JP5104864B2 - 半導体記憶装置及びシステム - Google Patents

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Description

本願発明は、一般に半導体記憶装置に関し、詳しくは冗長機能を備えた半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置においては、欠陥メモリセルを予備のメモリセルである冗長メモリセルで置き換える冗長機能が設けられている。半導体記憶装置の出荷時にメモリセルの動作テストを実行し、欠陥メモリセルが発見された場合には、その欠陥メモリセルのアドレスをフューズ回路等に記録する。外部から入力されたアクセス対象のアドレスがフューズ回路に記録された欠陥メモリセルのアドレスに一致すると、アクセス先を冗長メモリセルに切り替えることで、欠陥メモリセルではなく冗長メモリセルに対するアクセスを実行する。これにより、欠陥メモリセルのアドレスを利用可能にすることができる。一般に、冗長による置き換えの単位は、ワード線毎或いはコラム線毎となっている。
冗長メモリセルに欠陥がある場合にはそのような冗長メモリセルの使用を避ける必要があるので、半導体記憶装置の動作テストにおいては、通常のメモリセルの動作テストだけでなく冗長メモリセルの動作テストも行う必要がある。即ち例えばワード線毎に冗長による置き換えを行う場合、全ての実ワード線と全ての冗長ワード線とについて動作テストを実行する必要がある。一般に、フューズ回路への書き込みがなされていない状態では、アクセスは全て実ワード線に対して実行される。従って、冗長ワード線に対して動作テストするためには、冗長ラインのテストを指定するテストモードに入り、予め冗長ワード線に割り当てられている所定のアドレスを指定することにより、所望の冗長ワード線にアクセスする。このように強制的に冗長処理を実行することを強制冗長と呼ぶ。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)においてはメモリセルのデータを保持し続けるために、リフレッシュ動作を各メモリセルに対して定期的に実行する必要がある。リフレッシュコマンドを外部から入力してリフレッシュ動作を実行する場合もあれば、内部リフレッシュにより半導体記憶装置内部でリフレッシュタイミング及びアドレスを生成してリフレッシュ動作を実行する場合もある。この内部リフレッシュによるリフレッシュ動作は、ディスターブ試験等のメモリセルの動作テスト中においても使用される。
しかし上記説明した強制冗長が有効設定されている場合、冗長ワード線に割り当てられているアドレスに対応する実ワード線にはアクセスすることができないので、この実ワード線に対しては内部リフレッシュによるリフレッシュ動作が実行されない。また強制冗長が無効設定されている場合、冗長ワード線にはアクセスすることができないので、冗長ワード線に対しては内部リフレッシュによるリフレッシュ動作が実行されない。即ち、強制冗長を有効に設定してしまうと実ワード線の能力を適切に試験することができなくなり、強制冗長を無効に設定してしまうと冗長ワード線の能力を適切に試験することができなくなる。結果として、冗長ワード線に対する動作テストと実ワード線に対する動作テストとを、別々に実施することが必要になってしまう。
特許文献1には、テストモードの自動リフレッシュ動作時に、メインセル及び予備セルが順次リフレッシュされる同期式DRAMが開示される。特許文献2には、ノーマルセルとリダンダントセルとを同時にリフレッシュさせ、テスト時間の短縮が可能なDRAMが開示される。特許文献3には、試験時において、全てのリアルセル及び冗長セルを、同一のアドレス空間においてアクセスするためのアクセス手段を設けた半導体メモリが開示されている。
特開2000−357398号公報 特開2003−297092号公報 特開平09−293394号公報
以上を鑑みて本発明は、内部リフレッシュによるリフレッシュ動作を実行しながら動作テストを実行する際に、冗長ワード線と実ワード線との両方を問題無くテスト可能な半導体記憶装置を提供することを目的とする。
半導体記憶装置は、実ワード線及び冗長ワード線を含むメモリセル配列と、一定時間間隔で並ぶパルスから構成されるリフレッシュタイミング信号を生成するよう構成されるタイミング信号生成回路と、該リフレッシュタイミング信号の各パルスに応答して該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択するよう構成されるリフレッシュ対象選択回路と、該タイミング信号生成回路が生成する該リフレッシュタイミング信号のパルス間隔を制御する制御回路を含み、該リフレッシュ対象選択回路が順次選択したワード線に対してリフレッシュ動作を実行し、該リフレッシュ対象選択回路は、該実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成され、該制御回路は、該第1のモードでは該パルス間隔を第1の間隔に設定し、該第2のモードでは該パルス間隔を該第1の間隔よりも狭い第2の間隔に設定するよう構成されることを特徴とする。
またCPUとメモリとを含むシステムにおいて、該メモリは、実ワード線及び冗長ワード線を含むメモリセル配列と、一定時間間隔で並ぶパルスから構成されるリフレッシュタイミング信号を生成するよう構成されるタイミング信号生成回路と、該リフレッシュタイミング信号の各パルスに応答して該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択するよう構成されるリフレッシュ対象選択回路と、該タイミング信号生成回路が生成する該リフレッシュタイミング信号のパルス間隔を制御する制御回路を含み、該リフレッシュ対象選択回路が順次選択したワード線に対してリフレッシュ動作を実行し、該リフレッシュ対象選択回路は、該実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成され、該制御回路は、該第1のモードでは該パルス間隔を第1の間隔に設定し、該第2のモードでは該パルス間隔を該第1の間隔よりも狭い第2の間隔に設定するよう構成されることを特徴とする。
