JPH02210698A - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPH02210698A
JPH02210698A JP1031484A JP3148489A JPH02210698A JP H02210698 A JPH02210698 A JP H02210698A JP 1031484 A JP1031484 A JP 1031484A JP 3148489 A JP3148489 A JP 3148489A JP H02210698 A JPH02210698 A JP H02210698A
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JP
Japan
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redundant
cell array
semiconductor memory
memory device
defective
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Application number
JP1031484A
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Tadashi Takemae
竹前 義
Yasushi Ryu
靖 笠
Masanori Nagasawa
長沢 正憲
Yuji Niiyama
新山 祐司
Akira Terui
照井 昭
Atsushi Araki
淳 荒木
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Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu VLSI Ltd
Fujitsu Ltd
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Priority to KR9001096A priority patent/KR930001657B1/ko
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術(第9図〜第12図) 課踊を解決するための手段 作用 実施例 第1実施例(第1図〜第5図) 第2実施例(第6図〜第8図) 発明の効果 〔概要〕 半導体メモリ装置に係り、特にマスクROMに好適な冗
長機能を有する半導体メモリ装置に関し、マスクROM
の製造プロセスに適し、チップ面積の増大を抑制しうる
冗長回路を有する半導体メモリ装置を提供することを目
的とし、 通常セルアレイと、該通常セルアレイ中の不良部分と置
換可能な冗長セルとを具備した半導体メモリ装置であっ
て、前記冗長セルは、ソース又はドレインがビット線側
に接続されたM!Sトランジスタと、一方の電極が該M
ISトランジスタのゲートに接続され、他方の電極がワ
ード線側に接続されたキャパシタとを有して構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体メモリ装置に係り、特にマスクROMに
好適な冗長回路機能を有する半導体メモリ装置に関する
半導体メモリの微細化、大容量化に伴なって半導体メモ
リの製造工程における不良セルも増加する。かかる欠陥
の存在により多くの良品部分が存在するにもかかわらず
、チップ全体が不良品とされることは歩留りの低下を招
来する。そこで、このような欠陥からチップを救済する
ために、半導体メモリには冗長回路が設けられている。
冗長回路は半導体メモリ(以下、通常セルアレイという
。)のメモリセルのうち、ウェーハプロービング試験時
に検出された不良セルのアドレスを不良セルアドレスメ
モリにプログラミングしておき、不良セルがアクセスさ
れた場合に、不良セルアドレスメモリのプログラミング
データに基づいて、当該不良セルを冗長メモリセルに置
き換えることによりアクセス可能としてチップを救済す
るものである。プログラミング手段としては、大別して
、レーザによりポリシリコンヒユーズを切断する第1の
方法、レーザにより高抵抗ポリシリコンを低抵抗化する
