(57)【要約】【課題】大容量の半導体メモリ装置において、論物変換テーブルを格納するＲＡＭの容量を小さくすると共に、不揮発性メモリの有効に利用できるデータ領域を極大化する。【解決手段】不揮発性メモリ１０３は、４つの物理領域Ａ〜Ｄに分割して制御される。各物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いる論物変換テーブルは、各物理領域の論物変換テーブル用ブロック１０４〜１０７に保存される。揮発性メモリ１０１は、複数の論物変換テーブルの少なくとも１つを格納する。制御部５０３は、論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する。ここで、論物変換テーブルが管理する論理アドレス範囲（２００７ブロック）は、物理領域毎に所定の良ブロック率（例えば９８％以上）を保証した値として決定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不揮発性メモリを複数の物理領域に分割して制御する半導体メモリ装置であって、
前記複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、
前記複数の論物変換テーブルの少なくとも１つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、
論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、
前記論理アドレス範囲は、物理領域毎に保証される良ブロック率により決定される半導体メモリ装置。
【請求項２】
前記複数の物理領域は略同一サイズであり、不良ブロックの代替処理は各々の論理アドレス範囲内で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体メモリ装置。
【請求項３】
物理領域のブロック数をＰＢ、保証する不良ブロック率をＲ、係数をαとした場合に、前記論理アドレス範囲は、略ＰＢ×（１−Ｒ×α）とし、前記係数αは、全物理空間のブロック数／ＰＢ＝Ｎ≫α≧１であって、全物理空間の不良ブロック分布に基づき決定されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を使用したメモリ装置に関し、詳しくは、半導体メモリとして不揮発性メモリ（フラッシュメモリ等）を用いたメモリカード等の半導体メモリ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体メモリ装置は、一般的に図４に示すようにコントローラ５０６と不揮発性メモリ５０７とから構成され、ホスト５０１からの読み書き指示に応じてデータの読み書きを行う。コントローラ５０６の内部は、ホストインタフェース５０２、不揮発性メモリインタフェース５０５、読み書き制御を行う制御部５０３、論理アドレスを不揮発性メモリ５０７の物理アドレスに変換する変換テーブル（以降、論物変換テーブルと称し、図５に相当する概念図を示す）を格納する揮発性メモリ（ＲＡＭ）５０４から構成される。なお、論理アドレスとは、ホスト５０１が指示するアドレスであり、論理空間内の記憶位置を指示するものであり、物理アドレスとは、不揮発性メモリ５０７上で定義された物理的な記憶位置を指示するものである。また、論物変換テーブルは、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）５０７の書き換えの制約（通常１０万回程度の寿命）に対し、書き換え集中（特定の物理アドレスばかりを書き換えること）を回避するために設けられている。因みに、この回避のことをウェアレベリングと言う。図５に示す様に、論物変換テーブル６０１は、０〜８０２７の論理アドレスに対して、実際の不揮発性メモリ上の物理アドレスをｂ０〜ｂ１２の１３ビットで対応付けする。ここで、不揮発性メモリの物理空間が８１９２ブロックを有しているにも関わらず、論理空間として８０２８ブロックを割り当てている。以下、その理由を述べる。
【０００３】
一般に不揮発性メモリには、工場出荷時に既に不良となっているブロック、またその後の使用によって不良となってしまうブロックが存在する。その発生確率はフラッシュメモリによって様々であるが、ここでは不揮発性メモリ全体で、例えば２％以下の保証とする。不良ブロックには、良ブロックと置き換えて管理する代替処理が行われる。そのために、代替処理用のブロックをマージンとして確保する必要がある。
【０００４】
従って、図４，５に示した例では、８１９２ブロック×０．０２≒１６４ブロックのマージンを確保するため、利用可能なブロック数は、８１９２−１６４＝８０２８ブロックとなる。
【０００５】