本発明の少なくとも1つの実施例によれば、実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択してリフレッシュを実行するので、内部リフレッシュによるリフレッシュ動作を実行しながら動作テストを実行する際に、冗長ワード線と実ワード線との両方を問題無くテスト可能となる。
本発明による半導体記憶装置の構成の一例を示す図である。 半導体記憶装置の冗長制御の構成について説明するための図である。 リフレッシュアドレスカウンタの構成の一例を示す図である。 リフレッシュアドレスカウンタの構成の別の一例を示す図である。 本発明による半導体記憶装置の構成の別の一例を示す図である。 シフト制御&ワードデコーダの構成の一例を示す図である。 複数のワードデコーダと1つのワード線ドライバとの関係を示す図である。 タイミング信号生成回路の構成の一例を示す図である。 本発明によるシステムの構成の一例を示す図である。 本発明によるシステムをSIPとして実現した構成の一例を示す図である。 本発明によるシステムをMCPとして実現した構成の一例を示す図である。
符号の説明
10 半導体記憶装置
11 コマンドデコーダ
12 コア制御回路
13 テストモード設定回路
14 アドレス入力バッファ
15 リフレッシュアドレスカウンタ
16 アドレス生成ユニット
17 データ入出力バッファ
18 コア回路
19 オシレータ
20 セル配列
21 冗長制御部
22 ワードデコーダ
23 センスアンプ
24 コラムデコーダ
25 リードライトアンプ
30 フューズ回路
31 アドレス比較部
32 冗長判定回路部
33 プリデコーダ
34 実ワードデコーダ
35 冗長ワードデコーダ
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明による半導体記憶装置の構成の一例を示す図である。図1の半導体記憶装置10は、コマンドデコーダ11、コア制御回路12、テストモード設定回路13、アドレス入力バッファ14、リフレッシュアドレスカウンタ15、アドレス生成ユニット16、データ入出力バッファ17、コア回路18、及びオシレータ(OSC)19を含む。コア回路18は複数のセル配列20を含む。コア回路18には更に、各セル配列20毎に冗長制御部21、ワードデコーダ22、及びセンスアンプ(SA)23が設けられている。また複数のセル配列20に共通に、コラムデコーダ24及びリードライトアンプ25が設けられている。
コマンドデコーダ11は、半導体記憶装置10のチップ外部から各コマンドを示すコントロール信号を受け取る。コマンドデコーダ11は、これらのコントロール信号をデコードし、デコード結果に基づいて種々の制御信号を生成する。これらの制御信号は、コア制御回路12、テストモード設定回路13、アドレス生成ユニット16等の各回路部分に供給される。例えば、コマンドデコーダ11はモードレジスタ設定コマンドに応じて、動作テストに関する設定のレジスタ取り込みを指示する信号をテストモード設定回路13に供給する。
コア制御回路12は、コマンドデコーダ11からの制御信号及びクロック信号に基づいて、制御信号が指定する動作(データ読出し動作/データ書込み動作等)に対応する種々のタイミング信号を生成する。生成されたタイミング信号は、コア回路18及びリフレッシュアドレスカウンタ15等に供給される。このタイミング信号が指定するタイミングに従って、各回路部分の動作が実行される。
テストモード設定回路13は、モードレジスタ設定コマンドに応じたコマンドデコーダ11からの指示により、アドレス入力ユニット14からのアドレス信号の一部をレジスタ設定値として読み込む。即ちアドレス信号の一部が、動作テストの内容を示す設定値として内部のモードレジスタに設定される。また更にテストモード設定回路13は、後述するように外部からの設定又はリフレッシュアドレスカウンタ15からの強制冗長要求信号FRに応じて、強制冗長指示信号をアサート状態に設定する。この強制冗長指示信号を含む動作テストに関する種々の制御信号が、テストモード設定回路13からコア回路18に供給される。
アドレス入力バッファ14は、半導体記憶装置10のチップ外部からローアドレスを示すアドレス信号とコラムアドレスを示すアドレス信号とを受け取る。受け取られたローアドレスはアドレス生成ユニット16に供給され、受け取られたコラムアドレスはコラムデコーダ24に供給される。またアドレス信号は、テストモード設定回路13に供給される。
リフレッシュアドレスカウンタ15はコア制御回路12の制御の下で動作し、リフレッシュ動作を実行する対象アドレスとしてリフレッシュアドレスを生成する。生成されたリフレッシュアドレスはアドレス生成ユニット16に供給される。アドレス生成ユニット16は、アドレス入力バッファ14からのローアドレスとリフレッシュアドレスカウンタ15からのリフレッシュアドレスとに基づいて、読み出し動作、書き込み動作、及びリフレッシュ動作のアクセスワード線を示すローアドレスをコア回路18に供給する。
コア回路18のセル配列20には、複数のメモリセルがロー方向及びコラム方向にマトリクス状に配列されてセルアレイを構成し、各メモリセルにデータが格納される。セル配列20には、複数のローアドレスに対応して複数のワード線が配置され、各ワード線に複数のメモリセルが接続される。またコラムアドレスが並ぶ方向には複数のビット線が並べられ、それぞれのビット線にセンスアンプが接続される。複数のワード線は、実ワード線と冗長ワード線とを含む。
ローアドレスの一部(ブロックアドレス)により活性化対象として指定されるセル配列20において、ワードデコーダ22は、アドレス生成ユニット16から供給されるローアドレスをデコードし、ローアドレスで指定されるワード線を選択し活性化する。コラムデコーダ24は、アドレス入力ユニット14から供給されるコラムアドレスをデコードし、コラムアドレスで指定されるコラム選択線を活性化する。
