KR101218606B1 - 반도체 메모리 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 칩을 포함하는 메모리 셀 어레이, 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로, 제어 회로로 전원을 공급하는 전원 회로 및 클럭 인에이블 신호에 응답하여 모드 레지스터 셋 명령 및 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 데이터에 따라 전원 공급 제어용 플래그 신호를 출력하는 모드 설정 회로를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 이를 위한 모드 설정 회로를 제시한다.

Description

반도체 메모리 장치{Semiconductor Memory Apparatus}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 메모리 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리 장치는 용량을 극대화하기 위해 복수의 칩을 하나의 모듈로 구성하여 사용하고 있다.
도 1은 일반적인 반도체 메모리 장치의 구성도이다.
도시한 것과 같이, 반도체 메모리 장치는 컨트롤러(12) 및 메모리 영역(14)을 포함하도록 구성된다. 메모리 영역(14)은 복수의 칩을 모듈화하여 구성할 수 있으며, 특정 칩에 불량이 발생한 경우 이를 대체하기 위한 수단으로 적어도 하나의 리던던시 칩을 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(12)는 메모리 영역(14)으로 클럭 인에이블 신호(CKE), 클럭 신호(CLK), 명령어(CMD), 어드레스(ADD)를 제공하고, DQ핀을 통해 데이터를 송수신한다.
예를 들어, 칩 1에 불량이 발생한 경우 칩 1에 대한 액세스를 막고, 칩 1에 대한 액세스가 요구되는 경우 리던던시 칩 중 어느 하나로 액세스하도록 할 수 있다.
그런데, 리던던시 칩으로 액세스 경로를 변경하여 칩 1이 더 이상 사용될 필요가 없는 상황인데도 컨트롤러(12)는 정상 동작하는 칩 뿐 아니라 불량이 발생한 칩으로도 계속해서 전원을 공급한다. 즉, 불필요한 전원 공급이 이루어지므로 반도체 메모리 장치의 전체적인 전력 소모량이 증가하게 된다.
한편, 반도체 메모리 장치의 메모리 영역은 도 2와 같이 구성할 수도 있다.
도 2는 복수의 랭크를 포함하는 메모리 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 메모리 영역(16)은 복수의 랭크로 이루어지며, 각각의 랭크는 복수의 칩이 모듈화되어 있다. 각각의 랭크에도 역시 적어도 하나의 리던던시 칩이 존재하며, 이를 통해 불량이 발생한 칩에 대한 리페어가 가능하다.
이러한 메모리 영역(16)을 구비하는 메모리 장치는 복수의 랭크에 대해 인터리빙이 동작이 가능하여 고속 동작을 도모할 수 있다.
이러한 메모리 장치에서는 칩 선택 신호(CS)에 의해 어느 하나의 랭크를 선택하고, 칩 어드레스 신호에 따라 접근하고자 하는 칩이 선택된다. 이때, 미선택된 칩에도 컨트롤러로부터 계속해서 전원이 공급되며, 이 또한 반도체 메모리 장치의 전력 소모를 증가시키는 요인으로 작용한다.
본 발명은 전력 소모를 최소화할 수 있는 반도체 메모리 장치를 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 정상 칩과 불량 칩의 어드레스에 따라 전원 공급 모드를 결정할 수 있는 반도체 메모리 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치는 복수의 칩을 포함하는 메모리 셀 어레이; 상기 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로; 상기 제어 회로로 전원을 공급하는 전원 회로; 및 클럭 인에이블 신호에 응답하여 모드 레지스터 셋 명령 및 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 데이터에 따라 전원 공급 제어용 플래그 신호를 출력하는 모드 설정 회로;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 메모리 장치는 복수의 칩을 포함하는 메모리 셀 어레이; 상기 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로; 상기 제어 회로로 전원을 공급하는 전원 회로; 및 클럭 인에이블 신호에 응답하여, 모드 레지스터 셋 명령 및 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 불량 칩 정보에 따라 제 1 플래그 신호를 출력하고, 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 바이트 단위 동작 모드 정보에 따라 제 2 플래그 신호를 출력하는 모드 설정 회로;를 포함한다.
본 발명에서는 불량 칩이나 미사용 중인 칩에 대한 전원 공급을 최소화하여 전력 소비량을 효과적으로 절감시킬 수 있다.
특히 특정 칩에 대한 액세스가 요구되는 경우 불량 칩을 구분하기 위한 정보를 참조하여 해당 칩에 대한 전원 공급 여부를 결정하며, 특히 액세스가 요구된 칩이 불량 칩인 경우 전원 공급을 원천적으로 차단할 수 있다.