一方、近年のメモリカードの大容量化に伴い、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）を管理する論物変換テーブルのサイズがコスト上の課題となってきており、論物変換テーブルのサイズ、即ち揮発性メモリ（ＲＡＭ）５０４のサイズを小さくできる方法が提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１に記載された発明のポイントを表したものが図６である。図４に示した半導体メモリ装置と大きく異なる点は、論理空間の中の各論理アドレス範囲毎に論物変換テーブル（論物変換テーブル用ブロック３０４〜３０７）を不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３に記憶しておき、ホスト５０１が指示した論理アドレスに応じて対応する物理領域内の論物変換テーブルを揮発性メモリ（ＲＡＭ）３０１に読み出し、変換処理を行った後に、所望のデータを不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３の所望の物理アドレスに記憶する。各論理アドレス範囲は不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３を物理領域Ａ’〜物理領域Ｄ’に対応して区分される。それぞれ論理アドレス範囲毎に不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３を分割管理することにより、揮発性メモリ（ＲＡＭ）３０１のサイズを小さくすることができる。ここで、物理アドレスとは、消去単位である消去ブロックの物理アドレスであり、１ブロックを１６ＫＢとする。また不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３の全サイズを１２８ＭＢとする。従って物理空間をブロック数で表すと８１９２ブロックとなり物理領域Ａ’〜物理領域Ｄ’の各々のサイズは２０４８ブロックとなる。また、不良ブロックに対するマージンを考慮して、物理領域Ａ’〜物理領域Ｄ’の各物理ブロック数（２０４８ブロック）に対して論理ブロック数は１８８３ブロックとなっている。
【０００７】
従って、図７に示すように、論物変換テーブル４０１は、０〜１８８２の論理アドレスに対して、ｂ０〜ｂ１０の１１ビットの物理アドレスが対応付けられる。よって、図５に示した論物変換テーブル６０１が８０２８×１３ビットであったのに対し、論物変換テーブル４０１は１８８３×１１ビットと大幅に削減することができる。
【特許文献１】特開２００１−１４２７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図６，７に示した従来の半導体メモリ装置のように不揮発性メモリを分割管理することで、論物変換テーブルのサイズを減らし、これを格納する揮発性メモリ（ＲＡＭ）を小さくできる反面、データを格納する不揮発性メモリの論理空間が小さくなるという課題があった。以下、その理由を説明する。
【０００９】
例えば、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３全体で、不良ブロックの発生率が２％以下の保証とする。即ち、書き換え寿命（通常１０万回程度の寿命）までに、全ブロック数において最大２％が不良ブロックになってしまう可能性がある。このような状態を回避するために一般的に不良ブロックの代替、即ち書き込み時等に不良ブロックと判定されたブロックを良ブロックに書き直す手段がとられる。この代替ブロックの領域は不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３中の特定の物理的固定領域（図示はしていない）に設けられることもあるが、物理的に固定化すると必然的にこの固定領域の書き換え頻度が多くなりウェアレベリング上好ましくないので、物理領域Ａ’〜物理領域Ｄ’毎に代替管理する方が望ましい。その為（代替ブロックのマージンをとった為）、物理領域Ａ’〜物理領域Ｄ’の各物理ブロック数が２０４８個に対して論理ブロック数が１８８３個と小さくなっている。ここで１８８３個とした算出基準であるが、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）３０３全体で２％を保証する場合においては、例えば物理領域Ａ’のみで全体の２％の不良ブロックが発生し、その他の領域では不良ブロックが発生しないような状態であっても保証する必要がある為、各物理領域に対応する論理アドレスサイズは、８１９２ブロック×０．０２≒１６４ブロックとして求めたブロック数分、各物理領域にマージンをとることとなり、その結果１８８３ブロック（２０４８−（１６４＋１）＝１８８３）となる。なお、１ブロック分の加算は、論物変換テーブル用ブロック数に対応するデータ領域が必要なので、その分を考慮している。その結果、図４に示す例では８０２８ブロックであったデータ領域（データを格納する論理空間）が、１８８３×４＝７５３２ブロックと小さくなってしまう。
