JP4782937B2

JP4782937B2 - 半導体記憶装置

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Publication number: JP4782937B2
Application number: JP2001091296A
Authority: JP
Inventors: 光弘阿部; 英男二木; 裕雄太田; 謙太金枝
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Information Systems Japan Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Information Systems Japan Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002288997A; US6731561B2; US20020176306A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタティック型ランダムアクセスメモリ等の半導体記憶装置に関し、特にテスト用回路を搭載した半導体記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体記憶装置、特にスタティック型ランダムアクセスメモリは、大容量化と待機時の低消費電力化が進んでいる。大容量化によって様々な原因によるビット不良の発生確率は高まり、これを、テスト工程において正常に動作しないメモリセルを予備セルと置き換えるリダンダンシー技術により救済している。
【０００３】
これに対して、正常に動作し機能的には問題ないが、リーク電流が許容値よりも多く流れる場合がある。このようにメモリセルが存在すると、待機時の消費電流が増大してしまう。
【０００４】
そこで、半導体記憶装置にテスト用回路を具備して、リーク電流が流れているメモリセルの位置をテストにより検出し、このメモリセルと電源端子との間に接続されているレーザーフューズを溶断することによってリーク経路を断った上で、予備セルに置き換えて使用することが本出願人により提案されている（特願２０００−２８７１９１）。この半導体記憶装置の回路構成例としては例えば図７に示すようなものがあった。
【０００５】
図７は、従来のテスト用回路を搭載した半導体記憶装置の要部構成を示す回路図である。
【０００６】
同図中に示すメモリセル５１−１，５１−２，…は、各メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイの内、ビット線対に接続されたメモリセルを一部だけ抜粋して表している。
【０００７】
メモリセル５１−１，５１−２，…は、行方向にそれぞれ配線されるメモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２，…により電源の供給を受け、その各メモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２，…には、それぞれ同じ回路構成の電源切替回路Ｗ１，Ｗ２，…，Ｗｎが接続されている。
【０００８】
例えば、電源切替回路Ｗ１は、Ｐ型トランジスタＰ１とＮ型トランジスタＮ１の一端がメモリセル電源線ＶＬに接続され、Ｐ型トランジスタＰ１の他端にはフューズ素子Ｆ１を介して電源端子ＶＤＤが接続されている。Ｎ型トランジスタＮ１の他端はグランドＧＮＤに接地されている。このＰ型及びＮ型トランジスタＰ１，Ｎ１のゲートにはＮＯＲ回路Ｌ１の出力が入力され、ＮＯＲ回路Ｌ１の入力端のうちの一方には動作モード切替回路１０の出力であるモード信号ＭＤが接続され、その他方には行選択線５３−１が接続されている。
【０００９】
リークテストモード時では、リーク電流が発生するメモリセル５１は、行選択線５３が選択された時検出される。ＴＥＳＴ端子に“Ｈ”レベルが与えられると、動作モード切替回路１０の出力であるモード信号ＭＤは“Ｌ”レベルとなる。また、外部より与えられるアドレス信号により、例えば電源切替回路Ｗ１に接続された行選択線５３−１が“Ｈ”レベルとなる。
