(57)【要約】【課題】フラッシュメモリを用いたメモリカードにおいて、書換えを重ねることでデータを正しく保持できる期間が短くなり、ホスト装置から取り外したままで長期間データ保持した場合に読み出しデータを誤ることがある。【解決手段】フラッシュメモリと、制御手段と、ホスト装置とのインタフェース手段と、蓄電手段と、データ保持状態回復手段とを備え、データ保持状態回復手段はデータ書き込み時に書換え回数を参照して保持可能期間を推定し、保持可能期間に到達する時点で蓄電手段の電力を利用してデータの回復処理を行う。これにより、ホスト装置に接続されないまま長時間放置されていてもデータの保持状態を保ち、データ誤りを未然に防ぐ。【選択図】図３
2008310888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト装置とのインタフェース手段と、
所定のブロック単位でデータの書き込みを行う不揮発性半導体メモリと、
前記ホスト装置から前記不揮発性半導体メモリへのデータの書き込みないし前記不揮発性半導体メモリから前記ホスト装置へのデータの読み出しを制御する制御手段と、
蓄電手段と、
前記不揮発性半導体メモリの前記所定のブロック単位でデータ回復動作時刻を保持し、前記回復動作時刻において該当ブロックのデータを読み出して再度書き込む動作を行うデータ保持状態回復手段とを備え、
前記データ保持状態回復手段は、前記不揮発性半導体メモリの各ブロックにおける書換え回数を保持する書換え回数保持手段と、前記書換え回数をパラメータとしてデータ保持可能期間を求める保持可能期間推定手段と、前記データ保持可能期間から各ブロックにおける次のデータ回復動作時刻を記憶するリフレッシュ時刻保持手段とを備えた不揮発性半導体記録装置。
【請求項２】
前記データ保持状態回復手段は、温度測定手段をさらに備え、
前記保持可能期間算出手段は、前記書換え回数と前記温度測定手段で測定した温度とをパラメータとしてデータ保持可能期間を求める請求項１記載の不揮発性半導体記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホスト機器に接続してデータの記憶ないし読み出しを行い、ホスト機器から着脱して記憶したデータの持ち運びや保管が可能な不揮発性半導体記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータにおけるファイル交換や、デジタルスチルカメラ、携帯電話、携帯型オーディオ機器などにおける映像や音声を含むデジタル情報の記録メディアとして、不揮発性半導体メモリを用いたメモリカードが用いられている。これらのメモリカードは、ホスト機器から取り外して持ち運びや保管ができる。このようなメモリカードに用いられる不揮発性メモリとして、現在最も代表的なものはフラッシュメモリである。フラッシュメモリは、半導体プロセスの微細化、ひとつのメモリセルに複数ビットを記憶する多値化などにより、大容量化と低価格化において昨今目覚しい発展をしている。
【０００３】
フラッシュメモリでは、メモリセルトランジスタ内に絶縁膜で覆われたフローティングゲートを形成し、フローティングゲートに電荷を注入することでデータを記憶し、電荷の有無によってメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化することを利用して記憶したデータを読み出すことができる。
【０００４】
しかしながら、データの消去、書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜が劣化すると、フローティングゲート内に注入された電荷が時間の経過とともに徐々に放出されること、絶縁膜にトラップされた電荷が放出されること等によりメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化し、記憶したデータの読み出し時に本来記憶していたものとは異なるデータが誤って読み出されてしまう、すなわちデータを保持できなくなることがある。半導体メモリの性能を示す指標のひとつとして、記憶したデータをどのくらいの期間保持できるかを示すデータ保持（リテンション）性能が挙げられる。従来のフラッシュメモリでは、１０万回の書換えを行っても１０年間程度のデータ保持性能を持つものが一般的であるが、上述したプロセスの微細化、メモリセルの多値化などにより、長期間のデータ保持性能を持たせることが困難になってくる可能性がある。
【０００５】
