制御信号は、その半導体記憶装置の構成に応じて適当に定められる。
リフレッシュ制御回路23は、セルフリフレッシュモード指示信号SRの活性化時、タイマ24のカウントアップ信号に従って所定の時間間隔で、リフレッシュサイクル活性化信号QACTを所定期間Hレベルの活性状態へ駆動する。ロウ系制御回路27は、活性化信号QACTおよびRACTの一方の活性化時、行選択に必要な制御信号を生成する。図25においては、このロウ系制御回路27は、ワード線を選択状態へ駆動するタイミングを与えるワード線駆動信号φWLを生成するように示す。これらの活性化信号QACTおよびRACTの活性化期間の間、アドレス信号により指定されたメモリブロックにおいては、行(ワード線)が選択状態に保持される。これらの活性化信号QACTおよびRACTの活性期間が、1つのメモリサイクル(選択されたメモリブロックに対する)を規定する。
タイマ24は、リフレッシュ制御回路23からのセルフリフレッシュ指示に応答して所定の時間間隔で、リフレッシュ要求信号を生成してリフレッシュ制御回路23へ与える。リフレッシュアドレスカウンタ25は、このメモリサイクルの完了時に与えられるカウントアップ指示信号φCUPに従ってそのカウント値を1増分または減分する。マルチプレクサ26は、リフレッシュ制御回路23からの切換制御信号φMUXに従って、セルフリフレッシュモード時にはリフレッシュアドレスカウンタ25からのリフレッシュアドレスQAを選択し、ノーマルモード時には、外部からのロウアドレス信号RAを選択する。マルチプレクサ26からのアドレス信号ADは、各メモリブロックのロウ系周辺回路へ与えられる。このアドレス信号のうち、アドレス信号ビットQA1−QA3またはRA1が電源ブロックデコーダ6(図21(A)参照)へ与えられる。このマルチプレクサ26からは、アドレス信号ビットが同じバス線を介して伝達されるため、したがって電源ブロックデコーダへは、同じアドレス信号線を介して3ビットのアドレス信号が与えられ、この電源ブロックデコーダ6の内部でのアドレスビットの供給経路が異なる。
図26は、図21(A)に示す電源ブロックデコーダ6の構成を示す図である。図26においては、1つの電源ブロック選択信号φBi(i=1−8)を生成する部分の構成を示す。図26において、電源ブロックデコーダ6は、セルフリフレッシュ指示信号SRを反転するインバータ回路6aと、リフレッシュモード時のアドレス信号ビットQA1−QA3および/QA1−/QA3のうちの所定の3ビットのアドレス信号を受けるAND回路6bと、インバータ回路6aの出力信号/SRとアドレスビットRA1または/RA1を受けるNAND回路6cと、セルフリフレッシュモード指示信号SRとAND回路6bの出力信号とを受けるNAND回路6dと、NAND回路6cおよび6dの出力信号を受けて電源ブロック選択信号φBiを生成するNAND回路6eを含む。AND回路6bには、この電源ブロック選択信号φBiに対応して設けられるメモリブロックのアドレスに応じたアドレス信号ビットが与えられる。同様、NAND回路6cにおいても、この電源ブロック選択信号φBiに対応するメモリブロックが含まれるグローバルブロックを指定するアドレスビットRA1または/RA1が与えられる。
セルフリフレッシュモード時においては、セルフリフレッシュモード指示信号SRがHレベルであり、インバータ回路6aからの信号/SRがLレベルとなり、NAND回路6cは、アドレスビットRA1および/RA1の状態にかかわらず、Hレベルの信号を出力する。一方、NAND回路6aは、インバータとして動作し、AND回路6bの出力信号を反転する。したがって、セルフリフレッシュモード時においては、アドレスビットQA1−QA3および/QA1−/QA3に従って、電源ブロック選択信号φBiが生成される。
一方、ノーマルモード時においては、セルフリフレッシュモード指示信号SRがLレベルであり、インバータ回路6aの出力信号/SRがHレベルとなる。この状態においては、NAND回路6dの出力信号はHレベルとなり、NAND回路6cが、インバータとして動作し、電源ブロック選択信号φBiが、アドレスビットRA1または/RA1に従って生成される。これにより、ノーマルモード時には、選択メモリブロック(選択行を含むメモリブロック)を含むグローバルブロックに対する電源ブロック選択信号φBiが活性化される。一方、セルフリフレッシュモード時においては、リフレッシュされるメモリブロックに対して設けられた電源スイッチ回路に対する電源ブロック選択信号φBiが選択状態へ駆動される。
図27は、電源スイッチ回路SW2に対する電源ブロック選択信号φB2を発生する部分の構成を示す図である。電源ブロック選択信号φB2については、AND回路6bが、アドレスビット/QA1,/QA2およびQA3を受け、NAND回路6cが、アドレスビット/RA1を受ける。電源スイッチ回路SW2が設けられるメモリブロックのアドレス(QA1,QA2,QA3)は、(0,0,1)である。したがって、メモリブロックMAB2が指定されたときには、AND回路6bの出力信号がHレベルとなる。一方、ノーマルモード時においては、アドレスビット/RA1がHレベル(“1”)となり、メモリブロックMAB2を含むグローバルブロックGB0に対応して設けられる電源スイッチ回路SW1〜SW4に対する電源ブロック選択信号φB1−φB4がHレベルの選択状態へ駆動される。デコードビット数を動作モードに応じて変更することにより、ノーマルモード時およびセルフリフレッシュモード時において、選択状態へ駆動される電源スイッチ回路の数を変更することができる。
なお、メモリブロックの数が8個の場合には、2つのグローバルブロックに分割されるため、ノーマルモード時には1ビットのアドレス信号、セルフリフレッシュモードにおいては、3ビットのアドレス信号をデコードする。しかしながら、このメモリブロックおよびグローバルブロックの数に応じて、ノーマルモード時およびセルフリフレッシュモード時に用いられるアドレス信号ビットの数は適当に定められる。ノーマルモード時に有効とされるアドレス信号ビットの数が、セルフリフレッシュモード時にデコードされるアドレス信号ビットの数よりも少なければよい。
[変更例]
図28は、この発明の実施の形態6に従う階層電源構成1の変更例の構成を概略的に示す図である。
図28に示す構成においては、リフレッシュアドレスカウンタからのリフレッシュアドレスQAおよび外部からのロウアドレス信号RAはマルチプレクサ26へ与えられる。ロウ系周辺回路は、このマルチプレクサ26から内部ロウアドレス信号が与えられる。一方、リフレッシュアドレスカウンタ25からのアドレスビットQA1−QA3およびマルチプレクサ26からの内部ロウアドレスビットRA1が電源ブロックデコード回路へ与えられる。この構成においては、したがって、リフレッシュアドレスカウンタ25から直接、電源ブロックデコード回路へアドレスビットQA1−QA3が与えられる。マルチプレクサ26を通過しないため、セルフリフレッシュモード時において、このマルチプレクサ26におけるゲート遅延(信号伝播遅延)の影響を排除し、速いタイミングで、デコード動作を行なうことができる。
以上のように、この階層電源構成1に従えば、ノーマルモード時とリフレッシュモード時とで、電源ブロック選択のために用いられるアドレスビットの数を異ならせているため、ノーマルモード時におけるアクセス時間を増大させることがなく、またリフレッシュモード時においては、消費電流を低減することができる。
[変更例2]
図29は、階層電源構成1の変更例2の構成を概略的に示す図である。図29においては、図25に示すロウ系制御回路27の部分の構成が示される。図29において、ロウ系制御回路27は、活性化信号QACTおよびRACTを受けるOR回路30と、OR回路30の出力信号の立上がりに応答してワード線活性化信号φRXを活性状態へ駆動するワード線活性化信号発生回路31と、ワード線活性化信号発生回路31からのワード線活性化信号φRXを所定時間遅延する遅延回路32と、セルフリフレッシュモード指示信号SRおよび/SRに従って、遅延回路32の出力信号とワード線活性化信号発生回路31からの信号φRXの一方を選択して、ワード線駆動信号φWLを生成する選択回路33を含む。選択回路33は、セルフリフレッシュモード指示信号SRの活性化時導通し、遅延回路32の出力信号を通過させるCMOSトランスミッションゲート33aと、セルフリフレッシュモード指示信号SRの非活性化時導通し、ワード線活性化信号発生回路31からのワード線活性化信号φRXを通過させるCMOSトランスミッションゲート33bを含む。
次に、図29に示すロウ系制御回路27の動作を、図30に示す信号波形図を参照して説明する。
