JP2009217875A

JP2009217875A - メモリ装置、及び、その制御方法

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Publication number: JP2009217875A
Application number: JP2008058559A
Authority: JP
Inventors: Shizuka Matsubara; 静香松原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-24

Abstract

【課題】不揮発性メモリセルを含むメモリ装置にて、メモリセル領域の増大を伴うことなく、データの信頼性を向上させることができるメモリ装置を提供する。
【解決手段】メモリ装置は、不揮発性メモリセル１０３と、２つの揮発性メモリセル１０４、１０５を有する。書込み制御部１０２は、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５にデータ書込む。揮発性メモリセル１０４、１０５には、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータと同じデータが書き込まれる。データ管理部１０６は、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータを比較し、整合が取れているか否かを判断する。整合が取れていないと判断すると、不整合となるデータを保持するメモリセルに、本来メモリセルが保持すべきデータを書き込むように、書込み制御部１０２に指示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、メモリ装置及びメモリ装置の制御方法に関し、更に詳しくは、不揮発性メモリセルを含むメモリ装置、及び、そのようなメモリ装置の制御方法に関する。

不揮発性メモリは、電源供給を停止してもデータを保持できるメモリとして知られている（不揮発性メモリについては、例えば特許文献１、特許文献２参照）。不揮発性メモリセルに記録されたデータは、不変であることが理想である。しかし、実際には、長期間使用していると、データ保持するメモリセルから、絶縁膜劣化などにより電荷が抜け、記録データが失われることがある。また、外来ノイズの影響で、メモリセルのデータが反転し、正しいデータの読出しが不能になることもある。

特開平２−４４５９９号公報特開昭６２−２３４２９４号公報

前記したように、不揮発性メモリは、動作時に正しい情報が読めなくなることが想定される。このため、信頼性を向上させることが好ましい。信頼性の向上を目的として、不揮発性メモリセルを三重化する構成が考えられる。すなわち、データを保持するメインの不揮発性メモリセルと、データ確認用の２つの不揮発性メモリセルとを用い、信頼性向上を図る構成が考えられる。データ書込み時には、データ記録用の不揮発性メモリセルにデータを書き込むと共に、データ確認用の２つの不揮発性メモリセルにも同じデータを書き込む。これら３つの不揮発性メモリセルのデータを比較し、これらの記録データが一致しないときは、データを整合させる。このようにすることで、データ記録用の不揮発性メモリセルのデータの信頼性を向上させることができる。

しかし、上記不揮発性メモリを三重化した構成では、１つのデータを記録するために、３つの不揮発性メモリセルが必要であることから、メモリセルの量が３倍必要になる。つまり、データの信頼性向上と引き換えに、メモリセル領域の面積が増大するという問題が生じる。

本発明は、不揮発性メモリセルを含むメモリ装置にて、メモリセル領域の増大を伴うことなく、データの信頼性を向上させることができるメモリ装置、及び、メモリ装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のメモリ装置は、不揮発性メモリセルと、前記不揮発性メモリセルが保持するデータと同じデータが書き込まれる２以上の揮発性メモリセルと、前記不揮発性メモリセル及び前記揮発性メモリセルにデータ書込みを行う書込み制御部と、前記不揮発性メモリセルが保持するデータ、及び、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれが保持するデータを取得し、該取得したデータに整合が取れているか否かを判断し、整合が取れていないと判断すると、不整合となるデータを保持する前記不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルの少なくとも１つに、本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを書き込むように、前記書込み制御部に指示するデータ管理部とを有することを特徴とする。

本発明のメモリ装置の制御方法は、不揮発性メモリセルと、２以上の揮発性メモリセルとを有するメモリ装置の制御方法であって、前記不揮発性メモリセルが保持するデータ、及び、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれが保持するデータを取得し、該取得したデータに整合が取れているか否かを判断し、整合が取れていないと判断すると、不整合となるデータを保持する前記不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルの少なくとも１つに、本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを書き込むことを特徴とする。

