TWI659308B - 記憶體裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

記憶體裝置包括：一控制器；一記憶體陣列，耦接於該控制器；一再程式化需求暫存器，耦接於該控制器；以及一再程式化電路，耦接於該控制器與該記憶體陣列。根據該再程式化需求暫存器的一值，該控制器決定是否命令該再程式化電路對該記憶體陣列進行再程式化操作。

Description

記憶體裝置及其操作方法

本發明是有關於一種記憶體裝置及其操作方法。

在半導體記憶體裝置中，當面臨到熱應力事件(thermal stress event)(例如，過錫爐)時，可能導致阻抗分佈漂移(resistance distribution shift)，這將可能造成記憶視窗的縮小或甚至可能造成資料錯誤或資料損失(data loss)。

第1A圖顯示未發生熱應力事件之前的記憶視窗分佈圖。第1B圖顯示發生熱應力事件後的記憶視窗分佈圖。比較第1A圖與第1B圖可看出，發生熱應力事件後，電性參數的分佈發生改變，導致記憶視窗縮小，甚至可能導致資料錯誤或資料損失。「電性參數」可以是ReRAM(可變電阻式記憶體，Resistive random-access memory)或相變型記憶體(phase-change memory)的阻抗值。或者是，「電性參數」可以是浮動閘極記憶體或電荷捕獲記憶體(charge trapping memory)或鐵電式記憶體(Ferroelectric memory)的臨界電壓(threshold voltage)。

為讓記憶視窗恢復，可對記憶體裝置進行再程式化操作(reprogram)，以讓阻抗分佈恢復，如第1C圖所示。第1D圖顯示經再程式化 操作後的記憶視窗分佈圖。比較第1C圖與第1D圖可看出，進行再程式化操作後，記憶視窗可以獲得恢復。

然而，如果能有一種可以自動啟動再程式化操作的系統與方法的話，則可以減少使用者必須下指令來進行再程式化操作的麻煩。

根據本案的一例，提出一種記憶體裝置包括：一控制器；一記憶體陣列，耦接於該控制器；一再程式化需求暫存器，耦接於該控制器；以及一再程式化電路，耦接於該控制器與該記憶體陣列。根據該再程式化需求暫存器的一值，該控制器決定是否命令該再程式化電路對該記憶體陣列進行再程式化操作。

根據本案的另一例，提出一種記憶體裝置的操作方法，該記憶體裝置包括一再程式化需求暫存器與一記憶體陣列，該操作方法包括：檢查該再程式化需求暫存器的一值；以及根據該再程式化需求暫存器的該值，決定是否對該記憶體陣列進行再程式化操作。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

200‧‧‧記憶體裝置

210‧‧‧控制器

220‧‧‧記憶體陣列

230‧‧‧再程式化需求暫存器

240‧‧‧再程式化電路

310-330、410-430‧‧‧步驟

1A圖顯示未發生熱應力事件之前的記憶視窗分佈圖。

第1B圖顯示發生熱應力事件後的記憶視窗分佈圖。

第1C圖顯示對記憶體裝置進行再程式化操作(reprogram)，以讓阻抗分佈恢復。

第1D圖顯示經再程式化操作後的記憶視窗分佈圖。

第2圖顯示根據本案一實施例的記憶體裝置的方塊示意圖。

第3圖顯示根據本案一實施例的自動再程式化方法的流程圖。

第4圖顯示根據本案一實施例的再程式化方法的流程圖。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

現請參考第2圖，其顯示根據本案一實施例的記憶體裝置的方塊示意圖。如第2圖所示，本案一實施例的記憶體裝置200至少包括：控制器210、記憶體陣列220、再程式化需求暫存器(reprogram requirement register)230與再程式化電路240。本案一實施例的記憶體裝置200例如是非揮發性記憶體。此外，本案一實施例的記憶體裝置200例如是但不受限於，ReRAM(可變電阻式記憶體，Resistive random-access memory)，或相變型記憶體(phase-change memory)，或浮動閘極記憶體，或電荷捕獲記憶體(charge trapping memory)，或鐵電式記憶體(Ferroelectric memory)。此外，本案一實施例的記憶體裝置200可以是單位元記憶體或者多位元記憶體，此皆在本案精神範圍內。

控制器210耦接至記憶體陣列220、再程式化需求暫存器230與再程式化電路240。

記憶體陣列220包括複數個排列成陣列的記憶體晶胞。記憶體陣列220的架構在此可不特別限定之。記憶體陣列220受控於控制器210。記憶體陣列220耦接於控制器210與再程式化電路240。