【００１０】
これらの信号を入力するＮＯＲ回路Ｌ１の出力は“Ｌ”レベルとなり、Ｐ型トランジスタＰ１は導通し、Ｎ型トランジスタＮ１は非道通となる。これにより、このメモリセル電源線ＶＬと電源ＶＤＤとの間が接続されてメモリセル５１−１に電源が供給される。
【００１１】
この時、他の行選択線５３−２〜５３−ＮはすべでＬ”レベルとなり、これら行選択線に接続される全ての電源切替回路Ｗ２〜Ｗｎは非活性化状態となる。電源切替回路Ｗ２で説明すると、ＮＯＲ回路Ｌ２の出力がＨ”レベルとなる結果、Ｐ型トランジスタＰ２は非導通、Ｎ型トランジスタＮ２は導通状態となる。これによって、メモリセル電源線ＶＬ−２と電源ＶＤＤとの間は遮断され、メモリセル５１−２には電流が供給されない。
【００１２】
このようにして各行を順に選択してその都度リーク電流値を測定していき、もしメモリセルにリークがあれば、セル電源端子ＶＤＤから当該メモリセルのグランドに電流経路が生じ、リーク電流を検出することができる。この値が許容値以上であったときの選択行に不良のメモリセルが含まれていることになる。
【００１３】
そして、この行のフューズを溶断することによってメモリセル電源線と電源との間を遮断し、リーク経路を断った状態にして、予め備えている予備行に置き換えるようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体記憶装置では、次のような問題点があった。
【００１５】
リーク電流を測定するとき、特にフリップフロップで構成されているスタティックメモリセルはセルデータの初期値を所望の値にすることに時間を要し、その結果、大容量化された最近の半導体記憶装置においては、テスト時間が膨大となり問題であった。
【００１６】
メモリセルのリーク検出テストを行うとき、まず初めにマトリックス状に配置されたｍ×ｎ個のセルに対してセルデータを“1”または“０”の初期値にセットする（イニシャルライト）。これは通常の書き込み動作で行う。例えば１Ｍ［ｗｏｒｄ］×１６［ｂｉｔ］の１６ＭのスタティックＲＡＭの場合では、書き込みに要する時間Ｔは次のように見積もることができる。
【００１７】
サイクルタイム＝１５０ｎｓのときに、セル／ワード線＝２５６、カラム数／ワード線＝１６とすると、全セルに“１”／“０”両方を書き込むには、
Ｔ＝１５０［ｎＳ］×２×（１６７７７２１６／２５６）×１６＝３１４［ｍＳ］を要する。
【００１８】
半導体記憶装置のリークテストにおいては、所望の初期値にセットした後、各行を順に選択してリーク電流値を測定していくが、最初の行を選択してリークテストするとき、その他の非選択行のメモリセルにセットした初期値が消去されてしまう。すなわち、図７の例で説明すると、メモリセル５１−１，…が配置された行のリークテストを行うときに、次の行における電源切替回路Ｗ２のトランジスタＮ２がオンするため、この行のメモリセル５１−２，…のリークテストを行うときには、セルデータ（初期値）が保持できておらず、リークテスト前に再度、メモリセル５１−２，…に初期値を書き込む必要があった。
【００１９】
半導体記憶装置が大容量化されてリークテストの回数が増加するに伴い、Ｎ回のリークテストにそれぞれ、例えば上記３１４［ｍＳ］の初期値の書き込みが必要となり、テスト時間が膨大となっていた。
【００２０】
本発明は、上述の如き従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、テスト時間を短縮することが可能な半導体記憶装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体記憶装置では、マトリックス状に配置されたメモリセル群と、前記メモリセル群の行毎に設けられ、対応する行の複数のメモリセルにそれぞれ電源を供給するための複数のメモリセル用電源線とを具備し、前記各メモリセル用電源線毎に、電源切替回路が設けられており、前記各電源切替回路は、前記メモリセル群の行を選択するための行選択信号とテストモード及び通常モードを切り替えるためのテストモード切替信号とが入力されるＮＯＲ回路の出力信号に基づき互いに反転論理でオン／オフ制御される２つのスイッチング手段を備え、前記各メモリセル用電源線が、前記各電源切替回路の前記２つのスイッチング手段を介して２つの電源供給端にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る半導体記憶装置では、メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイ内に設けられ前記メモリセルが同一行に同数接続された複数のワード線と、行を選択する行選択線が入力端に接続され前記複数のワード線のうちの所定のワード線を選択するワード線選択回路と、前記メモリセルアレイの行毎に設けられ、対応する行の複数のメモリセルにそれぞれ電源を供給するための複数のメモリセル用電源線と、行アドレス信号に基づいて前記行選択線を選択するための選択信号を出力する行デコーダとを備えた半導体記憶装置において、互いに独立した第１と第２の電源供給端を設け、テストモード時には、前記第１の電源供給端からテスト対象行のメモリセルに電源を供給すると同時に、前記第２の電源供給端からテスト対象行以外のメモリセルに電源を供給する電源切替回路を、前記各メモリセル用電源線の一端にそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示した構成の具体的な要部回路図である。
【００２５】
図１に示すように、この半導体記憶装置は、スタティック型ＲＡＭで構成され、マトリックス状に配列されたメモリセル５１から成るメモリセルアレイ部５０が複数のブロック（１）〜（ｎ）に分割された構造を成している。
【００２６】
そして、装置の各種動作状態を制御するためのコントロール端子（書き込み／
【外１】

びその内部回路と、番地を選択するためのアドレス端子（ＡＩＮ，ＢＩＮ）及びその内部回路（行デコーダ５２及びブロック選択回路７０（１）〜７０（ｎ）等）と、データを書き込み／読み出しするためのＩ／Ｏ端子及びその内部回路（読み出し／書き込み回路８０（１）〜８０（ｎ））と、本発明の特徴を成す電源切替回路Ｓ１，Ｓ２，…とを備えている。
【００２７】
アレイ部５０の一端には、行デコーダ５２が複数配置され、行デコーダ５２からメイン行選択線５３が配線されている。行デコーダ５２は、アドレスバッファ６０を介して入力される行アドレスＡＩＮに基づいて所望のメイン行選択線５３を活性化する。複数のブロック端には、ブロック選択回路７０からブロック選択線５５が配線され、メイン行選択線５３とブロック選択線５５とを入力とするワード線選択回路５６が、ブロック端に配置されている。
【００２８】
また、メモリセル５１は、２つのセルがそれぞれ上下対称に配置され、２つのセルに行選択線５３と並行に配線されている２つのメモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２によりそれぞれ２つの電源切り替え回路Ｓ１，Ｓ２より電源の供給を受ける。
【００２９】
メモリセル５１は、ｎ個×ｎ個のマトリックス状に配置され、図２では、説明を簡単にするために、第１行目に配列されたメモリセル５１−１，…と、第２行目に配列されたメモリセル５１−２，…のみが図示されている。
【００３０】
これらメモリセル５１−１，５１−２，…は、行方向にそれぞれ配線されるメモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２，…により電源の供給を受け、その各メモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２，…の一端には、それぞれフューズ素子Ｆ１，Ｆ２，…を介して、同じ回路構成の電源切替回路Ｓ１，Ｓ２，…が接続されている。
【００３１】
