存储器装置刷新方法及可调整刷新操作频率的存储器装置与流程

本发明是有关于存储器装置刷新方法及可调整刷新操作频率的存储器装置，特别是有关于一种可调整刷新操作频率的存储器装置的刷新方法。

背景技术：

一般而言，闪存(例如nor闪存)包括多个存储元，这些存储元被划分为多个扇区(sectors)。以序列反或型闪存(spinorflash)为例，一个扇区可具有4096字节(4kbyte)的存储元。为了减少闪存的面积，多个扇区可共用一个半导体阱区。闪存可接收擦除指令与编程指令。擦除指令是用以擦除被选择的存储元，使被选择的存储元处于较低的临界电压状态；编程指令是用以编程被选择的存储元，使被选择的存储元处于较高的临界电压状态。其中，擦除指令包括预编程(pre-program)、擦除、以及后编程(post-program)操作，而擦除的最小单位为扇区。实务上，依据擦除的单位，擦除指令可分为扇区擦除指令、存储块擦除指令、以及芯片擦除指令，分别用以擦除一个扇区、一个存储块(block)、以及整个芯片(chip)。举例来说，当闪存接收到扇区擦除指令时，其中一个扇区会被选择以进行擦除操作。此时，一负电压会施加至被选择的扇区中的那些存储元的晶体管的控制栅极，而一正电压则施加至共用的半导体阱区。藉此，驱使储存在浮栅(floatinggate)的电子移向半导体阱区以降低晶体管的临界电压，使被选择的扇区中的那些存储元处于较低的临界电压状态。

闪存的制造商必须确保闪存的擦除-写入循环特性，亦即，即使对存储器反复执行擦除及写入指令也不会发生例如电气特性改变等的问题。其中，一个擦除-写入循环是对被选择的存储元执行一次的擦除指令与一次的编程指令。然而，随着擦除-写入循环次数的增加，通道氧化层中将产生陷阱区，电子将更容易被困在通道氧化层中，导致达到存储元所设定的临界电压变得更加困难，需要增加擦除脉冲而使得完成擦除所需的时间变得更长，这个现象称为存储元的老化。为了符合规格，可通过增加擦除 电压以降低擦除所需时间。

然而，当执行多次擦除操作时，由于被施加正电压的半导体阱区包括被选择的扇区与未被选择的扇区，使得未被选择的扇区的那些编程化存储元(programmedcell)所储存的电子受到所施加的正电压影响而遗失，而导致未被选择的扇区的那些编程化存储元的晶体管的临界电压下降。如此一来，在未被选择的扇区中本来是被编程(储存“0”)的存储元将被识别为被擦除(储存“1”)的存储元。另外，于执行擦除指令的期间中，这些未被选择的存储元还可能遭受到执行预编程与后编程所导致的漏极干扰。

因此，闪存需要在擦除指令执行完毕后执行刷新操作，以将未被选择的扇区中原本处于编程状态的受干扰存储元的临界电压值拉高恢复回原来的较高的临界电压值。然而，执行刷新操作则增加了闪存的扇区擦除时间，且会造成漏极干扰。

举例来说，一种现有的刷新操作将未被选择的所有存储区块分为多个群组，且包括以下步骤。于步骤一中，执行至少一次的扇区擦除指令。于步骤二中，刷新第一组的未被选择的存储区块，并回到步骤一。于步骤三中，刷新第二组的未被选择的存储区块，并回到步骤一。以此类推，直到刷新最后一组的未被选择的存储区块。于另一种现有的刷新操作中，是在执行至少一次的扇区擦除指令后，刷新所有的未被选择的存储区块。

然而，现有的刷新操作方法都是以固定刷新操作频率操作，刷新操作频率定义为所有扇区被刷新一次所对应的擦除指令次数的倒数，其可以数学式表示为：1/(x*n/n’)，其中每执行x次擦除指令即实施一次刷新操作，n是共用半导体阱区的扇区数目，n’是每次选做刷新的扇区数目。此固定刷新操作频率必须考虑到随着擦除-写入循环次数增加后的存储元的老化现象，从而使用高刷新操作频率，比如每执行一个擦除指令，就要刷新所有的未被选择的扇区，以顺利完成老化存储元的擦除。然而，越高的刷新操作频率可能导致更严重的漏极干扰，且所需时间将更多。再者，对于未老化的存储元来说，使用高刷新频率将使刷新较无效率。为了将擦除所需时间控制在设定的范围内，亟需提出一种新的存储器装置的刷新方法。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种存储器装置的刷新方法，其能依据存储器装置的存储元的 老化程度来调整执行刷新操作的频率。藉此，本发明能提高刷新操作效率，并且降低漏极干扰。

