在下文中,将参照附图描述本发明的
实施例。
图1为示出根据本发明的半导体存储器件的结构的方框图。
图1的半导体存储器件10包括地址缓冲器11、数据缓冲器12、 命令解码器13、
控制信号产生单元14、时钟缓冲器15、多个列解码 器16、多个字解码器17、多个DRAM单元阵列18、多个SRAM冗 余单元19、以及多个熔断器盒20。
DRAM单元阵列18分别具有在行和列中排列的存储单元,该存 储单元是用电容器实现的。在每个DRAM单元阵列18中,例如读出 放大器、字线、列线、单元晶体管等等这样的电路和线路被提供用于 指定从存储单元读/写数据的地址。每个DRAM单元阵列18作为单个 模块而提供,并且在直线方向上排列的一系列读出放大器(未示出) 被设置在DRAM单元阵列18之间。在图1的例子中,系列读出放大 器所在的区域的一部分被用于提供SRAM冗余单元19。
地址缓冲器11接收来自该器件外部的地址信号,并且按照适当的 时序把它们提供到控制信号产生单元14、列解码器16和字解码器17。
当从该器件的外部提供数据时,数据缓冲器12按照适当的时序通 过数据路径(未示出)把数据提供到DRAM单元阵列18,并且当从 DRAM单元阵列18读取数据时,把数据提供到该器件的外部。
命令解码器13从该器件的外部接收控制信号/RAS、/CAS、/WE 等等,并且解码由该控制信号所表示的命令,随后把解码的结果提供 到控制信号产生单元14。根据解码结果,控制信号产生单元14控制 例如列解码器16和字解码器17这样的各种单元的工作和工作时序。 即,控制信号产生单元14把控制时序提供到半导体存储器件10的各 个单元,并且这些单元按照适当的时序而工作,从而实现的数据写/ 读操作。
时钟缓冲器15接收来自该器件外部的
时钟信号CLK,并且把该 时钟信号提供到地址缓冲器11、数据缓冲器12、命令解码器13等等。 从而正确地控制每个单元的数据获取时序和工作时序。
字解码器17解码来自地址缓冲器11的行地址,并且激活对应于 该行地址的字线。连接到所激活字线的单元晶体管变为导通,结果所 选择字地址的存储单元的数据被读取。
列解码器16解码来自地址缓冲器11的列地址,并且激活对应于 列地址的列线。相应地,对应的列晶体管变为导通,从而实现相应读 出放大器和数据缓冲器12之间的数据传输。
在读取操作的情况中,数据被从连接到所激活字线的存储单元读 到位线,并且在位线上的数据被读出放大器所放大。该放大的数据被 从对应于所激活列线的读出放大器中读出,并且被提供到数据缓冲器 12。在写入操作的情况中,操作次序与读取操作的情况相反。由所激 活列线选择的读出放大器接收来自数据缓冲器12的数据。然后,数据 被从读出放大器通过位线提供到存储单元,并且存储在连接到所激活 字线的存储单元中。
SRAM冗余单元19被置于作为放置读出放大器的线路的区域的 一部分而提供的空间中。SRAM冗余单元19所提供的数目对每个单 元模块是预定的,并且每个单元被作为一对一地分配给相应单元模块 中的缺陷存储单元的冗余单元。熔断器盒20控制转向操作,由此使得 对缺陷单元的存储器访问被根据内部熔断器的断开/连接状态转向到 一个SRAM冗余单元19。
图2为示出DRAM单元阵列和SRAM冗余单元的结构的示意图。
图2示出对应于一个DRAM单元阵列18的单元模块。在本例中, DRAM单元阵列18是256×64位结构,其中对应于256条字线的256 个字分别被提供给对应于64的读出放大器的64个位。在DRAM单元 阵列18的上方和下方放置由读出放大器所构成的读出放大器线21。 在本例中,每个读出放大器线21包括16个读出放大器,并且放大16 位数据的信号。
如图1中所示,DRAM单元阵列18在行和列中相邻放置,以及 图2示出一个DRAM单元阵列18的单元模块。读出放大器线21如此 放置在相邻的DRAM单元阵列18之间。
