JP4439082B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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、より特定的には、同時に多数の入出力データを取扱うことが可能なメモリセルアレイの構成を有する半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報通信技術の発展に伴い、半導体記憶装置に関してはメモリ容量の大容量化のみならず、多数のデータを高速かつ並列に取扱えることが要求されるようになっている。たとえば、画像データに関するデータ処理を行なう用途として使用される場合がこの典型的なものである。
【０００３】
このような要求に応えるものとして、独立して読出・書込動作が可能な複数のバンクを有し、多数並列に配置されるグローバルデータ線によって同時に多量のデータを取扱うことが可能な半導体記憶装置の構成が採用されるようになっている。
【０００４】
また、大規模化されたメモリセルアレイを有する半導体記憶装置においては、製造時に生じた正規メモリセルの欠陥部分を、同一チップ上に予め設けられたスペアメモリセルによって救済する冗長救済技術が、製品の歩留まりを確保するうえで重要な技術となる。
【０００５】
メモリ容量の大容量化の進展に伴って、冗長救済を効率的に行なうための技術として、たとえば特開平８−７７７９３号公報に、独立してデータの読出・書込動作が可能な複数のメモリセルアレイ（バンクに相当）の間で冗長回路を救済することによって、効率的なレイアウト設計を行なう技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような多数のグローバルデータ線が配置される半導体記憶装置においては、多数配列に配置されるグローバルデータ線の寄生容量の増大が問題となる。これは、グローバルデータ線を並列に多数個設けることにより、グローバルデータ線の配置ピッチが短くなってしまうからである。したがって、このような構成の半導体記憶装置においては、グローバルデータ線の配置がデータ入出力の高速動作化および低消費電力化を図るうえで重要な要素となる。
【０００７】
また、冗長救済に用いる回路は、一般にレイアウト面積を多く必要とするので、このような並列に多数のグローバルデータ線が配置されるメモリセルアレイにおいても、冗長救済のための回路を効率的に設けることは、レイアウト面積の削減のうえで意義が大きい。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、多数のグローバルデータ線を備えて同時に多量のデータを並列に入出力することが可能な半導体記憶装置において、グローバルデータ線の寄生容量を低減することが可能な構成およびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体記憶装置は、行列状に配置される複数のメモリセルブロックを有するメモリセルアレイを備え、各メモリセルブロックは、行列状に配置される複数のメモリセルを有し、列方向に隣接する複数のメモリセルブロック間で共有され、各々がＬ個（Ｌは自然数）のメモリセル列ごとに配置されて、メモリセルアレイから読出される読出データを伝達する複数のリードデータ線と、列方向に隣接する複数のメモリセルブロック間で共有され、各々がＭ個（Ｍは自然数）のメモリセル列ごとに配置されて、メモリセルアレイに書込まれる書込データを伝達する複数のライトデータ線と、各メモリセルブロックにおいてＬ個のメモリセル列から１個のメモリセル列を選択するための読出列選択信号を伝達する複数の読出コラム選択線と、各メモリセルブロックにおいてＭ個のメモリセル列から１個のメモリセル列を選択するための書込列選択信号を伝達する複数の書込コラム選択線と、各メモリセルブロックにおいてＬ個のメモリセル列ごとに設けられ、読出列選択信号に応答して選択されたメモリセル列の読出データを、対応する複数のリードデータ線のうちの１つに伝達するための読出選択ゲートと、各メモリセルブロックにおいてＭ個のメモリセル列ごとに設けられ、複数のライトデータ線のうちの１つが伝達する書込データを、書込列選択信号に応答して選択されたメモリセル列に伝達するための書込選択ゲートとを備える。そして、ＭはＬよりも大きい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う半導体記憶装置１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【００２２】
図１を参照して、半導体記憶装置１０００は、アドレスビットＡ０〜Ａｉ（ｉ：自然数）から構成される（ｉ＋１）ビットのアドレス信号を受けるアドレス端子１０と、ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳ、コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳおよびライトイネーブル信号／ＷＥ等のコマンド制御信号を受ける制御信号入力端子１２と、アウトプットイネーブル信号／ＯＥを受けるアウトプットイネーブル端子１４と、データビットＤＱ＜０＞〜ＤＱ＜ｎ＞（ｎ：自然数）の（ｎ＋１）ビットの入出力データを入出力するデータ端子１６とを備える。
【００２３】
半導体記憶装置１０００は、さらに、アドレス信号およびコマンド制御信号を受けて半導体記憶装置内部の動作を制御するためのコントロール回路２０と、行列状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイ４０と、コントロール回路２０が指示するロウアドレスおよびコラムアドレスに応答してメモリセルアレイ４０内におけるメモリセル選択を実行するデコード回路３０と、メモリセルアレイ４０に入出力されるデータを処理するための周辺回路５０と、周辺回路５０とデータ端子１６との間で、メモリセルアレイ４０に入出力されるデータを伝達するためのデータバスが配置されるデータバス領域６０とを備える。
【００２４】
コントロール回路２０は、アドレスビットＡ０〜Ａｉおよびコマンド制御信号／ＲＡＳ，／ＣＡＳおよび／ＷＥに応じてロウアドレス信号ＲＡ０〜ＲＡｊ（ｊ：自然数）およびコラムアドレス信号ＣＡ０〜ＣＡｋ（ｋ：自然数）を生成してデコード回路３０に供給する。コントロール回路２０は、さらに、周辺回路５０に対してデータ入出力を行なうためのクロック信号であるリードクロックＲＣＬＫおよびライトクロックＷＣＬＫを生成する。
【００２５】
デコード回路３０は、ロウアドレス信号ＲＡ０〜ＲＡｊおよびコラムアドレス信号ＣＡ０〜ＣＡｋに応じてメモリセルアレイ４０内においてメモリセル選択を実行するための制御信号を生成する。詳細は後程説明するが、デコード回路３０が生成する制御信号は、ワード線を活性化するための信号や、コラム選択を行なうための信号等を含む。
【００２６】
デコード回路３０は、冗長判定回路３５を含む。冗長判定回路３５は、たとえばヒューズ素子等で構成されるプログラム回路を含んでおり（図示せず）、動作テスト時に判明したメモリセルアレイ４０中の不良個所に対応する不良アドレスおよび不良箇所の救済に必要な情報を不揮発的に記憶することができる。
【００２７】
ロウアドレス信号およびコラムアドレス信号によって当該不良アドレスが選択された場合には、冗長判定回路３５は、冗長制御信号によって周辺回路５０を制御することにより、不良個所をメモリセルアレイ４０内に予め設けられるスペアメモリセルによって冗長救済する。
【００２８】
メモリセルアレイ４０の詳細な構成については後ほど説明するが、メモリセルアレイ４０上にはグローバルデータ線対ＧＤＬＰが設けられる。本願発明においては、グローバルデータ線対は、読出データと書込データとで独立に設けられる。すなわち、グローバルデータ線対ＧＤＬＰは、リードデータ線対ＲＤＬＰおよびライトデータ線対ＷＤＬＰを総称している。
【００２９】
デコード回路３０によって選択されたメモリセルと周辺回路５０との間におけるデータ伝達は、グローバルデータ線対ＧＤＬＰを介して実行される。周辺回路５０は、グローバルデータ線対ＧＤＬＰによって伝達されるメモリセルアレイ４０への読出／書込データをデータバス領域６０との間で授受する。この際に、冗長判定回路３５によって冗長救済の実行が指示された場合には、周辺回路５０は、冗長判定回路が生成する制御信号群に基づいて、データ線の接続選択による冗長救済動作を実行する。
【００３０】
データバス領域６０には、読出データを伝達するためのグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰと、書込データを伝達するためのグローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰとが配置される。以下においては、グローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰおよびグローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰを合わせて、データバス群とも総称する。
【００３１】
データバス群によって伝達されるデータは、データ端子１６を介して外部との間で授受される。また、半導体記憶装置１０００をメモリ／ロジック混載チップ上に搭載する場合には、データバス領域６０に配置されるデータバス群によって、直接これらのロジック部との間でデータの授受を実行する構成とすることも可能である。