本発明のメモリ装置及びメモリ装置の制御方法は、不揮発性メモリセルを含むメモリ装置にて、メモリセル領域の増大を伴うことなく、データの信頼性を向上させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態のメモリ装置を示している。メモリ装置は、入力部１０１、書込み制御部１０２、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５、データ管理部１０６、読出し制御部１０７、及び、出力部１０８を有する。不揮発性メモリセル１０３は、データ記録用のメモリセルとして用いられる。揮発性メモリセル１０４、１０５は、データ確認用のメモリセルとして用いられる。

不揮発性メモリセル１０３は、書き込まれたデータを保持する。揮発性メモリセル１０４、１０５も、書き込まれたデータを保持する。不揮発性メモリセル１０３に書き込まれたデータは、電源供給が停止しても、不揮発性メモリセル内に保持される。一方、揮発性メモリセル１０４、１０５に書き込まれたデータは、電源供給が停止すると失われる。

入力部１０１は、入力データ、及び、読出しをするデータの情報を入力する。書込み制御部１０２は、データ書込み時の制御を行う。書込み制御部１０２は、不揮発性メモリセル１０３と、揮発性メモリセル１０４、１０５とに対するデータ書込みを行う。読出し制御部１０７は、データ読出し時の制御を行う。読出し制御部１０７は、入力部１０１から読出し指示を受けると、データ管理部１０６に、データの読出し要求を渡す。読出し制御部１０７は、データ管理部１０６から読み出しデータを受け取り、出力部１０８に渡す。出力部１０８は、データを出力する。

データ管理部１０６は、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータの管理を行う。データ管理部１０６が行う動作は、大きく分けて、データ読出しの動作、データ整合の動作、及び、電源ＯＮ時の動作の３つがある。

はじめに、データ読出しに係る動作について説明する。データ管理部１０６は、読出し制御部１０７から読出し要求を受けると、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータ、及び、揮発性メモリセル１０４、１０５のそれぞれが保持するデータを取得する。データ管理部１０６は、取得した３つのデータを比較し、３つのデータの整合が取れているか否かを判断する。整合が取れているとき、すなわち、３つのデータが相互に等しいときは、取得したデータを、読出し制御部１０７に返却する。

データ管理部１０６は、整合が取れていないとき、すなわち、３つのデータのうちの１つが他の２つの異なるときは、取得した３つのデータに基づいて、本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータを判別する。ここでは、数が多い方のデータを、つまり、２つのメモリセルで保持されているデータを、本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータとする。データ管理部１０６は、判別した本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータを、要求元の読出し制御部１０７に返却する。

次いで、データ整合に係る動作について説明する。データ管理部１０６は、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５から取得したデータに整合が取れているか否かを判断する。整合が取れていないときは、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５の何れが、不整合となるデータを保持するメモリセルであるかを特定する。また、上記と同様な手法で、本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータを判別する。本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータを保持していないメモリセルが、不整合となるデータを保持するメモリセルである。

データ管理部１０６は、上記で特定した不整合となるデータを保持するメモリセルに、上記で判別した本来不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持すべきデータを書き込むように、書込み制御部１０２に指示する。書込み制御部１０２が、指示に従って、不揮発性メモリセル１０３又は揮発性メモリセル１０４、１０５の何れかにデータ書込みを行うことで、データ整合が取れる。データ管理部１０６は、データ整合に係る動作を、データ読出し時に行う。また、メモリセルに対する書込み、及び、メモリセルからの読出しが一定期間以上継続して発生しない場合も、データ整合を行う。

続いて、電源ＯＮ時の動作について説明する。データ管理部１０６は、電源ＯＮを検知する。電源ＯＮを検知すると、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを取得する。データ管理部１０６は、取得したデータを、揮発性メモリセル１０４及び１０５の双方に書き込むように、書込み制御部１０２に指示する。書込み制御部１０２は、指示に従って、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを、揮発性メモリセル１０４及び１０５に書き込む。これにより、揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータが、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータと同じデータとなる。

以下、動作手順について説明する。図２に、データ書込み及びデータ読出し時の動作手順を示す。まず、データ書込み時の動作について説明する。入力部１０１は、データを入力する（ステップＡ１）。書込み制御部１０２は、入力データを、不揮発性メモリセル１０３に書き込む（ステップＡ２）。また、書込み制御部１０２は、揮発性メモリセル１０４、１０５にも、ステップＡ２で書き込んだデータを書き込む（ステップＡ３）。この動作により、入力データは、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５の計３箇所で保持される。