아울러, 특정 칩이 액티브 상태가 아닌 경우 해당 칩에 대하여 최소한의 전원만을 공급함으로써 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 이 경우 전원 회로에 대한 전원 공급은 유지하고 제어 회로에 대한 전원 공급만을 선택적으로 차단할 수 있다. 따라서, 이후 해당 칩이 액티브 상태로 천이할 때 전원 안정화에 요구되는 시간을 감소시킬 수 있어 반도체 메모리 장치의 동작 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 반도체 메모리 장치의 구성도,
도 2는 복수의 랭크를 포함하는 메모리 영역을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모드 설정 회로를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 의한 모드 설정 과정을 설명하기 위한 타이밍도,
도 5는 도 3에 도시한 모드 설정 회로의 일 예시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 모드 설정 회로를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 모드 설정 회로(110)는 클럭 인에이블 신호(CKE), 모드 레지스터 셋(MRS) 명령 및 DQ 신호에 응답하여 제 1 플래그 신호(MPD0_F) 및 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 출력한다.
MRS 신호는 스테이트 머신(120)으로부터 공급될 수 있다. 스테이트 머신(120)은 클럭 인에이블 신호(CKE), 클럭 신호(CLK), 칩 인에이블 신호(CS), 어드레스 신호(ADD) 및 명령어(CMD)에 응답하여 메모리 장치의 상태를 결정한다. 특히, 스테이트 머신(120)은 칩 선택 신호(CS)와 명령어(CMD, 예를 들어 RAS, CAS WE 등)에 응답하여 칩 선택 신호(CS)와 명령어(CMD)의 논리 레벨에 따라 메모리 셀의 워드라인을 액티브시키는 액티브 명령, 메모리 셀의 데이터를 입출력하는 리드/라이트 명령 등을 생성할 수 있다. 그리고, 어드레스 신호(ADD)와 명령어(CMD)를 디코딩하여 MRS 명령(MRS)을 출력한다.
모드 설정 회로(110)는 스테이트 머신(120)으로부터 제공되는 MRS 명령과 클럭 인에이블 신호(CKE) 및 DQ 신호를 입력받는다. 본 발명에서 DQ 신호는 불량 칩 정보 또는 바이트 단위 동작 모드 정보를 포함할 수 있다.
따라서, 스테이트 머신(120)으로부터 MRS 명령이 입력되고, DQ 신호로서 불량 칩 정보가 입력되면 모드 설정 회로(110)는 해당 불량 칩에 대한 모든 전원이 오프되도록 하는 제 1 플래그 신호(MPD0_F)를 출력한다. 그리고, 제 1 플래그 신호(MPD0_F)는 해당 불량 칩의 주변 회로, 코어 회로, 전원 회로로 제공되어 해당 불량 칩의 동작에 필요한 모든 내부 전원이 오프되도록 한다. 이러한 의미에서, 불량 칩에 대한 전원이 오프되는 모드를 맥스 파워 다운(Max Power Down) 모드라 지칭할 수 있다.
아울러, 스테이트 머신(120)으로부터 MRS 명령이 입력되고, DQ 신호로서 바이트 단위 동작 모드 정보가 입력되는 경우, 모드 설정 회로(110)는 메모리 영역의 내부 동작을 디스에이블시키기 위한 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 출력한다. 제 2 플래그 신호(MPD1_F)는 메모리 영역의 주변 회로, 코어 회로로 제공되어 내부 전원이 오프되도록 한다. 이 경우 전원 회로에 대해서는 제 2 플래그 신호(MPD1_F)가 제공되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 반도체 메모리 장치가 바이트 단위의 동작 모드로부터 탈출하면 주변 회로나 코어 회로로만 전원을 공급하면 되므로 고속으로 전원을 안정화시킬 수 있다.
모드 설정 회로(110)는 도 3과 같이 구성하는 것도 가능하나 이에 한정되는 것은 아니며, 스테이트 머신(120)에서 내부적으로 제 1 및 제 2 플래그 신호(MPD0_F, MPD1_F)를 출력하도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다. 아울러, 모드 레지스터 셋 디코더에서 제 1 및 제 2 플래그 신호(MPD0_F, MPD1_F)를 생성하도록 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 의한 모드 설정 과정을 설명하기 위한 타이밍도이다.
칩 선택 신호(CSB)가 로우 인에이블되고 클럭 인에이블 신호(CKE)가 하이 인에이블되면, 스테이트 머신(120)은 어드레스 신호(ADD)와 명령어(CMD)를 디코딩하여 MRS 명령을 생성한다.
