JP4111313B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置に関し、例えば外部端子と半導体チップの電極とがパッケージ基板に設けられた配線手段によって接続されるものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
BGA(Ball Grid Array) といったパッケージ技術によってパッケージされた半導体集積回路装置において、パッケージの裏面に設けられた外部端子としてのボールと、半導体チップのパッド電極とはパッケージに設けられた配線により接続される。この配線には、寄生容量や寄生抵抗を有するために信号伝達の遅延を最小にするよう半導体チップのパッドとボールとの相対的な位置が決められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記ボールの位置は、それが搭載されるシステム等に適合するように決められる。したがって、半導体チップ側ではそれが搭載されるパッケージ基板の仕様に対応してその都度パッドの位置を決める必要がある。しかし、このようにすると、同じメモリ容量を持つ半導体記憶装置であるにもかかわらず、それが搭載されるパッケージに合わせて、パッドの位置をその都度変更することは生産性の効率の点で問題がある。
【0004】
半導体記憶装置として、18ビット構成あるいは36ビット構成のようにビット幅(入出力ビット数)を切り替える構成のものがある。このようにビット幅が大きいものでは、例えば9ビットずつの単位で書き込み制御を行うことが求められる。つまり、このような書き込み制御は、36ビット又は18ビットのうち、特定の9ビットの単位で記憶情報の書き換えを可能にするときに便利である。この構成のために、特定ビット毎に書き込み制御信号を割り当てて、もとのデータを保持したいビットにはかかる書き込み制御信号により書き込みデータにマスクをかければよい。本願発明者等においては、このように半導体記憶装置を構成するチップ側でのビット幅の切り替えと書き込みマスク機能を実現しつつ、前記パッケージ基板のボールとの距離を短くできるようにすることを検討した。
【0005】
この発明の目的は、高い性能を維持しつつ、多様性と生産性の両立を実現した半導体記憶装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。複数の電極に対応された複数の入力回路を備えたメモリアレイ領域の複数個に対応して、上記入力回路の動作を有効にする書き込み信号の供給を振り分ける分配回路設け、上記分配回路から延びて上記メモリアレイ領域のそれぞれの入力回路部に至る第1配線と、上記第1配線と選択的に接続されて上記入力回路に書き込み信号を伝える第2配線を半導体チップ側に設け、それが搭載されるパッケージ基板の外部端子に対応して上記分配回路の設定と上記第1と第2配線との選択的な接続によって各入力回路毎に上記書き込み信号を伝える信号経路を形成する。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の上面図が示されている。パッケージ基板の表面に半導体チップが搭載される。同図では、半導体チップの内部回路の構成も合わせて示されている。半導体チップは、特に制限されないが、SSRAM(シンクロナス・スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)であり、メモリチップ全体をAないしDの4つのByte(バイト;領域)を持つようにされる。各バイトA〜Dはメモリアレイ領域であり、上記のように4つの領域に分割することにより、ワード線長さ、ビット線長さをそれぞれ2分割し、そのメモリセル選択動作の高速化を図るようにする。
【0008】
この実施例では、特に制限されないが、9ビットを1つのデータ単位として上記各メモリアレイ領域A〜Dから入出力できるようにされる。それ故、上記それぞれのメモリアレイ領域A〜Dのそれぞれに対応して9ビット分のパッドが設けられる。例えば、メモリアレイ領域A〜Dを同時に選択状態にして9ビットずつ、データの入出力を行う場合には、同図に示された9×4=36個のパッドが使用される。この場合には、36ビットのデータ幅で書き込みや読み出しが可能になる。
【0009】
半分のビット幅である18ビットの単位での書き込みや読み出しを行う場合には、同図に示したようにDQa0〜DQa8、DQb0〜DQb8を付したパッドが使用される。この場合には、選択されるメモリアレイ領域は、上記4個のうちの2個のみが選択される。例えば、メモリアレイ領域AとB又はCとDの組み合わせにより選択される。例えば、メモリアレイ領域AとBが選択されたときには、メモリアレイ領域Aにおいて入出力される9ビットのデータは、メモリアレイ領域Aに隣接したパッドDQa8、DQa5,DQa4,DQa3、DQa0と、メモリアレイ領域Dに隣接したパッドDQb7、DQb6,DQb2,DQb1に伝えられる。同様に、メモリアレイ領域Bにおいて入出力される9ビットのデータは、メモリアレイ領域Bに隣接したパッドDQa1、DQa2,DQa6,DQa7、メモリアレイ領域Cに隣接したパッドDQb0、DQb3,DQb4,DQb5,DQb8に伝えられる。
【0010】
例えば、メモリアレイ領域CとDが選択されたときには、メモリアレイ領域Dにおいて入出力される9ビットのデータは、メモリアレイ領域Aに隣接したパッドDQa8、DQa5,DQa4,DQa3、DQa0と、メモリアレイ領域Dに隣接したパッドDQb7、DQb6,DQb2,DQb1に伝えられる。同様に、メモリアレイ領域Cにおいて入出力される9ビットのデータは、メモリアレイ領域Bに隣接したパッドDQa1、DQa2,DQa6,DQa7、メモリアレイ領域Cに隣接したパッドDQb0、DQb3,DQb4,DQb5,DQb8に伝えられる。
【0011】
これに対して、9ビットの単位での書き込み制御のためのマスク信号は、上記DQa0〜DQa8、DQb0〜DQb8のように振り分けられる。つまり、1つのメモリアレイ領域A〜Dに対応して、書き込み制御信号を一括して振り分けるのではなく、メモリアレイ領域A〜Dの入出力端子(I/O)に対応して書き込み制御信号の振り分けを可能にするものである。このような入出力端子(I/O)に対応して書き込み制御信号の振り分けによって、パッケージに設けられた外部端子としてのボールとの距離を短くすることができる。
【0012】
図2には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の裏面図が示されている。このパッケージ基板は、前記図1に対応しており、データ入出力のための外部端子に前記パッドに対応した記号が付されている。これにより、図1の半導体チップ側のパッドのa側とb側が、パッケージ基板のボールのa側とb側に対応しており、パッケージ基板上において両者を接続する配線の長さを短くすることができる。
【0013】
なお、上記図1の半導体チップの内部構成は、半導体チップの表面から見た場合の構成であり、パッケージ基板の表面に接続されるときには、ミラー反転して実装される。これにより、パッケージの裏面のボールの配置と、上記半導体チップのパッドの配置が前記のようにパッケージ基板のボールのa側とb側に対応されるものである。
【0014】
この実施例では、パッケージ基板の横方向の長さが半導体チップの横方向の長さとの関係で、それを搭載するには不足する場合が示されている。使用するパッケージが大きくて、上記パッケージ基板の横方向の長さが半導体チップの横方向の長さとの関係で、それを搭載するには十分な場合には、同図の半導体チップを時計回りに90度回転させて搭載することもできる。この場合には、メモリアレイ領域AとDに対応して設けられたパッドを用いてDQa0〜DQa8に対応させ、メモリアレイ領域BとCに対応して設けられたパッドを用いてDQb0〜DQb8に対応させる。
【0015】
この構成では、同じメモリアレイ領域AとD及びBとCにおいては、a側とb側の同じ書き込み信号が伝えられる。そして、図2と同じくパッケージ基板を用いても、半導体チップ側のパッドのa側とb側が、パッケージ基板のボールのa側とb側に対応しており、パッケージ基板上において両者を接続する配線の長さを短くすることができる。
【0016】
