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JP2014002803A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2014002803A
JP2014002803A JP2012135333A JP2012135333A JP2014002803A JP 2014002803 A JP2014002803 A JP 2014002803A JP 2012135333 A JP2012135333 A JP 2012135333A JP 2012135333 A JP2012135333 A JP 2012135333A JP 2014002803 A JP2014002803 A JP 2014002803A
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Kazuhiko Kajitani
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Abstract

【課題】1つのロウアドレスにより複数のワード線が一度に選択されるタイプの半導体装置において、ワード線の救済効率を向上する。
【解決手段】半導体装置10は、不良ワード線である第1のワード線WL1及び不良でない通常のワード線である第2のワード線WL1を含む複数のワード線WL、及び、少なくとも1本の冗長ワード線RWLを有し、ロウアドレスXAに応答して第1及び第2のワード線WL1が一度に選択されるように構成されたバンク20−1と、上記少なくとも1本の冗長ワード線RWLの中の1本に対応付けて、第1のワード線WL1を特定する不良ワード線情報DWAを記憶する不良ワード線アドレスレジスタ36と、上記ロウアドレスXAが供給されたことに応じて、第1のワード線WL1に代えて不良ワード線情報DWAに対応する冗長ワード線RWLを選択するとともに、第2のワード線WL1を選択するアレイ制御回路37とを備える。
【選択図】図2

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、1つのロウアドレスにより複数のワード線が一度に選択されるタイプの半導体装置に関する。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)に代表される半導体装置では、不良メモリセルなどを救済するための手段の1つとして、不良メモリセルに接続されるワード線(不良ワード線)を冗長ワード線に置換する処理が行われる。この処理のために半導体装置には、冗長ワード線ごとにロウアドレスを記憶する不良ロウアドレス記憶回路が設けられる。ロウアクセスの際には、供給されたロウアドレスがこの不良ロウアドレス記憶回路に記憶されているか否かが判定され、記憶されていた場合には、そのロウアドレスによって示されるワード線(不良ワード線)に代え、対応する冗長ワード線が選択される。
ところで、近年の半導体装置には、メモリセルアレイに含まれる多数のワード線を複数のブロックに分けて用いるように構成されたものがある。この種の半導体装置では、各ブロックに同じロウアドレス空間が割り当てられており、ロウアクセスの際には、供給されたロウアドレスに対応するワード線が各ブロック内で活性化される。これにより、ブロック数分のワード線が一度に活性化されるので、一度のロウアクセスでブロック数分のビットのリード/ライトを行えるようになる。この場合、各ブロックには所定本数の冗長ワード線が設けられ、不良ワード線が発生した場合のワード線の置換は、ブロック内で完結するように構成される。つまり、不良ワード線の置換先は、同一ブロック内の冗長ワード線となる。
特許文献1〜3には、ブロック単位で置換を行う構成が開示されている。
特開2004−39680号公報 特開2007−172832号公報 特開2009−117016号公報
しかしながら、上述したブロック構成を有する半導体装置においては、1つのブロックで不良ワード線が発生し、その不良ワード線を冗長ワード線に置換することになった場合、他のブロックでも、その不良ワード線と同じロウアドレスを有するワード線が冗長ワード線に置換されることになる。つまり、1本のワード線を救済するのにブロック数分の冗長ワード線を使用することとなるため、救済効率がよくないという問題がある。
これは、不良ロウアドレス記憶回路が、ロウアドレスにより不良ワード線を記憶していることによるものである。上述したように、ブロック構成を有する半導体装置では、各ブロックに同じロウアドレス空間が割り当てられる。したがって、あるブロックで不良ワード線が発生し、そのロウアドレスが不良ロウアドレス記憶回路に記憶されると、他のブロック内の同じロウアドレスを有するワード線までもが不良ワード線として取り扱われることになってしまう。
この問題は、ブロック構成の有無に関わらず、1つのロウアドレスにより複数のワード線が一度に選択される(1つのロウアドレスが複数のワード線に割り当てられる)タイプの半導体装置に共通に生ずる問題である。したがって、この種の半導体装置において、ワード線の救済効率を向上させることのできる技術が望まれている。
本発明の一側面による半導体装置は、第1及び第2の通常ワード線を含む複数の通常ワード線、及び、少なくとも1本の冗長ワード線を有し、アドレス情報に応答して前記第1及び第2の通常ワード線が一度に選択されるように構成されたメモリセルアレイと、前記少なくとも1本の冗長ワード線の中の1本に対応付けて、前記第1の通常ワード線を特定する不良情報を記憶する不良情報記憶回路と、前記アドレス情報が供給されたことに応じて、前記第1の通常ワード線に代えて前記不良情報に対応する前記冗長ワード線を選択するとともに、前記第2の通常ワード線を選択する制御回路とを備えることを特徴とする。
