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CN108877863B - 快闪存储器存储装置及其操作方法 - Google Patents

快闪存储器存储装置及其操作方法 Download PDF

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CN108877863B CN201710342593.3A CN201710342593A CN108877863B CN 108877863 B CN108877863 B CN 108877863B CN 201710342593 A CN201710342593 A CN 201710342593A CN 108877863 B CN108877863 B CN 108877863B
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Abstract

本发明提供一种快闪存储器存储装置，包括存储器晶胞阵列以及存储器控制电路。存储器晶胞阵列包括多个存储器区块以及备用存储器区块。存储器区块用以存储数据。存储器控制电路耦接至存储器晶胞阵列。存储器控制电路用以对存储器区块当中的目前存储器区块进行抹除操作，并且记录目前存储器区块的抹除重试值。存储器控制电路判断抹除重试值是否超过临界值。若抹除重试值超过临界值，在抹除操作的时间区间内，存储器控制电路以预先抹除的备用存储器区块来取代目前存储器区块。另外，一种快闪存储器存储装置的操作方法也被提出。

Description

快闪存储器存储装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种电子装置及其操作方法，尤其涉及一种快闪存储器存储装置及其操作方法。
背景技术
对快闪存储器存储装置而言，循环(cycling)操作容易在其漏极接面产生界面态，并且在其穿隧氧化层产生氧化物陷阱。一般而言，循环操作包括抹除操作及程序化(program)操作。快闪存储器晶胞经过多次的循环操作通常容易会被劣化，例如存储器区块的可靠度会下降，或者抹除时间及程序化时间会增加，也即操作速度变慢。此外，在经过多次的循环操作之后，晶胞中的部分二进制位也会因为过早磨损而不符合规范。这些磨损的二进制位难以在测试阶段加以剔除。在现有技术中，一种解决方式是利用错误校正码(error correct bit，ECC)来校正这些损坏的二进制位。然而这种方法却会产生其他问题，例如增加芯片尺寸的大小、降低操作速度或者增加功率消耗等等的问题。
发明内容
本发明提供一种快闪存储器存储装置及其操作方法，其存储器区块的可靠度高且操作速度快。
本发明的快闪存储器存储装置包括存储器晶胞阵列以及存储器控制电路。存储器晶胞阵列包括多个存储器区块以及备用存储器区块。存储器区块用以存储数据。存储器控制电路耦接至存储器晶胞阵列。存储器控制电路用以对存储器区块当中的目前存储器区块进行抹除操作，并且记录目前存储器区块的抹除重试值。存储器控制电路判断抹除重试值是否超过第一临界值。若抹除重试值超过第一临界值，在抹除操作规范的时间区间内，存储器控制电路以预先抹除的备用存储器区块来取代目前存储器区块。
本发明的快闪存储器存储装置的操作方法包括：对存储器区块当中的目前存储器区块进行抹除操作，并且记录目前存储器区块的抹除重试值；判断抹除重试值是否超过第一临界值；以及若抹除重试值超过第一临界值，在抹除操作规范的时间区间内，以预先抹除的备用存储器区块来取代目前存储器区块。
基于上述，在本发明的示范实施例中，快闪存储器存储装置及其操作方法，在抹除操作的时间区间内，会以预先抹除的备用存储器区块来取代不符合规范的存储器区块以进行抹除操作，从而提升存储器区块的可靠度及其操作速度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明一实施例的快闪存储器存储装置的概要示意图。
图2示出图1实施例的快闪存储器存储装置的内部方块图。
图3示出本发明一实施例的快闪存储器存储装置的操作方法的步骤流程图。
图4示出本发明另一实施例的快闪存储器存储装置的操作方法的步骤流程图。
附图标记说明
100：快闪存储器存储装置
110：存储器晶胞阵列
120：存储器控制电路
112_0、112_X、112_N、112_RB：存储器区块
121：控制器电路
123：写入控制逻辑电路
125：内容可定址存储器电路
127：备用熔丝电路
129：上电复位电路
122：列解码器
124：行解码器
S100、S110、S120、S122、S124、S126、S130、S140、S100、S210、S220、S222、S224、S226、S230、S240、S250、S260、S270：步骤
