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JP2014075165A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2014075165A
JP2014075165A JP2012222072A JP2012222072A JP2014075165A JP 2014075165 A JP2014075165 A JP 2014075165A JP 2012222072 A JP2012222072 A JP 2012222072A JP 2012222072 A JP2012222072 A JP 2012222072A JP 2014075165 A JP2014075165 A JP 2014075165A
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JP2012222072A
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Hirokazu Ato
寛和 阿藤
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PS4 Luxco SARL
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PS4 Luxco SARL
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Abstract

【課題】共通のアドレス情報が供給されるデコーダ間で、それらの配置に基づく遠近端差を緩和することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】第1メモリ領域10Aのための第1デコーダ群MWDの並びに沿って第1の方向に第1および第2のアドレスバスが伸び、第2のメモリ領域10Bのための第2デコーダ群MWDの並びに沿って第1の方向に第3および第4のアドレスバスが伸び、第1のアドレスバスは前記第2のアドレスバスと前記第1デコーダ群と間に介在し、前記第3のアドレスバスは前記第4のアドレスバスと前記第2デコーダ群と間に介在し、前記第1および第4のアドレスバスは共に第1のアドレス信号X0を転送し、前記第2および第3のアドレスバスは共に第2のアドレス信号/X0を転送する。
【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置、特にDRAMなどの半導体記憶装置におけるロウおよび/またはカラムアドレスデコーダへのアドレスバスの配線レイアウトに関する。
半導体装置の分野では、回路の集積度の向上が進められている。回路の集積度が向上すると、同じ面積でより多くの機能を実現することができ、また、回路内で電子が移動する距離が小さくなるため、動作速度を向上することができる。
しかしながら、動作速度が向上すると、制御装置がメモリセルにアクセスするためにかかるアクセス時間に対する、回路内の配線に起因する信号遅延が大きくなる。信号遅延が許容範囲を超えると品質低下や歩留まり低下などを引き起こすことがあるため、配線に起因する信号遅延を低減することが重要となる。
特許文献1は、配線に起因する信号遅延を低減することができる半導体装置の一例が記載されている。特許文献1の図2には、複数のメモリセルアレー6にそれぞれ対応した複数のプリデコーダ8と、複数の中間バッファ12とを有する半導体チップ9が示されている。この半導体チップ9は、データの書き込みまたは読み出しの対象となるメモリセルを選択するためのアドレス情報を、中間バッファ12を介して、対応するプリデコーダ8に共通に供給する。
この半導体チップ9は、メモリセルアレー6を駆動するためのプリデコーダ8が各メモリセルアレー6に対応してそれぞれ配置されている。このため、1カ所に配置されたプリデコーダ8から各メモリセルアレーに対して配線する場合と比較して、プリデコーダ8とメモリセルアレー6とを接続する配線の長さが短くなり、配線に起因する信号遅延を低減することができる。
特開平06−325575号公報
しかしながら、本願発明者は、特許文献1に記載の技術では、依然として信号遅延が生じる場合があるという問題があることを明らかにした。