活性化されたワード線に接続されるメモリセルのデータは、ビット線に読み出されセンスアンプ23で増幅される。読み出し動作の場合、センスアンプ23で増幅されたデータは、活性化されたコラム選択線により選択され、リードライトアンプ25及びデータ入出力バッファ17を介して半導体記憶装置10外部に出力される。書き込み動作の場合、半導体記憶装置10外部からデータ入出力バッファ17及びリードライトアンプ25を介して供給される書き込みデータが、活性化対象であるセル配列20において、活性化されたコラム選択線により選択されるコラムアドレスのセンスアンプ23に書き込まれる。この書き込みデータとメモリセルから読み出され再書き込みされるべきデータとが、活性化されたワード線に接続されるメモリセルに書き込まれる。
オシレータ19は、オシレータの発振信号をコマンドデコーダ11に供給する。この発振信号に応じたクロック信号及び制御信号が、コマンドデコーダ11からコア制御回路12に供給される。このクロック信号及び制御信号に基づいて、コア制御回路12がタイミング信号生成回路として動作して、一定時間間隔で並ぶパルスから構成されるリフレッシュタイミング信号を生成する。このリフレッシュタイミング信号の各パルスがリフレッシュアドレスカウンタ15に供給され、リフレッシュアドレスカウンタ15が各パルスに応答してリフレッシュアドレスを生成する。
本発明の図1に示す実施例では、リフレッシュアドレスカウンタ15が、リフレッシュタイミング信号の各パルスに応答して実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択するよう構成される。このリフレッシュアドレスカウンタ15が順次選択したワード線に対して、コア回路18においてリフレッシュ動作が実行される。この際、リフレッシュアドレスカウンタ15は、実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成される。この切り替えは、テストモード設定回路13から供給されるテスト信号TEにより制御される。
動作テスト時等に実ワード線及び冗長ワード線の全てをリフレッシュする必要がある場合には第2のモードが用いられる。また動作テストにより検出した欠陥アドレスを冗長アドレス(冗長処理実行対象アドレス)として設定した後等、実ワード線の本数に等しい数のワード線のみ、即ちアクセス可能アドレス空間のみをリフレッシュすればよい場合には第1のモードが用いられる。
図2は、半導体記憶装置10の冗長制御の構成について説明するための図である。図2に示す構成は、フューズ回路30、アドレス比較部31、冗長判定回路部32、プリデコーダ33、実ワードデコーダ34、及び冗長ワードデコーダ35を含む。フューズ回路30、アドレス比較部31、及び冗長判定回路部32が図1の冗長制御部21に相当し、プリデコーダ33、実ワードデコーダ34、及び冗長ワードデコーダ35が図1のワードデコーダ22に相当する。
フューズ回路30には複数のフューズが設けられており、レーザ照射等によりフューズを選択的に切断することで、冗長対象のアドレスを指定することができる。即ち、半導体記憶装置10の動作テストの結果、ローアドレスXにあるメモリセルに欠陥が見つかった場合、フューズ回路30のフューズを選択的に切断することにより、フューズの切断/非切断状態に応じたフューズ回路30の出力信号がローアドレスXを冗長アドレスとして示すようにする。
またフューズ回路30は、冗長アドレスが設定されフューズ回路30の出力信号が有効な冗長アドレスを示していることを示すために、冗長判定信号を出力するように構成されている。この冗長判定信号の状態をチェックすることにより、フューズ回路30の出力する信号を冗長アドレスとして使用すべきか否かを判断することができる。
アドレス比較部31は、フューズ回路30の出力信号が示す冗長アドレスとアドレス生成ユニット16から供給されるアドレス信号ADDが示すアクセス先アドレスとを比較する。処理の便宜上、アドレス信号ADD及びその反転信号/ADDがアドレス比較部31に供給されている。アドレス比較部31は、冗長アドレスとアクセス先アドレスとのビット毎の一致/不一致を示す信号を出力する。
冗長判定回路部32は、冗長判定信号がHIGHであり且つビット毎の一致/不一致を示す信号が全ビット一致を示す場合、冗長指示信号をアサートする。この冗長指示信号のアサートにより、アドレス信号ADDをプリデコードするプリデコーダ33の出力が遮断される。プリデコーダ33からプリデコード信号が出力されないので、実ワードデコーダ34が実ワード線を選択することはない。
また冗長指示信号のアサートに応答して、冗長ワードデコーダ35がフューズ回路30に対応する冗長ワード線を選択活性化する。図示していないが、フューズ回路30、アドレス比較部31、及び冗長判定回路部32は、複数の冗長ワード線に一対一に対応して複数セット設けられていてよい。ある1つのフューズ回路30の示す冗長アドレスが、外部から指定されたアクセス先アドレスと一致すると、このフューズ回路30に対応する冗長ワード線が選択されることになる。
半導体記憶装置10の動作テストを実行する段階では、欠陥アドレスは未知であり、フューズ回路30には何ら冗長アドレスが設定されていない。この状態では、フューズ回路30の出力信号は無効であり、冗長判定信号は無効を示すLOWとなっている。しかし半導体記憶装置10の動作テストにおいては、冗長ワードデコーダ35に冗長ワード線を選択させて冗長メモリセルのテストを行う必要がある。そこで半導体記憶装置10の動作テストモードにおいては、テストモード設定回路13(図1参照)が強制冗長指示信号を出力しており、この強制冗長指示信号を必要に応じてHIGH(アサート状態)に設定するように構成される。強制冗長指示信号がHIGH(アサート状態)に設定された場合、冗長判定信号との論理和をとるOR回路36の出力がHIGHになり、冗長判定回路部32は、冗長判定信号がHIGHの場合と同様に動作する。即ち、冗長判定回路部32は、アドレス比較部31からのビット毎の一致/不一致を示す信号が全ビット一致を示す場合、冗長指示信号をアサートする。なお図2に示す構成は一例であり、冗長判定信号と強制冗長指示信号とを組み合わせて冗長処理を有効にする構成は、例えばアドレス比較部31内に組み込むように構成してもよい。
