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JP4693197B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不良メモリセルを救済するリダンダンシ・システムを含む半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体記憶装置には、リダンダンシ・システムが採用されている。このリダンダンシ・システムは一部のメモリセルに欠陥があった場合、この欠陥セルを冗長セルと置き換えることにより救済し、製品の歩留まりを向上させるものである。現在最も一般的に用いられているリダンダンシ・システムは、セルアレイ単位の置き換えであり、メモリセルアレイの複数行又は複数列(一列又は一行の場合もある)を単位として置き換えられる。すなわち、メモリセルアレイをテストした結果、欠陥を有するセルがあった場合、そのセルを含むセルアレイがそれと同じ大きさの冗長セルアレイ(スペアエレメント)で置き換えられる。
欠陥セルを含むセルアレイ単位のアドレス情報は、不揮発性の記憶素子により記憶されている。現在この記憶素子としては一般にフューズが用いられている。アドレス情報は通常複数ビットで構成されるため、それに対応した複数本のフューズを含むフューズセットがリダンダンシの単位となる。通常、スペアエレメントとフューズセットは1対1に対応され、チップ内にはスペアエレメントと同数のフューズセットが設けられる。スペアエレメントを使用する場合、それに対応するフューズセット内のフューズがアドレスに応じて切断される。この方式は構成がシンプルであり、現在広く使用されている。
【0003】
一方、リダンダンシ・システムは通常の回路に加えてスペアエレメント及びフューズセットを必要とするため、メモリチップの面積が増大する。救済可能な欠陥の数と冗長回路の面積はトレードオフの関係にあるため、面積効率を向上させるリダンダンシ・システムが種々提案されている。例えば、Kirihata等が提案したフレキシブルなリダンダンシ・システム("Fault-Tolerant Design for 256Mb DRAM"(IEEE JOURNAL of SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.31, NO.4, April 1996)参照)がある。この方式は、1つのスペアエレメントが広いセルアレイ領域をカバーしているため、欠陥セルがチップの一部に偏って存在する場合でも、セルアレイ内に欠陥が均等に分散している場合と同様に救済できる。このため、スペアエレメントの数を削減して、リダンダンシ回路の面積効率を高めることができる。
このように、チップ当たりの欠陥数が判明している場合、或いは予測できる場合、少数のスペアエレメントで欠陥を救済することは面積効率を向上でき有効である。特に、1つのスペアエレメントが広いセルアレイ領域をカバーできる場合、上記方式は有効である。
【0004】
しかし、近年、メモリセルアレイが複数に分割されたメモリチップが開発されている。例えばチップ内部に複数のバンクを持ち、それらのバンクが同時に活性化されるメモリチップがある。この様なメモリチップは、他のバンクの欠陥セルを救済するスペアエレメントを持つことができない。バンクの数が多くなるほど、チップ内のメモリセルアレイの分割数は増加し、1つのスペアエレメントがカバーできるセルアレイ領域は狭くなる。これは主に、ロウスペアエレメントの問題であるが、カラムスペアエレメントについても同様の問題が生じる。即ち、メモリデバイスの高速化が進むと、スペアエレメントで置き換える前と置き換えた後のメモリセルの位置が物理的に離れた場合、信号又はデータの伝搬遅延が大きくなり、高速性能を損なう。高速性能を維持しようとすると、物理的に近い位置同士の置き換えしかできなくなるため、結果的にカラムスペアエレメントは広いセルアレイ領域をカバーできなくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、バンク数や高速動作等の制限から、スペアエレメントが狭い範囲しかカバーできない場合、欠陥がメモリセルアレイの一部に偏在した場合においても欠陥セルを救済できるようにするためには狭いセルアレイ領域毎にスペアエレメントを設けなければならない。これはチップ全体として見ると、チップ当たりの平均欠陥数を大幅に超えたスペアエレメント数をチップに組み込むことになるため、面積効率を悪化させる。更に、スペアエレメントとフューズセットを一対一に対応させる従来の方式では、スペアエレメントの増加に伴ってフューズセットの数も増加してしまう。一般にフューズの方がスペアエレメントよりも大きな面積を必要とするため、スペアエレメントとフューズセットを1対1に対応させる方式では、リダンダンシ回路の面積効率が大きく低下してしまう。
この発明は、上記課題を解決するものであり、その目的とするところは、不良救済に必要な不揮発性記憶素子の数を削除してチップに対するリダンダンシ回路の面積効率を向上でき、しかも、高い救済率を得ることが可能な半導体記憶装置を提供しようとするものである
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる第1の半導体記憶装置は、複数のサブセルアレイに分割されたメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、前記各サブセルアレイに対応して配置された冗長セルアレイと、入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのロウを選択するロウデコーダと、入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのカラムを選択するカラムデコーダと、前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスと前記冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報とを記憶して、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、一致結果と前記マッピング情報とに基づいて不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路と、前記記憶回路から供給される置換制御信号に応じて活性化され、前記冗長セルアレイを選択するスペアデコーダとを具備することを特徴とする。
【0006】
本発明にかかる第2の半導体記憶装置は、複数のサブセルアレイに分割されているメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、前記各サブセルアレイに対応して配置された冗長セルアレイと、入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのロウを選択するロウデコーダと、入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのカラムを選択するカラムデコーダと、前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスを記憶する複数の第1の記憶素子と、前記冗長セルアレイと各フューズセットの対応関係を示すマッピング情報を記憶する複数の第2の記憶素子と、複数の前記第1の記憶素子に記憶された前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとを比較して、前記記憶された前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合に一致出力信号を出力する複数の比較器と、前記各比較器から前記一致出力信号が出力された場合に前記第2の記憶素子に記憶されたマッピング情報をデコードするデコーダとを備える複数の記憶回路と、前記デコーダの出力信号に応じて活性化され、前記冗長セルアレイを選択するスペアデコーダとを具備することを特徴とする。
【0007】
本発明に係る第3の半導体記憶装置は、複数のメモリセルがロウ及びカラムに配列された第1のメモリセルアレイと、複数のメモリセルがロウ及びカラムに配列された第2のメモリセルアレイと、前記第1のメモリセルアレイ内の第1の不良メモリセルを置換する複数の第1の冗長ユニットと、前記第2のメモリセルアレイ内の第2の不良メモリセルを置換する複数の第2の冗長ユニットと、不良メモリセルのアドレス、及び前記第1、第2の冗長ユニットとの対応関係を示すマッピング情報を記憶し、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、前記マッピング情報に基づいて不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路とを具備し、前記記憶回路の数は、前記第1、第2の冗長ユニットの数以下であり、前記第1のメモリセルアレイは第1のバンクを含み、前記第2のメモリセルアレイは第2のバンクを含み、前記複数の記憶回路のそれぞれは、前記第1のメモリセルアレイの不良メモリセルと前記第2のメモリセルアレイの不良メモリセルの何れか1つを置換することを特徴とする。
本発明に係る第4の半導体記憶装置は、複数のバンクに分割されたメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイの不良メモリセルを置換するための冗長セルアレイと、前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスと前記冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報と、前記バンクを選択するためのアドレス情報を記憶し、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、前記マッピング情報とアドレス情報に基づき不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路と、を具備し、前記記憶回路の数は、前記冗長セルアレイの数以下であることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の一実施の形態によるDRAMの要部構成を示している。メモリセルアレイ1は、M行×N列のマトリクス状のサブセルアレイ11(m,n)に分割されている。具体的には、メモリセルアレイ1は、横方向(ロウ方向)にM=8個、縦方向(カラム方向)にN=16個の計8×16=128個のサブセルアレイ11(m,n)(m=0〜7、n=0〜15)に分割されている。サブセルアレイ11の分割単位は例えば、データ線に同時にデータを転送できるカラム数と、1つのセンスアンプ列に接続される連続するビット線の範囲に含まれるロウ数(ワード線数)とで決定される。この分割単位はこの実施の形態の場合、1つのスペアエレメント(冗長セルアレイ)により不良救済される救済単位でもある。しかし、1つのスペアエレメントで複数のサブアレイの不良を救済することも可能である。
ロウ方向に並ぶ8個のサブセルアレイ11は、1つのバンクを構成しており、この実施の形態の場合16個のバンクBn(n=0〜15)が配置される。さらに、カラム方向に並ぶ16個のサブアレイはサブアレイ列を構成し、図1の場合、8個のサブセルアレイ列Cm(m=0〜7)が配置されている。メモリセルアレイ1のロウ方向端部には外部から供給されるロウアドレスRAをデコードするロウデコーダ回路3が配置され、各サブセルアレイ列Cmには外部から供給されるカラムアドレスCAをデコードするカラムデコーダ回路2mがそれぞれ配置されている。これらロウデコーダ回路3、及びカラムデコーダ回路2mにより、メモリセルが選択される。
【0009】
各サブセルアレイ11は、図2に示すように、複数本のワード線WLとダミーワード線DWL、及びこれらと直交する複数本のカラム選択線CSLを含んでいる。サブセルアレイ11の容量は任意であるが、この実施の形態において、カラム選択線CSLは各サブセルアレイ11につき16本であるとする。図1では省略しているが、図2に示すようにサブセルアレイ11の両側には、カラム選択線CSLにより選択されるビット線のデータを読み出すセンスアンプ列6が配置されている。これらセンスアンプ列6は、隣接するサブセルアレイにより共有される所謂シェアードセンスアンプ方式とされている。但し、シェアードセンスアンプ方式に限らず、サブセルアレイ毎に独立にセンスアンプ列が設けられる構成であってもよい。