本発明の他の一側面による半導体装置は、それぞれ複数の通常ワード線を含む複数のブロックと、少なくとも1本の冗長ワード線とを含むメモリセルアレイと、前記少なくとも1本の冗長ワード線それぞれに対応して設けられ、それぞれ前記複数の通常ワード線のうちの不良ワード線に割り当てられたロウアドレスと該不良ワード線の属する前記ブロックを示すブロックアドレスとを対応付けて記憶する少なくとも1つの不良情報記憶回路と、ロウアドレスが供給されたことに応じて、該ロウアドレスを記憶している前記不良情報記憶回路を特定することにより置換先となる前記冗長ワード線を特定するとともに、特定した前記不良情報記憶回路が記憶している前記ブロックアドレスから置換処理の対象となる前記ブロックを特定し、置換処理の対象として特定した前記ブロックに関して、置換先として特定した前記冗長ワード線を選択するとともに、置換処理の対象として特定した前記ブロック以外の前記ブロックに関して、供給された前記ロウアドレスにより示される前記通常ワード線を選択する制御回路とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、不良ワード線であるワード線(通常ワード線)が不良情報によって特定されるので、1本のワード線を救済する際に、同じロウアドレスを有する他のワード線まで冗長ワード線に置換しなくて済む。したがって、ワード線の救済効率が向上する。
本発明の第1の実施の形態による半導体装置10の全体構成を示す図である。 図1に示した半導体装置10の各構成のうち、本発明に特徴的な部分を抜き出して示す図である。 図1及び図2に示すアレイ制御回路37の内部回路を示す図である。 本発明の第2の実施の形態による半導体装置10の全体構成を示す図である。 図4に示した半導体装置10の各構成のうち、本発明に特徴的な部分を抜き出して示す図である。 図4及び図5に示すIO線スイッチ38の内部回路を示す図である。 本発明の第3の実施の形態によるコンピュータ70のシステム構成例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置10の全体構成を示す図である。同図に示すように、半導体装置10は、外部との間で信号を送受信するための入出力端子として、クロック端子11,12、クロックイネーブル端子13、コマンド端子14、アドレス端子15、及びデータ入出力端子16を備えている。また、半導体装置10は、4つのバンク20−1〜20−4(バンク1〜4)を備え、バンクごとに、ロウデコーダ21、カラムデコーダ25、及びアレイ制御回路37(制御回路)を有している。さらに、半導体装置10は、リードライト(RW)アンプ26、ラッチ回路27、データ入出力バッファ28、コマンドデコーダ30、チップ制御回路31、モードレジスタ32、ロウアドレスバッファ33、カラムアドレスバッファ34、リフレッシュアドレスカウンタ35、不良ワード線アドレスレジスタ36(不良情報記憶回路)、及びクロック発生回路40を備えている。
バンク20−1〜20−4はそれぞれ、一方向に延伸する複数のビット線BLと、これらビット線BLと直交する方向に延伸する複数のワード線WLと、ビット線BLとワード線WLの交点ごとに設けられるメモリセルMCとを有するメモリセルアレイである。なお、図1には、ビット線BL、ワード線WL、及びメモリセルMCをそれぞれ1つだけ例示している。各ビット線BLは、図示しないセンスアンプ及びカラムスイッチを介して、第1のIO線IOLに接続される。なお、ビット線BLの具体的な構成方法としてオープンビット線方式、フォールデッド方式などが知られており、本発明はいずれの方式にも適用可能であるが、本実施の形態ではフォールデッド方式を前提として説明する。
クロック端子11,12はそれぞれ、外部クロック信号CK及びその反転信号/CKが供給される端子であり、クロックイネーブル端子13はクロックイネーブル信号CKEが入力される端子である。なお、本明細書において、信号名の先頭に付した記号「/」は、その信号が対応する信号の反転信号であるか、又はローアクティブな信号であることを示している。したがって、外部クロック信号CK,/CKは互いに相補の信号である。クロック発生回路40は、外部クロック信号CK,/CKに基づいて内部クロック信号LCLKを生成する回路であり、生成された内部クロック信号LCLKは半導体装置10内の各部に供給される。
コマンド端子14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、及びライトイネーブル信号/WEが供給される複数の端子からなる。外部のコントローラは、これらのコマンド信号の論理レベルの組み合わせにより、アクトコマンドACT、ライトコマンドWRT、リードコマンドRED、オートリフレッシュコマンドREFなどの各種コマンドを半導体装置10に供給する。供給されたコマンド信号は、コマンド信号の保持、デコード、及びカウントなどを行うコマンドデコーダ30を介して、チップ制御回路31に供給される。チップ制御回路31は、コマンドデコーダ30の出力に基づいて各種の内部コマンドを生成し、これにより、リードライトアンプ26、ラッチ回路27、バンクごとのアレイ制御回路37、ロウアドレスバッファ33、カラムアドレスバッファ34、リフレッシュアドレスカウンタ35、及び不良ワード線アドレスレジスタ36の動作を制御する。なお、コマンドデコーダ30及びチップ制御回路31の処理は、内部クロックLCLKに同期して行われる。
アドレス端子15は、アドレス信号ADDが供給される端子である。アドレス信号ADDは、コマンド信号と同期して半導体装置10に入力される。アドレス信号ADDは通常、2ビットのアドレス信号BA,BAと、i+1ビットのアドレス信号A〜Aとによって構成される。アドレス信号BA,BAは、リード/ライト等の動作の対象となるバンクを示すバンクアドレスであり、ロウアドレスバッファ33及びカラムアドレスバッファ34の両方に供給される。アドレス信号A〜Aは、アクトコマンドACTと同期して入力された場合には後述するロウアドレスXA(X〜X)を示し、ロウアドレスバッファ33に供給される。一方、ライトコマンドWRT又はリードコマンドREDと同期して入力された場合には後述するカラムアドレスYAを示し、カラムアドレスバッファ34に供給される。半導体装置10がモードレジスタセットにエントリーしている場合には、アドレス信号ADDは半導体装置10のモードを示す情報であり、モードレジスタ32に供給される。