半導体記憶装置10の通常動作状態では、強制冗長指示信号がネゲート状態であるが、フューズ回路30に冗長アドレスが有効に設定されていれば、冗長判定信号は有効を示すHIGHである。この場合、冗長制御部21は、アクセス先を示すアドレスと冗長アドレス(フューズ回路30に設定されるアドレス)との一致又は不一致に応じて、アクセス先を示すアドレスに対応する冗長ワード線又は実ワード線をそれぞれ選択する。半導体記憶装置10のテスト動作状態では、フューズ回路30の出力信号は無効であり冗長判定信号は無効を示すLOWである。この場合、冗長制御部21は、強制冗長指示信号がネゲート状態であれば、アクセス先を示すアドレスが示す実ワード線のみを選択する。また強制冗長指示信号がアサート状態の場合、冗長制御部21は、アクセス先を示すアドレスが冗長ワード線に対応するアドレスであれば、アクセス先を示すアドレスに対応する冗長ワード線を選択し、そうでなければアクセス先を示すアドレスに対応する実ワード線を選択する。
ここで、アクセス先を示すアドレスに対応する冗長ワード線とは、そのアドレス入力に対してアドレス比較部31の出力が全ビット一致を示すようなフューズ回路30、アドレス比較部31、及び冗長判定回路部32からなるセットに対応する冗長ワード線である。即ち、あるフューズ回路30に冗長アドレスが設定されていないデフォールト状態で、ワード線アドレスが3ビットとして例えばアドレス"000"をADDとしてアドレス比較部31に入力すると、アドレス比較部31の出力が全ビット一致を示すとする。この場合、アドレス"000"が、このフューズ回路30に対応する冗長ワード線に対応するアドレスである。この冗長ワード線に対応するアドレスの値は、フューズ回路30、アドレス比較部31、及び冗長判定回路部32からなるセットの初期設定状態により決まる。例えば3本の冗長ワード線に対応するアドレス値として"000"、"001"、"002"が初期設定により割り当てられている場合、アクセス先を示すアドレスとして"000"、"001"、"002"を順次指定することにより、これら3本の冗長ワード線を順次選択することができる。
図3は、リフレッシュアドレスカウンタ15の構成の一例を示す図である。図3に示すリフレッシュアドレスカウンタ15は、3ビットの実ワード線アドレス及び2ビットの冗長ワード線アドレスの場合に対応し、選択回路41、リセット生成回路42、カウンタ43乃至49を含む。実ワード線アドレス及び冗長ワード線アドレスのビット数は、この例に限定されるものではない。カウンタ43乃至49の各々は、入力の立ち下りエッジに応答して出力が反転するトグル回路でよい。
カウンタ43乃至46が、実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する第1のカウンタ回路を構成する。カウンタ47乃至49が、冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する第2のカウンタ回路を構成する。コア制御回路12から供給されるリフレッシュタイミング信号が、選択回路41に供給される。選択回路41は、リセット生成回路42からの信号RSTBに応じて、第1のカウンタ回路又は第2のカウンタ回路にリフレッシュタイミング信号を供給する。
リセット生成回路42は、テストモード設定回路13(図1参照)から供給されるテスト信号TEがアサート状態であるかネゲート状態であるかに応じて動作が異なる。まずテスト信号TEがアサート状態の場合について説明する。
リセット生成回路42は、まず信号RSTAをネゲート状態に設定するとともに、信号RSTBをアサート状態に設定している。信号RSTAのネゲート状態により、第1のカウンタ回路(カウンタ43乃至46)は動作可能状態(イネーブル状態)となる。また信号RSTBのアサート状態により、第2のカウンタ回路(カウンタ47乃至49)はリセット状態となり、アドレス信号JRA0乃至JRA1及びタイミング信号JRA2は固定される。
選択回路41は、信号RSTBがアサート状態のとき、リフレッシュタイミング信号を第1のカウンタ回路(カウンタ43乃至46)のみに供給する。このリフレッシュタイミング信号のパルスを第1のカウンタ回路がカウントすることにより、アドレス信号RA0乃至RA2の示すアドレスが1つずつ増加していく。アドレス信号RA0乃至RA2は、リフレッシュアドレスとしてアドレス生成ユニット16に供給される。
アドレス信号RA0乃至RA2の示すアドレスが最大値を示した直後のリフレッシュタイミング信号のパルスにより、カウンタ46がカウントアップされタイミング信号RA3がHIGHになる。リセット生成回路42は、テスト信号TEがアサート状態の場合、タイミング信号RA3のHIGHに応答して信号RSTAをアサート状態に設定し且つ信号RSTBをネゲート状態に設定する。これにより第1のカウンタ回路がリセット状態となり、第2のカウンタ回路が動作可能状態(イネーブル状態)となる。
選択回路41は、信号RSTBがネゲート状態のとき、リフレッシュタイミング信号を第2のカウンタ回路(カウンタ47乃至49)のみに供給する。このリフレッシュタイミング信号のパルスを第2のカウンタ回路がカウントすることにより、アドレス信号JRA0乃至JRA1の示すアドレスが1つずつ増加していく。アドレス信号JRA0乃至JRA1は、リフレッシュアドレスとしてアドレス生成ユニット16に供給される。
アドレス信号JRA0乃至JRA1の示すアドレスが最大値を示した直後のリフレッシュタイミング信号のパルスにより、カウンタ49がカウントアップされタイミング信号JRA2がHIGHになる。リセット生成回路42は、タイミング信号JRA2のHIGHに応答して信号RSTAをネゲート状態に設定し且つ信号RSTBをアサート状態に設定する。これにより第1のカウンタ回路が動作可能状態となり、第2のカウンタ回路がリセット状態となる。以降、同一の動作を繰り返す。
テスト信号TEがネゲート状態の場合、リセット生成回路42は、タイミング信号RA3のHIGH/LOWに関わらず信号RSTBをアサート状態に固定する。更にリセット生成回路42は、タイミング信号RA3のHIGHに応答して、信号RSTAを一時的にアサート状態にして第1のカウンタ回路をリセットして、その後信号RSTAをネゲート状態に戻す。これにより、第1のカウンタ回路のみが繰り返し動作して、実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成する動作を繰り返す。