【００３２】
図２は、図１に示したメモリセルアレイ４０およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
【００３３】
図２を参照して、メモリセルアレイ４０は、センスアンプ帯１１０およびサブワードドライバ帯１２０に囲まれたメモリセルブロック１００に細分化されている。メモリセルブロック１００は、行列状に配置される。メモリセルアレイ４０においては、このようなメモリセルブロック単位ごとに活性化することも可能である。
【００３４】
各メモリセルブロック１００においては、メモリセルＭＣが行列状に配置される。各メモリセル行ごとにサブワード線ＳＷＬが配置され、各メモリセル列ごとにビット線対ＢＬ，／ＢＬが配置される。ビット線対ＢＬ，／ＢＬによって伝達されるデータは、センスアンプ帯１１０に配置されるセンスアンプ回路１３０によって増幅される。
【００３５】
センスアンプ回路１３０は、メモリセルブロック単位を挟んで交互に配置される構成となっている。Ｌ個（Ｌ：自然数）のセンスアンプ回路１３０に対応して、すなわちＬ個のメモリセル列ごとに、１組のリードデータ線対ＲＤＬＰが設けられる。一方、Ｍ個（Ｍ：自然数）のセンスアンプ回路１３０に対応して、すなわちＭ個のメモリセル列ごとに、１組のライトデータ線対ＷＤＬＰが設けられる。本発明の実施の形態１においては、これらのリードデータ線対およびライトデータ線対の配置単位であるメモリセル列の個数すなわちＬおよびＭが異なる数である点が特徴である。
【００３６】
メインワード線ＭＷＬは、各メモリセルブロックをまたいで、行方向に隣接するメモリセルブロックに共通に設けられる。メインワードドライバ１６０は、メインワード線ＭＷＬに対応して設けられ、ロウアドレス信号に基づくデコード回路３０からの指示に基づいて、対応するメインワード線ＭＷＬを選択的に活性化する。サブワード線ＳＷＬは、各メモリセルブロックにおいて各メモリセル行ごとに配置される。サブワードドライバ帯１２０に配置されたサブワードドライバ１６５は、メインワード線ＭＷＬおよびセグメントデコード線ＳＧＤＬの指示に基づいて、対応するサブワード線ＳＷＬを活性化する。
【００３７】
メモリセルブロック中の不良メモリセルを含む列を救済するためのスペアメモリセルアレイ４５は、メモリセルブロック１００で構成される正規メモリセルの領域に隣接して配置される。スペアメモリセルアレイ４５は、メモリセルブロックの行に対応して、複数のスペアブロック２１０に分割される。スペアブロック２１０においても、行列状にメモリセルＭＣが配置され、各メモリセル列ごとにビット線対ＢＬ，／ＢＬが配置される。
【００３８】
スペアメモリセルアレイ４５においては、スペアブロック２１０間で共通に、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰおよびスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰが設けられる。スペアメモリセルアレイ４５においても、Ｌ個のメモリセル列と１組のスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰとが対応づけられ、Ｍ個のメモリセル列ごとに１組のスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰが対応づけられる。
【００３９】
メモリセルアレイ４０に隣接して、リードデータ線対ＲＤＬＰ、ライトデータ線対ＷＤＬＰ、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ、およびスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ（以下、メモリセルアレイ上に配置されるこれらのデータ線対をデータ線群とも総称する）に伝達されるデータを増幅するためのリード／ライトアンプ１４０と、データ線群とデータバス群との間の接続形態を設定するためのデータ線接続選択回路２００と、インタフェース１５０とが配置される。
【００４０】
データ線接続選択回路２００は、冗長判定回路３５による冗長救済制御に従って、信号伝達経路を制御するためにデータ線群とデータバス群との間の接続形態を設定する。データ線接続選択回路２００によって設定された接続形態に応じて、読出／書込データの授受は、データ線群とデータバス群との間でリード／ライトアンプ１４０およびインタフェース１５０を介して実行される。データ線接続選択回路２００、リード／ライトアンプ１４０およびインタフェース１５０は、図１に示した周辺回路５０に含まれる。
【００４１】
より詳しく説明すると、メモリセルアレイ４０は、６行４列に配列されたメモリセルブロック１００を有する。図２において、メモリセルブロックの配置を６行４列としたのは例示にすぎず、任意の個数のメモリセルブロックを行列状に配置することが可能である。
【００４２】
データ線群が配置される方向に沿って、セグメントデコード線ＳＧＤＬおよびＹＳセグメントデコード線ＹＳＧＤＬとが配置される。セグメントデコード線ＳＧＤＬおよびＹＳセグメントデコード線ＹＳＧＤＬは、セグメントデコーダ１８０およびＹＳセグメントデコード１８５によってそれぞれ活性化される。セグメントデコード線ＳＧＤＬは、サブワード線ＳＷＬの活性化範囲を制御するための信号を伝達する。セグメントデコード線ＳＧＤＬは、サブワードドライバ帯を通過するように設けられ、バンク選択線ＢＳＬおよび選択線ＳＬならびに列セット線ＲＳＬを含む。ＹＳセグメントデコード線ＹＳＧＤＬは、同一のメインＹＳ線に対応する領域のうち、一部の範囲を選択的に活性化するための信号を伝達する。
【００４３】
まず、ロウ系の選択動作を説明する。行アドレス信号に応じて、メインワードドライバ１６０により、メインワード線ＭＷＬが選択的に活性化される。また、メインワード線ＭＷＬと、セグメントデコード線ＳＧＤＬとによって、サブワードドライバ１６５が活性化され、対応するサブワード線ＳＷＬが活性化される。これに応じて、選択されたメモリセルに接続されているアクセストランジスタが導通状態となる。
【００４４】
ここで、４本のサブワード線ＳＷＬが１本のメインワード線ＭＷＬと対応づけられるものとし、選択線ＳＬは４本の選択線ＳＬ０〜ＳＬ３を総称するものとする。同様に、リセット線ＲＳＬは、４本のリセット線ＲＳＬ０〜ＲＳＬ３を総称するものとする。
【００４５】
これに応じて、選択されたメモリ列に対応するビット線対ＢＬ，／ＢＬにデータが出力される。スペアブロック２１０においては、メインワード線ＭＷＬの活性化に応じて、メモリセルの行選択が実行される。
【００４６】
次にコラム系の選択動作を説明する。まずメインＹＳドライバ１７０によってメインＹＳ線ＭＹＳＬが活性化される。ここで、メインＹＳ線ＭＹＳＬは、リードソース線とライト活性化線とを含む。リードソース線は、データ読出時におけるコラム選択を実行するための信号を伝達し、ライト活性化線は、データ読出時におけるコラム選択を実行するための信号を伝達する。
【００４７】
メインＹＳ線ＭＹＳＬすなわち、リードソース線およびライト活性化線は、各メモリセルブロック単位をまたいで、行方向に隣接するメモリセルブロックに対して共通に設けられる。リードソース線およびライト活性化線は、１本のリードデータ線対ＲＤＬＰおよびライトデータ線対ＷＤＬＰと対応づけられるメモリセル列の個数であるＬおよびＭに対応して、行方向に隣接するメモリセルブロック群ごとに、それぞれ設けられる。
【００４８】
なお、以下では、必要に応じて、Ｌ本のリードソース線ＲＧＬ０〜ＲＧＬ（Ｌ−１）を総称してリードソース線ＲＧＬと称し、Ｍ本のライト活性化線ＷＲＬ０〜ＷＲＬ（Ｍ−１）を総称してライト活性化線ＷＲＬと称する。
【００４９】
メインＹＳ線ＭＹＳＬに対しては、階層的に下位の選択線としてサブＹＳ線ＳＹＳＬが設けられる。サブＹＳ線ＳＹＳＬは、サブＹＳドライバ１７５によって活性化され、Ｌ本のサブリードソース線およびＭ本のサブライト活性化線とを含む。サブＹＳ線ＳＹＳＬは、同一のメインＹＳ線ＭＹＳＬに対応する領域のうち、一部の範囲を選択的に活性化するために設けられる。
【００５０】
サブリードソース線は、サブＹＳドライバ１７５ごとに、リードソース線ＲＧＬにそれぞれ対応してＬ本設けられる。同様に、サブライト活性化線は、サブＹＳドライバ１７５ごとに、ライト活性化線ＷＲＬにそれぞれ対応してＭ本設けられる。なお、以下においては、必要に応じて、Ｌ本のサブリードソース線ＳＲＧＬ０〜ＳＲＧＬ（Ｌ−１）をサブリードソース線ＳＲＧＬと総称し、Ｍ本のサブライト活性化線ＳＷＲＬ０〜ＳＷＲＬ（Ｍ−１）をサブライト活性化線ＳＷＲＬと総称する。
【００５１】
最終的には、サブＹＳ線ＳＹＳＬの活性化に応じて、対応する読出選択ゲート１９０は、Ｌ個のセンスアンプ回路のうちの１個を、リードデータ線対ＲＤＬＰと接続する。同様に、書込選択ゲート１９５は、Ｍ個のセンスアンプ回路のうちの１個を、ライトデータ線対ＷＤＬＰと接続する。
【００５２】