例えば、電源切替回路Ｓ１は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１，Ｐ１２とＮＯＲ回路Ｌ１１とインバータ回路Ｉ１１とで構成され、ＮＯＲ回路Ｌ１１の出力はＰＭＯＳトランジスタＰ１１のゲートとインバータ回路Ｉ１１の入力端に入力され、インバータＩ１１の出力端はＰＭＯＳトランジスタＰ１２のゲートに接続される。さらに、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１の一端にはセル電源端子ＶＤＤ（１）が接続され、またＰＭＯＳトランジスタＰ１２の一端にはセル電源端子ＶＤＤ（２）が接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１，Ｐ１２の他端は共通に接続されて、フューズ素子Ｆ１を介してメモリセル電源線ＶＬ−１の一端に接続されている。そして、ＮＯＲ回路Ｌ１１の入力端のうちの一方には動作モード切替回路１０の出力であるモード信号ＭＤが接続され、その他方には行選択線５３−１が接続されている。
【００３２】
電源切替回路Ｓ２も同様に、ＰＭＯＳトランジスタＰ２１，Ｐ２２とＮＯＲ回路Ｌ２１とインバータＩ２１とで構成されて、フューズ素子Ｆ２が介在したメモリセル電源線ＶＬ−２、行選択線５３−２、モード信号ＭＤ、及びセル電源端子ＶＤＤ（１），（２）に接続されている。
【００３３】
動作モード切替回路１０は、プルダウン素子１０ａと、縦続接続されたインバータ１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとで構成され、入力端にはＴＥＳＴ端子を介して外部から動作切替信号ＴＥＳＴが与えられ、モード信号ＭＤを出力するようになっている。動作モード切替信号ＴＥＳＴは、通常動作モードまたはテストモードの切り替えを指示する信号である。
【００３４】
図３は、上記セル電源端子ＶＤＤ（１），（２）への電源供給経路を示すチップ完成品の平面図である。
【００３５】
図中の９０は本実施形態の半導体記憶装置を構成するチップであり、９１は、これをモールドする樹脂である。
【００３６】
２つのセル電源端子ＶＤＤ（１），（２）は共に、外部電源が印加される外部電源端子９３に接続される。また、セル電源端子ＶＤＤ（１）は、通常モード時においてメモリセル電源線ＶＬを介して各メモリセル５１に電源を供給するセル通常電源供給用となる共に、リークテストモード時においてリークテストの対象となるメモリセルに対してリークテスト用の電源を供給するセルリーク電源供給用となる。
【００３７】
セル電源端子ＶＤＤ（２）は、通常モード時においてメモリセルアレイ５０以外の内部回路に電源を供給する周辺電源供給用となる共に、リークテストモード時において前記周辺電源供給用と同時にリークテストの対象以外のメモリセルに電源を供給するセル電源供給用となる。
【００３８】
次に、本実施形態の動作（Ａ），（Ｂ）について説明する。
【００３９】
（Ａ）リークテストモード時の動作
リークテストでは、リーク電流が発生するメモリセル５１は行選択線５３が選択された時検出される。
【００４０】
まず初めに通常の書き込み動作で、マトリックス状に配置されたｎ×ｎ個のメモリセル５１に対してセルデータを“1”または“０”の初期値にセットするイニシャルライトを行う。このイニシャルライトの終了後、モード信号ＭＤを“Ｌ”にし、且つ行選択線５３を順次活性化して各行を順に選択しリーク電流値の測定を行うことになる。
【００４１】
すなわち、装置外部よりＴＥＳＴ端子に“Ｈ”レベルが与えられると、動作モード切替回路１０の出力であるモード信号ＭＤは“Ｌ”レベルとなる。また、外部より与えられるアドレス信号ＡＩＮにより所望の行デコーダ５２が活性化され、これに接続された行選択線５３は“Ｈ”レベルとなる。
【００４２】
ここで例えば、第１行目の行選択線５３−１が“Ｈ”レベルとなってメモリセル５１−１，…が選択されたとする。その結果、電源切替回路Ｓ１のＮＯＲ回路Ｌ１１の出力は“Ｌ”レベルとなり、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１はオンし、セル電源端子ＶＤＤ（１）からメモリセル電源線ＶＬ−１を介してメモリセル５１−１，…に電源が供給される。さらに、ＰＭＯＳトランジスタＰ１２はオフし、セル電源端子ＶＤＤ（２）とメモリセル電源線ＶＬ−１との接続は遮断される。
