存储器操作方法及相关的存储器装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种存储器操作方法及相关的存储器装置，该存储器操作方法包括以下步骤：对存储单元施加第一读取电压；当第一读取电压无法读取存储单元的数据时，对存储单元施加第二读取电压。该存储器装置包括：一存储器阵列，包括至少一存储单元以储存数据；以及一控制器，耦接至该存储器阵列，该控制器对该至少一存储单元施加一第一读取电压，并在该第一读取电压无法读取该至少一存储单元的该数据时，对该至少一存储单元施加一第二读取电压。
【专利说明】
存储器操作方法及相关的存储器装置
技术领域
[0001]本发明是有关于一种存储器操作方法及相关的存储器装置。
【背景技术】
[0002]针对相变化存储器(Phase Change Memory, PCM)的多阶存储单元(Multi LevelCell, MLC)技术是一种用以增加存储器密度并降低单位比特成本的关键技术。
[0003]—般来说，PCM存储单元可透过安排多个电阻状态来储存数据。换言之，在PCM存储单元中，数据被储存为电阻状态。然而，PCM存储单元在特定读取电压下的所能安排的电阻状态数量是有限的，进而限制了存储单元的数据容量。
[0004]因此，如何提供一种存储器操作方法及相关的存储器装置，以增加存储单元的储存容量，为目前业界所致力的课题之一。
【发明内容】
[0005]本发明是有关于一种存储器操作方法及相关的存储器装置，其利用存储器的非线性电阻特性，使存储单元可在不同读取电压下被安排更多的数据电平。
[0006]根据本发明的一方面，提出一种存储器操作方法。此存储器操作方法包括以下步骤:对存储单元施加第一读取电压；以及当第一读取电压无法读取存储单元的数据时，对存储单元施加第二读取电压。
[0007]根据本发明的另一方面，提出一种存储器装置。此存储器装置包括存储器阵列以及控制器。存储器阵列包括至少一存储单元以储存数据。控制器耦接至此存储器阵列，其中，此控制器对此至少一存储单元施加第一读取电压，并在此第一读取电压无法读取此至少一存储单元的数据时，对此至少一存储单元施加第二读取电压。
[0008]为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【附图说明】
[0009]图1绘示存储单元的电阻值对读取电压的非线性特性。
[0010]图2绘示依据本发明的一实施例的存储器装置。
[0011]图3绘示依据本发明的一实施例的存储器操作方法的写入流程图。
[0012]图4绘示存储单元的电阻值与读取电压的关系图的一例。
[0013]图5绘示存储单元的电阻值与读取电压的关系图的一例。
[0014]图6绘示依据本发明的一实施例的存储器操作方法的流程图。
[0015]图7绘示依据本发明的另一实施例的存储器操作方法的流程图。
[0016]【符号说明】
[0017]RSW:电阻感测窗
[0018]Rmax:上限值
[0019]Rmin:下限值
[0020]R1、R2、R3:电阻值
[0021]200:存储器装置
[0022]202:存储器阵列
[0023]204:控制器
[0024]MC:存储单元
[0025]BL:位线
[0026]WL:字线
[0027]300、600、700:流程图
[0028]302、304、306、308、310、312、314、602、604、606、608、610、612、702、704、706、708、710:步骤
【具体实施方式】
[0029]以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式是省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
[0030]图1绘示存储单元的电阻值对读取电压的特性的一例。此处所述的存储单元例如是针对相变化存储器(Phase Change Memory, PCM)的多阶存储单元(Multi LevelCell，MLC)。由图1可看出，当读取电压越高，存储单元电阻值(例如R1、R2或R3)会变得越低。举例来说，当以0.4伏的读取电压读取时，所得到的存储单元电阻值Rl约为100K欧姆；当以0.9伏的读取电压读取时，所得到的存储单元电阻值Rl降低至约13K欧姆。