次いで、データ読出し時の動作について説明する。入力部１０１は、読出しの指示を、読出し制御部１０７に渡す（ステップＡ４）。読出し制御部１０７は、データ管理部１０６に、データを要求する（ステップＡ５）。データ管理部１０６は、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５からデータを取得し、３つのデータを比較する（ステップＡ６）。データ管理部１０６は、３つのデータが等しいときは、読出し制御部１０７に、取得したデータを返す（ステップＡ７）。読出し制御部１０７は、出力部１０８にデータを伝達する（ステップＡ８）。

データ管理部１０６は、ステップＡ６で、３つのデータが相互に一致しないときは、本来メモリセルが保持すべきデータを判別し、読出し制御部１０７に、判別した本来メモリセルが保持すべきデータを返す（ステップＡ９）。本来メモリセルが保持すべきデータの判別では、数が多い方のデータを本来メモリセルが保持すべきデータとする。例えば、不揮発性メモリセル１０３のデータが、揮発性メモリセル１０４及び１０５のデータと一致しないときは、揮発性メモリセル１０４、１０５が保持しているデータを、本来メモリセルが保持すべきデータとする。また、不揮発性メモリセル１０３のデータ及び揮発性メモリセル１０４のデータと、揮発性メモリセル１０５のデータとが一致しないときは、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４が保持するデータを、本来メモリセルが保持すべきデータとする。ステップＡ９でデータを受け取った読出し制御部１０７は、ステップＡ８に進んで、出力部１０８にデータを伝達する。

データ管理部１０６は、読出し制御部１０７へのデータ返却後、データを整合させる処理を行う。データ管理部１０６し、書込み制御部１０２に、不整合となったデータを保持するメモリセルに対して本来メモリセルが保持すべきデータ（ステップＡ９で読出し制御部１０７に返却されたデータ）を書き込むように指示する（ステップＡ１０）。例えば、不揮発性メモリセル１０３のデータが、揮発性メモリセル１０４及び１０５のデータと一致しないときは、書込み制御部１０２に、不揮発性メモリセル１０３に対して揮発性メモリセル１０４、１０５が保持しているデータを書き込むように指示する。また、不揮発性メモリセル１０３のデータ及び揮発性メモリセル１０４のデータと、揮発性メモリセル１０５のデータとが一致しないときは、書込み制御部１０２に、揮発性メモリセル１０５に対して不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４が保持するデータを書き込むように指示する。

書込み制御部１０２は、ステップＡ１０でデータ管理部１０６から出された指示に従って、不揮発性メモリセル１０３又は揮発性メモリセル１０４、１０５の何れかに、データ書込みを行う（ステップＡ１１）。これにより、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータの整合性が回復する。

図３に、データの書込み、及び、データの読出しがないときの動作手順を示す。データ管理部１０６は、所定時間継続して、データの書込み及びデータの読出しがないときには、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータを取得する（ステップＢ１）。データ管理部１０６は、取得したデータを相互に比較し、３つのデータに整合が取れているか否かを判断する（ステップＢ２）。整合が取れていないときは、取得したデータの何れが正しいか、言い換えれば、何れが本来メモリセルが保持すべきデータであるかを判別する（ステップＢ３）。本来メモリセルが保持すべきデータの判別では、データ読出し時のステップＡ９と同様に、数が多い方のデータを本来メモリセルが保持すべきデータとする。その後、書込み制御部１０２に、誤ったデータを保持するメモリセルに本来メモリセルが保持すべきデータを書き込むように指示する（ステップＢ４）。

書込み制御部１０２は、データ管理部１０６からの指示に従って、不整合の原因となった不揮発性メモリセル１０３又は揮発性メモリセル１０４、１０５の何れかに、指示されたデータを書き込む（ステップＢ５）。ステップＢ２で、整合が取れていると判断した場合は、そのまま処理を終了する。データの書込み及びデータの読出しがない状態が続くときには、ステップＢ１〜ステップＢ５の処理を周期的に実行する。これにより、動作中に、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータと揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータとに不整合が生じたときでも、これらデータの整合性を回復できる。

