JPH0896589A - 半導体記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】書換回数制限がある不揮発性メモリ素子を用い
た半導体記憶装置の装置寿命の延長する。 【構成】データ記録領域を、独立に書換可能な複数の記
憶ブロックに分け、通常運用時にデータ記録に使用する
アクティブブロックと、通常運用時には使用しない予備
ブロックとに割り当てる。ブロック毎の、または全ブロ
ックでの書換回数を計数し、予め設定された回数毎にア
クティブブロックの１つを予備ブロックと交替すること
で書換頻度を平均化する。交替する予備ブロックは、最
も過去に予備となった、または、最も書換回数の少ない
ブロックを選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は書換回数に制限のある不
揮発性メモリ素子を用いた半導体記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の外部記憶装置として、
フラッシュＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性半導体メモリ素子
を用いた記憶装置が注目されている。特に、携帯型情報
機器に対しては、耐衝撃性が高く、小型で消費電力が低
いという利点から不揮発性メモリカードとして、また
は、ＨＤＤ代替製品として期待されている。

【０００３】一般に、ＥＥＰＲＯＭでは、書換にあたっ
てブロック一括消去が必要である。したがって、書換
は、当該ブロックのデータを読み込み、当該ブロックを
消去し、データの必要箇所を修正して書き戻すという手
順を踏むことになる。

【０００４】この書換動作にともなって、ＥＥＰＲＯＭ
には、記録消去特性に劣化が生ずるという欠点があっ
て、書換回数が制限されている。ところで、情報装置の
外部記憶装置においては、一部領域に書換が集中して頻
繁に生ずることが有り得るが、このような場合にも、装
置全体の寿命が素子の書換回数制限によって規定され短
くなってしまうという問題があった。この問題に対し
て、ＥＥＰＲＯＭの書換回数制限をシステム的に回避・
緩和し、装置寿命を疑似的に延長する手法が、従来から
多く検討されてきた。

【０００５】そのうちの第１のものは、揮発性メモリと
組み合わせ、運用時には、この揮発性メモリを使用して
電源ＯＦＦなどの時にのみ揮発性メモリから不揮発性メ
モリにバックアップ複写することにより書換回数の軽減
を図るという手法がある。

【０００６】また、第２の従来技術として、特開昭６３
−１６７４９８、特開昭６３−１８１１９０、特開平０
１−２７７３９７、特開平０４−０３０３９９に開示さ
れているように、書換単位ブロックに比較してかなり小
さな量のデータを繰り返し書き込むことを想定して、書
換単位ブロックを複数領域に分割して順次書き込み、消
去書換回数を減ずる手法、さらに第３の従来技術として
特開平０２−０２３５９８、特開平０２−０５３２９
９、特開平０２−２０６０９７、特開平０２−３１０８
９６、特開平０３−１４２７９４、特開平０４−３０１
２９７に開示されているように、独立に書換可能な複数
の記憶ブロックを１つのデータに割り当て、書換を分散
させることで装置寿命の延長を図る手法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第１の従来技術では、揮発性メモリと不揮発性メモリの
２重構成となるので、構造が複雑でコスト的にも不利で
ある。また、第２，第３の従来技術では、見かけ上の記
憶容量が１／領域数、または１／ブロック数となって、
全ての領域にわたって冗長性が高いので書換頻度の低い
ブロックに対しては無駄が生じるという問題点がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、書換回
数制限がある不揮発性メモリ素子を用いた半導体記憶装
置であって、独立に書換可能な複数の記憶ブロックで構
成され、通常運用時に前記複数の記憶ブロックをデータ
記録の対象となるアクティブブロックと、前記通常運用
時にはデータ記録に使用しない予備ブロックとに割り当
てたデータ記憶部と、外部に対するデータ入出力管理及
び前記データ記憶部に対するデータ入出力管理を行うデ
ータ制御部と、前記データ制御部から入力された論理ア
ドレスに基づき前記アクティブブロックの一つを指定す
る物理アドレスデータを算出して前記データ記憶部のブ
ロックを選択するブロック選択部と、前記アクティブブ
ロック及び前記予備ブロックを管理し、前記ブロック選
択部で選択されるブロックを前記予備ブロックの一つに
変更することが可能なブロック管理部とを有することを
特徴とする。