ロウアドレスバッファ33にバッファリングされたアドレス信号はアレイ制御回路37に、カラムアドレスバッファ34にバッファリングされたアドレス信号はカラムデコーダ25に、それぞれ供給される。アレイ制御回路37は、供給されたロウアドレスXA(アドレス情報)に基づき、対応するバンク内のワード線WLを選択(活性化)する回路である。アレイ制御回路37の機能については、後ほどより詳しく説明する。カラムデコーダ25は、供給されたカラムアドレスYAに基づいて図示しないカラムスイッチの接続状態を制御することにより、アクセス対象のメモリセルに接続されたビット線BLを、図1に示す第1のIO線IOLを通じて、リードライトアンプ26に接続する回路である。
アレイ制御回路37には、ロウアドレスXAの他、リフレッシュアドレスカウンタ35からリフレッシュアドレスRAが供給され、不良ワード線アドレスレジスタ36から不良ワード線情報DWA(不良情報)が供給される。リフレッシュアドレスRAは、リフレッシュ対象のロウアドレスを示すアドレス情報である。リフレッシュアドレスカウンタ35は、オートリフレッシュコマンドREFの入力を受けたチップ制御回路31の制御を受けて、リフレッシュアドレスRAを生成するよう構成される。リフレッシュアドレスカウンタ35は図示しないインクリメント回路を有しており、すべてのロウアドレスが順次リフレッシュ処理の対象となるよう、リフレッシュアドレスRAの生成を行う。アレイ制御回路37は、こうして生成されたリフレッシュアドレスRAにより示されるワード線WLを活性化することにより、メモリセルのリフレッシュを実行する。不良ワード線情報DWAについては後述する。
データ入出力端子16は、リードデータDQ又はライトデータDQの入出力を行うための端子であり、半導体装置10に複数個設けられる。これら複数個のデータ入出力端子16は、それぞれデータ入出力バッファ28及びラッチ回路27を介してリードライトアンプ26に接続される。データ入出力バッファ28は、図示しない入力バッファ及び出力バッファを有しており、これらのバッファにより、内部クロック信号LCLKに同期して、リードデータDQ又はライトデータDQの入出力を行う。ラッチ回路27は、いわゆるDDR(Double Data Rate)機能を実現する回路であり、FIFO(First-In First-Out)回路とマルチプレクサ回路とを含んで構成される。FIFO回路のデータの入出力は、内部クロック信号LCLKに同期して行われる。リードライトアンプ26は、データアンプ回路とマルチプレクサ回路とを含んで構成される。これらの回路により、メモリセルアレイから供給されるパラレルなリードデータは、差動形式からシングルエンド形式に変換された後、シリアルなリードデータに変換されてデータ入出力端子16から外部に出力される。一方、データ入出力端子16から供給されるシリアルなライトデータは、パラレルなライトデータに変換され、かつシングルエンド形式から差動形式に変換されたうえで、メモリセルアレイに供給される。ラッチ回路27内のマルチプレクサ回路並びにリードライトアンプ26内のマルチプレクサ回路の切り替えは、チップ制御回路31によって行われる。
図2は、図1に示した半導体装置10の各構成のうち、本発明に特徴的な部分を抜き出して示す図である。同図にはバンク20−1に関する構成を示しているが、他のバンクについても同様である。以下、同図を参照しながら、半導体装置10の構成についてさらに詳しく説明する。
図2に示すように、バンク20−1の内部は、ワード線WLを共有しない複数のブロック20−1A〜20−1Dに分割されている。各ブロック20−1A〜20−1Dはそれぞれ2つのマットM0,M1により構成され、各マットM0,M1のビット線方向(図面横方向)の両側にはセンスアンプ領域22が配置される。センスアンプ領域22には、多数のセンスアンプSAが配置されており、各センスアンプSAはそれぞれ、図2に例示するように、同一方向に向かって延伸する相補のビット線BL,/BLの両方に接続される(フォールデッド方式)。ブロック20−1Aに属するセンスアンプSAは、図示しないカラムスイッチを介して、図1に示した第1のIO線IOLの一部である第1のIO線IO_Aに接続される。同様に、ブロック20−1B〜20−1Dに属するセンスアンプSAは、それぞれカラムスイッチを介して第1のIO線IO_B〜IO_Dに接続される。カラムスイッチの接続状態は、上述したように、カラムアドレスYAを受けたカラムデコーダ25によって制御される。
各マットM0,M1のワード線方向の一端には、ロウデコーダ(XDEC)21が配置される。各ロウデコーダ21は、アレイ制御回路37から供給されるマット制御信号MACに従って、対応するマット内にある複数のワード線WLそれぞれの電位を制御する。具体的には、マット制御信号MACにより選択対象であることが示されるワード線については、その電位をセルトランジスタのしきい値電圧より高くする。これにより、対応する複数のセルトランジスタがそれぞれオン状態となる。一方、マット制御信号MACにより選択対象であることが示されないワード線については、その電位をセルトランジスタのしきい値電圧より低くする。これにより、対応する複数のセルトランジスタがそれぞれオフ状態となる。マット制御信号MACの詳細については後述する。
ブロック20−1A〜20−1Dはそれぞれ、第1の所定数のワード線WLと、第2の所定数の冗長ワード線RWLとを有している。また、各ブロック20−1A〜20−1Dには、共通のロウアドレス空間が割り当てられる。これにより、各ブロック20−1A〜20−1Dには、互いに同じロウアドレスを有するワード線WLが必ず1本ずつ存在することになる。例えば、図2に示した4本のワード線WL1は共通のロウアドレスを有しており、各ブロック20−1A〜20−1Dに1本ずつ配置されている。同じロウアドレスを割り当てられたバンク20−1内の複数のワード線WLは、ロウアドレスが同じであることから、ロウアクセスの際には一度に選択される。
不良ワード線アドレスレジスタ36は、冗長ワード線RWLごとの部分回路である不良ワード線アドレスレジスタ36〜36によって構成される。Nは、バンク20−1内に設けられる冗長ワード線RWLの総数(=上記第2の所定数の4倍)である。不良ワード線アドレスレジスタ36〜36はそれぞれ、不良ワード線情報DWAを1つ記憶できるように構成される。以下では、不良ワード線アドレスレジスタ36〜36がそれぞれ記憶する不良ワード線情報DWAを、不良ワード線情報DWA〜DWAと表記する場合がある。具体的な記憶手段としては、ヒューズ回路やアンチヒューズ回路を用いることが好適である。