本发明的一实施例提供一种存储器装置的刷新方法，适用于存储器装置的其中一个半导体阱区的一存储器阵列。此刷新方法包括以下步骤：记录每个擦除指令中的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准；判断未被选择的多个扇区；判断任一擦除脉冲次数或任一擦除电压位准是否大于等于一预定值；当任一擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于预定值时，使用第二刷新操作频率刷新未被选择的扇区；以及当擦除脉冲次数或擦除电压位准小于预定值时，使用第一刷新操作频率刷新未被选择的扇区。第一刷新操作频率小于第二刷新操作频率。

本发明的一实施例提供可调整刷新操作频率的存储器装置，其包括存储器阵列、解码器、擦除条件记录器、以及暂存器。存储器阵列包括多个扇区，设置于一半导体阱区。解码器接收一地址信号。解码器根据地址信号选择多个扇区的其中一者，并提供至少一擦除脉冲及其对应的擦除电压位准至被选择的扇区。擦除条件记录器记录每个擦除指令中的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准。暂存器储存一第一刷新操作频率与一第二刷新操作频率。第一刷新操作频率小于第二刷新操作频率。当擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于一预定值时，使用第二刷新操作频率刷新所述未被选择的扇区。当擦除脉冲次数或擦除电压位准小于预定值时，使用第一刷新操作频率刷新未被选择的扇区。

本发明依各擦除指令中使用的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准来调整刷新频率，当擦除脉冲次数及/或擦除电压位准大于等于预定值时，即加快刷新操作频率。刷新操作频率可记录于暂存器。藉此，本发明能将擦除所需时间控制在设定的范围内，以提升存储器装置的运作效率。

附图说明

图1表示根据本发明一实施例的存储器装置。

图2表示根据本发明一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。

图3表示根据本发明另一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。

图4表示根据本发明又一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。

图5表示根据本发明再一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。

附图标号：

1～存储器装置；

10～存储器阵列；

11～解码器；

12～写入-读取电路；

13～擦除条件记录器；

14～暂存器；

100～存储元；

add～地址信号；

nerase～擦除脉冲次数；

s0～sn～扇区；

s20…s24～方法步骤；

s30…s35～方法步骤；

s40…s45～方法步骤；

s50…s57～方法步骤；

verase～擦除电压位准。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1表示根据本发明一实施例的存储器装置。参阅图1，存储器装置1包括存储器阵列10、解码器11、写入-读取电路12、擦除条件记录器13、以及暂存器14。存储器阵列10包括配置成多个行与多个列的多个存储元100，且这些多个存储元100共用半导体阱区。这些存储元100被划分成多个扇区(sector)s0～sn。每一扇区s0～sn可包括至少一存储元列。解码器11接收地址信号add，其根据地址信号add可得知将对哪些存储元100进行读取、写入、或擦除操作。写入-读取电路12配合解码器11来操作，以根据解码器11解码地址信号add的结果对被选择的存储元100进行写入或读取。擦除条件记录器13用以记录每个擦除指令中的擦除脉冲次数nerase及/或擦除电压位准verase。暂存器14用以储存至少二个刷新操作频率。刷新操作频率为所有扇区被刷新 一次所对应的擦除指令次数的倒数，其可以数学式表示为：1/(x*n/n’)，其中，每执行x次擦除指令即实施一次刷新操作，n是共用半导体阱区的扇区数目，n’是每次选做刷新的扇区数目。在本发明实施例中，存储器装置1可为一闪存。需要注意的是，于一未绘示的其他实施例中，存储器装置可以具有多个半导体阱区，且每一个半导体阱区对应一个存储器阵列。

本发明的存储器装置1的刷新方法适用于存储器装置1的其中一个半导体阱区的存储器阵列10执行至少一次的擦除指令之后。详细来说，每当存储器装置1执行一个擦除指令时，解码器11根据对应的地址信号add来选择扇区s0～sn的其中一者。此时，解码器11提供至少一擦除脉冲及其对应的电压位准至被选择的扇区中的所有存储元100的晶体管的控制栅极，藉此擦除被选择的扇区。当每次擦除指令执行完毕后，通过擦除条件记录器13来记录擦除脉冲次数及/或擦除电压位准。需要注意的是，随着擦除指令执行次数的增加，被选择的存储元会逐渐老化，需要通过增加擦除脉冲或擦除电压以降低擦除所需时间，因此擦除脉冲次数与擦除电压位准的增加可以反应被选择的存储元的老化状态。