具体的にいえば、特許文献1に記載の技術では、共通のアドレス情報が供給されるプリデコーダ間で、中間バッファとプリデコーダとを接続する配線の長さが異なるため、それらの配線に抵抗値および容量のばらつきが生じ、その結果、信号遅延が生じる場合がある。
本発明による半導体装置は、
第1のメモリ領域のために設けられ第1の方向に並んで配置された第1デコーダ群と、
前記第1の方向に前記第1のメモリ領域と並んで配置された第2のメモリ領域のために設けられ前記第1の方向に並んで配置された第2デコーダ群と、
前記第1デコーダ群の並びに沿って前記第1の方向に伸びる第1および第2のアドレスバスと、
前記第2デコーダ群の並びに沿って前記第1の方向に伸びる第3および第4のアドレスバスと、
を備え、
前記第1のアドレスバスは前記第2のアドレスバスと前記第1デコーダ群と間に介在し、前記第3のアドレスバスは前記第4のアドレスバスと前記第2デコーダ群と間に介在し、前記第1および第4のアドレスバスは共に第1のアドレス信号を転送し、前記第2および第3のアドレスバスは共に第2のアドレス信号を転送する。
本発明によれば、第1および第2のアドレスバスを伝達するアドレス信号の並びが、第3および第4のアドレスバスを伝達するアドレス信号の並びとは逆になっていることから、これらアドレスバスに接続にされるデコーダ群に配置関係に伴う遠近端差を緩和することが可能になる。
本発明の第1の実施形態にかかるDRAMとしての半導体装置の概略構成を示すレイアウト図である。 図1の各メモリバンクのより詳細な構成を示す図である。 図2における、隣り合う二つのメモリマットの構成を示す図である。 図2、図3におけるサブワードドライバの一部を示す回路図である。 図1における各メモリバンクのアドレスマッピングを示す図である。 図5に対応した、図1のロウアドレスデコーダ部のメインワード線デコーダドライバおよびFXデコーダのレイアウトを示す図である。 図6で示したメインワード線デコーダドライバへアドレス情報を供給するための、本発明の第1実施例による配線レイアウトを示す図である。 図6で示したメインワード線デコーダドライバへアドレス情報を供給するための、本発明の第2実施例による配線レイアウトを示す図である。 図6で示したメインワード線デコーダドライバへアドレス情報を供給するための、本発明の第3実施例による配線レイアウトを示す図である。 図1で示したカラムデコーダ部へアドレス情報を供給するための、本発明の第4実施例による配線レイアウトを示す図である。 図1で示したカラムデコーダ部へアドレス情報を供給するための、本発明の第5実施例による配線レイアウトを示す図である。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
図1を参照すると、本発明の第1の実施形態にかかる半導体装置(半導体チップ)100は、半導体記憶装置、より具体的には、DRAM(Dynamic Random Access Memory)として示されている。
本装置100は、メモリバンクA〜D10A〜Dと、半導体装置100の外部から供給されるアドレス信号を受ける所謂ボンディングパッドとしての複数のアドレスPAD11と、アドレス入力回路12と、中継バッファ13−1および2と、ロウデコーダ部14A〜Dと、カラムデコーダ部15A〜Dと、リード/ライトアンプ回路16−1および2と、データ入出力回路17と、半導体装置100の外部との間でデータ信号を通信する所謂ボンディングパッドとしての複数のデータ入出力PAD18とを有する。なお、本装置100は、DRAMとして操作するためにクロック端子、内部クロック回路、コマンド端子、コマンドデコーダ、さらには、内部の各回路を制御する制御回路等を更に備えているが、本発明と直接関係がないので図示を省略している。
各メモリバンク10は、図2に示すように、n行およびm列でなるマトリクス状に配置されたメモリマットMATと、各メモリマットMATを上下から挟み込むように配置されたサブワードドライバ列SWDと、隣接するメモリマット間に配置されたセンスアンプ列SAとを有する。