【０００９】

【実施例】次に、図を用いて本発明にかかる半導体記憶
装置について説明する。

【００１０】図１は本発明の全ての実施例を網羅するフ
ル装備の半導体記憶装置の構成例のブロック図を示す。
従って、以下に説明する第２〜第４の実施例において
は、図１のうちで欠陥ブロックテーブル７および代替ブ
ロックテーブル８は不要である。データ記憶部１は、独
立に書換が可能なＮ個の記憶ブロックに分割されてお
り、当初は、そのうちｐ個がデータ記録の対象となるア
クティブブローク、ｑ個が通常運用時にはデータ記録に
使用しない予備ブロックに割り当てられているものとす
る。各記憶ブロックは、当該ブロックの一部領域にその
ブロックがこれまで書き換えられた回数を記録してい
る。

【００１１】データ制御部２は、外部とのデータ入出
力、データバッファ機能、データ記憶部１に対するＲ／
Ｗ制御、ブロック内アドレス制御等を行なっている。

【００１２】ブロック選択部３は、データ制御部２から
供給されるアドレスデータを基にｐ個のアクティブブロ
ックから単一の記憶ブロックを選択する。この選択は、
ブロック管理部４の管理下にある、上述のアドレスデー
タに対する物理的ブロック番号で構成されたアドレス変
換テーブル５を参照することで実現することができる。

【００１３】ブロック管理部４は、アドレス変換テーブ
ル５、ｑ個の予備ブロックを登録した予備ブロックテー
ブル６、欠陥ブロックを登録する欠陥ブロックテーブル
７、場合によっては、ｒ個の欠陥代替ブロックを登録し
た代替ブロックテーブル８を管理する。

【００１４】書換の際に条件が満たされると、ブロック
管理部４は、ｑ個の予備ブロックのうちの１つを選択
し、ブロック選択部３で指定されている書換対象アクテ
ィブブロックと選択された予備ブロックとが交換される
ように、アドレス変換テーブル５及び予備ブロックテー
ブル６を変更する。

【００１５】また、欠陥ブロックが検出されると、ブロ
ック管理部４は、アドレス変換テーブル５及び予備ブロ
ックテーブル６を変更し、予備ブロックの１つの欠陥ブ
ロックの代わりにアクティブブロックとして割り当てる
とともに、欠陥ブロックを欠陥ブロックテーブル７に登
録し、以後の使用を抑止する。なお、予備ブロック数の
減少を防ぐため、代替ブロックテーブル８から選択した
代替ブロックを予備セクタに変更する処理を付加しても
良い。

【００１６】Ｒ／Ｗ時のデータ記憶部１に対するアドレ
ス指定は、ブロック選択部３がデータ制御部２から供給
されるアドレスデータを基にＲ／Ｗ対象のブロックを選
択するとともに、データ制御部２がブロック内アドレス
を出力することによって行われる。

【００１７】以上のように構成された半導体記憶装置に
おける書換処理の例を説明する。

【００１８】まず、データ制御部２が、書換対象ブロッ
ク１ａのデータを書換回数データを含めて、すべて読み
出す。ブロック管理部４は、データ制御部２から供給さ
れた書換回数データを判別し、予め設定された数の整数
倍であるか否かを判別する。

【００１９】整数倍でなければ、アドレス変換テーブル
５及び予備ブロックテーブル６の変更は行わない。デー
タ制御部２は、ブロック１ａを消去し、読み出したデー
タの必要箇所を書き換えた後、インクリメントした書換
回数データと共に書換済データをブロック１ａに書き戻
す。

【００２０】整数倍であったときには、ブロック管理部
４はデータ制御部２に対して、テーブル変更信号をＯＮ
とし、アドレス変換テーブル５が変更されることを通知
する。さらに、書換対象ブロックの物理的ブロック番号
をブロック管理部４のブロックレジスタに待避した後、
予備ブロックの１つ、ブロック１ｂを選定し、アドレス
変換テーブル５の対応する部分をブロック１ｂを指示す
るよう変更する。アドレス変換テーブル５の変更が終了
するとテーブル変更信号をＯＦＦし、アドレス変換テー
ブル５の変更が終了したことをデータ制御部２に通知す
る。旧アクティブブロック１ａは、予備ブロックに編入
され、予備ブロックテーブル６が更新される。