このように、書き込み制御する信号を従来のようにメモリアレイ領域A〜D単位で一括して行うのではなく、I/O毎に書き込み制御をする信号の割り当てを可能として、1つのメモリアレイ領域A〜Dのそれぞれにおいて、異なる書き込み制御の信号を割り当てることができるようにすることにより、バッケージ基板に設けられたボール位置に対して半導体チップの各パッド(PAD)をaマスク信号、bマスク信号と振り分けられることができるので、パッドをボールの近傍に配置でき、性能面での損失のない半導体記憶回路を実現できる。
【0017】
図3には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例のメモリアレイの構成図が示されている。同図は、前記図1の実施例に対応しており、×18ビット構成の例が示されている。前記実施例のように4つのメモリアレイ領域であるAとDバイトと、BとCバイトが書き込み制御の信号aとbに振り分けられる。つまり、AとDのメモリアレイ領域に設けられた9個のI/Oに対応して供給される書き込み入力制御信号DICは、a側に5ビット、b側に4ビット振り分けられる。BとCのメモリアレイ領域に設けられた9個のI/Oに対応して供給される書き込み入力制御信号DICは、a側に4ビット、b側に5ビット振り分けられる。
【0018】
上記9個のI/Oに対応して1個のメモリマットMATが設けられる。つまり、各メモリマットMATから9ビットずつのデータの入出力が上記9個のI/Oを介して入出力(書き込み/読み出し)される。上記のようなメモリマットMATが0〜15の16個によって1つのメモリブロックBLKが構成される。各メモリアレイ領域A〜Dには、それぞれ4〜7の4つのメモリブロックが設けられる。上記最小の選択単位であるメモリマットMATは、512のワード線と9対のビット線から構成される。
【0019】
図4には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例のメモリアレイの配置構成図が示されている。各メモリアレイ領域A〜Dは、それぞれメモリブロックBLK4〜7を備え、各メモリブロックBLK4〜7は前記のように16個のメモリマットMATを備える。メモリマットMAT0〜15は、同図の縦方向に積み重ねられて配置される。縦方向に対応して各メモリブロックBLK4〜7のそれぞれに前記512本のワード線が16個のメモリマットMATを串し刺しするように延長される。メモリアレイ領域A〜Dの選択は、メモリブロックの選択と、メモリマットの選択と、ワード線の選択により前記9ビットに対応した9個のメモリセルの選択できる。メモリアレイ領域A〜Dを同時に選択すれば、36ビットのデータ幅でのデータ入出力が可能となり、AとB又はCとDを選択するようにすれば、18ビットのデータ幅でのデータ入出力が可能になる。
【0020】
図5には、この発明に用いられる半導体チップの一実施例のブロック図が示されている。この実施例では、前記のようなメモリアレイ領域A〜Dの入出力端子(I/O)に対応して書き込み制御信号DICの振り分けを実現するために、チップの中央部にDIC分配回路が設けられる。このDIC分配回路からは、上側のメモリアレイ領域AとDに向けて信号分配線L1延長され、下側のメモリアレイ領域BとCに向けて信号分配線L1が延長される。同図は、1対の信号分配線が示されているが、後述するような図6に示したDIC分配回路では、特に制限されないが、メモリアレイ領域AとDのそれぞれに対応して一対ずつの信号分配線を割り当てるようにされる。
【0021】
メモリアレイ領域AとDに沿って上側に延長される分配信号線L1に対して、それと交差するように横方向に延びる分配線L2が設けられる。そして、上記のような2種類aとbの分配信号線L1との交差部において、接続を意味する黒丸部で両者が接続される。例えば、DICb信号分配は、b側の分配信号線L1と、パッドDQb1、DQb2、DQb6、DQb7に対応した4箇所の分配信号線L2と接続されて、メモリアレイ領域AとDに対応した4個ずつのI/O(入力回路)に上記信号DICbが供給される。同様に、DICa信号分配は、a側の分配信号線L1と、パッドDQa0、DQa3、DQa4、DQa5、DQa8に対応した5箇所の分配信号線L2と接続されて、メモリアレイ領域AとDに対応した5個ずつのI/O(入力回路)に上記信号DICaが供給される。
【0022】