各メモリマットMATは、その一部を図3に示すように、Y方向に互いにほぼ並行に伸びる複数のサブワード線SWL、X方向に互いにほぼ並行に伸びる複数のビット線BL、並びにワード線およびビット線の各交点に配置されたDRAMセルMCを有する。センスアンプ列SAにおける各センスアンプは、図示のように、隣り合うメモリマットMATにおけるビット線の電位差をセンス・増幅するオープンビット線方式として構成されている。また、隣り合うサブワード線SWLをそれぞれ駆動するサブワードドライバは、上下に位置するサブワードドライバ列SWDにそれぞれ配置されている。
図4は各サブワードドライバ列SWDに配置される各サブワードドライバSWDの一部SWD0〜3を示すが、本図から理解されるように、サブワードドライバSWDの選択ならびに活性化(したがって、サブワード線SWLの選択およびアクティブレベルへの駆動)は、メインワード線MWLおよび制御信号セットFXの論理レベルに基づき行われる。したがって、同一の行に属するサブワードドライバ列SWDには、対応する複数のメインワードMWLがそれらに接続されながら延在しており、制御信号セットFXも行列に配置されたサブワードドライバ列SWDの中の選択されたものに接続されている。なお、各サブワードドライバSWDは、一つのPチャネルトランジスタQp並びに二つのNチャネルトランジスタQn1およびQn2で構成され、図示のとおりに接続されている。
上記構成を有する各メモリバンク10A〜Dは、本実施形態では、図2に示す点「A」が図1に示す各メモリバンク10A〜10Dの点「A」と対応するように配置されている。すなわち、メモリバンク10Aを基準とすると、メモリバンク10BはX方向に(右に)、メモリバンク10CはY方向に(下に)、メモリバンク10Dは斜め下に、それぞれ配置されている。このように、メモリバンク10A〜Dはシフト配置構成とされている。これは、各メモリバンク10におけるメモリセルMCを形成するためのアクティブ領域が、X方向に対して斜めに形成されていることから、メモリバンク10A〜D間のアクティブ領域の並びを同一の方向に保つことにより、メモリセルMC間の特性バラツキを各メモリバンク10間で抑制するためである。各メモリバンク10におけるロウ方向のアドレス順番は、したがって、図2の最左端のロウから順に更新されるようになり、これに対応してロウデコーダ14が構成されている。詳細は後述する。
図1に戻って、アドレスコマンドPAD11を介するアドレス信号はアドレス入力回路12に供給され、所定の処理が施される。例えば、ロウおよびカラムアドレスは時系列的に供給されるために、それぞれを一時的にラッチして各デコーダ部に振り分けたり、各アドレス信号の相補信号を作成したりする。また、アドレス信号とは別にバンクアドレス信号BAも供給されるので、それをデコードして指定されたメモリバンク10A〜Dを選択するためのバンク選択信号BA0〜3を発生する。これら内部アドレス信号は、中継バッファ13−1および2に供給される。
中継バッファ13−1および2は、複数のバッファ回路(図1では図示せず)を有する。各バッファ回路は、供給された内部アドレス信号をバッファリングしてアドレスバスとしての基幹線(図1では図示せず)を駆動することにより、内部アドレス信号をロウデコーダ部14A〜Dおよびカラムデコーダ部15A〜Dに供給する。これについても、詳細は後述する。
リードライトアンプ回路16−1および2は、各メモリバンク10A〜Dとデータ入出力回路17との間に介在し、メモリバンク10B〜Eに読み書きされるデータを増幅する。つまり、選択されたメモリバンク10からの読み出しデータは、データ入出力回路17を介してデータ入出力PAD18に出力され、一方、データ書き込みの場合は、データ入出力PAD18に供給される書き込みデータが選択されたメモリバンク10にデータ入出力回路17を介して供給され、選択されたメモリセルに書き込まれる。
図2乃至図4を用いて説明したように、駆動されるサブワード線SWLは、どのメインワード線MWLおよびどの制御信号FXがアクティブレベルを取るかに依存し、そしてアクティブレベルとなるメインワード線MWLおよび制御信号FXは、ロウアドレスによって決定されるが、本DRAMチップ100では、図5に示すように、各メモリバンク10A〜DにおけるメモリマットMATは8行(ロウ)R0〜R7構成とされると共に、それらのロウアドレスがマッピングされている。なお、図5では各サブワードドライバ列SWDおよびセンスアンプ列SAは割愛している。かかるロウアドレスのマッピングの結果、12ビットのロウアドレス信号X0〜X11(X0が最上位ビットで、X11が最下位ビット)の内のX0〜X2の3ビットにより活性化すべきメインワード線MWLを選択し、X3〜X11により活性化すべきFX信号を選択している。なお、メモリマットMATを9行以上に配置することも勿論可能であり、それに応じて、メインワード線の選択するために必要なロウアドレスのビット数も多くなる。