コラム選択と同様のタイミングにおいて、コラムアドレス信号について、冗長救済が必要か否かを判断するためのアドレスの一致比較判定が行なわれる。しかし、スペアメモリセルアレイにおけるコラム選択は、冗長判定回路３５における不良アドレスの一致比較判定とは無関係に制御されるスペアＹＳデコーダ２８０と、正規メモリセルアレイの間で共通に設けられるメインＹＳ線ＭＹＳＬとに基づいて、スペアＹＳドライバ２７５によって実行される。スペアＹＳドライバ２７５は、スペアサブＹＳ線を活性化する。すなわち、スペアサブＹＳ線が活性化されることにより、読出選択ゲート１９０および書込選択ゲート１９５によって、Ｌ個およびＭ個のセンスアンプ回路のうちのそれぞれ１個が、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰおよびスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰとそれぞれ接続される。
【００５３】
冗長救済判定の結果に基づく冗長制御信号は、データ線接続選択回路２００に伝達され、データ線群とデータバス領域６０との接続選択に反映される。したがって、スペアサブＹＳ線の活性化は、プログラムされた不良アドレスと入力されたアドレスとの間における冗長判定結果にかかわらず常に実行されるため、読出動作時のアクセスを高速化することができる。
【００５４】
図３は、サブワードドライバ帯１２０の詳細な構成を説明するための回路図である。
【００５５】
図３を参照して、サブワードドライバ１６５は、ゲートがバンク選択線ＢＳＬにより制御され、メインワード線と内部ノードｎ１との間に設けられる選択トランジスタ２００１と、ノードｎ１にゲートが接続され選択線ＳＬのうちの１つのＳＬ０とサブワード線ＳＷＬとの間に接続されるトランジスタ２００３と、ゲート電位がトランジスタ２００３と同じ選択線ＳＬ０により制御され、サブワード線ＳＷＬとノードｎ１との間に接続されるトランジスタ２００５とを含む。また、リセット線ＲＳＬ０によりゲート電位が制御され、サブワード線と接地電位との間に設けられるトランジスタ２００７をさらに含む。
【００５６】
他のサブワードドライバにおいても、メインワード線ＭＷＬとサブワード線ＳＷＬとの間に同様の構成が存在する。このような構成とすることで、メインワード線ＭＷＬが活性化し、さらにバンク選択線ＢＳＬが活性化して、かつ選択線ＳＬのいずれかが活性化することで、対応するワード線ＳＷＬが活性状態（高電位）とされる。一方、リセット線ＲＳＬが選択的に活性化することで、対応するサブワード線ＳＷＬが接地電位に放電される。
【００５７】
図３に示した例においては、１つのワード線ＭＷＬが各バンクにおいて４本のワード線ＳＷＬを制御し、いずれのサブワード線ＳＷＬが選択されるかは、選択線ＳＬのうちの１つの活性化により指定される。バンク選択線ＢＳＬは、活性化時には昇圧電位Ｖｐｐのレベルとなり、サブワード線ＳＷＬが活性化した後は、接地電位Ｖｓｓレベルに変化する。この場合、トランジスタ２００３および２００５により構成されるラッチ回路により、このバンク選択線ＢＳＬの活性化の状態が保持されることになる。選択線ＳＬとリセット線ＲＳＬとの電位レベルは、互いに相補となるように制御される。
【００５８】
待機動作時においては、バンク選択線ＢＳＬが接地電位Ｖｓｓレベルであり、選択線ＳＬが接地電位Ｖｓｓレベルであり、リセット線ＲＳＬは電源電位Ｖｃｃレベルとなっている。活性化動作時においては、まず、対応するリセット線を接地電位Ｖｓｓレベルとし、活性化すべきサブワード線ＳＷＬに対応するバンク選択線ＢＳＬが活性化されて、その電位レベルは昇圧電位のＶｐｐレベルとなる。
【００５９】
続いて、メインワード線ＭＷＬが活性化され電源電位Ｖｃｃレベルとなる。このメインワード線ＭＷＬの活性化とほぼ同時に、選択線ＳＬのうちの１つが電源電位Ｖｃｃレベルとなり、サブワード線ＳＷＬは、（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）レベルとなる（Ｖｔｈは、トランジスタ２００１および２００５のしきい電圧の和）。その後、バンク選択線ＢＳＬは、接地電位Ｖｓｓレベルに変化し、サブワードドライバ中のトランジスタ２００３および２００５にによって形成されるラッチ回路に電荷が閉じ込められることになる。
【００６０】
この電荷が、トランジスタ２００３および２００５により閉じ込められている状態で、選択線ＳＬのうち選択されている１つの電位レベルを昇圧電位Ｖｐｐレベルまで上昇させれば、サブワード線ＳＷＬのレベルは、昇圧電位Ｖｐｐレベルまで変化することになる。
【００６１】
リセット動作時には、バンク選択線を電源電位Ｖｃｃレベルまで上昇させ、かつ選択線ＳＬを接地電位Ｖｓｓレベルとする。さらに、リセット線ＲＳＬを電源電位Ｖｃｃレベルとすることで、サブワード線ＳＷＬに蓄えられた電荷を放電する。このような構成とすることで、サブワードドライバ１６５を構成する素子数は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタの４素子のみとすることが可能で、素子数を削減することができる。
【００６２】
さらに、メインワード線ＭＷＬの活性化は、ワンショットパルス信号として行なわれる。すなわち、選択されたサブワード線ＳＷＬに対応するサブワードドライバ１６５中の、トランジスタ２００３および２００５によりメインワード線の活性状態が１度保持されると、メインワード線ＭＷＬの電位レベルはリセットされることになる。
【００６３】
このような構成では、図２に示したように、複数のメモリセルブロックがメインワード線方向に並んでいる場合においても、バンク選択線ＢＳＬが活性化されないかぎり、メインワード線ＭＷＬの電位レベルは、サブワードドライバ１６５に影響を与えることがない。したがって、行方向に隣接する２つのメモリセルブロックは独立なバンクとして動作させることが可能となる。
【００６４】
図４は、メモリセルブロック１００におけるデータ線群の配置を説明するための回路図である。
【００６５】
図４においては、４個のセンスアンプ回路と１対のリードデータ線対ＲＤＬＰとが対応づけられ、８個のセンスアンプ回路と１対のライトデータ線対ＷＤＬＰとが対応づけられるものとする。すなわち、上記のＬおよびＭについて、Ｌ＝４かつＭ＝８の場合を示している。これに対応して、サブリードソース線ＳＲＧＬで総称される４本のサブリードソース線ＳＲＧＬ０〜ＳＲＧＬ３と、サブライト活性化線ＳＷＲＬで総称される８本のサブライト活性化線ＳＷＲＬ０〜ＳＷＲＬ７とが配置される。
【００６６】
リードデータ線対ＲＤＬＰは、互いに相補なデータを伝達するデータ線ＲＤＬおよび／ＲＤＬを含む。同様に、ライトデータ線対ＷＤＬＰは、データ線ＷＤＬおよび／ＷＤＬを含む。センスアンプ回路１３０の詳細な構成については省略するが、たとえば、センスアンプ回路１３０中にＰチャネルＭＯＳトランジスタとＮチャネルＭＯＳトランジスタのクロスカップル構成によるセンスアンプと、ビット線対ＢＬ，／ＢＬのイコライズを行なうイコライズトランジスタとが存在する。ここでは、ビット線対とセンスアンプとの関係は、ビット線対の中央部にセンスアンプが設けられる構成となっている。これにより、メモリセルからセンスアンプノードまでの読出時間の高速化やイコライズ動作の高速化が可能となる。これは、センスアンプがビット線対の中央部にあることで、センスアンプノードからビット線端部までの抵抗が低減されることによる。
【００６７】
一例として、ビット線対ＢＬ０，／ＢＬ０に対応するセンスアンプ回路１３０のセンスアンプノードと各データ線対とは、図２に示した読出選択ゲート１９０を構成するトランジスタゲート２０１０，２０１２、および書込選択ゲート１９５を構成するトランジスタゲート２０２０，２０２２を介して接続される。
【００６８】
まず、リード動作における選択について説明する。センスアンプ回路１３０中のセンスアンプノードは、リードゲートトランジスタ２０１０，２０１２を介して、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬと接続される。トランジスタ２０１０および２０１２のソースは、リードサブソース線ＳＲＧＬにより、選択的に接地電位Ｖｓｓとされ、トランジスタ２０１０および２０１２のゲートは、それぞれ対応するセンスアンプ回路１３０のセンスアンプノードと接続し、トランジスタ２０１０および２０１２のドレインは、それぞれ対応するリードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬに接続される構成となっている。同様の構成が、ビット線対ＢＬ１，／ＢＬ１〜ＢＬ３，／ＢＬ３に対応するセンスアンプ回路とリードデータ線対との間にも設けられており、４個のセンスアンプ回路１３０が１つのリードデータ線対を共有する構成となっている。
【００６９】
次に、ライト動作時について説明する。ライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬは、対応するビット線ＢＬとライトデータ線対の一方ＷＤＬとの間およびビット線対の他方／ＢＬと対応するライトデータ線対の他方／ＷＤＬとの間にそれぞれ接続されるトランジスタ２０２０および２０２２により選択的に接続される構成となっている。同様の構成が、ビット線対ＢＬ１，／ＢＬ１〜ＢＬ７，／ＢＬ７に対応するセンスアンプ回路とライトデータ線対との間にも設けられており、ビット線対ＢＬ０，／ＢＬ０〜ＢＬ７，／ＢＬ７にそれぞれ対応するセンスアンプ回路１３０のセンスアンプノードは、それぞれ対応するサブライト活性化線ＳＷＲＬ０〜ＳＷＲＬ７によりゲート電位が制御されるトランジスタ２０２０および２０２２によって選択的にライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬに接続される構成となっている。
【００７０】