[0031]为读出存储单元所储存的数据，存储器控制器可对存储单元施加读取电压，使后端电路(未绘示)可得到存储单元电阻值或存储单元电流值的信息。然而，当所得到的存储单元电阻值太低或太高(或是得到的电流值太高或太低)，后端电路将无法读出存储单元所储存的数据。以图1为例，倘若存储单元电阻值大于在0.4伏读取电压下的电阻感测窗RSW的上限值Rmax (例如约IM欧姆)，后端电路所侦测到的电流将会过低以致于无法用来读出存储单元的所储存的数据。另一方面，当存储单元电阻值低于此电阻感测窗RSW的下限值Rmin (例如约100K欧姆)，后端电路会侦测到过大的电流而造成读取干扰(readdisturb)。因此，在图1的例子中，存储单元电阻值R1、R2、R3只可被其所对应的读取电压(也就是约0.3伏至0.5伏的电压)侦测出。需注意的是，此处所述的存储单元电阻值可视为一个用以储存数据的数据电平。
[0032]—般来说，在一特定的读取电压下，存储单元的电阻感测窗的范围内所能容纳的数据电平数量是有限的。当电阻感测窗中的数据电平数量过多(例如大于3或4个数据电平)，此将增加错误读取的机会，进而限制了存储单元的数据容量。
[0033]为了达到较高的存储单元容量，本发明提供一种存储器操作方法及相关的存储器装置，使存储单元可被安排更多的数据电平。相较于传统以单一电压进行数据写入的存储器技术，本发明所提供之存储器操作方法及相关的存储器装置可在不同的读取电压下对存储单元写入额外的数据，使存储单元容量可显着地被提升。
[0034]请参考图2及图3。图2绘示依据本发明的一实施例的存储器装置200。图3绘示依据本发明的一实施例的存储器操作方法的写入流程图300。存储器装置200包括存储器阵列202以及控制器204。存储器阵列202包括至少一存储单元MC以储存数据。控制器204耦接至存储器阵列202，用以控制存储器阵列202的操作。存储单元MC例如是针对PCM的MLC，或是其它形式的存储器。控制器204例如是存储器控制集成电路、微处理器或其它形式的控制电路。
[0035]控制器204可执行如图3所示的存储器操作方法以执行存储器写入操作。在步骤302，控制器204判断写入数据所对应的存储单元电阻值是否落在中间读取电压下的电阻感测窗RSW之内。若是，控制器204以此中间读取电压对存储单元MC执行编程及验证(program and verify)操作，使存储单元MC的电阻值达到电阻感测窗RSW内的目标电阻值，如步骤304所示。在此例子中，中间读取电压约为0.3伏至0.5伏，电阻感测窗RSW的电阻值范围约100K欧姆至IM欧姆，但本发明并不限于此。电阻感测窗RSW的范围可依据后端电路感测能力而有所不同。在执行步骤304之后，存储单元MC电阻值对读取电压的特征可如图1所示。可注意到存储单元电阻值Rl、R2、R3只可被其所对应的读取电压(也就是约0.3伏至0.5伏的电压)侦测出。
[0036]在步骤306，控制器204判断写入数据是否为额外的数据(也就是对应其它读取电压的数据)。若是，在步骤308，控制器204接着判断此写入数据所对应的存储单元电阻值在中间读取电压下是否大于电阻感测窗RSW的上限值Rmax。若步骤308的判断结果为是，控制器204选择大于中间读取电压的高读取电压对存储单元MC执行编程及验证操作，使得存储单元MC在被高读取电压读取时所对应的电阻值落在电阻感测窗RSW的范围之内，如步骤310所示。在此例子中，步骤210中所选用的高读取电压约为0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏。
[0037]在步骤312，控制器204判断写入数据所对应的存储单元电阻值在中间读取电压下是否低于电阻感测窗RSW的下限值Rmin。若是，控制器204选择小于中间读取电压的低读取电压对存储单元MC执行编程及验证操作，使得存储单元MC在被此低读取电压读取时所对应的电阻值落在电阻感测窗RSW的范围之内，如步骤314所示。在此例子中，步骤314中所选用的低读取电压约为0.1伏至0.2伏。
[0038]简述流程图300，控制器204可判断写入数据所对应的存储单元电阻值在一初始读取电压(例如中间读取电压)下是否落在电阻感测窗RSW的范围之内。若是，控制器204直接以此初始读取电压对存储单元MC执行编程及验证操作。若否，控制器204则选择以新读取电压(例如，低读取电压或高读取电压)对存储单元MC执行编程及验证操作，使得存储单元MC在被此新读取电压读取时所对应的电阻值落在电阻感测窗RSW的范围之内。
