專利名稱：半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用半導(dǎo)體的存儲(chǔ)裝置，說(shuō)得更詳細(xì)點(diǎn)，涉及作為主存儲(chǔ)用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使用非易失性存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，SD存儲(chǔ)卡或小型閃存(CompactFlash，注冊(cè)商標(biāo))等的存儲(chǔ)卡，由于是小型尺寸，故可以作為數(shù)字照相機(jī)等的便攜設(shè)備的可裝卸的存儲(chǔ)裝置提供于實(shí)用。
提供于實(shí)用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，通常在內(nèi)部?jī)?nèi)置有作為非易失性存儲(chǔ)器的閃速存儲(chǔ)器和作為其控制電路的控制器LSI。近些年來(lái)，伴隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的大容量化的需要的高漲，非易失性存儲(chǔ)器芯片自身的大容量化也不斷進(jìn)步。此外，裝配到半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置內(nèi)的非易失性存儲(chǔ)器的芯片個(gè)數(shù)也得益于裝配技術(shù)的進(jìn)步而增加，作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器空間超過(guò)了1GB的裝置已經(jīng)實(shí)用化。
作為閃速存儲(chǔ)器中的地址管理信息的管理方法，粗分起來(lái)有兩種方法。第1種方法，是對(duì)存儲(chǔ)卡的存儲(chǔ)區(qū)域全體、或者把存儲(chǔ)區(qū)域全體分割成預(yù)定個(gè)數(shù)區(qū)域的每一個(gè)區(qū)域，都把與該區(qū)域全體對(duì)應(yīng)的地址管理信息集中地存儲(chǔ)到預(yù)定的塊內(nèi)的方法。該地址管理方法，被稱之為集中型地址管理方法。
第2種方法，是在向構(gòu)成物理塊的預(yù)定的頁(yè)(扇區(qū))寫入數(shù)據(jù)時(shí)，把管理信息即表示該數(shù)據(jù)是否有效等的狀態(tài)信息或邏輯地址，寫入到該頁(yè)所含有的物理塊的冗余區(qū)域內(nèi)，然后，在電源投入時(shí)，就讀出分散地寫入到各個(gè)物理塊內(nèi)的管理信息，在存儲(chǔ)器內(nèi)構(gòu)筑地址管理表的方法。把該方法稱為分散型地址管理方法。本發(fā)明以分散型地址管理方法為前提。
其次，對(duì)用分散型地址管理方法進(jìn)行管理的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的主存儲(chǔ)器的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)主存儲(chǔ)器具有4G位即具有512M字節(jié)的容量。主存儲(chǔ)器11，如圖1所示，由多個(gè)物理塊，例如，由PB0～PB2047這2048個(gè)物理塊構(gòu)成，各個(gè)物理塊的數(shù)據(jù)容量設(shè)為256kB(字節(jié))。設(shè)該主存儲(chǔ)器是2值NAND閃速存儲(chǔ)器。
圖2的說(shuō)明圖示出了1個(gè)物理塊。在該例中，各個(gè)物理塊由頁(yè)0～頁(yè)127這128頁(yè)構(gòu)成。各個(gè)頁(yè)都由扇區(qū)0～扇區(qū)3這4個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)區(qū)域和管理區(qū)域(MR)構(gòu)成。1個(gè)扇區(qū)具有512B的容量，各個(gè)頁(yè)共計(jì)具有2048B的數(shù)據(jù)區(qū)域。管理區(qū)域具有64B的容量。在管理區(qū)域內(nèi)，含有表示其數(shù)據(jù)的有效或無(wú)效的狀態(tài)代碼、寫入結(jié)束標(biāo)志、用來(lái)糾錯(cuò)的ECC代碼等。ECC代碼在其數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)具有1到2位的錯(cuò)誤訂正功能。該主存儲(chǔ)器由于是2值NAND閃速存儲(chǔ)器，故不僅可以以頁(yè)為單位進(jìn)行寫入，還可以僅僅對(duì)頁(yè)中的扇區(qū)或者僅僅對(duì)扇區(qū)的一部分的管理區(qū)域獨(dú)立地進(jìn)行寫入。
圖3的時(shí)序圖示出了1個(gè)簇(16kB)的量的數(shù)據(jù)寫入或數(shù)據(jù)改寫。在該例子中，向1個(gè)物理塊的頁(yè)0～頁(yè)7內(nèi)寫入數(shù)據(jù)。該寫入時(shí)間T1例如是數(shù)毫秒。然后，在頁(yè)7的寫入結(jié)束后緊接著把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到圖2的頁(yè)7的管理區(qū)域MR內(nèi)。該寫入時(shí)間T2例如是200～300微秒。此外在進(jìn)行改寫的情況下，除了頁(yè)0～頁(yè)7的寫入外，還要進(jìn)行把已經(jīng)寫入到別的塊內(nèi)的數(shù)據(jù)拷貝到新的物理塊內(nèi)的處理。設(shè)該改寫時(shí)間為T3。之后，把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到作為有效的各個(gè)簇的最終頁(yè)的頁(yè)7、15、……、127內(nèi)(T2)。