图2表示根据本发明一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。于步骤s20中，记录每个擦除指令中的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准。解码器11根据一个擦除指令所对应的地址信号add，判断出未被选择的那些扇区(步骤s21)。由于扇区s0～sn的这些存储元100共用一个半导体阱区，而在执行擦除操作时，施加至共用半导体阱区的正电压可能会使得未被选择的扇区的存储元所储存的电子遗失，导致了在未被选择的扇区中数据受到干扰。因此，在存储器装置1对对应地址信号add的扇区执行擦除指令后，存储器装置1对未被选择的那些扇区执行本发明的刷新方法，以恢复储存在未被选择的扇区中数据。举例来说，当一个擦除指令所对应的地址信号add为扇区s0，扇区s0被选择来执行擦除，且未被选择的扇区s1-sn中被执行本发明的存储器装置1的刷新方法，以刷新扇区s1-sn中的存储元所储存的数据。

接着，存储器装置1根据擦除条件记录器13所记录的擦除脉冲次数或擦除电压位准，判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值(步骤s22)。当步骤s22的结果为是，即当该任一擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于上述预定值时，使用第二刷新操作频率刷新未被选择的扇区的那些存储元(步骤s23)。当步骤s22的结果为否，即当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，使用第一刷新 操作频率刷新未被选择的扇区的那些存储元，且第一刷新操作频率小于第二刷新操作频率(步骤s24)。

图3表示根据本发明另一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。在本实施例中，于执行固定数量的扇区擦除指令之后，执行一次刷新。刷新操作频率正比于一次刷新操作中所刷新的未被选择的扇区的数量。举例来说，存储器装置1对对应地址信号add的扇区执行擦除指令，且固定每执行两次擦除指令即执行一次刷新操作。其中，于每次开机后，存储器装置1可自暂存器取得一预设刷新操作频率。预设刷新操作频率可为第一刷新操作频率，其将刷新n’个未被选择的扇区的那些存储元。地址信号add例如对应至扇区s0。详细来说，首先，对选择的扇区执行两次擦除指令，并记录每次擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准(步骤s30)。接着，判断出未被选择的那些扇区(步骤s31)。本实施例中，未被选择的那些扇区为扇区s1-sn。接着，存储器装置1根据所记录的擦除脉冲次数或擦除电压位准，判断任一擦除指令的擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值(步骤s32)。当步骤s32的结果为否时，即当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，于第二次擦除指令的最后阶段使用第一刷新操作频率刷新n’个未被选择的扇区的那些存储元(步骤s34)。例如，若一个半导体阱区总共有64个扇区，且n’是16，则第一刷新操作频率为1/8。接着，再对对应地址信号add的扇区执行两次擦除指令。接着，重复步骤s30至s32，以记录每次擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准并判断任一擦除指令的擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值。当步骤s32的结果为否时，即当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，于第二次擦除指令的最后阶段使用第一刷新操作频率刷新n’个未被选择的扇区的那些存储元(步骤s34)。以此类推，直到步骤s32的判断结果为“是”，举例来说，于步骤s32中判断任一擦除指令的擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于一预定值，此时使用第二刷新操作频率刷新n”个未被选择的扇区的那些存储元，且第二刷新操作频率大于第一刷新操作频率，即n”大于n’(步骤s33)。n”例如是32，即第二刷新操作频率为1/4。