各サブセルアレイ11のロウ方向端部には、冗長セルアレイとしてスペアエレメント12(m,n)が配置され、このスペアエレメント12にはスペアエレメント12を選択するためのスペアカラム選択線SCSLm(m=0〜7)がカラム選択線CSLと平行に配置されている。
図3は、図2を具体的に示している。図3において、スペアエレメント12は、一対の冗長ビット線BL,bBL(以下、bは反転信号を示す)を有している。しかし、これに限らず、複数の冗長ビット線対を持つスペアエレメントとしてもよい。スペアエレメント12を構成する冗長ビット線対BL,bBLには、サブセルアレイ11と同様のメモリセルMC及びダミーセルDMCが配置されている。これらメモリセルMC及びダミーセルDMCは、サブセルアレイ11から延長されたワード線WL及びダミーワード線DWLにより選択される。
【0010】
カラム選択線CSLとスペアカラム選択線SCSLは、図1に示すように、カラム方向に並ぶN=16個のサブセルアレイ11及びスペアエレメント12に連続して配設されている。カラム選択線CSLを選択駆動するカラムデコーダ回路(CD)2は、カラム方向に並ぶN=16個のサブセルアレイ12に共通に設けられている。スペアカラムデコーダ(SCD)9mは、各カラムデコーダ回路2に隣接して配置されている。このスペアカラムデコーダ(SCD)9mは、不良救済時にカラム方向に並ぶN=16個のスペアエレメント12に共通に接続されたスペアカラム選択線SCSLを駆動する。
図3に示すように、各サブセルアレイ11及びスペアエレメント12のビット線対BL,bBLはセンスアンプ列6を構成するセンスアンプ(SA)にそれぞれ接続されている。これらセンスアンプ(SA)とデータ線対DQ,bDQの相互間にはカラム選択スイッチ回路(SW)7が接続されている。これらカラム選択スイッチ回路(SW)7はカラム選択線CSLおよびスペアカラム選択線SCSLに接続され、これらカラム選択スイッチ回路(SW)7はカラム選択線CSLおよびスペアカラム選択線SCSLの信号により選択的にオンオフ制御される。データの読み出し時に、ビット線対BL,bBLを伝搬するデータは、センスアンプ(SA)により増幅され、オンとされたスイッチ回路7を介してデータ線対DQ,bDQに出力される。
【0011】
図1に示すように、この実施の形態ではロウ方向のサブセルアレイ11の個数(即ちバンク数)に等しいN=16個のフューズセット5n(n=0〜15)が設けられている。各フューズセット50〜515は、不良メモリセルのアドレス(不良アドレス)を記憶し、外部から供給されるアドレスと不良アドレスとを比較する。この比較の結果、これらが一致している場合、スペアエレメント12により不良カラムを置き換えるための信号を出力する。この信号は対応するサブセルアレイのスペアカラムデコーダに供給され、この信号の反転信号が対応するサブセルアレイのカラムデコーダに供給される。また、この実施の形態において、各フューズセット50〜515は、8本のスペアカラム選択線SCSL0〜SCSL15との対応関係情報(マッピング情報)を記憶する。その詳細は後述する。
なお、この実施の形態は、M×N個のサブセルアレイ11に対応してM×N個のスペアエレメント12を配置し、カラム方向のサブセルアレイ11の個数分のフューズセット5を設けている。しかし、この発明はこの構成に限られるわけではない。即ち、この発明において、フューズセットは従来のものと異なり、スペアエレメントとの対応関係を示すマッピング情報を有している。従来のフューズセットはスペアエレメントと1対1に対応されている。これに対して、この実施の形態のフューズセットはマッピング情報により、任意のスペアエレメントと対応づけられる。これにより、フューズセットの数をスペアエレメントの数以下とすることができ、しかも、不良が均一に分散した場合、或いは不良が偏在した場合にも、柔軟に不良を救済できる。本発明におけるフューズセットの数Nfsとスペアエレメントの関係を一般的に示すと次式のようになる。
【0012】
Nfs<M×N
各フューズセット50〜515は8本の出力線80〜87を有している。これら出力線80〜87は、不良カラム選択線の置き換えを行う場合、いずれか1つが活性化される。各フューズセット50〜515の出力線80〜87は、8本の置換制御信号線40〜47は接続され、ワイヤド・オア回路を構成している。これら8本の置換制御信号線40〜47は、不良セルの置き換え時に、フューズセット50〜515のいずれか1つから出力されるハイレベル信号に応じて、いずれか1本がハイレベルとされる。置換制御信号線40〜47の1つがハイレベルとなると、このハイレベル信号が供給されるスペアカラムデコーダ(SCD)により1つのスペアカラム選択線SCSLが選択される。これとともに、前記ハイレベル信号がインバータ回路22を介して供給されるカラムデコーダ(CD)は、サブセルアレイ11内のカラム選択線CSLを非選択とする。従って8本の置換制御信号線40〜47は、それぞれ8個のカラムデコーダ回路20〜27と、これらに隣接するスペアカラムデコーダ90〜97を制御する。
置換制御信号線4の作用をより具体的に説明する。第1番目の置換制御信号線40は、カラムデコーダ回路20とこれに隣接するスペアカラムデコーダ90を選択的に活性化する。従って、カラムデコーダ回路20を構成する各カラムデコーダ(CD)の入力端はインバータ22を介して置換制御信号線40に接続され、スペアカラムデコーダ(SCD)90の入力端は置換制御信号線40に直接接続されている。これにより、置換制御信号線40がハイレベルのとき、スペアカラムデコーダ90が活性化され、カラムデコーダ回路20が非活性化される。この結果、カラムデコーダ回路20により選択されるカラム選択線CSLに代わって、スペアカラム選択線SCSL0が選択され、スペアエレメント12のデータが読み出される。
【0013】
第2番目以下の置換制御信号線41,42,…も同様に、カラムデコーダ回路21,22,…とこれらに隣接するスペアカラムデコーダ91,92,…の活性化を制御する。この構成によれば、任意のサブセルアレイ内でスペアカラム選択線SCSLが選択されたとき、カラム選択線CSLが非活性化され、不良セルがスペアセルに置き換えられる。
図4は、図1に示すフューズセット50〜515の具体構成を示している。これらフューズセット50〜515はいずれも同一構成であるため、1つを代表して説明する。フューズセット5は、メモリセルアレイ1の不良アドレスを記憶するアドレス指定用フューズ回路501と、このフューズセット5を使用するか否かを記憶するイネーブル用フューズ回路502を有する。さらに、このフューズセット5は、マッピング用フューズ回路503を有している。このマッピング用フューズ回路503は、フューズセット5が対応された8本の前記スペアカラム選択線SCSLのうちの1つのアドレスを予め記憶する。
アドレス指定用フューズ回路501は、計11本のフューズFSを有する。このうち例えば7本のフューズFS(1)〜(7)はカラムアドレスの最小単位を指定するために用いられる。残り4本のフューズFS(8)〜(11)は、一本のスペアカラム選択線SCSLにより読み出される16個のスペアエレメント12を選択するために使用される。即ちアドレス指定用フューズ回路501は、サブセルアレイ11内の不良メモリセルを指定するためのアドレス情報と、16個のバンクBn(n=0〜15)を選択するためのアドレス情報とを含んでいる。マッピング用フューズ回路503は、8本のスペアカラム選択線SCSLmを選択するに必要な3本のフューズFS(13)〜(15)を有する。即ちマッピング用フューズ回路503は、ロウ方向に並ぶ8個のサブセルアレイ列Cm(m=0〜7)の1つを選択するアドレス情報を記憶する。
【0014】
各フューズ回路501〜503のフューズFSは、いずれもプリチャージ用PMOSトランジスタQp及び選択用NMOSトランジスタQnと共に電源Vccと接地Vss間に直列接続されている。PMOSトランジスタQpとNMOSトランジスタQnの接続ノードNは出力ノードである。フューズデータは、PMOSトランジスタQpをオンとして出力ノードNを電源電圧Vccにプリチャージした後、PMOSトランジスタQpをオフ、NMOSトランジスタQnをオンとして読み出される。即ちフューズFSが切断されている場合、ハイレベル(=Vcc)が出力ノードNから出力され、フューズFSが切断されていない場合、ローレベル(=Vss)が出力ノードNから出力される。
フューズ回路501の出力信号は、カラムアドレスa0〜a6及びアドレスb0〜b3と共に複数のコンパレータCMPにより構成されたアドレス一致検出回路504に供給される。前記アドレスb0〜b3は一本のスペアカラム選択線SCSLにより選択される16個のスペアエレメント12の選択に必要なアドレスである。このアドレス一致検出回路504は、フューズ回路501の出力信号とカラムアドレスa0〜a6、及びアドレスb0〜b3とが一致しているか否か検出される。このアドレス一致検出回路504の複数の出力信号とイネーブルフューズ回路502の出力信号はANDゲート505に供給される。このANDゲート505の出力端から、外部から供給されるアドレスとフューズ情報が一致したことを示すMatch信号507(即ち不良セルの置き換えを行うためのイネーブル信号)が出力される。
【0015】
前記Match信号507はデコーダ506に供給される。このデコーダ506にはマッピング用フューズ回路503の3本の出力信号線5081、5082、5083が接続されている。このデコーダ506はMatch信号507が活性化されたとき、マッピング用フューズ回路503の出力信号をデコードする。その結果、デコーダ506の8本の出力線8のいずれか1つが活性化され、これが前記置換制御信号線4の1つを活性化するための置換制御信号となる。
ここでは、アドレス指定用フューズ回路501が11本のフューズを持ち、イネーブル用フューズ回路502が1本のフューズを有し、マッピング用フューズ回路503が3本のフューズを持つ例を示している。しかし、これは一例に過ぎない。アドレス指定用フューズ回路501のフューズの数はサブセルアレイ11の容量及びバンクの容量に応じて増減し、マッピング用フューズ回路503のフューズの数もサブセルアレイ列の数に応じて増減する。イネーブル用フューズ回路502のフューズを複数本とすることもできる。
図5は、前記デコーダ506の一例を示している。このデコーダ506はフューズ回路503から出力される3つの信号とそれらの反転信号、及びMatch信号507が供給される8個のANDゲートG1〜G8により構成される。これらANDゲートG1〜G8の出力端から置換制御信号が出力される。
【0016】
上記実施の形態によれば、128個のサブセルアレイ11にそれぞれスペアエレメント12を配置し、フューズセットはスペアエレメント12の数より少ない16個とし、16個のサブセルアレイ11の不良を救済可能としている。しかも、各フューズセット5は、不良アドレスと共に、16個のフューズセット5を8個のサブセルアレイ列Cmのどれに対応させるかを示すマッピング情報を有し、このマッピング情報に基づいて8本の置換制御信号線4のいずれか1つを選択し、フューズセット5を任意のサブセルアレイ列Cmに対応可能としている。したがって、メモリセルアレイ内部で不良箇所が分散している場合、或いは不良箇所がメモリセルアレイの一部分に偏在している場合においても、16個のフューズセット5を柔軟に対応させることができる。
具体的には、例えば図1に示すメモリセルアレイ1において、サブセルアレイ列C0内の1つのカラム選択線CSLに沿って16個の不良セルがある場合を考える。この場合、16個のフューズセット50〜515の全てに、置換制御信号線40を活性化するマッピング情報が記憶され、16個のフューズセット50〜515により1つのカラム選択線に沿った16個の不良セルが救済される。
【0017】
