JP2014220026A - Semiconductor device and method of switching data line - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びデータ線の切り替え方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a data line switching method.
近年、半導体装置の高速化や大容量化に伴い、データを記憶する様々な種類のメモリデバイスの中で、磁気抵抗メモリMRAM(Magnet Random Access memory)が注目されている。 2. Description of the Related Art In recent years, magnetoresistive memory MRAM (Magnet Random Access Memory) has attracted attention among various types of memory devices that store data as the speed and capacity of semiconductor devices increase.
特許文献1は、ROM(Read Only Memory)又はEPROM(Erasable Programmable ROM)をデータ記憶領域として開示する(段落[0021])。この文献は、データをセンスする際の基準電圧を発生させるダミーセル(リファレンスセル)が複数個結合されたダミーデータ線(リファレンスビット線)を複数本用意しておき、不良が存在しない1本のダミーデータ線をセレクタで選択してセンスアンプに供給する技術を開示する。
特許文献2は、上述したMRAMをデータ記憶領域として開示する。この文献は、データ「0」を記憶するダミーセル(リファレンスセル)とデータ「1」を記憶するダミーセルを用いてメモリセルのデータをセンスする際の基準電圧を発生させる技術を開示する。特許文献2が開示する技術では、ダミーセルが複数個結合されたダミーデータ線及び通常のデータ線(ビット線)に対して共通の冗長データ線を設け、通常のデータ線に生じた欠陥とダミーデータ線に生じた欠陥の両方を置換する。
特許文献3は、上述したMRAMをデータ記憶領域として開示する。この文献は、メモリセルのデータをセンスする際の基準電圧を発生させるリファレンスセルとスペアリファレンスセルを用意しておき、リファレンスセル特性の製造ばらつきや経時劣化に対応して両者を適宜切り替えて使用する技術が開示されている。
特許文献4は、上述したMRAMをデータ記憶領域として開示する。この文献は、リファレンスセルを全てのセルの中から選ぶ方法及び回路ボックスが開示されている。 Patent Document 4 discloses the above-described MRAM as a data storage area. This document discloses a method and circuit box for selecting a reference cell from among all cells.
非特許文献1は、上述したMRAMに関する。この文献は、メモリセルのデータをセンスする際の基準電圧を発生させるリファレンスセルが複数個結合されたリファレンスワード線から特定のリファレンスセルを常時、選択してセンスアンプに供給する技術が開示されている。
Non-Patent
なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。 Each disclosure of the above prior art document is incorporated herein by reference. The following analysis was made by the present inventors.
特許文献1が開示する技術は、選択されないダミーデータが常に存在するため、多数のセンスアンプに対してそれぞれダミーデータ線を供給する構成のため基板面積の利用効率が悪いという問題がある。
The technique disclosed in
特許文献2が開示する技術は、冗長データ線を有効に活用することが可能であるが、単に欠陥が存在するダミーデータ線を冗長データ線で置換するだけであり、冗長データ線のダミーセルの特性ばらつきに対応できない問題がある。
The technology disclosed in
特許文献3が開示する技術は、リファレンスセル特性のよい方を適宜選択できる自由度があるが、リファレンスビット線の本数が倍になるため、基板面積の利用効率が悪いという問題がある。
The technique disclosed in
特許文献4には、リファレンスセルを全てのセルから選択するための具体的な回路構成が開示されていない。また、特許文献4が開示する技術は、第1の参照電流Iref1と第2の参照電流Iref2とが異なる電流源で生成されており、複数の電流源が必要であり、基板面積の利用効率が悪い。 Patent Document 4 does not disclose a specific circuit configuration for selecting a reference cell from all cells. In the technique disclosed in Patent Document 4, the first reference current Iref1 and the second reference current Iref2 are generated by different current sources, a plurality of current sources are required, and the utilization efficiency of the substrate area is improved. bad.
本発明の第1の視点によれば、抵抗変化型の第1メモリセルを複数含む第1メモリセルアレイと、抵抗変化型の第2メモリセルを複数含む第2メモリセルアレイと、第1回路ノードと、第2回路ノードと、アドレス情報が供給されるアドレス回路と、前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第1メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第1回路ノードに接続する第1デコーダ回路と、前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第2メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第2回路ノードに接続する第2デコーダ回路と、可変電圧が供給される第1リファレンス電圧入力端子と、第1及び第2入力端子を含む第1センスアンプ回路と、前記第1及び第2回路ノードのそれぞれに、第1カレントミラー電流を供給する第1カレントミラー回路と、第1領域信号に応じ、前記第1リファレンス電圧入力端子及び前記第1回路ノードの一方を前記第1センスアンプ回路の前記第1入力端子に接続する第1選択回路と、第2領域信号に応じ、前記第1リファレンス電圧入力端子及び前記第2回路ノードの一方を前記第1センスアンプ回路の前記第2入力端子に接続する第2選択回路と、を備える半導体装置が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a first memory cell array including a plurality of resistance change type first memory cells, a second memory cell array including a plurality of resistance change type second memory cells, a first circuit node, A second circuit node, an address circuit to which address information is supplied, and one memory cell of the plurality of first memory cells in accordance with the address information supplied to the address circuit. And a second decoder circuit for connecting one memory cell of the plurality of second memory cells to the second circuit node according to the address information supplied to the address circuit. A first reference voltage input terminal to which a variable voltage is supplied, a first sense amplifier circuit including first and second input terminals, and each of the first and second circuit nodes. A first current mirror circuit that supplies one current mirror current, and one of the first reference voltage input terminal and the first circuit node is connected to the first input terminal of the first sense amplifier circuit according to a first region signal. A first selection circuit to be connected and a second selection circuit for connecting one of the first reference voltage input terminal and the second circuit node to the second input terminal of the first sense amplifier circuit according to a second region signal A semiconductor device is provided.
本発明の第2の視点によれば、複数のワード線と複数のビット線の交点にマトリックス状に配置される複数の抵抗変化型の第1メモリセル群から、リファレンスセル群を抽出するステップと、前記リファレンスセル群から第1メモリセルをリファレンスセルとして抽出するステップと、前記抽出されたリファレンスセル群以外の残りのメモリセル群に少なくとも1つの欠陥メモリセルがある場合に、前記少なくとも1つの欠陥メモリセルを、前記抽出されたリファレンスセル群のうちの、リファレンスセルとして抽出された前記第1メモリセル以外のメモリセルに置換するステップと、を含むデータ線の切り替え方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, a step of extracting a reference cell group from a plurality of resistance change type first memory cell groups arranged in a matrix at intersections of a plurality of word lines and a plurality of bit lines; Extracting the first memory cell from the reference cell group as a reference cell; and if there is at least one defective memory cell in the remaining memory cell group other than the extracted reference cell group, the at least one defect Replacing a memory cell with a memory cell other than the first memory cell extracted as a reference cell in the extracted reference cell group.
本発明の各視点によれば、基板面積の利用効率を高めつつ、データ読み出し動作時の動作マージンの向上に寄与する半導体装置及びデータ線の切り替え方法が、提供される。 According to each aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device and a data line switching method that contributes to an improvement in an operation margin during a data read operation while improving the utilization efficiency of the substrate area.
[第1の実施形態]
本発明の各実施形態は、磁気抵抗メモリMRAMのうち、特に、STT−RAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory)に関する。第1の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
[First Embodiment]
Each embodiment of the present invention relates to an STT-RAM (Spin Transfer Torque Random Access Memory) among the magnetoresistive memories MRAM. The first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る読み出し回路42の回路構成の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the
読み出し回路42は、メモリセルが記憶する通常データの読み出しに加えて、リファレンスセルが記憶する参照データの読み出しに利用でき、また、複数のリファレンスセルからなるリファレンスセル群から、最適なリファレンスセルを抽出するために利用できる。特に、この回路は、同一の電流源から電流が供給される2つのノード(A01/A02、A03/A04)と、可変電圧が供給される可変リファレンス電圧入力端子VRとを含む。詳しくは後述する。
The
図2は、本実施形態に係る半導体装置1をテストする構成の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration for testing the
図2に示すテストシステムは、半導体装置1と、半導体装置1と接続されるテスト装置2と、を含んで構成される。
The test system shown in FIG. 2 includes a
半導体装置1は、図1に示す読み出し回路42(不図示)を含む。読み出し回路42の可変リファレンス電圧入力端子VRは、テスト装置2が出力する可変電圧を受ける構成である。また、半導体装置1は、チップ制御回路23を含む。チップ制御回路23は、リファレンスビット線(リファレンスセル群)の選択に必要な内部制御信号を生成する。詳しくは、図3以降で、後述する
The
テスト装置2は、半導体装置1の電気的特性を測定し、測定結果に基づいた各種設定を行う手段である。即ち、テスト装置2は、半導体装置1のプローブテストやテストボード等を使用し、半導体装置1をテストする手段である。テスト装置2は、半導体装置1に対してメモリ制御信号を与えることで、半導体装置1の動作モードを切り替える。具体的には、テスト装置2は、メモリ制御信号により半導体装置1をテストモードに遷移させる。
The
テスト装置2は、半導体装置1をテストモードに遷移させた上で、半導体装置1のリファレンスビット線を選択・決定し、選択したリファレンスビット線を半導体装置1に設定する。詳細については後述するが、テスト装置2によるリファレンスビット線の選択・決定は概略以下のとおりである。初めに、複数のスペアビット線(リファレンスセル群)のそれぞれについて、予めデータ「0」と「1」を書き込む。その後、複数のスペアビット線のそれぞれについて、各スペアビット線により選択されるメモリセルの特性を測定する。その後、各スペアビット線により選択されるメモリセルの特性を評価し、リファレンスビット線として採用可能なスペアビット線(リファレンスセル)を選択する。さらにその後、テスト装置2は、選択したリファレンスビット線を、半導体装置1に設定する。テスト装置2は、データを読み出す際に、決定されたリファレンスビット線から選択されるメモリセル(リファレンスセル)から得られる参照電圧を使用する。半導体装置1をユーザーが使用する際(半導体装置1の通常動作の際)には、半導体装置1を制御するコントローラは、上述のテストで得た参照電圧を使用することが可能であり、この参照電圧を使って半導体装置1からデータを読み出すことが可能となる。
The
よって、テスト装置2は、図1に示す読み出し回路42等を使って半導体装置1からデータを読み出すことができ、読み出したデータに基づいて、リファレンスセル群から最適なリファレンスセルを抽出する(図15で詳述)。
Therefore, the
テスト装置2の内部構成は、以下で説明する。
The internal configuration of the
テスト装置2は、制御部10と、データ制御部11と、メモリデバイス制御部12と、VR電圧生成部13と、を含んで構成される。
The
制御部10は、データ制御部11、メモリデバイス制御部12及びVR電圧生成部13の各部と、テスト装置2の全体と、を制御する手段である。制御部10は、半導体装置1に対してメモリ制御信号及び後述する可変リファレンス電圧VRを与えることで、半導体装置1に含まれるスペアビット線の特性を評価し、最終的なリファレンスビット線を決定する。
The
データ制御部11は、半導体装置1に対して、リファレンスビット線を選択するのに必要なデータ信号を供給し、且つ、半導体装置1が出力するデータ信号を受け取る手段である。メモリデバイス制御部12は、半導体装置1に対し、メモリ制御信号(例えば、ライトイネーブル信号/WE等)を供給することで、半導体装置1の動作を制御する。VR電圧生成部13は、半導体装置1に対して、可変リファレンス電圧VRを供給する。なお、VR電圧生成部13は、制御部10からの指示に応じて、半導体装置1に供給する可変リファレンス電圧VRの電圧値を変更する。可変リファレンス電圧VRはメモリセルの特性の良否を判定する際に使用される。
The data control
図3は、半導体装置1の全体構成の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the
図3に示す半導体装置1は、抵抗変化型メモリセルとしてスピン注入磁化反転書き込みを行うSTT−RAMを使用したメモリセルアレイ(20a〜20h)を備えている。このように、半導体装置1は、複数のメモリセルアレイを備えており、且つ、各メモリセルアレイには複数の抵抗変化型メモリセルが含まれている。メモリセルアレイは、複数のバンク(20a〜20h)から構成されて良い。各バンクは、互いに独立なアクセス動作で制御されて良い。1つのメモリセルは、磁気抵抗変化素子及び選択トランジスタ(例えば、MOSトランジスタ)で構成される。
The
半導体装置1は、外部端子として外部クロック端子CK、/CK、クロックイネーブル端子CKE、コマンド端子/CS、/RAS、/CAS、/WE、データ入出力端子DQ、電源入力端子VDD、VSS、外部(例えば、テスト装置2)から可変電圧が供給される可変リファレンス電圧入力端子VRを備える。なお、本明細書において信号名の先頭に「/」が付されている信号は、対応する信号の反転信号又はロウアクティブな信号であることを意味している。従って、CK、/CKは互いに相補の信号である。
The