DQ 패드를 통해 불량 칩 정보가 입력되면, 모드 설정 회로(110)는 MRS 명령과 DQ 신호를 조합하여 클럭 인에이블 신호(CKE)의 디스에이블 시점에 동기시켜 제 1 플래그 신호(MPD0_F)를 인에이블시킨다. 이후, 클럭 인에이블 신호(CKE)가 다시 인에이블되더라도 제 1 플래그 신호(MPD0_F)가 인에이블 상태를 유지하도록 하여 불량 칩에 대하여 전원 공급이 차단되도록 한다.
한편, DQ 패드를 통해 바이트 단위 동작 모드 정보가 입력되는 경우, 모드 설정 회로(110)는 MRS 명령과 DQ 신호를 조합하여 클럭 인에이블 신호(CKE)의 디스에이블 시점에 동기시켜 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 인에이블시킨다. 이후, 라이트 명령이나 리드 명령 등의 유효 명령어가 입력되어 클럭 인에이블 신호(CKE)가 인에이블되면 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 디스에이블시킨다.
메모리 칩에 대하여 제어 회로와 전원 회로에 대한 모든 전원 공급을 차단하고, 다시 전원을 인가하는 경우 전원 안정화에 소요되는 시간은 최소 수 백 ㎲이다. 하지만, 본 발명에서와 같이 바이트 단위 동작 모드에서 제어 회로에 대한 전원만을 차단하고 전원 회로에 대한 전원 공급은 유지하면 전원 안정화에 수 ㎲만이 소요될 수 있어, 메모리 장치의 고속 동작이 가능하다.
도 5는 도 3에 도시한 모드 설정 회로의 일 예시도이다.
모드 설정 회로(110)는 도 5에 도시한 것과 같이 제 1 비교부(112) 및 제 2 비교부(114)를 포함한다.
제 1 비교부(112)는 클럭 인에이블 신호(CKE), MRS 명령(MRS) 및 DQ 신호에 응답하여 제 1 플래그 신호(MPD0_F)를 출력한다. 특히, 제 1 비교부(112)는 도 4에 도시한 타이밍도에서와 같이 클럭 인에이블 신호(CKE)가 인에이블됨에 따라 MRS 신호와 DQ 신호를 조합하여 제 1 플래그 신호(MPD0_F)를 인에이블시키며, 클럭 인에이블 신호(CKE)가 로우 상태에서 다시 하이 상태로 인에이블되어도 제 1 플래그 신호(MPD0_F)가 인에이블 상태를 유지할 수 있도록 낸드(NAND) 게이트를 이용하여 구성할 수 있다.
제 2 비교부(114)는 클럭 인에이블 신호(CKE), MRS 명령(MRS) 및 DQ 신호에 응답하여 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 출력한다. 이때, 도 4에 도시한 타이밍도에서와 같이 클럭 인에이블 신호(CKE)가 인에이블됨에 따라 MRS 신호와 DQ 신호를 조합하여 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 인에이블시키며, 클럭 인에이블 신호(CKE)가 로우 상태에서 다시 하이 상태로 인에이블되면 제 2 플래그 신호(MPD1_F)가 디스에이블될 수 있도록 노어(NOR) 게이트를 이용하여 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치(200)는 메모리 셀 어레이(210), 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로(220), 제어 회로(220)의 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원 회로(230) 및 제어 회로(220)와 전원 회로(230)에 대한 전원 공급 여부를 결정하는 모드 설정 회로(110)를 포함한다.
메모리 셀 어레이(210)는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 복수의 칩으로 구성하거나 복수의 랭크로 구성할 수 있다.
제어 회로(220)는 로우계 제어회로, 컬럼계 제어회로, 데이터 제어회로, 동기 회로를 포함하여 액티브, 프리차지, 리프래쉬 등의 동작을 제어하고, 라이트/리드 동작을 제어하는 한편, 이러한 동작을 위해 외부 클럭에 동기된 내부 클럭 신호를 제공한다.
전원 회로(230)는 코어전압 발생 회로, 펌핑전압 발생 회로, 기판 바이어스 전압 발생회로를 포함하여 메모리 셀 어레이(210)의 동작 모드에 따라 적정한 전압을 제어 회로(220)로 제공한다.
모드 설정 회로(110)는 도 3 및 도 5와 같이 구성할 수 있다. 따라서, 메모리 셀 어레이(210)를 구성하는 복수의 칩 중 불량 칩을 리던던시 칩으로 대체한 경우, 불량 칩 정보를 DQ 신호로 제공받아, 클럭 인에이블 신호(CKE) 및 MRS 명령에 응답하여 제 1 플래그 신호(MPD0_F)를 생성한다. 제 1 플래그 신호(MPD0_F)는 제어 회로(220) 및 전원 회로(230)로 공급되어, 더 이상 사용되지 않는 불량 칩의 동작에 관여하는 제어 회로(220) 및 전원 회로(230)에 전원이 공급되지 않도록 한다.