如图2中所示,读出放大器线21放置在相邻DRAM单元阵列18 之间的部分芯片区域被用作为用于容纳SRAM冗余单元19的区域。 如果在DRAM单元阵列18中存在缺陷单元,则在芯片区域中提供的 SRAM冗余单元19作为用于缺陷单元22的后备单元。在图2的例子 中,每个SRAM冗余单元19包括2-位SRAM单元。在图2中所示的 4个SRAM冗余单元19中,位于面对图2的DRAM单元阵列18的 一侧上的两个单元被用于图2中所示的DRAM单元阵列18的冗余处 理。位于图2的DRAM单元阵列18的相对侧上的两个SRAM冗余单 元19被用于与图2的DRAM单元阵列18相邻的DRAM单元阵列18 的冗余处理。
如果一种存储器结构是这样使得以4位为单位读出数据,则包括 缺陷单元22的4位存储单元被两个SRAM冗余单元19所代替,每个 对应于两个位。按照这种方式,可以对图2的例子中的一个DRAM单 元阵列18做出对一个缺陷
位置的冗余处理。
图3为示出SRAM冗余单元19周围的电路结构的电路图。
在图3中,为了便于说明,SRAM冗余单元19被示出为SRAM 冗余单元19-1至19-10。SRAM冗余单元19-1和19-2用于图3中所 示的DRAM单元阵列18的冗余处理。SRAM冗余单元19-3用于在图 3中的DRAM单元阵列18的上方并与其相邻的DRAM单元阵列的冗 余处理。SRAM冗余单元19-4被用于在图3的DRAM单元阵列18 的下方并与其相邻的DRAM单元阵列的冗余处理。
每个SRAM冗余单元19-1至19-4包括两个
锁存器,每个包括两 个
反相器32和33,并且其中存储两位数据。
存储在DRAM单元阵列18的存储单元中的数据由在数据读取时 有选择地激活的一条字线进行字选择。对应于所选择字线的数据被通 过位线提供到读出放大器31,并且被放大。提供16个读出放大器31 以形成一组,其构成图2中所示的一个读出放大器线21。
图4为示出DRAM单元阵列、读出放大器和SRAM冗余单元之 间的关系的示意图。
在图4中,为了便于说明仅仅示出一条字线41。当在数据读取时 选择该字线41时,从对应于该字线41的存储单元读取数据。所取得 的数据被通过位线BL和/BL提供到各个读出放大器31。读出放大器 31按照这样的方式放大位线BL和/BL上的数据,以扩大位线BL和 /BL之间的电势差。如图4中所示,每对位线BL和/BL交替连接到在 该图上侧的对应一个读出放大器31,并且连接到在该图下侧的对应一 个读出放大器31。
如果在连接到字线41的存储单元中存在缺陷存储单元,例如4位 数据由图4中的虚线和箭头所示的SRAM冗余单元19-1和19-2进行 冗余处理。
下面将再次参照图3描述数据读取操作。
如上文所述当DRAM单元阵列18的存储单元的数据被存储在读 出放大器31中时,图1中所示的列解码器16激活对应于所选择列地 址的列线。例如,如果图3中所示的列线CAi被激活,具有连接到列 线CAi的栅极的NMOS晶体管35变为导通,从而把相应的读出放大 器31的数据提供到输入/输出总线I/O0至I/O3。在输入/输出总线I/O0 至I/O3上的数据被通过放大器等等提供到图1的数据缓冲器12,随 后输出到的外部。按照这种方式,在图3的例子中对一个列地址读取 4位数据。
如果在所选择字上有一个缺陷单元,则包括该缺陷单元的4位数 据被SRAM冗余单元19-1和19-2所代替。具体来说,关于该缺陷单 元的地址的信息被保存在图1中所示的熔断器盒20中。选择缺陷单元 的地址(即,行地址和列地址)将导致选择相应的冗余列线RCAj, 而不是选择激活对应于列地址的列线。结果,具有连接到冗余列线 RCAj的栅极的NMOS晶体管35变为导通。另外,根据指定的行地 址有选择的激活表示相应DRAM单元阵列模块18的块信号。在图3 的结构中,选择对应于图3中所示的DRAM单元阵列18的块信号 BLB。具有提供到其栅极的块信号BLB的NMOS晶体管36变为导通, 从而SRAM冗余单元19-1和19-2的数据被提供到输入/输出总线I/O0 至I/O3。输入/输出总线I/O0至I/O3的数据被通过放大器等等提供到 数据缓冲器12,并且输出到的外部。