【００４３】
この時、他の非選択の行選択線５３−２，…は全て“Ｌ”レベルとなり、例えば第２行目の電源切替回路Ｓ２では、ＮＯＲ回路Ｌ２１の出力は“Ｈ”レベルとなり、ＰＭＯＳトランジスタＰ２１はオフし、セル電源端子ＶＤＤ（１）と非導通のため、第１行目のリークテストには影響しない。また、ＰＭＯＳトランジスタＰ２２はオンし、セル電源端子ＶＤＤ（２）とメモリセル電源線ＶＬ−２とは導通している。従って、メモリセル５１−２，…に書き込んだ初期値は破壊されることなく保持されている。
【００４４】
図４は、リークテスト時の様子を示す概念図である。同図に示すように、リークテスト装置９５は、それぞれ電源部９６ａ，９７ａと、電流計９６ｂ，９７ｂと、プローブ針９６ｃ，９７ｃとから構成されている。リークテスト時には、プローブ針９６ｃ，９７ｃをそれぞれセル電源端子ＶＤＤ（１），ＶＤＤ（２）に接触し、半導体記憶装置（チップ）９０を上記のようにリークテストモードに設定して、リークテストを実行する。
【００４５】
もしリークがあればセル電源端子ＶＤＤ（１）からのリーク経路が存在し、その値が電流計９６ｂに表示される。その値が許容値以上であったときの選択行に不良のメモリセルが存在することになる。そして、この行のフューズ（例えばＦ１）を溶断することによって、リーク経路を遮断し予め備えている予備行に置き換える。
【００４６】
本実施形態では、リークテスト時の不良セル特定の制御方法として、例えば、行選択線のうちの所定本数を同時に選択し得られた第１の大領域とその残りの第２の大領域とにおいてリーク電流値が所定値よりも大きい領域を特定し、特定された第１または第２の大領域においてさらに所定本数の行選択線を同時に選択し得られた第１の小領域とその残りの第２の小領域においてリーク電流値が所定値よりも大きい領域を特定し、同様の処理を繰り返し実行してリーク電流値が所定値よりも大きい行選択線を特定する方法を採る。
【００４７】
（Ｂ）通常動作モードの動作
装置外部より、ＴＥＳＴ端子には信号が与えられず、動作モード切替回路１０の入力端に付加されているプルダウン素子１０ａのゲートに“Ｈ”レベルが与えられて導通し、その出力であるモード信号ＭＤはＨ”レベルが出力される。これを入力とする全ての電源切替回路Ｓ１，Ｓ２，…におけるＮＯＲ回路Ｌ１１，Ｌ２１，…の出力は“Ｌ”レベルとなり、各々のＰ型トランジスタＰ１１，Ｐ２１，…は導通、Ｐ型トランジスタ１２，２２…は非導通となる。
【００４８】
これにより、全てのメモリセル電源線ＶＬ−１，ＶＬ−２，…とセル電源端子ＶＤＤ（１）との間が導通して、全てのメモリセル５１に電源が供給され、支障なく動作する。
【００４９】
このように本実施形態では、リークテスト時に非選択行のセルデータ（初期値）が破壊されることなく保持されているので、最初のイニシャルライトだけで全ての行のリークテストが可能となる。これにより、イニシャルライトに要する時間を短縮にすることができ、テスト時間を大幅に短縮することができる。
【００５０】
特に、上述したような大領域から小領域へリーク個所を絞り込んでいくテスト方法を採った場合において、例えば３６回のリークテストが必要であるしたとき、１回のイニシャルライトに前述の３１４［ｍＳ］を要すると、全イニシャルライトに要する時間は、従来では３１４［ｍＳ］×３６＝１１．３３秒にも達していたが、本実施形態では、３１４［ｍＳ］×１＝３１４［ｍＳ］で済むことになる。
【００５１】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図であり、図６は、図５に示した構成の具体的な要部回路図である。
【００５２】
上記第１実施形態では、各メモリセル電源線ＶＬの一端と各電源切替回路Ｓ１，Ｓ２，…との間にそれぞれフューズ素子Ｆ１，Ｆ２，…を接続したが、本実施形態では、セル電源端子ＶＤＤ（１），（２）と各電源切替回路Ｓ１，Ｓ２，…との間にそれぞれフューズ素子Ｆ１１，Ｆ１２、Ｆ２１，Ｆ２２，…を接続した構成である。
【００５３】
