TWI711043B

TWI711043B - 記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法

Info

Publication number: TWI711043B
Application number: TW108111555A
Authority: TW
Inventors: 黃仲盟
Original assignee: 華邦電子股份有限公司
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2020-11-21
Also published as: TW202038237A

Abstract

一種記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法。非揮發性記憶體區分為目標抹除區域及非選擇區域。所述控制方法包括：抹除目標抹除區域中的目標記憶胞。非選擇區域是非揮發性記憶體中除了目標抹除區域以外的區域。抹除所述目標記憶胞的步驟包括抹除操作、驗證操作及未通過所述驗證操作後所進行的抹除迴圈。抹除迴圈進行的次數為大於等於零的整數。所述控制方法還包括：刷新對未選擇區域中的預定義部份，其中預定義部分的區域尺寸是基於抹除迴圈進行的次數而決定。

Description

記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法

本發明是有關於一種記憶體裝置的控制技術，且特別是有關於一種記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法。

快閃記憶體是利用記憶胞的臨界電壓Vt來記憶資料。因此，為了對記憶胞的臨界電壓Vt進行調整，便需對記憶胞進行編程(programming)操作及抹除(erase)操作。反或(NOR)型快閃記憶體中每一區的P井(P-Well)層通常具備多個記憶體區塊(memory block)，例如將四個記憶體區塊設計在同一區P井層中。圖1是經抹除記憶胞與經編程記憶胞在進行抹除時的臨界電壓分布示意圖，圖1的橫軸表示記憶胞的臨界電壓值，圖1的縱軸表示記憶胞在此臨界電壓值的數量。當要對指定的記憶胞(例如其容量為4KB)進行抹除操作時，這些經抹除記憶胞的臨界電壓值將會降低(如圖1的記憶胞臨界電壓分布110所示)。另一方面，因NOR型快閃記憶體在進行抹除操作時需要對P井層提供電壓，位於同區P井層中每個記憶胞也會受到抹除干擾，導致該區P井層中非進行抹除而是已經編程(programmed)記憶胞(稱為，已編程記憶胞)因過多無謂的抹除操作而使其自身的臨界電壓Vt下降，如圖1的記憶胞臨界電壓分布120及130所示，從而影響經編程記憶胞的資料儲存效能。此種干擾被稱為是大量抹除干擾(bulk erase disturb)。因此，便需要對位於同區P井層中且非指定的記憶胞進行刷新，從而回升經編程記憶胞的臨界電壓Vt。

然而，若是將每個非指定的記憶胞皆進行刷新的話，則會耗費大量的時間。因此，如何在記憶胞的刷新時間及資料存取效能當中取得平衡，便是當前快閃記憶體裝置的控制技術所欲解決的問題之一。

本發明提供一種記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法，可靈活地調整欲刷新的記憶體區塊的尺寸，從而適度地節省進行刷新操作的時間。

本發明提出一種非揮發性記憶體的控制方法，此非揮發性記憶體區分為目標抹除區域及非選擇區域。所述控制方法包括：抹除目標抹除區域中的目標記憶胞，其中非選擇區域是非揮發性記憶體中除了目標抹除區域以外的區域，所述抹除包括抹除操作、驗證操作及未通過驗證操作後所進行的抹除迴圈，且抹除迴圈進行的次數為大於等於零的整數；以及，刷新對未選擇區域中的預定義部份，其中預定義部分的區域尺寸是基於抹除迴圈進行的所述次數而決定。

本發明提出一種記憶體裝置，其包括非揮發性記憶體以及控制器。非揮發性記憶體區分為目標抹除區域及非選擇區域。控制器控制非揮發性記憶體以抹除所述目標抹除區域中的目標記憶胞。非選擇區域是非揮發性記憶體中除了目標抹除區域以外的區域。所述抹除包括抹除操作、驗證操作及未通過驗證操作後所進行的抹除迴圈，且抹除迴圈進行的次數為大於等於零的整數。控制器控制非揮發性記憶體以刷新對未選擇區域中的預定義部份，其中預定義部分的區域尺寸是基於抹除迴圈進行的次數而決定。