[0039]图4绘示以步骤310执行写入操作后，存储单元MC的电阻值与读取电压的关系图的一例。在图4的例子中，存储单元电阻值R1、R2、R3只可被0.8伏至0.9伏的高读取电压侦测出。若是以其它较低的读取电压(例如0.4伏的读取电压)来读取存储单元MC，则会得到超出电阻感测窗RSW上限值Rmax的存储单元电阻值。因此，相较于图1，在高读取电压条件下的电阻感测窗RSW内可被安排额外的数据电平组。
[0040]图5绘示以步骤314执行写入操作后，存储单元MC的电阻值与读取电压的关系图的一例。在图5的例子中，存储单元电阻值Rl、R2、R3只可被0.1伏至0.2伏的低读取电压侦测出。若是以其它较高的读取电压(例如0.4伏或0.9伏的读取电压)来读取存储单元，则会得到低于电阻感测窗RSW下限值Rmin的电阻值。因此，相较于图1，存储单元MC可在低读取电压条件下的电阻感测窗RSW中安排额外的数据电平组。
[0041 ] 综合图1、图4、图5，可知通过使用三个不同的读取电压(低、中、高读取电压)，可提供三个独立的电阻感测窗。各电阻感测窗只需储存2至3个电阻值电平(也就是数据电平)，即可提供3位/单元的MLC。此外，正确的存储单元数据电平只能使用对应的读取电压来感测，故可避免读取干扰。基于这样的概念，若存储单元MC可容纳多个数据电平以储存数据，第一读取电压可用以感测这些数据电平中的一组数据电平，第二读取电压可用以感测这些数据电平中的另一组数据电平，第三读取电压可用以感测这些数据电平中的又一组数据电平，以此类推。可以理解的是，本发明并不限于此。读取电压的大小以及各读取电压条件下电阻感测窗中的数据电平数目可依据实际需求而有所调整。此外，本发明的存储器操作方法及相关的存储器装置亦可适用多于三组的读取电压(例如极低读取电压、低读取电压、中间读取电压、高读取电压、极高读取电压)以进行读写操作。在各阻读取电压下，存储单元MC可被安排对应的数据电平组。
[0042]图6绘示依据本发明的一实施例的存储器操作方法的流程图600。控制器204可执行如图6所示的存储器操作方法以执行存储器读出操作。在步骤602，控制器204透过位线BL对存储单元MC施加中间读取电压(例如约0.3伏至0.5伏)。字线WL的电压例如是I伏至1.5伏。
[0043]在步骤604，控制器204判断是否有读取到存储单元MC的数据。若有，控制器204完成对存储单元MC的读取。若否，控制器204接着依据在中间读取电压条件下所得到的存储单元MC量值(例如，存储单元电阻值或存储单元电流值)，判断存储单元MC的电阻值是否大于电阻感测窗RSW的上限值Rmax(或是判断存储单元电流值是否小于一第一阈值)，如步骤606所示。若是，控制器204将施加高读取电压(例如0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏)以读取存储单元MC的对应数据电平组，如步骤608所示。
[0044]在步骤610，控制器204依据在中间读取电压条件下所得到的存储单元MC的量值，判断存储单元MC的电阻值是否低于电阻感测窗RSW的下限值Rmin (或是判断电流值是否大于一第二阈值)。若是，控制器204将施加低读取电压(例如0.1伏至0.2伏)以读取存储单元MC的对应数据电平组，如步骤612所示。
[0045]图7绘示依据本发明的另一实施例的存储器操作方法的流程图700。控制器204可执行如图7所示的存储器操作方法以执行存储器读出操作。与流程图600的主要差异在于，流程图700系施加由低到高的读取电压以读出储存的数据。
[0046]如步骤702所示，控制器204施加低读取电压(例如0.1伏至0.2伏)以读取存储单元MC。在步骤704，控制器204判断是否有读取到存储单元MC的数据。若有，控制器204完成对存储单元MC的读取。若否，则程序进入步骤706。
[0047]在步骤706，控制器204施加中间读取电压(例如0.3伏至0.5伏)以读取存储单元MC的对应数据电平组。在步骤708，控制器204判断是否有读取到存储单元MC的数据。若有，控制器204完成对存储单元MC的读取。若否，则程序进入步骤710。
[0048]在步骤710，控制器204施加高读取电压(例如0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏)以读取存储单元MC的对应数据电平组。在步骤712，控制器204判断是否有读取到存储单元MC的数据。若有，控制器204完成对存储单元MC的读取。