このようなデータ保持中に発生し得るデータ誤りを防ぐため、電源投入時にメモリの特定のアドレス領域についてデータ保持状態の劣化を検査して必要に応じて再書き込みをするリテンションチェックモードを備え、電源投入ごとに検査するアドレス領域をずらすことで検査領域を巡回させていく不揮発性半導体記録装置の例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３８７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の方法をメモリカードのようにホスト装置から着脱可能な不揮発性半導体記録装置に適用した場合、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されている場合には、不揮発性半導体記録装置に電源が投入されることがないため、その間に生じるデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することはできないという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていても不揮発性メモリのデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる不揮発性半導体記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために本発明の不揮発性半導体記録装置は、ホスト装置とのインタフェース手段と、所定のブロック単位でデータの書き込みを行う不揮発性半導体メモリと、ホスト装置から不揮発性半導体メモリへのデータの書き込みないし不揮発性半導体メモリからホスト装置へのデータの読み出しを制御する制御手段と、蓄電手段と、不揮発性半導体メモリの所定のブロック単位でデータ回復動作時刻を保持し、回復動作時刻において該当ブロックのデータを読み出して再度書き込む動作を行うデータ保持状態回復手段とを備え、データ保持状態回復手段は、不揮発性半導体メモリの各ブロックにおける書換え回数を保持する書換え回数保持手段と、書換え回数をパラメータとしてデータ保持可能期間を求める保持可能期間推定手段と、データ保持可能期間から各ブロックにおける次のデータ回復動作時刻を記憶するリフレッシュ時刻保持手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の不揮発性半導体記録装置は、書換え回数からデータ保持可能期間を推定し、蓄電手段の電源を利用して必要に応じてデータ更新を行うことで、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていてもデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の不揮発性半導体記録装置をメモリカードとして適用した実施の形態１における構成図である。なお、メモリカード１００は、図１に示す構成要素がカード形状の筐体に納められ、ホスト装置から着脱可能なリムーバブル型の記録メディアとして機能する。すなわち、ホスト装置と接続された状態でホスト装置から送られるデータを記憶する。記憶されたデータは、ホスト装置から分離された状態においても不揮発的に記憶されており、ホスト装置に接続することで再び読み出すことができる。
【００１２】
図１において、ホスト装置（図示せず）との間のインタフェース１は、ホスト装置との間でライト、リード等のコマンド、ライトないしはリードするデータの送受信を行う。フラッシュメモリ群２は、ひとつまたは複数のフラッシュメモリから構成され、データを不揮発的に記憶する。制御回路３は、インタフェース１とバス６を介して接続され、インタフェース１を経たホスト装置からのコマンドに従って、バス７を介して接続されたフラッシュメモリ群２を制御し、インタフェース１から送られてくるデータをフラッシュメモリ群２にライト、あるいはフラッシュメモリ群２からデータをリードして必要に応じて誤り訂正処理をしてインタフェース１へ送る。データ保持回復回路４は、制御回路３とバス８を介して接続されており、フラッシュメモリ群２の記録単位であるブロック毎にデータ回復動作時刻を保持しており、ブロック毎にその時刻になると回復動作を実行するように制御回路３を制御する。このデータ保持回復回路４の構成および動作の詳細については後述する。バッテリ５は、メモリカード１００がホスト装置に接続されている状態において、インタフェース１を通じて充電され、ホスト装置に接続されていない状態では必要に応じて制御回路３、データ保持回復回路４及びフラッシュメモリ群２に対して蓄積された電力を供給する。
【００１３】