かくして、例えば最左端の行R0に属する複数のメインワード線MWLは、ロウアドレスX0〜X2が全て論理0であることをデコードするR0用メインワードデコーダにより駆動され、最右端の行R7に属する複数のメインワード線MWLは、ロウアドレス信号X0〜X2が全て論理1であることをデコードするR0用メインワードデコーダにより駆動される。すなわち、図6に示すように、行R0〜R7にそれぞれ対応するメインワードデコーダMWD0〜MWD7が、行R0〜R7とほぼ同一のピッチで配置されている。一方、ロウアドレス信号X3〜X11はFXデコーダFXDに供給され、本デコーダFXDから制御信号FXがメモリマットMATに供給される。制御信号FXの信号伝達線は、図4から理解できるよう、FXデコーダFXDからメモリバンク10の中央部を延在すると共に選択された信号伝達線が左右に分岐するので、FXデコーダFXDはメモリバンク10の中央部近傍に集中して配置される。
図7を参照すると、本発明の一実施例による、メモリバンク10Aおよび10Bに属する各メインワードデコーダMWDへ至るロウアドレス信号X0〜X2の信号伝達線(アドレスバス)のレイアウトが示されている。まずはメモリバンク10A側に着目すると、相補のロウアドレス信号X0、/X0、X1、/X1、X2、および/X2を伝達する幹線としての6本のアドレスバス710が、メインワードデコーダMWD0〜MWD7に沿ってX方向に互いに略並行に伸びている。本実施例では、各メインワードデコーダMWDは、その入力が全て論理0のときに対応するメインワード線MWLをアクティブレベルに駆動する構成であるので、各メインワードデコーダMWD0〜MWD7の入力端は図5のロウアドレスマッピングに沿って、アドレスバス710の内の選択されたアドレスバスに支線としてのアドレス引込線720を介して接続されている。
アドレスバス710は中継バッファ13−1に設けられたバッファ1311によりそれぞれ駆動され、各バッファ130には、アドレス入力回路(図1)から相補のロウアドレス信号X0、/X0、X1、/X1、X2、および/X2がそれぞれ供給される。中継バッファ13−1には、メモリバンク10Bにロウアドレス信号を伝達するバッファ1312も有する。
メモリバンク10B側では、メモリバンク10Aと同様に、幹線としてのアドレスバス730が、メインワードデコーダMWD0〜MWD7に沿ってX方向に互いに略並行に伸びている。ところが、中継バッファ13−1内の配線交差部750として示すように、信号X0、/X0を伝達するアドレスバス同士、信号X1、/X1を伝達するアドレスバス同士、そして、信号X2、/X2を伝達するアドレスバス同士が、メモリバンク10Aとは入れ替えられている。メモリバンク10BにおけるメインワードデコーダMWD0〜MWD7のロウアドレスマッピングは図5と同一である結果、メモリバンク10BにおけるメインワードデコーダMWD0〜MWD7の各入力端とアドレスバス730の内の選択されたアドレスバスとの間の、支線としてのアドレス引込線740を介する接続は、図7のようになる。
ここで、もし配線交差部750を設けずにメモリバンク10Bのアドレスバス730が伝達するロウアドレス信号X0〜/X2をメモリバンク10Aのものと同一とすると、メモリバンク10Bにおけるアドレス引込線740の接続構成はメモリバンク10Aのそれと同一となる。その結果、メモリバンク10BにおけるメインワードデコーダMWD7は、バッファ1312から最も離れた場所にあるにもかかわらず、そのアドレス引込線740は3本とも長くなってしまう。アドレスバス710、730は、多層配線構造における上層レベルの配線として比較的配線抵抗が低い配線で形成できる一方、アドレス引込線720、740は、各メインワードドライバを構成する各トランジスタに結線する必要性から密な配線パターンが要求される下層レベルの配線として形成されることになり、配線抵抗が比較的高い。その結果、メモリバンク10Aと10Bでは、特にメインワードデコーダMWD7について遠近端差が無視できない程度まで現れてしまう可能性が出る。