通過(guò)這樣的處理，雖然需要把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到主存儲(chǔ)器內(nèi)的時(shí)間，但是，即便是在發(fā)生了電源切斷的情況下，也可以在電源切斷后的電源投入時(shí)根據(jù)是否已寫入了該管理區(qū)域中的寫入結(jié)束標(biāo)志，判斷數(shù)據(jù)的寫入是成功了還是失敗了。對(duì)于包括已經(jīng)建立了寫入結(jié)束標(biāo)志的頁(yè)的簇或塊來(lái)說(shuō)，就可以當(dāng)作已經(jīng)記錄下了確實(shí)的數(shù)據(jù)的簇或塊對(duì)待，可以提高可靠性(參看專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2003-15929號(hào)公報(bào)最近，作為可以在1個(gè)存儲(chǔ)單元中取超過(guò)2個(gè)邏輯狀態(tài)的存儲(chǔ)單元，即，作為多值閃速存儲(chǔ)器，多值NAND閃速存儲(chǔ)器受到了人們的注意。多值閃速存儲(chǔ)器雖然是低價(jià)格而且可以大容量化的品種，但是，對(duì)于作為寫入單位的頁(yè)卻不能分割寫入。即，不能在對(duì)頁(yè)的某一區(qū)域部分寫入了數(shù)據(jù)后不進(jìn)行擦除就向同一頁(yè)的另外的區(qū)域內(nèi)寫入數(shù)據(jù)。由于存在著這樣的制約，故如果把多值NAND閃速存儲(chǔ)器用于主存儲(chǔ)器，則就不能像現(xiàn)有技術(shù)那樣在寫入了數(shù)據(jù)后，把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到進(jìn)行過(guò)寫入的頁(yè)的管理區(qū)域內(nèi)。
若不寫入寫入結(jié)束標(biāo)志雖然寫入速度會(huì)變快，但是，會(huì)使可靠性降低，為此，就難于實(shí)施電源切斷對(duì)策。因此為了確保可靠性，就必須在與寫入數(shù)據(jù)的目標(biāo)地點(diǎn)不同的物理區(qū)域內(nèi)設(shè)置寫入結(jié)束標(biāo)志區(qū)域，向那里寫入寫入結(jié)束標(biāo)志。
但是，若假定設(shè)置另外的物理區(qū)域，則在作為主存儲(chǔ)器的容量使用512MB(字節(jié))的情況下，根據(jù)式(1)，就必須確保寫入32k個(gè)寫入結(jié)束標(biāo)志的區(qū)域。
512MB÷16kB＝32k個(gè)……(1)但是，由于不能進(jìn)行作為寫入單位的頁(yè)的分割寫入，故即便是把寫入結(jié)束標(biāo)志定為1位，也必須確保1頁(yè)(2kB)的量的容量供該1位用。因此，根據(jù)式(2)撥給寫入結(jié)束標(biāo)志用的物理塊的容量就變成為64MB。
32k個(gè)×2kB＝64MB……(2)為此，就存在著在主存儲(chǔ)器中可用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域大幅度地減少這樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題在于在把非易失性存儲(chǔ)器當(dāng)作主存儲(chǔ)器，使用分散型的管理方法的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置中，在確保高可靠性的同時(shí)還可以高速地進(jìn)行寫入。
本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置具備具有以由第1存儲(chǔ)容量的數(shù)據(jù)區(qū)域和管理區(qū)域構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)容量為單位構(gòu)成的存儲(chǔ)區(qū)域的非易失性的主存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)上述主存儲(chǔ)器的地址管理信息的地址管理信息存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)寫入結(jié)束標(biāo)志表的非易失性的控制存儲(chǔ)器，上述寫入結(jié)束標(biāo)志表由針對(duì)上述主存儲(chǔ)器對(duì)每一個(gè)第2存儲(chǔ)容量單位設(shè)置的、在數(shù)據(jù)寫入結(jié)束時(shí)建立的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成；根據(jù)來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)讀寫指示對(duì)于上述主存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫控制，并且，進(jìn)行上述地址管理信息存儲(chǔ)部和上述控制存儲(chǔ)器的更新控制的控制部。