信号RSTBは、強制冗長要求信号FRとしてテストモード設定回路13(図1参照)に供給される。この場合、正論理と負論理とが逆転しており、アサート状態の信号RSTBがネゲート状態の強制冗長要求信号FRとしてテストモード設定回路13に供給され、ネゲート状態の信号RSTBがアサート状態の強制冗長要求信号FRとしてテストモード設定回路13に供給される。テストモード設定回路13は、強制冗長要求信号FRのアサート状態に応答して強制冗長指示信号(図2)をアサート状態に設定し、強制冗長要求信号FRのネゲート状態に応答して強制冗長指示信号をネゲート状態に設定する。
従って、信号RSTBがアサート状態の場合、第1のカウンタ回路が動作して実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成するとともに、強制冗長は行われない。信号RSTBがネゲート状態の場合、第2のカウンタ回路が動作して冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成するとともに、強制冗長が実行される。またテスト信号TEがネゲート状態では、第1のカウンタ回路の動作のみを実行し、テスト信号TEがアサート状態では、第1のカウンタ回路の動作の後に引き続いて第2のカウンタ回路の動作を実行する。
図4は、リフレッシュアドレスカウンタ15の構成の別の一例を示す図である。図4に示すリフレッシュアドレスカウンタ15は、3ビットの実ワード線アドレス及び2ビットの冗長ワード線アドレスの場合に対応し、リセット生成回路51、カウンタ52乃至55を含む。実ワード線アドレス及び冗長ワード線アドレスのビット数は、この例に限定されるものではない。カウンタ52乃至55の各々は、入力の立ち下りエッジに応答して出力が反転するトグル回路でよい。
カウンタ52乃至55は、実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する動作と、冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する動作とを、選択的に実行可能に構成されている。コア制御回路12から供給されるリフレッシュタイミング信号が、カウンタ52乃至55に供給される。
リセット生成回路51は、テストモード設定回路13(図1参照)から供給されるテスト信号TEがアサート状態であるかネゲート状態であるかに応じて動作が異なる。まずテスト信号TEがアサート状態の場合について説明する。
リセット生成回路51は、まず信号RSTA及び強制冗長要求信号FRをネゲート状態に設定している。信号RSTAのネゲート状態により、カウンタ回路(カウンタ52乃至55)は動作可能状態(イネーブル状態)となる。
リフレッシュタイミング信号のパルスをカウンタ回路がカウントすることにより、アドレス信号RA0乃至RA2の示すアドレスが1つずつ増加していく。アドレス信号RA0乃至RA2は、リフレッシュアドレスとしてアドレス生成ユニット16に供給される。カウンタ54の出力RA2がリセット生成回路51に入力されているが、強制冗長要求信号FRがネゲート状態の場合には、カウンタ54の出力RA2は無視される。
アドレス信号RA0乃至RA2の示すアドレスが最大値を示した直後のリフレッシュタイミング信号のパルスにより、カウンタ55がカウントアップされタイミング信号RA3がHIGHになる。リセット生成回路51は、テスト信号TEがアサート状態の場合、タイミング信号RA3のHIGHに応答して強制冗長要求信号FRをアサート状態に切り替えると共に、信号RSTAを一時的にアサート状態に設定する。信号RSTAの一時的なアサート状態によりカウンタ回路がリセットされ、信号RSTAがその後ネゲート状態に戻ると、カウンタ回路は動作可能状態(イネーブル状態)となる。
その後、リフレッシュタイミング信号のパルスをカウンタ回路がカウントすることにより、アドレス信号RA0乃至RA1の示すアドレスが1つずつ増加していく。アドレス信号RA0乃至RA1は、リフレッシュアドレスとしてアドレス生成ユニット16に供給される。
アドレス信号RA0乃至RA1の示すアドレスが最大値を示した直後のリフレッシュタイミング信号のパルスにより、カウンタ54がカウントアップされタイミング信号RA2がHIGHになる。リセット生成回路51は、強制冗長要求信号FRがアサート状態の場合には、タイミング信号RA2のHIGHに応答して強制冗長要求信号FRをネゲート状態に切り替えると共に、信号RSTAを一時的にアサート状態に設定する。信号RSTAの一時的なアサート状態によりカウンタ回路がリセットされ、信号RSTAがその後ネゲート状態に戻ると、カウンタ回路は動作可能状態(イネーブル状態)となる。以降、同一の動作を繰り返す。
テスト信号TEがネゲート状態の場合、リセット生成回路51は、タイミング信号RA2及びRA3のHIGH/LOWに関わらず強制冗長要求信号FRをネゲート状態に固定する。更にリセット生成回路51は、タイミング信号RA3のHIGHに応答して、信号RSTAを一時的にアサート状態にしてカウンタ回路(カウンタ52乃至55)をリセットして、その後信号RSTAをネゲート状態に戻す。これにより、実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成する動作を繰り返す。
テストモード設定回路13(図1参照)は、強制冗長要求信号FRのアサート状態に応答して強制冗長指示信号(図2)をアサート状態に設定し、強制冗長要求信号FRのネゲート状態に応答して強制冗長指示信号をネゲート状態に設定する。
従って、強制冗長要求信号FRがネゲート状態の場合、カウンタ回路が動作して実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成するとともに、強制冗長は行われない。強制冗長要求信号FRがアサート状態の場合、カウンタ回路が動作して冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスをゼロから最大値まで順次生成するとともに、強制冗長が実行される。またテスト信号TEがネゲート状態では、強制冗長要求信号FRをネゲート状態としたカウンタ動作のみを実行し、テスト信号TEがアサート状態では、強制冗長要求信号FRをネゲート状態としたカウンタ動作の後に引き続いて強制冗長要求信号FRをアサート状態としたカウンタ動作を実行する。