不良ワード線情報DWAは、ロウアドレスXAと、ブロックアドレスとからなる情報である。ブロックアドレスは、1ビットが1ブロックに対応する計4ビットのデータであり、この4ビットのうちいずれか1ビットのみが1、他の3ビットが0となるよう構成される。したがって、ブロックアドレスにより、ブロック20−1A〜20−1Dのうちの1つが特定される。不良ワード線情報DWAにより、1本のワード線WL(ロウアドレスXAが割り当てられた4本のワード線のうち、ブロックアドレスにより示されるブロックに属するもの)が特定される。
不良ワード線情報DWAによって特定されるワード線WLは、製造時の試験によって検出された不良ワード線である。不良ワード線情報DWAの不良ワード線アドレスレジスタ36への書き込みは、外部の試験装置等によって実行される。なお、不良ワード線情報DWAを書き込む際には、不良ワード線アドレスレジスタ36〜36の中から、検出された不良ワード線WLと同じブロックに属する冗長ワード線RWLに対応するものを選択して、不良ワード線情報DWAを書き込むようにする必要がある。また図2に示すように1個のブロックが2個のマットに分割され、センスアンプSAが隣接する異なるブロック間で共有される場合は、同じブロックに属し、かつ同じマットに属する冗長ワード線RWLに対応するものを選択する必要がある。これは、センスアンプSAの競合を避けるためである。すなわち、半導体装置10では、各ブロックから1本ずつのワード線WLが一度に選択されるので、あるブロック内のワード線WLを他のブロックの冗長ワード線RWLに置換すると、該他のブロックでは同時に2本のワード線WLが選択されることになってしまい、センスアンプSAの競合が発生する。これを避けるため、不良ワード線WLと、その置換先である冗長ワード線RWLとが同一ブロック内(図2の例では同一マット内)に存在するように、不良ワード線情報DWAの書き込み先を選択する必要がある。
アレイ制御回路37は、基本的な機能としては、上述したように、ロウアドレスバッファ33等から供給されたロウアドレスXA(リフレッシュアドレスRAを含む)に基づき、対応するバンク内のワード線WLを選択(活性化)するよう構成される。この選択は、具体的には、選択対象のワード線WLのロウアドレスXAを示すマット制御信号MACを、各ブロックのロウデコーダ21に供給することによって行う。
本実施の形態によるアレイ制御回路37は、このような基本的な機能に加えて、不良ワード線WLを冗長ワード線RWLに置換する(救済する)機能を有している。アレイ制御回路37は、この置換を不良ワード線WLの属するブロックについてのみ行い、その他のブロックについては、上述した基本的な機能のとおりの動作を行う。以下、救済時の処理について詳しく説明する。
アレイ制御回路37は、ロウアドレスXA(リフレッシュアドレスRAを含む)の供給を受けるとまず、該ロウアドレスXAを含む不良ワード線情報DWAを記憶している不良ワード線アドレスレジスタ36を特定し、その結果に基づいて置換先となる冗長ワード線RWLを特定する。そしてさらに、その不良ワード線情報DWAに含まれるブロックアドレスから、置換処理の対象となるブロック(不良ワード線であるワード線WLの属するブロック)を特定する。
図3は、以上の特定処理を行うためのアレイ制御回路37の内部回路の一部を示す図である。同図には、不良ワード線アドレスレジスタ36〜36も記載している。図3に示すように、アレイ制御回路37は、不良ワード線アドレスレジスタ36〜36と一対一に対応して設けられるヒット信号生成部50〜50と、ブロックヒット信号生成部51とを有している。同図に示すアドレスFA〜FAは、不良ワード線情報DWAに含まれるロウアドレスXA(X〜X)を表している。また、ブロックデータBA〜BDは上述したブロックアドレスを構成するデータであり、それぞれブロック20−1A〜20−1Dに対応している。
ヒット信号生成部50(k=1〜N)は、対応する不良ワード線アドレスレジスタ36がアレイ制御回路37に供給されたロウアドレスXAを記憶している場合に活性化するヒット信号HITと、ヒット信号HITが活性化している場合に限り、対応する不良ワード線アドレスレジスタ36が記憶しているブロックアドレスに応じて活性化する複数の中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dとを生成する回路である。
具体的に説明すると、ヒット信号生成部50はまず、ロウアドレスバッファ33等から供給されるロウアドレスXA(X〜X)と、対応する不良ワード線アドレスレジスタ36から供給されるロウアドレスFA〜FAとをビットごとに比較する。そして、すべてのビットが等しい場合にヒット信号HITの論理値をハイ(活性状態)、それ以外の場合にヒット信号HITの論理値をロー(非活性状態)とする。したがって、ハイとなっているヒット信号HITを出力した不良ワード線アドレスレジスタ36が、ロウアドレスXAを含む不良ワード線情報DWAを記憶している不良ワード線アドレスレジスタ36として特定される。そして、アレイ制御回路37は、こうして特定された不良ワード線アドレスレジスタ36に対応する冗長ワード線RWLを、置換先の冗長ワード線RWLとして特定する。
次に、ヒット信号生成部50は、こうして生成したヒット信号HITと、対応する不良ワード線アドレスレジスタ36から供給されるブロックデータBA〜BDのそれぞれとを比較し、その結果に応じて中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dの論理値を制御する。具体的には、例えば中間ブロックヒット信号/HIT_Aに関しては、ヒット信号HITがハイであり、かつブロックデータBAが1(ハイ)である場合に論理値をロー(活性状態)とし、それ以外の場合に論理値をハイ(非活性状態)とする。中間ブロックヒット信号/HIT_B〜/HIT_Dについても同様である。このように、中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dの論理値には、ヒット信号HITが活性化している場合に限り、対応する不良ワード線情報DWAに含まれるブロックアドレスが反映される。したがって、中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dの論理値により、置換処理の対象となるブロックが特定される。