在這里，也可以做成為上述第2存儲(chǔ)容量單位是簇尺寸，上述控制存儲(chǔ)器對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的每一個(gè)簇尺寸都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表。
在這里，也可以做成為上述第2存儲(chǔ)容量單位是扇區(qū)尺寸，上述控制存儲(chǔ)器，對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的每一個(gè)扇區(qū)尺寸都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表。
也可以做成為上述第2存儲(chǔ)容量單位為物理塊尺寸，上述控制存儲(chǔ)器，對(duì)上述主存儲(chǔ)器的每N個(gè)(N為大于等于1的整數(shù))物理塊的容量都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表。
也可以做成為上述控制存儲(chǔ)器的寫入速度比上述主存儲(chǔ)器快。
也可以做成為上述控制部，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的第2存儲(chǔ)容量單位，在初始化時(shí)或出廠時(shí)，構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像。
也可以做成為上述控制部，根據(jù)從主機(jī)傳送過(guò)來(lái)的第2存儲(chǔ)容量單位，在初始化時(shí)或出廠時(shí)，構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像。
上述主存儲(chǔ)器也可以做成為多值型NAND閃速存儲(chǔ)器。
也可以做成為上述地址管理信息存儲(chǔ)部，具有存儲(chǔ)上述主存儲(chǔ)器的每一個(gè)存儲(chǔ)容量單位的狀態(tài)的物理區(qū)域管理表，以及對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的地址和上述主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量單位的地址進(jìn)行變換的地址變換表。
在這里，上述控制存儲(chǔ)器，也可以做成為鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)、磁記錄式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、雙向通用存儲(chǔ)器(ovonic unifiedmemory，即OUM，又被稱為相變存儲(chǔ)器)、電阻RAM(RRAM)。
在本發(fā)明中，做成為與數(shù)據(jù)向主存儲(chǔ)器的寫入相對(duì)應(yīng)地把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到控制存儲(chǔ)器內(nèi)。因此，即便是在數(shù)據(jù)向主存儲(chǔ)器的寫入中發(fā)生了電源切斷，也可以通過(guò)在其后緊接著的電源投入時(shí)檢查控制存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志的有無(wú)，判斷在電源切斷之前是否正確地寫入了數(shù)據(jù)。此外，控制存儲(chǔ)器，通過(guò)使用以1字節(jié)以下為單位的寫入速度比主存儲(chǔ)器的寫入速度更快的存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置更高速的寫入處理。


圖1示出了現(xiàn)有的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的主存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
圖2示出了現(xiàn)有的主存儲(chǔ)器的物理塊的結(jié)構(gòu)。
圖3的時(shí)序圖示出了現(xiàn)有的1個(gè)簇的量的寫入和改寫。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本實(shí)施形態(tài)的物理塊的說(shuō)明圖。
圖6是本實(shí)施形態(tài)的邏輯地址格式的說(shuō)明圖。
圖7是本實(shí)施形態(tài)的寫入結(jié)束標(biāo)志表的說(shuō)明圖。
圖8是本實(shí)施形態(tài)的地址變換表的說(shuō)明圖。
圖9是本實(shí)施形態(tài)的物理管理區(qū)域表的說(shuō)明圖。
圖10的時(shí)序圖示出了本實(shí)施形態(tài)的1個(gè)簇的量的寫入或改寫。
圖11的說(shuō)明圖示出了本實(shí)施形態(tài)的1個(gè)簇的量的改寫動(dòng)作。
圖12是另一實(shí)施形態(tài)的寫入結(jié)束標(biāo)志表的說(shuō)明圖。