具体实施方式
以下提出多个实施例来说明本发明，然而本发明不仅限于所例示的多个实施例。又实施例之间也允许有适当的结合。在本申请说明书全文(包括权利要求)中所使用的“耦接”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。
图1示出本发明一实施例的快闪存储器存储装置的概要示意图。图2示出图1实施例的快闪存储器存储装置的内部方块图。请参考图1及图2，本实施例的快闪存储器存储装置100包括存储器晶胞阵列110以及存储器控制电路120。存储器控制电路120耦接至存储器晶胞阵列110。存储器晶胞阵列110包括多个存储器区块112_0至112_N以及备用存储器区块112_RB，其中N是大于0的正整数。在一实施例中，N例如等于255，表示存储器晶胞阵列110包括256个存储器区块，惟其数量并不用以限定本发明。在本实施例中，备用存储器区块的数量是以一个来例示说明，惟其数量并不用以限定本发明。在一实施例中，存储器晶胞阵列110所包括的备用存储器区块的数量也可以是多个。
在本实施例中，存储器区块112_0至112_N用来存储数据。在存储器区块112_0至112_N当中的任一个存储器区块的抹除重试值和/或软程序化重试值大于预设的临界值时，预先抹除的备用存储器区块112_RB用来取代所述任一个存储器区块。在图2中，目前存储器区块112_X例如用来代表存储器区块112_0至112_N当中的所述任一个存储器区块，其中X是大于或等于0且小于或等于255的正整数。
在本实施例中，存储器控制电路120包括控制器电路121、写入控制逻辑电路123、内容可定址存储器(content addressable memory，CAM)电路125、备用熔丝(redundantfuse)电路127、上电复位(power on reset，POR)电路129、列解码器(row decoder)122以及行解码器(column decoder)124。在一实施例中，存储器控制电路120可包括其他用来协同控制数据存取的适合的电路，例如状态暂存器(status register)、高电压产生器(highvoltage generator)、页面地址栓锁器/计数器(page address latch/counter)、二进制位组地址栓锁器/计数器(byte address latch/counter)等电路，本发明并不加以限制。在本发明实施例中，存储器控制电路120当中的各种电路可分别由所属技术领域的任一种适合的电路结构来加以实施，本发明并不加以限制，其电路结构及操作方法可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明。
在本实施例中，存储器控制电路120例如用来控制快闪存储器存储装置100整体的操作，例如包括抹除操作和/或软程序化(soft program)操作，以存取存储器区块当中所存储的数据。举例而言，控制器电路121例如用来控制列解码器122及行解码器124，以选定所要存取数据的存储器区块。控制器电路121例如用来控制写入控制逻辑电路123对存储器区块进行抹除操作和/或软程序化操作。
在本实施例中，备用熔丝电路127的非易失性晶胞(例如熔丝)用以记录修复(repair)地址ADS_R。修复地址ADS_R例如是即将要被取代的目前存储器区块112_X的地址。在供电(power up)瞬间，修复地址ADS_R会从备用熔丝电路127被载入内容可定址存储器电路125。另一方面，控制器电路121会传递目前要进行抹除操作和/或软程序化操作的区块地址ADS_B给内容可定址存储器电路125。当内容可定址存储器电路125中所存储的修复地址ADS_R与从控制器电路121输入的区块地址ADS_B匹配(match)时，备用存储器区块112_RB被致能(enable)并且可用来取代任一个存储器区块，例如即将要被取代的目前存储器区块112_X。在本实施例中，写入控制逻辑电路123或上电复位电路129用来对内容可定址存储器电路125进行供电(power up)。内容可定址存储器电路125比较修复地址ADS_R与区块地址ADS_B。若两者匹配，内容可定址存储器电路125致能备用存储器区块112_RB，并且禁能例如目前存储器区块112_X，以将预先抹除的备用存储器区块112_RB取代目前存储器区块112_X。
在本实施例中，快闪存储器存储装置100例如可以是与非型的快闪存储器(NANDtype flash memory)存储装置或者是或非型的快闪存储器(NOR type flash memory)存储装置。在本实施例中，无论是与非型的快闪存储器存储装置或者是或非型的快闪存储器存储装置，循环操作都是以区块为基础来进行。