具体的にこの実施の形態のリダンダンシ方式の作用効果を、従来方式を用いた図14及び図15と比較しながら説明する。図14及び図15において、図1と同一部分には同一符号を付す。まず、図14に示す従来方式において、スペアエレメント12(m,n)はメモリセルアレイ1の128個のサブセルアレイ11(m,n)毎に配置されている。この構成は、本実施の形態と同様である。しかし、フューズセット群601(6010〜6017)は各スペアカラム選択線SCSL毎に設けられる。各フューズセット群601はスペアカラム選択線SCSLに沿って分割された16個のスペアエレメント12と対応させるために16個のフューズセット602(6020〜60215)を有している。例えばスペアエレメント12(1,0)にフューズセット6020を対応させ、スペアエレメント12(1,15)に対してフューズセット60215を対応させるというように、各スペアエレメント12と各フューズセット5が一対一に対応されている。この例の場合、アドレスの数が上記実施の形態と同じであると仮定すると、フューズ本数は、{7(アドレスの数)+1(イネーブル)}×16×8=1024本となる。これは、上記実施の形態のフューズ本数に比べて4.3倍である。
【0018】
また、図14に示す従来方式の場合、128個のスペアエレメント12を不良セルと置き換えることができるため、上記実施の形態と同様、救済の自由度は大きい。しかし、1チップ内に発生する欠陥数を平均10個程度とした場合、実際に不良救済に使用されるフューズセットの数は10個程度である。したがって、不良救済に使用されないフューズセットの数が多い。このため、冗長回路がチップの多くの面積を占有する割に不良セルの救済効率が低い。
次に、図15に示す従来方式において、スペアエレメント12はカラム方向に並ぶ複数のサブセルアレイ11に対して共通に配置されている。フューズセット7010〜7017は、各サブセルアレイ列C0〜C7に配置されている。この例の場合、フューズの数は、{7(アドレスの数)+1(イネーブル)}×8=64本と少ない。しかし、1チップ内に発生する欠陥数を前述のように平均10個とすると、スペアエレメント12が8個しかないため、救済率が低く、チップの歩留まりが大きく低下してしまう。
一方、上記実施の形態の場合、メモリセルアレイ1は128個のスペアエレメント12を有している。しかし、フューズ本数は、{7(アドレスの数)+4(スペアエレメント選択)+1(イネーブル)+3(マッピング)}×16=240本である。即ち、図14に示す方式と比較してフューズの数を大きく削減できる。しかも、128個のスペアエレメントの1つを任意に選択して不良セルの書き換えを行うことができる。したがって、救済効率が良好である。
【0019】
図6は、フューズセットの変形例を示している。上記実施の形態において、あるカラム選択線に沿って複数個の不良セルがあった場合、各不良セルに対応するアドレス情報をマッピング用フューズ回路503にプログラムして複数のフューズセットを対応させている。これに対して、もし一本のカラム選択線に沿った全てのメモリセルが不良である場合、これらを1つのフューズセットで救済可能とするには、図4に示すフューズセットの構成を、図6のように変形すればよい。即ち、図4のフューズセットに、フューズ回路511、ANDゲート513及びORゲート514を付加する。前記フューズ回路511は1本のフューズを有し、このフューズセットが使用されているか否かを示すイネーブルフューズ回路である。ANDゲート513には、一致検出回路504の出力信号のうち、バンクアドレス指定用回路部501bに対応する出力信号が供給される。このANDゲート513の出力信号と前記フューズ回路511の出力信号はORゲート514に供給され、ORゲート514は前記ANDゲート505に供給される。
上記構成において、あるカラム選択線に沿って全てのメモリセルが不良である場合、対応するフューズセットのフューズ回路511のフューズを切断する。このとき、アドレス指定用フューズ回路501のバンクアドレス指定用回路部501bのプログラムは行う必要がない。
【0020】
この様にすれば、不良カラムアドレスが入力されたとき、バンクアドレスとは無関係に、フューズ回路511の出力信号によりMatch信号507がハイレベルとなる。即ち、一本のカラム選択線に沿った全てのセルが不良の場合、これら不良セルに対して1つのフューズセットで不良救済を行うことができる。従って、不良セルの数や場所に応じて、不良セルを柔軟に救済できる。
上記実施の形態では、サブセルアレイ11毎にスペアエレメント12を配置したが、これに限定されるものではない。スペアエレメントの配置及び個数は、図7〜図12に示すように、種々変形できる。
図7は、ロウ方向に並ぶ複数個のサブセルアレイ11に対して1個のスペアエレメント12を配置する例を示している。このとき、1つのスペアエレメント12はロウ方向に配置された複数個のサブセルアレイ11の不良救済に用いられる。スペアエレメント12の数は、サブセルアレイ11の数M×Nの整数分の1である。
図7に示す構成は、スペアエレメントの数が少ないため、欠陥セルの密度が小さい場合に有効である。この構成によれば、救済効率を低下せずに面積を縮小できる。
【0021】
図8は、スペアエレメント12をカラム方向に配置された複数のサブセルアレイ11に対して共通に1つ配置した例を示している。この構成によれば、カラム選択線CSLに沿った複数のサブセルアレイ11に発生した不良セルを一括してスペアエレメント12に置換えることができる。しかも、この構成とすることにより、1つのフューズセット中のフューズの数、比較回路の数、ANDゲートの数を削減することができ、チップ面積を削減して高速動作が可能である。
図9は、スペアエレメント12をサブセルアレイ11とロウデコーダ3の相互間に配置した例を示している。この構成によれば、ロウデコーダの近傍に入出力回路が配置されている場合、スペアエレメントが選択されると、この選択されたスペアエレメントと入出力回路との間で高速にデータを転送できる。
図10は、サブセルアレイ11とスペアエレメント12の相互間にロウデコーダ3を配置した例を示している。この構成によっても、図9と同様の効果を得ることができる。
図11は、ロウ方向に並ぶサブセルアレイ11の中間部にスペアエレメント12を配置した例を示している。この構成によっても、図9と同様の効果を得ることができる。
【0022】
図9乃至図11において、スペアエレメント12を図8に示す例と同様に、カラム方向に共通に配置することもできる。
図12は、メモリセルアレイの場所に応じて、スペアエレメントの数を異ならせた例を示している。具体的には、1つのサブセルアレイ11に対して、スペアエレメント12を2個設ける部分と、1個設ける部分があることを示している。一般に、製造プロセスの条件により、チップ端部やメモリセルアレイの端部のようにパターンの連続性が途切れる部分には不良が発生し易い。そこで、図12に示すように、チップの端部やメモリセルアレイの端部のようにパターンの連続性が途切れる部分に位置するサブセルアレイに対して、複数のスペアエレメントを配置することにより、複数の不良を救済できる。
図13は、サブセルアレイの容量に応じて、スペアエレメントの数を異ならせた例を示している。例えばパリティビットを有するメモリセルや、ランバス(Rambus)準拠DRAMのように、メモリセルアレイが均等の容量を有するサブセルアレイに分割されていないメモリ装置がある。このようなサブセルアレイを有するメモリセルアレイは、サブセルアレイの容量に応じて不良の発生密度が異なる。図13に示すメモリセルアレイ11において、サブセルアレイ11aは例えば160Kビットの容量を有し、サブセルアレイ11bは例えば128Kの容量を有している。この場合、サブセルアレイ11bに比べてサブセルアレイ11aの不良発生密度が高くなる。したがって、各サブセルアレイ11aに対応して2個のスペアエレメント12を配置し、各サブセルアレイ11bに対応して1個のスペアエレメント12をしている。
【0023】
上記構成によれば、不良発生密度が高いサブセルアレイに対してのみ多くのスペアエレメントを配置しているため、スペアエレメントの数を必要最小限に抑えて不良セルの救済効率を向上できる。
その他、この発明は、種々変形実施可能である。例えば上記実施の形態は、スペアエレメントにより不良カラム選択線、すなわち不良ビット線を置き換える場合について説明した。しかし、これに限らず、不良ワード線をスペアエレメントに置き換える場合にもこの発明を同様に適用できる。
また、上記実施の形態において、不良アドレス記憶回路を構成する不揮発性記憶素子としてフューズを用いたが、ROM,EPROM,EEPROM等、他の各種不揮発性半導体記憶素子を用いることができる。
さらに、この発明が適用される半導体記憶装置は、単体に限らず、ロジック回路等にマージンされた記憶装置の場合も含む。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、不良アドレスを記憶する記憶回路内に冗長セルアレイとのマッピング情報を記憶させることにより、不良セルがメモリセルアレイの一部に偏在した場合にも確実に不良セルを救済できる。しかも、不良セルの救済に必要な冗長セルアレイの数を削除してリダンダンシ回路の面積効率を向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態によるDRAMの要部を示すブロック図。
【図2】 図1に示すサブアレイの具体な構成を示すブロック図。
【図3】 図1に示すサブセルアレイ及びその周辺回路を具体的に示す回路図。
【図4】 図1に示すフューズセットを示す回路図。
【図5】 図4に示すデコーダの構成を示す回路図。
【図6】 フューズセットの変形例を示すブロック図。
【図7】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図8】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図9】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図10】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図11】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図12】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図13】 サブセルアレイとスペアエレメントとの配置の変形例を示すブロック図。
【図14】 従来のリダンダンシ方式の一例を示すブロック図。
【図15】 従来のリダンダンシ方式の他の例を示すブロック図。
【符号の説明】
1・…メモリセルアレイ、2・…カラムデコーダ回路、3・…ロウデコーダ回路、4・…置換制御信号線、5・…ヒューズセット、6・…センスアンプ列、7・…カラム選択スイッチ回路、8・…出力端子、9・…スペアカラムデコーダ、11・…サブセルアレイ、12・…スペアエレメント(冗長セルアレイ)、501・…アドレス指定用ヒューズ回路、502・…イネーブル用ヒューズ回路、503・…マッピング用ヒューズ回路、504・…アドレス一致検出回路、505・…AND回路、506・…デコーダ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a redundancy system for relieving defective memory cells. Include The present invention relates to a semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
A redundancy system is employed in the semiconductor memory device. In the redundancy system, if some of the memory cells are defective, the defective cells are repaired by replacing them with redundant cells, thereby improving the product yield. Currently, the most commonly used redundancy system is a cell array unit replacement, in which a plurality of rows or a plurality of columns (in some cases, one column or one row) of a memory cell array are replaced as a unit. That is, as a result of testing the memory cell array, if there is a defective cell, the cell array including the cell is replaced with a redundant cell array (spare element) having the same size.