第2の方法、過大電流によりヒユーズを溶断する第3の
方法等がある。
上記冗長回路技術は、現在のところ、DRAM。
SRAM、EFROM等の事後的に書込み、読出し可能
なメモリに対して適用されているのみであり、マスクR
O”Mには適用されていない。その理由は、マスクRO
Mへのデータの書込みが当該マスクROMの製造プロセ
ス工程で行なわれるのに対し、不良セルに対するデータ
の冗長セルへの書込みは製造プロセス工程後のウェーハ
ブロービング試験時であり、実際に書込みが不可能だか
らである。
本発明はこのマスクROMへの冗長回路技術の適用に関
するものである。
〔従来の技術〕
以下、書込み可能なメモリであるSRAMと書込み不可
能なマスクRAMとを例にして従来の各冗長回路につい
て説明する。
SRAMの冗長回路 第9図に従来のSRAMの冗長回路の概要を示す。
まず、通常時の通常セルアレイ3に対するアクセス動作
を説明する。外部アドレスデータADDは行アドレスバ
ッファ1および列アドレスバッファ4にそれぞれ与えら
れる。
行アドレスバッファ1および列アドレスバッファ4にお
いては、それぞれにおいて外部アドレスデータADDを
TTLレベルからMOSレベルに増幅し、正相および逆
相のアドレス信号A、Aを生成して行デコーダ2および
列デコーダ5に送る。
行デコーダ2および列デコーダ5においては、各アドレ
ス信号A、Aを解読し、指定されるワード線WLおよび
ビット線BLを選択する。このようにして、選択された
ワード線WLとビット線BLとの交点のメモリセルMe
が特定されて読み出し動作が実行される。なお、書込み
動作は基本的には上記同様であるが、書込みデータがI
loから人出力バッファ12、データ切換回路9、列デ
コーダ5、センスアンプ6の経路で流れる。
次に、通常セルアレイ3内にビット線不良による不良セ
ルが存在する場合、その不良セルのアドレスはウェーハ
プロービング試験時に判明しているので、予め不良セル
アドレスメモリ7に記憶される(詳細は後述の第10図
、第11図参照)。
外部アドレスデータADDが不良セルに対するものであ
った場合、不良セルアドレスメモリ7からの不良アドレ
ス信号F、Fとアドレス信号A、Aがアドレス比較回路
8により比較され、一致信号ACCがデータ切換回路9
に出力される。
一致信号ACCが出力されたことは外部アドレスデータ
ADDによりアクセスされたメモリセルMCが不良セル
であることを意味するので、データ切換回路9は列デコ
ーダ5からのデータではなく冗長用センスアンプ10を
介して冗長セルアレイ11の冗長セルRMCからのデー
タに切換える。
このようにして、不良セルのデータは冗長セルRMC側
のデータに置き換えられ、通常セルアレイ3内に不良セ
ルがあっても当該チップとしては外観上良品として動作
することができる。書込みの場合も上記同様であり、先
に示したデータの流れとなる。
以上の構成において破線で囲った部分が冗長回路である
上記冗長回路において、不良セルアドレスメモリ7への
不良セルアドレスの記憶と冗長セルアレイ11への置換
データのプログラミングには同じ方法が用いられる。そ
の例を第10図、第11図に示す。
第10図はポリシリコンヒユーズfを過大電流iにより
溶断し、ポリシリコンヒユーズfの溶断で論理“0”、
非溶断で論理“1′を記憶する例を示している。溶断す
る場合には駆動トランジスタQ1 (NMO8)のゲー
トに溶断信号“H”レベルを入力し、駆動トランジスタ
Q1をONさせる。すると71 源s圧Vccによりポ
リシリコンヒユーズf1駆動トランジスタQ  5GN
Dの経路で! 過大電流iが流れる。この過大電流iによりポリシリコ
ンヒユーズfが溶断する。その後、駆動トランジスタQ
lをカットオフさせておくことにより、出力端OUTの
電位はプルダウン抵抗R1を介してvssレベルにプル
ダウンされ、論理“0”の冗長信号が出力される。一方
、溶断しない場合には、駆動トランジスタQ1をOFF
させておけばよく、出力端OUTはプルダウン抵抗Rp
によってハイインピーダンスに保たれるので、電源電圧
V。0を出力し、論理“1”の冗長信号となる。
以上のヒユーズパターンの平面図を第11図に示す。最
下層にポリシリコンヒユーズfが形成され、各端部にコ