在一实施例中，存储器区块112_0至112_N当中需要被取代的存储器区块可能有多个，因此，存储器晶胞阵列110可包括多个备用存储器区块以用来取代对应的存储器区块，其操作方法可以由图1至图2实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
图3示出本发明一实施例的快闪存储器存储装置的操作方法的步骤流程图。本实施例的操作方法例如适用与非(NAND)型的快闪存储器存储装置。请参考图1至图3，在步骤S100中，存储器控制电路120在接收到区块抹除指令之后开始对指定的存储器区块进行抹除操作。在此步骤中，存储器控制电路120对存储器区块112_0至112_N当中的目前存储器区块112_X进行抹除操作，并且记录目前存储器区块112_X的抹除重试值α。在步骤S110中，存储器控制电路120判断抹除重试值α是否超过第一临界值T1。
在本实施例中，若存储器控制电路120判断抹除重试值α超过第一临界值T1，存储器控制电路120在抹除操作的时间区间内执行步骤S120，以利用备用存储器区块112_RB来取代目前存储器区块112_X。在本实施例中，步骤S120包括步骤S122、S124及S126。在步骤S122中，存储器控制电路120判断备用熔丝电路127当中的熔丝是否可用(available)。在本实施例中，熔丝是否可用例如是指备用熔丝电路127当中是否有可供调整状态的熔丝，以将存储器区块的地址写入备用熔丝电路127。
若存储器控制电路120判断备用熔丝电路127当中的熔丝可用，在步骤S124中，存储器控制电路120依据目前存储器区块122_X的地址来调整备用熔丝电路127纪录的信息，例如将目前存储器区块122_X的地址作为修复地址写入备用熔丝电路127当中。在步骤S126中，存储器控制电路120致能备用存储器区块112_RB，并且禁能目前存储器区块112_X，以利用备用存储器区块112_RB来取代目前存储器区块112_X。在此步骤中，存储器控制电路120会读取备用熔丝电路127中的目前存储器区块112_X的地址以将其载入内容可定址存储器电路125，并且结束对目前存储器区块112_X的抹除操作。若存储器控制电路120判断备用熔丝电路127当中的熔丝不可用，存储器控制电路120结束抹除操作。
在本实施例中，若存储器控制电路120判断抹除重试值α没有超过第一临界值T1。存储器控制电路120执行步骤S130。在步骤S130中，目前存储器区块112_X被施加抹除脉冲，以抹除其中所存储的数据。在步骤S140中，存储器控制电路120判断目前存储器区块112_X是否通过抹除验证。在本实施例中，若目前存储器区块112_X通过抹除验证，存储器控制电路120结束抹除操作。若目前存储器区块112_X没有通过抹除验证，存储器控制电路120执行步骤S100及S110，再次判断目前存储器区块112_X的判断抹除重试值α是否超过第一临界值T1。
此外，本发明的实施例的快闪存储器存储装置的操作方法可以由图1至图2实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
图4示出本发明另一实施例的快闪存储器存储装置的操作方法的步骤流程图。本实施例的操作方法例如适用或非(NOR)型的快闪存储器存储装置。请参考图1至图4，本实施例的快闪存储器存储装置的操作方法类似于图3实施例，惟两者之间主要的差异例如在于，图4实施例的操作方法还依据软程序化重试值β是否超过第二临界值T2来决定是否利用备用存储器区块112_RB来取代目前存储器区块112_X。因此，在本实施例中，判断是否利用备用存储器区块112_RB来取代目前存储器区块112_X的两个参数值包括抹除重试值α以及软程序化重试值β。
具体而言，在步骤S240中，若目前存储器区块112_X通过抹除验证，存储器控制电路120执行步骤S250。在步骤S250中，存储器控制电路120判断软程序化重试值β是否超过第二临界值T2。在本实施例中，第二临界值T2可与第一临界值T1相同或不相同，本发明并不加以限制。在步骤S220中，若存储器控制电路120判断软程序化重试值β超过第二临界值T2，存储器控制电路120在软程序化操作的时间区间内执行步骤S220，以利用备用存储器区块112_RB来取代目前存储器区块112_X。在步骤S222中，若存储器控制电路120判断备用熔丝电路127当中的熔丝不可用，存储器控制电路120结束软程序化操作。
在本实施例中，若存储器控制电路120判断软程序化重试值β没有超过第二临界值T2，存储器控制电路120执行步骤S260。在步骤S260中，存储器控制电路120对目前存储器区块112_X进行软程序化操作。在步骤S270中，存储器控制电路120判断目前存储器区块112_X是否通过软程序化验证。在本实施例中，若目前存储器区块112_X通过软程序化验证，存储器控制电路120结束软程序化操作。若目前存储器区块112_X没有通过软程序化验证，存储器控制电路120回到步骤S250，再次判断目前存储器区块112_X的判断软程序化重试值β是否超过第二临界值T2。