符號(hào)說(shuō)明100 主機(jī)102 控制部103 RAM104 ROM105 寫入結(jié)束標(biāo)志表106 控制存儲(chǔ)器107 存儲(chǔ)器存取部108 地址變換表
109 物理區(qū)域管理表110 地址管理信息存儲(chǔ)部111 存儲(chǔ)器控制器112 主存儲(chǔ)器具體實(shí)施方式
邊參看附圖邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖4是本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，由存儲(chǔ)器控制器111和主存儲(chǔ)用的非易失性存儲(chǔ)器(以下，簡(jiǎn)稱為主存儲(chǔ)器)112構(gòu)成。主機(jī)100是經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)器控制器111向主存儲(chǔ)器112傳送用戶數(shù)據(jù)(以下，叫做數(shù)據(jù))的讀寫指令以及讀寫地址和數(shù)據(jù)的存取裝置。存儲(chǔ)器控制器111的構(gòu)成為包括主機(jī)I/F101、控制部102、RAM103、ROM104、控制用非易失性存儲(chǔ)器(以下，簡(jiǎn)稱為控制存儲(chǔ)器)106、存儲(chǔ)器存取部107和地址管理信息存儲(chǔ)部110。
其次，對(duì)主存儲(chǔ)器112進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施形態(tài)中，主存儲(chǔ)器112具有4G位的容量，即，具有512M字節(jié)的容量。主存儲(chǔ)器112，如圖1所示，由多個(gè)物理塊，例如由PB0～PB2047這2048個(gè)物理塊構(gòu)成。各個(gè)物理塊的數(shù)據(jù)容量定為256kB(字節(jié))。設(shè)該主存儲(chǔ)器112為多值NAND閃速存儲(chǔ)器。
圖5的說(shuō)明圖示出了本實(shí)施形態(tài)的物理塊。各個(gè)物理塊由頁(yè)0～頁(yè)127這128頁(yè)構(gòu)成。各個(gè)頁(yè)由扇區(qū)0～扇區(qū)3這4個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)區(qū)域和管理區(qū)域(MR)構(gòu)成。1個(gè)扇區(qū)具有512B的容量，各個(gè)頁(yè)具有容量為2048B的數(shù)據(jù)區(qū)域。在這里把1個(gè)頁(yè)的量的數(shù)據(jù)容量單位設(shè)為第1容量單位，與該容量單位相對(duì)應(yīng)地具有管理區(qū)域。管理區(qū)域具有64B的容量。在管理區(qū)域內(nèi)含有表明其數(shù)據(jù)的有效或無(wú)效的狀態(tài)代碼和用來(lái)進(jìn)行糾錯(cuò)的ECC代碼，不含寫入結(jié)束標(biāo)志。該主存儲(chǔ)器112由于是多值NAND閃速存儲(chǔ)器，故僅僅可以以頁(yè)為單位進(jìn)行寫入，不能僅僅對(duì)頁(yè)中的扇區(qū)或僅僅對(duì)扇區(qū)的一部分的管理區(qū)域獨(dú)立地進(jìn)行寫入。
圖6的說(shuō)明圖示出了本實(shí)施形態(tài)的邏輯地址格式。在圖6中，從低位開(kāi)始依次是扇區(qū)序號(hào)、頁(yè)序號(hào)、邏輯塊序號(hào)(LBN)，與邏輯塊序號(hào)對(duì)應(yīng)的11位的量相當(dāng)于地址變換的對(duì)象即相當(dāng)于地址變換表108的地址。另外，若設(shè)在主機(jī)100的文件系統(tǒng)中規(guī)定的扇區(qū)尺寸為512B，設(shè)簇尺寸為16kB，則簇序號(hào)的LSB與邏輯地址格式的位b5相對(duì)應(yīng)。
控制部102根據(jù)存儲(chǔ)器控制器111內(nèi)的整體控制和來(lái)自主機(jī)100的數(shù)據(jù)讀寫指示對(duì)于存儲(chǔ)器存取部107進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫控制，并且還進(jìn)行地址管理信息存儲(chǔ)部110和控制存儲(chǔ)器106的更新控制，其構(gòu)成為包括CPU。RAM103是控制部102的工作用的RAM。ROM104是保存有控制部102執(zhí)行的程序的ROM。控制存儲(chǔ)器106是存儲(chǔ)寫入結(jié)束標(biāo)志表105的非易失性存儲(chǔ)器。控制存儲(chǔ)器106理想的是在以1位為單位或1個(gè)字節(jié)以下為單位進(jìn)行寫入時(shí)的寫入速度比主存儲(chǔ)器112更快的存儲(chǔ)器?？刂拼鎯?chǔ)器106可以使用例如鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)、磁記錄式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、雙向通用存儲(chǔ)器(OUM)或電阻RAM(RRAM)。在這里，作為控制存儲(chǔ)器106使用FeRAM。與一般的閃速存儲(chǔ)器比較起來(lái)，F(xiàn)eRAM具有可以覆蓋寫入(overwrite)即在改寫時(shí)不需要進(jìn)行擦除，以小容量例如以1位或1個(gè)字節(jié)為單位進(jìn)行寫入時(shí)的寫入速度快的優(yōu)點(diǎn)。