Address information in cell array units including defective cells is stored in a nonvolatile storage element. Currently, a fuse is generally used as the memory element. Since address information is usually composed of a plurality of bits, a fuse set including a plurality of fuses corresponding thereto is a unit of redundancy. Normally, spare elements and fuse sets are in one-to-one correspondence, and the same number of fuse sets as spare elements are provided in the chip. When a spare element is used, the fuse in the corresponding fuse set is cut according to the address. This method has a simple structure and is currently widely used.
[0003]
On the other hand, since the redundancy system requires a spare element and a fuse set in addition to a normal circuit, the area of the memory chip increases. Since the number of repairable defects and the area of the redundant circuit are in a trade-off relationship, various redundancy systems that improve the area efficiency have been proposed. For example, there is a flexible redundancy system proposed by Kirihata et al. In this method, since one spare element covers a wide cell array region, even when defective cells are biased to a part of the chip, they are relieved as in the case where defects are evenly distributed in the cell array. it can. For this reason, the area efficiency of the redundancy circuit can be increased by reducing the number of spare elements.
Thus, when the number of defects per chip is known or can be predicted, it is effective to improve the area efficiency by relieving defects with a small number of spare elements. In particular, the above method is effective when one spare element can cover a wide cell array region.
[0004]
However, recently, a memory chip in which a memory cell array is divided into a plurality of parts has been developed. For example, there is a memory chip that has a plurality of banks inside the chip and these banks are activated simultaneously. Such a memory chip cannot have a spare element for repairing a defective cell in another bank. As the number of banks increases, the number of divided memory cell arrays in the chip increases, and the cell array area that can be covered by one spare element becomes narrower. This is mainly a problem with the row spare element, but the same problem occurs with the column spare element. That is, as the speed of the memory device increases, if the position of the memory cell before and after replacement with the spare element is physically separated, the propagation delay of the signal or data increases and the high-speed performance is impaired. If high speed performance is to be maintained, only physically close positions can be replaced. As a result, the column spare element cannot cover a wide cell array region.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, due to restrictions on the number of banks, high-speed operation, etc., when the spare element can cover only a narrow range, it is narrow in order to be able to repair the defective cell even when the defect is unevenly distributed in a part of the memory cell array. Spare elements must be provided for each cell array region. When this is viewed as a whole chip, the number of spare elements, which greatly exceeds the average number of defects per chip, is incorporated into the chip, which deteriorates the area efficiency. Further, in the conventional method in which the spare elements and the fuse sets are in one-to-one correspondence, the number of fuse sets increases as the number of spare elements increases. In general, a fuse requires a larger area than a spare element. Therefore, in a system in which a spare element and a fuse set are in a one-to-one correspondence, the area efficiency of the redundancy circuit is greatly reduced.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to eliminate the number of nonvolatile memory elements necessary for defect relief and to improve the area efficiency of the redundancy circuit for the chip, and to provide high relief. It is an object to provide a semiconductor memory device capable of obtaining a rate
[Means for Solving the Problems]
A first semiconductor memory device according to the present invention includes a memory cell array in which memory cells divided into a plurality of sub-cell arrays are arranged in rows and columns, a redundant cell array disposed corresponding to each sub-cell array, and an input A row decoder for selecting a row of the memory cell array according to the inputted address; a column decoder for selecting a column of the memory cell array according to the inputted address; an address of a defective memory cell included in the memory cell array; Mapping information indicating a correspondence relationship with the redundant cell array is stored, and if the address of the defective memory cell matches the input address, a replacement control signal for the defective memory cell is determined based on the match result and the mapping information And a replacement control signal supplied from the memory circuit Is activated in response, characterized by comprising a spare decoder for selecting said redundant cell array.