【００２１】なお、アクティブブロックと交換される予
備ブロックの選択については、後述する技法を使用す
る。

【００２２】データ制御部２は、アドレス変換テーブル
５の変更が終了した後に、新たにアクティブブロックと
なったブロック１ｂの書換回数データを、直接ブロック
１ｂから、またはブロック管理部４から再び入手した
後、ブロック１ｂを消去する。さらに、ブロック１ａか
ら読み出したデータの必要箇所を書き換えた後、インク
リメントした書換回数データと共に書換済データをブロ
ック１ｂに書き込む。

【００２３】書換回数による判定は、予め設定する数を
２の累乗と設定すれば、書換回数データの下位ビットを
判別するだけで済む。例えば１０２４とすれば、下位１
０ビットを判別するだけで判定を下すことができる。

【００２４】また、予め設定された数の整数倍である場
合しか、アドレス変換テーブル５及び予備ブロックテー
ブル６は書き換えられないので、テーブルの書換頻度は
低くなる。したがって、アドレス変換テーブル５を記憶
する部分もデータ記憶部１と同様、ＥＥＰＲＯＭ等の書
換回数制限のある不揮発性メモリ素子で構成することが
可能となる。

【００２５】次に本発明の第２の実施例として、半導体
記憶装置における書換処理は、アドレス変換テーブル５
を変換する条件を、書換回数データが、予め設定された
数の整数倍であり、かつ、予備ブロックのうち最も書換
回数が少ない予備ブロックより大きいことに設定した半
導体記憶装置が考えられる。このような構成の意義は、
書換回数が所定数に達しても予備ブロックのうちの最小
書換回数以下であれば予備ブロックとの交換を差し止め
ることにより、記憶ブロック全体について書換回数の平
均化を図れることにある。なお、この例では、書換回数
が最も少ない予備ブロックを選定する必要があるため、
後述のような構成を用いることが望ましい。

【００２６】次に、書換回数データをデータ制御部２に
記録した本発明の第３の実施例の書換処理例について説
明する。

【００２７】まず、データ制御部２が、書換対象の記憶
ブロック１ａのデータをすべて読み出す。また、データ
制御部２は、これまでのブロック単位書換動作の回数を
計数し記憶している。ブロック管理部４は、データ制御
部２から供給された書換回数データを判別し、予め設定
された数の整数倍であるか否かを判別する。

【００２８】整数倍でなければ、アドレス変換テーブル
５及び予備ブロックテーブル６の変更は行わない。デー
タ制御部２は、ブロック１ａを消去し、読み出したデー
タの必要箇所を書き換えた後、書換回数データをインク
リメントすると共に、書換済データを記憶ブロック１ａ
に書き戻す。

【００２９】整数倍であったときには、データ制御部２
に対して、テーブル変更信号をＯＮとし、アドレス変換
テーブル５が変更されることを通知する。さらに、書換
対象ブロックのブッィテクブロック番号をブロック管理
部４のブロックレジスタに待避した後、予備ブロックの
１つ、ブロック１ｂを選定し、アドレス変換テーブル５
の対応する部分をブロック１ｂを指示するよう変更す
る。アドレス変換テーブル５の変更が終了するとテーブ
ル変更信号をＯＦＦし、アドレス変換テーブル５の変更
が終了したことをデータ制御部２に通知する。旧アクテ
ィブブロック１ａは、予備ブロックに編入され、予備ブ
ロックテーブル６が更新される。アクティブブロックと
交換される予備ブロックの選択は後述する。

【００３０】データ制御部２は、アドレス変換テーブル
５の変更が終了した後に、ブロック１ｂを消去し、ブロ
ック１ａから読み出したデータの必要箇所を書き換えた
後、書換回数データをインクリメントすると共に、書換
済データを記憶ブロック１ｂに書き込む。

【００３１】この例では、どのブロックを対象にするか
に拘わらず、全ての書換動作を計数しており、記憶ブロ
ック中にブロック書換回数を記録する必要はなく、また
ファームウェアないしはソフトウェアの負担も少なくな
るが、記憶ブロックごとの書換回数を考慮しないので確
実に書換回数を平均化することは保証できない。

【００３２】次に、記憶ブロックの書換契機が記憶ブロ
ックの欠陥発見とした本発明の第４の実施例について説
明する。この実施例では、データ制御部２は、欠陥ブロ
ック１ｃを選択するアドレスデータをブロック選択部３
に出力すると共に、欠陥ブロックが生じたことをブロッ
ク管理部４に通知する。