控制存儲(chǔ)器106的寫入結(jié)束標(biāo)志表105，是用來(lái)在把主機(jī)100所傳送的數(shù)據(jù)寫入到主存儲(chǔ)器112內(nèi)之后緊接著把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到對(duì)應(yīng)的邏輯地址內(nèi)的表。
圖7的說(shuō)明圖示出了本實(shí)施形態(tài)的寫入結(jié)束標(biāo)志表105。寫入結(jié)束標(biāo)志是對(duì)每一個(gè)第2存儲(chǔ)容量單位都要建立，表明向該單位的寫入，圖7示出的是對(duì)每個(gè)第2存儲(chǔ)容量單位，在這里是1簇(16kB)，即對(duì)每8頁(yè)就要寫入標(biāo)志的情況。即，由于寫入結(jié)束標(biāo)志是以簇為單位進(jìn)行記錄的，故與1個(gè)邏輯塊對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志是2個(gè)字節(jié)的量。在該情況下，寫入結(jié)束標(biāo)志表105，即，控制存儲(chǔ)器106是4kB的容量。使32k簇的量的寫入結(jié)束標(biāo)志(1位)從字節(jié)0的b0開(kāi)始依次按照簇順序進(jìn)行排列。設(shè)在把對(duì)應(yīng)的簇的數(shù)據(jù)寫入到了主存儲(chǔ)器112內(nèi)之后緊接著向?qū)?yīng)的位內(nèi)寫入值‘1’。
其次，存儲(chǔ)器控制器111內(nèi)的存儲(chǔ)器存取部107，是進(jìn)行主存儲(chǔ)器112的讀寫和擦除控制的存取部。
其次，地址管理信息存儲(chǔ)部110，是暫時(shí)存儲(chǔ)地址變換表108和物理區(qū)域管理表109的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器既可以是RAM等易失性存儲(chǔ)器也可以是非易失性存儲(chǔ)器。
圖8是本實(shí)施形態(tài)的地址變換表108的說(shuō)明圖。地址變換表108是把主機(jī)100所傳送的邏輯地址變換成主存儲(chǔ)器112內(nèi)的物理地址的表。在圖8中，其地址與主機(jī)100所指定的邏輯地址的邏輯塊序號(hào)(LBN)相對(duì)應(yīng)，在地址變換表108內(nèi)存儲(chǔ)有針對(duì)該地址的物理塊序號(hào)(PBN)。
圖9是本實(shí)施形態(tài)的物理管理區(qū)域表109的說(shuō)明圖。物理區(qū)域管理表109是存儲(chǔ)主存儲(chǔ)器112內(nèi)的物理區(qū)域例如作為擦除單位的物理塊的狀態(tài)的表。所謂物理塊的狀態(tài)，就是表明例如是否寫入了有效數(shù)據(jù)等的狀態(tài)。在圖9中，物理區(qū)域管理表109的地址，與主存儲(chǔ)器112的各個(gè)物理塊序號(hào)PSN相對(duì)應(yīng)，存儲(chǔ)各個(gè)物理塊的狀態(tài)。2進(jìn)制的值‘00’表示存儲(chǔ)有有效數(shù)據(jù)的有效塊。值‘11’表示擦除完畢塊或雖然已寫入了數(shù)據(jù)但是不需要的無(wú)效塊。值‘10’表示歸因于存儲(chǔ)單元上的固定性錯(cuò)誤等而變得不能使用的不合格的塊。
首先，對(duì)本半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的剛剛出廠后的主存儲(chǔ)器112或各種表的內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。另外，為使說(shuō)明簡(jiǎn)單起見(jiàn)，對(duì)于主存儲(chǔ)器112內(nèi)的系統(tǒng)區(qū)域省略說(shuō)明，僅僅對(duì)于通常區(qū)域即對(duì)于用戶要讀寫數(shù)據(jù)的區(qū)域進(jìn)行說(shuō)明。控制部102根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)在ROM104或主存儲(chǔ)器112等內(nèi)的預(yù)定的存儲(chǔ)容量單位，在初始化時(shí)或出廠時(shí)，構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像(memory map)。在該情況下，以簇為單位，如圖7所示，構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表105的存儲(chǔ)器映像。在初始化時(shí)或出廠時(shí)，寫入結(jié)束標(biāo)志表105，所有的位都變成為值‘0’。
此外，主存儲(chǔ)器112的合格塊則變成為全部被擦除的狀態(tài)。物理區(qū)域管理表109的合格塊則變成無(wú)效塊狀態(tài)即2進(jìn)制的‘11’，初始不合格塊則變成為不合格塊即2進(jìn)制的‘10’。地址變換表108全部的位都變成為值‘0’。順便說(shuō)一下，取不論什么值都行。