ノーマルモード時においては、アレイ活性化信号RACTが、メモリサイクル開始指示信号(またはアクティブコマンド)に従って活性状態へ駆動される。アレイ活性化信号RACTが活性化されると、OR回路30の出力信号が活性化され、ワード線活性化信号発生回路31が、所定のタイミングで、ワード線活性化信号φRXを生成する。ノーマルモード時においては、CMOSトランスミッションゲート33bが導通状態にあり、CMOSトランスミッションゲート33aが非導通状態にある。したがって、ワード線駆動信号φWLが、このワード線活性化信号φRXに従って生成される。1つのアクティブサイクルが完了すると、アレイ活性化信号RACTがLレベルの非選択状態へ立下がり、応じて、ワード線活性化信号φRXも非活性化され、選択ワード線が非選択状態へ駆動される。
セルフリフレッシュモード時には、リフレッシュ活性化信号QACTが活性化される。ワード線活性化信号発生回路31は、このリフレッシュ活性化信号QACTの活性化に応答してワード線活性化信号φRXを活性状態へ駆動する。セルフリフレッシュモード時においては、CMOSトランスミッションゲート33aが導通状態、CMOSトランスミッションゲート33bが非導通状態にある。したがって、ワード線駆動信号φWLは、遅延回路32からの遅延ワード線活性化信号に従って活性状態へ駆動される。
このワード線駆動信号φWLの活性化タイミングをセルフリフレッシュモード時に遅らせることにより、電源スイッチ回路の選択が行なわれ、リフレッシュされるメモリブロックに対する所定の供給電圧が安定化された後に、ワード線の選択が行なわれるため、正確にデコード動作を行なって、アドレス指定されたワード線(リフレッシュ行)を選択状態へ駆動することができる。
なお、図30に示す信号波形図の波線波形に示すように、遅延回路32が立上がり遅延回路であり、ワード線駆動信号φWLの非活性化が、リフレッシュ活性化信号QACTの非活性化に応答して行なわれてもよい。このリフレッシュ活性化信号QACTより遅れて、ワード線が選択/非選択状態へ駆動されても、センスアンプの活性化および非活性化は、このワード線駆動信号φWLに従って行なわれるため、特に問題は生じない。いわゆるRASプリチャージ時間の問題は、セルフリフレッシュモード時においては特に生じない。セルフリフレッシュモード時において、リフレッシュ間隔は、たとえば16μsと十分長い期間であるため、このような遅延回路32を用いても、十分RASプリチャージ期間は確保することができる。
図31は、図29に示すワード線駆動信号φWLに従って動作するロウ系周辺回路の部分の構成を示す図である。図31においては、1つのワード線WLに対する繰返し回路の構成を示す。図31において、繰返し回路は、アドレスビット(プリデコード信号)Xi、XjおよびXkを受けるNAND型デコード回路41と、アドレスビット(プリデコード信号)Xlに従ってNAND型デコード回路41の出力信号を選択的にノード41上へ伝達するnチャネルMOSトランジスタで構成されるデコードトランジスタ42と、リセット信号RSTに応答してノード49を高電圧VppレベルにプリチャージするpチャネルMOSトランジスタ43と、ノード49上の信号がLレベルのとき、ワード線デコード信号発生回路40からの信号SDXをワード線WL上に伝達するpチャネルMOSトランジスタ44と、ノード49上の信号がHレベルのとき導通しワード線WLを接地電圧レベルに放電するnチャネルMOSトランジスタ45と、ワード線WLの信号がLレベルのとき導通し、ノード49を高電圧Vppレベルに保持するpチャネルMOSトランジスタ46と、ワード線デコード信号発生回路40からの信号/STXがHレベルのとき導通し、ワード線WLを接地電圧レベルに放電するnチャネルMOSトランジスタ47を含む。
ここでデコード回路は、NAND型デコード回路41とデコードトランジスタ42とで構成される。ワード線ドライブ回路は、MOSトランジスタ44〜47により構成される。
ワード線デコード信号発生回路40は、ワード線駆動信号φWLの活性化時活性化され、アドレスビット(プリデコード信号)Xmに従って信号SDXおよび/SDXを生成する。信号SDXは、高電圧Vppと接地電圧Vssの間で変化する。信号/SDXは、電源電圧Vccと接地電圧の間で変化する。
スタンバイ時においては、アドレスビットXi、XjおよびXkは、すべてLレベルである。したがって、NAND型デコード回路41において、接地電位へサブスレッショルドリーク電流が流れるため、このNAND型デコード回路41の接地ノードが、MOSトランジスタ48を介して主接地線に接続される。このMOSトランジスタ48は、そのゲートに、電源ブロック選択信号φBiを受ける。次に簡単に動作について説明する。
スタンバイ状態時においては、アドレスビットXi、XjおよびXkはすべてLレベルであり、NAND型デコード回路41の出力信号は電源電圧VccレベルのHレベルである。MOSトランジスタ48は、電源ブロック選択信号φBiがLレベルであるため、オフ状態にある。ワード線デコード信号発生回路40は、スタンバイ状態時においては、信号SDXを接地電圧レベルのLレベル、信号/SDXを、Hレベルに保持する。ノード49は、リセット信号RSTにより、MOSトランジスタ43を介して高電圧Vppレベルに保持される。この状態においては、MOSトランジスタ45および47により、ワード線WLは、接地電圧レベルに保持される。
アクティブサイクルが始まると、選択時、電源ブロック選択信号φBiがHレベルとなり、NAND型デコード回路41が、電源電圧Vccおよび接地電圧Vssを両動作電源電圧として受けてデコード動作を行なう。アドレスビットXi、Xj、XkおよびXlがすべてHレベルのときには、ノード49が、NAND型デコード回路41により、接地電圧レベルに放電される(リセット用MOSトランジスタ49がオフ状態にある)。MOSトランジスタ46は、その電流駆動力が小さくされているため、ノード49は、NAND型デコード回路41およびデコードトランジスタ42により、接地電圧レベルに確実に放電される。このノード49上の電圧レベルがLレベルとなると、MOSトランジスタ45がオフ状態となる。MOSトランジスタ44は、信号SDXがLレベルであるため、そのゲートおよびソース電位が等しく、オフ状態へ推移する。
ワード線デコード信号発生回路40が。ワード線駆動信号φWLの活性化に応答して動作し、アドレスビットXmに従って信号SDXおよび/SDXをHレベル/Lレベルに駆動する。アドレスビットXmがHレベルのときには、信号SDXが高電圧Vppレベルに駆動され、信号/SDXが接地電圧レベルに放電される。したがって、このときには、ワード線WLは、MOSトランジスタ44を介して高電圧Vppレベルに駆動される。一方、アドレスビットXmがLレベルのときには、信号SDXがLレベル、信号/SDXがHレベルとなる。したがって、pチャネルMOSトランジスタ44はオフ状態を維持する。MOSトランジスタ44および45はともにオフ状態となるときには、MOSトランジスタ47が信号/SDXによりオン状態となり、ワード線WLが確実に接地電圧レベルに保持される。
図31に示す繰返し回路の場合、ロウデコード回路は、2本のワード線WLに対して1つ設けられる。2本のワード線のうち1つのワード線が信号SDXおよび/SDXにより選択される。ワード線デコード信号発生回路40へ与えられるアドレス信号ビットXmが2ビットの場合には、ロウデコード回路は、4本のワード線に対して1つ設けられる。
このように図31に示すような繰返し回路の構成の場合、ノーマルモード時においては、ワード線駆動信号φWLは、早いタイミングで活性状態へ駆動され、応じてワード線WLは、早いタイミングで活性状態へ駆動される。一方、セルフリフレッシュモード時においては、このワード線駆動信号φWLの活性化は、電源ブロック選択信号φBiの活性化に比べて遅い。この電源ブロック選択信号φBiは、セルフリフレッシュモード時において、比較的遅いタイミング(電源ブロックアドレス信号をフルデコードするため)で活性状態へ駆動される。NAND型デコード回路41の接地ノードの電圧レベルが接地電圧に確実に到達した後に、ワード線デコード信号発生回路40からの信号SDXおよび/SDXが特定状態へ駆動される。これにより、セルフリフレッシュモード時において、確実にデコード動作を行なって、選択ワード線WL上へ、高電圧Vppまたは接地電圧Vssを伝達することができる。
なお図31に示す構成においては、いわゆる階層電源構成として、副接地線がNAND型デコード回路41に接続されている。ワード線デコード信号発生回路40がメモリブロックそれぞれに対応して設けられている場合には、高電圧Vppを供給する信号線に対して、各メモリブロックごとに電源スイッチ回路が設けられ、高電圧Vppの供給が、上で説明した態様で行なわれてもよい。ワード線デコード信号発生回路40において、サブスレッショルドリーク電流により高電圧Vppからのリーク電流が流れ、電流が消費されるのを防止するためである。この構成の場合、MOSトランジスタ43および46の電源ノード(ソース)は、ワード線デコード信号発生回路40と共通の副高電圧供給線に結合されればよい。