于一较佳实施例中，更包括记录已刷新的未被选择的扇区的地址(步骤s35)，并于步骤s33与步骤s34中，刷新未曾被刷新的未被选择的扇区。

图4表示根据本发明又一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。在本实施例中，刷新操作频率正比于一次刷新操作中所对应的扇区擦除指令的数量的倒 数。于执行可变数量的扇区擦除指令之后，对固定数量的未被选择的扇区执行一次刷新。存储器装置1对对应地址信号add的扇区执行擦除指令，且根据刷新操作频率决定刷新操作前的擦除指令数量。其中，于每次开机后，存储器装置1可自暂存器取得一预设刷新操作频率。预设刷新操作频率可为第一刷新操作频率。根据第一刷新操作频率，存储器装置1将在刷新操作前对地址信号add执行x’次的擦除指令。每次刷新操作即对所有的未被选择的扇区执行。详细来说，首先，取得第一刷新操作频率并对对应地址信号add的扇区执行x’次的擦除指令，且记录各擦除脉冲次数及/或擦除电压位准(步骤s40)。地址信号add例如对应至扇区s0。接着，判断出未被选择的那些扇区(步骤s41)。本实施例中，未被选择的那些扇区为扇区s1-sn。接着，存储器装置1根据所记录的擦除脉冲次数或擦除电压位准，判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值(步骤s42)。当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准均小于上述预定值时，维持第一刷新操作频率(步骤s44)。第一刷新操作频率例如为1/8，即x’等于8。接着，重复步骤s40至s42，以执行x’次的擦除指令、记录各擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准，并判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值。当所有擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，维持第一刷新操作频率并刷新所有的未被选择的扇区的那些存储元(步骤s44)。以此类推，直到步骤s42的判断结果为“是”，即于步骤s42中判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于一预定值，此时使用第二刷新操作频率(步骤s43)。其中，第二刷新操作频率大于第一刷新操作频率。第二刷新操作频率例如为，于执行x”次的擦除指令之后，对所有的未被选择的扇区执行一次刷新，且x”小于x’。进一步地，第二刷新操作频率例如为1/4，即x”为4。接着，执行x”次的擦除指令并记录各擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准(步骤s45)，并判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值(步骤s42)。根据步骤s42的判断结果为“是”，接着，使用第二刷新操作频率并刷新所有的未被选择的扇区的那些存储元(步骤s43)。

图5表示根据本发明再一实施例的存储器装置的刷新方法的步骤流程示意图。在本实施例中，于执行可变数量的扇区擦除指令之后，执行一次刷新，且一次刷新中所选择的未被选择的扇区的数量亦为可变的。藉此，调整刷新操作频率。详细来说，存储器装置1根据收到的控制指令而对对应地址信号add的记忆区域执行擦除指令，其中，于每次开机后，存储器装置1可自暂存器取得一预设刷新操作频率。预设刷新操 作频率可为第一刷新操作频率，根据第一刷新操作频率，存储器装置1将每执行x’次的擦除指令即对n’个未被选择的扇区执行一次刷新。x’例如为4，n’例如为16。地址信号add例如对应至扇区s0。详细来说，首先，取得第一刷新操作频率以对选择的扇区执行x’次的擦除指令，并记录各擦除指令下的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准(步骤s50)。接着，判断出未被选择的那些扇区(步骤s51)。本实施例中，未被选择的那些扇区为扇区s1-sn。接着，存储器装置1根据所记录的擦除脉冲次数或擦除电压位准，判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值(步骤s52)。当步骤s52的结果为否，即当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，于第x’次擦除指令的最后阶段使用第一刷新操作频率刷新n’个未被选择的扇区的那些存储元(步骤s54)。第一刷新操作频率例如是1/16。接着，再对地址信号add执行x’次的擦除指令。接着，重复步骤s50至s52，以记录各擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准并判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准是否大于等于一预定值。当所有的擦除脉冲次数或擦除电压位准小于上述预定值时，于第x’次擦除指令的最后阶段使用第一刷新操作频率刷新n’个未被选择的扇区的那些存储元(步骤s54)。以此类推，直到步骤s52的判断结果为“是”，举例来说，于步骤s52中判断任一擦除脉冲次数或擦除电压位准大于等于一预定值，此时使用第二刷新操作频率，且第二刷新操作频率大于第一刷新操作频率，即n”大于n’且x”小于x’(步骤s53)。第二刷新操作频率例如为1/4，且对应至x”等于2次的擦除指令以及一次刷新n”等于32个的未被选择的扇区。接着，对选择的扇区累计执行x”次的擦除指令，并记录各擦除指令的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准(s55)。根据步骤s52的判断结果为“是”，接着，使用第二刷新操作频率并刷新n”个未被选择的扇区的那些存储元(步骤s53)。

于一较佳实施例中，于步骤s53与步骤s54之后更分别包括记录已刷新的未被选择的扇区的地址(步骤s56与s57)，并于步骤s53与步骤s54中，刷新未曾被刷新的未被选择的扇区。

上述实施例仅举例设定两种刷新操作频率，然而，本发明不限于此。根据使用者的需求，亦可定义两个以上的预定值，以设定三个以上的刷新操作频率。

当擦除脉冲次数及/或擦除电压位准大于或等于预定值时，为改善存储元的老化所带来的未被选择的扇区的那些编程化存储元的晶体管的临界电压下降的问题，将增加刷新操作频率。相对地，在存储元老化程度较低的阶段，采用较小的刷新操作频率， 以避免漏极干扰并提升刷新效率。藉此，本发明能将擦除所需时间控制在设定的范围内。根据上述实施例，通过记录各擦除指令下的擦除脉冲次数及/或擦除电压位准，可动态地调整刷新操作频率，如此一来能让存储器装置1更有效率地运作。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属本领域相关人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。