對(duì)該半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施形態(tài)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，由于采取分散型的地址管理方法，故在電源投入時(shí)讀出保持在主存儲(chǔ)器112的各個(gè)物理塊的管理區(qū)域內(nèi)的管理信息。然后，在地址管理信息存儲(chǔ)部110內(nèi)構(gòu)成兩個(gè)表108、109。
其次，對(duì)在每次對(duì)1個(gè)簇的寫入時(shí)存儲(chǔ)寫入結(jié)束標(biāo)志的情況進(jìn)行說(shuō)明。在進(jìn)入了來(lái)自主機(jī)100的讀寫等的指令接收狀態(tài)后，就要從主機(jī)100發(fā)出向任意的邏輯地址進(jìn)行寫入的指示。另外，通常主機(jī)100由于大多以簇為單位進(jìn)行寫入，故以下說(shuō)明以簇為單位進(jìn)行的寫入。
圖10(A)的時(shí)序圖示出了本實(shí)施形態(tài)的1個(gè)簇的量的寫入。主機(jī)100把任意的簇的寫入指示和對(duì)應(yīng)的邏輯地址傳送給存儲(chǔ)器控制器111。當(dāng)從主機(jī)100傳送了任意的簇的寫入指令后，就要使與包含該簇的邏輯塊對(duì)應(yīng)的2個(gè)字節(jié)的量的寫入結(jié)束標(biāo)志的位復(fù)位，變成為值‘0’?？刂撇?02就要從物理區(qū)域管理表109的0號(hào)地址一側(cè)開(kāi)始以從高到低的順序搜索無(wú)效塊，并把最初找到的無(wú)效塊當(dāng)作寫入對(duì)象塊，在對(duì)主存儲(chǔ)器112的該物理塊進(jìn)行擦除后寫入所送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。該寫入時(shí)間T11是數(shù)ms。
在圖10中，根據(jù)從主存儲(chǔ)器112反饋的忙信號(hào)(R/B信號(hào))的上升沿，在完成了一連串的寫入動(dòng)作的時(shí)刻t1之后緊挨著的時(shí)刻t2，控制部102向?qū)懭虢Y(jié)束標(biāo)志表105的對(duì)應(yīng)的位內(nèi)寫入值‘1’。由于控制存儲(chǔ)器106使用的是FeRAM，故該寫入時(shí)間T12是100ns左右。
另一方面，如果與包含作為寫入對(duì)象的簇的邏輯塊序號(hào)對(duì)應(yīng)的物理塊為有效塊，則判斷為已經(jīng)向該邏輯塊的別的頁(yè)內(nèi)寫入了數(shù)據(jù)。圖11的說(shuō)明圖示出了1個(gè)簇的量的改寫。在圖11中，設(shè)物理塊PBi是已向頁(yè)0～頁(yè)127全都寫入了數(shù)據(jù)的物理塊。對(duì)改寫該物理塊PBi的1個(gè)簇的量、頁(yè)0～頁(yè)7的情況進(jìn)行說(shuō)明。物理塊PBj是為改寫而準(zhǔn)備的新的物理塊，設(shè)是已寫入了無(wú)效的數(shù)據(jù)的物理塊。在該情況下，向作為寫入對(duì)象的物理塊PBj的頁(yè)0～頁(yè)7內(nèi)寫入1個(gè)簇的量的新的數(shù)據(jù)。接著，把已有的物理塊PBi的頁(yè)8～頁(yè)127這120頁(yè)的量拷貝到物理塊PBj內(nèi)。這時(shí)寫入結(jié)束標(biāo)志，用于控制部102進(jìn)行是否需要進(jìn)行剩下的頁(yè)的拷貝的判斷。
在圖10(B)中，T21是向主存儲(chǔ)器112的頁(yè)0～頁(yè)7進(jìn)行寫入的寫入時(shí)間，該時(shí)間例如為數(shù)毫秒。然后在該寫入結(jié)束后就要進(jìn)行頁(yè)8～頁(yè)127這120頁(yè)的量的拷貝。該寫入時(shí)間T22例如為數(shù)十毫秒?？刂撇?02根據(jù)從主存儲(chǔ)器112反饋的忙信號(hào)(R/B)的上升沿，在結(jié)束了一連串的寫入動(dòng)作的時(shí)刻t3后緊挨著的時(shí)刻t4，把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到結(jié)束標(biāo)志表105內(nèi)。該寫入時(shí)間T23是100ns左右。由于該標(biāo)志的寫入是對(duì)127頁(yè)的量的所有的物理塊都進(jìn)行了寫入，故作為寫入結(jié)束標(biāo)志在相當(dāng)于各個(gè)簇的位內(nèi)建立1。
如上所述，在非易失性存儲(chǔ)器上把寫入結(jié)束標(biāo)志表105映射為與簇對(duì)應(yīng)的位排列，在一連串的寫入動(dòng)作結(jié)束后，把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到寫入結(jié)束標(biāo)志表105內(nèi)。為此，即便是在數(shù)據(jù)的寫入中發(fā)生了電源切斷等，通過(guò)在電源切斷后的初始化時(shí)控制部102對(duì)寫入結(jié)束標(biāo)志表105的內(nèi)容進(jìn)行檢查，就可以判斷是否正常地寫入了數(shù)據(jù)。