以上のようにこの変更例2の構成に従えば、上で示した効果に加えて、さらに、動作電圧供給ノードの電圧が安定化した後にワード線を駆動することができ、正確にデコード動作を行なって、アドレス指定されたワード線を選択状態へ駆動することができる。
なお、高電圧Vppを階層電源構成とする場合においても、高電圧Vppが安定化した後、ワード線を駆動することができる。
[階層電源構成2]
図32(A)および(B)は、この発明の実施の形態6の階層電源構成2の電源スイッチ回路の選択態様を示す図である。図32(A)に示すように、ノーマルモード時においては、1つのメモリブロックにおいてワード線WLが選択状態へ駆動される。この場合、選択メモリブロックを含むグローバルブロックに対して設けられた電源スイッチ回路が選択状態へ駆動される。図32(A)においては、メモリブロックMAB2においてワード線WLが選択されており、このメモリブロックMAB2を含むグローバルアレイブロックGAB0に対する電源スイッチ回路SW1〜SW4が選択状態へ駆動される。これは、先の階層電源構成1のノーマルモード時の動作と同じである。
次に、図32(B)に示すように、リフレッシュモード時においては、グローバルアレイブロックGAB0およびGAB1それぞれにおいて1つのメモリブロックが選択されてリフレッシュが行なわれる。図32(B)においては、メモリブロックMABおよびMAB6においてリフレッシュが行なわれる。この場合、メモリブロックMAB2およびMAB6に対して設けられた電源スイッチ回路SW2およびSW6を選択状態へ駆動する。アドレスビットの割当は、先の図22に示すアドレスビット割当と同じであるとする。この場合、セルフリフレッシュモード時において、グローバルブロックを指定するアドレスビットQA1を縮退状態とする(無視する)。したがって、アドレスビットQA2およびQA3に従って、電源ブロック選択信号が生成される。
図33は、電源ブロックデコード回路の構成を概略的に示す図である。この図33に示す電源ブロックデコード回路は、リフレッシュアドレスビットをデコードするAND回路6fが、リフレッシュアドレスビットQA2、QA3、/QA2および/QA3の所定の組を受けることを除いて、図26に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
この図33に示す電源ブロックデコード回路6においては、リフレッシュアドレスビットQA1および/QA1は用いられていない。したがって、リフレッシュモード時においては、グローバルブロックGAB0およびGAB1それぞれにおいて1つのメモリブロックが選択される。
図34は、メモリブロックMAB2に対して設けられる電源スイッチ回路SW2に対する制御信号(電源ブロック選択信号)φB2を発生する部分の構成を示す図である。図34において、この電源ブロックデコード回路においては、リフレッシュアドレスビット/QA2およびQ3が、AND回路6fへ与えられる。メモリブロックMAB2は、リフレッシュアドレスビット(QA2,QA3)が(0,1)のときに選択される。したがってメモリブロックMAB2が指定されたときには、AND回路6fの出力信号がHレベルとなり、電源ブロック選択信号φB2はHレベルの活性状態へ駆動される。この電源ブロックデコード回路においては、アドレスビットQA1は用いられていないため、グローバルブロックGAB1においても、メモリブロックMAB6が選択され、対応の電源スイッチ回路SW6が選択状態へ駆動される。
なお、この階層電源構成2においても、図35に示すように、ロウ系周辺回路3に含まれるロウ系選択回路50に対し、ワード線駆動信号φWLが与えられる。このロウ系選択回路50へは、電源スイッチ回路SWを介して所定の電圧Vrが与えられる。ロウ系選択回路50は、選択時、アドレス信号Adに従って、ワード線WL0〜WLmのいずれかを選択状態へ駆動する。電源スイッチ回路SWは、電源ブロック選択信号φBiに応答して選択状態へ駆動される。このロウ系選択回路50は、図31に示すワード線デコード信号発生回路40を含む。このワード線駆動信号φWLは、図29に示す制御回路から生成される。したがって、このロウ系選択回路50へ与えられるワード線駆動信号φWLは、また、セルフリフレッシュモード時においては、その活性化タイミングはノーマルメモリ時の活性化タイミングよりも遅くされる。これにより、電源スイッチ回路SWが選択状態へ駆動され、ロウ系選択回路50へ安定な電圧Vrが供給された後に、ロウ系選択回路50がワード線選択動作を実行する。これにより、安定に選択ワード線を選択状態へ駆動することができる。
階層電源構成2に従えば、リフレッシュモード時においてはノーマルモード時よりも多くのワード線が選択状態へ駆動される場合においても、ノーマルモード時には、グローバルブロックの電源スイッチ回路を選択状態へ駆動し、一方セルフリフレッシュモード時には、選択メモリブロックに対する電源スイッチ回路のみを選択状態へ駆動することにより、アクセス時間を増加させることなくリフレッシュモード時の消費電力を低減することができる。また、ワード線駆動タイミングは、セルフリフレッシュモード時に遅延させることにより、正確にワード線選択動作を行なうことができる。
なお、この階層電源構成2においても、メモリブロックの数は8個であるが、このメモリブロックの数は、任意であり、またグローバルブロックの数も任意である。また、セルフリフレッシュモード時において、2本のワード線が選択されているが、この同時にリフレッシュされる行の数も任意であり、同時にリフレッシュされる行の数に応じて、用いられるリフレッシュアドレスビットの数が適当に調整されればよい。
[階層電源構成3]
図36は、この発明の実施の形態6に従う階層電源構成3の構成を概略的に示す図である。図36においては、この階層電源回路を制御する部分の構成を示す。
図36において、電源ブロック選択信号発生部は、リフレッシュアドレスカウンタ25の出力するリフレッシュアドレスを、1サイクル先行してデコードし、該デコード結果をラッチし、ラッチした結果を現リフレッシュサイクルで出力する電源ブロックデコーダ6を含む。リフレッシュアドレスカウンタ25は、リフレッシュサイクル中に活性化されるカウントアップ指示信号CUPに従ってカウント動作を行ない、そのカウント値を保持する。このリフレッシュアドレスカウンタ25の出力カウント値は、また、レジスタ65へ与えられる。このレジスタ65は、リフレッシュサイクル完了時に活性化される指示信号φCUPに応答して、リフレッシュアドレスカウンタ25の出力カウント値を取込み、出力する。レジスタ65の出力するアドレス信号が、リフレッシュアドレス信号QAとしてマルチプレクサ(MUX)26へ与えられる。
電源ブロックデコーダ6は、リフレッシュアドレスカウンタ25の出力カウントをデコードする電源ブロックデコード回路60と、カウントアップ指示信号CUPの活性化に応答して電源ブロックデコード回路60の出力信号をラッチするラッチ61と、リフレッシュサイクル活性化信号QACTに応答して、このラッチ61のラッチデータを取込みかつ出力するラッチ62と、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従ってラッチ62の出力信号およびマルチプレクサ26からのアドレスビットRA1の一方を選択して、電源ブロック選択信号φB1−φB8を出力するセレクタ63を含む。ここで、メモリアレイは、8個のメモリブロックMAB1〜MAB8に分割されており、このロウアドレスビットRA1に従って、グローバルブロック、すなわち4つのメモリアレイブロックが選択される構成を示す。次に、この図36に示す制御信号発生部の動作を、図37に示す信号波形図を参照して説明する。
セルフリフレッシュモードにおいて、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの非活性化時、ラッチ61には、前のサイクル(N−1)において電源ブロックデコード回路60により生成された電源ブロック選択信号φBi(N−1)がラッチされている。また、ラッチ62も、電源ブロック信号φBi(N−1)をラッチしている。セレクタ63は、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従って、ラッチ62の出力信号を選択する。