【００１０】
本発明は、論物変換テーブルのサイズを小さくしながらも、データを格納する論理空間をより大きくする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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、不揮発性メモリを複数の物理領域に分割して制御する半導体メモリ装置であって、複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、複数の論物変換テーブルの少なくとも１つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、論理アドレス範囲は物理領域毎に保証される良ブロック率により決定されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）を分割した物理領域毎に、所定の良ブロック率を保証するように決定された論理アドレス範囲（論理ブロック数）を対応づけるので、良ブロック率を所望値以上とした上で、データを格納する不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）の論理空間をより大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、不揮発性メモリを複数の物理領域に分割して制御する半導体メモリ装置であって、前記複数の物理領域に対応する複数の論理アドレス範囲において、論理アドレスを物理アドレスに変換する際に用いられ、各々の物理領域に保存される複数の論物変換テーブルと、前記複数の論物変換テーブルの少なくとも１つを格納する領域が確保される揮発性メモリと、論理アドレスが与えられた場合に対応する論理アドレス範囲の論物変換テーブルを用いて、物理アドレスに変換する論物変換手段とを備え、
前記論理アドレス範囲は、物理領域毎に保証される良ブロック率により決定されるものである。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、上記発明において、前記複数の物理領域は略同一サイズであり、不良ブロックの代替処理は各々の論理アドレス範囲内で行うことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、上記発明において、物理領域のブロック数をＰＢ、保証する不良ブロック率をＲ、係数をαとした場合に、前記論理アドレス範囲は、略ＰＢ×（１−Ｒ×α）とし、前記係数αは、全物理空間のブロック数／ＰＢ＝Ｎ≫α≧１であって、全物理空間の不良ブロック分布に基づき決定されることを特徴とする。
【００１６】
これらにより、論物変換テーブルのサイズを小さくしながら、不良ブロック分布を考慮した論理アドレス範囲とすることができるので、データを格納するための論理空間を拡大することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態による半導体メモリ装置について、図面を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による半導体メモリ装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態による半導体メモリ装置は、コントローラ１０２と不揮発性メモリ１０３から構成され、ホスト５０１からの指示に応じてデータの読み書きが行われる。
【００１９】
コントローラ１０２は、少なくとも１つの論物変換テーブルを格納する揮発性メモリ（ＲＡＭ）１０１、ホスト５０１とコマンドやデータを送受信するホストインタフェース５０２、コマンドなどに基づき読み書きの制御や、論物変換テーブルを用いて論理アドレスを物理アドレスに変換する変換手段としての動作を行う制御部５０３、不揮発性メモリ１０３とデータを送受信する不揮発性メモリインタフェース５０５を有する。
【００２０】
不揮発性メモリ１０３は、複数の物理領域に分割して管理される。図１の例では、不揮発性メモリ１０３の全物理空間８１９２ブロックを４等分して、各々２０４８ブロックの物理領域（物理空間側の破線矢印で区切られた区間）としている。各物理領域には、論物変換テーブル用ブロック１０４〜１０７が割り当てられる。また、図１において論理空間側の破線矢印で４つに区切られた区間が論理アドレス範囲であり、１つの論物変換テーブルが管理する範囲である。また、各物理領域が、良ブロックの保証範囲であり、不良ブロックが存在する場合に行われる代替処理は、各々の論理アドレス範囲内で行われる。
