TWI467591B - 於非揮發記憶體系統中損壞區塊隔離的方法及其相關非揮發記憶體器件 - Google Patents

Description

於非揮發記憶體系統中損壞區塊隔離的方法及其相關非揮發記憶體器件

本發明通常關於非揮發記憶體之領域，更明確而言，關於用於隔離一非揮發記憶體系統的記憶體損壞區塊之方法及裝置。

記憶體的使用已由於資訊與娛樂領域的儲存需要快速成長及由於減少記憶體之大小與成本而逐漸增加。廣泛使用的一記憶體類型係可保留其儲存資訊的非揮發半導體記憶體，即使係當電源移除。有各式各樣的非揮發可抹除可程式化記憶體。一廣泛使用的非揮發記憶體類型係快閃記憶體。一典型商用形式快閃記憶體係利用由一或多個電晶體單元陣列所組成的電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)，每一單元可非揮發儲存一或多個資料位元。儲存單元可內部劃分成獨立區塊，其每一區塊係形成可在單一操作中抹除的一組儲存位置。每一區塊係可在單一操作中抹除的最小單元。

當製造一快閃記憶體器件時，製造的損壞正常可藉由製造商由工廠測試而識別。一般而言，只要一快閃記憶體包括少於某數量的損壞或不可用的實體區塊，快閃記憶體可出售。為了要增加良率，製造商可包括用來取代損壞區塊的許多冗餘或備用區塊。若損壞區塊的數量超過備用區塊的數量，器件典型可丟棄。傳統上，在工廠的損壞區塊可藉由一測試系統識別，其中該系統可個別測試每一器件，並將損壞區塊的位址儲存在測試系統記憶體，以建立損壞區塊的列表。

典型上，用以識別損壞區塊的測試系統程序從提供電源給待測記憶體器件開始；然後，掃描所有記憶體區塊以識別損壞區塊。當識別損壞區塊時，損壞區塊之位址的列表可在測試系統的記憶體中建立。只要完成器件的測試，損壞區塊會標示為損壞，以避免使用損壞區塊。在一普通方法中，損壞區塊或損壞區塊的選定頁係每一者可個別使用全零寫入(程式化)。標示標記的其他損壞亦可使用。隨後，當記憶體器件電源啟動使用時，記憶體區塊會掃描且標示的區塊(例如，以儲存全零的區塊)的位址可用來建立損壞區塊的列表。此列表係儲存在記憶體器件的暫時儲存，並用來隔離未使用的損壞區塊。

此測試程序會造成每一測試的記憶體器件可使用例如全零的損壞區塊標記而個別程式化。既然測試典型係在大量(例如許多晶粒的晶圓)記憶體器件上執行，所以除非許多器件可平行測試，否則測試係無效率的。在使用傳統測試程序的許多記憶體器件的平行測試需要大量記憶體儲存損壞區塊的列表而然後程式化區塊的一複雜測試系統。此外，因為若損壞區塊的數量超過在記憶體器件製造的備用區塊而不能銷售記憶體器件，所以此傳統方法會限制在可用記憶體上會是損壞的區塊數量。

因此，需要一方法及裝置以識別及隔離不需要將損壞區塊列表儲存在測試設備的損壞記憶體區塊。此外，需要一方法及裝置可更有效率標記不需要每一損壞區塊個別程式化表示是否損壞的損壞區塊。

在一具體實施例中，一方法係提供用於處理在一非揮發記憶體器件中的損壞區塊，其每一者具有複數個非揮發儲存元件的使用者可存取區塊，且每一區塊具有一相關的損壞區塊鎖存器。該方法包含感測每一損壞區塊鎖存器，以判斷損壞區塊鎖存器是否由於損壞而設定，並將對應到每一鎖存器設定的位址資料儲存在記憶體器件中的暫時記憶體。該方法進一步包含取回位址資料，並基於該位址資料而使損壞區塊失效。