[0006]
A second semiconductor memory device according to the present invention includes a memory cell array in which memory cells divided into a plurality of sub-cell arrays are arranged in rows and columns, a redundant cell array disposed corresponding to each sub-cell array, A row decoder that selects a row of the memory cell array according to an input address, a column decoder that selects a column of the memory cell array according to an input address, and an address of a defective memory cell included in the memory cell array A plurality of first storage elements for storing, and the redundant cell array And each A plurality of second storage elements that store mapping information indicating the correspondence relationship of fuse sets, and the addresses of the defective memory cells stored in the plurality of first storage elements are compared with the input addresses, A plurality of comparators that output a coincidence output signal when the stored address of the defective memory cell coincides with an inputted address, and when the coincidence output signal is output from each of the comparators, A plurality of storage circuits including a decoder that decodes mapping information stored in the two storage elements; and a spare decoder that is activated according to an output signal of the decoder and selects the redundant cell array. And
[0007]
In the present invention Affect A third semiconductor memory device includes a first memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in rows and columns, a second memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in rows and columns, and the first memory cell array A plurality of first redundant units for replacing first defective memory cells in the memory cell array; a plurality of second redundant units for replacing second defective memory cells in the second memory cell array; and a defective memory Mapping information indicating the correspondence between the cell address and the first and second redundant units is stored, and if the address of the defective memory cell matches the input address, a failure is determined based on the mapping information. A plurality of memory circuits for outputting a memory cell replacement control signal; The number of the memory circuits is less than or equal to the number of the first and second redundant units, The first memory cell array includes a first bank, the second memory cell array includes a second bank, and each of the plurality of storage circuits includes a defective memory cell and the first memory cell in the first memory cell array. One of the defective memory cells of the memory cell array of 2 is replaced.
In the present invention Affect A fourth semiconductor memory device includes a memory cell array in which memory cells divided into a plurality of banks are arranged in rows and columns, a redundant cell array for replacing defective memory cells in the memory cell array, and the memory cell array Mapping information indicating a correspondence relationship between the address of the defective memory cell and the redundant cell array, address information for selecting the bank, and when the address of the defective memory cell matches the input address, A plurality of memory circuits for outputting replacement control signals for defective memory cells based on the mapping information and address information; And the number of the memory circuits is less than or equal to the number of the redundant cell arrays. It is characterized by that.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a structure of a main part of a DRAM according to an embodiment of the present invention. The memory cell array 1 is divided into M-row × N-column matrix sub-cell arrays 11 (m, n). Specifically, the memory cell array 1 has a total of 8 × 16 = 128 sub-cell arrays 11 (m, n), where M = 8 in the horizontal direction (row direction) and N = 16 in the vertical direction (column direction). (M = 0 to 7, n = 0 to 15). The division unit of the sub-cell array 11 is determined by, for example, the number of columns that can simultaneously transfer data to the data lines and the number of rows (number of word lines) included in the range of consecutive bit lines connected to one sense amplifier column. The In this embodiment, this division unit is also a repair unit for repairing a defect by one spare element (redundant cell array). However, it is possible to remedy defects in a plurality of subarrays with one spare element.
The eight sub cell arrays 11 arranged in the row direction constitute one bank, and in this embodiment, 16 banks Bn (n = 0 to 15) are arranged. Further, the 16 subarrays arranged in the column direction constitute a subarray column. In the case of FIG. 1, eight subcell array columns Cm (m = 0 to 7) are arranged. A row decoder circuit 3 for decoding a row address RA supplied from the outside is arranged at the end of the memory cell array 1 in the row direction. sub A column decoder circuit 2m for decoding a column address CA supplied from the outside is arranged in each cell array column Cm. A memory cell is selected by the row decoder circuit 3 and the column decoder circuit 2m.
[0009]
As shown in FIG. 2, each sub-cell array 11 includes a plurality of word lines WL and dummy word lines DWL, and a plurality of column selection lines CSL orthogonal thereto. Although the capacity of the sub-cell array 11 is arbitrary, in this embodiment, it is assumed that there are 16 column selection lines CSL for each sub-cell array 11. Although omitted in FIG. 1, as shown in FIG. 2, on both sides of the sub-cell array 11, sense amplifier rows 6 for reading data of bit lines selected by the column selection line CSL are arranged. These sense amplifier arrays 6 are of a so-called shared sense amplifier system shared by adjacent sub cell arrays. However, the configuration is not limited to the shared sense amplifier system, and a configuration in which a sense amplifier array is provided independently for each sub-cell array may be employed.
A spare element 12 (m, n) is arranged as a redundant cell array at the end in the row direction of each sub-cell array 11, and a spare column selection line SCSLm (m = 0) for selecting the spare element 12 is provided in this spare element 12. ˜7) are arranged in parallel with the column selection line CSL.
FIG. 3 specifically shows FIG. In FIG. 3, the spare element 12 has a pair of redundant bit lines BL, bBL (hereinafter, b represents an inverted signal). However, the present invention is not limited to this, and a spare element having a plurality of redundant bit line pairs may be used. In the redundant bit line pair BL, bBL constituting the spare element 12, the same memory cell MC and dummy cell DMC as the sub cell array 11 are arranged. These memory cells MC and dummy cells DMC are selected by a word line WL and a dummy word line DWL extended from the sub-cell array 11.
[0010]
As shown in FIG. 1, the column selection line CSL and the spare column selection line SCSL are continuously arranged in N = 16 sub cell arrays 11 and spare elements 12 arranged in the column direction. A column decoder circuit (CD) 2 for selectively driving the column selection line CSL is provided in common for N = 16 sub-cell arrays 12 arranged in the column direction. Spare column decoder (SCD) 9 m is arranged adjacent to each column decoder circuit 2. The spare column decoder (SCD) 9m drives a spare column selection line SCSL connected in common to N = 16 spare elements 12 arranged in the column direction at the time of defect repair.
As shown in FIG. sub The bit line pairs BL and bBL of the cell array 11 and spare element 12 are respectively connected to sense amplifiers (SA) constituting the sense amplifier array 6. A column selection switch circuit (SW) 7 is connected between the sense amplifier (SA) and the data line pair DQ, bDQ. These column selection switch circuits (SW) 7 are connected to a column selection line CSL and a spare column selection line SCSL, and these column selection switch circuits (SW) 7 are selectively selected by signals from the column selection line CSL and the spare column selection line SCSL. ON / OFF controlled. At the time of data reading, data propagating through the bit line pair BL, bBL is amplified by the sense amplifier (SA) and output to the data line pair DQ, bDQ via the switch circuit 7 turned on.
[0011]
As shown in FIG. 1, in this embodiment, N = 16 fuse sets 5n (n = 0 to 15) equal to the number of sub-cell arrays 11 in the row direction (that is, the number of banks) are provided. Each fuse set 50 to 515 stores an address (defective address) of a defective memory cell, and compares an externally supplied address with the defective address. As a result of this comparison, if they match, the spare element 12 outputs a signal for replacing the defective column. This signal is supplied to the spare column decoder of the corresponding sub cell array, and an inverted signal of this signal is supplied to the column decoder of the corresponding sub cell array. In this embodiment, each fuse set 50 to 515 stores correspondence information (mapping information) with eight spare column selection lines SCSL0 to SCSL15. Details thereof will be described later.
In this embodiment, M × N spare elements 12 are arranged corresponding to M × N sub-cell arrays 11, and fuse sets 5 corresponding to the number of sub-cell arrays 11 in the column direction are provided. However, the present invention is not limited to this configuration. That is, in the present invention, the fuse set is different from the conventional one, and has mapping information indicating the correspondence relationship with the spare element. The conventional fuse set is in one-to-one correspondence with the spare element. On the other hand, the fuse set of this embodiment is associated with an arbitrary spare element by mapping information. As a result, the number of fuse sets can be made equal to or less than the number of spare elements, and the defects can be flexibly remedied even when the defects are uniformly distributed or when the defects are unevenly distributed. In general, the relationship between the number of fuse sets Nfs and spare elements in the present invention is expressed by the following equation.
[0012]
Nfs <M × N
Each fuse set 50-515 has eight output lines 80-87. Any one of these output lines 80 to 87 is activated when a defective column selection line is replaced. Eight replacement control signal lines 40 to 47 are connected to the output lines 80 to 87 of the fuse sets 50 to 515 to form a wired OR circuit. One of these eight replacement control signal lines 40 to 47 is set to a high level in accordance with a high level signal output from any one of the fuse sets 50 to 515 when a defective cell is replaced. . When one of the replacement control signal lines 40 to 47 becomes high level, one spare column selection line SCSL is selected by the spare column decoder (SCD) to which this high level signal is supplied. At the same time, the column decoder (CD) to which the high level signal is supplied via the inverter circuit 22 deselects the column selection line CSL in the sub cell array 11. Accordingly, the eight replacement control signal lines 40 to 47 control the eight column decoder circuits 20 to 27 and the spare column decoders 90 to 97 adjacent thereto, respectively.