再程式化需求暫存器230耦接於控制器210。在第2圖中，再程式化需求暫存器230獨立於記憶體陣列220，但本案並不受限於此。在本案其他可能實施例中，再程式化需求暫存器230可整合於記憶體陣列220內，此亦在本案精神範圍內。

再程式化電路240耦接於控制器210與記憶體陣列220。再程式化電路240受控於控制器210，以根據記憶體陣列220的該些記憶體晶胞的各別記憶體狀態來對記憶體陣列220的該些記憶體晶胞進行再程式化。再程式化電路240的架構與其操作細節在此可不特別限定之。

現將說明本案實施例設定(set)/重設(reset)再程式化需求暫存器230的情況。在本案實施例中，再程式化需求暫存器230可當成旗標，以指示是否要啟動自動再程式化(auto-reprogramming)。

在一可能例子中，在對記憶體裝置200經歷過熱應力事件(例如但不受限於，過錫爐)後，使用者可以透過下達使用者指令UC給控制器210，以讓控制器210將再程式化需求暫存器230設定(例如，設定成高邏輯準位)。

此外，在一可能例子中，在使用者(如系統設計者)預期到記憶體裝置200將可能在不久的未來經歷到熱應力事件(例如但不受限於，過錫爐)的話，則使用者可以下達使用者指令UC給控制器210，以讓控制器210將再程式化需求暫存器230設定。

此外，在一可能例子中，控制器210可以根據所接收到的錯誤校正碼(Error Correction Code)結果ECC_OUTPUT來決定是否要設定再程式化需求暫存器230。例如，如果錯誤校正碼結果ECC_OUTPUT指示錯誤位元數已超過門檻值(例如10位元，但本案並不受限於此)的話，則控制器210可以設定再程式化需求暫存器230。

第3圖顯示根據本案一實施例的自動再程式化方法的流程圖。第4圖顯示根據本案一實施例的再程式化方法的流程圖。請一併參考第3圖與第4圖。

在步驟310中，控制器210檢查再程式化需求暫存器230。如果再程式化需求暫存器230處於設定狀態，則代表需要對記憶體陣列220進行再程式化，如步驟320所示。至於再程式化的實施細節則如第4圖所示。相反地，如果再程式化需求暫存器230處於重設狀態，則代表不需要對記憶體陣列220進行再程式化。

當完成對記憶體陣列220的再程式化操作後，控制器210會將再程式化需求暫存器230重設(步驟330)。

現將說明再程式化的實施細節，如第4圖所示。在步驟410中，控制器210讀取記憶體陣列220的記憶晶胞。在步驟420中，控制器210根據記憶體陣列220的該些記憶晶胞的各別邏輯狀態，或者根 據記憶體陣列220的該些記憶晶胞的經錯誤校正碼(Error Correction Code)修正後的各別邏輯狀態，命令再程式化電路240對該些記憶晶胞進行再程式化操作。至於再程式化操作的細節，在此可不特別限定之。

於步驟430中，控制器210判斷是否已完成對整個記憶體陣列220的再程式化操作。如果尚未完成，則流程回至步驟410，讀取其他記憶晶胞。如果已完成，則流程結束。

現將說明本案實施例中，啟動自動再程式化方法的時機。

在本案一實施例的一可能例子中，在記憶體裝置200的每一次開機程序中，可以啟動第3圖的自動再程式化方法。在開機程序中，控制器210會檢查再程式化需求暫存器230，以決定是否要執行再程式化操作。如果要執行再程式化操作的話(亦即再程式化需求暫存器230處於「設定狀態」)，則於再程式化操作完成後，記憶體裝置200可以繼續執行後續的開機程序。相反地，如果不需要執行再程式化操作的話(亦即再程式化需求暫存器230處於「重設狀態」)，則記憶體裝置200可以繼續執行後續的開機程序。

如上述般，在記憶體裝置200經歷過熱應力事件(例如但不受限於，過錫爐)後的第一次開機程序中，記憶體裝置200執行自動再程式化方法。在系統或使用者判斷記憶體裝置200已經歷過熱應力事件，或者是在系統或使用者判斷記憶體裝置200即將經歷熱應力事件的話，或者是系統偵測到熱應力事件的話，可以由系統或使用者下令，讓控制器210將再程式化需求暫存器230設定成「設定狀態」，如 此一來，在記憶體裝置200經歷過熱應力事件(例如但不受限於，過錫爐)後的第一次開機程序中(此時的再程式化需求暫存器230已被設定成「設定狀態」)，於執行自動再程式化方法時，控制器210檢查到再程式化需求暫存器230已被設定成「設定狀態」，控制器210便會下令對記憶體陣列220進行再程式化操作並於再程式化操作完成後，控制器210將再程式化需求暫存器230設定成「重設狀態」。