【００３３】ブロック管理部４は、データ制御部２に対
して、テーブル変更信号をＯＮとする。さらに、欠陥ブ
ロックの物理的ブロック番号を欠陥ブロックテーブル７
に登録した後、予備ブロックの１つ、記憶ブロック１ｂ
を選定し、ブロック選択部３のアドレス変換テーブル５
の対応する部分をブロック１ｂを指示するよう変更す
る。旧アクティブブロック１ｃは、予備ブロックには編
入されず、以後使用されることはない。アドレス変換テ
ーブル５の変更が終了するとテーブル変更信号をＯＦＦ
とし、アドレス変換テーブル５の変更が終了したことを
データ制御部２に通知する。

【００３４】データ制御部２は、アドレス変換テーブル
５の変更が終了した後に、記憶ブロック１ｂを消去し、
データ制御部２内に存在する、欠陥ブロックに格納すべ
きであったデータをブロック１ｂに書き込む。なお、記
憶ブロックのデータが例えばＥＣＣによっても誤り訂正
が不可能である等のように、不完全であった場合には、
上位にエラーの発生を通知する。本実施例によると、劣
化欠陥が検出されたアクティブブロックを予備ブロック
と交換し、欠陥ブロックの以後の使用を抑止すること
で、欠陥ブロックを正常ブロックと代替したことにな
り、欠陥が発生した後も引き続いて装置使用が可能とな
る。

【００３５】以上の動作により、欠陥が生ずる毎に欠陥
代替処理を行うことができるが、予備ブロック数が減少
している。しかし、ここで述べた手法によると、最初に
ｑ個の予備ブロークとは別に、ｒ個の代替ブロックを用
意し、代替ブロックを順次予備ブロックに編入し、減少
分を補填する。代替ブロックを予備ブロックとは別に代
替ブロックテーブル８を用いて管理することは、欠陥代
替を考慮して最初に予備ブロック数を大きく採ると予備
ブロック管理が煩雑になるという事態を回避するには有
効であると考えられる。

【００３６】次に、アクティブブロックと交換する予備
ブロックを選定する処理に関する本発明の第５の実施例
について説明する。本実施例では、ｑ個の予備ブロック
のブロック番号を格納する予備ブロックテーブル６をＦ
ＩＦＯレジスタで構成する。

【００３７】ブロック管理部４は、ブロック選択を変更
すると判定した場合には、アドレス変換テーブル５の変
更される部位のアクティブブロックのブロック番号を読
み取り、書換処理であればブロックレジスタに格納し、
欠陥処理であればブロックレジスタに格納し、欠陥処理
であれば欠陥ブロックテーブル７に登録する。

【００３８】次に、ＦＩＦＯレジスタの先頭に登録され
ているブロック番号を、新たなアクティブブロックのブ
ロック番号として出力する。さらに、書換処理であれば
ブロックレジスタに格納されている旧アクティブブロッ
クのブロック番号をＦＩＦＯの最後尾に入力する。以上
の動作で、最も過去に予備ブロックとして登録されたブ
ロックを、新たなアクティブブロックの候補として選定
することができる。

【００３９】次に、アクティブブロックと交換する予備
ブロックを選定する処理に関する本発明の第６の実施例
について説明する。本実施例では、ｑ個の予備ブロック
のブロック番号及び書換回数データを格納する予備ブロ
ックテーブル６を用い、予備ブロックテーブル６は、書
換回数データでソートされる。

【００４０】ブロック管理部４は、アドレス変換テーブ
ル５を変更すると判定した場合には、アドレス変換テー
ブル５の変更される部位のアクティブブロックのブロッ
ク番号を読み取り、ブロックレジスタに待避するととも
に、データ制御部２を介して、該当ブロックの書換回数
データを取得し、書換回数レジスタに格納しておく。

【００４１】次に、予備ブロックテーブル６から最も書
換回数の少ないブロックのブロック番号を、新たなアク
ティブブロックのブロック番号として出力し、予備ブロ
ックテーブル６から削除する。

【００４２】さらに、変更ブロックレジスタに格納され
ている旧アクティブブロックのブロック番号、及び、書
換回数レジスタに格納されている旧アクティブブロック
の書換回数データを予備ブロックテーブル６に加え、書
換回数でソートを行う。

【００４３】以上の動作で、最も書換回数の少ない予備
ブロックを、新たなアクティブブロックの候補として選
定することができる。この選定手法によると、書換頻度
を平均化するために、より効果的であると考えられる。