当选择位于图3的DRAM单元阵列18上方并与其相邻的DRAM 单元阵列时,激活块信号BLA。如果位于图3的DRAM单元阵列18 上方并与其相邻的DRAM单元阵列受到冗余处理,则激活该块信号 BLA将导致把SRAM冗余单元19-3的数据提供到输入/输出总线I/O0 至I/O3。同理,当选择位于图3的DRAM单元阵列18下方并与其相 邻的DRAM单元阵列时,激活块信号BLC。
按照这种方式,当指定非缺陷单元的地址时,从读出放大器31读 出数据。如果指定一个缺陷单元的地址,则通过冗余处理从SRAM冗 余单元读取数据。在数据写入的情况中,数据在与数据读取情况相反 的方向上传送,并且在特定的地址存储在DRAM存储单元中或者存 储在相应的SRAM冗余存储单元中。
图5为示出根据本发明的冗余处理的控制的方框图。
图5的冗余处理控制机构包括熔断ROM51、比较电路52、列地 址缓冲器53、块地址缓冲器54、行地址缓冲器55、反相器56和“与” 电路57和58。这些电路元件用于控制冗余列线59、块线60、列线61 和字线62。熔断ROM51和比较电路52包含在图1的熔断器盒20中。 列地址缓冲器53、块地址缓冲器54和行地址缓冲器55例如可以提供 在地址缓冲器11中。
熔断ROM51保存表示缺陷地址的信息,该信息由内部熔丝的断 开/连接状态所表示,并且把该信息提供到比较电路52。比较电路52 把来自熔断ROM51的表示缺陷地址的信息与要被访问的从列地址缓 冲器53、块地址缓冲器54和行地址缓冲器55提供的地址相比较。
如果所访问的地址与任何一个缺陷地址不同,则比较电路52使冗 余检测信号comorz降低到低电平(LOW)。相应地反相器56的输出 变为高电平(HIGH),从而有选择地激活对应于存储在列地址缓冲 器53中的列地址的列线61。与此同时,根据行地址缓冲器55的行地 址和块地址缓冲器54的块地址有选择地激活字线62。有选择地激活 字线62和列线61导致对指定的地址执行数据读取操作或数据写入操 作。
如果所访问的地址与一个缺陷地址相同,则比较电路52使冗余检 测信号comorz变为高电平。相应地,反相器56的输出变为低电平, 从而指向非缺陷存储单元的列线61不被激活。另外,比较电路52激 活对应于所访问地址的其中一个冗余列线选择信号com0z至com7z。 结果,相应的一个冗余列线59(RCAj:j=0至7)被有选择地激活。 在此时,对应于存储在块地址缓冲器54中的块地址的块线60被有选 择地激活。在指定地址为缺陷地址的情况中,所选择的冗余列线59 和所选择块线60(对应于图3中的其中一个块信号BLA至BLC)的 激活导致对冗余单元执行的数据读取操作或数据写入操作。
字线62被有选择地激活而与该输入地址是否为缺陷地址单元无 关,即,与是否执行冗余处理无关。结果,在读取操作的情况中,缺 陷单元的数据被读到读出放大器。但是,当执行冗余处理时,储存在 读出放大器中的缺陷单元的数据被忽略,并且SRAM冗余单元的数据 被通过输入/输出总线提供到数据缓冲器。
图6为示出熔断器盒周围的电路的电路图。
通过提供128个熔断器盒,图6的结构可以总共处理128个缺陷 单元。为了便于说明,该128个熔断器盒在此被示出为熔断器盒20-1 至20-128。这些熔断器盒具有相同的结构。