ンタクトホール13.14を介してAg配線15.16
が接続されている。細線部分が溶断部17である。
マスクRAMの冗長回路 マスクROMの冗長回路の試作例を第12図に示す。た
だし、後述するような欠点があり、実用化には到ってい
ない。なお、第12図において、第9図と同一部分には
同一の符号を附してその説明を省略する。
この冗長回路は、センスアンプ6を介して読み出される
通常セルアレイ3からのデータと冗長用センスアンプ1
0を介して読み出される冗長セルRMCからのデータと
をE CC(ErorCorreeNng Code 
)回路19を用いて正しいデータを生成し、出力バッフ
ァ20から出力するようにしたものである。冗長セルR
MCへの書込みデータはプロセス工程で行うのであるが
、予め通常セルアレイ3に書込むデータによりハミング
コードによって生成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
マスクROMに対して冗長回路技術を適用する場合の問
題点は、チップ面積の増大が過剰となって、許容範囲を
超えてしまい、LSIの意義を減少させてしまう点にあ
る。その理由は次の通りである。
まず、第1に、マスクROMはデータの書込みをウェー
ハプロセス中に行なってしまうという製造プロセスの工
程の点において、DRAMやSRAMとは全く異なる製
造プロセスの工程をとる。したがって、不良セルアドレ
スを記憶させようとすると、不良セルアドレスメモリ7
や冗長セルアレイ11をマスクROMとは別のプロセス
で追加しなければならない。
第2に、仮に、第10図、第11図に示したようなポリ
シリコンヒユーズfにより冗長セルアレイ11を形成し
たとしても、高密度を長所とするマスクROMの通常セ
ルアレイに対し、冗長セルアレイ11の占有する面積が
過大となり、チップ全体の面積が過大となってしまう。
それは、ポリシリコンヒユーズfによりプログラミング
する方法では、第10図に示すように、ポリシリコンヒ
ユーズf1個を大電流で溶断するために大きな面積の駆
動トランジスタQ1を必要とし、1ビット当りの冗長セ
ルRMCの面積が増大することに起因する。冗長セルR
MCは数にビット分以上必要とするから、全体としては
相当大きなチップ面積の増大が予想される。
一方、第12図に示したように、FCC回路を用いるも
のも提案されている。この方法によれば、冗長セルアレ
イ11の冗長セルRMCへのプログラミングを製造プロ
セス中に行うものであるため、通常セルアレイ3および
冗長セルアレイ11を共にマスクROMで構成できる。
しかし、多くのビット数が必要となり、この場合も冗長
セルアレイ11の面積が大きくなり過ぎる。例えば、1
6ビツトに対して5ビツトの冗長用ビットが必要となる
ため、冗長セルアレイ11は通常セルアレイ3の5/1
6もの面積が必要となり、チップ全体の面積の増大を避
けることはできない。
このようなことから、マスクROMの冗長回路技術はい
まだ確立されていない現状にある。
本発明は、マスクROMの製造プロセスに適し、チップ
面積の増大を抑制しうる冗長回路を備えた半導体メモリ
装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明は、通常セルアレイ
と、該通常セルアレイ中の不良部分と置換可能な冗長セ
ルとを具備した半導体メモリ装置であって、前記冗長セ
ルは、ソース又はドレインがビット線側に接続されたM
ISトランジスタと、一方の電極が該MISトランジス
タのゲートに接続され、他方の電極がワード線側に接続
されたキャパシタとを有して構成する。
〔作用〕
本発明によれば、冗長セル(RMC)をトランジスタ1
個とキャパシタ1個とで形成したため、冗長セル(RM
C)1個当りの面積は従来のポリシリコンヒユーズ(f
)に比較して格段に小さくすることが可能となる。した
がって、チップ面積の増大を抑制できる。
〔実施例〕
次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
第1実施例 第1図に本発明の第1実施例を示す。この第1図はピッ
゛ト線不良による欠陥から救済するための冗長回路を示
したものである。第1図において、第9図(従来例)と