在另一具體實施例中，一非揮發記憶體器件係提供包含複數個非揮發儲存元件的使用者可存取區塊，每一區塊具有一相關的損壞區塊鎖存器。該器件亦包含一控制器，其可感測每一區塊的損壞區塊鎖存器，並將對應到每一區塊的位址資料儲存在記憶體器件上的暫時儲存，其中該每一區塊具有相關損壞區塊鎖存器設定表示區塊係損壞。控制器隨後可取回儲存的位址資料，並使用位址資料設定對應到位址資料的損壞區塊鎖存器，以基於該位址資料而將使用者可存取區塊失效。

雖然本發明係可為不同形式的具體實施例，圖式顯示，及將在下文中描述一些示意與非限制的具體實施例，應瞭解本揭示之內容是本發明的範例，且未將本發明侷限於描述的特殊具體實施例。在此揭示內容中，反意連接詞的使用可包括連接詞。定冠詞或不定冠詞的使用係不表示基數。特別是，關於"該"或"一"係表示一或可能複數個此等物件。

圖1係用於測試諸如非揮發記憶體器件12之記憶體器件之一測試系統10之特殊範例的方塊圖。闡述的測試系統10包括一系統匯流排14，其允許系統處理器18、一隨機存取記憶體(RAM)、及(例如)一輸入/輸出電路20之其他組件可與(例如)記憶體器件12及一操作員通信。該系統10視需要包括未顯示的其他組件(例如，如ROM、暫存器、網路介面的額外記憶體)。測試系統10經由用於測試之一連結22而與記憶體器件12介接。處理器18可根據儲存於諸如RAM 16記憶體中的測試程式來控制測試程序。該非揮發記憶體器件12包括非揮發記憶體陣列24與記憶體控制器28。該非揮發記憶體24可為任何非揮發記憶體，且在技術中的許多類型與變化是已知的。例如，一眾所周知的適當非揮發記憶體係一NAND快閃記憶體。此非揮發記憶體經配置以儲存資料，使得資料可依需要存取及讀取。資料的儲存、讀取及抹除通常受到記憶體控制器28的控制。在一些實例中，控制器28可位於一個別的實體器件。

記憶體器件12的一說明範例之詳細方塊圖係在圖2顯示，其包括非揮發記憶體陣列24與控制器28。記憶體陣列24可為一非揮發記憶體單元陣列，如所述，每一單元可儲存一或多個資料位元及配置在N區塊30。

記憶體12在一匯流排15上可經由圖1顯示的連結22而與例如測試系統10的其他系統通信。控制器系統28控制記憶體陣列24的操作，以寫入資料、讀取資料及執行不同內務處理功能以操作記憶體陣列24。控制器28通常可包含一或多個狀態機27，以執行與非揮發記憶體相關的特殊程序，且亦可包括不同的其他邏輯與介面電路(未顯示)。

說明的具體實施例的記憶體陣列24可包含經由區塊位址解碼器17與讀取/寫入電路19而藉由控制器28定址的許多(N)記憶體單元區塊30。每一區塊可藉由將區塊位址應用至區塊解碼器17而個別選取。當鎖存器係設定時，區塊解碼器17包括每一區塊的一損壞區塊鎖存器31，其使個別區塊的讀取失效。當電源移除時，鎖存器31不會保持資料。在眾所周知的方式中，解碼器17將正確電壓施加給記憶體陣列24以選擇定址的區塊進行程式化(寫入)、讀取、或抹除待定址區塊的資料。此外，每一記憶體電路包括讀取/寫入電路19。該電路19括感測放大器與驅動器，其控制施加的電壓，以寫入或程式化定址單元的資料，及讀取來自定址記憶體單元的資料。電路19亦包括行位址解碼器(未顯示)，其用以解碼行位址；及一寫入快取21，其係由用以暫時儲存資料的暫存器所組成。程式化在陣列24的資料、或最近從陣列24讀取的資料典型係儲存在此寫入快取21。在說明的具體實施例中，狀態機27係分別將行位址26與區塊位址25耦合至讀取/寫入電路19與區塊解碼器17。此外，狀態機係在一資料匯流排33上將資料來回耦合至寫 入快取21，並經由鎖存器存取通道29存取損壞區塊鎖存器31，以讀取或設定/重設藉由區塊位址所選取的鎖存器31。