メモリアレイ領域BとCに沿って下側に延長される分配信号線L1に対して、それと交差するように横方向に延びる分配線L2との選択的な接続によって、例えば、DICa信号の分配は、パッドDQa1、DQa2、DQa6、DQa7に対応したメモリアレイ領域BとCに対応した4個ずつのI/O(入力回路)に供給され、DICb信号分配は、パッドDQb0、DQb3、DQb4、DQb5、DQb8に対応した5個ずつのI/O(入力回路)に供給される。このようなDICb信号分配は、上記交差する配線相互の選択的な接続、具体的にはコンコクトホールの選択的な形成によって簡単に実現できる。
【0023】
図6には、図5のDIC分配回路の一実施例の回路図が示されている。9ビットからなるデータ単位に対応して書き込み制御の信号用パッドSWEa〜SWEdが設けられる。これらの各パッドSWEa〜SWEdに対応して入力回路INBが設けられる。例えば、×38ビット構成の場合には、9ビットずつの単位で書き込みデータにマスクがかけられるように、上記4つの書き込み信号(ライトイネーブル信号)SWEa〜SWEdが設けられる。
【0024】
上記入力回路INBの出力信号は、クロックCKに同期して取り込むためにレジスタREGに取り込まれる。これらのレジスタREGの出力信号は、フリップフロップ回路FFを介して、2段構成のセレクタSELを選択信号×18に対応して切り替えて、8個のレジスタREGに伝えられる。例えば、信号SWEaとSWEcは、2段構成のセレクタSELの組み合わせにより、 メモリアレイ領域(byte)のいずれに対応した信号分配線への伝達が可能にされる。
【0025】
上記のような×18ビット構成のデータ幅のときに使用されるライトイネーブル信号は、SWEa〜SWEdのうちのSWEaとSWEcが用いられる。この実施例の構成では、信号×18とセクレタSELの伝達経路の切り替えにより、メモリアレイ領域A、つまりAbyteに対応した一対の信号分配線の一方にはSWEaから形成される信号DICaと、SWEcから形成される信号DICbが伝えられる。メモリアレイ領域B、つまりBbyteに対応した一対の信号分配線の一方にはSWEaから形成される信号DICaと、SWEcから形成される信号DICbが伝えられる。メモリアレイ領域C、つまりCbyteに対応した一対の信号分配線の一方にはSWEcから形成される信号DICbと、SWEaから形成される信号DICaが伝えられる。メモリアレイ領域D、つまりDbyteに対応した一対の信号分配線の一方にはSWEcから形成される信号DICbと、SWEaから形成される信号DICaが伝えられる。
【0026】
この実施例では、レジスタREFがクロックCKに対応して2段構成に設けられる。これは、2クロック遅れで書き込み動作に対応させるものである。この2クロック遅れでの書き込み動作自体は、この発明には直接関係の無いので、そのような機能が不要なら後段のレジスタREGは省略できる。また、クロックCKに同期してメモリ動作の制御を行うために、レジスタREGが設けられるものであり、かかるクロックCKに同期していでメモリ動作を行うものでは、かかるレジスタREGを省略することもできる。
【0027】
上記のようなレジスタREGに取り込まれたライトイネーブル信号は、アンドゲート回路を制御し、かかるゲート回路を通して出力されるライト信号の伝達を制御する動作を行う。つまり、ライト信号によりメモリセルへの書き込みを指示しても、レジスタREGに論理0が記憶されたものは、上記アンドゲート回路のゲートを閉じて、ライト信号の伝達を禁止する。したがって、かかるゲート回路の出力端子から出力される書き込み制御の信号DICが非活性レベルとなり、メモリアレイ領域に設けられるI/Oの入力回路(ライトアンプ)を非動作状態にするので、選択されたメモリマットMATのビット線はワード線が選択されたメモリセルの読み出し信号のままとなり、当該メモリセルはワード線選択時の記憶情報を維持するものとなる。
【0028】
なお、×36ビット幅のときには信号SWEa〜SWEdの4個が有効とされて、DICa〜DICdとして伝えられる。各信号DICa〜DICdが2個ずつ存在するのは、上記のように半導体チップの上下に振り分ける信号分配線L1が各メモリアレイ領域A〜Dのそれぞれに対応して一対であることに対応している。したがって、×36ビット幅のときには、一方の信号分配線を省略できるが、2本を用いた方がDIC分配回路の負荷が軽くなるので高速動作を図る上で有益である。
