存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置，該存儲器操作方法包括以下步驟：對存儲單元施加第一讀取電壓；當?shù)谝蛔x取電壓無法讀取存儲單元的數(shù)據(jù)時，對存儲單元施加第二讀取電壓。該存儲器裝置包括：一存儲器陣列，包括至少一存儲單元以儲存數(shù)據(jù)；以及一控制器，耦接至該存儲器陣列，該控制器對該至少一存儲單元施加一第一讀取電壓，并在該第一讀取電壓無法讀取該至少一存儲單元的該數(shù)據(jù)時，對該至少一存儲單元施加一第二讀取電壓。
【專利說明】
存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]針對相變化存儲器(Phase Change Memory, PCM)的多階存儲單元(Multi LevelCell, MLC)技術(shù)是一種用以增加存儲器密度并降低單位比特成本的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]—般來說，PCM存儲單元可透過安排多個電阻狀態(tài)來儲存數(shù)據(jù)。換言之，在PCM存儲單元中，數(shù)據(jù)被儲存為電阻狀態(tài)。然而，PCM存儲單元在特定讀取電壓下的所能安排的電阻狀態(tài)數(shù)量是有限的，進而限制了存儲單元的數(shù)據(jù)容量。
[0004]因此，如何提供一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置，以增加存儲單元的儲存容量，為目前業(yè)界所致力的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是有關(guān)于一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置，其利用存儲器的非線性電阻特性，使存儲單元可在不同讀取電壓下被安排更多的數(shù)據(jù)電平。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種存儲器操作方法。此存儲器操作方法包括以下步驟:對存儲單元施加第一讀取電壓；以及當?shù)谝蛔x取電壓無法讀取存儲單元的數(shù)據(jù)時，對存儲單元施加第二讀取電壓。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種存儲器裝置。此存儲器裝置包括存儲器陣列以及控制器。存儲器陣列包括至少一存儲單元以儲存數(shù)據(jù)?？刂破黢罱又链舜鎯ζ麝嚵?，其中，此控制器對此至少一存儲單元施加第一讀取電壓，并在此第一讀取電壓無法讀取此至少一存儲單元的數(shù)據(jù)時，對此至少一存儲單元施加第二讀取電壓。
[0008]為了對本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下:
【附圖說明】
[0009]圖1繪示存儲單元的電阻值對讀取電壓的非線性特性。
[0010]圖2繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器裝置。
[0011]圖3繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器操作方法的寫入流程圖。
[0012]圖4繪示存儲單元的電阻值與讀取電壓的關(guān)系圖的一例。
[0013]圖5繪示存儲單元的電阻值與讀取電壓的關(guān)系圖的一例。
[0014]圖6繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器操作方法的流程圖。
[0015]圖7繪示依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的存儲器操作方法的流程圖。
[0016]【符號說明】
[0017]RSW:電阻感測窗
[0018]Rmax:上限值
[0019]Rmin:下限值
[0020]R1、R2、R3:電阻值
[0021]200:存儲器裝置
[0022]202:存儲器陣列
[0023]204:控制器
[0024]MC:存儲單元
[0025]BL:位線
[0026]WL:字線
[0027]300、600、700:流程圖
[0028]302、304、306、308、310、312、314、602、604、606、608、610、612、702、704、706、708、710:步驟
【具體實施方式】
[0029]以下是提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為范例說明，并不會限縮本發(fā)明欲保護的范圍。此外，實施例中的圖式是省略不必要的元件，以清楚顯示本發(fā)明的技術(shù)特點。
[0030]圖1繪示存儲單元的電阻值對讀取電壓的特性的一例。此處所述的存儲單元例如是針對相變化存儲器(Phase Change Memory, PCM)的多階存儲單元(Multi LevelCell，MLC)。由圖1可看出，當讀取電壓越高，存儲單元電阻值(例如R1、R2或R3)會變得越低。舉例來說，當以0.4伏的讀取電壓讀取時，所得到的存儲單元電阻值Rl約為100K歐姆；當以0.9伏的讀取電壓讀取時，所得到的存儲單元電阻值Rl降低至約13K歐姆。