在說明的具體實施例中，記憶體陣列24具有大量N的記憶體單元區塊30，其中N可在廣泛範圍。在一典型範例中，N可為大約4000。在快閃記憶體系統是普通的情況，區塊30典型係可被抹除的最小單元。即，每一區塊包含一起抹除的最小記憶體單元數量。其在快閃記憶體中將每一區塊分成如圖2所示的許多頁34係普通的(例如，一典型的區塊可具有128頁，且每個係由大約2000個位元組所組成)。此外，一EC部分23可包括在控制器28，以當資料正從陣列24讀取或程式化至陣列24時，可執行錯誤校正。在快閃記憶體的一般慣例中，程式化或寫入至記憶體單元的資料係零，且抹除的資料係一)。記憶體陣列24可包含數種區塊，其包括使用者區塊、一或多個ROM區塊與RD區塊。使用者區塊包含區塊的大部分，且係可由例如讀取、程式化與抹除的標準使用者命令存取的使用者儲存之區塊。只要器件的電源啟動，ROM區塊係可以用於儲存返回的參數與資訊的特殊限制命令而存取的這些。RD區塊係設定保留供重新映射損壞使用者區塊之冗餘區塊。ROM區塊亦限制儲存重新映射損壞區塊之損壞區塊資訊的儲存量。

若要測試用於損壞區塊的器件12，將針對損壞而掃描使用者區塊，且當發現一損壞區塊時，損壞區塊鎖存器31係設 定。然後，除了設定損壞區塊鎖存器31的這些之外，在器件12的全部使用者區塊與RD區塊可快閃程式化/抹除，而不是如傳統進行程式化或抹除每一損壞區塊。在ROM區塊的資料亦不會受到影響。在說明的具體實施例中，狀態機27係在存取通道29實施每一損壞區塊鎖存器31的感測，並且對於被發現已由測試掃描設定之每一鎖存器31而將一組位址資料寫入快取21。所有設定的鎖存器31然後會重設，且全部使用者區塊與RD區塊可使用損壞標記(在說明的具體實施例中係使用零)程式化。損壞區塊鎖存器31然後可經由狀態機27設定，其會先從寫入快取21取回損壞區塊位址。因為損壞區塊已藉由鎖存器31之設定而使抹除失效，所以全部使用者與RD區塊然後會快閃抹除，在損壞區塊維持零。以此方式，損壞區塊可使用損壞的標記(例如，全零)有效率程式化，而不必個別程式化每一區塊，且不必將損壞區塊位址儲存在測試系統10記憶體。

一組損壞區塊位址資料的範例性資料結構170的圖式係在圖5說明。在此說明的範例中，位址資料可含有10至12位元與一旗標位元。若要減少錯誤，冗餘的資料係所需的，以允許錯誤偵測與校正。因此，在說明的具體實施例中，四位元組資料可使用。如圖所示，位元組0包含位址的位元0至6、與一旗標位元，且位元組2包含1至3虛擬位元、與位址位元7至12。此外，如圖所示，冗餘資料係由在位元組1與3的位元組0與2的互補所組成。在說明的範例中，一至四位元組位址資料設定係形成及儲存用於每一損 壞區塊。

圖3係說明適合與例如圖1所述可有效識別與隔離一非揮發記憶體12的損壞區塊的系統一起使用的程序之一具體實施例的流程圖100。在測試期間，當測試系統10掃描憶體體器件12的區塊30時，其設定偵測為損壞的每一區塊的損壞區塊鎖存器31。因此，只要已測試一記憶體器件12的所有記憶體區塊30，在器件12的所有損壞區塊上的損壞區塊鎖存器31便會設定，如在流程圖初始位置102的表示。測試系統10的處理器18起始將損壞區塊的位址資訊傳輸至寫入快取21。在一具體實施例中，此傳輸可藉由控制器28的狀態機27實施。