図４に、電源をＯＦＦからＯＮにしたときの動作手順を示す。また、図５に、電源をＯＦＦからＯＮにした際のメモリ装置の動作を模式的に示す。電源ＯＦＦの状態では、揮発性メモリセル１０４、１０５の記録データはクリアされるので、動作中に保持したデータは失われる。そこで、電源ＯＮ時に、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを、揮発性メモリセル１０４、１０５に書き込む。メモリ装置内で、電源ＯＮ時の動作にかかわる部分は、書込み制御部１０２、不揮発性メモリセル１０３、揮発性メモリセル１０４、１０５、及び、データ管理部１０６である。

データ管理部１０６は、電源ＯＮを検知すると（ステップＣ１）、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを取得する（ステップＣ２）。その後、書込み制御部１０２に、揮発性メモリセル１０４、１０５に対して、取得したデータの書込みを指示する（ステップＣ３）。書込み制御部１０２は、データ管理部１０６からの指示に従って、揮発性メモリセル１０４及び１０５に、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを書き込む（ステップＣ４）。揮発性メモリセル１０４、１０５に、不揮発性メモリセル１０３が保持するデータを書き込むことで、読出しの動作（図２のステップＡ４〜ステップＡ９）の準備が整う。

本実施形態では、不揮発性メモリセル１０３の保持データを、揮発性メモリセル１０４、１０５に保持する。３つのメモリセルの保持データに不整合が生じたときは、不整合となるデータを保持するメモリセルに、本来メモリセルが保持すべきデータを書き込むように制御する。１つのデータを、不揮発性メモリセル１０３及び揮発性メモリセル１０４、１０５の３つで保持することで、データの信頼性を高めることができる。また、本実施形態では、揮発性メモリセル１０４、１０５を用いて、データの信頼性を向上させている。揮発性メモリセルの面積は、不揮発性メモリセルの面積の約１／３倍から１／２倍程度であるため、面積増加を抑えつつ、保持データの信頼性向上を図ることができる。

ここで、揮発性メモリセル１０４、１０５には、種類が異なる揮発性メモリセルを用いることができる。例えば、一方をＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）とし、他方をＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）とすることができる。揮発性メモリセル１０４、１０５に、同種のメモリセルを用いる場合は、外来ノイズ等の影響で、２つの揮発性メモリセルにて、同時にデータ反転が起こることが考えられる。その場合、整合性をとる処理では、データ反転を起こした揮発性メモリセル１０４、１０５が保持するデータが、本来メモリセルが保持すべきデータと判定され、本来メモリセルが保持すべきデータを保持している不揮発性メモリセル１０３に、誤ったデータが書き込まれることになる。

ＤＲＡＭとＳＲＡＭとでは、動作時の外来ノイズに対する特性や耐性が異なる。このため、外来ノイズ等の影響で、例えばＤＲＡＭで構成される揮発性メモリセルにてデータ反転が起こったときでも、ＳＲＡＭで構成される揮発性メモリセルではデータ反転が起こらないことが期待できる。この場合、不揮発性メモリセル１０３にてデータ反転が生じなければ、整合性を取る処理にて、データ反転を起こしたＤＲＡＭで構成される揮発性メモリセルに正しいデータが書き込まれることになるので、データ誤りは発生しない。従って、複数種類の揮発性メモリセルを用いることで、データ誤りの確率を低くできる。

なお、上記実施形態では、１つの不揮発性メモリセル１０３に対して、２つの揮発性メモリセル１０４、１０５を用いたが、揮発性メモリセルの数は２つには限定されず、３以上の揮発性メモリセルを用いることもできる。ただし、不揮発性メモリセル及び複数の揮発性メモリセル間で、データ整合が取れていない場合には、本来メモリセルが保持すべきデータを多数決で決めることになるので、不揮発性メモリセルと揮発性メモリセルとの総和は、奇数であることが好ましい。言い換えれば、不揮発性メモリセルと共に用いる揮発性メモリセルの数は、偶数であることが好ましい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のメモリ装置及びメモリ装置の制御方法は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態のメモリ装置の構成を示すブロック図。データ書込み時及びデータ読出し時の動作手順を示すフローチャート。データ書込み及びデータ読出しがないときの動作手順を示すフローチャート。電源ＯＮ時の動作手順を示すフローチャート。電源ＯＮ時のメモリ装置の動作を模式的に示すブロック図。