The operation of the replacement control signal line 4 will be described more specifically. The first replacement control signal line 40 selectively activates the column decoder circuit 20 and the spare column decoder 90 adjacent thereto. Accordingly, the input terminal of each column decoder (CD) constituting the column decoder circuit 20 is connected to the replacement control signal line 40 via the inverter 22, and the input terminal of the spare column decoder (SCD) 90 is connected to the replacement control signal line 40. Connected directly. As a result, when the replacement control signal line 40 is at a high level, the spare column decoder 90 is activated and the column decoder circuit 20 is deactivated. As a result, the spare column selection line SCSL0 is selected in place of the column selection line CSL selected by the column decoder circuit 20 and the data of the spare element 12 is read out.
[0013]
Similarly, the second and subsequent replacement control signal lines 41, 42,... Control the activation of the column decoder circuits 21, 22,... And the spare column decoders 91, 92,. According to this configuration, when the spare column selection line SCSL is selected in an arbitrary sub-cell array, the column selection line CSL is deactivated and a defective cell is replaced with a spare cell.
FIG. 4 shows a specific configuration of the fuse sets 50 to 515 shown in FIG. Since these fuse sets 50 to 515 have the same configuration, only one will be described. The fuse set 5 includes an addressing fuse circuit 501 that stores a defective address of the memory cell array 1 and an enable fuse circuit 502 that stores whether or not the fuse set 5 is used. Further, the fuse set 5 includes a mapping fuse circuit 503. The mapping fuse circuit 503 stores in advance one address of the eight spare column selection lines SCSL to which the fuse set 5 corresponds.
The addressing fuse circuit 501 has a total of 11 fuses FS. Among these, for example, seven fuses FS (1) to (7) are used for designating the minimum unit of the column address. The remaining four fuses FS (8) to (11) are used to select the 16 spare elements 12 read by one spare column selection line SCSL. That is, the addressing fuse circuit 501 includes address information for designating a defective memory cell in the sub-cell array 11 and address information for selecting 16 banks Bn (n = 0 to 15). . The mapping fuse circuit 503 has three fuses FS (13) to (15) necessary for selecting eight spare column selection lines SCSLm. That is, the mapping fuse circuit 503 stores address information for selecting one of the eight sub-cell array columns Cm (m = 0 to 7) arranged in the row direction.
[0014]
The fuses FS of the fuse circuits 501 to 503 are all connected in series between the power supply Vcc and the ground Vss together with the precharging PMOS transistor Qp and the selection NMOS transistor Qn. A connection node N between the PMOS transistor Qp and the NMOS transistor Qn is an output node. The fuse data is read by turning on the PMOS transistor Qp and precharging the output node N to the power supply voltage Vcc, and then turning off the PMOS transistor Qp and turning on the NMOS transistor Qn. That is, fuse FS Cut off When disconnected, the high level (= Vcc) is output from the output node N, and when the fuse FS is not disconnected, the low level (= Vss) is output from the output node N.
The output signal of the fuse circuit 501 is supplied to an address match detection circuit 504 configured by a plurality of comparators CMP together with column addresses a0 to a6 and addresses b0 to b3. The addresses b0 to b3 are addresses necessary for selecting the 16 spare elements 12 selected by one spare column selection line SCSL. The address match detection circuit 504 detects whether or not the output signal of the fuse circuit 501 matches the column addresses a0 to a6 and the addresses b0 to b3. The plurality of output signals from the address match detection circuit 504 and the output signal from the enable fuse circuit 502 are supplied to an AND gate 505. From the output terminal of the AND gate 505, a Match signal 507 (that is, an enable signal for replacing a defective cell) indicating that the address supplied from the outside matches the fuse information is output.
[0015]
The Match signal 507 is supplied to the decoder 506. Three output signal lines 5081, 5082, and 5083 of the mapping fuse circuit 503 are connected to the decoder 506. The decoder 506 decodes the output signal of the mapping fuse circuit 503 when the Match signal 507 is activated. As a result, any one of the eight output lines 8 of the decoder 506 is activated, and this becomes a replacement control signal for activating one of the replacement control signal lines 4.
In this example, the addressing fuse circuit 501 has eleven fuses, the enabling fuse circuit 502 has one fuse, and the mapping fuse circuit 503 has three fuses. However, this is only an example. The number of fuses in the addressing fuse circuit 501 increases / decreases according to the capacity of the sub-cell array 11 and the capacity of the bank, and the number of fuses in the mapping fuse circuit 503 also increases / decreases according to the number of sub-cell array columns. A plurality of fuses of the enabling fuse circuit 502 may be provided.
FIG. 5 shows an example of the decoder 506. The decoder 506 includes three AND signals G1 to G8 supplied with three signals output from the fuse circuit 503, their inverted signals, and a Match signal 507. A replacement control signal is output from the output terminals of the AND gates G1 to G8.
[0016]
According to the above embodiment, spare elements 12 are arranged in 128 sub-cell arrays 11, and the number of fuse sets is 16 which is smaller than the number of spare elements 12, so that defects of 16 sub-cell arrays 11 can be relieved. . In addition, each fuse set 5 has mapping information indicating which of the 16 sub-cell array columns Cm corresponds to the 16 fuse sets 5 together with the defective address, and 8 replacements are performed based on this mapping information. Any one of the control signal lines 4 is selected so that the fuse set 5 can correspond to an arbitrary sub-cell array column Cm. Therefore, even when defective portions are dispersed inside the memory cell array or when the defective portions are unevenly distributed in a part of the memory cell array, the 16 fuse sets 5 can be flexibly dealt with.
Specifically, for example, in the memory cell array 1 shown in FIG. 1, consider a case where there are 16 defective cells along one column selection line CSL in the sub-cell array column C0. In this case, mapping information for activating the replacement control signal line 40 is stored in all 16 fuse sets 50 to 515, and 16 fuse sets 50 to 515 store 16 pieces of information along one column selection line. Defective cells are relieved.
[0017]
Specifically, the effect of the redundancy method of this embodiment is illustrated using the conventional method. 14 This will be described in comparison with FIG. 14 and 15, the same parts as those in FIG. First, in the conventional system shown in FIG. 14, the spare element 12 (m, n) is arranged for every 128 sub-cell arrays 11 (m, n) of the memory cell array 1. This configuration is the same as in the present embodiment. However, a fuse set group 601 (6010 to 6017) is provided for each spare column selection line SCSL. Each fuse set group 601 has 16 fuse sets 602 (602 0 to 602 15) to correspond to the 16 spare elements 12 divided along the spare column selection line SCSL. For example, each spare element 12 and each fuse set 5 are in one-to-one correspondence such that the fuse set 6020 corresponds to the spare element 12 (1, 0) and the fuse set 60215 corresponds to the spare element 12 (1, 15). Is supported. In this example, assuming that the number of addresses is the same as in the above embodiment, the number of fuses is {7 (number of addresses) +1 (enable)} × 16 × 8 = 1024. This is 4.3 times the number of fuses in the above embodiment.
[0018]
Further, in the case of the conventional system shown in FIG. 14, 128 spare elements 12 can be replaced with defective cells, so that the degree of freedom of relief is large as in the above embodiment. However, when the number of defects generated in one chip is about 10 on average, the number of fuse sets actually used for defect repair is about 10. Therefore, there are many fuse sets that are not used for defect relief. For this reason, the redundancy efficiency of a defective cell is low although the redundant circuit occupies a large area of the chip.
Next, in the conventional method shown in FIG. 15, the spare elements 12 are arranged in common for the plurality of sub-cell arrays 11 arranged in the column direction. The fuse sets 7010 to 7017 are arranged in the sub-cell array columns C0 to C7. In this example, the number of fuses is as small as {7 (number of addresses) +1 (enable)} × 8 = 64. However, assuming that the average number of defects generated in one chip is 10 as described above, since there are only 8 spare elements 12, the repair rate is low and the yield of the chip is greatly reduced.
On the other hand, in the case of the above embodiment, the memory cell array 1 has 128 spare elements 12. However, the number of fuses is {7 (number of addresses) +4 (spare element selection) +1 (enable) +3 (mapping)} × 16 = 240. That is, the number of fuses can be greatly reduced as compared with the method shown in FIG. In addition, defective cells can be rewritten by arbitrarily selecting one of the 128 spare elements. Therefore, the relief efficiency is good.