重複する部分には同一の符号を附して説明を省略する。
第1図において第9図と異なる点は、通常セルアレイ2
1がマスクROMで構成されている点、冗長セルアレイ
22がフローティングゲート形EFROMで構成されて
いる点である。なお、23は冗長セルアレイ22のスペ
アビット線BL8の選択のための行デコーダ、24は書
込み回路である。
第2図に通常セルアレイ21の構成を示す。第2図(a
)はメモリセルMCの平面図、第2図(b)はその断面
図である。この第2図(a)。
(b)に示すように、マスクROMは、通常、ポリシリ
コン−層で形成される。したがって、冗長セルアレイ2
2を通常セルアレイ21の製造プロセスを大幅に変更す
ることなく形成するためには通常セルアレイ21と同様
にポリシリコン−層で形成する必要があり、かつ、不良
セルに対応する冗長セルRMCのプログラミングを事後
的に行うには書込み可能なメモリである必要がある。
そこで、本発明においては、冗長セルアレイ22をEF
ROMとし、かつ、そのEPROMをポリシリコン−層
で形成するようにしたものである。第2図(a)に本実
施例における冗長セルアレイ22の冗長セルRMC平面
図、第2図(b)にその断面図、第3図に通常のEPR
OMと本発明のEFROMとの対応関係の説明図を示す
第2図(a)、(b)に示すように、P型基板28上に
はフィールド酸化膜(SiO2)27が形成され、その
上にはポリシリコン−層のフローティングゲートFGが
形成されている。ブローティングゲートFG上には層間
絶縁膜(S iO2)26が形成され、この層間絶縁膜
26を介してワード線WLが形成されている。29はス
ペアビット線BL8を形成する拡散層(N)であり、3
0は冗長セルRMCとなるトランジスタ領域である。
以上の冗長セルRMCは第2図(C)に示すEPROM
と電気的に等価である。すなわち、ワード線WLは層間
絶縁膜26を介してフローティングゲートFGと対面す
る配置とされているからコントロールゲートCGと等価
であり、フローティングゲートFGはフィールド酸化膜
27を介してトランジスタ領域30上に形成されている
からフローティングゲートである。第2図(b)と(c
)との対応をとれば、トランジスタ領域30上のフロー
ティングゲートFGとフィールド酸化膜27との界面が
A点であり、拡散層29上のフローティングゲートFG
とフィールド酸化膜27との界面がB点に相当する。
このように形成された冗長セルRMCはワード線WLと
スペアビット線BLsとの間に印加される電圧により、
フローティングゲートFG内に電荷を蓄積して不良セル
に対するデータを通常セルアレイ21に代えて記憶する
ことになる。
かくして、第1実施例によれば、ポリシリコン1層で形
成可能である点、および書込みが可能である点という要
請を満足する冗長セルRMCを形成することができ、所
期の目的を達成する。
以上は、冗長セルアレイ22の冗長セルRMC自体の構
造例について示したものであるが、次に冗長セルアレイ
22のマトリクス構造例について説明する。例えば、1
6MビットのマスクROMを想定すると、通常セルアレ
イ21は4K(行)X4K (列)で構成されることに
なる。この条件下において、ビット線BLを1本救済す
るためには、4K(行)×1(列)の冗長セルアレイ2
2を形成するべきである。しかし、冗長セルアレイ22
の冗長セルRMCは通常セルアレイ21のメモリセルM
Cに比べて大きな面積が必要である(第2図(a)、(
b)参照)。したがって、実際には4K(行)×1(列
)の冗長セルアレイ22を作ることは困難である。そこ
で、冗長セルアレイ22を512(行)×8(列)のセ
ルアレイとして、8列のデータを行アドレスバッファ1
からの行アドレス信号A、A−AA  を0  0  
11’  11 用いて行デコーダ23により1列のデータにデコードす
る。このようにすることにより、冗長セルアレイ22の
面積の増大を抑制することができる。
なお、マスクROMは、通常、8ビツト出力である。し
たがって、不良セルアドレスメモリ7には冗長すべきア
ドレスのみならず、8ビツト出力のいずれのビットに欠
陥があるかの情報についても記憶する必要があり、こ゛
の情報A  、A  〜A23. A23と、Mを用い