符号の説明

１０１：入力部
１０２：書込み制御部
１０３：不揮発性メモリセル
１０４、１０５：揮発性メモリセル
１０６：データ管理部
１０７：読出し制御部
１０８：出力部

Claims

不揮発性メモリセルと、
前記不揮発性メモリセルが保持するデータと同じデータが書き込まれる２以上の揮発性メモリセルと、
前記不揮発性メモリセル及び前記揮発性メモリセルにデータ書込みを行う書込み制御部と、
前記不揮発性メモリセルが保持するデータ、及び、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれが保持するデータを取得し、該取得したデータに整合が取れているか否かを判断し、整合が取れていないと判断すると、不整合となるデータを保持する前記不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルの少なくとも１つに、本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを書き込むように、前記書込み制御部に指示するデータ管理部とを有するメモリ装置。
前記データ管理部は、電源オンを検知すると、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれに、前記不揮発性メモリセルが保持するデータを書き込むように、前記書込み制御部に指示する、請求項１に記載のメモリ装置。
前記複数の揮発性メモリセルが、複数種類の揮発性メモリセルを含む、請求項１又は２に記載のメモリ装置。
前記書込み制御部は、入力部より入力データを受け取ると、該入力データを、前記不揮発性メモリセル及び前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれに書き込む、請求項１乃至３の何れか一に記載のメモリ装置。
前記データ管理部は、前記取得したデータに基づいて、前記本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを判別する、請求項１乃至４に記載のメモリ装置。
前記データ管理部は、前記取得したデータのうち、同じデータを保持するメモリセルの数が多いデータを、前記本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータとする、請求項５に記載のメモリ装置。
前記データ管理部は、前記不揮発性メモリセルが保持するデータの読出し要求を受けると、前記判別した本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを、前記読出し要求の要求元に返す、請求項５又は６に記載のメモリ装置。
前記データ管理部は、前記判別した本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータとは異なるデータを保持する不揮発性メモリセル又は揮発性メモリセルを、不整合の原因となった不揮発性メモリセル又は揮発性メモリセルとする、請求項５乃至７の何れか一に記載のメモリ装置。
不揮発性メモリセルと、２以上の揮発性メモリセルとを有するメモリ装置の制御方法であって、
前記不揮発性メモリセルが保持するデータ、及び、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれが保持するデータを取得し、該取得したデータに整合が取れているか否かを判断し、整合が取れていないと判断すると、不整合となるデータを保持する前記不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルの少なくとも１つに、本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを書き込むメモリ装置の制御方法。
前記メモリ装置の電源オンを検知すると、前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれに、前記不揮発性メモリセルが保持するデータを書き込む、請求項９に記載のメモリ装置の制御方法。
前記複数の揮発性メモリセルが、複数種類の揮発性メモリセルを含む、請求項９又は１０に記載のメモリ装置の制御方法。
入力部より入力データを受け取ると、該入力データを、前記不揮発性メモリセル及び前記複数の揮発性メモリセルのそれぞれに書き込む、請求項９乃至１１の何れか一に記載のメモリ装置の制御方法。
前記取得したデータに基づいて、前記本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを判別する、請求項９乃至１２に記載のメモリ装置の制御方法。
前記取得したデータのうち、同じデータを保持するメモリセルの数が多いデータを、前記本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータとする、請求項１３に記載のメモリ装置の制御方法。
データの読出し要求を受けると、前記判別した本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータを、前記読出し要求の要求元に返す、請求項１３又は１４に記載のメモリ装置の制御方法。
前記判別した本来不揮発性メモリセル及び揮発性メモリセルが保持すべきデータとは異なるデータを保持する不揮発性メモリセル又は揮発性メモリセルを、不整合の原因となった不揮発性メモリセル又は揮発性メモリセルとする、請求項１３乃至１５の何れか一に記載のメモリ装置の制御方法。