在本实施例中，软程序化操作例如是对区块内的字元线施加比一般程序化时施加的电压小的软程序化电压，而提供将电荷注入记忆胞以使启始电压朝正向改变的动力。软程序化电压比一般的程序化电压低，相对来说较容易使电荷注入被过抹除的存储器晶胞，而较难使电荷注入启始电压在上限值附近的存储器晶胞。本实施例的软程序化操作可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明。
此外，本发明之实施例的快闪存储器存储装置的操作方法可以由图1至图3实施例之叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
综上所述，在本发明的示范实施例中，存储器控制电路依据抹除重试值和/或软程序化重试值来判断是否以预先抹除的备用存储器区块来取代经多次抹除操作和/或软程序化操作的劣化的存储器区块，因此，在以备用存储器区块来取代劣化的存储器区块之后，可提高存储器区块的可靠度。此外，在本发明的示范实施例中，存储器控制电路以备用存储器区块来取代劣化的存储器区块的操作是在抹除操作和/或软程序化操作时的时间区间内执行，并非是在快闪存储器存储装置出厂前的测试阶段执行。劣化的存储器区块被取代后，快闪存储器存储装置不会受到经多次循环操作而产生在漏极接面的界面态或穿隧氧化层中的氧化物陷阱的影响，相较于现有技术操作速度可被提升。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种快闪存储器存储装置，其特征在于，包括：
存储器晶胞阵列，包括多个存储器区块以及备用存储器区块，其中所述多个存储器区块用以存储数据；以及
存储器控制电路，耦接至所述存储器晶胞阵列，用以对所述多个存储器区块当中的目前存储器区块进行抹除操作，并且记录所述目前存储器区块的抹除重试值；
其中所述存储器控制电路判断所述抹除重试值是否超过第一临界值，并且若所述抹除重试值超过所述第一临界值，在所述抹除操作的时间区间内，所述存储器控制电路以预先抹除的所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块。
2.根据权利要求1所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中所述存储器控制电路还用以对所述目前存储器区块进行软程序化操作，并且记录所述目前存储器区块的软程序化重试值，其中所述存储器控制电路判断所述软程序化重试值是否超过第二临界值，并且若所述软程序化重试值超过所述第二临界值，在所述软程序化操作的时间区间内，所述存储器控制电路以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块。
3.根据权利要求2所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中所述存储器控制电路包括：
备用熔丝电路，用以记录修复地址，其中所述修复地址是对应要被取代的所述目前存储器区块的地址。
4.根据权利要求3所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中所述存储器控制电路还包括控制器电路以及内容可定址存储器电路，以及所述控制器电路用以将所述目前存储器区块的地址传递给所述内容可定址存储器电路。
5.根据权利要求4所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中在供电瞬间，所述修复地址从所述备用熔丝电路被载入所述内容可定址存储器电路，并且所述内容可定址存储器电路用以比较所述修复地址与所述目前存储器区块的地址是否匹配。
6.根据权利要求5所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中当所述修复地址与所述目前存储器区块的地址匹配时，所述备用存储器区块被致能并且用来取代所述目前存储器区块。
7.根据权利要求5所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中所述存储器控制电路还包括写入控制逻辑电路以及上电复位电路，以及在所述供电瞬间，所述写入控制逻辑电路以及所述上电复位电路两者其中之一用来对所述内容可定址存储器电路进行供电。
8.根据权利要求7所述的快闪存储器存储装置，其特征在于，其中所述控制器电路用来控制所述写入控制逻辑电路来对所述多个存储器区块进行所述抹除操作和/或所述软程序化操作。