[0049]简述上述的读取操作，控制器204系先施加对存储单元MC施加第一读取电压，以针对存储单元MC中对应的第一数据电平组进行读取。若此第一读取电压无法读取存储单元的数据时，控制器204接着对存储单元MC施加第二读取电压，以针对存储单元MC中对应的第二数据电平组进行读取，以此类推。
[0050]综上所述，本发明提供一种存储器操作方法及相关的存储器装置，其利用存储器在不同读取电压下的非线性电阻特性，使存储单元可被安排更多的数据电平以储存数据。因此，相较于传统存储器读/写技术，本发明所提供之存储器操作方法及相关的存储器装置可使存储单元容量可显着地被提升。
[0051]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定的为准。
【主权项】
1.一种存储器操作方法，包括: 对一存储单元施加一第一读取电压；以及 当该第一读取电压无法读取该存储单元的数据时，对该存储单元施加一第二读取电压。2.根据权利要求1所述的存储器操作方法，更包括: 依据施加该第一读取电压所取得的该存储单元的量值，决定该第二读取电压的大小。3.根据权利要求1所述的存储器操作方法，其中当该存储单元在该第一读取电压下的电阻值大于一电阻感测窗的一上限值，设定该第二读取电压大于该第一读取电压；当该存储单元在该第一读取电压下的电阻值小于该电阻感测窗的一下限值，设定该第二读取电压小于该第一读取电压。4.根据权利要求3所述的存储器操作方法，其中该第一读取电压为0.3伏至0.5伏，该电阻感测窗的范围从10K欧姆至IM欧姆，该存储器操作方法更包括: 当该存储单元在该第一读取电压下的电阻值大于该电阻感测窗的该上限值，该第二读取电压为0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏；以及 当该存储单元在该第一读取电压下的电阻值小于该电阻感测窗的该下限值，该第二读取电压为0.1伏至0.2伏。5.根据权利要求1所述的存储器操作方法，更包括: 当该第二读取电压无法读取该存储单元的数据时，对该存储单元施加一第三读取电压； 其中该第二读取电压大于该第一读取电压，该第三读取电压大于该第一读取电压以及该第二读取电压，该第一读取电压为0.1伏至0.2伏，该第二读取电压为0.3伏至0.5伏，该第三读取电压为0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏。6.根据权利要求1所述的存储器操作方法，其中该存储单元容纳多个数据电平，该第一读取电压用以感测一第一组的这些数据电平，该第二读取电压用以感测一第二组的这些数据电平。7.根据权利要求1所述的存储器操作方法，更包括: 判断写入数据所对应的存储单元电阻值在该第一读取电压下是否落在一电阻感测窗之内； 若是，以该第一读取电压对该存储单元进行编程及验证操作； 若否，以该第二读取电压对该存储单元进行该编程及验证操作； 其中若该写入数据所对应的该存储单元电阻值在该第一读取电压下超出该电阻感测窗，该第二读取电压为0.8伏至0.9伏或大于0.9伏；若该写入数据所对应的该存储单元电阻值在该第一读取电压下低于在该电阻感测窗，该第二读取电压为0.1伏至0.2伏。8.一种存储器装置，包括: 一存储器阵列，包括至少一存储单元以储存数据；以及 一控制器，耦接至该存储器阵列，该控制器对该至少一存储单元施加一第一读取电压，并在该第一读取电压无法读取该至少一存储单元的该数据时，对该至少一存储单元施加一第二读取电压。9.根据权利要求8所述的存储器装置，其中该存储单元容纳多个数据电平，该第一读取电压用以感测一组的这些数据电平，该第二读取电压用以感测另一组的这些数据电平；其中该第一读取电压为0.3伏至0.5伏，该第二读取电压为0.1伏至0.2伏，或为大于0.8 伏。10.根据权利要求8所述的存储器装置，其中该控制器判断写入数据所对应的存储单元电阻值在该第一读取电压下是否落在一电阻感测窗之内； 若是，该控制器以该第一读取电压对该存储单元进行编程及验证操作；以及 若否，该控制器以该第二读取电压对该存储单元进行该编程及验证操作。
【文档编号】G11C11/56GK105825884SQ201510242018
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年5月13日
【发明人】吴昭谊
【申请人】旺宏电子股份有限公司