한편, 메모리 셀 어레이(210)를 바이트 단위 동작 모드로 이용하는 경우 바이트 단위 동작 모드 정보를 DQ 신호로 제공받는다. 그리고, 클럭 인에이블 신호(CKE) 및 MRS 명령에 응답하여 제 2 플래그 신호(MPD1_F)를 생성한다. 제 2 플래그 신호(MPD1_F)는 제어 회로(220)로 제공될 수 있다. 이 경우 전원 회로(230)로는 전원 공급이 유지되고 제어 회로(220)에 대한 전원 공급만이 차단된다. 따라서 메모리 셀 어레이(210)가 바이트 단위 동작 모드에서 탈출하는 경우 제어 회로(220)에 대한 전원 공급만이 이루어지므로 전원 안정화에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
결국, 본 발명에 의한 반도체 메모리 장치에서는 불량 칩에 대한 모든 전원 공급을 차단함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다. 아울러, 반도체 메모리 장치의 동작 모드에 따라 제어 회로에 전원을 선택적으로 공급할 수 있다. 따라서, 불필요한 회로부에 전원이 공급되지 않도록 할 수 있을 뿐 아니라, 고속으로 전원이 안정화될 수 있어 동작 속도를 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 모드 설정 회로
112 : 제 1 비교부
114 : 제 2 비교부
200 : 반도체 메모리 장치

Claims (12)

  1. 복수의 칩을 포함하는 메모리 셀 어레이;
    상기 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로;
    상기 제어 회로로 전원을 공급하는 전원 회로; 및
    클럭 인에이블 신호에 응답하여 모드 레지스터 셋 명령 및 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 데이터에 따라 전원 공급 제어용 플래그 신호를 출력하는 모드 설정 회로;
    를 포함하는 반도체 메모리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 설정 회로는 상기 입출력 패드를 통해 불량 칩 정보를 수신하여 제 1 플래그 신호를 출력하는 반도체 메모리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플래그 신호는 상기 제어 회로 및 상기 전원 회로로 제공되는 반도체 메모리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 불량 칩 정보에 응답하여 상기 클럭 인에이블 신호의 디스에이블 시점에 동기시켜 상기 제 1 플래그 신호를 인에이블시키고, 상기 클럭 인에이블 신호의 레벨에 무관하게 상기 제 1 플래그 신호의 인에이블 상태를 유지하도록 구성되는 반도체 메모리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 설정 회로는 상기 입출력 패드를 통해 바이트 단위 동작 모드 정보를 수신하여 제 2 플래그 신호를 출력하는 반도체 메모리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 플래그 신호는 상기 제어 회로로 제공되는 반도체 메모리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 바이트 모드 동작 모드 정보에 응답하여 상기 클럭 인에이블 신호의 디스에이블 시점에 동기시켜 상기 제 2 플래그 신호를 인에이블시키고, 상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 제 2 플래그 신호를 디스에이블시키도록 구성되는 반도체 메모리 장치.
  8. 복수의 칩을 포함하는 메모리 셀 어레이;
    상기 메모리 셀 어레이의 내부 동작을 제어하는 제어 회로;
    상기 제어 회로로 전원을 공급하는 전원 회로; 및
    클럭 인에이블 신호에 응답하여, 모드 레지스터 셋 명령 및 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 불량 칩 정보에 따라 제 1 플래그 신호를 출력하고, 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 데이터 입출력 패드를 통해 수신한 바이트 단위 동작 모드 정보에 따라 제 2 플래그 신호를 출력하는 모드 설정 회로;
    를 포함하는 반도체 메모리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 플래그 신호는 상기 제어 회로 및 상기 전원 회로로 제공되는 반도체 메모리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 불량 칩 정보에 응답하여 상기 클럭 인에이블 신호의 디스에이블 시점에 동기시켜 상기 제 1 플래그 신호를 인에이블시키고, 상기 클럭 인에이블 신호의 레벨에 무관하게 상기 제 1 플래그 신호의 인에이블 상태를 유지하도록 구성되는 반도체 메모리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 플래그 신호는 상기 제어 회로로 제공되는 반도체 메모리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 모드 레지스터 셋 명령 및 상기 바이트 모드 동작 모드 정보에 응답하여 상기 클럭 인에이블 신호의 디스에이블 시점에 동기시켜 상기 제 2 플래그 신호를 인에이블시키고, 상기 클럭 인에이블 신호가 인에이블됨에 따라 상기 제 2 플래그 신호를 디스에이블시키도록 구성되는 반도체 메모리 장치.
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