【００２１】
図２は、論物変換用テーブル用ブロック１０４〜１０７に保存される論物変換テーブルの形態を示す概念図である。２０１が論物変換テーブルであり、０〜２００６の論理アドレスに対応して１１ビット（ｂ０〜ｂ１０）の物理アドレスが割り当てられている。
【００２２】
不揮発性メモリ１０３は、４つの物理領域（物理領域Ａ〜物理領域Ｄ）に分割されており、それぞれの物理領域毎に不良ブロック率が所定の値以下（例えば、２％以下）となるように保証される。別の言い方をすれば、フラッシュメモリメーカが、例えば不良ブロック率が２％以下を保証できる領域に分割すると（この場合４分割）、ひとつの領域が２０４８の物理ブロックアドレスとなる。これらの領域への書き込み処理等によって不良ブロックが生じた場合、上述したように物理領域Ａ〜物理領域Ｄ毎に代替処理する。その為（代替ブロックのマージンをとった為）、物理領域Ａ〜物理領域Ｄの各物理ブロック数が２０４８個に対して、論理ブロック数が２００７個となる。
【００２３】
即ち、対象となる物理領域のブロック数ＰＢ＝２０４８、保証する不良ブロック率Ｒ＝０．０２（２％）、係数をα＝１とした場合に、論理アドレス範囲（論理ブロック数）は、ＰＢ×（１−Ｒ×α）＝２０４８×（１−０．０２×１）≒２００７となる。なお、係数αは、全物理空間のブロック数／ＰＢ＝Ｎ≫α≧１であって、全物理空間の不良ブロック分布に基づき決定されるものである。図１に示した例では、Ｎ＝８１９２／２０４８＝４≫α≧１となり、１以上４未満の値を取る。
【００２４】
このαは、不良ブロック分布に基づき決定される。例えば、図３の（ａ）〜（ｃ）に示す通り、全領域では、それぞれ平均不良ブロック率が２％以下であるにも関わらず、１つ１つの物理領域で保証され得る不良ブロック率は、大きく異なる。そこで、この不良ブロック分布を考慮して係数αを決定する。図３（ａ）では、１つの物理領域の不良率が８％弱と大きく偏るので、α≒４とおおよそ最悪値となり、従来のものと差が少なくなる。一方、図３（ｂ）では、分散が中程度であるので、α≒１．５程度で保証する論理アドレス範囲を決定することができる。また、図３（ｃ）では、平均化しているので、α≒１とすることができる。この係数は、フラッシュメモリメーカやフッラシュメモリの種類などによって決定される。
【００２５】
以上のように本実施の形態によれば、不揮発性メモリ１０３を４分割した物理領域毎に、所定の良ブロック率（不良ブロック率＝２％）を保証するように決定された論理アドレス範囲（論理ブロック数２００７ブロック）を対応づけるので、良ブロック率を所望値以上とした上で、データを格納する不揮発性メモリ１０３の論理空間を従来の１８８３ブロックから２００７ブロックと大きくすることができる。
【００２６】
なお、図１では、論理アドレス範囲（ひとつの論物変換テーブルが管理する範囲）と物理領域を一対一対応させたが、複数の物理領域に１つの論理アドレス範囲を対応させても構わない。また論物変換テーブル用の領域を別途設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明にかかる半導体メモリ装置は、特に大容量の不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）を用いたメモリカード等に有益であり、論物変換テーブルを格納する揮発性メモリ（ＲＡＭ）の小サイズ化と、不揮発性メモリ（フラッシュメモリ）の論理空間（有効利用領域）の極大化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体メモリ装置の構成を示したブロック図
【図２】同半導体メモリ装置の論物変換テーブルを示した概念図
【図３】同半導体メモリ装置の論理アドレス範囲を決定する際に考慮される不良ブロック分布の例を示す概念図
【図４】従来の半導体メモリ装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の半導体メモリ装置の論物変換テーブルを示した概念図
【図６】従来の半導体メモリ装置の構成を示すブロック図
【図７】従来の半導体メモリ装置の論物変換テーブルを示した概念図
【符号の説明】
【００２９】
１０１    揮発性メモリ
１０２    コントローラ
１０３    不揮発性メモリ
１０４〜１０７    論物変換テーブル用ブロック
５０１    ホスト
５０２    ホストインタフェース
５０３    制御部
５０５    不揮発性メモリインタフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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