これに対し、配線交差部750を有する本実施例では、メモリバンク10BにおけるメインワードデコーダMWD7のアドレス引込線740は、メモリバンク10AにおけるメインワードデコーダMWD7のアドレス引込線720よりも、同一にロウアドレスビットについて、短くなっており、結果これらの遠近端差を緩和することが可能となる。また、メモリバンク10AにおけるメインワードデコーダMWD0のアドレス引込線720も、メモリバンク10BにおけるメインワードデコーダMWD0のアドレス引込線740よりも、同一にロウアドレスビットについて、短くなっており、同様に遠近端差を緩和することが可能となる。
なお、中継バッファ13−1がアドレス入力回路12からの残りのロウアドレス信号X3〜X11をバッファリングするバッファを有し、さらには、メモリバンク10Aおよび10Bのそれぞれは、FXデコーダFXD(図6)、中継バッファ13−1からのアドレス信号X3〜X11を伝建するアドレスバス、これらをFXデコーダFXDに接続するアドレス引込線を有することは、図示していないが、明らかである。FXデコーダFXDは、図6に関連して説明したとおり、メモリバンク10のほぼ中央部に集中して配置されるので、遠近端差の影響が無視できるほど小さい。よって、アドレス信号X3〜X11の伝達線に対する配線交差部は設けなくてもよい。勿論、アドレス信号X3〜X11の伝達線についても配線交差部を設けても良い。
本実施例では、メインワードデコーダMWDに供すべきロウアドレス信号として3ビットの例を示しているが、各メモリバンクのメモリマットの構成数や配列に応じて、そのビット数は当然のことながら変わってくるので、配線交差部を設ける対象となるロウアドレス信号の数も変わってくる。
図8は本発明の第2実施例であり、図7との相違点は、配線交差部を760として示すように、バッファ1312の入力側に設けたことにある。
図9に示す第3実施例では、アドレス入力回路12(図1)に空きスペースがある場合、このアドレス入力回路12の空きスペースに配線交差部770を設けている。また、同回路12は、アドレス信号X0〜X2をバッファリングして出力するバッファ1211と反転バッファリングして出力するインバータバッファ1212を有する。
図7〜図9のいずれかの構成は、メモリバンク10C、10D(図1)についても適用される。なお、メモリバンク10C、10Dでは、メインワードデコーダMWDおよびFXデコーダFXDが、メモリバンク10A、10Bとは点「A」の反対側に設けられている。ロウアドレスのマッピングは変わらない。
図10は、本発明の第4実施例であり、ここではビットラインを選択するための内部カラムアドレス信号を伝送するアドレスバスのレイアウトが示される。
なお本実施形態にかかる半導体装置300の全体構成は、図1に示す半導体装置100と同様であり、図10には、半導体装置100のうちカラムデコーダ部15BおよびDと、中継バッファ13とに対応する部分が示される。本実施例では、各メモリバンク10におけるカラムデコーダは12ユニットで構成されている。カラムアドレスマッピングの関係から、カラムアドレス信号の中の一つの信号Ynとその反転信号/Ynとが、配線交差部850により、特にデコーダY11の遠近端差を緩和するように、メモリバンク15Bおよび15DのカラムデコーダY0〜Y11に供給されている。
図11は第5の実施例である。図10とはカラムアドレスマッピングが異なっている結果、カラムアドレス信号の中の一つの信号Yn'に対し、配線交差部860により、特にデコーダY11の遠近端差を緩和するように、メモリバンク15B'および15D'のカラムデコーダY0〜Y11に供給されている。
このように、本実施形態にかかる半導体装置(100)は、第1のメモリ領域(10Aまたは10D)のために設けられ第1の方向に並んで配置された第1デコーダ群(MWD)と、第1の方向に第1のメモリ領域(10Aまたは10D)と並んで配置された第2のメモリ領域(10B)のために設けられ第1の方向に並んで配置された第2デコーダ群(MWD)と、第1デコーダ群(MWD)の並びに沿って第1の方向に伸びる第1および第2のアドレスバスと、第2デコーダ群(MWD)の並びに沿って第1の方向に伸びる第3および第4のアドレスバスと、を備え、第1のアドレスバスは第2のアドレスバスと第1デコーダ群(MWD)と間に介在し、第3のアドレスバスは第4のアドレスバスと第2デコーダ群(MWD)と間に介在し、第1および第4のアドレスバスは共に第1のアドレス信号(X0またはYn)を転送し、第2および第3のアドレスバスは共に第2のアドレス信号(/X0または/Yn)を転送する。