リフレッシュサイクル活性化信号QACTが活性化されると、ラッチ62がそのラッチデータを出力し、セレクタ63を介して、電源ブロックセレクタ信号φBiがそれぞれ、先のメモリサイクル(N−1)のデコード結果に従って選択/非選択状態へ駆動される。このサイクル(N)において、レジスタ65は、前のサイクルにおいて取込んだリフレッシュアドレスを生成する。したがって、このサイクル(N)においては、前のサイクルにおいてデコードされた電源ブロック選択信号φBi(N−1)およびリフレッシュアドレスQA(N−1)に従って、電源スイッチ回路の選択制御およびリフレッシュ動作が行なわれる。前のサイクルにおいて、この電源ブロック選択信号を生成するためのデコード動作は完了しており、リフレッシュサイクル活性化信号QACTが活性化されると、即座に、電源ブロック選択信号φBi(N−1)が確定状態となる。したがって、リフレッシュサイクルにおいて、ワード線選択タイミングを遅らせる必要はなく、早いタイミングでリフレッシュを実行することができる。ノーマルモード時とリフレッシュモード時において、ワード線選択タイミングを異ならせる必要がなく、ワード線選択の制御が容易となる。
このリフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性化に応答して、所定のタイミングでカウントアップ指示信号CUPが活性化される。このカウントアップ指示信号CUPの活性化に応答してリフレッシュアドレスカウンタ25がカウント動作を行ない、このカウント値を1増分または減分する。電源ブロックデコード回路60が、このリフレッシュアドレスカウント25からのリフレッシュアドレスをデコードし、そのデコード結果に従って、電源ブロック選択信号を生成する。ラッチ61が、またこのカウントアップ指示信号CUPに従って電源ブロックデコード回路60の出力信号を取込み、カウントアップ指示信号CUPの非活性化に従ってラッチ状態となる。この間、前のサイクルのリフレッシュアドレスQA(N−1)に従ってリフレッシュ動作が行なわれている。
リフレッシュサイクル活性化信号QACTが非活性化されると、ラッチ62が、ラッチ61のラッチ信号を取込み、またその出力信号を非活性状態へ駆動する。これにより、電源ブロック選択信号φB1−φB8がすべて非選択状態へ駆動される。また、このリフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性化に応答してカウントアップ指示信号φCUPが活性化され、レジスタ65が、リフレッシュアドレスカウンタ25の出力カウント値を取込み出力する。これにより、リフレッシュアドレスQAが、1つ変化する。
リフレッシュサイクル活性化信号QACTが次いで再び活性化されると、ラッチ62が、そのラッチした電源ブロック選択信号を出力し、前のサイクル(N)で得られた電源ブロック選択信号φBi(N)に従って電源ブロック選択信号φB1−φB8が選択/非選択状態へ駆動される。このサイクル(N+1)においては、また、レジスタ65は、前のサイクル完了時に取込んだリフレッシュアドレスを出力し、ロウ系周辺回路へ与える。前のサイクル(N)において生成されたリフレッシュアドレスQA(N)および電源ブロック選択信号φBi(N)に従って、リフレッシュ動作が実行される。
このリフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性期間中に、再びカウントアップ指示信号CUPが活性化され、リフレッシュアドレスカウンタ25がカウント動作を行ない、そのカウント値を更新する。電源ブロックデコード回路60が、再び、デコード動作を行ない、電源ブロック選択信号φBi(N+1)を生成し、ラッチ61が、この電源ブロックデコード回路60からの電源ブロック選択信号φBi(N+1)をラッチする。
リフレッシュサイクル活性化信号QACTが非活性化されると、再びラッチ62がラッチ61の出力信号を取込み、その内容が、電源ブロック選択信号φBi(N+1)に更新される。このリフレッシュサイクル活性化信号QACTの非活性化に従って、またラッチ62は、その出力信号φBi(N)を非選択状態へ駆動する。また、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの非活性化に応答してカウントアップ指示信号φCUPが活性化され、レジスタ65が、リフレッシュアドレスカウンタ25の出力カウント値を取込み、リフレッシュアドレスを更新する。以降、リフレッシュサイクル活性化信号QACTが所定時間間隔で活性化されるごとに、上述の動作が繰返される。
リフレッシュ動作時においては、リフレッシュアドレスカウンタ25のカウント動作に従ってリフレッシュアドレスが生成される。したがって、各リフレッシュサイクルにおいて、次のリフレッシュアドレスを知ることができ、前のサイクルにおいて、予め電源ブロック選択信号をリフレッシュアドレスをデコードして生成することができる。これにより、リフレッシュサイクル開始時において、電源ブロック選択のためのデコード動作を行なう必要がなく、早いタイミングでリフレッシュ行に対するワード線を選択状態へ駆動することができる。
図38は、図36に示す電源ブロックデコーダ6の構成の一例を示す図である。図38において、電源ブロックデコード回路60は、所定のリフレッシュアドレスビットQAi,/QAiを受けるNAND型デコード回路60aを含む。このNAND型デコード回路60aに与えられるリフレッシュアドレスビットQAiおよび/QAiの組合せは、電源ブロック選択信号φBiが制御する電源スイッチ回路に対応するメモリブロックのアドレスにより決定される。
ラッチ61は、カウントアップ指示信号CUPの活性化時(Hレベルのとき)導通し、NAND型デコード回路60aの出力信号を通過させるトランスファゲート61aと、トランスファゲート61aを介して与えられた信号をラッチするためのラッチ回路を構成するインバータ61bおよび61cを含む。インバータ61bおよび61cは、反並列配置または入力と出力が交差結合され、いわゆるインバータラッチを構成する。
ラッチ62は、補のリフレッシュサイクル活性化信号/QACTの活性化時導通し、ラッチ61の出力信号を通過させるトランスファゲート62aと、トランスファゲート62aを介して与えられる信号をラッチするためのラッチ回路を構成するインバータ62bおよび62cと、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性化時能動化され、インバータ62aの出力信号に従って電源ブロック選択信号φBiを生成するAND回路62dを含む。インバータ62bおよび62cは、いわゆるインバータラッチを構成する。
この図38に示す構成において、電源ブロックデコード回路60は、リフレッシュアドレスカウンタからのリフレッシュアドレスビットQAiおよび/QAiをデコードし、そのデコード結果を示す信号を出力する。ラッチ61においては、カウントアップ指示信号CUPの活性化時トランスファゲート61aが導通し、カウントアップ指示信号CUPの活性化により新たに生成された電源ブロック選択信号を通過させ、インバータ61bおよび61cが、この新たに生成された電源ブロック選択信号をラッチする。リフレッシュサイクル期間中、補のリフレッシュサイクル活性化信号/QACTが非活性状態にあり、このラッチ61の出力信号の変化にかかわらず、ラッチ62のラッチ内容は変化しない。
リフレッシュサイクル期間中は、AND回路62dが、バッファとして動作し、インバータ62bおよび62cによりラッチされた電源ブロック選択信号を出力する。リフレッシュサイクルが完了し、リフレッシュサイクル活性化信号QACTがLレベルの非活性状態となると、AND回路62dが不能動化され、電源ブロック選択信号φBiがLレベルの非活性状態となる。これにより、電源スイッチ回路がすべて、非選択状態となり、消費電流が低減される。一方、補のリフレッシュサイクル活性化信号/QACTがHレベルの活性状態となり、トランスファゲート62aが導通し、ラッチ61によりラッチされていた信号を取込みラッチし、新たな電源ブロック選択信号をラッチする。
現サイクルにおけるリフレッシュ動作に何ら悪影響を及ぼすことなく、次のサイクルにおけるリフレッシュアドレスのデコードにより電源ブロック選択信号を生成してラッチすることができる。
図39は、図36に示すレジスタ65の1ビットのレジスタ回路の構成の一例を示す図である。図39において、レジスタ60は、カウントアップ指示信号φCUPの活性化時導通し、リフレッシュアドレスカウンタからのカウントビットを通過させるトランスファゲート65aと、トランスファゲート65aを介して与えられた信号をラッチするラッチ回路を構成するインバータ65bおよび65cと、インバータ65bの出力信号を反転するインバータ65dと、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性化時能動化され、インバータ65dの出力信号に従ってリフレッシュアドレスビットQAiを生成するAND回路65eを含む。