一用於傳輸損壞區塊位址資訊之程序的詳細範例係描述於圖4中。寫入快取的區塊位址與行位址係在步驟152先由狀態機27重設至寫入快取21的開始位置。狀態機接著掃描每一使用者區塊30的損壞區塊鎖存器31。在說明的具體實施例中，此程序係藉由使用損壞區塊鎖存器存取通道29感測一損壞區塊鎖存器31，及在步驟154判斷該損壞區塊鎖存器是否被設定(即，指示區塊係損壞)來執行。若損壞區塊鎖存器31經設定，則此區塊的位址資訊會如步驟156所示寫入至該寫入快取21；此後，如圖所示會處理執行步驟158。若在步驟154中損壞區塊鎖存器31未被設定，則狀態機會檢查判斷目前定址的區塊是否為記憶體的最後區塊，如步驟158所示。若是如此，一組具有一為假(false)的旗標位元之虛擬資料會被寫入至寫入快取，以註記(mark)損壞區塊資料的結 束，如步驟160所示。若定址的區塊不是最後區塊，區塊位址會增量，且處理會如圖所示回到步驟154以檢查記憶體的下一區塊。此循環會經由所有記憶體區塊持續直到最後一區塊檢查，結果在寫入快取之一資料組的位址資料會是用於該等損壞區塊之每一者。在一具體實施例中，全部使用者與RD區塊被定址。

重新參考圖3，在所有損壞區塊位址資料已在步驟104寫入寫入快取之後，壞區塊位址會如步驟106所示寫入ROM區塊。ROM提供損壞區塊位址的非揮發儲存。測試系統10接著如步驟110所示起始重設損壞區塊鎖存器，使得可致能寫入(程式化)損壞區塊。一快閃寫入接著在步驟112起始，將零寫入良好與損壞之全部使用者與RD區塊的全部記憶體位置。在ROM區塊中，儲存的損壞區塊位址接著會在步驟114中由狀態機自ROM區塊讀取，並儲存在寫入快取21。在寫入快取中儲存的損壞區塊位址資訊接著用來設定損壞區塊鎖存器31，如此可如步驟116所示使壞區塊失效。

圖6係例如在步驟116設定損壞區塊鎖存器的狀態機27中實施的一具體實施例之詳細流程圖。只要步驟係在步驟200起始，狀態機可藉由將行位址重設到在寫入快取21中壞區塊位址資料的開始而開始。然後，一組損壞區塊位址資料170(例如，圖5)可在步驟204由狀態機讀取，且一錯誤校正檢查使用冗餘資料(例如，在圖5的資料組170的位元組1與3)而在步驟206執行。若在步驟206的錯誤校正檢查失敗，行位址在步驟208會增量到下一位址，且狀態機27會返回獲得 下一損壞區塊位址，如步驟204所示。若在步驟206通過錯誤校正檢查，在位址資料組的旗標位元會在步驟210被檢查，且若正確，則當時被定址的區塊的損壞區塊鎖存器31會經由鎖存器存取通道29而被設定，如步驟212所示。此損壞區塊鎖存器的被設定會造成損壞區塊的讀取、寫入與抹除失效。如圖所示，狀態機27然後在步驟208增量到下一組位址資料，並返回到步驟204。若在步驟210的旗標位元係假，此表示最後的位址資料組已被讀取，完成說明範例中的步驟116。

在寫入快取相當受限制的具體實施例中，步驟104與106、以及步驟114與116會重複執行。例如，在具記憶體單一頁寫入快取的一具體實施例中，狀態機27可如前述在104傳輸損壞區塊位址直到寫入快取21佔滿。在寫入快取21的整頁位址資料然後會在步驟106儲存在ROM；此後，處理會返回步驟104，其中另一頁的位址資料會寫入到寫入快取21。此程序會持續直到最後的損壞區塊鎖存器已感測，且最後的位址資料在步驟106儲存在ROM。然後，處理會經由如前述的步驟110與112至114持續，且來自使用者ROM的第一頁位址資料會在步驟114讀入寫入快取21。第一頁位址資料然後在步驟116用來設定損壞區塊鎖存器31。狀態機27會返回步驟116取回下一頁位址資料，並在步驟116用它來設定這些位址的損壞區塊鎖存器。此處理會重覆直到最後一頁位址資料已取回及最後損壞區塊鎖存器已設定。

重新參考圖3，在損壞區塊鎖存器已在步驟116設定之後，記憶體會如步驟118所述而快閃抹除。此造成損壞區塊(此時已失效而無法抹除)保持使用全零進行程式化，而良好的區塊會抹除，然後維持全部一。如此，全零的此範例中，損壞區塊已保留損壞的指示，而不必個別程式化且不必儲存記憶體器件的損壞區塊位址。