其次，對(duì)在電源投入時(shí)使用寫入結(jié)束標(biāo)志確認(rèn)寫入的可靠性的處理進(jìn)行說(shuō)明。首先，控制部102對(duì)物理區(qū)域管理表109進(jìn)行檢索，查找有效的物理塊。然后從地址變換表109檢索與有效的物理塊的地址對(duì)應(yīng)的有效的邏輯塊地址。接著，查找與有效的邏輯塊對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志表105。這時(shí)由于以簇為單位記錄下了寫入結(jié)束標(biāo)志，故與1個(gè)邏輯塊對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志具有2個(gè)字節(jié)的量。于是，從高位的字節(jié)(字節(jié)0)開(kāi)始每次各2個(gè)字節(jié)地按照邏輯塊地址0、1、2……的順序?qū)懭虢Y(jié)束標(biāo)志表105進(jìn)行檢索。然后，在與有效的邏輯塊地址對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志表的2個(gè)字節(jié)的組全都是‘0’的情況下，就判斷為存在著該邏輯塊因在正在寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候發(fā)生了電源切斷而未正確地寫入數(shù)據(jù)的可能性。在該情況下，就把該邏輯塊當(dāng)作無(wú)效的邏輯塊。即，根據(jù)地址變換表108查找對(duì)應(yīng)的物理塊地址，使物理區(qū)域管理表109的物理塊的狀態(tài)變成為無(wú)效狀態(tài)。
這樣一來(lái)，即便是把不能向作為寫入單位的頁(yè)內(nèi)分割寫入的非易失性存儲(chǔ)器用做主存儲(chǔ)器112的情況下，也不會(huì)大幅度地削減作為數(shù)據(jù)的可使用區(qū)域，因而可以用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，提供可靠性高的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置。
此外，若在像FeRAM這樣的以小容量(至少1位～1字節(jié))進(jìn)行寫入時(shí)的寫入速度快的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)具備寫入結(jié)束標(biāo)志表105，則可以縮短寫入結(jié)束標(biāo)志的寫入時(shí)間，可以提高整體的寫入速度。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，記錄寫入結(jié)束標(biāo)志的第2存儲(chǔ)容量單位，雖然如圖7所示設(shè)為以簇為單位，但是，也可以如圖12所示設(shè)為以物理塊(256kB)為單位。以該單位對(duì)寫入結(jié)束標(biāo)志進(jìn)行寫入。此外，也可以使第2存儲(chǔ)容量單位以扇區(qū)為單位或以頁(yè)為單位，以該單位對(duì)寫入結(jié)束標(biāo)志進(jìn)行寫入。
此外，在本實(shí)施形態(tài)中，作為非易失性的主存儲(chǔ)器112，雖然使用的是多值NAND閃速存儲(chǔ)器，但是，作為主存儲(chǔ)器也可以使用2值型的NAND閃速存儲(chǔ)器或AGAND型閃速存儲(chǔ)器。此外，還可以使用閃速存儲(chǔ)器之外的非易失性存儲(chǔ)器。此外，主存儲(chǔ)器112也可以內(nèi)置多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器芯片。
在本實(shí)施形態(tài)中，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)好的存儲(chǔ)容量單位在初始化時(shí)或出廠時(shí)構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像。也可以取而代之做成為主機(jī)傳送預(yù)定的存儲(chǔ)容量單位的值，決定寫入結(jié)束標(biāo)志表的結(jié)構(gòu)。
(工業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，特別是在把大容量的非易失性存儲(chǔ)器用做主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)裝置中，可以用簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)高可靠性和高速處理化。為此，在使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置的設(shè)備，例如，靜止圖象記錄再生裝置、動(dòng)畫記錄再生裝置或者移動(dòng)電話等各種設(shè)備中，是有用的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，具備具有以由第1存儲(chǔ)容量的數(shù)據(jù)區(qū)域和管理區(qū)域構(gòu)成的多個(gè)存儲(chǔ)容量為單位構(gòu)成的存儲(chǔ)區(qū)域的非易失性的主存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)上述主存儲(chǔ)器的地址管理信息的地址管理信息存儲(chǔ)部；存儲(chǔ)寫入結(jié)束標(biāo)志表的非易失性的控制存儲(chǔ)器，上述