また、本実施形態にかかる半導体装置(100)では、第1および第2のアドレス信号(X0および/X0、または、Ynおよび/Yn)は互いに相補の関係にある。
また、本実施形態にかかる半導体装置(100)では、第1のデコーダ群(MWD)と第2のデコーダ群(MWD)との間に中継バッファ(1311および1312)を更に備え、中継バッファ(1311および1312)は第1のアドレス信号(X0またはYn)を第1および第4のアドレスバスに供給し、第2のアドレス信号(/X0または/Yn)を第2および第3のアドレスバスに供給する。
また、本実施形態にかかる半導体装置(100)では、第1のデコーダ回路群(R0〜R7、または、Y0〜Y11)の各々は、第1および第2のアドレスバスの中の選択されたバスに引込線を介して接続され、第2のデコーダ回路群(R0〜R7、または、Y0〜Y11)の各々は、第3および第4のアドレスバスの中の選択されたバスに引込線を介して接続される。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明を実施する時々の技術レベル等に応じて、様々な変更を本願発明に加えることができる。
例えば図1ではアドレスコマンドPAD11およびデータ入出力PAD18が半導体装置100の中央付近に位置するセンターパッド構造が示されたが、アドレスコマンドPAD11およびデータ入出力PAD18が半導体装置100のエッジ部に位置するエッジパッド構造であってもよい。また、上記実施形態では半導体装置の一例としてDRAMを挙げたが、半導体装置は、SRAM(Static Random Access Memory),PRAM(Phase change Random Access Memory),フラッシュメモリなどであってもよい。
100 半導体装置
11 アドレスコマンドPAD
12 アドレスコマンドデコーダ
13 中継バッファ
14 ロウデコーダ部
15 カラムデコーダ部
10 メモリバンク

Claims (4)

  1. 第1のメモリ領域のために設けられ第1の方向に並んで配置された第1デコーダ群と、
    前記第1の方向に前記第1のメモリ領域と並んで配置された第2のメモリ領域のために設けられ前記第1の方向に並んで配置された第2デコーダ群と、
    前記第1デコーダ群の並びに沿って前記第1の方向に伸びる第1および第2のアドレスバスと、
    前記第2デコーダ群の並びに沿って前記第1の方向に伸びる第3および第4のアドレスバスと、
    を備え、
    前記第1のアドレスバスは前記第2のアドレスバスと前記第1デコーダ群と間に介在し、前記第3のアドレスバスは前記第4のアドレスバスと前記第2デコーダ群と間に介在し、前記第1および第4のアドレスバスは共に第1のアドレス信号を転送し、前記第2および第3のアドレスバスは共に第2のアドレス信号を転送する、
    半導体装置。
  2. 前記第1および第2のアドレス信号は互いに相補の関係にある、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1のデコーダ群と前記第2のデコーダ群との間に中継バッファを更に備え、前記中継バッファは前記第1のアドレス信号を前記第1および第4のアドレスバスに供給し、前記第2のアドレス信号を前記第2および第3のアドレスバスに供給する、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1のデコーダ回路群の各々は、前記第1および第2のアドレスバスの中の選択されたバスに引込線を介して接続され、前記第2のデコーダ回路群の各々は、前記第3および第4のアドレスバスの中の選択されたバスに引込線を介して接続される、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体装置。
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