基於上述，本發明實施例所述的記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法是基於對於目標記憶胞的抹除迴圈進行的次數來調整欲刷新的記憶體區塊的尺寸。抹除迴圈的次數較少便表示非揮發性記憶體中記憶胞的臨界電壓容易受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較小的預定義部份進行刷新，從而適度地節省進行刷新操作的時間。相對地，抹除迴圈的次數較多便表示非揮發性記憶體中記憶胞的臨界電壓難以受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較大的預定義部份進行刷新，才能獲得記憶胞中較佳的資料存取效能。藉此，本實施例可靈活地採用不同尺寸的預定義部份來刷新，從而適度地節省進行記憶體抹除方法及刷新操作的時間。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

110、120、130:記憶胞臨界電壓分布

200:記憶體裝置

210:控制器

220:非揮發性記憶體

221:P井層

222:目標記憶胞

S310~S340:步驟

圖1是經抹除記憶胞與經編程記憶胞在進行抹除時的臨界電壓分布示意圖。

圖2是依照本發明一實施例的一種記憶體裝置的示意圖。

圖3是依照本發明一實施例的一種非揮發性記憶體的控制方法的流程圖。

本發明的精神在於讓記憶體裝置基於對於目標記憶胞的抹除迴圈進行的次數來調整欲刷新的記憶體區塊的尺寸，以靈活地且適度地節省進行記憶體抹除方法及刷新操作的時間，以下提供詳細的實施例以支持本發明的精神。

圖2是依照本發明一實施例的一種記憶體裝置200的示意圖。記憶體裝置200主要包括控制器210以及非揮發性記憶體220。本實施例的非揮發性記憶體120是反或(NOR)型快閃記憶體，應用本實施例者亦可將本發明的精神應用到相近類型的記憶體裝置中。非揮發性記憶體220可在同一個P井(P-Well)層221設計多個記憶體區塊，本實施例以4個記憶體區塊block0~block3作為舉例。非揮發性記憶體220可具備多個P井層，P井層221僅是作為舉例以進行本實施例的說明。本實施例的非揮發性記憶體 220的尺寸(即，可容納的資料容量)為256KB，記憶體區塊block0~block3的尺寸分別為64KB，且目標記憶胞222的容量為4KB。在此假定記憶體裝置200將會對目標記憶胞222進行本發明實施例的控制方法(也就是，非揮發性記憶體220中目標抹除區域的抹除方法)。本實施例的記憶體區塊block1便是目標抹除區域，而記憶體區塊block0、block2~block3便是非選擇區域。非選擇區域是非揮發性記憶體220中除了目標抹除區域(記憶體區塊block1)以外的區域(記憶體區塊block0、block2~block3)。換句話說，非揮發性記憶體220區分為目標抹除區域(記憶體區塊block1)及非選擇區域(記憶體區塊block0、block2~block3)。控制器210控制非揮發性記憶體220及供電來源以對非揮發性記憶體220中目標記憶胞222進行本發明實施例的抹除方法。

圖3是依照本發明一實施例的一種非揮發性記憶體220的控制方法的流程圖。請同時參照圖2及圖3，於步驟S310中，控制器210會先行調節非揮發性記憶體中的目標抹除區域，以進行預編程操作。為了促進緊密的抹除臨界電壓Vt的分佈，在開始抹除操作之前，本實施例將會對所有記憶胞進行“預編程(pre-programming)操作”，以確保所有記憶胞在被抹除之前處於均勻的高臨界電壓Vt。此預編程操作可以被認為是在抹除操作之前對非揮發性記憶體220中的記憶胞陣列進行預處理。這種方法的基礎理論基於如下假設：如果在抹除操作之前沒有進行預編程，那麼儲存資料的記憶胞將具備較高的臨界電壓Vt，沒有儲存資料的記憶胞將具備較低的臨界電壓Vt。這種相對寬的臨界電壓Vt分佈將在抹除操作結束時轉換為過度寬廣的、經抹除的臨界電壓Vt分佈。相對地，如果在抹除操作之前將所有的記憶胞設置在均勻高的臨界電壓Vt時，則讓部分記憶胞發生過度抹除問題的情況最小化。於本發明的部分實施例中，非揮發性記憶體的控制方法也可以不用對所有的記憶胞進行預編程操作，而直接執行圖2中的步驟S320。