[0019]
FIG. 6 shows a modification of the fuse set. In the above embodiment, when there are a plurality of defective cells along a certain column selection line, the address information corresponding to each defective cell is programmed in the mapping fuse circuit 503 to correspond to the plurality of fuse sets. . On the other hand, if all the memory cells along one column selection line are defective, in order to be able to relieve them with one fuse set, the structure of the fuse set shown in FIG. What is necessary is just to deform | transform like 6. That is, a fuse circuit 511, an AND gate 513, and an OR gate 514 are added to the fuse set of FIG. The fuse circuit 511 is an enable fuse circuit having one fuse and indicating whether or not this fuse set is used. Of the output signals from the coincidence detection circuit 504, an output signal corresponding to the bank address designating circuit unit 501b is supplied to the AND gate 513. The output signal of the AND gate 513 and the output signal of the fuse circuit 511 are supplied to an OR gate 514, and the OR gate 514 is supplied to the AND gate 505.
In the above configuration, when all the memory cells are defective along a certain column selection line, the fuse of the fuse circuit 511 of the corresponding fuse set is cut. At this time, it is not necessary to program the bank address designating circuit unit 501b of the address designating fuse circuit 501.
[0020]
In this way, when a defective column address is input, the Match signal 507 is set to the high level by the output signal of the fuse circuit 511 regardless of the bank address. In other words, when all the cells along one column selection line are defective, it is possible to perform defect repair with one fuse set for these defective cells. Therefore, defective cells can be flexibly remedied according to the number and location of defective cells.
In the above embodiment, the spare element 12 is arranged for each sub-cell array 11, but the present invention is not limited to this. The arrangement and number of spare elements can be variously modified as shown in FIGS.
FIG. 7 shows an example in which one spare element 12 is arranged for a plurality of sub-cell arrays 11 arranged in the row direction. At this time, one spare element 12 is used for defect repair of a plurality of sub-cell arrays 11 arranged in the row direction. The number of spare elements 12 is 1 / integer of the number M × N of the sub-cell arrays 11.
The configuration shown in FIG. 7 is effective when the density of defective cells is small because the number of spare elements is small. According to this configuration, the area can be reduced without reducing the relief efficiency.
[0021]
FIG. 8 shows an example in which one spare element 12 is arranged in common for a plurality of sub-cell arrays 11 arranged in the column direction. According to this configuration, defective cells generated in the plurality of sub-cell arrays 11 along the column selection line CSL can be collectively replaced with the spare element 12. In addition, with this configuration, the number of fuses, the number of comparison circuits, and the number of AND gates in one fuse set can be reduced, and the chip area can be reduced and high-speed operation is possible.
FIG. 9 shows an example in which spare elements 12 are arranged between the sub-cell array 11 and the row decoder 3. According to this configuration, when an input / output circuit is arranged near the row decoder, when a spare element is selected, data can be transferred between the selected spare element and the input / output circuit at high speed.
FIG. 10 shows an example in which the row decoder 3 is arranged between the sub cell array 11 and the spare element 12. Also with this configuration, the same effect as in FIG. 9 can be obtained.
FIG. 11 shows an example in which the spare element 12 is arranged in the middle part of the sub-cell arrays 11 arranged in the row direction. Also with this configuration, the same effect as in FIG. 9 can be obtained.
[0022]
9 to 11, the spare elements 12 can be arranged in common in the column direction as in the example shown in FIG.
FIG. 12 shows an example in which the number of spare elements is varied depending on the location of the memory cell array. Specifically, it is shown that there are a portion where two spare elements 12 are provided and a portion where one spare element 12 is provided for one sub-cell array 11. In general, a defect is likely to occur in a portion where the continuity of the pattern is interrupted, such as a chip end portion or a memory cell array end portion, depending on manufacturing process conditions. Therefore, as shown in FIG. 12, by arranging a plurality of spare elements in a sub-cell array located in a portion where the continuity of the pattern is interrupted, such as an end of a chip or an end of a memory cell array, a plurality of spare elements are arranged. Defects can be remedied.
FIG. 13 shows an example in which the number of spare elements is varied according to the capacity of the sub-cell array. For example, there are memory devices in which the memory cell array is not divided into sub-cell arrays having equal capacity, such as memory cells having parity bits and Rambus compliant DRAMs. A memory cell array having such a sub-cell array has a different defect occurrence density depending on the capacity of the sub-cell array. In the memory cell array 11 shown in FIG. 13, the sub-cell array 11a has a capacity of 160K bits, for example, and the sub-cell array 11b has a capacity of 128K, for example. In this case, the defect occurrence density of the sub cell array 11a is higher than that of the sub cell array 11b. Therefore, two spare elements 12 are arranged corresponding to each sub-cell array 11a, and one spare element 12 is arranged corresponding to each sub-cell array 11b.
[0023]
According to the above configuration, since a large number of spare elements are arranged only for the sub-cell array having a high defect occurrence density, the number of spare elements can be minimized and the repair efficiency of defective cells can be improved.
In addition, the present invention can be variously modified. For example, the above embodiment has described the case where a defective column selection line, that is, a defective bit line is replaced by a spare element. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be similarly applied to a case where a defective word line is replaced with a spare element.
Further, in the above embodiment, the fuse is used as the nonvolatile memory element constituting the defective address memory circuit, but various other nonvolatile semiconductor memory elements such as ROM, EPROM, and EEPROM can be used.
Furthermore, the semiconductor memory device to which the present invention is applied is not limited to a single unit, but includes a case of a memory device margined by a logic circuit or the like.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, by storing the mapping information with the redundant cell array in the memory circuit that stores the defective address, the defective cell can be reliably remedied even when the defective cell is unevenly distributed in a part of the memory cell array. In addition, it is possible to improve the area efficiency of the redundancy circuit by eliminating the number of redundant cell arrays necessary for repairing defective cells.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a DRAM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the subarray shown in FIG.
3 is a circuit diagram specifically showing the sub-cell array shown in FIG. 1 and its peripheral circuits. FIG.
4 is a circuit diagram showing the fuse set shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a decoder shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a block diagram showing a modification of the fuse set.
FIG. 7 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 8 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 9 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 10 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 11 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 12 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 13 is a block diagram showing a modified example of the arrangement of sub-cell arrays and spare elements.
FIG. 14 is a block diagram showing an example of a conventional redundancy system.
FIG. 15 is a block diagram showing another example of a conventional redundancy system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory cell array, 2 ... Column decoder circuit, 3 ... Row decoder circuit, 4 ... Replacement control signal line, 5 ... Fuse set, 6 ... Sense amplifier row, 7 ... Column selection switch circuit, 8 ... Output terminal, 9... Spare column decoder, 11... Sub cell array, 12... Spare element (redundant cell array), 501... Addressing fuse circuit, 502. Fuse circuit, 504... Address match detection circuit, 505... AND circuit, 506.

Claims (9)

複数のサブセルアレイに分割されたメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、
前記各サブセルアレイに対応して配置された冗長セルアレイと、
入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのロウを選択するロウデコーダと、
入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのカラムを選択するカラムデコーダと、
前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスと前記冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報とを記憶して、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、一致結果と前記マッピング情報とに基づいて不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路と、
前記記憶回路から供給される置換制御信号に応じて活性化され、前記冗長セルアレイを選択するスペアデコーダとを具備し、
前記記憶回路の数は、前記冗長セルアレイの数以下であることを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell array in which memory cells divided into a plurality of sub-cell arrays are arranged in rows and columns;
A redundant cell array disposed corresponding to each of the sub-cell arrays;
A row decoder for selecting a row of the memory cell array according to an input address;
A column decoder for selecting a column of the memory cell array according to an input address;
When mapping information indicating a correspondence relationship between an address of a defective memory cell included in the memory cell array and the redundant cell array is stored, if the address of the defective memory cell and the input address match, the match result and the A plurality of memory circuits for outputting a replacement control signal for a defective memory cell based on the mapping information;
A spare decoder that is activated in response to a replacement control signal supplied from the memory circuit and selects the redundant cell array;
The number of the memory circuits is equal to or less than the number of the redundant cell arrays.