以上のように構成された本発明のメモリカード１００において、フラッシュメモリに記憶されたデータの保持状態の劣化に伴うデータ誤りを防止するしくみについて、以下に説明する。
【００１４】
図２は、フラッシュメモリの書換え回数と、データ保持可能期間との関係の概略を説明する関係図である。図２に示すようにフラッシュメモリは、書換え回数の増加とともに正しくデータが保持できるデータ保持可能期間が短くなる。これは、フラッシュメモリに対して書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜の劣化が進みフローティングゲート内に注入された電荷が放出され易くなったり、絶縁膜にトラップされた不要な電荷が増加し、それが原因となってメモリセルトランジスタのしきい値電圧が変化することにより、記憶したデータの読み出し時に本来記憶していたものとは異なるデータが誤って読み出されてしまい、制御回路が備える誤り訂正能力の範囲を超えてしまうことがあるためである。
【００１５】
図３は実施の形態１におけるデータ保持回復回路４の構成を示すブロック図である。図３において、書換え回数保持回路９は、フラッシュメモリ群２の記録単位であるブロックごとの累積書換え回数を書換え回数情報として保持しており、バス８ａを経由した制御回路３からの情報に基づきフラッシュメモリ群２への書き込みが行われるたびに該当するブロックの書換え回数をカウントアップし、ブロックごとの累積書換え回数を更新して保持する。保持期間推定回路１０は、フラッシュメモリ群２に書き込みが行われた際に、該当ブロックの書換え回数保持回路９の書換え回数情報に基づいて、新たに書き込まれたデータの、書き込み時点からの保持可能期間を推定して出力する。このデータ保持可能期間の推定は、図２に示すごとくの書換え回数とデータ保持可能期間との関係に基づいて行う。すなわち、書換え回数が増加するほどデータ保持可能期間が短くなるようにデータ保持可能期間の推定値を決定する。回復動作時刻保持回路１１は、フラッシュメモリ群２への書き込みが行われた際に、保持期間推定回路１０により示されるデータ保持可能期間の推定値と、タイマー回路１２により示される時間情報に基づき、フラッシュメモリ群２の該当ブロックに対して次に回復動作を作動させるべき時刻を求め、その時刻情報をブロックごとに保持する。回復動作を作動させるべき時刻は、データの書換え後からデータ保持可能な期間が経過した時点の時刻として求められる。回復動作制御回路１３は、タイマー回路１２からの時間情報を参照し、回復動作時刻保持回路１１が保持しているフラッシュメモリ群２の各ブロックの回復動作を作動させるべき時刻に到達した時点で、該当ブロックに対して回復動作を起動する。回復動作は、バス８ｂを通じて制御回路３を制御し、該当ブロックのデータの再書き込み、すなわち該当ブロックのデータを読み出して、読み出したデータに対して必要に応じて誤り訂正処理を施し再び書き込む動作を行う。
【００１６】
ここで、メモリカード１００がホスト装置から分離された状態にあるとき、データ保持回復回路４、制御回路３及びフラッシュメモリ群２はバッテリ５から電力が供給され、回復動作を作動させるべき時刻に到達した場合には蓄積された電力によって回復動作を行う。
【００１７】
以上のように本実施の形態のメモリカードは、ホスト装置から分離された状態にあってもデータ回復動作を行うことで、ホスト装置に接続されることなく長期間保管されていてもデータ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止することができる。また、データ保持可能期間と強い相関関係がある書換え回数を参照することで、より正確に保持可能期間を推定することができ、この推定した保持可能期間に基づいて回復動作を行うことで、データの誤りを確実に防止するとともに、蓄積した電力を有効に使うことができる。
【００１８】
なお、本実施の形態では不揮発性メモリとしてフラッシュメモリを用いたが、これに限られるものではない。
【００１９】
（実施の形態２）
実施の形態２によるメモリカード１００の全体構成は、図１に示した実施の形態１と同じである。異なるのは、データ保持回復回路４の構成および動作のみであるので、この部分についてのみ説明する。
【００２０】
図４は、先に図２に示した、フラッシュメモリの書換え回数とデータ保持可能期間との関係図に、温度のパラメータを加えた関係図である。フラッシュメモリは、書換えを繰り返すことでフローティングゲートを覆う絶縁膜の劣化が進むが、温度状態によりフローティングゲート内に注入された電荷や絶縁膜にトラップされた電荷の活動状態が影響を受け、図４に示すように高温状態ではよりデータ保持可能期間が短くなる傾向にある。