書込動作は、さらに、ライト制御線ＷＣＴＬによりゲート電位が制御されるトランジスタゲート２０３０および２０３２を介して行なわれる。これらは、データマスク動作を行なうためのトランジスタゲートである。通常時は、ライト制御線ＷＣＴＬを電源電位Ｖｃｃレベルにプリチャージしておくことで、トランジスタ２０３０および２０３２はオンしており、サブライト活性化線ＳＷＲＬによって選択されたセンスアンプ回路１３０にデータが書込まれる。しかし、部分的にデータ書込を中止したい場合、すなわちデータマスク動作を行ないたい場合においては、当該個所に対応するライト制御線ＷＣＴＬを接地電位Ｖｓｓレベルに変化させることで、ライト動作を強制的に非実行とすることができる。
【００７１】
以上のような構成とすることで、データ読出動作時においては、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬと対応するセンスアンプ回路のセンスアンプノードとは直接接続されず、トランジスタ２０１０および２０１２のゲートが、センスアンプノードの電位レベルによって駆動されることで、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬのレベルが変化する構成となる。これにより、列アドレス信号によるメモリセル列の選択、すなわちサブリードソース線ＳＲＧＬのうちのいずれかの選択動作がセンスアンプによる増幅動作とオーバーラップし、あるいはそれに先行する場合でも、データが破壊されることなく読出動作が可能である。このことは、上述したとおり読出動作の高速化が可能となることになる。さらに、センスアンプも限定された領域ごとに活性化すればよいため、動作電流ピークを抑制でき、消費電力の低下および雑音の低下等の効果を得ることができる。
【００７２】
また、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬが４個のセンスアンプ回路１３０ごとに配置される一方で、ライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬを８個のセンスアンプ回路ごとに配置する構成としたので、メモリセルアレイ４０上に共通のグローバルデータ線として設けられるライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬの総本数を、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬの総本数の半分とすることができ、ライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬの配線ピッチを緩和することが可能となる。これにより、ライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬの寄生容量を低減することができる。
【００７３】
書込動作時においては、ライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬにおいて、フル振幅で書込信号がドライブされるので、寄生容量の低減により、書込データの伝達速度の向上による高速動作化に加えて、消費電力の低減が特に期待できる。
【００７４】
このように、１組のデータ線対と対応づけられるセンスアンプ回路すなわちメモリセル列の個数を増やすことによって、データ線対の配線ピッチを緩和することができる。しかしながら、このような配線ピッチの緩和は、図２に示したメインＹＳ線ＭＹＳＬ（リードソース線ＲＧＬおよびライト活性化線ＷＲＬ）およびサブＹＳ線（サブリードソース線ＳＲＧＬおよびサブライト活性化線ＳＷＲＬ）の配線数の増加につながる。したがって、単純に１対のデータ線対と対応づけられるメモリセル列の個数を増加させていくことは、レイアウト面積の圧迫につながる。したがって、本発明の実施の形態１に従う半導体記憶装置１０００は、１組のリードデータ線対ＲＤＬＰおよび１組のライトデータ線対ＷＤＬＰとそれぞれ対応づけられるメモリセル列の個数を異なる数とすることによって、データ線対の寄生容量の低下と、信号配線線の増加との調和を図ることを目的とするものである。
【００７５】
図５は、半導体記憶装置１０００における冗長救済制御を説明する図である。図５においては、各データ線対は１本の線で表記される。既に説明したように、８個のメモリセル列ごとに１組のライトデータ線対ＷＤＬＰおよび２組のリードデータ線対ＲＤＬＰ０，ＲＤＬＰ１が配置される。
【００７６】
メモリセルアレイ上に配置されるライトデータ線対のそれぞれと対応するように、グローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰは合計Ｎ組（Ｎ：自然数）設けられ、グローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰは合計２・Ｎ組設けられる。すなわち、正規メモリセルアレイ中のメモリセルブロック１００が配置されるにおいて、ライトデータ線対ＷＤＬＰは合計Ｎ組設けられ、リードデータ線対ＲＤＬＰは合計２・Ｎ組設けられる。
【００７７】
スペアメモリセルアレイ４５についても、８個のメモリセル列ごとに１組のスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰおよび２組のスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０，ＳＲＤＬＰ１が配置される。以下においては、スペアライトデータ線対およびスペアリードデータ線対を合わせて、スペアデータ線群とも総称する。図５においては、スペアメモリセルアレイ４５が８個のメモリセル列を有する場合を例示している。したがって、スペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰおよびスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０，ＳＲＤＬＰ１によって、半導体記憶装置１０００における冗長救済は実行される。
【００７８】
図２に示すデータ線接続選択回路２００は、第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗ、第２シフト回路２０２Ｒ，２０２Ｗおよび接続切換回路２２０とを含む。図５においては、第１シフト回路２０１Ｒおよび２０１Ｗを一体的に示しているが、第１シフト回路２０１Ｒは、リードデータ線対とグローバルリードデータバス対との間に配置されるシフトスイッチＳＦＷを含み、第１シフト回路２０１Ｗは、ライトデータ線対とグローバルライトデータバス対との間に配置されるシフトスイッチＳＦＷを含んでいる。第２シフト回路２０２Ｒおよび２０２Ｗの構成についても同様である。以下においては、第１シフト回路および第２シフト回路等の、データ線群とデータバス群との間でシフト動作を行なうための回路を総称して、単にシフト回路とも称する。
【００７９】
データ読出系およびデータ書込系のそれぞれに対応して、これらのシフト回路は、データ線群とデータバス群との間に直列に配置される。直列に配置するシフト回路の段数は、スペアメモリセルアレイ４５に配置されるスペアライトデータ線対およびスペアリードデータ線対の本数のうちの多い方に対応する。図５の構成例においては、スペアリードデータ線対は、スペアライトデータ線対よりも多く、２組配置される。したがって、シフト回路は、第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗおよび第２シフト回路２０２Ｒ，２０２Ｗが２段に配置されている。図５においては、シフト回路を２段設ける場合について説明したが、本願発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、スペアメモリセルアレイ４５により多くのメモリセル列を配置してスペアデータ線群をより多く配置し、これに応じてシフト回路の段数を増加させることにより、より多数の不良部に対しても冗長救済を行なうことが可能となる。
【００８０】
第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗは、共通のシフト制御信号ＣＳＦＴ１に応じてシフト動作を実行し、第２シフト回路２０２Ｒ，２０２Ｗは、共通のシフト制御信号ＣＳＦＴ２に応じてシフト動作を実行する。
【００８１】
図６は、シフト動作による冗長救済を説明するための概念図である。
図６を参照して、第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒは、通常時は、リードデータ線対をシフトさせることなくグローバルリードデータバス対とそれぞれ接続する。しかし、図中に黒丸で示した不良部が存在する場合には、不良部に対応するリードデータ線対をグローバルリードデータバス対と遮断する処置を行なう。このために、各シフト回路は、シフト制御信号をデコードしてシフト位置を認識し、シフト位置を境にリードデータ線対とグローバルリードデータバス対データ接続関係をシフトする。
【００８２】
図６においては、説明を簡略化するために、グローバルリードデータバス対が合計１６組設けられる構成について例示している。この場合には、メモリセルブロック１００に対応してリードデータ線対ＲＤＬＰ０〜ＲＤＬＰ１５が配置され、スペアメモリセルアレイ４５に対応してスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０，ＳＲＤＬＰ１が配置される。
【００８３】