具体的には、ＰＭＯＳトランジスタＰ１１，Ｐ２１，…とセル電源端子ＶＤＤ（１）との間、及びＰＭＯＳトランジスタＰ１２，Ｐ２２，…とセル電源端子ＶＤＤ（２）との間にそれぞれフューズ素子Ｆ１１，Ｆ１２、Ｆ２１，Ｆ２２，…を接続している。
【００５４】
このように構成にすることにより、フューズ素子とメモリセルとの距離を十分とることが可能になり、フューズ素子を溶断するときにメモリセルに悪影響を及ぼす恐れが少ない。また、上記第１実施形態よりもフューズ素子の配置において自由度が向上し、チップの設計上で有利になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、リークテスト等のテストモードにおいて、テスト時間を大幅に短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した構成の具体的な要部回路図である。
【図３】セル電源端子ＶＤＤ（１），（２）への電源供給経路を示すチップ完成品の断面図である。
【図４】リークテスト時の様子を示す概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示した構成の具体的な要部回路図である。
【図７】従来のテスト用回路を搭載した半導体記憶装置の要部構成を示す回路図である。
【符号の説明】
５１−１，５１−２，… メモリセル
ＶＬ−１，ＶＬ−２，… メモリセル電源線
Ｆ１，Ｆ２，… フューズ素子
Ｓ１，Ｓ２，… 電源切替回路
ＶＤＤ（１），ＶＤＤ（２）セル電源端子
５３−１，５３−２，… 行選択線
１０動作モード切替回路

Claims

マトリックス状に配置されたメモリセル群と、
前記メモリセル群の行毎に設けられ、対応する行の複数のメモリセルにそれぞれ電源を供給するための複数のメモリセル用電源線とを具備し、
前記各メモリセル用電源線毎に、電源切替回路が設けられており、前記各電源切替回路は、前記メモリセル群の行を選択するための行選択信号とテストモード及び通常モードを切り替えるためのテストモード切替信号とが入力されるＮＯＲ回路の出力信号に基づき互いに反転論理でオン／オフ制御される２つのスイッチング手段を備え、前記各メモリセル用電源線が、前記各電源切替回路の前記２つのスイッチング手段を介して２つの電源供給端にそれぞれ接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイ内に設けられ前記メモリセルが同一行に同数接続された複数のワード線と、行を選択する行選択線が入力端に接続され前記複数のワード線のうちの所定のワード線を選択するワード線選択回路と、前記メモリセルアレイの行毎に設けられ、対応する行の複数のメモリセルにそれぞれ電源を供給するための複数のメモリセル用電源線と、行アドレス信号に基づいて前記行選択線を選択するための選択信号を出力する行デコーダとを備えた半導体記憶装置において、
互いに独立した第１と第２の電源供給端を設け、
テストモード時には、前記第１の電源供給端からテスト対象行のメモリセルに電源を供給すると同時に、前記第２の電源供給端からテスト対象行以外のメモリセルに電源を供給する電源切替回路を、前記各メモリセル用電源線の一端にそれぞれ設けたことを特徴とする半導体記憶装置。
前記各電源切替回路は、
前記テストモード及び通常モードの切り替えを行うテストモード切替信号と前記選択信号との論理をとる第１の論理回路と、
前記メモリセル用電源線の一端と前記第１の電源供給端との間に接続され、前記第１の論理回路の出力によりオン／オフ動作する第１のトランジスタと、
前記第１の論理回路の出力論理を反転する反転論理回路と、
前記メモリセル用電源線の一端と前記第２の電源供給端との間に接続され、前記反転論理回路の出力によりオン／オフ動作する第２のトランジスタとで構成したことを特徴とする請求項２記載の半導体記憶装置。
前記メモリセル用電源線の一端と前記第１のトランジスタとの間にフューズ素子を接続したことを特徴とする請求項３記載の半導体記憶装置。
前記第１のトランジスタと前記第１の電源供給端との間、及び前記第２のトランジスタと前記第２の電源供給端との間にそれぞれフューズ素子を接続したことを特徴とする請求項３記載の半導体記憶装置。