【００２１】
図５は、実施の形態２におけるメモリカード１００の、データ保持回復回路４の構成を示すブロック図である。図５において、先に図３で示した実施の形態１のデータ保持回路と同一機能のブロックには同一番号を付した。図５に示した構成が図３に示した実施の形態１と異なる点は、温度センサ１４を持ち、保持期間推定回路１５には書換え回数保持回路９からのブロックごとの書換え回数情報に加え、温度センサ１４からの温度情報も入力されている点と、回復動作時刻保持回路１６の動作にある。保持期間推定回路１５によるデータ保持可能期間の推定は、図４に示すごとくの書換え回数、温度と、データ保持期間との関係に基づいて行う。すなわち、同温度においては書換え回数が増加するほどデータ保持期間が短くなるように、また、書換え回数が同じであれば温度が高くなるほどデータ保持期間が短くなるように、データ保持可能期間の推定値を決定する。
【００２２】
さらに、回復動作時刻保持回路１６は、タイマー回路１２による時刻情報を参照し、定期的に保持期間推定回路１５と通信して回復動作保持時刻の更新を行う。例えば、１０日間隔で定期的に温度センサ１４により温度を測定し、１０日毎に測定した温度の変化によりブロックのデータ書換え後からの平均温度を求める。この平均温度に従って、１０日毎に、図４に示すごとくの書換え回数、温度及びデータ保持期間の関係に基づいてデータ保持可能期間を再び求め、すでに記憶していた回復動作時刻の修正を行う。このような動作により、先の実施の形態１の場合に比べ、温度情報も踏まえてより正確にデータ保持可能期間が推定できる。
【００２３】
以上のように本実の形態のメモリカードは、実施の形態１に比べて、書換え回数とともにデータ保持可能期間と強い相関関係がある温度情報をも参照することで、一層正確に保持可能期間を推定することができる。その結果、この推定した保持可能期間に基づいて回復動作を行うことで、データの誤りの防止をより確実にできるとともに、蓄積した電力を一層有効に使うことができる。
【００２４】
なお、上記各実施の形態において、制御回路３がフラッシュメモリ群２からデータをリードしてインタフェース１へ送る際に誤り訂正処理を実施した場合には、回復動作制御回路１３は、フラッシュメモリ群２の各ブロックの回復動作を作動させるべき時刻に到達していなくとも、該当ブロックに対して回復動作を起動するようにしてもよい。リードしたデータに誤りがある場合の原因としてデータ保持状態の劣化が考えられるため、リードしたデータに誤りがあるような場合にこのような回復動作を行うことで事前にデータ保持状態を回復することができる。また、さらにこのようにして回復動作を行ったブロックよりもデータ回復動作時刻が早いブロックについても回復動作を行うようにしてもよい。これにより、データ保持状態が劣化している可能性のある他のブロックについてもデータ保持状態を回復することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の不揮発性半導体記録装置は、ホスト機器から着脱が可能で、ホスト機器から長期間離脱した状態においても、データ保持状態の劣化によるデータ誤りを防止する信頼性の高い記憶メディアとして、パーソナルコンピュータの外部記憶装置をはじめ、デジタルスチルカメラ、動画像を撮影するビデオカメラレコーダなどのリムーバブルな記録メディアとして、さらには、映像コンテンツの運搬や中長期的な保存に使う記録メディアとしても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１のメモリカードのブロック図
【図２】フラッシュメモリの書換え回数とデータ保持可能期間との関係図
【図３】実施の形態１におけるデータ保持回復回路のブロック図
【図４】フラッシュメモリの書換え回数、温度とデータ保持可能期間との関係図
【図５】実施の形態２におけるデータ保持回復回路のブロック図
【符号の説明】
【００２７】
１  インタフェース
２  フラッシュメモリ群
３  制御回路
４  データ保持回復回路
５  バッテリ
９  書換え回数保持回路
１０、１５  保持期間推定回路
１１  回復動作時刻保持回路
１２  タイマー回路
１３  回復動作制御回路
【図１】
2008310888.tif 000003
【図２】
2008310888.tif 000004
【図３】
2008310888.tif 000005
【図４】
2008310888.tif 000006
【図５】
2008310888.tif 000007