図６に黒丸で示されるように、リードデータ線対ＲＤＬＰ８およびＲＤＬＰ１３対応する領域に不良部が存在する。第１シフト回路２０１Ｒは、リードデータ線対ＲＤＬＰ８とグローバルリードデータバス対との接続を中止すべく、リードデータ線対ＲＤＬＰ９を、本来リードデータ線対ＲＤＬＰ８と対応づけられるグローバルリードデータバス対と接続する。第１シフト回路２０１Ｒは、制御信号ＣＳＦＴ１で指定されるシフト位置を境にＲＤＬＰ９以降のリードデータ線対を１つずつ上側にシフトする。
【００８４】
さらに、リードデータ線対ＲＤＬＰ１３に対応する不良部が存在するため、リードデータ線対ＲＤＬＰ１３についてもグローバルリードデータバス対との接続を中止すべくシフト動作を行なう。このシフト動作は、第２シフト回路２０２Ｒによって実行され、具体的には、第２シフト回路２０２Ｒによってリードデータ線対ＲＤＬＰ１４，１５とグローバルリードデータバス対との対応づけが本来より、さらに１個ずつ上側にずらされることとなる。
【００８５】
これらの第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒのシフト動作によって、リードデータ線対ＲＤＬＰ０〜ＲＤＬＰ７は、本来対応づけられるグローバルリードデータバスに対してデータを読出すこととなるが、リードデータ線対ＲＤＬＰ８の読出データは、グローバルリードデータバス対には伝達されない。
【００８６】
また、リードデータ線対ＧＲＤＬＰ９〜ＧＲＤＬＰ１２の読出データは、本来対応づけられるグローバルリードデータバス対より１個シフトしたものに対して伝達される。不良部に対応するリードデータ線対ＲＤＬＰ１３のデータは、同様にグローバルリードデータバス対には伝達されない。そして、リードデータ線対ＲＤＬＰ１４，ＲＤＬＰ１５の読出データは、本来対応づけられるグローバルデータバス対から２個シフトされて、本来リードデータ線対ＲＤＬＰ１２，１３と対応づけられるグローバルリードデータバス対に伝達されることになる。
【００８７】
このようなシフト動作を行なうことにより、不良部に対応するリードデータ線対の読出データは、グローバルリードデータバス対に伝達されない。これらの不良部については、スペアメモリセルアレイ中のスペアブロック２１０によって救済され、対応するデータはスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０およびＳＲＤＬＰ１に読出される。
【００８８】
スペアリードデータ線対とグローバルリードデータバス対との接続は、シフト回路を経由せずに接続切換回路２２０によって行なわれる。これにより、リードデータ線対のシフトによってデータが読出されないこととなったグローバルリードデータバス対について、スペアブロック２１０に記憶されていたデータが読出されることとなる。これら一連の動作により、メモリセル列の冗長救済が行なわれる。
【００８９】
第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒにおけるシフト位置を指定するシフト制御信号ＣＳＦＴ１，ＣＳＦＴ２は、冗長判定回路３５によって生成される。シフト制御信号ＣＳＦＴ１，ＣＳＦＴ２は、冗長救済をプログラムする際において、不良アドレスとともに外部より入力されて冗長判定回路３５内に記憶される。
【００９０】
このような構成とすることによって、シフト位置は不良列アドレスごとに任意に指定することができる。また、シフト制御信号ＣＳＦＴ１，ＣＳＦＴ２にによって、各シフト回路におけるシフト位置の設定をダイナミックに変更することができる。これにより、複数のメモリセルブロック１００を同一のスペアブロック２１０と対応させて冗長救済することができ、救済効率を向上させることができる。また、単純なメモリセルの列アドレスごとの置換ではなく、データ線単位での冗長救済を行なっているため、多数のデータ線群を配置する構成のもと、効率的にコラム系の冗長救済動作を行なうことが可能である。
【００９１】
さらに、スペアメモリセルアレイ４５に対応して配置されるデータ線にシフト制御を実行していないため、階層ＹＳ線ごとすなわち図２で示したサブＹＳドライバ１７５に対応する単位ごとに、シフト動作を独立に制御することができる。これにより、メモリセルブロック１００をまたいで、サブＹＳドライバ１７５に対応する領域ごとに、データ読出およびデータ書込の双方についてデータを補完して、不良部の置換救済を行なうことが可能となる。
【００９２】
再び図５を参照して、データ読出時の冗長救済制御をさらに説明する。第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒを経由して伝達された読出データはラッチ回路２０６によってラッチされ、信号バッファ２０７で増幅されてグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰに伝達される。
【００９３】
一方、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０およびＳＲＤＬＰ１は、第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒを介さずに、接続切換回路２２０を介してグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰのうちの２本と接続される。スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ０は、接続切換ユニット２２１を介して、２本のグローバルリードデータバス対ＧＲＤＰのうちの１本にデータを読出すこととが可能である。同様に、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ１は、接続切換ユニット２２２を介して、グローバルリードデータバス対の当該２本のうちのいずれか一方に読出データを伝達することができる。
【００９４】
接続切換回路２２０と接続されるグローバルリードデータバス対の本数は、スペアリードデータ線対の数と対応する。すなわち、図５の構成において、接続切換回路２２０と接続されるグローバルリードデータバス対のうちの当該２本は、第１シフト回路２０１Ｒおよび第２シフト回路２０２Ｒの両方によってシフト動作が実行された場合に、リードデータ線対からデータが伝達されなくなるグローバルリードデータバス対に相当する。
【００９５】
このような構成とすることにより、２・Ｎ組のリードデータ線対ＲＤＬＰと２・Ｎ組のグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰとの間を、不良部に対応する部分をシフトさせて接続することができる。また、シフト動作によってリードデータ線対ＲＤＬＰからデータが伝達されないグローバルリードデータバスについては、接続切換回路２２０によって、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰ１，ＳＲＤＬＰ２の一方あるいは両方から読出データの伝達を受けることが可能である。
【００９６】
一方、データ書込の場合には、グローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰに伝達されるデータは、ラッチ回路２０６および信号バッファ２０７を介して、第１シフト回路２０１Ｗおよび第２シフト回路２０２Ｗに伝達される。第１シフト回路２０１Ｗおよび第２シフト回路２０２Ｗは、冗長判定回路３５からのシフト制御信号ＣＳＦＴ１およびＣＳＦＴ２をそれぞれデコードしてシフト動作を実行する。これにより、不良部に対するデータ書込が指示された場合には、対応するライトデータ線対ＷＤＬＰには、書込データは伝達されない。この場合には、メモリセルブロック１００に伝達されないデータは、Ｎ組のグローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰのうちの最後のＧＷＤＢＰ−Ｎによって伝達されるので、このＧＷＤＢＰ−Ｌに伝達される書込データを、ラッチ回路２０６および信号バッファ２０７を介してスペアメモリセルアレイ４５中に格納する。これにより、不良部に対応するデータをスペアメモリセルアレイ４５のスペアブロック２１０中に格納し、必要に応じて読出すことが可能となる。
【００９７】
次に、シフト回路の具体的な構成について説明する。
図７は、シフト回路の構成を示すブロック図である。図７には、代表的に、第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗの構成を示している。
【００９８】
図７を参照して、データ書込系の第１シフト回路２０１Ｗは、Ｎ組のグローバルライトデータバス対およびライトデータ線対の間に配置されるＮ個のシフトスイッチＳＦＷ−Ｗ（１）〜ＳＦＷ−Ｗ（Ｎ）を有する。データ読出系の第１シフト回路２０１Ｒは、２・Ｎ組のグローバルリードデータバス対およびリードデータ線対の間に配置される２・Ｎ個のシフトスイッチＳＦＷ−Ｗ（１）〜ＳＦＷ−Ｗ（２Ｎ）を有する。
【００９９】
各シフトスイッチは、通常時においては、図中に実線で示す接続方向に従って、データ線群とデータバス群との間の対応する１組同士を接続する。シフト動作が指示されると、各シフトスイッチは、シフト動作時においては、図中に点線で示す接続方向に従って、データ線群とデータバス群との間の接続関係を１つシフトさせる。
【０１００】