クロック発生回路21は、外部クロック信号CK、/CKとクロックイネーブル信号CKEを入力する。クロック発生回路21は、半導体装置1の内部で必要とされる内部クロック信号を発生し、各部に供給する。
The
コマンド端子/CS、/RAS、/CAS、/WEは、それぞれチップセレクト信号/CS、ロウアドレスストローブ信号/RAS、カ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を受ける。これらのコマンド信号は、コマンドデコーダ22に供給される。コマンドデコーダ22は、入力したコマンド信号をデコードし、チップ制御回路23に供給する。
Command terminals / CS, / RAS, / CAS and / WE receive chip select signal / CS, row address strobe signal / RAS, column address strobe signal / CAS and write enable signal / WE, respectively. These command signals are supplied to the command decoder 22. The command decoder 22 decodes the input command signal and supplies it to the
モードレジスタ24は、半導体装置1の動作モードが設定される領域である。この領域は、レジスタに限らず、メモリセル、CAM(Content Addressed Memory)、フューズ、アンチフューズ等の記憶素子で構成されて良い。チップ制御回路23は、コマンドデコーダ22によるコマンド信号のデコード結果及びモードレジスタ24に設定された動作モードを入力する。チップ制御回路23は、これらの情報に基づいて各種の内部制御信号を生成し、アレイ制御回路25、RW(リードライト)アンプ26、ラッチ回路27、データ入出力バッファ28、カラムアドレスバッファ29、バンク及びロウアドレスバッファ30に供給する。
The
さらに、チップ制御回路23は、メモリセルにアクセスするのに必要な制御信号、及び、テスト装置2によるリファレンスビット線の選択・決定に必要な制御信号を生成し、メモリセルアレイを制御する回路に供給する。チップ制御回路23は、リファレンスデータ書き込み信号RF、リファレンス電圧選択信号RL及びRRを生成する。これらの制御信号については、順次、説明する。
Further, the
アドレス信号ADDは、バンクを特定するバンクアドレスと、ワード線を特定するロウアドレスと、ビット線を特定するカラムアドレスと、を含む。アドレス信号ADDのうち、バンク及びロウアドレスは、バンク及びロウアドレスバッファ30に供給され、カラムアドレスはカラムアドレスバッファ29に供給される。即ち、カラムアドレスバッファ29とバンク及びロウアドレスバッファ30は、アドレス情報が供給されるアドレス回路である。
The address signal ADD includes a bank address that specifies a bank, a row address that specifies a word line, and a column address that specifies a bit line. Of the address signal ADD, the bank and row address are supplied to the bank and row address buffer 30, and the column address is supplied to the
バンク及びロウアドレスバッファ30は、バンク0〜7のいずれかを特定してロウアドレスを出力する。また、バンク及びロウアドレスバッファ30が出力するロウアドレスは、ロウデコーダ31によりデコードされ、デコード結果に応じて、いずれかのワード線が選択される。
The bank and row address buffer 30 specifies one of the banks 0 to 7 and outputs a row address. The row address output from the bank and row address buffer 30 is decoded by the
また、カラムアドレスバッファ29が出力するカラムアドレスは、カラムデコーダ32によりデコードされ、デコード結果に応じて、カラムアドレスに対応するビット線が選択される。選択されたビット線に対応するメモリセルアレイ内のデータラッチ回路(図示せず)は、複数のI/O(Input/Output)線33を介してRW(リードライト)アンプ26に接続される。
The column address output from the
RWアンプ26は、ラッチ回路27及びデータ入出力バッファ28を介して、外部端子であるデータ入出力端子DQと接続されるリードアンプ回路及びライトアンプ回路である。ここで、ラッチ回路27及びデータ入出力バッファ28には、クロック発生回路21から内部クロック信号が供給され、メモリセルアレイとデータ入出力端子DQの間のデータの入出力のタイミングが制御される。
The
内部電圧生成回路34は、電圧VDD及びVSSを受け付け、チップ制御回路23を初めとした各部に供給する内部電圧を生成する。
The internal
制御情報記憶領域35は、チップ制御回路23がアクセス可能な領域であって、欠陥アドレス情報を記憶する第1記憶領域と、リファレンスアドレス情報を記憶する第2記憶領域と、を備える。なお、欠陥アドレス情報とは、欠陥の存在するメモリセルの位置を示すアドレス情報である。また、リファレンスアドレス情報とは、リファレンスビット線(リファレンスセル)の位置を示すアドレス情報である。図3では、制御情報記憶領域35は、メモリセルアレイ(20a〜20h)と異なる領域として図示されているが、この領域35は、メモリセルアレイ(20a〜20h)内の領域として構成されても良い。制御情報記憶領域35は、メモリセル(特に、不揮発性メモリ、例えば、フラッシュメモリ、STT−RAMメモリ)、CAM(Content Addressed Memory)、フューズ、アンチフューズ等の記憶素子で構成されて良い。
The control
テスト装置2が供給する可変リファレンス電圧VRは、メモリセルアレイを制御する回路に供給される。可変リファレンス電圧VRを使用する回路の詳細は後述する。なお、半導体装置1が通常動作の際には、可変リファレンス電圧VRは不要であるので、可変リファレンス電圧入力端子VRがフローティング状態とならないように構成する。例えばメモリセルアレイを制御する回路に供給される可変リファレンス電圧VRの電圧精度に影響を与えない程度の高抵抗のプルダウン抵抗等を接続するといった処置がなされる。
The variable reference voltage VR supplied from the
図4は、半導体装置1のメモリセルアレイ及びその周辺制御回路の主たる部分の構成の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of main parts of the memory cell array and its peripheral control circuit of the
メモリセル領域40−1〜40−4は、図3に示すメモリセルアレイ(例えば、20a)に対応する。 Memory cell regions 40-1 to 40-4 correspond to the memory cell array (for example, 20a) shown in FIG.
ロウデコーダ(RD;Row Decoder)31−1及び31−2は、図3に示すロウデコーダ31に対応する。
Row decoders (RD) 31-1 and 31-2 correspond to the
カラムセレクタ(CS;Column Selector)41−1〜41−4と、カラムデコーダ(CD;Column Decoder)32−1及び32−2は、図3に示すカラムデコーダ32に対応する。
Column selectors (CS) 41-1 to 41-4 and column decoders (CD; Column Decoder) 32-1 and 32-2 correspond to the
さらに、図4で示す構成は、図3の半導体装置1に含まれるが、図3では不図示であった以下の構成、すなわち、読み出し回路(RC;Read Circuit)42−1及び42−2と、第1書き込み回路(WC1;Write Circuit 1)43−1及び43−2と、第2書き込み回路(WC2;Write Circuit 2)44−1及び44−2と、スイッチ(SW)45−1及び45−2と、Nチャネル型MOSトランジスタである電圧クランプトランジスタ46−1〜46−4と、を含む。なお、以降の説明において、メモリセル領域40−1〜40−4を区別する特別な理由がない場合には、「メモリセルアレイ40」と表記する。カラムセレクタ、カラムデコーダ、ロウデコーダ、読み出し回路、第1及び第2書き込み回路、スイッチ、電圧クランプトランジスタについても同様の表記を行う。
Further, the configuration shown in FIG. 4 is included in the
40−1〜40−4の各メモリセル領域は、m本のワード線と、sr本のスペアワード線と、n本のビット線と、sc本のスペアビット線と、を含む。m、sr、n、scはそれぞれ正の整数とし、以降の説明においても同様とする。また、ワード線(含むスペアワード線)とビット線(含むスペアビット線)のそれぞれの交点には、メモリセルが配置されている。つまり、半導体装置1には、複数のワード線と複数のビット線の交点にマトリックス状に配置される複数の抵抗変化型メモリセルからなるメモリセル群が存在する。
Each of the memory cell regions 40-1 to 40-4 includes m word lines, sr spare word lines, n bit lines, and sc spare bit lines. m, sr, n, and sc are each positive integers, and the same applies in the following description. Memory cells are arranged at the intersections of the word lines (including spare word lines) and bit lines (including spare bit lines). That is, the
カラムセレクタ41は、カラムデコーダ32により制御され、n+sc本のビット線から1本のビット線を選択する。ロウデコーダ31は、m+sr本のワード線から1本のワード線を選択して対応するメモリセルをビット線に接続する。また、カラムセレクタ41は、選択されたビット線とワード線の交点に位置するメモリセルと読み出し回路42を、ゲートにクランプ電圧VCが供給された電圧クランプトランジスタ46を介して接続する。なお、クランプ電圧VCは、メモリセルアレイからデータを読み出す際に、アレイ制御回路25が供給する信号である。このように、ロウデコーダ31又はカラムデコーダ32は、アドレス回路(カラムアドレスバッファ29又はバンク及びロウアドレスバッファ30)に供給されるアドレス情報に応じ、複数のメモリセルのうちの1つのメモリセルを回路ノード(図4に示すノードA01〜A04)に接続する機能を備える。
The
<読み出し動作>
半導体装置1の読み出し動作(データリード動作)において、左側の2個のメモリセルアレイ40−1又は40−2が選択された場合には、読み出し回路42の左側のノード(図4のノードA01又はA02)に、ロウデコーダ31−1及びカラムデコーダ32−1により選択されたメモリセルが保持するデータに対応する読み出し信号電圧が入力される。
<Read operation>
When the left two memory cell arrays 40-1 or 40-2 are selected in the read operation (data read operation) of the
一方、読み出し回路42−1の右側のノード(図4のノードA03)には、ロウデコーダ31−2及びカラムデコーダ32−2により選択された右上のメモリセルアレイ40−3に含まれるリファレンスビット線に接続されたメモリセルが保持するデータ「0」に対応する読み出し信号電圧が入力される。また、右下のメモリセルアレイ40−4に含まれるリファレンスビット線に接続されたメモリセルが保持するデータ「1」に対応する読み出し信号電圧が、読み出し回路42−2の右側の入力ノード(図4に示すノードA04)に入力される。 On the other hand, the right-side node (node A03 in FIG. 4) of the read circuit 42-1 is connected to the reference bit line included in the upper right memory cell array 40-3 selected by the row decoder 31-2 and the column decoder 32-2. A read signal voltage corresponding to data “0” held in the connected memory cell is input. Further, the read signal voltage corresponding to the data “1” held in the memory cell connected to the reference bit line included in the lower right memory cell array 40-4 is input to the right input node of the read circuit 42-2 (FIG. 4). Node A04) shown in FIG.
これらのリファレンスビット線に接続されたメモリセルから読み出された信号電圧は、接続信号SRにより選択されたスイッチ45−2により短絡(ショート)される。その結果、データ「0」と「1」の読み出し信号電圧のほぼ中間電圧が、参照電圧として読み出し回路42に入力される(ノードA03及びA04に参照電圧が印加される)。
The signal voltages read from the memory cells connected to these reference bit lines are short-circuited (short-circuited) by the switch 45-2 selected by the connection signal SR. As a result, an almost intermediate voltage between the read signal voltages of the data “0” and “1” is input to the
読み出し回路42は、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2に含まれるメモリセルからの読み出し信号電圧と、右側のメモリセルアレイ40−3及び40−3から得られる参照電圧と、を比較増幅し、入出力線IO0及びIO1にそれぞれ出力する。このように、読み出し回路42は、ロウデコーダ31及びカラムデコーダ32により選択されたメモリセルから読み出した信号電圧のデータ判別を行う際に、リファレンスセルから読み出した信号の中間電圧を参照電圧として用いる。
The
上記の説明は、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2が選択された場合の動作である。 The above description is the operation when the left memory cell array 40-1 or 40-2 is selected.
右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4が選択された場合には、左右の関係が逆になると共に、リファレンスビット線に接続されたメモリセルが保持するデータの上下関係が逆転する。より具体的には、左下のメモリセルアレイ40−2に含まれるリファレンスビット線に接続されたメモリセルからデータ「0」に対応する読み出し信号電圧が得られる。また、左上のメモリセルアレイ40−1に含まれるリファレンスビット線に接続されたメモリセルからデータ「1」に対応する読み出し信号電圧が得られる。 When the right memory cell array 40-3 or 40-4 is selected, the left-right relationship is reversed and the vertical relationship of the data held in the memory cells connected to the reference bit line is reversed. More specifically, the read signal voltage corresponding to the data “0” is obtained from the memory cell connected to the reference bit line included in the memory cell array 40-2 in the lower left. Further, a read signal voltage corresponding to the data “1” is obtained from the memory cells connected to the reference bit line included in the upper left memory cell array 40-1.
さらに、右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4を選択する際には、接続信号SLにより選択されたスイッチ45−1が、ノードA01及びA02を短絡する。なお、接続信号SR及びSLは、メモリセルアレイからデータを読み出す際に、アレイ制御回路25が、データを読み出そうとするメモリセルアレイの位置に応じて適宜、活性・非活性を制御する信号である。 Further, when the right memory cell array 40-3 or 40-4 is selected, the switch 45-1 selected by the connection signal SL shorts the nodes A01 and A02. The connection signals SR and SL are signals that the array control circuit 25 controls activation / deactivation as appropriate according to the position of the memory cell array from which data is to be read when reading data from the memory cell array. .
<書き込み動作>
半導体装置1の書き込み動作(データライト動作)において、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2が選択された場合には、書き込み制御信号WLにより第1書き込み回路43−2と第2書き込み回路44−1が活性化され、入出力線IO0とIO1から入力されたデータに従って、ロウデコーダ31−1及びカラムデコーダ32−1により選択されたメモリセルにデータ「0」又は「1」が書き込まれる。
<Write operation>
In the write operation (data write operation) of the
上記の説明は、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2が選択された場合の動作である。 The above description is the operation when the left memory cell array 40-1 or 40-2 is selected.