熔断器盒20-1包括冗余检测电路71、20个熔断电路72-1至72-20、 多个“与非”电路73、多个“或非”电路74、“与非”电路75以及 NMOS晶体管76。根据内部熔丝的断开/连接状态,冗余检测电路71 确定是否执行冗余处理。熔丝电路72-1至72-20根据内部熔丝的断开 /连接状态存储20位的地址信息。“与非”电路73、“或非”电路74 和“与非”电路75对应于图5中所示的比较电路52,并且把缺陷单 元的地址与由地址信号ra00z至ra12z以及ca00z至ca06z所表示的输 入地址相比较。
冗余检测电路71包括PMOS晶体管81和82、“与非”电路83 和84以及熔丝85。“与非”电路83和84接收相互的输出作为输入, 并且一同形成一个锁存器。在该器件通电时,信号crstx处于低电平, 然后变为高电平。信号csetz是在该器件通电时处于低电平的脉冲信 号,并且当检测到熔丝的断开/连接状态时变为高电平。在该器件通电 时,信号crstx和信号csetz为低电平。相应地由“与非”电路83和 84所构成的锁存器被复位,使得
节点N1和N2分别为低电平和高电 平。然后,信号crstx变为高电平,但是锁存器的状态保持不变。
如果熔丝85为连接,则当响应用于检测熔丝的断开/连接状态的 信号csetz变为高电平使得NMOS晶体管76变为导通时,节点A的 电势变为低电平。结果,由“与非”电路83和84所构成的锁存器被 复位,使得节点N1和N2分别为高电平和低电平。然后,信号csetz 变为低电平,从而节点A再次变为高电平。尽管如此,节点N1和N2 的各个高电平和低电平的电势保持不变。由于在这种情况中没有进行 地址比较,因此,不执行冗余处理。
如果熔丝85断开,则即使当信号csetz变为高电平时,节点A的 高电平电势不改变。相应地,节点N1和N2分别为低电平和高电平的 锁存器状态保持不变。在这种情况中进行地址比较,并且执行冗余处 理。
按照这种方式,冗余检测电路71确定是否根据熔丝85的连接或 断开执行冗余处理。
熔断电路72-1包括PMOS晶体管91和92、“与非”电路93和 94、由PMOS晶体管和NMOS晶体管所构成的传输门95和96、反相 器97和熔丝98。“与非”电路93和94接收相互的输出作为其输入, 从而形成一个锁存器。熔断电路72-1的锁存操作与冗余检测电路71 相同。
如果熔丝98连通,则该锁存器被设置在这样的状态,使得节点 M1和M2分别处于高电平和低电平。这种情况下,地址信号ra00z 被通过传输门96提供到“与非”电路73。如果熔丝98断开,则该锁 存器被设置在这样的状态,使得节点M1和M2分别处于低电平和高 电平。这种情况中,地址信号ra00z的反相被通过传输门96提供到“与 非”电路73。
在所有熔断电路72-1至72-20中执行上述相同的操作。结果,在 地址信号ra00z至ra12z和ca00z至ca06z的20位中,仅仅当熔丝98 在对应于“0”位的熔断电路中断开,并且在其它位置连通时,熔断电 路72-1至72-20的输出都变为高电平。
这种情况中,所有“与非”电路73的输出为低电平,并且所有“或 非”电路74的输出为高电平。结果,“与非”电路75的输出为低电 平。
按照这种方式,如果,在熔断电路72-1至72-20中的熔丝98的 断开/连接状态与一个输入地址相匹配,则该熔断器盒20-1输出一个 低电平信号。请注意,例如在地址信号ra00z至ra12z中的5个数位 表示一个块地址。
一个“或非”电路102接收4个“与非”电路101的输出。4个 “与非”电路101接收16个熔断器盒的输出。因此,如果该16个熔 断器盒中的任何一个检测到地址匹配从而输出低电平信号,则该“或 非”电路102输出一个低电平信号。如果没有一个熔断器盒检测到地 址匹配,则“或非”电路102的输出为高电平。