於步驟S320中，控制器210控制非揮發性記憶體220以抹除目標抹除區域中的目標記憶胞222。本實施例的抹除目標記憶胞222的步驟S320包括抹除操作(步驟S322)、驗證操作(步驟S324)以及未通過驗證操作後所進行的抹除迴圈。詳細來說，當控制器210對目標記憶胞222進行抹除操作(步驟S322)後，便進行驗證操作(步驟S324)以判斷目標記憶胞222具有的臨界電壓是否不大於抹除驗證電壓。若判斷目標記憶胞222具有的臨界電壓不大於抹除驗證電壓，則表示目標記憶胞222通過驗證操作(也就是，步驟S324為『是』)。相對地，若判斷目標記憶胞222具有的臨界電壓大於抹除驗證電壓，表示目標記憶胞222並未通過驗證操作(也就是，步驟S324為『否』)，並且必須要再次進行抹除操作(步驟S322)。本發明實施例將未通過驗證操作後所進行的抹除操作稱為是抹除迴圈，且會自動地記錄抹除迴圈進行的次數，此次數為大於等於零的整數。本實施例的控制方法在初始化時會將抹除迴圈進行的次數設定為零，並當目標記憶胞222並未通過驗證操作並再次進行抹除操作時，也就是，當步驟S324為『否』時，將此次數設定累計加1(如圖式中標明的『抹除迴圈次數+1』)，直到目標記憶胞222通過驗證操作為止。抹除迴圈進行的次數將會於後續的刷新操作(步驟S340)使用或作為參考。於部分實施例中，抹除迴圈的次數可暫存於記憶體裝置200的緩衝器中。

當控制器210在步驟S320中抹除目標抹除區域中的目標記憶胞222之後，於步驟S330中，控制器210控制非揮發性記憶體220以對目標記憶胞222進行軟編程(soft-programming)操作。“軟編程操作”是將目標記憶胞222的臨界電壓設置為具有不小於軟編程驗證電壓的電壓，並且此軟編程驗證電壓小於步驟S324使用的抹除驗證電壓。藉此，軟編程操作(步驟S330)可確保目標記憶胞222的臨界電壓不會過於寬廣，導致在後續對目標記憶胞222進行編程操作時難以將目標記憶胞222的臨界電壓調整到大於抹除驗證電壓。本實施例的步驟S330可先行判斷目標記憶胞222的臨界電壓是否已經是不小於軟編程驗證電壓的電壓。若目標記憶胞222的臨界電壓已經是不小於軟編程驗證電壓的電壓，則不需進行軟編程操作而進入後續的步驟S340。相對地，若目標記憶胞222的臨界電壓小於軟編程驗證電壓的電壓，則需進行軟編程操作直到目標記憶胞222的臨界電壓不小於軟編程驗證電壓為止。於本發明的部分實施例中，非揮發性記憶體的控制方法也可以不用對所有的記憶胞進行軟編程操作，在步驟S320執行完後可直接執行圖2中的步驟S340。