各シフトスイッチに対する接続方向の指示は、対応するデコード回路２０５−１〜２０５−２Ｎが生成するデコード信号によって実行される。各デコード回路は、シフト制御信号ＣＳＦＴ１に従って、対応するシフトスッチに対してデコード信号を供給する。シフト制御信号ＣＳＦＴ１は、２・Ｎ個のシフトスイッチのうちの１個をシフト位置に指定するためのＪビット（Ｊは、２^J＝２・Ｎで示される自然数）の信号である。指定されたシフト位置を境に、各デコード回路が指示する接続方向は、通常時／シフト動作時に分けられる。
【０１０１】
この場合に、シフト制御信号ＣＳＦＴ１の１ビットを、２・Ｎ個のシフトスイッチのうちの、第１〜第Ｎ番目のグループと第（Ｎ＋１）〜第（２Ｎ）番目のグループのいずれか一方を選択するためのビットとすると、データ読出系とデータ書込系との間で、シフト制御信号を共通とすることができ、さらに、データ書込系のシフト回路２０１−Ｗ中のシフトスイッチに対応するデコード回路２５０−１〜２５０−Ｎを、データ読出系のシフト回路２０１−Ｒとの間で共有することができる。
【０１０２】
以上説明したように、第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗ、第２シフト回路２０２Ｒ，２０２Ｗ、接続切換回路２２０、ラッチ回路２０６および信号バッファ２０７によってデータ線接続選択回路２００を構成することによって、同一個数のメモリセル列に対応して設けられるリードデータ線対とライトデータ線対の数が異なる場合においても、冗長判定回路３５を共有することができ、特にデータ読出時とデータ書込時とにおいて、制御信号およびデコーダ回路を共有して、シフトリダンダンシによる冗長救済制御を効率的に行なうことができる。
【０１０３】
［実施の形態１の変形例］
図８は、実施の形態１の変形例に従うメモリセルブロック１００におけるデータ線群の配置を説明するための回路図である。
【０１０４】
図８においては、図４の場合と反対に、Ｌ＝８かつＭ＝４である場合を示している。すなわち、８個のメモリセル列に対応して、１組のリードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬおよび２組のライトデータ線対ＷＤＬ，／ＷＤＬが配置される。これに対応して、サブリードソース線ＳＲＧＬで総称される８本のサブリードソース線ＳＲＧＬ０〜ＳＲＧＬ７と、サブライト活性化線ＳＷＲＬで総称される４本のサブライト活性化線ＳＷＲＬ０〜ＳＷＲＬ３とが配置される。その他の部分の構成および動作については、図４の場合と同様なので説明は繰返さない。
【０１０５】
このような構成とすることによって、実施の形態１の変形例においては、図４に示す実施の形態１に従う場合とは反対に、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬの配線ピッチを緩和し、寄生容量を低減させることができる。特に、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬには、最終的にリードアンプで増幅するために微小振幅の電圧信号が伝達されるため、この寄生容量を低減することは動作の高速化に特に効果が大きい。
【０１０６】
このように、実施の形態１および実施の形態１の変形例のいずれかに従う構成とすることによって、リードデータ線対およびライトデータ線対のいずれか一方について、コラム選択のための信号配線数の著しい増大を回避しつつ、配線ピッチを緩和して寄生容量を低減することができる。いずれの配線ピッチを緩和するかについては、既に述べたデータ書込時の動作高速化および消費電力低減の効果と、データ読出時の動作高速化効果とのいずれを重視するかによって決定すればよい。
【０１０７】
図９は、実施の形態１の変形例に従うメモリセルアレイに対応する冗長救済制御を説明する図である。
【０１０８】
図９においては、図５の場合とは反対に、グローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰおよびライトデータ線対ＷＤＬＰが合計２・Ｎ組設けられ、グローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰおよびリードデータ線対ＲＤＬＰが合計Ｎ組設けられる。
【０１０９】
スペアメモリセルアレイ４５についても、同様に、８個のメモリセル列ごとに２組のスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ０，ＳＷＤＬＰ１および１組のスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰが配置される。図９においても、スペアメモリセルアレイ４５が８個のメモリセル列を有する場合を例示している。したがって、スペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ０，ＳＷＤＬＰ１およびスペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰによって、冗長救済は実行される。
【０１１０】
図５の場合と同様に、データ線群とデータバス群との間には第１シフト回路２０１Ｒ，２０１Ｗおよび第２シフト回路２０２Ｒ，２０２Ｗが設けられる。これらのシフト回路の構成・配置およびシフト制御信号によるシフト位置のデコード等については、図５および図６で説明した内容について、データ読出系およびデータ書込系を入替えて適用すればよい。また、シフト回路の各々の基本的な動作は、図６で説明したとおりであるので詳細な説明は繰返さない。
【０１１１】
図９の構成においては、図５に示される接続切換回路２２０に代えて、接続切換回路２３０が配置される。接続切換回路２３０と接続されるグローバルライトデータバス対の本数は、スペアライトデータ線対の数と対応する。すなわち、図９の構成において、接続切換回路２３０と接続されるグローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰ−２ＮおよびＧＷＤＢＰ−（２Ｎ−１）は、第１シフト回路２０１Ｗおよび第２シフト回路２０２Ｗの両方によってシフト動作が実行された場合に、ライトデータ線対にデータが伝達されなくなるグローバルライトデータバス対に相当する。
【０１１２】
接続切換回路２３０は、グローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰ−２ＮおよびＧＷＤＢＰ−（２Ｎ−１）とスペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ０およびＳＷＤＬＰ１との間に設けられる。接続切換回路２３０は、接続切換ユニット２３１および２３２を有し、グローバルライトデータバス対ＧＷＤＢＰ−２ＮおよびＧＷＤＢＰ−（２Ｎ−１）に伝達される書込データのそれぞれを、スペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ０，ＳＷＤＬＰ１のいずれにも伝達することが可能である。
【０１１３】
このような構成とすることにより、２・Ｎ組のライトデータ線対ＷＤＬＰと２・Ｎ組のグローバルリードライトバス対ＧＷＤＢＰとの間を、不良部に対応する部分をシフトさせて接続することができる。また、シフト動作によってライトデータ線対ＷＤＬＰに伝達されなくなったデータは、接続切換回路２３０によって、スペアライトデータ線対ＳＷＤＬＰ０あるいはＳＷＤＬＰ１に伝達される。
【０１１４】
一方、データ読出に関する冗長救済制御を実行するために、グローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰ−Ｎに対応する信号バッファ２０７−Ｎと、スペアリードデータ線対ＳＲＤＬＰに対応する信号バッファ２０７−Ｓに対して、冗長判定信号ＣＲＤによる制御が実行される。ここで、グローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰ−Ｎは、シフト回路によってシフト動作が実行された場合に、リードデータ線対から読出データが伝達されなくなるグローバルリードデータバス対に相当する。
【０１１５】
データ読出時において、冗長救済のためにシフト動作が実行される場合においては、信号バッファ２０７−Ｎは非活性化され、信号バッファ２０７−Ｓが活性化される。これにより、不良部に対応するリードデータ線対を除く（Ｎ−１）組のリードデータ線対から、ＧＷＤＢＰ−Ｎを除く（Ｎ−１）組のグローバルリードデータバス対に読出データがそれぞれ伝達され、リードデータ線対からのデータ伝達を受けないＧＷＤＢＰ−Ｎに対しては、スペアリード線対ＳＲＤＬＰからの読出データが信号バッファ２０７−Ｓを経由して伝達されることになる。
【０１１６】
一方、冗長救済が不要でシフト動作冗長救済動作が実行されない場合においては、信号バッファ２０７−Ｎを活性化して、Ｎ組のリードデータ線対のデータをそのままＮ組のグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰの全てにそれぞれ伝達する。そして、信号バッファ２０７−Ｓを非活性化することによって、スペアメモリセルアレイ４５からの読出データがグローバルリードデータバス対に伝達されることを防止する。
【０１１７】