【００４４】

【発明の効果】本発明にかかる半導体記憶装置において
は、データ記憶領域を記憶ブロックに分割し、さらに記
憶ブロック群をデータ記録の対象となるアクティブブロ
ックとデータ記録に使用しない予備ブロックとに割り当
てる。そして、論理／物理アドレス変換時に特定される
アクティブブロックを、所定の条件により、予備ブロッ
クの一つと交換する。この動作により、装置寿命の延長
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体記憶装置の構成例のブロック図
である。

【符号の説明】

１ データ記憶部 ２ データ制御部 ３ ブロック選択部 ４ ブロック管理部 ５ アドレス変換テーブル ６ 予備ブロックテーブル ７ 欠陥ブロックテーブル ８ 代替ブロックテーブル。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 書換回数制限がある不揮発性メモリ素子
   を用いた半導体記憶装置であって、 独立に書換可能な複数の記憶ブロックで構成され、通常
   運用時に前記複数の記憶ブロックをデータ記録の対象と
   なるアクティブブロックと、前記通常運用時にはデータ
   記録に使用しない予備ブロックとに割り当てたデータ記
   憶部と、 外部に対するデータ入出力管理及び前記データ記憶部に
   対するデータ入出力管理を行うデータ制御部と、 前記データ制御部から入力された論理アドレスに基づき
   前記アクティブブロックの一つを指定する物理アドレス
   データを算出して前記データ記憶部のブロックを選択す
   るブロック選択部と、 前記アクティブブロック及び前記予備ブロックを管理
   し、前記ブロック選択部で選択されるブロックを前記予
   備ブロックの一つに変更することが可能なブロック管理
   部とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
2. 【請求項２】 前記データ記憶部の前記記憶ブロックお
   のおのが、一部領域に該記憶ブロックの書換回数データ
   を記録しており、 前記データ制御部は、書換毎に前記記憶ブロック毎の書
   換回数データを管理更新する機能を有し、 前記ブロック管理部は、書換の際に、書換対象の前記記
   憶ブロックの前記書換回数データを判定し、前記書換回
   数データが予め設定された数の整数倍である場合に、対
   象であった前記アクティブブロックと前記予備ブロック
   の一つとを交換することを特徴とする請求項１記載の半
   導体記憶装置。
3. 【請求項３】 前記データ記憶部の前記記憶ブロックお
   のおのが、一部領域にブロックの書換回数データを記録
   しており、 前記データ制御部が、書換毎に前記記憶ブロック毎の書
   換回数データを管理更新する機能を有し、 前記ブロック管理部は、書換の際に、書換対象の前記記
   憶ブロックの前記書換回数データを判定し、前記書換回
   数データが予め設定された数の整数倍となり、かつ前記
   書換回数データが前記予備ブロック群のうち最も書換回
   数の少ない前記予備ブロックよりも大きい場合に、対象
   であった前記アクティブブロックと、前記最も書換回数
   の少ない予備ブロックとを交換することを特徴とする請
   求項１記載の半導体記憶装置。
4. 【請求項４】 前記データ制御部が、書換回数データを
   記録しており、書換毎に前記書換回数データを管理更新
   する機能を有し、 前記ブロック管理部は、書換の際に、前記書換回数デー
   タを判定し、前記書換回数データが予め設定された数の
   整数倍である場合に、対象であった前記アクティブブロ
   ックと前記予備ブロックの一つとを交換することを特徴
   とする請求項１記載の半導体記憶装置。
5. 【請求項５】 前記データ制御部が対象ブロックに劣化
   欠陥を検出した場合には、前記ブロック管理部は、対象
   であった前記アクティブブロックの使用を抑止し、前記
   予備ブロックの一つに代替することを特徴とする請求項
   １記載の半導体記憶装置。
6. 【請求項６】 前記ブロック管理部が、対象であった前
   記アクティブブロックの代わりとして、最も過去に予備
   となった前記予備ブロックを選択することを特徴とする
   請求項１記載の半導体記憶装置。
7. 【請求項７】 前記データ記憶部の前記記憶ブロックお
   のおのが、一部領域に書換回数データを記録しており、 前記データ制御部は、書換毎に前記記憶ブロック毎の書
   換回数データを管理更新する機能を有し、 前記ブロック管理部は、対象であった前記アクティブブ
   ロックの代わりとして、最も書換回数の少ない前記予備
   ブロックを選択することを特徴とする請求項１記載の半
   導体記憶装置。