於步驟S340中，控制器210控制非揮發性記憶體220以刷新未選擇區域中的預定義部份，也就是，對未選擇區域中的預定義部份進行刷新操作。特別說明的是，步驟S340中預定義部分的區域尺寸是基於抹除迴圈進行的次數而決定。詳細來說，當抹除迴圈進行的次數愈少時，表示非揮發性記憶體中目標記憶胞222的臨界電壓容易受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較小的預定義部份進行刷新，從而適度地節省進行刷新操作的時間。也就是說，在抹除迴圈進行的次數愈少時，預定義部份的區域尺寸佔非揮發性記憶體220的尺寸比例愈小。相對地，當抹除迴圈進行的次數愈多時，表示非揮發性記憶體中記憶胞的臨界電壓難以受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較大的預定義部份進行刷新，才能獲得記憶胞中較佳的資料存取效能。也就是，在抹除迴圈進行的次數愈大時，預定義部份的區域尺寸佔非揮發性記憶體220的尺寸比例愈大。

表1表示抹除迴圈的次數、預定義部分的尺寸、預定義部分與非揮發性記憶體之間的尺寸比率以及刷新所需時間。

表1中的N1、N2、N3、N4及N5皆為正整數，且0<N1<N2<N3<N4<N5。從表1可看出，當抹除迴圈進行的次數為零時，預定義部分的區域尺寸為8KB，也就是非揮發性記憶體220的尺寸乘以1/2的5次方(也就是，1/32)；當抹除迴圈進行的次數為N1時，預定義部分的區域尺寸為16KB，也就是非揮發性記憶體220的尺寸乘以1/2的4次方(也就是，1/16)；當抹除迴圈進行的次數為N2時，預定義部分的區域尺寸為32KB，也就是非揮發性記憶體220的尺寸乘以1/2的3次方(也就是，1/8)；當抹除迴圈進行的次數為N3時，預定義部分的區域尺寸64KB，也就是非揮發性記憶體220的尺寸乘以1/2的2次方(也就是，1/4)；當抹除迴圈進行的次數為N4時，預定義部分的區域尺寸為128KB，也就是非揮發性記憶體220的尺寸乘以1/2的1次方(也就是， 1/2)；當抹除迴圈進行的次數為N5或N5以上時，預定義部分的區域尺寸為256KB，等同於非揮發性記憶體的尺寸。

在進行本發明實施例所述的控制方法時，目標記憶胞222所對應刷新的未選擇區域中的預定義部份應盡量避免與下個目標記憶胞所對應刷新的未選擇區域中的預定義部份重疊，並可設計這些刷新的未選擇區域中的預定義部份可在非揮發性記憶體中順序地進行刷新，從而讓每個未選擇區域能夠在一定時段中受到刷新，避免某個記憶體區域中的經編程記憶胞太久沒有受到刷新而損失經編程記憶胞中的資料。例如，本發明實施例的記憶體裝置200在每次開機時，便利用亂數產生器產生亂數，從而利用此亂數來隨機性地在多個記憶體區塊中選擇其中一個作為起始的刷新區域，並刷新此刷新區域。然後，記憶體裝置利用順序計數器並以經選擇、起始的所述刷新區域依序地刷新記憶體裝置中其他的記憶體區塊。

另一方面，應用本發明實施例者應可理解，當抹除迴圈進行的次數超過一既定數目時，因為對應刷新的預定義部份為整個未選擇區域，則便會無可避免地與下個目標記憶胞對應刷新的預定義部份重疊。

綜上所述，本發明實施例所述的記憶體裝置及非揮發性記憶體的控制方法是基於對於目標記憶胞的抹除迴圈進行的次數來調整欲刷新的記憶體區塊的尺寸。抹除迴圈的次數較少便表示非揮發性記憶體中記憶胞的臨界電壓容易受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較小的預定義部份進行刷新，從而適度地節省進行刷新操作的時間。相對地，抹除迴圈的次數較多便表示非揮發性記憶體中記憶胞的臨界電壓難以受到調整，因此可利用未選擇區域中尺寸較大的預定義部份進行刷新，才能獲得記憶胞中較佳的資料存取效能。藉此，本實施例可靈活地採用不同尺寸的預定義部份來刷新，從而適度地節省進行記憶體抹除方法及刷新操作的時間。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S310~S340：步驟