ブロックヒット信号生成部51は、ヒット信号生成部50〜50が生成した中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dに基づき、ブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dを生成する回路である。具体的には、例えばブロックヒット信号HIT_Aに関しては、対応する中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Aがすべてハイである場合に論理値をロー(非活性状態)とし、それ以外の場合に論理値をハイ(活性状態)とする。ブロックヒット信号HIT_B〜HIT_Dについても同様である。
アレイ制御回路37が行う特定処理について、図2を再度参照しながら、具体的な例を挙げてより詳しく説明する。上述したように、図2には共通のロウアドレスが割り当てられた4本のワード線WL1を示しており、このうちブロック20−1Bに配置されたワード線WL1(第1のワード線)が不良ワード線である。その他のワード線WL1(第2のワード線)は、不良でない通常のワード線である。ここでは、不良ワード線アドレスレジスタ36がこの不良ワード線WL1にかかる不良ワード線情報DWAを記憶するものと仮定すると、不良ワード線アドレスレジスタ36からロウアドレスXA1が出力されることになるので、ヒット信号生成部50から出力されるヒット信号HITがハイとなる。他の不良ワード線アドレスレジスタ36〜36からはロウアドレスXA1が出力されないので、それぞれヒット信号生成部50〜50から出力されるヒット信号HIT〜HITは、いずれもローとなる。ヒット信号HITがハイとなっていることから、ロウアドレスXA1を含む不良ワード線情報DWAを記憶している不良ワード線アドレスレジスタ36として不良ワード線アドレスレジスタ36が特定される。したがって、不良ワード線アドレスレジスタ36に対応する冗長ワード線RWLが、置換先の冗長ワード線RWLとして特定される。
不良ワード線アドレスレジスタ36から出力されるブロックデータBA〜BDに関しては、ブロックデータBBのみが1、他が0となるので、ヒット信号生成部50から出力される中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dのうち中間ブロックヒット信号/HIT_Bのみがローとなり、他はハイとなる。他のヒット信号生成部50〜50から出力される中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dについては、そもそもヒット信号HIT〜HITがローであることから、いずれもハイとなる。中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dが以上の論理値を有する結果、ブロックヒット信号HIT_Bがハイとなり、ブロックヒット信号HIT_A,HIT_C,HIT_Dがローとなる。つまり、置換処理の対象となるブロックとしてブロック20−1Bが特定される。
さて、アレイ制御回路37は、以上のようにして特定した冗長ワード線RWL及びブロックに基づいて上述したマット制御信号MACを生成し、各ブロックのロウデコーダ21に供給する。具体的には、まず第一に、置換先として特定した冗長ワード線RWLを示すマット制御信号MACを生成し、置換処理の対象として特定したブロックに対して供給する。これにより、置換処理の対象として特定されたブロックにおいて、ロウアドレスバッファ33等から供給されたロウアドレスXAにより示されるワード線WLから、置換先として特定された冗長ワード線RWLへの置換が実行される。第二に、アレイ制御回路37は、ロウアドレスバッファ33等から供給されたロウアドレスXAを示すマット制御信号MACを生成し、その他のブロックに対して供給する。これにより、置換処理の対象として特定されたブロック以外のブロックにおいて、ロウアドレスバッファ33等から供給されたロウアドレスXAにより示されるワード線WLの選択が実行される。
以上説明したように、本実施の形態による半導体装置10によれば、置換先の冗長ワード線RWLに加え、置換処理の対象となるブロック(不良ワード線であるワード線WLが属するブロック)も特定される。これにより、1本のワード線WLを救済する際に、同じロウアドレスXAを有する他のワード線WLまで冗長ワード線RWLに置換しなくて済むので、1本のワード線WLを救済するのにブロック数分の冗長ワード線RWLを使用する従来の半導体装置に比べ、救済効率が向上している。
なお、以上の説明では、ロウアドレスバッファ33からアレイ制御回路37に供給されたロウアドレスによって示される4本のワード線WLのうちの1本のみが不良ワード線WLである場合を取り上げたが、本実施の形態による半導体装置10は、複数本が不良ワード線WLである場合にも対応できる。例えば共通のロウアドレスXAが割り当てられた4本のワード線WL1のうち2本のワード線が不良ワード線である場合は、それぞれの不良ワード線が属するブロックに対応した2個の不良ワード線アドレスレジスタ36に不良ワード線情報DWAを記憶する。この時ロウアドレスXAは共通となりブロックデータBA〜BDが異なることになる。このようにすれば、不良ワード線が存在するブロックに対応した2個のヒット信号HITがハイとなるとともにブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dのうち不良ワード線が存在するブロックに対応する2本のブロックヒット信号がハイとなり、上述したように2本の不良ワード線が、対応する2本の冗長ワード線RWLに置換される。さらに別の方法として、アレイ制御回路37は、ブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dを用いず、中間ブロックヒット信号/HIT_A〜/HIT_Dから直接、置換先として特定した冗長ワード線RWLごとに、置換処理の対象となるブロックを特定してもよい。これにより、置換処理の対象となるブロックと、置換先として特定した冗長ワード線RWLとが対応付けられるので、アレイ制御回路37は、特定した冗長ワード線RWLごとに、該冗長ワード線RWLを示すマット制御信号MACを生成し、対応するブロックに対して供給する。こうして複数のブロックにおいて冗長ワード線RWLへの置換が実行されるので、アレイ制御回路37は、1つのロウアドレスに対して複数本の不良ワード線WLが存在する場合にも、適切な置換処理を行えることになる。