右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4が選択された場合には、左右の関係が逆になる。より具体的には、右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4が選択された場合には、書き込み制御信号WRにより第1書き込み回路43−1と第2書き込み回路44−2が活性化され、入出力線IO0とIO1から入力されたデータに従って、ロウデコーダ31−2及びカラムデコーダ32−2により選択されたメモリセルにデータ「0」又は「1」が書き込まれる。 When the right memory cell array 40-3 or 40-4 is selected, the left-right relationship is reversed. More specifically, when the right memory cell array 40-3 or 40-4 is selected, the first write circuit 43-1 and the second write circuit 44-2 are activated by the write control signal WR, Data “0” or “1” is written into the memory cell selected by the row decoder 31-2 and the column decoder 32-2 in accordance with the data input from the input / output lines IO0 and IO1.
なお、書き込み制御信号WL及びWRは、メモリセルアレイにデータを書き込む際に、アレイ制御回路25が、データを書き込もうとするメモリセルアレイの位置に応じて適宜、活性・非活性を制御する信号である。 The write control signals WL and WR are signals for controlling activation / deactivation as appropriate according to the position of the memory cell array to which data is to be written when the data is written into the memory cell array.
<リファレンスデータの書き込み動作(テスト時)>
左側のメモリセル40−1又は40−2にリファレンスデータ(データ「0」又は「1」)を書き込む場合には、書き込み制御信号WLに加え、リファレンスデータ書き込み信号RFが活性化される。リファレンスデータ書き込み信号RFは、チップ制御回路23が、テスト装置2からの指示に従い活性・非活性を制御する信号である。
<Reference data write operation (during test)>
When the reference data (data “0” or “1”) is written to the left memory cell 40-1 or 40-2, the reference data write signal RF is activated in addition to the write control signal WL. The reference data write signal RF is a signal that the
書き込み制御信号WL及びリファレンスデータ書き込み信号RFが活性化されることで、左下のメモリセルアレイ40−2にはデータ「0」が、左上のメモリセルアレイ40−1にはデータ「1」がロウデコーダ31−1及びカラムデコーダ32−1で選択されたメモリセルにそれぞれ書き込まれる。
By activating the write control signal WL and the reference data write signal RF, the
上記の説明は、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2が選択された場合の動作である。右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4が選択された場合には、左右の関係が逆になると共に、リファレンスデータの上下関係が逆転する。より具体的には、書き込み制御信号WR及びリファレンスデータ書き込み信号RFが活性化されることで、右上のメモリセルアレイ40−3にはデータ「0」が右下のメモリセルアレイ40−4にはデータ「1」が、ロウデコーダ31−2及びカラムデコーダ32−2で選択されたメモリセルにそれぞれ書き込まれる。 The above description is the operation when the left memory cell array 40-1 or 40-2 is selected. When the right memory cell array 40-3 or 40-4 is selected, the left-right relationship is reversed and the vertical relationship of the reference data is reversed. More specifically, when the write control signal WR and the reference data write signal RF are activated, the data “0” is transferred to the upper right memory cell array 40-3 and the data “0” is transferred to the lower right memory cell array 40-4. 1 "is written to the memory cells selected by the row decoder 31-2 and the column decoder 32-2.
なお、リファレンスデータの書き込みは、左右のメモリセルアレイに同時に(並行して)行うことも可能である。リファレンスデータは左側のメモリセルアレイ40−1及び40−2と、右側のメモリセルアレイ40−3及び40−4にそれぞれ分かれて書き込まれる。そのため、左右のメモリセルアレイのリファレンスデータ(データ「0」又は「1」)を同時に読み出し回路42で比較増幅して入出力線IO0及びIO1に出力することで、リファレンスデータが正しく書き込まれたか否かを容易に確認できる。
Note that the reference data can be written simultaneously (in parallel) to the left and right memory cell arrays. The reference data is written separately in the left memory cell arrays 40-1 and 40-2 and the right memory cell arrays 40-3 and 40-4. Therefore, reference data (data “0” or “1”) in the left and right memory cell arrays is simultaneously compared and amplified by the
図5は、図4に示すカラムセレクタ41(CS41−1、41−2、41−3、41−4)の回路構成の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the column selector 41 (CS 41-1, 41-2, 41-3, 41-4) illustrated in FIG.
カラムセレクタ41には、n+sc本のカラム選択信号がゲートに入力されたn+sc個のNチャネル型MOSトランジスタが含まれている。カラムデコーダ32は、カラム選択信号を切り替えることで、n+sc本のビット線のうち1本を選択する。なお、Nチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧Vtによる電圧降下を避けるため、カラム選択線を相補型にすると共に、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ構成を用いてもよい。
The
図6は、図4に示すカラムデコーダ32(CD32−1、32−2)の回路構成の一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the column decoder 32 (CD32-1, 32-2) shown in FIG.
カラムデコーダ32は、n個の否定論理積回路(NAND)と、n+2sc個のインバータ回路(INV)と、アドレス比較回路50−1及び50−2と、選択回路51−1〜50−3と、セレクタ52−1〜52−3と、を含む。なお、図6に示す構成は、スペアビット線の本数を3本(sc=3)とする場合の構成であるが、スペアビット線の増減に従い、選択回路やセレクタを増減する。
The
カラムデコーダ32は、sc本のスペアビット線を用いて欠陥の存在するビット線に置換する機能と、sc本のスペアビット線のうち、選択された1本をリファレンスビット線として用いる機能と、を備える。
The
<欠陥置換>
スペアビット線を欠陥の存在するビット線に置換する場合について説明する。この場合、カラムデコーダ32は、選択されたビット線のアドレスが、アドレス比較回路50−1及び50−2にプログラムされたアドレス(不良アドレス)と一致した場合に、スペアビット線に置換する。欠陥アドレス情報は、チップ内の制御情報記憶領域35(第1記憶領域)に記憶される。この記憶情報に基づき、置換先のビット線が選択される
<Defect replacement>
A case where a spare bit line is replaced with a defective bit line will be described. In this case, the
<リファレンスビット線の設定>
sr又はscで規定されるスペア領域は、上記の欠陥置換先として利用されるのに加えて、読み出し動作に使う参照電圧を生成する領域(リファレンセル)として利用される。ここで、リファレンスセルを指定するアドレス情報(リファレンスセルアドレス)は、テスト工程で取得され、この情報は、チップ内の制御情報記憶領域35(第2記憶領域)に記憶される。この記憶情報に基づき、リファレンスセルが選択される(すなわち、選択回路51−1〜51−3のいずれかがリファレンスセルの選択に指定され、残りがスペアビット線の選択に指定される)。
<Reference bit line settings>
A spare area defined by sr or sc is used as an area (reference cell) for generating a reference voltage used for a read operation in addition to being used as the defect replacement destination. Here, address information (reference cell address) for designating the reference cell is acquired in the test process, and this information is stored in the control information storage area 35 (second storage area) in the chip. Based on this stored information, a reference cell is selected (that is, one of the selection circuits 51-1 to 51-3 is designated for selecting a reference cell, and the rest is designated for selecting a spare bit line).
スペアビット線のうち、選択された1本をリファレンスビット線として使用する場合、複数のスペアビット線のうちリファレンスビット線として使用するスペアビット線に対応する選択回路51−1〜51−3のいずれかが上述したチップ内の制御情報記憶領域35に記憶されたリファレンスセルアドレスによって選ばれる。例えば、図6に示すスペアビット線のうち、セレクタ52−1に接続されているスペアビット線をリファレンスビット線として使用する場合には、セレクタ52−1が、リファレンスタイミング信号FL又はFRの活性化に応じて、スペアビット線を選択するように選択回路51−1をプログラムする。
When one selected from the spare bit lines is used as a reference bit line, any of the selection circuits 51-1 to 51-3 corresponding to the spare bit line used as the reference bit line among the plurality of spare bit lines. Is selected by the reference cell address stored in the control
リファレンスタイミング信号FL又はFRは、メモリセルアレイからデータを読み出す際に、アレイ制御回路25が、リファレンスビット線として使用するスペアビット線が含まれるメモリセルアレイの位置に応じて、適宜、活性・非活性を制御する信号である。より具体的には、左側のメモリセルアレイ40−1又は40−2に含まれるスペアビット線に接続されたメモリセルから参照電圧を得る場合には、リファレンスタイミング信号FLが活性化される。一方、右側のメモリセルアレイ40−3又は40−4に含まれるスペアビット線に接続されたメモリセルから参照電圧を得る場合には、リファレンスタイミング信号FRが活性化される。なお、リファレンスビット線として使用されないスペアビット線は、アドレス比較回路50−1及び50−2と1対1に対応付けられる。 When the data is read from the memory cell array, the reference timing signal FL or FR is activated or deactivated appropriately according to the position of the memory cell array including the spare bit line used as the reference bit line by the array control circuit 25. It is a signal to control. More specifically, when the reference voltage is obtained from the memory cell connected to the spare bit line included in the left memory cell array 40-1 or 40-2, the reference timing signal FL is activated. On the other hand, when the reference voltage is obtained from the memory cell connected to the spare bit line included in the right memory cell array 40-3 or 40-4, the reference timing signal FR is activated. Spare bit lines that are not used as reference bit lines are associated with the address comparison circuits 50-1 and 50-2 on a one-to-one basis.
なお、図6に示す回路構成は、図3に示すロウデコーダ31(図4の31−1、31−2)にも適用でき、基本的な回路構成は、互いに同様である。即ち、ロウデコーダ31は、n本のアドレス信号ではなく、m本のアドレス信号に対応可能に内部が構成され、sc本のスペアビット線ではなく、sr本のスペアワード線に対応可能に内部が構成される。
The circuit configuration shown in FIG. 6 can also be applied to the
このように、ロウデコーダ31及びカラムデコーダ32は、アドレス回路(カラムアドレスバッファ29又はバンク及びロウアドレスバッファ30)に供給されるアドレス情報と、欠陥のあるデータ線(ビット線又はワード線)のアドレス情報と、を比較するアドレス比較回路を備える。また、ロウデコーダ31及びカラムデコーダ32は、制御信号(リファレンスタイミング信号FL又はFR)に応じて、予め用意された予備ワード線(スペアワード線)を、欠陥のあるワード線を救済するワード線として使用するか、リファレンスセルが接続されたワード線として使用するか、及び予め用意された予備データ線(スペアビット線)を、欠陥のあるデータ線を救済するデータ線として使用するか、リファレンスセルが接続されたデータ線として使用するか、を切り替える回路を備える。なお、これらの切り替え結果の詳細については後述する。
As described above, the
図7は、第1書き込み回路43(図4のWC143−1、43−2)と第2書き込み回路44(図4のWC244−1、44−2)の回路構成の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the first write circuit 43 (WC 143-1 and 43-2 in FIG. 4) and the second write circuit 44 (WC 244-1 and 44-2 in FIG. 4).
第1書き込み回路43及び第2書き込み回路44は、それぞれ、2つのインバータ回路(INV)と、1つのトライステートインバータ回路(TS_INV)と、3つの否定論理積回路(NAND)と、を含んで構成される。第1書き込み回路43と第2書き込み回路44の基本的な回路構成には相違点が存在しない。 Each of the first write circuit 43 and the second write circuit 44 includes two inverter circuits (INV), one tri-state inverter circuit (TS_INV), and three NAND circuits (NAND). Is done. There is no difference in the basic circuit configuration of the first write circuit 43 and the second write circuit 44.
第1書き込み回路43と第2書き込み回路44の相違点は、メモリセルに書き込むリファレンスデータが相違する点である。より具体的には、第1書き込み回路43は、データ「0」を書き込むため、否定論理積回路の入力ノードに電圧VSSを印加する。一方、第2書き込み回路44は、データ「1」を書き込むため、否定論理積回路の入力ノードに電圧VDDを入力する。 The difference between the first write circuit 43 and the second write circuit 44 is that the reference data written to the memory cell is different. More specifically, the first write circuit 43 applies the voltage VSS to the input node of the NAND circuit in order to write the data “0”. On the other hand, the second write circuit 44 inputs the voltage VDD to the input node of the NAND circuit in order to write the data “1”.
図7において、書き込み制御信号WLが選択状態のハイレベル、且つ、リファレンスデータ書き込み信号RFが非活性状態のロウレベルの場合に、第1書き込み回路43−2及び第2書き込み回路44−1は、入出力線IO0及びIO1の電圧に従ったデータをメモリセルアレイ40−1又は40−2に出力する。 In FIG. 7, when the write control signal WL is in the selected high level and the reference data write signal RF is in the inactive low level, the first write circuit 43-2 and the second write circuit 44-1 are turned on. Data according to the voltages of the output lines IO0 and IO1 is output to the memory cell array 40-1 or 40-2.
一方、書き込み制御信号WLが選択状態のハイレベル、且つ、リファレンスデータ書き込み信号RFが活性状態のハイレベルの場合に、第1書き込み回路43−2は、リファレンスデータ「0」に対応するロウレベルのデータをメモリセルアレイ40−2に出力する。また、その際、第2書き込み回路44−1は、リファレンスデータ「1」に対応するハイレベルのデータをメモリセルアレイ40−1に出力する。なお、右側のメモリセルアレイ40−3及び40−4に入出力線IO0及びIO1の電圧に従ったデータ、又はリファレンスデータを書き込む際は、書き込み制御信号WRが選択状態のハイレベルとなる。 On the other hand, when the write control signal WL is in the selected high level and the reference data write signal RF is in the active high level, the first write circuit 43-2 outputs the low level data corresponding to the reference data “0”. Is output to the memory cell array 40-2. At this time, the second write circuit 44-1 outputs high-level data corresponding to the reference data “1” to the memory cell array 40-1. Note that when the data according to the voltages of the input / output lines IO0 and IO1 or the reference data is written to the right memory cell arrays 40-3 and 40-4, the write control signal WR becomes the high level of the selected state.