9.一种快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，其中所述快闪存储器存储装置包括多个存储器区块以及备用存储器区块，并且所述多个存储器区块用以存储数据，所述操作方法包括：
对所述多个存储器区块当中的目前存储器区块进行抹除操作，并且记录所述目前存储器区块的抹除重试值；
判断所述抹除重试值是否超过第一临界值；以及
若所述抹除重试值超过所述第一临界值，在所述抹除操作的一时间区间内，以预先抹除的所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块。
10.根据权利要求9所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，其中以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的步骤包括：
判断备用熔丝电路当中的熔丝是否可用；以及
若所述备用熔丝电路当中的熔丝可用，依据所述目前存储器区块的地址来调整所述备用熔丝电路纪录的信息。
11.根据权利要求10所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，其中以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的步骤还包括：
若判断所述备用熔丝电路当中的熔丝不可用，结束以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的步骤。
12.根据权利要求9所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述抹除重试值没有超过所述第一临界值，对所述目前存储器区块进行所述抹除操作；以及
判断所述目前存储器区块是否通过抹除验证。
13.根据权利要求12所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述目前存储器区块没有通过所述抹除验证，再次判断所述抹除重试值是否超过所述第一临界值。
14.根据权利要求12所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述目前存储器区块通过所述抹除验证，结束所述抹除操作。
15.根据权利要求12所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述目前存储器区块通过所述抹除验证，对所述目前存储器区块进行软程序化操作，并且记录所述目前存储器区块的软程序化重试值；
判断所述软程序化重试值是否超过第二临界值；以及
若所述软程序化重试值超过所述第二临界值，在所述软程序化操作的时间区间内，以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块。
16.根据权利要求15所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，其中以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的步骤包括：
判断备用熔丝电路当中的熔丝是否可用；以及
若判断所述备用熔丝电路当中的熔丝可用，依据所述目前存储器区块的地址来调整所述备用熔丝电路纪录的信息。
17.根据权利要求16所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，其中以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的步骤还包括：
若判断所述备用熔丝电路当中的熔丝不可用，结束以所述备用存储器区块来取代所述目前存储器区块的操作。
18.根据权利要求15所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述软程序化重试值没有超过所述第二临界值，对所述目前存储器区块进行所述软程序化操作；以及
判断所述目前存储器区块是否通过软程序化验证。
19.根据权利要求18所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述目前存储器区块没有通过所述软程序化验证，再次判断所述软程序化重试值是否超过所述第二临界值。
20.根据权利要求18所述的快闪存储器存储装置的操作方法，其特征在于，还包括：
若所述目前存储器区块通过所述软程序化验证，结束所述软程序化操作。
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