この図39に示すレジスタ65の構成において、カウントアップ指示信号φCUPの活性化時インバータ65bおよび65cによりラッチされるリフレッシュアドレスビットが更新される。リフレッシュサイクル活性化信号QACTが活性化されると、このラッチしたリフレッシュアドレスビットに従って、現サイクルで利用されるリフレッシュアドレスビットQAiが生成される。
マルチプレクサ26が、ロウアドレスバッファ/ラッチの前段に設けられる場合、このAND回路65eを設ける必要はない。ロウアドレスバッファ/ラッチが、内部ロウアドレス信号ビットのスタンバイサイクル時非活性状態に保持する機能を備えているためである。
図40は、カウントアップ指示信号CUPおよびφCUPを発生する構成を概略的に示す図である。図40において、カウントアップ指示信号発生部は、リフレッシュサイクル活性化信号QACTを所定期間遅延する遅延回路67と、遅延回路67の出力信号の立上がりに応答してワンショットのパルス信号を生成するワンショットパルス発生回路68と、リフレッシュサイクル活性化信号QACTを反転するインバータ回路69と、インバータ回路69の出力信号の立上がりに応答してワンショットのパルス信号を生成するワンショットパルス発生回路70を含む。ワンショットパルス発生回路68から、カウントアップ指示信号CUPが出力され、ワンショットパルス発生回路70からカウントアップ指示信号φCUPが生成される。遅延回路67の遅延時間を適当な値に設定することにより、適当なタイミングで、リフレッシュサイクル期間内において、カウントアップ動作をリフレッシュアドレスカウンタに行なわせることができる。カウントアップ指示信号CUPおよびφCUPの活性化期間は、各回路のラッチ能力に応じて、適当な期間に定められればよい。
なお、このカウントアップ指示信号発生部は、図25に示すリフレッシュ指示制御回路23に含まれていればよい。
なお、階層電源構成3において、電源ブロック選択信号φBiは、選択状態のときHレベルに設定されている。しかしながら、適用される電圧供給線の電圧レベルに応じて、これらの電源ブロック選択信号φBiの選択状態時における論理レベルは適当に定められる。たとえば、電源スイッチ回路が、主接地線と副接地線との間に設けられている場合、この電源ブロック選択信号φBiは、選択状態のときにHレベルになるが、電源スイッチ回路が主電源線と副電源線との間に設けられている場合には、この電源ブロック選択信号φBiは、選択状態時、Lレベルとなる。
なお、図36に示す構成において、ノーマルモード時においては、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従って、セレクタ63が、マルチプレクサ26からのロウアドレス信号ビットRA1を選択する。したがってこのロウアドレス信号ビットRA1に従ってグローバルブロックの選択が行なわれる。
以上のように、この発明の実施の形態6における階層電源構成3に従えば、セルフリフレッシュモード時、次サイクルにおいて用いられある源ブロック選択信号を、現サイクルにおいてリフレッシュアドレスカウンタのカウント値を増分して生成してデコードしてデコード結果をラッチすることにより生成している。したがって、次サイクル開始時、電源ブロック選択信号のデコード動作が完了しており、次サイクル時において、高速で、電源ブロック選択信号φBiの状態を設定することができ、リフレッシュサイクル時ワード線を早いタイミングで選択状態へ駆動することができる。したがって、リフレッシュモード時およびノーマルモード時においてワード線の活性化タイミングを異ならせる必要がなく、ワード線駆動部の構成が簡略化される。
[実施の形態7]
[階層電源構成1]
図41は、この発明の実施の形態7に従う半導体記憶装置のアレイ部の構成を概略的に示す図である。図41において、メモリマットは、8個のメモリブロックMAB1〜MAB8に分割される。メモリブロックMAB2〜MAB8は、ノーマルメモリセルを含むノーマルメモリブロックNMAB2〜NMAB8をそれぞれ含む。メモリブロックMAB1は、ノーマルメモリブロックNMAB1と、不良メモリセルを救済するためのスペアエレメントを含むスペアブロックSPBを含む。このメモリブロックMAB1は、先の図11に示すノーマルメモリサブアレイおよびスペアアレイで構成されるブロックRBX♯に対応する。
メモリブロックMAB1〜MAB8それぞれに対応して電源スイッチ回路SW1〜SW8が設けられる。これらの電源スイッチ回路SW1〜SW8は、先の実施の形態6と同様、電源ブロック選択信号φB1〜φB8に従って選択状態へ駆動される。メモリブロックMAB1のスペアブロックSPBは、ノーマルメモリブロックNMAB1〜NMAB8に共有され、いずれのノーマルメモリブロックにおける不良セル(不良行)をも置換により救済することができる。また、各メモリブロックMAB1〜MAB8のブロックアドレスビットRA1〜RA3およびQA1〜QA3の割当ては、先の実施の形態6と同様であるとする。
まず、図42を参照して、ノーマルモード時の動作について説明する。このノーマルモードにおいては、与えられたアドレス信号(ロウアドレス信号)にかかわらず、スペアブロックSPBを含むメモリブロックMAB1に対して設けられる電源スイッチ回路SW1は選択状態へ駆動される。また、スペア判定前に、アドレス指定されたワード線WLを含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路も選択状態へ駆動する。図42においては、メモリブロックMAB2がアドレス指定されたワード線WLを含む状態を示す。他のメモリブロックにおいては、電源スイッチ回路は非選択状態に保持される。不良メモリセルがアドレス指定されたか否かのスペア判定がアドレス比較に基づいて次いで行なわれ、この判定結果に従って、アドレス指定されたワード線またはスペアワード線が選択状態へ駆動される。
このスペア判定時前に、選択すべきメモリセルを含むメモリブロック(アドレスしていされたワード線またはスペアワード線を含むメモリブロック)に対する電源スイッチ回路は選択状態に駆動されている。したがって、実際に、選択すべきメモリセルを含むメモリブロックにおいてワード線が選択状態へ駆動されるときには、安定に所定の電圧が供給されており、正確に、選択すべきメモリセルを選択状態へ駆動することができる。この動作を、図43に示す信号波形図を参照してより詳細に説明する。
まず、アクティブサイクルが始まると、アレイ活性化信号RACTがHレベルの活性状態へ駆動される。このアレイ活性化信号RACTの活性化に従って、ロウアドレス信号RAが確定し、アドレス指定されたメモリブロックが指定される。このアレイ活性化信号RACTの活性化に従って、与えられたロウアドレス信号RAにかかわらず、スペアブロックを含むメモリブロックMAB1に対する電源ブロック選択信号φB1が活性状態へ駆動される。また、このアドレス信号RAに従って、メモリブロックMAB2−MAB8のいずれかが選択され、対応の電源ブロック選択信号φB2−φB8のいずれかが選択状態へ駆動される。このロウアドレス信号RAに従って、不良行が指定されたか否かのスペア判定が行なわれる。スペア判定結果が、不良行がアドレス指定されたことを示している場合(スペアヒット)、スペアブロックSPBに含まれるスペアワード線SWLが選択状態へ駆動される。一方、正常なノーマルメモリセルがアドレス指定されたと判定された場合(スペアミスのとき)には、ノーマルワード線NWLが選択状態へ駆動される。
ワード線NWLまたはSWLが選択状態へ駆動されるとき、既に、対応のメモリブロックに対しては、対応の電源スイッチ回路が選択状態とされて所定の電圧を供給している。したがって、これらのワード線NWLまたはSWLを正確に選択状態へ駆動することができる。
このスペア判定に従ってメモリブロックの選択を行なう場合、スペアヒット/ミスの判定が行なわれた後、対応のメモリブロックに対する電源スイッチ回路が選択状態へ駆動される(図43において破線波形で示す)。この後、ワード線WLまたはSWLを選択状態へ駆動する必要があり、したがって、ワード線活性化タイミングを遅らせる必要があり、アクセス時間が長くなる。しかしながら、この不良ノーマルワード線がアドレス指定されたか否かの判定前に、スペアブロックを含むメモリブロックMAB1およびアドレス指定されたノーマルワード線を含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路を選択状態へ駆動することにより、このスペア判定時間内において、対応の電源スイッチ回路から所定の電圧を供給することができ、高速動作が実現される(ワード線選択タイミングを遅らせる必要がない)。