図8は、スイッチ45(図4のSW45−1、45−2)の回路構成の一例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the switch 45 (SWs 45-1 and 45-2 in FIG. 4).
図8(a)が、スイッチ45−1の回路構成を示し、図8(b)がスイッチ45−2の回路構成を示す。スイッチ45−1及び45−2は、それぞれ、インバータ回路(INV)と、トランスファーゲート(TG)を含んで構成される。スイッチ45−1は、ノードA01とノードA02の間に接続されるスイッチ回路である。スイッチ45−2は、ノードA03とノードA04との間に接続されるスイッチ回路である。 FIG. 8A shows a circuit configuration of the switch 45-1, and FIG. 8B shows a circuit configuration of the switch 45-2. Each of the switches 45-1 and 45-2 includes an inverter circuit (INV) and a transfer gate (TG). The switch 45-1 is a switch circuit connected between the node A01 and the node A02. The switch 45-2 is a switch circuit connected between the node A03 and the node A04.
スイッチ45−1は、接続信号SLがハイレベルとなると、トランスファーゲートの両端を接続する。同様に、スイッチ45−2は、接続信号SRがハイレベルとなると、トランスファーゲートの両端を接続する。 The switch 45-1 connects both ends of the transfer gate when the connection signal SL becomes high level. Similarly, the switch 45-2 connects both ends of the transfer gate when the connection signal SR becomes high level.
ここで、図4に示すRC42−1、42−2について、図1を使って詳述する。 Here, RC42-1 and 42-2 shown in FIG. 4 will be described in detail with reference to FIG.
図1に示す読み出し回路42は、Pチャネル型MOSトランジスタ60−1〜60−3と、Nチャネル型MOSトランジスタ61−1及び61−2と、定電流源62と、インバータ回路63−1及び63−2と、トランスファーゲート64−1〜64−4と、センスアンプ65と、を含んで構成される。
The
Pチャネル型MOSトランジスタ60−1〜60−3のソース(第1主電極)は、電圧VDDに接続される。Pチャネル型MOSトランジスタ60−1及び60−2のゲート(制御電極)は共通接続されると共に、Pチャネル型MOSトランジスタ60−2のドレイン(第2主電極)に接続される。同様に、Pチャネル型MOSトランジスタ60−1及び60−3のゲートは互いに相互接続されると共に、Pチャネル型MOSトランジスタ60−2のドレインに接続される。Pチャネル型MOSトランジスタ60−1〜60−3により、2つのカレントミラー回路を形成している。即ち、Pチャネル型MOSトランジスタ60−2に流れる電流が複製されて、Pチャネル型MOSトランジスタ60−1及び60−3から流れる。 The sources (first main electrodes) of the P-channel MOS transistors 60-1 to 60-3 are connected to the voltage VDD. The gates (control electrodes) of the P-channel MOS transistors 60-1 and 60-2 are connected in common and also connected to the drain (second main electrode) of the P-channel MOS transistor 60-2. Similarly, the gates of P-channel MOS transistors 60-1 and 60-3 are connected to each other and to the drain of P-channel MOS transistor 60-2. Two current mirror circuits are formed by the P-channel MOS transistors 60-1 to 60-3. That is, the current flowing through the P-channel MOS transistor 60-2 is duplicated and flows from the P-channel MOS transistors 60-1 and 60-3.
Nチャネル型MOSトランジスタ61−1及び61−2のソースは、電圧VSSに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタ61−1及び61−2のゲートは共通接続されると共に、Nチャネル型MOSトランジスタ61−2のドレインに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタ61−1及び61−2により、カレントミラー回路を形成する。 The sources of the N-channel MOS transistors 61-1 and 61-2 are connected to the voltage VSS. The gates of N-channel MOS transistors 61-1 and 61-2 are connected in common and also connected to the drain of N-channel MOS transistor 61-2. A current mirror circuit is formed by the N-channel MOS transistors 61-1 and 61-2.
Pチャネル型MOSトランジスタ60−2のドレインとNチャネル型MOSトランジスタ61−1のドレインが接続される。Nチャネル型MOSトランジスタ61−2のドレインは定電流源62の一端と接続され、定電流源62の他の一端は電圧VDDに接続される。定電流源62は、読み出し電流IreadをNチャネル型MOSトランジスタ61−2に供給する。読み出し電流Ireadは、Pチャネル型MOSトランジスタ及びNチャネル型MOSトランジスタからなるカレントミラー回路により、左右のノード(A01/A02、又は、A03/A04)を介してメモリセルアレイに供給される。このように、読み出し回路42は、2つの回路ノード(図4に示すノードA01及びA03、又は、ノードA02及びA04)のそれぞれに、カレントミラー電流を供給するカレントミラー回路を備えている。
The drain of P-channel MOS transistor 60-2 and the drain of N-channel MOS transistor 61-1 are connected. The drain of the N-channel MOS transistor 61-2 is connected to one end of the constant
以上のように、読み出し回路42に含まれるカレントミラー回路は、Pチャネル型MOSトランジスタ60−1〜60−3と、Nチャネル型MOSトランジスタ61−1及び61−2と、を含んで構成される。Pチャネル型MOSトランジスタ60−1は、電源VDD及び回路ノード(ノードA01又はA02)の間に接続され、第1制御電極を有する。Pチャネル型MOSトランジスタ60−2は、電源VDD及び第1内部ノード(Pチャネル型MOSトランジスタ60−2とNチャネル型MOSトランジスタ61−1の接続ノード)の間に接続され、Pチャネル型MOSトランジスタ60−1の第1制御電極及び上述の第1内部ノード接続される第2制御電極を有する。Pチャネル型MOSトランジスタ60−3は、電源VDD及び回路ノード(ノードA03又はA04)の間に接続され、上述の第1内部ノードに接続される第3制御電極を有する。Nチャネル型MOSトランジスタ61−1は、接地VSS及び上述の第1内部ノードの間に接続され、第4制御電極を有する。Nチャネル型MOSトランジスタ61−2は、電源VDD及び接地VSSの間に接続され、Nチャネル型MOSトランジスタ61−1の第4制御電極及び第2内部ノード(定電流源62とNチャンネル型MOSトランジスタ61−2の接続ノード)に接続される第5制御電極を有する。
As described above, the current mirror circuit included in the
Pチャネル型MOSトランジスタ60−1のドレインは、トランスファーゲート64−1の入力端子に接続される。トランスファーゲート64−1の他の入力端子は、トランスファーゲート64−2の入力端子に接続されると共に、センスアンプ65の非反転入力端子に接続される。トランスファーゲート64−2の他の入力端子は、可変リファレンス電圧VRを受け付ける。インバータ回路63−1は、リファレンス電圧選択信号RLを反転して、トランスファーゲート64−1のNチャネル型MOSトランジスタのゲートに出力する。また、インバータ回路63−1は、リファレンス電圧選択信号RLを反転して、トランスファーゲート64−2のPチャネル型MOSトランジスタのゲートに出力する。トランスファーゲート64−1のPチャネル型MOSトランジスタのゲート及びトランスファーゲート64−2のNチャネル型MOSトランジスタのゲートは、リファレンス電圧選択信号RLを受け付ける。 The drain of P-channel MOS transistor 60-1 is connected to the input terminal of transfer gate 64-1. The other input terminal of the transfer gate 64-1 is connected to the input terminal of the transfer gate 64-2, and is also connected to the non-inverting input terminal of the sense amplifier 65. The other input terminal of the transfer gate 64-2 receives the variable reference voltage VR. The inverter circuit 63-1 inverts the reference voltage selection signal RL and outputs the inverted signal to the gate of the N-channel MOS transistor of the transfer gate 64-1. The inverter circuit 63-1 inverts the reference voltage selection signal RL and outputs the inverted signal to the gate of the P-channel MOS transistor of the transfer gate 64-2. The gate of the P-channel MOS transistor of the transfer gate 64-1 and the gate of the N-channel MOS transistor of the transfer gate 64-2 receive the reference voltage selection signal RL.
同様に、Pチャネル型MOSトランジスタ60−3のドレインは、トランスファーゲート64−4の入力端子に接続される。トランスファーゲート64−4の他の入力端子は、トランスファーゲート64−3の入力端子に接続されると共に、センスアンプ65の反転入力端子に接続される。トランスファーゲート64−3の他の入力端子は、可変リファレンス電圧VRを受け付ける。インバータ回路63−2は、リファレンス電圧選択信号RRを反転して、トランスファーゲート64−4のNチャネル型MOSトランジスタのゲートに出力する。また、インバータ回路63−2は、リファレンス電圧選択信号RLを反転して、トランスファーゲート64−3のPチャネル型MOSトランジスタのゲートに出力する。トランスファーゲート64−4のPチャネル型MOSトランジスタのゲート及びトランスファーゲート64−3のNチャネル型MOSトランジスタのゲートは、リファレンス電圧選択信号RRを受け付ける。なお、Pチャネル型MOSトランジスタは、第1導電型トランジスタの代表例であり、Nチャネル型MOSトランジスタは第2導電型のトランジスタの代表例である。 Similarly, the drain of the P-channel MOS transistor 60-3 is connected to the input terminal of the transfer gate 64-4. The other input terminal of the transfer gate 64-4 is connected to the input terminal of the transfer gate 64-3, and is connected to the inverting input terminal of the sense amplifier 65. The other input terminal of the transfer gate 64-3 receives the variable reference voltage VR. The inverter circuit 63-2 inverts the reference voltage selection signal RR and outputs it to the gate of the N-channel MOS transistor of the transfer gate 64-4. The inverter circuit 63-2 inverts the reference voltage selection signal RL and outputs the inverted signal to the gate of the P-channel MOS transistor of the transfer gate 64-3. The gate of the P-channel MOS transistor of the transfer gate 64-4 and the gate of the N-channel MOS transistor of the transfer gate 64-3 accept the reference voltage selection signal RR. The P-channel MOS transistor is a typical example of the first conductivity type transistor, and the N-channel MOS transistor is a typical example of the second conductivity type transistor.
リファレンス電圧選択信号RL及びRRは、リファレンスビット線を選択する際に、チップ制御回路23が適宜、制御する信号である。
The reference voltage selection signals RL and RR are signals that the
センスアンプ65は、2つの入力端子(非反転入力端子及び反転入力端子)に入力された電圧を比較増幅して、入出力線IO0又はIO1に出力する回路である。 The sense amplifier 65 is a circuit that compares and amplifies voltages input to two input terminals (a non-inverting input terminal and an inverting input terminal) and outputs the amplified voltage to the input / output line IO0 or IO1.
定電流源62が供給する読み出し電流Ireadが、図4に示す電圧クランプトランジスタを介して、メモリセルアレイ(読み出し対象のメモリセルアレイ及び参照電圧を生成するメモリセルアレイ)に供給されると、電圧クランプトランジスタの電流−電圧変換作用により、読み出し回路42の入力端子(ノードA01/A02、及び、ノードA03/A04)に、メモリセルの抵抗値に対応した読み出し信号電圧と参照電圧が現出する。
When the read current Iread supplied from the constant
<通常動作時(データ読み出しの際)の読み出し回路42の回路動作>
ここで、通常の読み出し動作の場合には、リファレンス電圧選択信号RL及びRRは共に、非選択(非活性状態)のロウレベルに制御される。そのため、トランスファーゲート64−1及び64−4が導通し、トランスファーゲート64−2及び64−3が非導通となる。その結果、読み出し信号電圧と参照電圧が差動増幅型のセンスアンプ65に供給されることになり、センスアンプ65により比較増幅されて入出力線IO0及びIO1から読み出しデータが出力される。
<Circuit Operation of
Here, in the normal read operation, the reference voltage selection signals RL and RR are both controlled to a non-selected (inactive state) low level. Therefore, transfer gates 64-1 and 64-4 are turned on, and transfer gates 64-2 and 64-3 are turned off. As a result, the read signal voltage and the reference voltage are supplied to the differential amplification type sense amplifier 65, and are compared and amplified by the sense amplifier 65, and read data is output from the input / output lines IO0 and IO1.