响应地址匹配而从一个“或非”电路102输出的低电平信号通过 3个反相器104,然后作为一个冗余列线选择信号com0z至com7z而 输出。结果,其中一个冗余列线RCAj(j=0至7)被有选择地激活。
另外,“或非”电路102的输出被“与非”电路103、“或非” 电路105和反相器106所合并。结果,如果输入地址与一个冗余地址 相匹配,则作为反相器106的输出的冗余检测信号comorz变为高电 平。如结合图5所述,指向非缺陷存储单元的列线不被激活。
在上述结构中,例如,多个“与非”电路101、多个“或非”电 路102、多个“与非”电路103、多个反相器104、“或非”电路105 以及反相器106被提供在图1中所示的列解码器16中。
应当指出,其中一个冗余列线选择信号com0z至com7z对应于具 有图2中所示的256×64结构的DRAM单元阵列18。具体来说,单 个冗余列线RCAj被提供给每个256×64DRAM单元阵列18,并且被 用于选择在列线延伸的列方向上排列的一排DRAM单元阵列18(即, 图2中的垂直方向)。另外,如结合图3所述,在列方向上排列的一 个DRAM单元阵列18被块信号所选择。
按照这种方式,本发明把包括行地址、块地址和列地址的地址信 号的所有数位与冗余地址相比较,从确定是否选择一条常规的列线或 者选择一条冗余列线。如果执行冗余处理,则向对应于所选择激活的 冗余列线和所选择激活的块线的SRAM冗余单元执行数据写/读操作。 这样可以实现冗余单元对存储单元的一对一替换,并且根据SRAM单 元的使用执行可靠的冗余处理。由于除了用于DRAM存储器的电路 之外,不需要提供地址选择电路和专用于SRAM单元的数据访问电 路,可以实现芯片面积的有效使用,并且避免功耗的增加。
图7为示出DRAM单元阵列和SRAM冗余单元的排列的示意图。
在图2中所示的结构中,为256×64DRAM单元阵列18提供两个 两位SRAM冗余单元19。在图7的结构中,另一方面,在字线延伸 的方向把图2的结构重复8倍,从而构成一个256×512的DRAM单 元阵列18。读出放大器线和SRAM冗余单元组111包括32位读出放 大器和两个两位SRAM冗余单元,并且在上线和下线中分别提供8个, 即总共有16个。
在图7中的虚线中所包含的部分112对应于图2的整个结构。即, 包含在虚线部分112中的DRAM单元阵列18A的一部分对应于256 ×64DRAM单元阵列18。每个读出放大器线和SRAM冗余单元组111 对应于两个读出放大器线21和两个SRAM冗余单元19(图2)。
如上文所述的这种结构增加了修复缺陷单元的范围。在图2的结 构中,冗余单元的数目仅仅足够对256×64DRAM单元阵列18的单个 4位组进行修复。相应地,如果256×64DRAM单元阵列18在两个分 离的位置存在缺陷单元,则不能够修复其中一个缺陷。在图7的结构 中,考虑到在256×512DRAM单元阵列18A中的标记为“X”的两个 位置处发现缺陷单元的情况。这种情况下,对应于存在两个缺陷单元 的256×64单元组的读出放大器线和SRAM冗余单元组111可以被分 配给其中一个缺陷单元,并且其它缺陷单元可以由对应于另一个由箭 头表示的256×64单元组的SRAM冗余单元所修复。
当在图2中所示的256×64DRAM单元阵列18中检测到两个缺陷 单元时,为了实现这种用于处理,可以把第二缺陷单元的地址分配给 冗余与对应该256×64DRAM单元阵列18的冗余列线选择信号comjz 不同的冗余列线选择信号comiz。这种分配可能通过把适当的地址设 置到熔断器盒20而实现。例如,如果在图6中所示的128个熔断器盒 20-1至20-128中的16个相邻熔断器盒对应于相同的冗余列线选择信 号,则第二缺陷单元的地址可以分配到一个熔断器盒,该熔断器盒与 分配给第一缺陷单元的熔断器盒相距16个盒以上的距离。按照这种方 式,在图7中所示的DRAM单元阵列18A中的任何8个缺陷单元可 以被冗余处理所修复。