【0029】
上記のように4つのメモリアレイ領域A〜Dを同時に選択する×36ビット幅のときには、前記36個のすべてのパッドが有効とされ、それぞれに近接したボールに接続すればよいから、メモリアレイ領域A〜Dに対応して上記書き込み制御の信号DICa〜DICdを分配しても格別な問題が生じることはない。
【0030】
図7には、この発明に用いられる半導体チップの他の一実施例のブロック図が示されている。この実施例では、DIC分配回路からは、上側のメモリアレイ領域AとBに向けて信号分配線L1延長され、下側のメモリアレイ領域DとCに向けて信号分配線L1が延長される。同図は、1の信号分配線が示されているが、前記のようにメモリアレイ領域A〜Dのそれぞれに対応して一対ずつの信号分配線を割り当てられている。
【0031】
この実施例では、前記図2のようなパッケージ基板に対して図8に示すように、半導体チップを横方向に配置させるために、×18ビット構成のときにメモリアレイ領域AとBに対して書き込み制御の信号DICaを供給し、メモリアレイ領域DとCに対して書き込み制御の信号DICbを供給するように割り当てられる。これにより、前記実施例と同様にパッケージ基板に設けられたボールに対応して、半導体チップのパッドとを短距離の配線で接続することができる。しかも、前記同様に9ビットずつの単位でのライトマスクが可能になるものである。
【0032】
16MビットのSSRAMは当然その半分の記憶容量である8MビットのSSRAMよりもチップサイズも大きくなる。例えば、図8のように8MビットのSSRAMチップを搭載し、それと同じパッケージに16Mビットの大きなメモリチップを搭載する場合には、図1のようにチップを90度回転させてパッケージにチップを置く必要がある。本願発明のDIC分配回路と信号分配線の構成を採用すれば、かかるチップ配置の変更に対応しつつ、ボールの位置とそれに対応するPADの位置を近傍に配置したままで書き込み信号を制御できる。
【0033】
上記の書き込み制御信号をメモリアレイ領域単位で行うものに対して、I/O単位で書き込み信号の制御を行うことにより、パッケージのボール位置に近いパッドからメモリアレイ領域に関係なく任意にデータ信号を入出力でき、容量や遅延時間等の性面で性能劣化が抑えられる。現状のSSRAMはパッケージのボール位置は顧客によって決められていることが一般的であるため、本願発明にかかるメモリチップは、パッケージのボール位置がどこにあってもチップ内の切り替えにより対応できる柔軟性を持つものであり、高い性能を維持しつつ、多様性と生産性の両立を実現した半導体記憶装置を実現できるものとなる。
【0034】
上記のように 書き込み信号をI/O単位で制御を行う事によりパッケージのボール位置に近いPADからデータ信号を入出力できる為、容量や遅延時間等の特性面で性能劣化が抑えられる。距離にしてデータのPADから基板のボールまでメモリアレイ領域に対応してDIC信号を分配するものにくらべ、例えは16MビットのSSRAMを例にして試算を行うと、約9.6mmの配線長に対し、本発明の適用によって約3.8mmの配線長にすることができ、配線幅を同じとすると抵抗成分は従来の6割減できるものとなり、寄生容量も同様に低減できるものとなる。
【0035】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図1において、使用するパッドをメモリアレイ領域AとDに隣接したものを5個と4個に振り分けたが、その数は限定的なものではない。パッケージ基板のボールとの関係で全体としての信号経路が短くなるものを選ぶようにすればよい。
【0036】
メモリアレイの具体的構成は、種々の実施形態を採ることができる。メモリセルは、スタティック型メモリセルの他に、ダイナミック型メモリセルを用いるものであっもよい。つまり、本願発明はダイナミック型RAMにも同様に適用できるものである。つまり、書き込みマスクをビット幅を整数分の1したビット単位でマスクをする機能を持つRAMに広く利用することができる。