図5は、本発明による半導体記憶装置の構成の別の一例を示す図である。図5において、図1と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
図5の半導体記憶装置10Aは、コマンドデコーダ11、コア制御回路12、テストモード設定回路13、アドレス入力バッファ14、アドレス生成ユニット16A、データ入出力バッファ17、コア回路18A、及びオシレータ(OSC)19を含む。コア回路18Aは複数のセル配列20を含む。コア回路18Aには更に、各セル配列20毎にセンスアンプ(SA)23及びシフト制御&ワードデコーダ27が設けられている。また複数のセル配列20に共通に、コラムデコーダ24及びリードライトアンプ25が設けられている。
図5の半導体記憶装置10Aでは、図1のリフレッシュアドレスカウンタ15が削除され、リフレッシュ対象ワード線を指定する機能がシフト制御&ワードデコーダ27に組み込まれている。アドレス生成ユニット16Aは、コマンドデコーダ11の制御下で動作し、アドレス入力バッファ14からのローアドレスに基づいて、読み出し動作及び書き込み動作のアクセスワード線を示すローアドレスをコア回路18Aに供給する。
図6は、シフト制御&ワードデコーダ27の構成の一例を示す図である。図6のシフト制御&ワードデコーダ27は、シフトレジスタ61乃至64、ワードデコーダ65乃至68、ワード線ドライバ69乃至72、プリデコーダ73、シフト情報生成回路74、及びフューズ回路75を含む。図6は、実ワード線が3本で冗長ワード線が1本の場合を例として示しているが、ワード線の本数はこの構成に限定されるものではない。
まずテスト信号TEがアサートされている場合の動作について説明する。シフトレジスタ61乃至64は、複数の実ワード線WL0乃至WL2及び冗長ワード線JWLに対して一対一に設けられ、リフレッシュ対象であるワード線を指し示すデータを順次シフト動作により伝搬させるよう構成される。即ち、コア制御回路12(図5参照)から供給されるコア制御信号の一部であるリフレッシュタイミング信号の各パルスに同期してシフトレジスタ61乃至64がシフト動作を行うことにより、シフトレジスタ61乃至64内を順番にポインタデータが伝搬していく。例えばシフトレジスタ61乃至64は1ビットのフリップフロップであり、ポインタデータは1ビットのデータ"1"である。複数のシフトレジスタ61乃至64のうちで、このポインタデータが格納されているシフトレジスタが、リフレッシュ対象のワード線を指し示すことになる。即ち、シフトレジスタ61にポインタデータが格納されていれば冗長ワード線JWLがリフレッシュされ、シフトレジスタ62にポインタデータが格納されていれば実ワード線WL0がリフレッシュされ、シフトレジスタ63にポインタデータが格納されていれば実ワード線WL1がリフレッシュされ、シフトレジスタ64にポインタデータが格納されていれば実ワード線WL2がリフレッシュされる。このようにテスト信号TEがアサート状態であり、全ての実ワード線と冗長ワード線とをリフレッシュする場合には、シフトレジスタ61乃至64の全てにポインタデータを順次格納して伝搬させる。
テスト信号TEがネゲート状態であり、実際に使用するワード線のみをリフレッシュする場合には、シフトレジスタ61乃至64のうちで実ワード線に対応するシフトレジスタ62乃至64のみにポインタデータを順次格納して伝搬させる。即ちこの場合、シフトレジスタ61については、ポインタデータが入力されると、そのままポインタデータを素通りさせて出力するよう構成すればよい。
即ち、シフトレジスタ61は、テストモード設定回路13(図5参照)から供給されるテスト信号TEがアサート状態の場合には、通常のシフトレジスタとして動作して、リフレッシュタイミング信号に応答して入力ポインタデータを取り込み格納する。またテスト信号TEがネゲート状態の場合には、入力端と出力端とが直接に結合されるようにして、入力端に供給された入力ポインタデータをそのまま出力端から出力する。
図6に示されるように、ワード線ドライバ69乃至72は、複数の実ワード線WL0乃至WL2及び冗長ワード線JWLに対して一対一に設けられ、また更に複数のワードデコーダ65乃至68が設けられている。フューズ回路75は、欠陥のあるワード線アドレスを冗長アドレス(即ち冗長処理を適用する対象のアドレス)として記録している。シフト情報生成回路74は、実ワード線のうちで欠陥のあるワード線(フューズ回路75に記録されたワード線アドレス)に対応するワード線ドライバを避けながら複数のワードデコーダ65乃至68を複数のワード線ドライバ69乃至72に対応づける。即ち、例えばワード線WL1に欠陥がある場合には、ワードデコーダ66が選択されるとワード線ドライバ69を活性化し、ワードデコーダ67が選択されるとワード線ドライバ70を活性化し、ワードデコーダ68が選択されるとワード線ドライバ72を活性化する。これにより、冗長ワード線JWL、実ワード線WL0、及び実ワード線WL2を使用したメモリセルへのアクセス動作が実現される。
図7は、複数のワードデコーダと1つのワード線ドライバとの関係を示す図である。図7においては、ワード線ドライバ71がワードデコーダ66乃至68に接続される構成を示している。ワードデコーダ66乃至68は同一の構成であり、代表としてワードデコーダ66の構成が示されている。ワードデコーダ66は、トランジスタ81乃至84を含む。リフレッシュ動作時にはREFZ及びREFXがそれぞれHIGH及びLOWとなり、リフレッシュ動作時以外にはREFZ及びREFXがそれぞれLOW及びHIGHとなる。従って、リフレッシュ動作時には対応するシフトレジスタの出力(シフトレジスタ情報)がHIGHのときに、ワードデコーダ66の出力はLOWになる。またリフレッシュ動作時以外には、プリデコーダ73からのプリデコード信号がHIGHのときに、ワードデコーダ66の出力はLOWになる。