図4は、本発明の第2の実施の形態による半導体装置10の全体構成を示す図である。また、図5は、図4に示した半導体装置10の各構成のうち、本発明に特徴的な部分を抜き出して示す図である。なお、図5にはバンク20−1に関する構成を示しているが、他のバンクについても同様である。
本実施の形態による半導体装置10は、図5に示すように、バンク20−1の内部に冗長ブロック20−1Rが設けられている点で、第1の実施の形態による半導体装置10と相違している。冗長ブロック20−1Rは、少なくとも1本の冗長ワード線RWLを含み、通常のワード線WLを含まないブロックである。本実施の形態では、冗長ワード線RWLは冗長ブロック20−1Rに集約されており、各ブロック20−1A〜20−1Dは冗長ワード線RWLを含まない。また、図4及び図5に示すように本実施の形態による半導体装置10は、各バンク20−1〜20−4とリードライトアンプ26との間に、ブロックを切り替えるためのIO線スイッチ38を有している点でも、第1の実施の形態による半導体装置10と相違している。以下、これらの相違点を中心に詳しく説明する。
冗長ブロック20−1Rのビット線方向(図面横方向)の両側には、各ブロックのマットM0,M1と同じように、センスアンプ領域22が配置される。センスアンプ領域22には多数のセンスアンプSAが配置されており、各センスアンプSAはそれぞれ、フォールデッド方式で構成された相補のビット線BL,/BLの両方に接続される。ここで冗長ブロック20−1Rとブロック20−1Aが隣接する部分に配置されるセンスアンプSAは隣接するブロック間で共有されていない。これは、センスアンプSAの競合を避けるためである。ブロック20−1Rに属するセンスアンプSAは、図示しないカラムスイッチを介して、冗長IO線IO_R(冗長入出力線)に接続される。
冗長ブロック20−1Rのワード線方向の一端には、ロウデコーダ(XDEC)21が配置される。このロウデコーダ21は、アレイ制御回路37から供給されるマット制御信号MACに従って、冗長ブロック20−1R内の冗長ワード線RWLを選択するよう構成される。
IO線スイッチ38の一端は、第1の実施の形態で説明した第1のIO線IO_A〜IO_D(第1の入出力線)によりそれぞれブロック20−1A〜20−1Dと接続されるとともに、上述した冗長IO線IO_R(冗長入出力線)により冗長ブロック20−1Rと接続される。一方、IO線スイッチ38の他端は、それぞれブロック20−1A〜20−1Dに対応する第2のIO線io_A〜io_D(第2の入出力線。図4に示した第2のIO線ioL)によりリードライトアンプ26と接続される。IO線スイッチ38は、第2のIO線io_A〜io_Dのそれぞれを、アレイ制御回路37から供給されるIO切り換え信号IOCSに基づき、第1のIO線IO_A〜IO_D及び冗長IO線IO_Rのいずれかに接続する機能を有している。通常状態(IO切り換え信号IOCSが活性化されていない状態)においては、IO線スイッチ38は、第2のIO線io_A〜io_Dをそれぞれ第1のIO線IO_A〜IO_Dに接続する。IO線スイッチ38の詳しい構成については、後述する。
本実施の形態によるアレイ制御回路37は、置換先の冗長ワード線RWLと置換処理の対象となるブロックとを特定する点では第1の実施の形態によるアレイ制御回路37と同じであり、図3に示した内部回路を有している。ただし、本実施の形態では冗長ワード線RWLが冗長ブロック20−1Rに集約されているので、置換先として特定した冗長ワード線RWLを示すマット制御信号MACの供給先は、置換処理の対象として特定したブロックではなく、冗長ブロック20−1Rに属するロウデコーダ21となる。置換処理の対象として特定したブロック以外のブロックに関しては、通常通り、ロウアドレスバッファ33等から供給されたロウアドレスXAを示すマット制御信号MACを供給する。これらの処理により、置換処理の対象として特定されたブロックに関してのみ、冗長ブロック20−1R内の冗長ワード線RWLへの置換が実行される。
アレイ制御回路37はさらに、上述したIO切り換え信号IOCSを生成する機能を有している。IO切り換え信号IOCSは、置換処理の対象として特定したブロックを示す信号であり、冗長ワード線RWLへの置換を実行するときにのみ活性化される。冗長ワード線RWLへの置換を実行しないときには、非活性の状態とされる。具体的なIO切り換え信号IOCSとしては、上述したブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dをそのまま使用することが好適であるが、他の方法を用いてもよい。
図6は、IO線スイッチ38の内部構成を示す図である。同図には、IO切り換え信号IOCSをブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dにより構成した場合の例を示している。
同図に示すように、IO線スイッチ38は、第1のIO線IO_Aと第2のIO線io_Aとの間に接続されたトランスファーゲート38aと、第1のIO線IO_Bと第2のIO線io_Bとの間に接続されたトランスファーゲート38bと、第1のIO線IO_Cと第2のIO線io_Cとの間に接続されたトランスファーゲート38cと、第1のIO線IO_Dと第2のIO線io_Dとの間に接続されたトランスファーゲート38dと、それぞれ冗長IO線IO_Rと第2のIO線io_A〜io_Dとの間に接続されたトランスファーゲート38ar〜38drとを有している。
トランスファーゲート38a〜38dは、ブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dのうちの対応するものがローとなっている場合に導通し、それ以外の場合に切断するよう構成される。したがって、冗長ワード線RWLへの置換の対象となっていないブロックについては、第1のIO線と第2のIO線とが接続される。