複数のサブセルアレイに分割されているメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、
前記各サブセルアレイに対応して配置された冗長セルアレイと、
入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのロウを選択するロウデコーダと、
入力されたアドレスに応じて前記メモリセルアレイのカラムを選択するカラムデコーダと、
前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスを記憶する複数の第1の記憶素子と、前記冗長セルアレイと各フューズセットの対応関係を示すマッピング情報を記憶する複数の第2の記憶素子と、複数の前記第1の記憶素子に記憶された前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとを比較して、前記記憶された前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合に一致出力信号を出力する複数の比較器と、前記各比較器から前記一致出力信号が出力された場合に前記第2の記憶素子に記憶されたマッピング情報をデコードし、置換制御信号を出力するデコーダとを備える複数の記憶回路と、
前記デコーダの出力信号に応じて活性化され、前記冗長セルアレイを選択するスペアデコーダとを具備し、
前記記憶回路の数は、前記冗長セルアレイの数以下であることを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell array in which memory cells divided into a plurality of sub-cell arrays are arranged in rows and columns;
A redundant cell array disposed corresponding to each of the sub-cell arrays;
A row decoder for selecting a row of the memory cell array according to an input address;
A column decoder for selecting a column of the memory cell array according to an input address;
A plurality of first storage elements for storing addresses of defective memory cells included in the memory cell array; a plurality of second storage elements for storing mapping information indicating a correspondence relationship between the redundant cell array and each fuse set; The address of the defective memory cell stored in the first storage element is compared with the input address, and when the stored address of the defective memory cell matches the input address A plurality of comparators that output output signals; and a decoder that decodes mapping information stored in the second storage element and outputs a replacement control signal when the coincidence output signal is output from each of the comparators; A plurality of memory circuits comprising:
A spare decoder activated in response to an output signal of the decoder and selecting the redundant cell array;
The number of the memory circuits is equal to or less than the number of the redundant cell arrays.
前記記憶回路は、
不良メモリセルのアドレスを記憶するアドレス指定用フューズ回路と、
冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報を記憶するマッピング用フューズ回路と、
前記アドレス指定用フューズ回路に記憶されたアドレスと入力されたアドレスの一致検出を行うアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出回路の一致出力信号に応じて前記マッピング用フューズ回路の出力信号をデコードし、前記置換制御信号を生成するデコーダと、
を具備することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
The memory circuit is
An addressing fuse circuit for storing the address of the defective memory cell;
A mapping fuse circuit for storing mapping information indicating a correspondence relationship with the redundant cell array;
An address coincidence detection circuit for performing coincidence detection between the address stored in the addressing fuse circuit and the input address;
A decoder that decodes an output signal of the mapping fuse circuit in accordance with a match output signal of the address match detection circuit and generates the replacement control signal;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
前記複数のサブアレイはバンクを構成し、
不良メモリセルのアドレスを記憶するアドレス指定用フューズ回路と、
冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報を記憶するマッピング用フューズ回路と、
前記バンクのアドレスを記憶するバンクアドレス指定用フューズ回路と、
前記記憶回路を使用するか否かを示すイネーブルフューズ回路と、
前記アドレス指定用フューズ回路に記憶されたアドレスと入力されたアドレスの一致検出を行う第1のアドレス一致検出回路と、
前記バンクアドレス指定用フューズ回路に記憶されたアドレスと入力されたアドレスの一致検出を行う第2のアドレス一致検出回路と、
前記第2のアドレス一致検出回路の一致出力信号が供給される第1のアンド回路と、
前記第1のアンド回路の出力信号と前記イネーブルフューズ回路の出力信号が供給されるオア回路と、
前記第2のアドレス一致検出回路の一致出力信号及び前記オア回路の出力信号が供給される第2のアンド回路と、
前記第2のアンド回路の出力信号に応じて、前記マッピング用フューズ回路の出力信号をデコードし、前記置換制御信号を生成するデコーダと、
をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置。
The plurality of subarrays constitute a bank;
An addressing fuse circuit for storing the address of the defective memory cell;
A mapping fuse circuit for storing mapping information indicating a correspondence relationship with the redundant cell array;
A bank addressing fuse circuit for storing an address of the bank;
An enable fuse circuit indicating whether or not to use the memory circuit;
A first address coincidence detection circuit for performing coincidence detection between the address stored in the addressing fuse circuit and the input address;
A second address match detection circuit for performing match detection between the address stored in the bank address designating fuse circuit and the input address;
A first AND circuit to which a match output signal of the second address match detection circuit is supplied;
An OR circuit to which an output signal of the first AND circuit and an output signal of the enable fuse circuit are supplied;
A second AND circuit to which the coincidence output signal of the second address coincidence detection circuit and the output signal of the OR circuit are supplied;
A decoder for decoding the output signal of the mapping fuse circuit in accordance with the output signal of the second AND circuit and generating the replacement control signal;
The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
前記各記憶回路は、前記置換制御信号を出力するための複数の出力端子を有し、前記各記憶回路の前記出力端子は複数の置換制御信号線により互いに接続されワイヤド・オア回路を構成していることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体記憶装置。  Each storage circuit has a plurality of output terminals for outputting the replacement control signal, and the output terminals of the storage circuits are connected to each other by a plurality of replacement control signal lines to form a wired OR circuit. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein: 前記スペアデコーダは、前記置換制御信号線の1つに接続され、前記各スペアデコーダに対応して配置されたカラムデコーダは、対応する前記スペアデコーダと同じ前記置換制御信号線にインバータ回路を介して接続されることを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。  The spare decoder is connected to one of the replacement control signal lines, and a column decoder arranged corresponding to each spare decoder is connected to the same replacement control signal line as the corresponding spare decoder via an inverter circuit. 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the semiconductor memory device is connected. 不良メモリセルのアドレスを記憶するアドレス指定用フューズ回路と、
冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報を記憶するマッピング用フューズ回路と、
前記アドレス指定用フューズ回路に記憶されたアドレスと入力されたアドレスの一致検出を行うアドレス一致検出回路と、
前記アドレス一致検出回路の一致出力信号に応じて前記マッピング用フューズ回路の出力信号をデコードし、前記置換制御信号を生成するデコーダと、
をさらに具備することを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の半導体記憶装置。
An addressing fuse circuit for storing the address of the defective memory cell;
A mapping fuse circuit for storing mapping information indicating a correspondence relationship with the redundant cell array;
An address coincidence detection circuit for performing coincidence detection between the address stored in the addressing fuse circuit and the input address;
A decoder that decodes an output signal of the mapping fuse circuit in accordance with a match output signal of the address match detection circuit and generates the replacement control signal;
The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
複数のメモリセルがロウ及びカラムに配列された第1のメモリセルアレイと、
複数のメモリセルがロウ及びカラムに配列された第2のメモリセルアレイと、
前記第1のメモリセルアレイ内の第1の不良メモリセルを置換する複数の第1の冗長ユニットと、
前記第2のメモリセルアレイ内の第2の不良メモリセルを置換する複数の第2の冗長ユニットと、
不良メモリセルのアドレス、及び前記第1、第2の冗長ユニットとの対応関係を示すマッピング情報を記憶し、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、前記マッピング情報に基づいて不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路とを具備し、
前記記憶回路の数は、前記第1、第2の冗長ユニットの数以下であり、
前記第1のメモリセルアレイは第1のバンクを含み、前記第2のメモリセルアレイは第2のバンクを含み、前記複数の記憶回路のそれぞれは、前記第1のメモリセルアレイの不良メモリセルと前記第2のメモリセルアレイの不良メモリセルの何れか1つを置換することを特徴とする半導体記憶装置。
A first memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in rows and columns;
A second memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in rows and columns;
A plurality of first redundancy units for replacing a first defective memory cell in the first memory cell array;
A plurality of second redundant units for replacing a second defective memory cell in the second memory cell array;
The mapping information indicating the address of the defective memory cell and the correspondence relationship with the first and second redundant units is stored, and when the address of the defective memory cell matches the input address, based on the mapping information A plurality of memory circuits that output replacement control signals for defective memory cells,
The number of the memory circuits is less than or equal to the number of the first and second redundant units,
The first memory cell array includes a first bank, the second memory cell array includes a second bank, and each of the plurality of storage circuits includes a defective memory cell and the first memory cell in the first memory cell array. A semiconductor memory device that replaces any one of the defective memory cells of the two memory cell arrays.
複数のバンクに分割されたメモリセルがロウ及びカラムに配列されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの不良メモリセルを置換するための冗長セルアレイと、
前記メモリセルアレイに含まれる不良メモリセルのアドレスと前記冗長セルアレイとの対応関係を示すマッピング情報と、前記バンクを選択するためのアドレス情報を記憶し、前記不良メモリセルのアドレスと入力されたアドレスとが一致した場合、前記マッピング情報とアドレス情報に基づき不良メモリセルの置換制御信号を出力する複数の記憶回路と、を具備し、
前記記憶回路の数は、前記冗長セルアレイの数以下であることを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell array in which memory cells divided into a plurality of banks are arranged in rows and columns;
A redundant cell array for replacing defective memory cells in the memory cell array;
Storing mapping information indicating a correspondence relationship between an address of a defective memory cell included in the memory cell array and the redundant cell array, address information for selecting the bank, and an address of the defective memory cell and an input address; A plurality of memory circuits that output a replacement control signal of a defective memory cell based on the mapping information and the address information ,
The number of the memory circuit, a semiconductor memory device according to claim number less der Rukoto of the redundant cell array.
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