次に、図44および図45を参照して、セルフリフレッシュモード時の動作について説明する。セルフリフレッシュモード時においては、図44に示すように、スペア判定結果に従って、電源スイッチ回路の選択が行なわれる。今、図44に示すように、メモリブロックMAB2のノーマルワード線NWLがリフレッシュアドレス信号QAにより指定された場合を考える。このノーマルワード線NWLが正常であるか不良であるかのスペア判定がアドレス比較により行なわれる。このとき、電源スイッチ回路選択のためのデコード動作も並行して実行されるが、電源ブロック選択信号は、すべて非選択状態に保持される。スペアヒットと判定された場合には、ノーマルワード線NWLに代えて、スペアワード線SWLを選択状態へ駆動する必要がある。この場合には、このスペアヒット判定結果に従って、電源スイッチ回路SW1を選択状態へ駆動する。残りの電源スイッチ回路SW2−SW8は非選択状態に保持される。このスペアヒット判定結果に従って、スペアワード線SWLが選択状態へ駆動され、ノーマルワード線NWLは非選択状態に保持される。
一方、スペア判定結果がスペアミスを示している場合には、電源スイッチ回路SW2が選択状態へ駆動され、ノーマルワード線NWLが選択状態へ駆動される。
リフレッシュモード時においては、データアクセスを要求されないため、スペア判定後、電源スイッチ回路を選択状態へ駆動しても、特に問題は生じない。選択すべきメモリセルが属するメモリブロックに対する電源スイッチ回路のみを選択状態へ駆動することにより、リフレッシュモード時における消費電流を低減することができる。
図46(A)は、電源ブロック選択信号φB1を発生する電源ブロックデコード回路の構成の一例を示す図である。図46(A)において、電源ブロックデコード回路は、リフレッシュアドレスビット/QA1、QA2およびQA3を受けるNAND回路71と、補のアレイ活性化信号/RACTと補のスペアヒット信号/SHITとNAND回路71の出力信号とを受けて電源ブロック選択信号φB1を出力するNAND回路72を含む。アレイ活性化信号/RACTは、ノーマルモード時において、アクティブサイクルが始まるとLレベルに設定される。スペアヒット信号/SHITは、不良セルがアドレス指定されたときに、Lレベルに設定される。NAND回路71は、メモリブロックMAB1が指定されたとき、Lレベルの信号を出力する。次に、この図46(A)に示す電源ブロックデコード回路の動作を、図46(B)に示す信号波形図を参照して説明する。
ノーマルモード時においては、アクティブサイクルが始まると、補のアレイ活性化信号/RACTはLレベルに駆動される。したがって、スペアヒット信号/SHITおよびNAND回路71の出力信号の状態にかかわらず、電源ブロック選択信号φB1が活性状態へ駆動される。すなわち、ノーマルモード時においては、アクティブサイクルが始まると、電源ブロック選択信号φB1が選択状態へ駆動される。
リフレッシュモード時にはおいては、アレイ活性化信号/RACTはHレベルに固定される。リフレッシュサイクル時に、リフレッシュサイクル活性化信号QACTがHレベルの活性状態へ駆動され、応じて、リフレッシュアドレス信号QAが確定状態となる。スペア判定が行なわれ、スペアヒットの場合、スペアヒット信号/SHITがLレベルとなり、電源ブロック選択信号φB1がHレベルの選択状態へ駆動される。次いで、スペアブロックのスペアワード線が選択状態へ駆動される。
一方、スペアヒット信号/SHITがHレベルであり、スペア置換を行なう必要がない場合には、電源ブロック選択信号φB1は、NAND回路71の出力信号に従って選択/非選択状態へ駆動される。メモリブロックMAB1がアドレス指定されたときには、NAND回路71の出力信号がLレベルとなり、応じて、電源ブロック選択信号φB1が選択状態(Hレベル)へ駆動される。一方、他のメモリブロックMAB2−MAB8のいずれかがアドレス指定された場合には、NAND回路71の出力信号はHレベルであり、電源ブロック選択信号φB1はLレベルを維持する。
なお、この図46(A)に示す電源ブロックデコード回路の構成において、スペアヒット信号/SHITがLレベルのときに、NAND回路71の出力信号がLレベルとされ、対応のメモリブロックMAB1がアドレス指定されても特に問題はない。この場合、スペアヒットであり、メモリブロックMAB1が選択されるためである。このスペアヒット信号/SHITの状態確定後に、電源ブロック選択信号φB1を選択/非選択状態に駆動するためには、NAND回路71に、さらに、スペアヒット信号SHITを与えればよい。スペアヒット/ミス判定結果確定後、NAND回路71の出力信号が確定し、応じて、電源ブロック選択信号φB1が選択状態へ駆動される。
図47(A)は、電源ブロック選択信号φBj(j=2−8)に対する電源ブロックデコード回路の構成を示す図である。図47(A)において、電源ブロックデコード回路は、セルフリフレッシュモード指示信号/SRを反転するインバータ回路73と、リフレッシュアドレスビットQA1−QA3および/QA1−/QA3の所定の組合せを受けるNAND回路74と、セルフリフレッシュモード指示信号/SRとロウアドレスビットRA1−RA3および/RA1−/RA3の所定の組合せを受けるNAND回路75と、インバータ回路73の出力信号SRとNAND回路74の出力信号とスペアヒット信号/SHITとを受けるNAND回路76と、NAND回路75および76の出力信号を受けて電源ブロック選択信号φBj(j=2−8)を生成するNAND回路77を含む。セルフリフレッシュモード指示信号/SRに代えてリフレッシュサイクル活性化信号/QACTが用いられてもよい。次に、この図47(A)に示す電源ブロックデコード回路の動作を、図47(B)に示す信号波形図を参照して説明する。
ノーマルモード時においては、アレイ活性化信号RACTが活性化されると、ロウアドレス信号RAが確定する。このロウアドレス信号RAが確定すると、ノーマルモード時においては、セルフリフレッシュモード指示信号/SRがHレベルであるため、NAND回路75の出力信号がロウアドレスビットRA1−RA3および/RA1−/RA3に従ってHレベルまたはLレベルとなる。NAND回路76の出力信号は、ノーマルモード時においては、Hレベルであり、したがってNAND回路75の出力信号に従って電源ブロック選択信号φBjが選択/非選択状態に駆動される。
一方、セルフリフレッシュモードにおいては、セルフリフレッシュモード指示信号/SRがLレベルとなり、NAND回路75の出力信号はHレベルに設定される。セルフリフレッシュモード指示信号SRはHレベルである。セルフリフレッシュモード時において、リフレッシュサイクル活性化信号QACTがHレベルの活性状態へ駆動されると、リフレッシュアドレス信号QAが確定状態となる。このリフレッシュアドレス信号QAに従ってスペア判定が行なわれ、スペアヒット信号/SHITがHレベルまたはLレベルに駆動される。スペアヒット時においては、スペアヒット信号/SHITがLレベルとなり、NAND回路76の出力信号はHレベルとなり、電源ブロック選択信号φBjはLレベルを維持する。一方、スペア判定の結果、スペアミスの場合には、スペアヒット信号/SHITはHレベルを保持する。したがって、NAND回路74の出力信号に従って、電源ブロック選択信号φBjが選択/非選択状態へ駆動される。
この図47(A)に示す構成において、スペア判定結果が確定する前に、NAND回路74の出力信号に従って電源ブロック選択信号φBjが選択状態へ駆動されるのを防止するため、NAND回路74に、スペアヒット信号SHITが入力として与えられてもよい。
[変更例]
図48は、この階層電源構成1の変更例の構成を示す図である。この図48に示す構成においては、ワード線駆動タイミング制御回路78が、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従って、ワード線駆動信号φWLの活性化タイミングを異ならせる。このワード線駆動タイミング制御回路78は、ノーマルモード時においては、ワード線活性化信号φRXに従ってワード線駆動信号φWLを生成する。一方、セルフリフレッシュモード時においては、このワード線駆動信号φWLは、ワード線活性化信号φRXを遅延して生成される。このワード線駆動タイミング制御回路78の構成は、先の図29に示す構成と同じである。ワード線駆動タイミング制御回路78を用いることにより、セルフリフレッシュモード時において、電源ブロック選択信号φBiの活性化タイミングが遅れる場合においても、応じてワード線選択タイミングを遅らせることにより、正確に、ワード線選択動作を行なうことができる。このワード線駆動信号φWLは、スペアワード線およびノーマルワード線両者の活性化タイミングを決定する。
[変更例2]