或者是，在本案一實施例的一可能例子中，控制器210可以定期地(如每天、每星期、每月等)檢查再程式化需求暫存器230，以決定是否要自動執行再程式化操作。

或者是，在本案一實施例的一可能例子中，控制器210可以不定期地檢查再程式化需求暫存器230，以決定是否要自動執行再程式化操作。

或者是，在本案一實施例的一可能例子中，控制器210可以回應於使用者指令UC來檢查再程式化需求暫存器230，以決定是否要自動執行再程式化操作。也就是說，未必受限於熱應力事件，使用者可以自行決定何時來讓記憶體裝置200自動執行再程式化操作。

在第2圖本案實施例中，錯誤校正碼結果ECC_OUTPUT可以由內建於記憶體裝置200內的ECC邏輯電路所提供，或者是由位於記憶體裝置200外部的ECC邏輯電路所提供，此皆在本案精神範圍內。

此外，在本案另一可能實施例中，再程式化需求暫存器230可包括於記憶體陣列220內，此亦在本案精神範圍內。

亦即，在本案一可能實施例中，記憶體裝置200包括ECC邏輯電路，且再程式化需求暫存器230獨立於記憶體陣列220。在本案另一可能實施例中，記憶體裝置200包括ECC邏輯電路，且再程式化需求暫存器230包括於記憶體陣列220內。在本案又一可能實施例中，ECC邏輯電路獨立於記憶體裝置200，且再程式化需求暫存器230獨立於記憶體陣列220。在本案更一可能實施例中，ECC邏輯電路獨立於記憶體裝置200，且再程式化需求暫存器230包括於記憶體陣列220內。

本案實施例的優點在於，可以自動執行再程式化來恢復記憶視窗，並改善資料保存。如此一來，可減少使用者手動設定再程式化操作的麻煩。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種非揮發性記憶體裝置，包括：一控制器；一記憶體陣列，耦接於該控制器；一再程式化需求暫存器，耦接於該控制器；以及一再程式化電路，耦接於該控制器與該記憶體陣列；其中，根據該再程式化需求暫存器的一值，該控制器決定是否命令該再程式化電路對該記憶體陣列進行再程式化操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中，回應於一熱應力事件之發生，及/或一熱應力事件之偵測，及/或，一熱應力事件之預期發生，該控制器設定該再程式化需求暫存器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中，該控制器根據一錯誤校正碼結果來決定是否要設定該再程式化需求暫存器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中，於該非揮發性記憶體裝置的一開機程序中，該控制器檢查該再程式化需求暫存器；或者該控制器定期地或不定期地檢查該再程式化需求暫存器；或者該控制器回應於一使用者指令來檢查該再程式化需求暫存器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之非揮發性記憶體裝置，其中，如果該控制器決定要命令該再程式化電路對該記憶體陣列進行再程式化操作的話，於完成對該記憶體陣列所進行的再程式化操作之後，該控制器重設該再程式化需求暫存器。
6. 一種非揮發性記憶體裝置的操作方法，該非揮發性記憶體裝置包括一再程式化需求暫存器與一記憶體陣列，該操作方法包括：檢查該再程式化需求暫存器的一值；以及根據該再程式化需求暫存器的該值，決定是否對該記憶體陣列進行再程式化操作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體裝置的操作方法，其中，回應於一熱應力事件之發生，及/或一熱應力事件之偵測，及/或，一熱應力事件之預期發生，設定該再程式化需求暫存器。
8. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體裝置的操作方法，其中，根據一錯誤校正碼結果來決定是否要設定該再程式化需求暫存器。
9. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體裝置的操作方法，其中，於該非揮發性記憶體裝置的一開機程序中，檢查該再程式化需求暫存器；或者定期地或不定期地檢查該再程式化需求暫存器；或者回應於一使用者指令來檢查該再程式化需求暫存器。
10. 如申請專利範圍第6項所述之非揮發性記憶體裝置的操作方法，其中，如果決定對該記憶體陣列進行再程式化操作的話，於完成對該記憶體陣列所進行的再程式化操作之後，重設該再程式化需求暫存器。