ワード線ドライバ71は、トランジスタ85乃至87、ラッチ88、及びドライバ回路89を含む。トランジスタ85乃至87のゲートには、シフト情報生成回路74からのシフト情報が供給される。ワードデコーダ67の選択によりワード線ドライバ71を活性化する場合には、シフト情報によりトランジスタ86が導通するように制御される。ワードデコーダ66の選択によりワード線ドライバ71を活性化する場合には、シフト情報によりトランジスタ85が導通するように制御される。またワードデコーダ68の選択によりワード線ドライバ71を活性化する場合には、シフト情報によりトランジスタ87が導通するように制御される。選択的に導通されるトランジスタ以外のトランジスタは非導通とされる。
トランジスタ85乃至87のうちの導通した1つのトランジスタにより選択されたワードデコーダの出力がLOWの場合、このLOWがラッチ88に格納される。ラッチ88にLOWが格納されると、当該ワード線ドライバ71が活性化されたことになり、ドライバ回路89により対応ワード線を活性化する。
上記のワード線ドライバ71の構成は、複数のワード線ドライバ69乃至72について基本的に同様である。但し選択用トランジスタ(図7のトランジスタ85乃至87)の数は3つに限られず、例えばワード線ドライバ70の場合には選択用トランジスタの数は2つである。ワード線ドライバ69乃至72の各々においてシフト情報生成回路74からのシフト情報に応じて複数の選択用トランジスタのうちの1つを選択的に導通状態とすることにより、実ワード線のうちで欠陥のあるワード線に対応するワード線ドライバを避けながら複数のワードデコーダ65乃至68を複数のワード線ドライバ69乃至72に対応づけることができる。
図8は、オシレータ19の構成の一例を示す図である。このオシレータ19は、図1又は図5の半導体記憶装置において用いられる。図8に示すオシレータ19は、オシレータ91、周期設定回路92、設定変更回路93、及び選択回路94を含む。
図1又は図5の半導体記憶装置においては、前述のように、実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成される。この切り替えは、テストモード設定回路13から供給されるテスト信号TEにより制御される。一般にリフレッシュ動作の周期は、各メモリセルがデータを保持するに最低限必要なリフレッシュの時間間隔に対して、ある程度の余裕を持たせることで決定されている。リフレッシュタイミング信号のパルス間隔が一定に設定されているとすると、上記第1のモードではリフレッシュにより適切なデータ保持が可能であるが、第2のモードではリフレッシュ対象のワード線が増えることにより各メモリセルのリフレッシュ間隔が広くなり、適切なデータ保持ができなくなる恐れがある。
図8に示す構成では、テストモード設定回路13から供給されるテスト信号TEに応じて、オシレータ19が出力するリフレッシュタイミング信号の基となる発振周波数を変更するように構成されている。周期設定回路92は、例えばフューズ回路やラッチ回路等であり、オシレータ91の発振周期を指定する情報を内部に格納している。周期設定回路92の格納する発振周期を指定する情報は、第1の経路において直接にそのまま選択回路94に供給されると共に、第2の経路において設定変更回路93を介して情報内容が変更された後に選択回路94に供給される。設定変更回路93は例えば減算器などであり、入力情報が示す発振周期を短くするように変更し、変更後の短くなった発振周期を示す情報を出力する。
選択回路94は、テストモード設定回路13から供給されるテスト信号TEがネゲート状態の場合には、周期設定回路92から直接にそのまま供給された周期情報をオシレータ91に供給する。従って、テスト信号TEがネゲート状態の場合には、オシレータ91が発生するリフレッシュタイミング信号の基となる発振信号の周期は周期設定回路92に設定される周期となる。
選択回路94は、テストモード設定回路13から供給されるテスト信号TEがアサート状態の場合には、周期設定回路92から設定変更回路93を介して供給された短い周期を示す周期情報をオシレータ91に供給する。従って、テスト信号TEがアサート状態の場合には、オシレータ91が発生するリフレッシュタイミング信号の基となる発振信号の周期は周期設定回路92に設定される周期よりも短い周期となる。即ち、リフレッシュタイミング信号のパルス間隔は、テスト信号TEがネゲート状態の場合よりも短いパルス間隔となる。これにより、実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択してリフレッシュする場合であっても、メモリセルにおいて適切にデータ保持することが可能となる。
図9は、本発明によるシステムの構成の一例を示す図である。図9に示すシステムは、図1又は図5の半導体記憶装置(機能搭載メモリ)10(又は10A)、メモリ101、メモリコントローラ102、及びCPU/MPU103を含む。半導体記憶装置10(又は10A)の動作テストにおいては、CPU103から半導体記憶装置10(又は10A)にモードレジスタ設定することで、実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択してリフレッシュする第1のモードと、実ワード線及び冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択してリフレッシュする第2のモードとの何れかを必要に応じて指定することができる。
図10は、本発明によるシステムをSIPとして実現した構成の一例を示す図である。図10のSIP(System In Package)は、半導体記憶装置(機能搭載メモリ)10(又は10A)、ロジック回路104、フラッシュメモリ105、及びSRAM106を含む。図11は、本発明によるシステムをMCPとして実現した構成の一例を示す図である。図11のMCP(Multi Chip Package)は、半導体記憶装置(機能搭載メモリ)10(又は10A)、フラッシュメモリ107、及びSRAM108を含む。本発明の実施例による半導体記憶装置10(又は10A)は、このように様々な形態において使用することが可能である。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。