てデータ切換回路9により通常セルアレイ21の欠陥ビ
ットがら通常セルアレイ21の出力データに置き換える
ことはいうまでもない。
次に、第4図に通常セルアレイ21と冗長セルアレイ2
2の接続回路図を示す。現在、マスクROMで一般的に
使用されているセル方式はNAND型と呼ばれる。第4
図に示すように、通常セルアレイ21は8個(場合によ
っては、16個)のセルトランジスタQlO= Q17
を直列に接続し、これを1つのブロックとする。そして
、この1ブロツクをブロックセレクトワード線W L 
nsによって駆動されるブロックセレクト用セルトラン
ジスタQIBとし、かつ、このブロックセレクトワード
線WLB8を冗長セルアレイ22のワード線WLとして
、8個直列のセルトランジスタQlo〜Q17を選択す
るに相当するアドレス信号により、冗長セルアレイ22
のビット線BL3を選択するようになっている。
この場合、冗長セルRMCはソース(又はドレイン)が
ビット線BL3に接続されたMIsトランジスタQ2I
と、一方の電極がMISトランジスタQ21のゲートに
接続され、他方の電極がワニド線W L Bsに接続さ
れたMISキャパシタQ3oとがらなっている。
ところで、冗長セルRMCは通常セルアレイ21のメモ
リセルMCより大きい面積を必要とするため、冗長セル
RMCをメモリセルMCと同じように配置することはで
きない。よって、第5図に示すように、冗長セルRMC
をメモリセルMCの4個分のピッチで配置する。こうす
ることにより、配置できる数は1/4となるのでこれを
4列配置する。この例はビット線救済の場合を示したも
のである。冗長ビット線RBLo−RBL4の選択に当
っては、ワード線WLo−WL3゜WL4〜W L 7
の中から1本のワード線を選択する信号A  、 A 
tを冗長用行デコーダ23に送り、4本のビット線RB
Lo−RBL3の1木を選択する。
第2実施例 第6図に本発明の第2実施例を示す。この第2実施例は
ワード線不良による欠陥から救済するだめの冗長回路を
示したものである。第6図において、第1図と重複する
部分には同一の符号を附し、その説明は省略する。
第6図において第1図と異なる部分は、冗長セルアレイ
31が通常セルアレイ21の行側に設けられ、これに対
応して不良セルアドレスメモリ7、アドレス比較回路8
が行アドレスバッファ1からのアドレス信号に基づいて
処理動作するようになっている点、および冗長セルアレ
イ31における冗長セルRMCの配置の点である。
1本のワード線WLを救済する場合は、1(行)x4K
 (列)の冗長セルアレイ31をワード線WLと平行に
配置する。そして、不良セルアドレスメモリ7からの不
良セルアドレスデータと行アドレスバッファ1からの行
アドレスデータに基づいてアドレス比較回路8により不
良ワード線が選択されていることを検出し、冗長セルア
レイ31のワード線WLに置き換える。
冗長セルアレイ31において、第1実施例と同様に、当
該冗長セルアレイ31の冗長セルRMCが通常セルアレ
イ21のメモリセルMCより大きな面積を必要とする点
が問題となる。そこで第7図に示すように、RMC−R
MC4を4個列方向に縦に配置する。これにより冗長セ
ルRMCの列方向のピッチはメモリセルMCの4倍とな
るが、MC−MC4の4個分の幅内に納まるので多くの
冗長セルRMCを配置することができる。
一方、このように、マスクROMによる通常セルアレイ
21とEPROMによる冗長セルアレイ31とを混在さ
せた場合、ビット線BLの電圧が問題となる。というの
は、メモリセルMCの動作電圧は通常2v程度であるの
に対し、冗長セルRMCの書込み電圧は12V程度必要
である。したがって、ビット線BLを直結した場合には
メモリセルMCを破壊するおそれがある。このようなこ
とから、本実施例では、第7図に示すように、冗長セル
アレイ31と通常セルアレイ21との間に各ビット線B
Lに、分離用のトランジスタQ5□を介在させ、このQ
5、を書込み制御信号φRWによってスイッチングする
ことにより、書込み時に切離すようにしたものである。
以上の第1、第2の各実施例は冗長メモリに対して適用
した例を示したものであるが、本発明の思想は不良セル
アドレスメモリ7に適用してもよい。そうすることによ