<テスト時(セル特性テストの際)の読み出し回路42の回路動作>
メモリセルの特性を評価する場合、例えば、左側のメモリセルアレイ40−1に含まれるメモリセルの特性を評価する場合には、リファレンス電圧選択信号RRが選択状態(活性状態)のハイレベルに制御される。そのため、トランスファーゲート64−1及び64−3が導通し、トランスファーゲート64−2及び64−4が非導通となる。すると、センスアンプ65の非反転入力端子には読み出し信号電圧が、反転入力端子には可変リファレンス電圧VRが、それぞれ入力され、読み出し信号電圧と可変リファレンス電圧VRが比較される。即ち、可変リファレンス電圧VRを変化させて、入出力線IO0及びIO1の状態変化を観測することで、読み出し信号電圧が測定できる。なお、右側のメモリセルアレイ40−3に含まれるメモリセルの特性を評価する際にはリファレンス電圧選択信号RLが選択状態のハイレベルに制御され、読み出し信号電圧を測定する。
<Circuit Operation of the
When evaluating the characteristics of the memory cells, for example, when evaluating the characteristics of the memory cells included in the left memory cell array 40-1, the reference voltage selection signal RR is controlled to the high level of the selected state (active state). The Therefore, transfer gates 64-1 and 64-3 are turned on, and transfer gates 64-2 and 64-4 are turned off. Then, the read signal voltage is input to the non-inverting input terminal of the sense amplifier 65 and the variable reference voltage VR is input to the inverting input terminal, and the read signal voltage and the variable reference voltage VR are compared. That is, the read signal voltage can be measured by changing the variable reference voltage VR and observing the state changes of the input / output lines IO0 and IO1. When evaluating the characteristics of the memory cells included in the right memory cell array 40-3, the reference voltage selection signal RL is controlled to the high level of the selected state, and the read signal voltage is measured.
このように、読み出し回路42は、リファレンス電圧選択信号RL(第1領域信号)に応じ、可変リファレンス電圧入力端子VR及び回路ノード(図4に示すノードA01又はA02)の一方を、センスアンプ65の第1入力端子(非反転入力端子)に接続する第1選択回路(インバータ回路63−1、トランスファーゲート64−1及び64−2からなる回路)を備えている。また、読み出し回路42は、リファレンス電圧選択信号RR(第2領域信号)に応じ、可変リファレンス電圧入力端子VR及び回路ノード(図4に示すノードA03又はA04)の一方を、センスアンプ65の第2入力端子(反転入力端子)に接続する第2選択回路(インバータ回路63−2、トランスファーゲート64−3及び64−4からなる回路)を備えている。
As described above, the
図9は、メモリセルから得られる信号電圧とその度数分布の一例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the signal voltage obtained from the memory cell and its frequency distribution.
図9の横軸が信号電圧を示し、縦軸が測定したメモリセルの度数を示す。図9に図示するグラフは、左端のグラフがデータ「0」に対応するメモリセル(低抵抗状態)から得られる読み出し信号電圧の度数分布を示す。また、右端のグラフはデータ「1」に対応するメモリセル(高抵抗状態)から得られる読み出し信号電圧の度数分布を示す。 In FIG. 9, the horizontal axis indicates the signal voltage, and the vertical axis indicates the frequency of the measured memory cell. The graph shown in FIG. 9 shows the frequency distribution of the read signal voltage obtained from the memory cell (low resistance state) whose leftmost graph corresponds to data “0”. The rightmost graph shows the frequency distribution of the read signal voltage obtained from the memory cell (high resistance state) corresponding to the data “1”.
図9の中央に示すグラフは、参照電圧の度数分布を示す。参照抵抗値(参照電圧)の生成に関し、例えば、(1)通常メモリセルが示す低抵抗値(理想値)と高抵抗値(理想値)の中間の抵抗値を示すメモリセルAを利用する例、また、(2)低抵抗値を示す低抵抗状態のメモリセルBと高抵抗値を示す高抵抗状態のメモリセルCとから中間の抵抗値を生成する例、(3)低抵抗値を示す低抵抗状態のメモリセルB又は高抵抗値を示す高抵抗状態のメモリセルCの一方と、メモリセルではない抵抗素子とから中間の抵抗値を生成する例、が考えられる。 The graph shown in the center of FIG. 9 shows the frequency distribution of the reference voltage. Regarding generation of a reference resistance value (reference voltage), for example, (1) an example of using a memory cell A that shows a resistance value intermediate between a low resistance value (ideal value) and a high resistance value (ideal value) indicated by a normal memory cell Further, (2) an example in which an intermediate resistance value is generated from a low resistance state memory cell B exhibiting a low resistance value and a high resistance state memory cell C exhibiting a high resistance value, and (3) a low resistance value is represented. An example in which an intermediate resistance value is generated from one of the low-resistance state memory cell B or the high-resistance state memory cell C that exhibits a high resistance value and a resistance element that is not a memory cell is conceivable.
上記(1)から(3)のいずれの例でも、参照電圧を生成するために用いられるメモリセルは、複数用意される必要があり、これにより図9の中央に示す参照電圧の度数分布を得て、ここで説明するように、最適なリファレンスセルを抽出する必要がある。 In any of the above examples (1) to (3), it is necessary to prepare a plurality of memory cells used for generating the reference voltage, thereby obtaining the frequency distribution of the reference voltage shown in the center of FIG. As described here, it is necessary to extract an optimum reference cell.
また、上記(1)から(3)のいずれの例であっても、参照電圧は、データ「0」の分布の上限と、データ「1」の分布の下限と、の中間に参照電圧が位置することが理想である。そこで、データ「0」の分布の上限と、データ「1」の分布の下限と、の中間点を中心とし、一定のマージンを持たせ、参照電圧として許容できる範囲を下限値と上限値で規定する。図9を参照すると、下限値としてX1、上限値としてX2が設定されている。 In any of the above examples (1) to (3), the reference voltage is positioned between the upper limit of the distribution of data “0” and the lower limit of the distribution of data “1”. It is ideal to do. Therefore, the lower limit value and the upper limit value define a range that can be allowed as a reference voltage with a certain margin around the midpoint between the upper limit of the distribution of data “0” and the lower limit of the distribution of data “1”. To do. Referring to FIG. 9, X1 is set as the lower limit value and X2 is set as the upper limit value.
リファレンスビット線の選択において、テスト装置2は、下限値X1〜上限値X2の間に、メモリセルの特性が収まるスペアビット線をリファレンスビット線として選択・決定する。より具体的には、図9に示す3本のグラフのうち、波形100の分布に対応するスペアビット線が、リファレンスビット線として選択される。換言するならば、波形100の左右に位置するグラフに対応するスペアビット線は、リファレンスビット線には選択しない。
In selecting a reference bit line, the
特に、上記(2)の場合(0情報記憶のリファレンスセルと1情報記憶のリファレンスセルから参照電圧を生成する場合)において、図4に示す各メモリ領域に対するデコード構成を考慮すると、例えば、同一ワード線の2セルがペアとなると良い。これは、2本のビット線を選択し1本のワード線を立ち上げ、それらの交点の2つのメモリセル(例えば、40−1のSC領域のうちから1つ、40−2のSC領域から1つ)が選択可能であるからである。 In particular, in the case of (2) above (when a reference voltage is generated from a reference cell of 0 information storage and a reference cell of 1 information storage), considering the decoding configuration for each memory area shown in FIG. Two cells of the line should be paired. This is because two bit lines are selected and one word line is activated, and two memory cells (for example, one of the SC areas of 40-1 and one of the SC areas of 40-2). This is because one is selectable.
<テストのフローチャート>
図10は、半導体装置1及びテスト装置2の動作の一例を示すフローチャートである。このフローでは、リファレンスセル群から最適なリファレンスセルを抽出する。
<Test flowchart>
FIG. 10 is a flowchart showing an example of operations of the
ステップS01で、リファレンスビット線の選択を行う際に、テスト装置2は、半導体装置1に含まれるスペアビット線に接続されたメモリセルに、リファレンスデータ(データ「0」又は「1」)を予め書き込む。例えば、図4において、sc本のスペアビット線のうち、左上のメモリセルアレイ40−1に含まれるスペアビット線と左下のメモリセルアレイ40−2に含まれるスペアビット線を、カラムデコーダ32−1を用いて同時に選択する。この状態において、書き込み制御信号WLとリファレンスデータ書き込み信号RFが活性状態となることで、左上のメモリセルアレイ40−1に含まれるスペアビット線に接続されたメモリセルにはデータ「1」が第2書き込み回路44−1により書き込まれる。同様に、左下のメモリセルアレイ40−2に含まれるスペアビット線に接続されたメモリセルにはデータ「0」が第1書き込み回路43−2により書き込まれる。
When the reference bit line is selected in step S01, the
ステップS02で、テスト装置2は、リファレンスデータの書き込まれたメモリセルの特性を測定する。すなわち、スペアビット線及び/又はスペアワード線に接続される複数のメモリセルから、データを読み出し、その抵抗値を測定する。詳しくは、図11で詳述する。
In step S02, the
ステップS03で、リファレンスデータの書き込まれたメモリセルの特性の測定が終了すると、各スペアビット線についてリファレンスビット線として採用可能か否かを判定する。即ち、テスト装置2は、スペアビット線の特性を評価し、リファレンスビット線として採用可能なものを抽出する(最適な抵抗値を有するメモリセルをリファレンスセルとして抽出する)。テスト装置2は、抽出したスペアビット線を、リファレンスビット線として定める。
When the measurement of the characteristics of the memory cell in which the reference data is written is completed in step S03, it is determined whether or not each spare bit line can be adopted as a reference bit line. That is, the
このように、本ステップでは、メモリセル群から、複数のリファレンスセル(リファレンスビット線に接続された複数のメモリセル)を抽出する処理を実行する。抽出されたリファレンスビット線(リファレンスセル)の位置を示すアドレス情報は、制御情報記憶領域35の第2記憶領域に記憶される。これにより、最適な参照抵抗値を有するメモリセルは、リファレンスセルとして利用可能となる。
Thus, in this step, a process of extracting a plurality of reference cells (a plurality of memory cells connected to the reference bit line) from the memory cell group is executed. Address information indicating the position of the extracted reference bit line (reference cell) is stored in the second storage area of the control
ステップS04で、必要に応じて、テスト装置2は、リファレンスビット線として使われなかったスペアビット線を用いたビット線の冗長救済を行う。
In step S04, if necessary, the
本ステップでは、抽出されたリファレンスセル群以外のメモリセル群(即ち、リファレンスビット線に選択されていないビット線に接続された複数のメモリセル)に少なくとも1つの欠陥メモリセルがある場合に、そのような欠陥メモリセルを、抽出されたリファレンスセル群のうちの、欠陥メモリセル以外のメモリセルに置換するデータ線の切り替えが行われる。欠陥メモリセルの位置を示すアドレス情報は、制御情報記憶領域35の第1記憶領域に記憶される。これにより、抽出されたリファレンスビット線(リファレンスセル)以外のセルは、冗長置換先のメモリセルとして利用可能となる。
In this step, if there is at least one defective memory cell in a memory cell group other than the extracted reference cell group (that is, a plurality of memory cells connected to a bit line not selected as a reference bit line), The data line is switched to replace such a defective memory cell with a memory cell other than the defective memory cell in the extracted reference cell group. Address information indicating the position of the defective memory cell is stored in the first storage area of the control
STT−RAMデバイスでは、そのメモリセルの特性上、上述のように、複数のリファレンスセルの候補の中から、最適な特性を示す(製造工程上、出来の良い)メモリセルをリファレンスセルとして選択・決定することが有用である。この場合、残りのセルは、当該最適な特性を示さないものの、不良セルとするほど特性が悪くない場合は、通常データの記憶に利用可能である。このため、上記のステップを行う事によって、スペア領域は、その一部がリファレンスセルとして利用され、他の一部が冗長置換先として利用される。 In the STT-RAM device, due to the characteristics of the memory cell, as described above, a memory cell that exhibits optimum characteristics (good in manufacturing process) is selected as a reference cell from a plurality of reference cell candidates. It is useful to determine. In this case, the remaining cells do not exhibit the optimum characteristics, but can be used for storing normal data if the characteristics are not so bad as to be defective cells. Therefore, by performing the above steps, a part of the spare area is used as a reference cell, and the other part is used as a redundant replacement destination.
図11は、テスト装置2によるリファレンスビット線の選択・決定に係る動作の一例を示すフローチャートである。ここで、図10のS02及びS03のステップを詳述する。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of an operation related to selection / determination of the reference bit line by the
ステップS101で、テスト装置2は、sc本のスペアビット線から、1本のスペアビット線を選択する。具体的には図4において、sc本のスペアビット線のうち、左上のメモリセルアレイ40−1に含まれる1本のスペアビット線と左下のメモリセルアレイ40−2に含まれる1本のスペアビット線を、カラムデコーダ32−1を用いてスペアビット線対として同時に選択する。
In step S101, the
ステップS102で、テスト装置2は、可変リファレンス電圧VRを、図9に示す下限値X1と上限値X2の中間値と、下限値X1と、の間で定めた初期値XL0に設定する。
In step S102, the
ステップS103で、上述した方法により、ステップS101で選択された1組のスペアビット線対に接続された全てのメモリセル対を順に選択し、メモリセル対から得られる参照電圧と、可変リファレンス電圧VRと、を比較する。 In step S103, all the memory cell pairs connected to the one pair of spare bit lines selected in step S101 are sequentially selected by the method described above, and the reference voltage obtained from the memory cell pair and the variable reference voltage VR are selected. And compare.
ステップS104で、参照電圧が可変リファレンス電圧VRより低いメモリセル対があるか否かを判断する。Yes分岐の場合、ステップS105に進む。No分岐の場合、ステップS106に進む。 In step S104, it is determined whether there is a memory cell pair whose reference voltage is lower than the variable reference voltage VR. In the case of Yes branch, the process proceeds to step S105. In the case of No branch, the process proceeds to step S106.