[0031]為讀出存儲單元所儲存的數(shù)據(jù)，存儲器控制器可對存儲單元施加讀取電壓，使后端電路(未繪示)可得到存儲單元電阻值或存儲單元電流值的信息。然而，當所得到的存儲單元電阻值太低或太高(或是得到的電流值太高或太低)，后端電路將無法讀出存儲單元所儲存的數(shù)據(jù)。以圖1為例，倘若存儲單元電阻值大于在0.4伏讀取電壓下的電阻感測窗RSW的上限值Rmax (例如約IM歐姆)，后端電路所偵測到的電流將會過低以致于無法用來讀出存儲單元的所儲存的數(shù)據(jù)。另一方面，當存儲單元電阻值低于此電阻感測窗RSW的下限值Rmin (例如約100K歐姆)，后端電路會偵測到過大的電流而造成讀取干擾(readdisturb)。因此，在圖1的例子中，存儲單元電阻值R1、R2、R3只可被其所對應的讀取電壓(也就是約0.3伏至0.5伏的電壓)偵測出。需注意的是，此處所述的存儲單元電阻值可視為一個用以儲存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)電平。
[0032]—般來說，在一特定的讀取電壓下，存儲單元的電阻感測窗的范圍內(nèi)所能容納的數(shù)據(jù)電平數(shù)量是有限的。當電阻感測窗中的數(shù)據(jù)電平數(shù)量過多(例如大于3或4個數(shù)據(jù)電平)，此將增加錯誤讀取的機會，進而限制了存儲單元的數(shù)據(jù)容量。
[0033]為了達到較高的存儲單元容量，本發(fā)明提供一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置，使存儲單元可被安排更多的數(shù)據(jù)電平。相較于傳統(tǒng)以單一電壓進行數(shù)據(jù)寫入的存儲器技術(shù)，本發(fā)明所提供之存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置可在不同的讀取電壓下對存儲單元寫入額外的數(shù)據(jù)，使存儲單元容量可顯著地被提升。
[0034]請參考圖2及圖3。圖2繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器裝置200。圖3繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器操作方法的寫入流程圖300。存儲器裝置200包括存儲器陣列202以及控制器204。存儲器陣列202包括至少一存儲單元MC以儲存數(shù)據(jù)?？刂破?04耦接至存儲器陣列202，用以控制存儲器陣列202的操作。存儲單元MC例如是針對PCM的MLC，或是其它形式的存儲器。控制器204例如是存儲器控制集成電路、微處理器或其它形式的控制電路。
[0035]控制器204可執(zhí)行如圖3所示的存儲器操作方法以執(zhí)行存儲器寫入操作。在步驟302，控制器204判斷寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值是否落在中間讀取電壓下的電阻感測窗RSW之內(nèi)。若是，控制器204以此中間讀取電壓對存儲單元MC執(zhí)行編程及驗證(program and verify)操作，使存儲單元MC的電阻值達到電阻感測窗RSW內(nèi)的目標電阻值，如步驟304所示。在此例子中，中間讀取電壓約為0.3伏至0.5伏，電阻感測窗RSW的電阻值范圍約100K歐姆至IM歐姆，但本發(fā)明并不限于此。電阻感測窗RSW的范圍可依據(jù)后端電路感測能力而有所不同。在執(zhí)行步驟304之后，存儲單元MC電阻值對讀取電壓的特征可如圖1所示?？勺⒁獾酱鎯卧娮柚礡l、R2、R3只可被其所對應的讀取電壓(也就是約0.3伏至0.5伏的電壓)偵測出。
[0036]在步驟306，控制器204判斷寫入數(shù)據(jù)是否為額外的數(shù)據(jù)(也就是對應其它讀取電壓的數(shù)據(jù))。若是，在步驟308，控制器204接著判斷此寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值在中間讀取電壓下是否大于電阻感測窗RSW的上限值Rmax。若步驟308的判斷結(jié)果為是，控制器204選擇大于中間讀取電壓的高讀取電壓對存儲單元MC執(zhí)行編程及驗證操作，使得存儲單元MC在被高讀取電壓讀取時所對應的電阻值落在電阻感測窗RSW的范圍之內(nèi)，如步驟310所示。在此例子中，步驟210中所選用的高讀取電壓約為0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏。
[0037]在步驟312，控制器204判斷寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值在中間讀取電壓下是否低于電阻感測窗RSW的下限值Rmin。若是，控制器204選擇小于中間讀取電壓的低讀取電壓對存儲單元MC執(zhí)行編程及驗證操作，使得存儲單元MC在被此低讀取電壓讀取時所對應的電阻值落在電阻感測窗RSW的范圍之內(nèi)，如步驟314所示。在此例子中，步驟314中所選用的低讀取電壓約為0.1伏至0.2伏。
[0038]簡述流程圖300，控制器204可判斷寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值在一初始讀取電壓(例如中間讀取電壓)下是否落在電阻感測窗RSW的范圍之內(nèi)。若是，控制器204直接以此初始讀取電壓對存儲單元MC執(zhí)行編程及驗證操作。若否，控制器204則選擇以新讀取電壓(例如，低讀取電壓或高讀取電壓)對存儲單元MC執(zhí)行編程及驗證操作，使得存儲單元MC在被此新讀取電壓讀取時所對應的電阻值落在電阻感測窗RSW的范圍之內(nèi)。