寫入結(jié)束標(biāo)志表由針對(duì)上述主存儲(chǔ)器對(duì)每一個(gè)第2存儲(chǔ)容量單位設(shè)置的、在數(shù)據(jù)寫入結(jié)束時(shí)建立的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成；根據(jù)來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)讀寫指示對(duì)于上述主存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫控制，并且，進(jìn)行上述地址管理信息存儲(chǔ)部和上述控制存儲(chǔ)器的更新控制的控制部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述第2存儲(chǔ)容量單位是簇尺寸，上述控制存儲(chǔ)器對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的每一個(gè)簇尺寸都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述第2存儲(chǔ)容量單位是扇區(qū)尺寸，上述控制存儲(chǔ)器對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的每一個(gè)扇區(qū)尺寸都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述第2存儲(chǔ)容量單位為物理塊尺寸，上述控制存儲(chǔ)器對(duì)上述主存儲(chǔ)器的每N個(gè)物理塊的容量都記錄由1位以上的寫入結(jié)束標(biāo)志構(gòu)成的寫入結(jié)束標(biāo)志表，其中N為大于等于1的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述控制存儲(chǔ)器的寫入速度比上述主存儲(chǔ)器快。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，在初始化時(shí)或出廠時(shí)，上述控制部根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的第2存儲(chǔ)容量單位構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，在初始化時(shí)或出廠時(shí)，上述控制部根據(jù)從主機(jī)傳送過(guò)來(lái)的第2存儲(chǔ)容量單位構(gòu)成寫入結(jié)束標(biāo)志表的存儲(chǔ)器映像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述主存儲(chǔ)器是多值型NAND閃速存儲(chǔ)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述地址管理信息存儲(chǔ)部，具有存儲(chǔ)上述主存儲(chǔ)器的每一個(gè)存儲(chǔ)容量單位的狀態(tài)的物理區(qū)域管理表以及對(duì)由主機(jī)的文件系統(tǒng)所規(guī)定的地址和上述主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量單位的地址進(jìn)行變換的地址變換表。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述控制存儲(chǔ)器是鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述控制存儲(chǔ)器是磁記錄式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述控制存儲(chǔ)器是雙向通用存儲(chǔ)器(OUM)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，上述控制存儲(chǔ)器是電阻RAM(RRAM)。
全文摘要
把存儲(chǔ)與簇或物理塊等的預(yù)定的存儲(chǔ)單位對(duì)應(yīng)的寫入結(jié)束標(biāo)志的寫入結(jié)束標(biāo)志表(105)保存到非易失性的控制存儲(chǔ)器(106)內(nèi)。然后，檢測(cè)向預(yù)定的存儲(chǔ)單位進(jìn)行的數(shù)據(jù)寫入的結(jié)束，把寫入結(jié)束標(biāo)志寫入到寫入結(jié)束標(biāo)志表(105)上的對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單位的地址內(nèi)。這樣就可以確認(rèn)已正常地寫入了數(shù)據(jù)。即便是不能向作為主存儲(chǔ)器的寫入單位的頁(yè)內(nèi)寫入表示寫入結(jié)束的標(biāo)志的情況下，也可以提高寫入的可靠性。
文檔編號(hào)G06F12/16GK1922588SQ200580006079
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者中西雅浩, 泉智紹, 笠原哲志, 田村和明, 松野公則, 井上學(xué) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社