當然，可瞭解，在不同具體實施例的本發明能夠以硬體、軟體、或硬體與軟體之組合實施。

本發明並未限制於描述裝置與方法之範例的特殊細節，且其他修改與應用可考慮。若干其他變化可在前述的裝置及方法中達成，而不致脫離在此有關本發明的精神與範疇。例如，雖然本發明描述是與快閃記憶體有關，但是本發明的方法及裝置可與能夠分割儲存元件之可用管理區塊的任何記憶體系統一起利用。因此，上述主要課題將如實例加以說明。

10．．．測試系統

12．．．記憶體器件

14．．．系統匯流排

15．．．匯流排

16．．．RAM

17．．．區塊位址解碼器

18．．．系統處理器

19．．．讀取/寫入電路

20．．．輸入/輸出電路

21．．．寫入快取

22．．．連結

23．．．EC部分

24．．．記憶體陣列

25．．．區塊位址

26．．．行位址

27．．．狀態機

28．．．控制器

29．．．鎖存器存取通道

30．．．記憶體單元區塊

31．．．鎖存器

33．．．資料匯流排

34．．．頁

170．．．資料結構

咸信新的本發明之特徵係以隨附的申請專利範圍的特徵說明。結合進一步優點的本發明可經由參考下面連同附圖的說明而更瞭解。在圖中，相同的參考數字是表示類似元件。

圖1係用於測試例如一非揮發記憶體器件的記憶體器件的一測試系統之範例之方塊圖。

圖2描述例如在圖1說明的一非揮發記憶體器件之一具體實施例的詳細方塊圖。

圖3係描述隔離損壞而處理一非揮發記憶體之一方法之一具體實施例的流程圖。

圖4係描述將損壞區塊位址傳輸給在圖3中說明的寫入快取的一具體實施例之詳細流程圖。

圖5係用於在寫入快取中損壞區塊資訊的一適當格式的範例之圖式。

圖6係在圖3中說明設定損壞區塊鎖存器的一範例之詳細流程圖。

(無元件符號說明)

Claims (19)