图8为DRAM单元阵列和SRAM冗余单元的排列的变型。
与图2的结构相同,图8中所示的DRAM单元阵列18具有256 ×64位结构,其中对应于256字线的256个字被分别提供给对应于64 个读出放大器的64位。在DRAM单元阵列18上方和下方,放置由读 出放大器所构成的读出放大器线21。在本例中,每个读出放大器线21 包括16个读出放大器,并且放大16位数据的信号。在DRAM单元阵 列18的左侧,子字解码器120被提供到DRAM单元阵列18的附近。
如图8中所示,SRAM冗余单元19位于读出放大器线21和子字 解码器120的交点处。即,SRAM冗余单元19位于读出放大器线21 的虚拟延长线和子字解码器120的虚拟延长线的交点区域中。在图8 的例子中,每个SRAM冗余单元19包括两位SRAM单元。如果存储 器的结构是这样使得以四位为单位读取数据,则包括一个缺陷单元的 四位存储单元被两个SRAM冗余单元19所代替,其中每个对应于两 个位。按照这种方式,在图8的例子中可以对一个DRAM单元阵列 18进行对一个缺陷位置的冗余处理。
在图8的结构中,其中SRAM冗余单元19处于读出放大器线21 与子字解码器120的交点处,可以按照与图2的结构中相同的方式实 现芯片面积的有效使用。作为图8的另一个变型,由子字解码器120 所占据的一部分区域被用作为提供SRAM冗余单元19的区域。另外, 由图1中所示的每个字解码器17所占据的一部分区域可以用于提供 SRAM冗余单元19。
图9为示出一个结构的示意图,其中SRAM冗余单元位于部分字 解码器区域中。
DRAM单元阵列18具有256×512位的结构,其中对应于256条 字线的256个字被分别提供给对应于512个读出放大器的512个位。 在DRAM单元阵列18的上方和下方,放置由读出放大器所构成读出 放大器线121。在本例中,每个读出放大器线121包括256个读出放 大器,并且放大256位数据的信号。在DRAM单元阵列18的左侧, 字解码器17被提供与DRAM单元阵列18相邻。
在图9的结构中,SRAM冗余单元19被置于把字解码器17所在 的区域分开用于对DRAM单元阵列18进行字选择而产生的空间中。 每个SRAM冗余单元19包括两位SRAM单元。如果存储器结构是这 样使得以四位为单元读取数据,则包括缺陷单元的四位的存储单元被 两个SRAM冗余单元19所代替,每个对应于两个数位。在图9的例 子中,提供8对SRAM冗余单元19,从而对于图9中所示的256× 512DRAM单元阵列18可以对8个缺陷位置进行冗余处理。
在图9的结构中,其中SRAM冗余单元19位于字解码器区域的 一部分中,与以前的例子相同,可以有效地使用芯片面积。作为图9 的另一个变型,读出放大器线121和字解码器17相交的部分被用作为 用于提供SRAM冗余单元19的区域。
上述实施例仅仅是举例说明,而不是对本发明的限制。在本发明 中,可以在字解码器、子字解码器、列解码器、读出放大器线等等所 在的部分区域中提供SRAM冗余单元19,或者可以提供在读出放大 器线和字解码器相交的部分上。另外,如图8中所示,字条区域的一 部分(即,为字线做背衬的区域)可以用于提供SRAM冗余单元19, 或者读出放大器线和字条区域的交叉部分可以用于提供SRAM冗余 单元19。按照这种方式,本发明在每块DRAM单元阵列周围的区域 中提供SRAM冗余单元19,有效利
用例如解码器、读出放大器等等 这样的现有DRAM器件单元的面积。
另外,本发明不限于这些实施例,而是可以做出各种变型而不脱 离本发明的范围。
本申请基于在2001年3月30日向日本专利局递交的日本在先申 请No.2001-102175,其全部内容被包含于此,以供参考。