ステップS105で、参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも低いメモリセル対がある場合、テスト装置2は、可変リファレンス電圧VRを予め定めた幅で下げ、ステップS103からの処理を繰り返す。
If there is a memory cell pair whose reference voltage is lower than the variable reference voltage VR in step S105, the
ステップS106で、全てのメモリセル対の参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも高くなった場合に、テスト装置2は、その際の可変リファレンス電圧VRを記憶する。
In step S106, when the reference voltages of all memory cell pairs become higher than the variable reference voltage VR, the
ステップS107で、テスト装置2は、可変リファレンス電圧VRを、図9に示す下限値X1と上限値X2の中間値と、上限値X2と、の間で定めた初期値XU0に設定する。
In step S107, the
ステップS108で、上述した方法により、ステップS101で選択された1組のスペアビット線対に接続された全てのメモリセル対を順に選択し、メモリセル対から得られる参照電圧と、可変リファレンス電圧VRと、を比較する。 In step S108, all the memory cell pairs connected to the pair of spare bit line pairs selected in step S101 are sequentially selected by the method described above, and the reference voltage obtained from the memory cell pair and the variable reference voltage VR are selected. And compare.
ステップS109で、参照電圧が可変リファレンス電圧VRより高いメモリセル対があるか否かを判断する。Yes分岐の場合、テスト装置2は、可変リファレンス電圧VRを予め定めた幅で上げ(ステップS110)、ステップS108からの処理を繰り返す。
In step S109, it is determined whether there is a memory cell pair whose reference voltage is higher than the variable reference voltage VR. In the case of Yes branch, the
ステップS109、No分岐の場合、全てのメモリセル対の参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも低くなった場合に、テスト装置2は、その際の可変リファレンス電圧VRを記憶する(ステップS111)。
In the case of step S109, No branch, when the reference voltages of all memory cell pairs become lower than the variable reference voltage VR, the
ステップS101で、選択したスペアビット線対を、リファレンスビット線対として選択できるか否かを判定する。より具体的には、以下の絞り込み条件に従った判定をすることで、スペアビット線をリファレンスビット線として選択できるか決定する。
絞り込み条件:
ステップS106で記憶した可変リファレンス電圧VRは下限値X1以上、且つ、
ステップS111で記憶した可変リファレンス電圧VRは上限値X2以下である。
In step S101, it is determined whether or not the selected spare bit line pair can be selected as a reference bit line pair. More specifically, it is determined whether the spare bit line can be selected as the reference bit line by making a determination according to the following narrowing conditions.
Narrowing conditions:
The variable reference voltage VR stored in step S106 is not less than the lower limit value X1, and
The variable reference voltage VR stored in step S111 is not more than the upper limit value X2.
ステップS112で、テスト装置2は、ステップS101で選択したスペアビット線対について、絞り込み条件に従った判定を行う。
In step S112, the
ステップS112、No分岐で、絞り込み条件を満たさなければ、テスト装置2は、次のスペアビット線を選択(ステップS113)し、ステップS102以降の処理を繰り返す。
If the narrow-down condition is not satisfied in step S112, No branch, the
ステップS112、Yes分岐で、絞り込み条件を満たせば、テスト装置2は、選択したスペアビット線対をリファレンスビット線対に選択する(ステップS114)。
If the narrow-down condition is satisfied in Step S112, Yes branch, the
図12は、本実施形態に係るリファレンスビット線対選択結果の一例を示す図である。なお、以降の説明において、メモリセルアレイに含まれるメモリセルのうち、リファレンスセルを、黒色の円で表現する。図10及び図11に示すフローチャートに従って得られるリファレンスビット線対が、図12には図示されている。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the reference bit line pair selection result according to the present embodiment. In the following description, among the memory cells included in the memory cell array, the reference cell is represented by a black circle. FIG. 12 shows a reference bit line pair obtained according to the flowcharts shown in FIGS.
<リファレンスビット線の選択・設定後の読み出し方式>
テスト装置2は、チップ制御回路23を介して、リファレンスビット線対として選択したスペアビット線対に対応する選択回路(図6参照)に、対応するスペアビット線対をリファレンスビット線対として使用することを書き込む(プログラムする)。より具体的には、左側のメモリセルアレイ40−1及び40−2に含まれるスペアビット線対から1本のリファレンスビット線対を選択し、対応する選択回路が当該リファレンスビット線対を選択するように、選択回路をプログラムする。同様に、右側のメモリセルアレイ40−3及び40−4に含まれるスペアビット線対から1本のリファレンスビット線対を選択し、対応する選択回路に当該リファレンスビット線対の選択を設定する。
<Reading method after reference bit line selection / setting>
The
半導体装置1の通常の読み出し動作時には、読み出し回路42を中心にして、左右対称の位置にあるワード線が選択され、読み出し対象のメモリセルからの読み出し信号電圧が読み出し回路42に入力される。その際、選択されたワード線とリファレンスビット線の交点に位置する2つのメモリセル(リファレンスセル)から参照電圧が読み出し回路42に入力される。その後、読み出し回路42に入力される読み出し信号電圧と参照電圧が比較増幅され、メモリセルからのデータの読み出しが行われる。
During a normal read operation of the
このような読み出し方式では、読み出し回路42からみて選択されたメモリセルまでのビット線の長さがほぼ等しくなるので、ビット線の抵抗差によるセンスマージンの低下が抑制される。
In such a read method, since the lengths of the bit lines to the selected memory cell as viewed from the read
なお、本実施形態においては、リファレンスビット線対の選択・決定について説明した。しかし、リファレンスビット線対の選択・決定と同様の方法により、リファレンスワード線を決定することができる。 In the present embodiment, the selection / determination of the reference bit line pair has been described. However, the reference word line can be determined by the same method as the selection / determination of the reference bit line pair.
図13は、本実施形態に係るリファレンスワード線選択結果の一例を示す図である。リファレンスワード線の選択は、例えば、図10及び図11に示す処理において、スペアビット線対をスペアワード線に、リファレンスビット線対をリファレンスワード線に置き換えればよい。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a reference word line selection result according to the present embodiment. The selection of the reference word line may be performed, for example, by replacing the spare bit line pair with a spare word line and the reference bit line pair with a reference word line in the processing shown in FIGS.
上記のように、抵抗変化型メモリセルを含む半導体装置において、スペアビット線やスペアワード線を複数本用意し、それらのメモリセルの読み出し信号を測定した結果に基づき、1対のリファレンスビット線や1本のリファレンスワード線を選択する。本実施形態に係る半導体装置1は、ビット線単位又はワード線単位で、複数のリファレンスセル(リファレンスセル群)を抽出する。その結果、スペアワード線やスペアビット線を無闇に増加させることがない。即ち、半導体装置1における基板面積の利用効率は高い。また、半導体装置1は、リファレンスビット線対やリファレンスワード線から理想に近い参照電圧を得ることができ、半導体装置の動作マージンが向上する。さらに、リファレンスビット線対やリファレンスワード線として選択されなかったスペアビット線やスペアワード線を、欠陥の存在するビット線やワード線と置換することで、冗長救済も実現する。
As described above, in a semiconductor device including a resistance change type memory cell, a plurality of spare bit lines and spare word lines are prepared, and based on the result of measuring the read signal of these memory cells, a pair of reference bit lines and One reference word line is selected. The
また、非特許文献1が開示する技術では、リファレンスセル特性のよい方を適宜選択できる自由度があるが、予めリファレンスセルの特性を評価する手段が存在しないため、実動作を行いながら特性のよいリファレンスセルを順次選択する必要がある。そのため、非特許文献1が開示する技術には、最適解が得られるまでに長い時間を要するという問題がある。一方、本実施形態に係る半導体装置1及びテスト装置2では、メモリセルの読み出し信号電圧を効率的に測定できるので、リファレンスビット線やリファレンスワード線の選択を短時間で実施できる。その結果、半導体装置の製造コストを低減できる。
Further, in the technology disclosed in
[第2の実施形態]
第2の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第1の実施形態においては、リファレンスビット線対又はリファレンスワード線についての選択・決定について説明を行ったが、第2の実施形態においては、このリファレンスビット線対又はリファレンスワード線に代えて、リファレンスセル対を選択・決定する例である。本発明の第1の実施形態及び第2の実施形態の目的の1つは、最適なリファレンス中間値を生成するリファレンスセル対を選び出す点にある。図11のフローのみでも良いし、図15のフローのみでも良いし、また、図11のフロー行った後に図15のフローを行っても良い。 In the first embodiment, the selection / determination for the reference bit line pair or the reference word line has been described. In the second embodiment, instead of the reference bit line pair or the reference word line, a reference is made. This is an example of selecting and determining a cell pair. One of the objects of the first embodiment and the second embodiment of the present invention is to select a reference cell pair that generates an optimal reference intermediate value. Only the flow of FIG. 11 may be sufficient, only the flow of FIG. 15 may be sufficient, and the flow of FIG. 15 may be performed after performing the flow of FIG.
第2の実施形態に係る半導体装置1a及びテスト装置2aについて、その内部構成等は第1の実施形態に係る半導体装置1及びテスト装置2と相違する点は存在しない。そのため、半導体装置1a及びテスト装置2aについて、図1〜図8に相当する説明を省略する。
Regarding the semiconductor device 1a and the test apparatus 2a according to the second embodiment, there is no difference between the internal configuration and the like of the
ここで、図14は、メモリセルから得られる信号電圧とその度数分布の一例を示す図である。第1の実施形態では、波形100に相当する参照電圧が得られるリファレンスビット線対やリファレンスワード線を選択する。しかし、上述したように、参照電圧は、データ「0」の分布の上限と、データ「1」の分布の下限と、の中間に参照電圧が位置することが理想である。
Here, FIG. 14 is a diagram showing an example of the signal voltage obtained from the memory cell and its frequency distribution. In the first embodiment, a reference bit line pair or a reference word line from which a reference voltage corresponding to the
しかし、リファレンスビット線対に接続されたメモリセル対から得られる参照電圧も、メモリセルによっては中間値からのずれが大きくなる場合がある。 However, the reference voltage obtained from the memory cell pair connected to the reference bit line pair may be greatly deviated from the intermediate value depending on the memory cell.
そこで、第2の実施形態においては、下限値X1と上限値X2により規定される範囲をさらに狭くして、より特性のよいメモリセル対を、リファレンスセル対として選択する。図14に示す上限値及び下限値を、下限値Y1と上限値Y2とする。下限値Y1及び上限値Y2は、図9で示した下限値X1及び上限値X2により規定される範囲よりさらに狭くするように設定する。 Therefore, in the second embodiment, the range defined by the lower limit value X1 and the upper limit value X2 is further narrowed, and a memory cell pair with better characteristics is selected as the reference cell pair. The upper limit value and lower limit value shown in FIG. 14 are defined as a lower limit value Y1 and an upper limit value Y2. The lower limit value Y1 and the upper limit value Y2 are set to be narrower than the range defined by the lower limit value X1 and the upper limit value X2 shown in FIG.
より狭い下限値Y1と上限値Y2を使うことによって、上述したリファレンスビット線対又はリファレンスワード線の選択・決定に代えて、より精度良く中間値を生成するリファレンスセル対を選択・決定することが可能となる。 By using the narrower lower limit value Y1 and upper limit value Y2, it is possible to select and determine a reference cell pair that generates an intermediate value with higher accuracy instead of selecting and determining the reference bit line pair or reference word line described above. It becomes possible.
図15は、テスト装置2aによるリファレンスセル対の選択・決定に係る動作の一例を示すフローチャートである。テスト装置2aは、図11に示すステップS114の処理を実行した後に、図15に示す処理を実行して良い。 FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of an operation related to selection / determination of a reference cell pair by the test apparatus 2a. The test apparatus 2a may execute the process shown in FIG. 15 after executing the process of step S114 shown in FIG.
ステップS201で、テスト装置2aは、図11に示す処理にて選択したスペアビット線対からメモリセルを1組選択する。 In step S201, the test apparatus 2a selects one set of memory cells from the spare bit line pair selected in the process shown in FIG.
ステップS202で、テスト装置2aは、可変リファレンス電圧VRを図14に示す下限値Y1と上限値Y2の中間値と、下限値Y1と、の間で定めた初期値YL0に設定する。 In step S202, the test apparatus 2a sets the variable reference voltage VR to an initial value YL0 determined between the intermediate value between the lower limit value Y1 and the upper limit value Y2 and the lower limit value Y1 shown in FIG.
ステップS203で、上述した方法により、ステップS201で選択されたメモリセル対から得られる参照電圧と、可変リファレンス電圧VRと、を比較する。 In step S203, the reference voltage obtained from the memory cell pair selected in step S201 is compared with the variable reference voltage VR by the method described above.
ステップS204、Yes分岐で、つまり、参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも低い場合、テスト装置2aは、可変リファレンス電圧VRを予め定めた幅で下げ(ステップS205)、ステップS203からの処理を繰り返す。 In step S204, Yes branch, that is, when the reference voltage is lower than the variable reference voltage VR, the test apparatus 2a decreases the variable reference voltage VR by a predetermined width (step S205), and repeats the processing from step S203.
ステップS204、No分岐で、つまり、参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも高くなった場合に、テスト装置2aは、その際の可変リファレンス電圧VRを記憶する(ステップS206)。 In step S204, No branch, that is, when the reference voltage becomes higher than the variable reference voltage VR, the test apparatus 2a stores the variable reference voltage VR at that time (step S206).