一方、トランスファーゲート38ar〜38drは、ブロックヒット信号HIT_A〜HIT_Dのうちの対応するものがハイとなっている場合に導通し、それ以外の場合に切断するよう構成される。したがって、冗長ワード線RWLへの置換の対象となっているブロックについては、第2のIO線と冗長IO線IO_Rとが接続される。
このように、IO線スイッチ38は、8つのトランスファーゲート38a〜38d,38ar〜38drの動作により、冗長ワード線RWLへの置換の対象となっているブロックの第2のIO線を冗長IO線IO_Rにつなぎ変える処理を行っている。したがって、冗長ワード線WLに接続されたメモリセルに対し、カラムアクセスを行うことが可能になる。
以上説明したように、本実施の形態による半導体装置10によれば、冗長ワード線RWLを冗長ブロック20−1Rに集約することが可能になる。そしてもちろん、本実施の形態による半導体装置10によっても、1本のワード線WLを救済する際に、同じロウアドレスXAを有する他のワード線WLまで冗長ワード線RWLに置換しなくて済むので、1本のワード線WLを救済するのにブロック数分の冗長ワード線RWLを使用する従来の半導体装置に比べ、救済効率が向上している。
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態とは異なり、一度のロウアクセスに関して冗長ワード線RWLに置換することができるワード線WLの本数が、1本のみに限定される。これは、冗長ワード線RWLを1つの冗長ブロック20−1Rに集約していることから、複数本のワード線WLを置換しようとすると、冗長ブロック20−1R内でセンスアンプSAが競合してしまうためである。
図7は、本発明の第3の実施の形態によるコンピュータ70のシステム構成例を示す図である。同図に示すように、コンピュータ70は、半導体装置10と、マルチコアプロセッサ71とを有して構成される。半導体装置10は、第1又は第2の実施の形態で説明した半導体装置10であり、本実施の形態ではいわゆるメインメモリとしてコンピュータ70に組み込まれている。
マルチコアプロセッサ71は、4個のコア72−1〜72−4と、入出力装置(I/O)73と、外部記憶装置制御ブロック74と、オンチップメモリ75と、内部バス76とを有して構成される。4個のコア72−1〜72−4はそれぞれ半導体装置10のバンク20−1〜20−4に対応付けられており、それぞれ外部記憶装置制御ブロック74を介し、互いに独立して半導体装置10のリード又はライトを行う。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記各実施の形態では4ブロック構成の半導体装置10を取り上げたが、本発明はブロックの数によらず適用可能である。また、バンクの数についても同様であり、本発明はバンクの数によらず適用可能である。
また、本発明は、ブロック構成を採用しない半導体装置にも適用できる。すなわち、1つのロウアドレスにより複数のワード線が一度に選択される(1つのロウアドレスが複数のワード線に割り当てられる)タイプの半導体装置であれば、本発明を適用することにより、ワード線の救済効率を向上することが可能になる。
10 半導体装置
11,12 クロック端子
13 クロックイネーブル端子
14 コマンド端子
15 アドレス端子
16 データ入出力端子
20−1〜20−4 バンク
20−1A〜20−1D ブロック
20−1R 冗長ブロック
21 ロウデコーダ
22 センスアンプ領域
25 カラムデコーダ
26 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
30 コマンドデコーダ
31 チップ制御回路
32 モードレジスタ
33 ロウアドレスバッファ
34 カラムアドレスバッファ
35 リフレッシュアドレスカウンタ
36,36-36 不良ワード線アドレスレジスタ
37 アレイ制御回路
38 IO線スイッチ
38a-38d,38ar-38dr トランスファーゲート
40 クロック発生回路
50-50 ヒット信号生成部
51 ブロックヒット信号生成部
70 コンピュータ
71 マルチコアプロセッサ
72−1〜72−4 コア
73 入出力装置
74 外部記憶装置制御ブロック
75 オンチップメモリ
76 内部バス
BL,/BL ビット線
IOL,IO_A〜IO_D 第1のIO線
IO_R 冗長IO線
ioL,io_A〜io_D 第2のIO線
WL ワード線
RWL 冗長ワード線

Claims (18)

  1. 第1及び第2の通常ワード線を含む複数の通常ワード線、及び、冗長ワード線を有し、アドレス情報に応答して前記第1及び第2の通常ワード線が一度に選択されるように構成されたメモリセルアレイと、
    前記冗長ワード線に対応付けて、前記第1の通常ワード線を特定する不良情報を記憶する不良情報記憶回路と、
    前記アドレス情報が供給されたことに応じて、前記第1の通常ワード線に代えて前記不良情報に対応する前記冗長ワード線を選択するとともに、前記第2の通常ワード線を選択する制御回路と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 複数の前記冗長ワード線を備え、
    前記不良情報記憶回路は、前記冗長ワード線ごとに、前記複数の通常ワード線の中の1本を特定する不良情報を記憶する
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記制御回路は、前記アドレス情報が供給されたことに応じて、前記不良情報記憶回路に記憶される前記冗長ワード線ごとの前記不良情報のうち前記第1の通常ワード線を特定するものを特定し、前記第1の通常ワード線に代え、特定した前記不良情報に対応する前記冗長ワード線を選択する
    ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記メモリセルアレイは、それぞれ複数の前記通常ワード線を含む複数のブロックを有し、
    前記第1及び第2の通常ワード線は、互いに異なる前記ブロックに含まれる
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記複数のブロックはそれぞれ所定数の前記冗長ワード線を含む
    ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記第1の通常ワード線を特定する不良情報が対応する前記冗長ワード線は、該第1の通常ワード線と同一のブロックに含まれる
    ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記メモリセルアレイは、前記冗長ワード線を含む冗長ブロックをさらに有し、前記複数のブロックは前記冗長ワード線を含まない
    ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  8. それぞれ複数の通常ワード線を含む複数のブロックと、少なくとも1本の冗長ワード線とを含むメモリセルアレイと、
    前記少なくとも1本の冗長ワード線それぞれに対応して設けられ、それぞれ前記複数の通常ワード線のうちの不良ワード線に割り当てられたロウアドレスと該不良ワード線の属する前記ブロックを示すブロックアドレスとを対応付けて記憶する少なくとも1つの不良情報記憶回路と、
    ロウアドレスが供給されたことに応じて、該ロウアドレスを記憶している前記不良情報記憶回路を特定することにより置換先となる前記冗長ワード線を特定するとともに、特定した前記不良情報記憶回路が記憶している前記ブロックアドレスから置換処理の対象となる前記ブロックを特定し、置換処理の対象として特定した前記ブロックに関して、置換先として特定した前記冗長ワード線を選択するとともに、置換処理の対象として特定した前記ブロック以外の前記ブロックに関して、供給された前記ロウアドレスにより示される前記通常ワード線を選択する制御回路と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  9. 前記制御回路は、前記少なくとも1つの不良情報記憶回路それぞれに対応して設けられ、供給された前記ロウアドレスと、対応する前記不良情報記憶回路に記憶される前記ロウアドレスとに基づいて、対応する前記不良情報記憶回路が供給された前記ロウアドレスを記憶している場合に活性化するヒット信号を生成する少なくとも1つのヒット信号生成部を有し、
    前記制御回路は、前記少なくとも1つのヒット信号生成部がそれぞれ生成した前記ヒット信号に基づき、供給された前記ロウアドレスを記憶している前記不良情報記憶回路を特定する
    ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記少なくとも1つのヒット信号生成部はそれぞれ、生成した前記ヒット信号が活性化している場合に限り、対応する前記不良情報記憶回路に記憶される前記ブロックアドレスに応じて活性化する複数の中間ブロックヒット信号を生成し、
    前記制御回路は、前記少なくとも1つのヒット信号生成部がそれぞれ生成した前記複数の中間ブロックヒット信号に基づき、置換処理の対象となる前記ブロックを特定する
    ことを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置。
  11. 前記制御回路は、前記少なくとも1つのヒット信号生成部がそれぞれ生成した前記複数の中間ブロックヒット信号に基づき、それぞれ前記複数のブロックに対応する複数のブロックヒット信号を生成するブロックヒット信号生成部をさらに有し、
    前記制御回路は、前記複数のブロックヒット信号に基づき、置換処理の対象となる前記ブロックを特定する
    ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記制御回路は、置換先として特定した前記冗長ワード線ごとに、置換処理の対象となる前記ブロックを特定する
    ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
  13. 前記複数のブロックはそれぞれ所定数の前記冗長ワード線を含む
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記ブロックアドレスは、該ブロックアドレスを記憶する前記不良情報記憶回路に対応する前記冗長ワード線が属する前記ブロックを示す
    ことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
  15. 前記制御回路は、置換処理の対象として特定した前記ブロックに対し、置換先として特定した前記冗長ワード線を示す制御信号を供給することにより、該冗長ワード線を選択する
    ことを特徴とする請求項13又は14に記載の半導体装置。
  16. 前記メモリセルアレイは、前記少なくとも1本の冗長ワード線を含む冗長ブロックをさらに有し、前記複数のブロックは前記冗長ワード線を含まない
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の半導体装置。
  17. 前記制御回路は、前記冗長ブロックに対し、置換先として特定した前記冗長ワード線を示す制御信号を供給することにより、該冗長ワード線を選択する
    ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
  18. リードライトアンプと、
    前記複数のブロックそれぞれに対応して設けられ、対応する前記ブロックに接続された複数の第1の入出力線と、
    前記冗長ブロックに接続された冗長入出力線と、
    前記複数のブロックそれぞれに対応して設けられ、前記リードライトアンプに接続された複数の第2の入出力線と、
    一端に前記複数の第1の入出力線及び前記冗長入出力線が接続され、他端に前記複数の第2の入出力線が接続された入出力線スイッチとをさらに備え、
    前記入出力線スイッチは、前記制御回路が置換処理の対象として特定した前記ブロックに対応する前記第2の入出力線を前記冗長入出力線に接続するとともに、他の前記第2の入出力線を対応する前記第1の入出力線に接続する
    ことを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置。
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