1. 一種處理一非揮發記憶體器件中損壞區塊(defective blocks)之方法，該非揮發記憶體器件包含複數個非揮發儲存元件之使用者可存取區塊，每一區塊具有一相關的損壞區塊鎖存器(defective block latch)，該方法包含：感測每一損壞區塊鎖存器，以判斷該損壞區塊鎖存器是否因一損壞而被設定；將對應到每一被設定的鎖存器的位址資料儲存於該記憶體器件中的暫時記憶體；在該位址資料已儲存，及使用表示每一個別區塊係損壞的一標記(indicia)來程式化實質上全部該等使用者可存取區塊之後，重新設定該等被設定之損壞區塊鎖存器；以及取回該位址資料，並基於該位址資料使損壞區塊失效。
2. 如請求項1之方法，其中該取回步驟進一步包含從尚未失效的使用者可存取區塊抹除該標記。
3. 如請求項2之方法，其中該暫時記憶體包含與該記憶體器件之讀取與寫入電路相關的資料暫存器。
4. 如請求項1之方法，其中該感測步驟進一步包含偵測一最後的使用者可存取區塊已被感測，並儲存一註記(marker)以指示該位址資料之一結束。
5. 如請求項1之方法，其中該程式化包含使用全零(all zeros)進行每一使用者可存取區塊的程式化。
6. 如請求項1之方法，其中該位址資料係以位址資料與冗餘(redundant)位址資料的形式儲存。
7. 如請求項2之方法，其中儲存該位址資料進一步包含對於每一被設定的鎖存器的位址資料，儲存一設定成一第一狀態之旗標位元；且當全部使用者可存取區塊已被感測時，儲存一設定成一第二狀態之旗標位元，而且其中使對應到該位址資料之區塊失效之步驟包含檢查每一旗標位元，而且若該旗標位元係在該第一狀態則設定一對應的損壞區塊鎖存器，及若該旗標位元係在該第二狀態則起始抹除之步驟。
8. 如請求項6之方法，其中該取回該位址資料的步驟包含使用該冗餘資料的錯誤偵測。
9. 一種非揮發記憶體器件，其包含：複數個非揮發元件的使用者可存取區塊，每一區塊具有一相關的損壞區塊鎖存器；以及一控制器，其感測每一區塊的損壞區塊鎖存器；該控制器將對應到每一具有被設定成表示區塊損壞的相關損壞區塊鎖存器之區塊的位址資料儲存在該記憶體器件的暫時儲存(temporary storage)；且該控制器隨後取回該儲存的位址資料及使用該位址資料以設定對應到該位址資料之該損壞區塊鎖存器，以基於該位址資料使使用者可存取區塊失效，其中該控制器係使用表示每一個別區塊係損壞的一標記來程式化實質上全部該等使用者可存取區塊。
10. 如請求項9之非揮發記憶體器件，其中該控制器係從尚未失效的使用者可存取區塊抹除該標記。
11. 如請求項9之非揮發記憶體器件，其中該暫時儲存包含與該記憶體器件的讀取與寫入電路相關的資料暫存器。
12. 如請求項9之非揮發記憶體器件，其中該控制器包含一狀態機，其感測該些損壞區塊鎖存器；儲存該位址資料；及回應於偵測到一最後使用者可存取區塊而將一註記儲存在該暫時儲存以表示該位址資料的一結束。
13. 如請求項10之非揮發記憶體器件，其中該控制器係使用全零來當作表示一區塊係損壞之該標記而程式化每一使用者可存取區塊。
14. 如請求項9之非揮發記憶體器件，其中該控制器係以位址資料與冗餘位址資料的形式儲存該位址資料。
15. 如請求項9之非揮發記憶體器件，其中該控制器包含一狀態機，其以每一被感測到為被設定的鎖存器之位址資料儲存一設定成一第一狀態之旗標位元，且當感測到全部使用者可存取區塊時，儲存一設定成一第二狀態之旗標位元，而且其中該狀態機檢查每一旗標位元，且若該旗標位元係在該第一狀態，則設定一對應的損壞區塊鎖存器，以使對應到該位址資料的區塊失效。
16. 一種非揮發記憶體器件，其包含複數個非揮發儲存元件的使用者可存取區塊，每一區塊具有一相關的損壞區塊鎖存器，包含：感測構件，其用以感測每一損壞區塊鎖存器，以判斷 該損壞區塊鎖存器是否因一損壞而被設定；儲存構件，其用以將對應到每一被設定的鎖存器的位址資料儲存於該記憶體器件中的暫時記憶體；重設及程式化構件，其用以在該位址資料被儲存之後，重設該被設定的損壞區塊鎖存器，及使用表示每一個別區塊係損壞的一標記以程式化實質上全部該等使用者可存取區塊；以及取回構件，其用以取回該位址資料及使對應到該位址資料之所有區塊失效。
17. 如請求項16之非揮發記憶體器件，其中該取回取構件進一步包含抹除構件，其用以從尚未失效的使用者可存取區塊抹除該標記。
18. 一種在複數個非揮發記憶體器件中處理損壞區塊之方法，該等非揮發記憶體器件之每一者包含複數個非揮發儲存元件的使用者可存取區塊，該方法包含：將經判斷為損壞的每一使用者可存取區塊之位址資料儲存在該記憶體器件的暫時記憶體中；使用表示個別區塊係損壞之一標記，以在該複數個記憶體器件之至少一者上程式化實質上全部該等使用者可存取區塊；以及從全部尚未由該位址資料識別為損壞之使用者可存取區塊抹除該標記。
19. 一種處理非揮發記憶體器件之方法，其中每一非揮發記憶體器件包含複數個非揮發儲存元件的使用者可存取區 塊，該方法包含：平行地(in parallel)測試複數個非揮發記憶體器件以識別損壞區塊；儲存識別每一個別記憶體器件上損壞區塊之損壞區塊資料；以一損壞標記平行地程式化該等記憶體器件的使用者可存取區塊；以及對於任何不被識別為損壞區塊的使用者可存取區塊，平行地抹除該等記憶體器件上的使用者區塊。