Claims (8)

  1. 実ワード線及び冗長ワード線を含むメモリセル配列と、
    一定時間間隔で並ぶパルスから構成されるリフレッシュタイミング信号を生成するよう構成されるタイミング信号生成回路と、
    該リフレッシュタイミング信号の各パルスに応答して該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択するよう構成されるリフレッシュ対象選択回路と、
    該タイミング信号生成回路が生成する該リフレッシュタイミング信号のパルス間隔を制御する制御回路
    を含み、該リフレッシュ対象選択回路が順次選択したワード線に対してリフレッシュ動作を実行し、
    該リフレッシュ対象選択回路は、該実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成され、
    該制御回路は、該第1のモードでは該パルス間隔を第1の間隔に設定し、該第2のモードでは該パルス間隔を該第1の間隔よりも狭い第2の間隔に設定するよう構成される
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 強制冗長指示信号がネゲート状態の場合、冗長アドレスが有効設定されているならばアクセス先を示すアドレスと有効設定された冗長アドレスとの一致又は不一致に応じて該アクセス先を示すアドレスに対応する冗長ワード線又は実ワード線を選択し、冗長アドレスが有効設定されていないならばアクセス先を示すアドレスに対応する実ワード線を選択し、該強制冗長指示信号がアサート状態の場合には該アクセス先を示すアドレスに対応する冗長ワード線又は実ワード線を選択する冗長制御回路を更に含み、
    該リフレッシュ対象選択回路はリフレッシュ対象のワード線アドレスを生成するリフレッシュアドレス生成回路であり、該強制冗長指示信号をネゲート状態に設定してワード線アドレスを順次生成する第1の動作と、該強制冗長指示信号をアサート状態に設定してワード線アドレスを順次生成する第2の動作とを実行するよう構成されることを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  3. 該リフレッシュ対象選択回路は、該第1のモードでは該第1の動作のみを実行し、該第2のモードでは該第1の動作の後に引き続いて該第2の動作を実行するよう構成されることを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  4. 該リフレッシュ対象選択回路は、
    該第1の動作時に活性化され該実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する第1のカウンタと、
    該第2の動作時に活性化され該冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成する第2のカウンタと、
    該強制冗長指示信号を制御するとともに該第1のカウンタと該第2のカウンタとを選択的に活性化する切り替え回路
    を含むことを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  5. 該リフレッシュ対象選択回路は、
    ワード線アドレスを生成するカウンタと、
    該強制冗長指示信号を制御するとともに、該第1の動作において該カウンタに該実ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成させ、該第2の動作において該カウンタに該冗長ワード線の本数に等しい数のワード線アドレスを生成させる切り替え回路
    を含むことを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  6. 該リフレッシュ対象選択回路は、複数の該実ワード線及び該冗長ワード線に対して一対一に設けられ、リフレッシュ対象であるワード線を指し示すデータを順次シフト動作により伝搬させる複数のシフトレジスタを含み、該第のモードにおいて該複数のシフトレジスタの全てに該データを順次伝搬させ、該第のモードにおいて該複数のシフトレジスタのうちで該実使用されるワード線に対応するもののみに該データを順次伝搬させるよう構成されることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  7. 複数の該実ワード線及び該冗長ワード線に一対一に対応して設けられる複数のワード線ドライバと、
    複数のワード線デコーダと、
    該実ワード線のうちで欠陥のあるワード線に対応する該ワード線ドライバを避けながら該複数のワード線デコーダを該複数のワード線ドライバに対応づけるシフト情報生成回路
    を更に含むことを特徴とする請求項記載の半導体記憶装置。
  8. CPUと、
    メモリ
    を含むシステムであって、該メモリは、
    実ワード線及び冗長ワード線を含むメモリセル配列と、
    一定時間間隔で並ぶパルスから構成されるリフレッシュタイミング信号を生成するよう構成されるタイミング信号生成回路と、
    該リフレッシュタイミング信号の各パルスに応答して該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択するよう構成されるリフレッシュ対象選択回路と、
    該タイミング信号生成回路が生成する該リフレッシュタイミング信号のパルス間隔を制御する制御回路
    を含み、該リフレッシュ対象選択回路が順次選択したワード線に対してリフレッシュ動作を実行し、
    該リフレッシュ対象選択回路は、該実ワード線の本数に等しい数のワード線のみを一本ずつ順次選択する第1のモードと、該実ワード線及び該冗長ワード線の全てを一本ずつ順次選択する第2のモードとを切り替え可能に構成され、
    該制御回路は、該第1のモードでは該パルス間隔を第1の間隔に設定し、該第2のモードでは該パルス間隔を該第1の間隔よりも狭い第2の間隔に設定するよう構成される
    ことを特徴とするシステム。
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