図９においては、スペアメモリセルアレイに配置されるスペアリードデータ線対の数が１である場合について説明したが、スペアリードデータ線対がＫ組（Ｋ：２以上の自然数）設けられる場合においては、リードデータ線対のうちのＫ組とグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰのうちのＫ組との間、ならびにＫ組のスペアリードデータ線対とグローバルリードデータバス対ＧＲＤＢＰのうちのＫ組との間にそれぞれ、冗長判定回路によって制御可能な信号バッファを配置して、冗長判定回路は、冗長救済制御に従って、これらの２・Ｋ個の信号バッファのうちのＫ個を選択的に活性化する構成とすればよい。
【０１１８】
このような構成とすることにより、リードデータ線対ＲＤＬ，／ＲＤＬの配線ピッチを緩和する場合においても、冗長判定回路３５を共有することができ、特にデータ読出時とデータ書込時とにおいて、制御信号およびデコーダを共有してシフトリダンダンシィによる冗長救済制御を行なうことが可能となる。
【０１１９】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、メモリセルアレイ４０上に配置されるグローバルデータ線について、水平方向の配線ピッチを緩和して寄生容量を抑制する構成について説明した。実施の形態２においては、半導体基板上に形成されるこれらのデータ線の高さ方向の配線ピッチを緩和することによって、寄生容量を抑制する構成について説明する。
【０１２０】
図１０は、メモリセルアレイ４０の構成を概念的に示す図である。図１０を参照して、メモリセルアレイ４０は、メモリセルＭＣが行列状に配置される領域（ａ）と、その周辺に位置するセンスアンプ帯１１０等が配置される領域（ｂ）とに分類される。メモリセルＭＣの各行にはワード線ＷＬが配置され、各メモリセル列に対応してビット線ＢＬが配置される。メモリセルアレイ上を横断して、メモリセルへの読出／書込データを伝達するためのグローバルデータ線ＧＤＬが配置される。グローバルデータ線ＧＤＬは、データ読出／データ書込間で共有されるグローバルＩ／Ｏ線ＧＩＯや、データ読出およびデータ書込専用にそれぞれ設けられるグローバルリードデータ線ＲＤＬおよびグローバルライトデータ線ＷＤＬを総称するものである。
【０１２１】
図１１は、メモリセルＭＣの構成例を示す回路図である。図１１には、１トランジスタ−１キャパシタタイプのメモリセル構成が例示される。
【０１２２】
図１１を参照して、メモリセルＭＣは、アクセストランジスタ３１０と、データを記憶するためのキャパシタ３０５とを含む。キャパシタ３０５は、誘電体膜ＤＦを挟んで対向するように配置されるセルプレートＣＰと電荷蓄積ノードＳＮとを有する。セルプレートＣＰは、複数のメモリセル間で共有され、共通の基準電位Ｖｓｓと結合される。電荷蓄積ノードＳＮには、メモリセルＭＣに記憶されるデータのレベルに応じて電荷が蓄積される。すなわち、メモリセルＭＣが “１”のデータが保持される場合には、電荷蓄積ノードＳＮは，アクセストランジスタ３１０を介してビット線ＢＬによって充電された電荷を保持する。一方、メモリセルＭＣが“０”のデータを保持する場合には、ビット線ＢＬには電荷が供給されず、電荷蓄積ノードＳＮの電荷は、アクセストランジスタ３１０を介して放電される。
【０１２３】
再び図１０を参照して、メモリセルアレイ４０上における半導体記憶装置の構造は、既に説明した領域（ａ）および（ｂ）および領域（ａ）と（ｂ）との境界部に存在するセルプレートＣＰの電位を固定するための領域（ｃ）とにおいて異なる。
【０１２４】
図１２は、一般的な半導体記憶装置の構造を説明する断面図である。
図１２を参照して、主基板３００上に、高さｈ１までトランジスタ領域が設けられ、領域（ａ）および（ｂ）において、その上にメモリセルを構成するためのキャパシタ層が高さｈ２まで形成される。さらに、その上層に領域（ａ）〜（ｃ）に共通して、金属配線層Ｍ１（高さｈ３〜ｈ４）、Ｍ２（高さｈ５〜ｈ６）およびＭ３（高さｈ７〜ｈ８）が配置されている。各層間や素子が配置されていない領域には、たとえば二酸化シリコンによる絶縁層が形成される。
【０１２５】
領域（ａ）においては、トランジスタ層は、アクセストランジスタ３１０を含む。アクセストランジスタ３１０は、ソース／ドレイン領域３２０および３３０と、ゲート電極３４０とを有する。ゲート電極３４０は、ワード線ＷＬと接続され、ソース／ドレイン領域の一方３３０は、ビット線ＢＬと接続されている。ソース／ドレイン領域の他方３２０は、トランジスタ層の上層に形成される電荷蓄積ノードＳＮと結合される。電荷蓄積ノードＳＮの上層には、誘電体膜ＤＦを挟んでセルプレートＣＰが形成される。電化蓄積ノードＳＮ、誘電体膜ＤＦおよびセルプレートＣＰによってメモリセルＭＣ中のキャパシタが形成される。
【０１２６】
領域（ｂ）においても、同様に、アクセストランジスタ３１０が形成されるトランジスタ層上に、メモリセルを形成するためのキャパシタ層が形成されている。セルプレート層と金属配線層Ｍ１との間の距離（ｈ２〜ｈ３の高さ差）はＳ１であり、金属配線層Ｍ１と金属配線層Ｍ２との間の距離（ｈ４〜ｈ５の高さ差）はＳ２であり、金属配線層Ｍ２と金属配線層Ｍ３との距離（ｈ６〜ｈ７の高さ差）はＳ３である。
【０１２７】
一般的には、第１の金属配線層Ｍ１には、センスアンプ回路と列選択ゲートとの間を接続するようなごく短い距離の配線が配置されることが多く、メモリセルアレイ上を横断して設けられるグローバルデータ線ＧＤＬは、Ｍ２で示される第２の金属配線層Ｍ２に配置されることが多い。第３の金属配線層Ｍ３には、一般的には、コラム選択等を実行するための信号配線が配置される。
【０１２８】
領域（ｂ）においては、第１の金属配線層Ｍ１とキャパシタ層との間に形成されるコンタクトホール３６５を介して、セルプレートＣＰの電位レベルを固定するための配線３５０が、セルプレートＣＰと接続される。一方、領域（ｃ）においては、トランジスタとに対する配線は、第１の金属配線層Ｍ１とトランジスタ層との間に設けられるコンタクトホール３６０を介して形成される。
【０１２９】
しかしながら、このような構成とすれば、第１の金属配線層Ｍ１に対して設けられるコンタクトホール３６０および３６５の縦／横寸法比であるアスペクト比が領域によって大きく異なるため、コンタクトホールを設けるための製造プロセスの制御が非常に困難なものとなってしまう。
【０１３０】
さらに、メモリセル上の領域（ａ）においても、第１の金属配線層Ｍ１を共通に設ける構成としているため、高さ方向のレイアウトが圧迫されて、グローバルデータ線ＧＤＬが配置される第２の金属配線層Ｍ２の高さ方向の配線ピッチを緩和することも困難である。このため、グローバルデータ線ＧＤＬの寄生容量を抑制することが困難であった。
【０１３１】
図１３は、本発明の実施の形態２に従う半導体記憶装置の構造を示す断面図である。
【０１３２】
図１３を参照して、領域（ａ）〜（ｃ）は、図１１および図１２で説明した領域（ａ）〜（ｃ）とそれぞれ対応する。
【０１３３】
領域（ｂ）において、セルプレートＣＰを基準電位に固定するための配線３５０は、第１の金属配線層Ｍ１に形成される。実施の形態２に従う半導体記憶装置においては、第１の金属配線層Ｍ１は、セルプレートが形成される層（以下、セルプレート層とも称する）と高さ方向に重なるように配置される。すなわち、第１の金属配線層Ｍ１の下面および上面にそれぞれ対応する高さｈ３およびｈ４は、ｈ３＜ｈ２およびｈ４＞ｈ２となるように設定される。これにより、セルプレートＣＰを基準電位に固定するための配線３５０は、コンタクトホールを介さずに、セルプレートＣＰと直接電気的に結合される。
【０１３４】
これにより、領域（ｂ）において、アスペクト比が大きく周りと異なるコンタクトホールを作り分けるという困難なプロセスの制御を実行する必要がなくなるため、製造プロセスを容易化できる。
【０１３５】
さらに、実施の形態２に従う半導体記憶装置においては、領域（ａ）において第１の金属配線層Ｍ１を設けないので、グローバルデータ線ＧＤＬが形成される第２の金属配線層Ｍ２の高さ方向（セルプレートＣＰとの間）の配線ピッチを、Ｓ２からＳ２＋ΔＳに拡大することができる。ここで、ΔＳは、セルプレート層ＣＰの上面（高さｈ２）と、第１の金属配線層Ｍ１の上面（高さｈ４）との高さの差に相当する。
【０１３６】
これにより、図１２の場合と比較して、グローバルデータ線ＧＤＬが形成される第２の金属配線層Ｍ２の寄生容量を低減することができる。この結果、読出／書込動作時におけるデータ読出／書込動作の高速化および、特に書込動作時における消費電力の低減といった効果を享受することが可能となる。
【０１３７】
次に、領域（ｂ）において、図１３で説明したような第１の金属配線層Ｍ１を形成する方法について説明する。
【０１３８】
図１４は、実施の形態２に従う第１の金属配線層Ｍ１の製造方法の一例を説明するフローチャートである。図１５は、図１４のフローチャートを説明するための概念図である。
【０１３９】
半導体基板３００上にトランジスタ層が形成され（ステップＳ１００）、さらにその上面にセルプレートＣＰの配線層が形成されると（ステップＳ１１０）、次に図１５（ａ）に示されるように、さらにその上面に層間絶縁（二酸化シリコン）層３８０が形成される（ステップＳ１２０）。
【０１４０】
その後、セルプレートＣＰを基準電位に固定するための配線３５０が設けられる領域をセルプレートの一部を研削して確保する。図１４に示す製造方法においては、第１の金属配線層Ｍ１を形成するために層間絶縁層３８０を化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって研磨する（ステップＳ１３０ａ）。ＣＭＰによる研磨は、図１５（ｂ）に示されるように、金属配線層Ｍ１が形成される領域において、セルプレートＣＰの配線層を削り込むように実行される。ＣＭＰによる研磨が終了すると、次に、図１５（ｃ）に示されるように金属配線層Ｍ１を形成するための金属膜３９０が、たとえばスパッタリングによって形成される（ステップＳ１４０ａ）。