ステップS207で、テスト装置2aは、可変リファレンス電圧VRを、図14に示す下限値Y1と上限値Y2の中間値と、上限値Y2と、の間で定めた初期値Y2に設定する。 In step S207, the test apparatus 2a sets the variable reference voltage VR to an initial value Y2 determined between the intermediate value between the lower limit value Y1 and the upper limit value Y2 and the upper limit value Y2 shown in FIG.
ステップS208で、上述した方法により、ステップS201で選択されたメモリセル対から得られる参照電圧と、可変リファレンス電圧VRと、を比較する。 In step S208, the reference voltage obtained from the memory cell pair selected in step S201 is compared with the variable reference voltage VR by the method described above.
ステップS209、Yes分岐、つまり、参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも高い場合、テスト装置2aは、可変リファレンス電圧VRを予め定めた幅で上げ(ステップS210)、ステップS208からの処理を繰り返す。 Step S209, Yes branch, that is, if the reference voltage is higher than the variable reference voltage VR, the test apparatus 2a increases the variable reference voltage VR by a predetermined width (step S210), and repeats the processing from step S208.
ステップS209、No分岐、つまり、参照電圧が可変リファレンス電圧VRよりも低くなった場合に、テスト装置2aは、その際の可変リファレンス電圧VRを記憶する(ステップS211)。 Step S209, No branch, that is, when the reference voltage becomes lower than the variable reference voltage VR, the test apparatus 2a stores the variable reference voltage VR at that time (step S211).
ステップS212で、テスト装置2aは、ステップS201で選択したメモリセル対を、リファレンスセル対として選択できるか否かを判定する。具体的には、以下の絞り込み条件に従った判定をすることで、メモリセル対をリファレンスセル対として選択できるか決定する。
絞り込み条件:
ステップS206で記憶した可変リファレンス電圧VRは下限値Y1以上、且つ、
ステップS211で記憶した可変リファレンス電圧VRは上限値Y2以下である。
In step S212, the test apparatus 2a determines whether or not the memory cell pair selected in step S201 can be selected as a reference cell pair. Specifically, it is determined whether a memory cell pair can be selected as a reference cell pair by making a determination according to the following narrowing conditions.
Narrowing conditions:
The variable reference voltage VR stored in step S206 is not less than the lower limit value Y1, and
The variable reference voltage VR stored in step S211 is equal to or lower than the upper limit value Y2.
テスト装置2aは、ステップS201で選択したメモリセル対について、絞り込み条件に従った判定を行う(ステップS212)。 The test apparatus 2a performs determination according to the narrowing-down condition for the memory cell pair selected in step S201 (step S212).
ステップS212、No分岐、つまり、上記絞り込み条件を満たさなければ、テスト装置2aは、次のメモリセル対を選択(ステップS213)し、ステップS202以降の処理を繰り返す。 In step S212, No branch, that is, if the above narrowing condition is not satisfied, the test apparatus 2a selects the next memory cell pair (step S213), and repeats the processing after step S202.
ステップS212、Yes分岐、つまり、上記絞り込み条件を満たせば、テスト装置2aは、選択したメモリセル対をリファレンスセル対に選択する(ステップS214)。 If step S212, Yes branch, that is, if the above-described narrowing condition is satisfied, the test apparatus 2a selects the selected memory cell pair as the reference cell pair (step S214).
図16は、本実施形態に係るリファレンスセル選択結果の一例を示す図である。図15に示すフローチャートに従って得られるリファレンスセル対が、図16には図示されている。 FIG. 16 is a diagram showing an example of reference cell selection results according to the present embodiment. FIG. 16 shows a reference cell pair obtained according to the flowchart shown in FIG.
テスト装置2aは、チップ制御回路23を介して、リファレンスビット線対として選択したスペアビット線対に対応する選択回路(図6参照)に、対応するスペアビット線をリファレンスビット線対として使用することを書き込む(プログラムする)。さらに、テスト装置2aは、チップ制御回路23を介して、リファレンスセルとして決定したメモリセル対を選択するスペアワード線又は通常のワード線に対応する選択回路に、対応するスペアワード線又は通常のワード線をリファレンスセルの選択に使用することを書き込む(プログラムする)。リファレンスセルとして決定したメモリセル対を通常のワード線で選択する場合には、例えば図17で後述するセレクタ71をロウデコーダ31に追加すればよい。この時、セレクタ31で選択されたワード線に対応するアドレスが選択された場合には、そのアドレスをアドレス比較回路(図6の50)にプログラムしスペアワード線が選択されるようにワード線を入れ替えても良い。その結果、選択されたリファレンスビット線に接続されたメモリセルから、特性のよいメモリセルを厳選して、リファレンスセルに設定できる。
The test apparatus 2a uses the corresponding spare bit line as the reference bit line pair for the selection circuit (see FIG. 6) corresponding to the spare bit line pair selected as the reference bit line pair via the
以上のように、本実施形態に係る半導体装置1aは、複数のスペアビット線及び複数のスペアワード線から形成されるメモリセルのうち、1組のメモリセルを選択し、リファレンスセルとして使用する。即ち、本実施形態に係る半導体装置1aは、メモリセル単位で複数のリファレンスセル(リファレンスセル群)を抽出する。そのため、より理想値に近い参照電圧を得ることができる。その結果、データ読み出し動作時の動作マージンがさらに向上する。 As described above, the semiconductor device 1a according to the present embodiment selects a set of memory cells from the plurality of spare bit lines and the plurality of spare word lines and uses them as reference cells. That is, the semiconductor device 1a according to the present embodiment extracts a plurality of reference cells (reference cell group) in units of memory cells. Therefore, a reference voltage closer to the ideal value can be obtained. As a result, the operation margin during the data read operation is further improved.
[第3の実施形態]
第3の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[Third Embodiment]
A third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第3の実施形態は、ワード線とビット線を最初に通常部分とスペア部分とに分離しない形態である。第1の実施形態(図1)では、スペア領域は、製造上、予め決定されている形態であるが、この第3の実施形態では、m+sr本のワード線とn+sc本のビット線とする。そのため、図17(第3の実施形態)に示すカラムデコーダ32aは、図6(第1の実施形態)に示すカラムデコーダ32と異なる。他の構成は、第1の実施形態で説明した構成と同様であり、説明を省略する。
In the third embodiment, a word line and a bit line are not first separated into a normal part and a spare part. In the first embodiment (FIG. 1), the spare area is determined in advance in terms of manufacturing, but in this third embodiment, m + sr word lines and n + sc bit lines are used. Therefore, the column decoder 32a shown in FIG. 17 (third embodiment) is different from the
第3の実施形態のメモリセルアレイでは、メモリセルアレイ40に含まれるビット線やワード線は、予め通常のビット線及び通常のワード線と、スペアビット線及びスペアワード線と、に分かれていない。第1の実施形態の図4では、mとsrは、予め分離・選定されていて、nとscは、予め分離・選定されている。第3の実施形態では、図4のmとsrのラベル記載を統一してm+srに置き換え、図4のmとsrのラベル記載を統一してn+scに置き換えて参照される。
In the memory cell array of the third embodiment, the bit lines and word lines included in the
第3の実施形態のカラムセレクタ41は、通常のビット線とスペアビット線に分離されていないn+sc本のカラム選択信号がゲートに入力されたn+sc個のNチャネル型MOSトランジスタによりn+sc本のビット線のうちの1本が選択される。なお、Nチャネル型MOSトランジスタの閾値電圧Vtによる電圧降下を避けるため、カラム選択線を相補型にすると共に、CMOS型トランジスタを用いてもよい。第1の実施形態の図5では、nとscは、予め分離・選定されている。第3の実施形態では、図5のnとsrのラベル記載を統一してn+scに置き換えて参照される。
In the
図17は、カラムデコーダ32aの回路構成の一例を示す図である。カラムデコーダ32aには、n+sc個の否定論理積回路(NAND)と、n+sc個のインバータ回路(INV)と、シフト救済回路70と、セレクタ71と、が含まれている。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the column decoder 32a. The column decoder 32a includes n + sc negative AND circuits (NAND), n + sc inverter circuits (INV), a
図17に示すカラムデコーダ32aは、n+sc本のビット線のうち欠陥の存在するビット線に対応するカラム選択線をスキップする機能を備える。具体的には、カラムデコーダ32aは、デコーダの出力とカラム選択線の対応付けを、シフト救済回路70にプログラムすることで、欠陥の存在するビット線をスキップする。図17においては、ビット線101及び103がスキップされている。
The column decoder 32a shown in FIG. 17 has a function of skipping column selection lines corresponding to bit lines having defects among n + sc bit lines. Specifically, the column decoder 32a skips a bit line having a defect by programming the
また、カラムデコーダ32aは、n+sc本のビット線から選択された1本をリファレンスビット線として使用できる。具体的には、セレクタ71をプログラムすることで、リファレンスタイミング信号FRが活性化した際に、1本のビット線がリファレンスビット線として選択される。図17においては、ビット線102がリファレンスビット線として選択されている。なお、図17はカラムデコーダ32aの回路構成の一例を示す図であるが、ロウデコーダ31aの基本的な回路構成はカラムデコーダ32aと同様である。即ち、ロウデコーダ31aは、n+sc本のアドレス信号ではなく、m+sr本のアドレス信号に対応可能に内部が構成される。
The column decoder 32a can use one selected from n + sc bit lines as a reference bit line. Specifically, by programming the
このように、ロウデコーダ31a及びカラムデコーダ32aは、アドレス回路(カラムアドレスバッファ29又はバンク及びロウアドレスバッファ30)に供給されるアドレス情報と、欠陥のあるデータ線のアドレス情報と、に基づいて欠陥のあるデータ線を救済するシフト救済回路を備える。また、ロウデコーダ31a及びカラムデコーダ32aは、制御信号(リファレンスタイミング信号FL又はFR)に応じて、メモリセルアレイ40に含まれるデータ線から、リファレンスセルに接続されたデータ線(リファレンスビット線又はリファレンスワード線)を選択する回路を備える。
As described above, the row decoder 31a and the column decoder 32a are defective based on the address information supplied to the address circuit (the
第3の実施形態では、上述した実施形態と同様に、図10及び図11に示すフローチャートに従って得られるリファレンスビット線は、図12に示すように選択・設定可能である。 In the third embodiment, the reference bit lines obtained according to the flowcharts shown in FIGS. 10 and 11 can be selected and set as shown in FIG.
第3の実施形態は、リファレンスビット線の選択のためにメモリセルの特性を測定する範囲が、n+sc本のビット線に及ぶ点が、第1の実施形態と異なる。即ち、図10及び図11に示すフローチャートに従って、所望の特性が得られたビット線が、図17を用いて説明したとおり、セレクタ71にプログラムされ、選択可能となる。本実施形態に係る半導体装置1bのリファレンスビット線の選択・決定方式は、第1の実施形態に係る半導体装置1と比較して、リファレンスビット線を選択するのに必要な時間は増加するものの、より特性のよりリファレンスビット線が選択できる利点がある。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the range of measuring the characteristics of the memory cell for selecting the reference bit line extends to n + sc bit lines. That is, according to the flowcharts shown in FIGS. 10 and 11, a bit line having a desired characteristic is programmed into the
なお、リファレンスビット線の選択に変えて、リファレンスワード線を選択することもできる。あるいは、第2の実施形態と同様に、リファレンスセルを選択することもできる。この場合には、リファレンスセルとして選択可能なメモリセルが増加するため、メモリセル特性のばらつき分布が抑制された、特性のよいメモリセルをリファレンスとして使用できる。 Note that a reference word line can be selected instead of selecting a reference bit line. Alternatively, a reference cell can be selected as in the second embodiment. In this case, since the number of memory cells that can be selected as reference cells increases, a memory cell with good characteristics in which variation distribution of memory cell characteristics is suppressed can be used as a reference.
上記のように、第3の実施形態では、通常のビット線とワード線、スペアのビット線とワード線、のように区別することなく、メモリセルアレイに含まれているビット線やワード線から、リファレンスビット線、リファレンスワード線、リファレンスセルを選択する。即ち、選択肢が増加した結果、より理想に近い参照電圧を得ることができるため、データ読み出し動作時の動作マージンがさらに向上する。 As described above, in the third embodiment, the bit lines and the word lines included in the memory cell array can be distinguished from each other without distinguishing between normal bit lines and word lines and spare bit lines and word lines. Select the reference bit line, reference word line, and reference cell. That is, as the number of options increases, a reference voltage closer to the ideal can be obtained, so that the operation margin during the data read operation is further improved.
[第4の実施形態]
続いて、第4の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態に係る半導体装置1cは、メモリセルにデータ「0」とデータ「1」に対応する抵抗値のほぼ中間の抵抗値を書き込むことが可能なメモリセルを使用する点である。その他に関しては、半導体装置1と相違する点は存在しないので、半導体装置1cに関する図1〜図3、図5〜図8に相当する説明を省略する。
The semiconductor device 1c according to the present embodiment uses a memory cell in which a resistance value approximately in the middle of the resistance values corresponding to the data “0” and the data “1” can be written in the memory cell. Since there is no difference from the
図18は、半導体装置1cのメモリセルアレイ及びその周辺制御回路の主たる部分の構成の一例を示す図である。図18において図4と同一構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 18 is a diagram showing an example of the configuration of the main part of the memory cell array and its peripheral control circuit of the semiconductor device 1c. 18, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第4の実施形態では、半導体装置1cは、1個のメモリセルをリファレンスセルとして使用することになるので、上下の読み出し回路42の入力端子間をショートするスイッチ45が不要となる。また、リファレンスデータをデータ「0」とデータ「1」に分けて書き込む必要がなくなり、書き込み回路42aの回路構成が簡略化される。具体的な書き込み回路42aの構成は、使用する抵抗変化型メモリセルの特性に合わせて選択されることになる。
In the fourth embodiment, since the semiconductor device 1c uses one memory cell as a reference cell, the
上記で説明した各実施形態は、本発明を逸脱しない範囲において、ReRAM(Resistive Random Access Memory)及び相変化メモリPRAM (Phase Change Random Access Memory)にも、適宜、適用されて良い。 Each of the embodiments described above may be appropriately applied to a ReRAM (Resistive Random Access Memory) and a phase change memory PRAM (Phase Change Random Access Memory) without departing from the present invention.
なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。 Each disclosure of the cited patent documents and the like cited above is incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) within the scope of the claims of the present invention, Selection is possible. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea. In particular, with respect to the numerical ranges described in this document, any numerical value or small range included in the range should be construed as being specifically described even if there is no specific description.
1、1a〜1c 半導体装置
2、2a テスト装置
10 制御部
11 データ制御部
12 メモリデバイス制御部
13 VR電圧生成部
20a〜20h、40、41−1〜40−4 メモリセルアレイ
21 クロック発生回路
22 コマンドデコーダ
23 チップ制御回路
24 モードレジスタ
25 アレイ制御回路
26 RW(リードライト)アンプ
27 ラッチ回路
28 データ入出力バッファ
29 カラムアドレスバッファ
30 バンク及びロウアドレスバッファ
31、31−1、31−2、31a、31a−1、31a−2 ロウデコーダ
32、32−1、32−2、32a、32a−1、32a−2 カラムデコーダ
33 I/O線
34 内部電圧生成回路
35 制御情報記憶領域
41、41−1〜41−4、41a、41a−1〜41a−4 カラムセレクタ
42、42−1、42−2、42a、42a−1、42a−2 読み出し回路
43、43−1、43−2 第1書き込み回路
44、44−1、44−2 第2書き込み回路
45、45−1、45−2 スイッチ
46、46−1〜46−4 電圧クランプトランジスタ
50−1、50−2 アドレス比較回路
51−1〜51−3 選択回路
52−1〜52−3、71 セレクタ
60−1〜60−3 Pチャネル型MOSトランジスタ
61−1、61−2 Nチャネル型MOSトランジスタ
62 定電流源
63−1、63−2 インバータ回路
64−1〜64−4 トランスファーゲート
65 センスアンプ
70 シフト救済回路
100 波形
101〜103 ビット線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a-1c Semiconductor device 2, 2a Test apparatus 10 Control part 11 Data control part 12 Memory device control part 13 VR voltage generation part 20a-20h, 40, 41-1 to 40-4 Memory cell array 21 Clock generation circuit 22 Command Decoder 23 Chip control circuit 24 Mode register 25 Array control circuit 26 RW (read / write) amplifier 27 Latch circuit 28 Data input / output buffer 29 Column address buffer 30 Bank and row address buffers 31, 31-1, 31-2, 31a, 31a -1, 31a-2 Row decoders 32, 32-1, 32-2, 32a, 32a-1, 32a-2 Column decoder 33 I / O line 34 Internal voltage generation circuit 35 Control information storage areas 41, 41-1 to 41-1 41-4, 41a, 41a-1 to 41a-4 Column selector 4 42-1, 42-2, 42a, 42a-1, 42a-2 Read circuits 43, 43-1, 43-2 First write circuits 44, 44-1, 44-2 Second write circuits 45, 45- 1, 45-2 switches 46, 46-1 to 46-4 voltage clamp transistors 50-1, 50-2 address comparison circuits 51-1 to 51-3 selection circuits 52-1 to 52-3, 71 selector 60-1 -60-3 P-channel MOS transistors 61-1 and 61-2 N-channel MOS transistor 62 Constant current sources 63-1 and 63-2 Inverter circuits 64-1 to 64-4 Transfer gate 65 Sense amplifier 70 Shift relief circuit 100 waveform 101-103 bit line
Claims (12)
抵抗変化型の第2メモリセルを複数含む第2メモリセルアレイと、
第1回路ノードと、
第2回路ノードと、
アドレス情報が供給されるアドレス回路と、
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第1メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第1回路ノードに接続する第1デコーダ回路と、
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第2メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第2回路ノードに接続する第2デコーダ回路と、
可変電圧が供給される第1リファレンス電圧入力端子と、
第1及び第2入力端子を含む第1センスアンプ回路と、
前記第1及び第2回路ノードのそれぞれに、第1カレントミラー電流を供給する第1カレントミラー回路と、
第1領域信号に応じ、前記第1リファレンス電圧入力端子及び前記第1回路ノードの一方を前記第1センスアンプ回路の前記第1入力端子に接続する第1選択回路と、
第2領域信号に応じ、前記第1リファレンス電圧入力端子及び前記第2回路ノードの一方を前記第1センスアンプ回路の前記第2入力端子に接続する第2選択回路と、を備える半導体装置。 A first memory cell array including a plurality of resistance change type first memory cells;
A second memory cell array including a plurality of resistance change type second memory cells;
A first circuit node;
A second circuit node;
An address circuit to which address information is supplied;
A first decoder circuit for connecting one memory cell of the plurality of first memory cells to the first circuit node according to the address information supplied to the address circuit;
A second decoder circuit for connecting one memory cell of the plurality of second memory cells to the second circuit node according to the address information supplied to the address circuit;
A first reference voltage input terminal to which a variable voltage is supplied;
A first sense amplifier circuit including first and second input terminals;
A first current mirror circuit for supplying a first current mirror current to each of the first and second circuit nodes;
A first selection circuit for connecting one of the first reference voltage input terminal and the first circuit node to the first input terminal of the first sense amplifier circuit in response to a first region signal;
A semiconductor device comprising: a second selection circuit that connects one of the first reference voltage input terminal and the second circuit node to the second input terminal of the first sense amplifier circuit according to a second region signal.
前記第2選択回路は、前記読み出し動作時に設定される前記第2領域信号の第1レベルに応じ、前記第2回路ノードを前記第1センスアンプ回路の前記第2入力端子に接続する、請求項1の半導体装置。 The first selection circuit connects the first circuit node to the first input terminal of the first sense amplifier circuit according to a first level of the first region signal set during a read operation.
The second selection circuit connects the second circuit node to the second input terminal of the first sense amplifier circuit according to a first level of the second region signal set during the read operation. 1. A semiconductor device.
前記第2選択回路は、前記第1メモリセルアレイからリファレンスセルを抽出する時に設定される前記第2領域信号の前記第1レベルと異なる第2レベルに応じ、前記第1リファレンス電圧入力端子を前記第1センスアンプ回路の前記第2入力端子に接続する、請求項2の半導体装置。 The first selection circuit sets the first circuit node of the first sense amplifier circuit according to the first level of the first region signal set when extracting a reference cell from the first memory cell array. Connect to 1 input terminal,
The second selection circuit sets the first reference voltage input terminal to the first level according to a second level different from the first level of the second region signal set when extracting a reference cell from the first memory cell array. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is connected to the second input terminal of one sense amplifier circuit.
抵抗変化型の第4メモリセルを複数含む第4メモリセルアレイと、
第3回路ノードと、
第4回路ノードと、
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第3メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第3回路ノードに接続する第3デコーダ回路と、
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報に応じ、前記複数の第4メモリセルのうちの1つのメモリセルを前記第4回路ノードに接続すする第4デコーダ回路と、
可変電圧が供給される第2リファレンス電圧入力端子と、
第1及び第2入力端子を含む第2センスアンプ回路と、
前記第3及び第4回路ノードのそれぞれに、第2カレントミラー電流を供給する第2カレントミラー回路と、
第3領域信号に応じ、前記第2リファレンス電圧入力端子及び前記第3回路ノードの一方を前記第2センスアンプ回路の前記第1入力端子に接続する第3選択回路と、
第4領域信号に応じ、前記第2リファレンス電圧入力端子及び前記第4回路ノードの一方を前記第2センスアンプ回路の前記第2入力端子に接続する第4選択回路と、
を備える請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。 A third memory cell array including a plurality of resistance change type third memory cells;
A fourth memory cell array including a plurality of resistance change type fourth memory cells;
A third circuit node;
A fourth circuit node;
A third decoder circuit connecting one memory cell of the plurality of third memory cells to the third circuit node according to the address information supplied to the address circuit;
A fourth decoder circuit for connecting one of the plurality of fourth memory cells to the fourth circuit node according to the address information supplied to the address circuit;
A second reference voltage input terminal to which a variable voltage is supplied;
A second sense amplifier circuit including first and second input terminals;
A second current mirror circuit for supplying a second current mirror current to each of the third and fourth circuit nodes;
A third selection circuit for connecting one of the second reference voltage input terminal and the third circuit node to the first input terminal of the second sense amplifier circuit in response to a third region signal;
A fourth selection circuit for connecting one of the second reference voltage input terminal and the fourth circuit node to the second input terminal of the second sense amplifier circuit in response to a fourth region signal;
The semiconductor device as described in any one of Claims 1 thru | or 3 provided with these.
前記第2回路ノードと前記第4回路ノードとの間に接続される第2スイッチ回路と、
をさらに備え、
前記読み出し動作時に、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の一方が導通状態となり、前記第1スイッチ回路及び前記第2スイッチ回路の他方が非導通状態となる、請求項4の半導体装置。 A first switch circuit connected between the first circuit node and the third circuit node;
A second switch circuit connected between the second circuit node and the fourth circuit node;
Further comprising
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein during the read operation, one of the first switch circuit and the second switch circuit is in a conductive state, and the other of the first switch circuit and the second switch circuit is in a non-conductive state.
電源及び前記第1回路ノードの間に接続され、第1制御電極を有する第1の第1導電型トランジスタと、
前記電源及び第1内部ノードの間に接続され、前記第1の第1導電型トランジスタの前記第1制御電極及び前記第1内部ノード接続される第2制御電極を有する第2の第1導電型トランジスタと、
前記電源及び前記第2回路ノードの間に接続され、前記第1内部ノードに接続される第3制御電極を有する第3の第1導電型トランジスタと、
接地及び前記第1内部ノードの間に接続され、第4制御電極を有する第1の第2導電型トランジスタと、
前記電源及び前記接地の間に接続され、前記第1の第2導電型トランジスタの第4制御電極及び第2内部ノードに接続される第5制御電極を有する第2の第2導電型トランジスタと、
を備える請求項1乃至6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first current mirror circuit includes:
A first first conductivity type transistor connected between a power source and the first circuit node and having a first control electrode;
A second first conductivity type connected between the power source and a first internal node and having the first control electrode of the first first conductivity type transistor and the second control electrode connected to the first internal node. A transistor,
A third first conductivity type transistor having a third control electrode connected between the power source and the second circuit node and connected to the first internal node;
A first second conductivity type transistor connected between ground and the first internal node and having a fourth control electrode;
A second second conductivity type transistor connected between the power source and the ground and having a fifth control electrode connected to a fourth control electrode and a second internal node of the first second conductivity type transistor;
The semiconductor device as described in any one of Claims 1 thru | or 6 provided with these.
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報と、欠陥のあるデータ線のアドレス情報と、を比較するアドレス比較回路と、
制御信号に応じて、予備データ線を、前記欠陥のあるデータ線を救済するデータ線として使用するか、リファレンスセルが接続されたデータ線として使用するか、を切り替える回路と、
を備える請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first and / or second decoder circuit includes:
An address comparison circuit for comparing the address information supplied to the address circuit with address information of a defective data line;
A circuit that switches between using a spare data line as a data line for relieving the defective data line or a data line to which a reference cell is connected in accordance with a control signal;
A semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記アドレス回路に供給される前記アドレス情報と、欠陥のあるデータ線のアドレス情報と、に基づいて前記欠陥のあるデータ線を救済する救済回路と、
制御信号応じて、前記第1及び第2のメモリセルアレイに含まれるデータ線から、リファレンスセルに接続されたデータ線を選択する回路と、
を備える請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The first and / or second decoder circuit includes:
A relief circuit for relieving the defective data line based on the address information supplied to the address circuit and address information of the defective data line;
A circuit for selecting a data line connected to a reference cell from data lines included in the first and second memory cell arrays in response to a control signal;
A semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記リファレンスセル群から第1メモリセルをリファレンスセルとして抽出するステップと、
前記抽出されたリファレンスセル群以外の残りのメモリセル群に少なくとも1つの欠陥メモリセルがある場合に、前記少なくとも1つの欠陥メモリセルを、前記抽出されたリファレンスセル群のうちの、リファレンスセルとして抽出された前記第1メモリセル以外のメモリセルに置換するステップと、
を含むデータ線の切り替え方法。 Extracting a reference cell group from a plurality of resistance change type first memory cell groups arranged in a matrix at intersections of a plurality of word lines and a plurality of bit lines;
Extracting a first memory cell from the reference cell group as a reference cell;
When at least one defective memory cell is present in the remaining memory cell group other than the extracted reference cell group, the at least one defective memory cell is extracted as a reference cell of the extracted reference cell group. Replacing a memory cell other than the first memory cell,
Data line switching method including.
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