図49は、この発明の実施の形態7の階層電源構成1の変更例2の構成を示す図である。図49においては、電源ブロック選択信号発生部の構成を示す。図49において、電源ブロック選択信号発生部は、セルフリフレッシュモード指示信号SRに応答してリフレッシュアドレスカウンタ25からのセルフリフレッシュアドレスとマルチプレクサ26からの内部ロウアドレス信号RAの一方を選択するマルチプレクサ80と、アレイ活性化信号RACTとカウントアップ指示信号CUPを受けるOR回路81と、OR回路81の出力信号の活性化に応答して活性化され、マルチプレクサ80から与えられたアドレス信号に対するスペア判定を行なうスペア判定回路82と、マルチプレクサ80からのアドレス信号とセルフリフレッシュモード指示信号SRとスペア判定回路82からのスペアヒット信号SHITに従って電源ブロックアドレス信号のデコードを行なう電源ブロックデコード回路83と、カウントアップ指示信号CUPに従って電源ブロックデコード回路83の出力する電源ブロック選択信号をラッチするラッチ84と、リフレッシュサイクル活性化信号QACTに応答してラッチ84のラッチ信号を取込み転送するラッチ85と、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従ってラッチ85の出力信号および電源ブロックデコード回路83の出力信号の一方を選択するマルチプレクサ(MUX)86を含む。
電源ブロックデコード回路83の構成は、図46(A)および図47(A)に示す構成と同じであり、セルフリフレッシュモード指示信号SRおよびスペアヒット信号SHITとロウアドレス信号RAまたはQAに従って電源ブロック選択信号φBiを生成する。ラッチ84および85は、図38に示す構成と同じであり、カウントアップ指示信号の活性化時ラッチ84が電源ブロックデコード回路83の出力信号を取込みラッチし、ラッチ85が、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの非活性化時このラッチ84の出力信号を取込みラッチし、次いで、リフレッシュサイクル活性化信号QACTの活性化に応答してラッチした信号を出力する。
マルチプレクサ86は、セルフリフレッシュモード時にはラッチ85の出力信号を選択して出力し、またノーマルモード時には、電源ブロックデコード回路83の出力信号を選択する。このマルチプレクサ86からの電源ブロック選択信号φBiが電源スイッチ回路へ与えられる。
電源ブロック選択信号発生部は、さらに、スペア判定回路82の出力するスペアヒット信号SHITをカウントアップ指示信号CUPに従ってラッチするラッチ87と、リフレッシュサイクル活性化信号QACTに従ってラッチ87の出力信号を取込みかつ転送するラッチ88と、セルフリフレッシュモード指示信号SRに従ってスペア判定回路82の出力するスペアヒット信号SHITおよびラッチ88の出力する信号の一方を選択するマルチプレクサ(MUX)89を含む。ラッチ87および88は、ラッチ84および85と同じ構成を備える。
マルチプレクサ26は、セルフリフレッシュモード時には、レジスタ65からのリフレッシュアドレス信号QAを選択し、ノーマルモード時には、外部からのロウアドレス信号RAを選択する。リフレッシュアドレスカウンタ25およびレジスタ65は、先の図36に示す構成と同じである。
この図49に示す構成においては、1つ前のリフレッシュサイクルにおいて、次のサイクルにおけるスペア判定および電源ブロックデコード動作が実行される。これらの判定結果およびデコード結果は、次のリフレッシュサイクルにおいて出力される。したがって、前のサイクルにおいて、既にデコード動作は完了しており、次のリフレッシュサイクル実行時において、高速で電源ブロック選択信号φBiおよびスペアヒット信号SHITを選択/非選択状態へ駆動することができる。これにより、リフレッシュサイクル時において、ワード線選択タイミングを遅らせる必要がなく、ワード線駆動制御部の構成を簡略化することができる。
ノーマルモード時においては、マルチプレクサ80は、マルチプレクサ26からの内部アドレス信号Adを選択してスペア判定回路82の電源ブロックデコード回路83へ与える。このスペア判定回路82の出力するスペアヒット信号SHITはマルチプレクサ89により選択されて出力され、また電源ブロックデコード回路83の出力する電源ブロック選択信号がマルチプレクサ86により選択されて出力される。ラッチ84、85、87および88がこのノーマルモード時においてバイパスされる。したがって、アレイ活性化信号が活性化されると、スペア判定回路82が判定動作を行ない、その判定結果に従ってスペアヒット信号SHITが生成される。ノーマルモード時においては、電源ブロックデコード回路83は、このスペアヒット信号SHITにかかわらず、マルチプレクサ80からのアドレス信号をデコードして、スペアブロックを含むメモリブロックMAB1およびアドレス指定されたメモリブロックに対する電源ブロック選択信号を選択状態へ駆動する。
この図49に示す構成を利用することにより、ノーマルモード時のアクセス時間を増大させることなく、セルフリフレッシュモード時の消費電流を低減することができる。
以上のように、この発明の実施の形態7の階層電源構成に従えば、ノーマルモード時には、スペアブロックを含むメモリブロックおよびアドレス指定されたメモリブロックをスペア判定結果にかかわらず、選択状態へ駆動し、またリフレッシュモード時において、アドレス指定されたメモリブロックに対する電源スイッチ回路を選択状態へ駆動しているため、ノーマルモード時においては、スペア判定結果確定前に、電源スイッチ回路からの電圧を安定に供給することができ、高速アクセスが可能となり、またリフレッシュモード時においては、必要最小限のメモリブロックに対してのみ所定の電圧が供給されるため、消費電流を低減することができる。
[階層電源構成2]
図50(A)および図50(B)は、この発明の実施の形態7に従う階層電源構成2の動作を図解する図である。図50(A)において、ノーマルモード時、アレイ活性化信号の活性化に応答してスペアブロックSPBを含むメモリブロックMAB1およびアドレス指定されたメモリブロック両者に対する電源スイッチ回路を選択状態へ駆動する。図50(A)においては、メモリブロックMAB2がアドレス指定された状態を示す。アレイ活性化信号RACTが活性化され、アクティブサイクルが始まると、まずスペアブロックを含むメモリブロックMAB1およびアドレス指定されたメモリブロックMAB2を選択状態へ駆動することにより、スペア判定結果を待つ必要がなく、高速で、所望の電圧を供給することができる。
次に、図50(B)に示すように、スペア判定結果が確定すると、そのスペア判定結果に従って、選択すべきメモリセルを含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路のみを選択状態へ駆動する。図50(B)においては、メモリブロックMAB2のノーマルワード線NWLが選択状態へ駆動され、電源スイッチ回路SW2は選択状態に保持され、一方、メモリブロックMAB1に対する電源スイッチ回路SW1は、非選択状態へ駆動される状態を示す。この判定結果後、ノーマルワード線NWLは、選択状態へ駆動される。したがって、この選択ノーマルワード線駆動時において、安定に電源スイッチ回路SW2から電圧が供給されており、高速かつ正確に、選択ノーマルワード線を選択状態へ駆動することができる。また、メモリブロックMAB1が、非選択状態に保持されるため、電源スイッチ回路SW1は非選択状態へ駆動することにより消費電流を低減することができる。
リフレッシュモード時においては、先の図44に示すように、選択すべきメモリセルを含むメモリセルブロックに対する電源スイッチ回路のみが選択状態へ駆動され、残りの電源スイッチ回路は非選択状態に保持される。これにより、リフレッシュサイクル時における消費電流を低減する。
図51(A)は、電源ブロック選択信号φB1に対する電源ブロックデコード回路の構成を示す図である。図51(A)において、電源ブロックデコード回路は、アレイ活性化信号/RACTの立下がりに応答してワンショットのLレベルのパルス信号を生成するワンショットパルス発生回路90と、ロウアドレスビット/RA1、RA2およびRA3を受けるNAND回路91と、リフレッシュアドレスビット/QA1、QA2およびQA3を受けるNAND回路92と、ワンショットパルス発生回路90の出力信号とNAND回路91および92の出力信号とスペアヒット信号/SHITとを受けて電源ブロック選択信号φB1を出力するNAND回路93を含む。アドレスビット/RA1、RA2、RA3、/QA1、QA2およびQA3は、スタンバイ時Lレベルである。次に、図51(A)に示す電源ブロックデコード回路の動作を、図51(B)に示す信号波形図を参照して説明する。
アクティブサイクルが始まると、アレイ活性化信号/RACTがLレベルに立下がる。このアレイ活性化信号/RACTの立下がりに応答して、ワンショットパルス発生回路90は、所定期間Lレベルとなるワンショットのパルス信号を生成する。応じて、NAND回路93の出力する電源ブロック選択信号φB1がHレベルに立上がる。一方、NAND回路91が、与えられたアドレスビット/RA1、RA2およびRA3をデコードする。メモリブロックMAB1がアドレス指定されている場合には、このNAND回路91の出力信号が、またLレベルとなり、NAND回路93の出力する電源ブロック選択信号φB1がHレベルへ駆動される。この状態においては、スペアワード線が使用されるか否かにかかわらず、電源ブロック選択信号φB1は、このアクティブサイクル期間中Hレベルとなる。