り、メモリ全体の製造プロセスを共通化できる。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明によれば、冗長セルアレイをポリシ
リコン1層のフローティングゲート形EFROMによっ
て形成したことにより、マスクROMの製造プロセスと
適合し、チップ面積の増大を制御しうる半導体メモリの
冗長回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例のブロック図、第2図(a
)は通常セルアレイの平面図、第2図(b)は通常セル
アレイの断面図、第3図(a)は冗長セルアレイの平面
図、第3図(b)は冗長セルアレイの断面図、第3図(
C)は冗長セルアレイとEPROMの対応説明図、 第4図は通常セルアレイおよび冗長セルアレイの接続回
路図、 第5図はビット線救済の場合の冗長セルアレイの配置図
、 第6図は本発明の第2実施例のブロック図、第7図は冗
長セルアレイの配置説明図、第8図は通常セルアレイと
冗長セルアレイの接続回路図、 第9図は従来のSRAMの冗長回路のブロック図、 第10図は従来の不良セルアドレスメモリのセルの等価
回路図、 第11図は従来の不良セルアドレスメモリの構造図、 第12図は従来のマスクROMの冗長回路のブロック図
である。 21・・・通常セルアレイ 22・・・冗長セルアレイ 26・・・層間絶縁膜 27・・・フィールド酸化膜 28・・・P型基板 29・・・拡散層 30・・・トランジスタ領域 31・・・冗長セルアレイ WL・・・ワード線 BL・・・ビット線 B L s・・・スペアビット線 CG・・・コントロールゲート FG・・・フローティングゲート 24デグリーノコノ領域 通常セルアレイの説明図 第2図 30トランジスタ 28基板 jり 冗長セルアレイの説明図 第3図 第 図 通常セルアレイと冗長セルアレイの接続回路医用  8
  図 従来のSRAMの冗長回路のブロック医用  9  図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、通常セルアレイと、該通常セルアレイ中の不良部分
    と置換可能な冗長セルとを具備した半導体メモリ装置で
    あって、 前記冗長セルは、 ソース又はドレインがビット線側に接続されたMISト
    ランジスタと、 一方の電極が該MISトランジスタのゲートに接続され
    、他方の電極がワード線側に接続されたキャパシタとを
    有することを特徴とする半導体メモリ装置。 2、前記通常セルアレイ中の不良部分のアドレスを記憶
    する不良セルアドレスメモリを具備し、該不良セルアド
    レスメモリは、 MISトランジスタと、該MISトランジスタリなるメ
    モリセルを有することを特徴とする請求項1記載の半導
    体メモリ装置。 3、前記通常セルアレイは、マスクROMであることを
    特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。 4、前記冗長セルは、前記通常セルアレイに隣接されて
    形成され、前記冗長セルの配置間隔は、通常セルアレイ
    の配置間隔より大きいことを特徴とする請求項1記載の
    半導体メモリ装置。 5、請求項4記載の半導体メモリ装置において、ビット
    線と平行して複数直列に配置された冗長セルは、通常セ
    ルアレイのセルの配置数の整数分の1のセルを配置し、
    これを平行に整数倍配置したことを特徴とする半導体メ
    モリ装置。 6、請求項4記載の半導体メモリ装置において、ワード
    線と平行して複数直列に配置された冗長セルは、通常セ
    ルアレイのセルの配置数の整数分の1のセルを配置し、
    これを平行に整数倍配置したことを特徴とする半導体メ
    モリ装置。
JP1031484A 1989-01-31 1989-02-10 半導体メモリ装置 Pending JPH02210698A (ja)

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Cited By (1)

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