Claims

一種非揮發性記憶體的控制方法，所述非揮發性記憶體區分為目標抹除區域及非選擇區域，所述控制方法包括：抹除所述目標抹除區域中的目標記憶胞，其中所述非選擇區域是所述非揮發性記憶體中除了所述目標抹除區域以外的區域，抹除所述目標記憶胞的步驟包括抹除操作、驗證操作及未通過所述驗證操作後所進行的抹除迴圈，且所述抹除迴圈進行的次數為大於等於零的整數；以及刷新對所述未選擇區域中的預定義部份，其中所述預定義部分的區域尺寸與所述抹除迴圈進行的所述次數為正相關。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，其中所述非揮發性記憶體是反或(NOR)閘型快閃記憶體裝置。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，其中所述目標抹除區域與所述非選擇區域位於所述非揮發性記憶體的同一個P井層中。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，其中經過抹除的所述目標記憶胞具有不大於抹除驗證電壓的閾值電壓，並且，所述控制方法還包括：在抹除所述目標抹除區域中的所述目標記憶胞之後，對所述目標記憶胞進行軟編程操作，其中所述目標記憶胞被設置為具有不小於軟編程驗證電壓的閾值電壓，並且所述軟編程驗證電壓小於所述抹除驗證電壓。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，還包括：在抹除所述目標抹除區域中的所述目標記憶胞之前，對所述目標抹除區域進行預編程操作。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，其中在所述預定義部分所述抹除迴圈進行的所述次數愈少時，所述區域尺寸佔所述非揮發性記憶體的尺寸比例愈小；在所述預定義部分所述抹除迴圈進行的所述次數愈多時，所述區域尺寸佔所述非揮發性記憶體的尺寸比例愈大。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，當所述抹除迴圈進行的所述次數為零時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸乘以1/2的5次方；當所述抹除迴圈進行的所述次數為N1時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸乘以1/2的4次方；當所述抹除迴圈進行的所述次數為N2時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸乘以1/2的3次方；當所述抹除迴圈進行的所述次數為N3時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸乘以1/2的2次方；當所述抹除迴圈進行的所述次數為N4時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸乘以1/2的1次方；當所述抹除迴圈進行的所述次數為N5或N5以上時，所述預定義部分的所述區域尺寸為所述非揮發性記憶體的尺寸，其中N1、N2、N3、N4及N5皆為正整數，且0<N1<N2<N3<N4<N5。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，還包括：在開機時，利用亂數隨機性地在所述非揮發性記憶體的多個記憶體區塊中選擇其中之一作為起始的刷新區域，並刷新所述刷新區域；依序地刷新記憶體裝置中的所述記憶體區塊。
如申請專利範圍第1項所述的控制方法，還包括：比較所述抹除迴圈進行的所述次數與多個臨界值；以及刷新所述未選擇區域中的所述預定義部分，其中依據比較所述抹除迴圈進行的所述次數與所述多個臨界值來決定所述預定義部分的所述區域尺寸。
一種記憶體裝置，包括：非揮發性記憶體，區分為目標抹除區域及非選擇區域；以及控制器，控制所述非揮發性記憶體以抹除所述目標抹除區域中的目標記憶胞，其中所述非選擇區域是所述非揮發性記憶體中除了所述目標抹除區域以外的區域，所述抹除包括抹除操作、驗證操作及未通過所述驗證操作後所進行的抹除迴圈，且所述抹除迴圈進行的次數為大於等於零的整數，所述控制器控制所述非揮發性記憶體以刷新對所述未選擇區域中的預定義部份，其中所述預定義部分的區域尺寸與所述抹除迴圈進行的所述次數為正相關。
如申請專利範圍第10項所述的記憶體裝置，其中所述非揮發性記憶體是反或閘型快閃記憶體裝置。