一方、メモリブロックMAB1と異なるメモリブロックがアドレス指定されている場合、NAND回路91の出力信号はHレベルとなる。この状態においては、ワンショットパルス発生回路90の出力信号がHレベルに立上がる前に、スペア判定結果に従って、スペアヒット信号SHITがHレベルまたはLレベルに駆動される。ノーマルワード線が使用される場合には、スペアヒット信号/SHITはHレベルを保持する。したがって、この状態においては、ワンショットパルス発生回路20の出力信号の立上がりに応答して、電源ブロック選択信号φB1がLレベルに立下がる。このメモリブロックにおいて行選択が行なわれる。
一方、NAND回路91の出力信号がHレベルであり、他のメモリブロックが指定されている状態において、スペアヒット信号/SHITがLレベルに立下がると、電源ブロック選択信号φB1は、Hレベルを保持する。このワンショットパルス発生回路90の出力するパルス信号のパルス幅をスペアヒット信号/SHITが確定状態となるための時間幅に設定することにより、電源ブロック選択信号φB1は、対応のメモリブロックMAB1の使用/不使用に応じて、選択/非選択状態に駆動することができる。
図52は、電源ブロック選択信号φBj(j=2−8)に対する電源ブロックデコード回路の構成を示す図である。この図52に示す電源ブロックデコード回路は、図47(A)に示す電源ブロックデコード回路と以下の点において異なっている。すなわち、NAND回路75とNAND回路77の間に、NAND回路75の出力信号とスペアヒット信号SHITを受けるOR回路94が配置される。他の構成は、図47(A)に示す構成と同じであり、対応する部分には同じ参照番号を付しその詳細説明は省略する。
この図52に示す電源ブロックデコード回路の構成において、アドレスビットRA1−RA3および/RA1−/RA3に従って、アクティブサイクル開始時、電源ブロック選択信号φBiが選択/非選択状態へ駆動される。スペアビット信号SHITがLレベルのときには、そのアクティブサイクル期間中、電源ブロック選択信号φBiが、アドレスビットRA1−RA3および/RA1−/RA3に従った状態に保持される。一方、スペアヒット信号SHITがHレベルに駆動されると、OR回路94の出力信号がHレベルとなる。ノーマルモード時において、NAND回路76の出力信号はHレベルである。したがって、このスペアヒット信号SHITの立上がりに応答して、電源ブロック選択信号φBjがLレベルに立下がる。これにより、スペアワード線が使用されるとき、スペアブロックを含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路のみが選択状態に駆動され、このアドレス指定された不良ノーマルワード線を含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路は非選択状態へ駆動される。
なお、図51(A)および図52に示す電源ブロックデコード回路のリフレッシュモード時における動作は、図46(A)および図47(A)に示す電源ブロックデコード回路の動作と同じであり、したがって、それらの動作波形は図46(B)および図47(B)にそれぞれ示す信号波形と同じである。すなわち、リフレッシュサイクル時において、選択状態へ駆動すべきメモリセル行を含むメモリセルブロックに対してのみ電源スイッチ回路が選択状態へ駆動される。
なお、この図51および図52に示す電源ブロックデコード回路の構成に対し、図49に示す回路構成を利用することができる。すなわちリフレッシュモード時において、前のサイクルのリフレッシュアドレスカウンタからのリフレッシュアドレス信号に従って、次サイクルにおける電源ブロック選択信号の選択/非選択状態を決定することができる。
以上のように、この実施の形態7に従えば、ノーマルモード時においては、アドレス指定されたメモリブロックを選択状態へ駆動し、次いで、選択すべきメモリセル行を含むメモリブロックに対してのみ電源スイッチ回路を選択状態に保持しているため、アクティブサイクル時の消費電流を低減することができる。また、アクティブサイクル開始と同時に、アドレス指定されたメモリブロックおよびスペアブロックを含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路を選択状態に駆動しており、アクセス時間が増加するのを防止することができる。
上述の説明において、スペアワード線を含むメモリブロックについて説明している。しかしながら、スペアコラムを救済する構成に対しても、この階層電源構成を利用することができる。
また、スペアブロックを含むメモリブロックは、1つであるとこの実施の形態7において説明している。しかしながら、先の実施の形態1から5に対しても、この実施の形態7の階層電源構成を適用することができる。また、繰返し回路はメモリセルデータを検知・増幅するセンスアンプであってもよい。
以上のように、この発明に従えば、スペア線を、複数のメモリブロックのノーマル線と置換可能なように構成しているため、スペア線を効率的に利用することができ、またフレキシブルリダンダンシィ構成を利用しているため、スペアデコーダの数も低減することができ、アレイ面積増加を抑制することができる。
また、メモリブロックそれぞれに対し電源スイッチ回路を設け、ノーマルモード時とリフレッシュモード時とで選択状態へ駆動される電源スイッチ回路の数を異ならせているため、アクセス時間を低下させることなく、消費電流を低減することができる。また、スペアブロックを含む構成においては、スペアブロックを含むメモリブロックに対する電源スイッチ回路は、常時アクティブサイクル開始に応答して選択状態へ駆動しているため、スペア判定を待つことなくスペアブロックに対して電源スイッチ回路から所定の電圧を供給することができ、アクセス時間の増加を抑制することができる。
RB♯0〜RB♯m メモリブロック、MB♯00〜MB♯mn ノーマルメモリサブアレイ、LIO00〜LIOmn ノーマルローカルデータバス、SP♯0〜SP♯m スペアアレイ、SIO0〜SIOm スペアローカルデータバス、NGIO0〜NGIOn ノーマルグローバルデータバス、SGIO スペアグローバルデータバス、BSG ブロック選択ゲート、SD00〜SD0m,SD30〜SD3m スペアデコーダ、SPD スペアデコード回路、Y0〜Yn コラムデコード回路、SD00〜SD0n,SD30〜SD3n スペアデコーダ、BSGs スペアブロック選択ゲート、CB♯0〜CB♯n 列ブロック、SB♯ スペアブロック、MA♯0〜MA♯m ノーマルメモリサブアレイ、SPX♯ スペアアレイ、RBX♯0〜RBX♯m 行ブロック、MA♯0−0〜MA♯0−N,MA♯1−0〜MA♯1−N ノーマルメモリサブアレイ、SPX♯0,SPX♯1 スペアアレイ、SAB0〜SABm+1 センスアンプ帯、MB♯00−0〜MB♯00−N,MB♯01−0〜MB♯01−N,MB♯10−0〜MB♯10−N,MB♯11−0〜MB♯11−N ノーマルメモリサブアレイ、SPX♯00,SPX♯01,SPX♯10,SPX♯11 スペアアレイ、B♯0,B♯1 メモリマット、B♯00,B♯01,B♯10,B♯11 メモリブロック群、1 主電圧供給線、2a〜2n,2 メモリブロック、3a〜3n,3 ロウ系周辺回路、4a〜4n,SW1−SW8 電源スイッチ回路、5a−5n 副電圧供給線、6 電源ブロックデコーダ、WLa−WLm ワード線、11a−11m NAND型デコード回路、12a−12m インバータ型ワード線ドライブ回路、14p,14n 電源スイッチトランジスタ、MAB1−MAB8 メモリブロック、GAB0,GAB1 グローバルブロック、22 リフレッシュモード検出回路、23 リフレッシュ制御回路、24 タイマ、25 リフレッシュアドレスカウンタ、26 マルチプレクサ、27 ロウ系制御回路、30 OR回路、31 ワード線活性化信号発生回路、32 遅延回路、33 セレクタ、40 ワード線デコード信号発生回路、50 ロウ系選択回路、60 電源ブロックデコード回路、61,62 ラッチ、63 セレクタ、65 レジスタ、NMAB1−NMAB8 ノーマルメモリブロック、78 ワード線駆動タイミング制御回路、80 マルチプレクサ、82 スペア判定回路、83 電源ブロックデコード回路、84,85,87,88 ラッチ、86,89 マルチプレクサ(MAX)、90 ワンショットパルス発生回路、91,92,93 NAND回路、94 OR回路、74,75,76,77 NAND回路。