【0037】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。複数の電極に対応された複数の入力回路を備えたメモリアレイ領域の複数個に対応して、上記入力回路の動作を有効にする書き込み信号の供給を振り分ける分配回路設け、上記分配回路から延びて上記メモリアレイ領域のそれぞれの入力回路部に至る第1配線と、上記第1配線と選択的に接続されて上記入力回路に書き込み信号を伝える第2配線を半導体チップ側に設け、それが搭載されるパッケージ基板の外部端子に対応して上記分配回路の設定と上記第1と第2配線との選択的な接続によって各入力回路毎に上記書き込み信号を伝える信号経路を形成することにより、パッケージのボール位置がどこにあってもメモリチップ内での切り替えにより対応できる柔軟性を持つものであり、高い性能を維持しつつ、多様性と生産性の両立を実現した半導体記憶装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す上面図である。
【図2】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す裏面図である。
【図3】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示すメモリアレイの構成図である。
【図4】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示すメモリアレイの配置構成図である。
【図5】この発明に用いられる半導体チップの一実施例を示すブロック図である。
【図6】図5のDIC分配回路の一実施例を示す回路図である。
【図7】この発明に用いられる半導体チップの他の一実施例を示すブロック図である。
【図8】図7の半導体チップを用いた半導体記憶装置の一実施例を示す上面図である。
【符号の説明】
L1,L2…信号分配線、MAT…メモリマット、BLK…メモリブロック、INB…入力回路、REG…レジスタ、FF…フリップフロップ回路、SEL…セレクタ。
Claims (1)
- 半導体チップ上の第1方向及び上記第1方向と直交する第2方向にそれぞれに隣接して配置された第1ないし第4領域と、
上記第1方向に並ぶ上記第1と第2領域の間及び上記第3と第4領域の間の領域を含んで上記半導体チップの中央部に上記第2方向に延びる第5領域とを有する半導体チップと、
上記半導体チップが搭載されて、上記複数の電極と配線手段を介して接続される外部端子を備えたパッケージ基板とを備え、
上記第1ないし第4領域には、書き込みと読み出しが可能にされた複数のメモリセルを有する第1ないし第4メモリアレイが配置され、
上記第5領域には、上記第1ないし第4メモリアレイにそれぞれ対応して配置され、書き込み信号が入力される複数の入力パッドと、
上記入力パッドに対応して設けられ、上記書き込み信号が入力される複数の入力回路と、
上記第5領域の中央部に配置され、上記複数の入力回路を複数組に分けてそれぞれの動作を有効にする制御信号が入力されて上記入力回路に分配する分配回路と、
上記分配回路から上記第1及び第2メモリアレイに向けて上記第2方向に延びる第1信号線と、
上記分配回路から上記第3及び第4メモリアレイに向けて上記第2方向に延びる第2信号線と、
上記第1信号線に対応して設けられ、上記第1及び第2メモリアレイに対応した上記複数の入力回路にそれぞれに向けて第1方向に延びる複数の第3信号線と、
上記第2信号線に対応して設けられ、上記第3及び第4メモリアレイに対応した上記複数の入力回路にそれぞれに向けて第1方向に延びる複数の第4信号線とを有し、
上記第1ないし第4メモリアレイに対して同時にメモリアクセスを行う第1動作モード又は上記第1ないし第4メモリアレイの中から1又は2個のメモリアレイに対してメモリアクセスを行う第2動作モードの設定が可能にされ、
上記第2動作モードの設定に対応した上記パッケージ基板の上記外部端子に対して、上記第1配線の長さ、第2配線の長さがそれぞれ短くなるように上記第1配線と第3配線との接続及び上記第2配線と第4信号線の接続と、上記分配回路の設定が行われることを特徴とする半導体記憶装置。
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