【０１４１】
形成された金属膜に対して、フォトリソグラフィによる配線パターニングが実行されて、パターンが露光されない部分についてはエッチングによるレジスト剥離が実行される（ステップＳ１５０ａ）。これにより、配線３５０を、第１の金属配線層Ｍ１に形成することができる（ステップＳ２００）。このようにして、セルプレートＣＰを基準電位に固定するための配線３５０は、図１５（ｄ）に示すように、セルプレートＣＰと一体的に形成される。
【０１４２】
この場合における金属配線層Ｍ１の上面とセルプレートＣＰとの上面との高さの差はΔＳとなるように、ＣＭＰ工程（ステップＳ１２０）における研磨量が制御される。
【０１４３】
図１４および図１５で説明したような金属配線層の形成は、ＡＬ合金に代表される比較的グレインの大きい金属に対して用いられる。
【０１４４】
図１６は、実施の形態２に従う第１の金属配線層Ｍ１の製造方法の他の例を説明するフローチャートである。図１７は図１６のフローチャートを説明するための概念図である。
【０１４５】
図１６および図１７においては、金属配線をいわゆるダマシン加工によって溝埋込み配線として形成する場合について説明する。
【０１４６】
トランジスタ層の形成（ステップＳ１００）、セルプレートＣＰの配線層の形成（ステップＳ１１０）、および層間絶縁（二酸化シリコン）層３８０の形成（ステップＳ１２０）については、図１４および図１５（ａ）で説明した内容と同様であるので説明は繰返さない。
【０１４７】
その後、図１４に示した製造方法と同様に、セルプレートＣＰを基準電位に固定するための配線３５０が設けられる領域をセルプレートの一部を研削して確保する。図１６に示す製造方法においては、形成された層間絶縁層に対して、ダマシン加工（象嵌加工）によって、配線溝が形成される（ステップＳ１３０ｂ）。図１７（ｂ）に示すように、配線溝はセルプレートＣＰ層を削り込むように形成される。配線溝が形成されると、図１７（ｃ）に示すように、第１の金属配線層Ｍ１を形成するための金属膜３９５が、たとえば化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によって形成される（ステップＳ１４０ｂ）。金属膜が形成されると、ＣＭＰによる研磨が実行されて、配線溝以外の領域における金属膜は削除される（ステップＳ１５０ｂ）。これにより、図１７（ｄ）に示されるように、セルプレートの電位を固定するための配線３５０を、第１の金属配線層Ｍ１に、セルプレートＣＰと一体的に形成することができる（ステップＳ２００）。
【０１４８】
すなわち図１６に示す半導体記憶装置の製造方法は、図１４に示す半導体記憶装置の製造方法と同様のステップ群を有するが、配線３５０が設けられる領域をセルプレートの一部を研削して確保するためにステップ１３０ａに代えてステップ１３０ｂを有し、金属膜を形成するためにステップ１４０ａに代えてステップ１４０ｂを有し、金属膜から配線パターンを形成するためにステップ１５０ａに代えてステップ１５０ｂを有する点が異なる。
【０１４９】
図１６および図１７に示す半導体記憶装置の製造方法によっても、第１の金属配線層Ｍ１の上面とセルプレートＣＰの上面との高さの差ΔＳは、ダマシン加工時の配線溝の深さによって制御すればよい。
【０１５０】
図１６および図１７に示した金属配線層の形成は、微細加工が可能なグレインの比較的小さい金属、たとえばＣｕ（銅）によって配線を形成する場合に用いられる。
【０１５１】
このように、図１４もしくは図１６によって説明した半導体記憶装置の製造方法によって、図１３によって説明した、領域（ｂ）におけるセルプレートＣＰの電位を固定するための配線３５０を第１の金属配線層Ｍ１に形成することが可能となる。
【０１５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１５３】
【発明の効果】
請求項１記載の半導体記憶装置は、複数の読出コラム選択線および複数の書込コラム選択線の配線数を著しく増加させることなく、複数のリードデータ線および複数のライトデータ線のいずれか一方について、水平方向の配線ピッチを緩和することによって、寄生容量を抑制することができる。この結果、データ読出動作およびデータ書込動作のいずれか一方について、高速化および低消費電力化を図ることができる。さらに、複数のライトデータ線の配線ピッチを緩和して寄生容量を低減することができるので、フル振幅の信号が伝達されるデータ書込動作の低消費電力化および高速化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に従う半導体記憶装置１０００の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】 メモリセルアレイ４０およびその周辺回路の構成を説明するための図である。
【図３】 サブワードドライバ帯１２０の詳細な構成を説明するための回路図である。
【図４】 メモリセルブロック１００におけるデータ線群の配置を説明するための回路図である。
【図５】 半導体記憶装置１０００における冗長救済制御を説明する図である。
【図６】 シフト動作による冗長救済を説明するための概念図である。
【図７】 シフト回路の構成を示すブロック図である。
【図８】 実施の形態１の変形例に従うメモリセルブロック１００におけるデータ線群の配置を説明するための回路図である。
【図９】 実施の形態１の変形例に従うメモリセルアレイに対応する冗長救済制御を説明する図である。
【図１０】 メモリセルアレイ４０の構成を概念的に示す図である。
【図１１】 メモリセルＭＣの構成例を示す回路図である。
【図１２】 一般的な半導体記憶装置の構造を説明する断面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態２に従う半導体記憶装置の構造を説明する断面図である。
【図１４】 実施の形態２に従う第１の金属配線層Ｍ１の製造方法の一例を説明するフローチャートである。
【図１５】 図１４のフローチャートを説明するための概念図である。
【図１６】 実施の形態２に従う第１の金属配線層Ｍ１の製造方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図１７】 図１６のフローチャートを説明するための概念図である。
【符号の説明】
３０ デコード回路、３５ 冗長判定回路、４０ メモリセルアレイ、４５ スペアメモリセルアレイ、１００ メモリセルブロック、１１０ センスアンプ帯、１３０ センスアンプ回路、１４０ リード／ライトアンプ、１５０ インタフェース、１６０ メインワードドライバ、１６５ サブワードドライバ、１７０ メインＹＳドライバ、１７５ サブＹＳドライバ、１９０ 読出選択ゲート、１９５ 書込選択ゲート、２００ データ線接続選択回路、２０１Ｒ，２０１Ｗ 第１シフト回路、２０２Ｒ，２０２Ｗ 第２シフト回路、２０５−１〜２０５−２Ｎ デコード回路、２１０ スペアブロック、２２０，２３０ 接続切換回路、２７５ スペアＹＳドライバ、２８０ スペアＹＳデコーダ、３００ 主基板、３１０ アクセストランジスタ、３２０，３３０ ソース／ドレイン領域、３４０ ゲート、３５０，３６０ コンタクトホール、３８０ 層間絶縁層、３９０，３９５ 金属膜、ＷＬ ワード線、ＢＬ ビット線、ＳＮ 電荷蓄積ノード、ＤＦ 誘電体膜、ＣＰ セルプレート、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 金属配線層。

Claims (1)

1. 行列状に配置される複数のメモリセルブロックを有するメモリセルアレイを備え、
   各前記メモリセルブロックは、行列状に配置される複数のメモリセルを有し、
   列方向に隣接する複数の前記メモリセルブロック間で共有され、各々がＬ個（Ｌは自然数）のメモリセル列ごとに配置されて、前記メモリセルアレイから読出される読出データを伝達する複数のリードデータ線と、
   列方向に隣接する複数の前記メモリセルブロック間で共有され、各々がＭ個（Ｍは自然数）の前記メモリセル列ごとに配置されて、前記メモリセルアレイに書込まれる書込データを伝達する複数のライトデータ線と、
   各前記メモリセルブロックにおいてＬ個の前記メモリセル列から１個の前記メモリセル列を選択するための読出列選択信号を伝達する複数の読出コラム選択線と、
   各前記メモリセルブロックにおいてＭ個の前記メモリセル列から１個の前記メモリセル列を選択するための書込列選択信号を伝達する複数の書込コラム選択線と、
   各前記メモリセルブロックにおいてＬ個の前記メモリセル列ごとに設けられ、前記読出列選択信号に応答して選択されたメモリセル列の前記読出データを、対応する前記複数のリードデータ線のうちの１つに伝達するための読出選択ゲートと、
   各前記メモリセルブロックにおいてＭ個の前記メモリセル列ごとに設けられ、前記複数のライトデータ線のうちの１つが伝達する前記書込データを、前記書込列選択信号に応答して選択されたメモリセル列に伝達するための書込選択ゲートとを備え、
   ＭはＬよりも大きい、半導体記憶装置。

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