[0039]圖4繪示以步驟310執(zhí)行寫入操作后，存儲單元MC的電阻值與讀取電壓的關(guān)系圖的一例。在圖4的例子中，存儲單元電阻值R1、R2、R3只可被0.8伏至0.9伏的高讀取電壓偵測出。若是以其它較低的讀取電壓(例如0.4伏的讀取電壓)來讀取存儲單元MC，則會得到超出電阻感測窗RSW上限值Rmax的存儲單元電阻值。因此，相較于圖1，在高讀取電壓條件下的電阻感測窗RSW內(nèi)可被安排額外的數(shù)據(jù)電平組。
[0040]圖5繪示以步驟314執(zhí)行寫入操作后，存儲單元MC的電阻值與讀取電壓的關(guān)系圖的一例。在圖5的例子中，存儲單元電阻值Rl、R2、R3只可被0.1伏至0.2伏的低讀取電壓偵測出。若是以其它較高的讀取電壓(例如0.4伏或0.9伏的讀取電壓)來讀取存儲單元，則會得到低于電阻感測窗RSW下限值Rmin的電阻值。因此，相較于圖1，存儲單元MC可在低讀取電壓條件下的電阻感測窗RSW中安排額外的數(shù)據(jù)電平組。
[0041 ] 綜合圖1、圖4、圖5，可知通過使用三個不同的讀取電壓(低、中、高讀取電壓)，可提供三個獨立的電阻感測窗。各電阻感測窗只需儲存2至3個電阻值電平(也就是數(shù)據(jù)電平)，即可提供3位/單元的MLC。此外，正確的存儲單元數(shù)據(jù)電平只能使用對應的讀取電壓來感測，故可避免讀取干擾?；谶@樣的概念，若存儲單元MC可容納多個數(shù)據(jù)電平以儲存數(shù)據(jù)，第一讀取電壓可用以感測這些數(shù)據(jù)電平中的一組數(shù)據(jù)電平，第二讀取電壓可用以感測這些數(shù)據(jù)電平中的另一組數(shù)據(jù)電平，第三讀取電壓可用以感測這些數(shù)據(jù)電平中的又一組數(shù)據(jù)電平，以此類推?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明并不限于此。讀取電壓的大小以及各讀取電壓條件下電阻感測窗中的數(shù)據(jù)電平數(shù)目可依據(jù)實際需求而有所調(diào)整。此外，本發(fā)明的存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置亦可適用多于三組的讀取電壓(例如極低讀取電壓、低讀取電壓、中間讀取電壓、高讀取電壓、極高讀取電壓)以進行讀寫操作。在各阻讀取電壓下，存儲單元MC可被安排對應的數(shù)據(jù)電平組。
[0042]圖6繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例的存儲器操作方法的流程圖600。控制器204可執(zhí)行如圖6所示的存儲器操作方法以執(zhí)行存儲器讀出操作。在步驟602，控制器204透過位線BL對存儲單元MC施加中間讀取電壓(例如約0.3伏至0.5伏)。字線WL的電壓例如是I伏至1.5伏。
[0043]在步驟604，控制器204判斷是否有讀取到存儲單元MC的數(shù)據(jù)。若有，控制器204完成對存儲單元MC的讀取。若否，控制器204接著依據(jù)在中間讀取電壓條件下所得到的存儲單元MC量值(例如，存儲單元電阻值或存儲單元電流值)，判斷存儲單元MC的電阻值是否大于電阻感測窗RSW的上限值Rmax(或是判斷存儲單元電流值是否小于一第一閾值)，如步驟606所示。若是，控制器204將施加高讀取電壓(例如0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏)以讀取存儲單元MC的對應數(shù)據(jù)電平組，如步驟608所示。
[0044]在步驟610，控制器204依據(jù)在中間讀取電壓條件下所得到的存儲單元MC的量值，判斷存儲單元MC的電阻值是否低于電阻感測窗RSW的下限值Rmin (或是判斷電流值是否大于一第二閾值)。若是，控制器204將施加低讀取電壓(例如0.1伏至0.2伏)以讀取存儲單元MC的對應數(shù)據(jù)電平組，如步驟612所示。
[0045]圖7繪示依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的存儲器操作方法的流程圖700?？刂破?04可執(zhí)行如圖7所示的存儲器操作方法以執(zhí)行存儲器讀出操作。與流程圖600的主要差異在于，流程圖700系施加由低到高的讀取電壓以讀出儲存的數(shù)據(jù)。
[0046]如步驟702所示，控制器204施加低讀取電壓(例如0.1伏至0.2伏)以讀取存儲單元MC。在步驟704，控制器204判斷是否有讀取到存儲單元MC的數(shù)據(jù)。若有，控制器204完成對存儲單元MC的讀取。若否，則程序進入步驟706。
[0047]在步驟706，控制器204施加中間讀取電壓(例如0.3伏至0.5伏)以讀取存儲單元MC的對應數(shù)據(jù)電平組。在步驟708，控制器204判斷是否有讀取到存儲單元MC的數(shù)據(jù)。若有，控制器204完成對存儲單元MC的讀取。若否，則程序進入步驟710。
[0048]在步驟710，控制器204施加高讀取電壓(例如0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏)以讀取存儲單元MC的對應數(shù)據(jù)電平組。在步驟712，控制器204判斷是否有讀取到存儲單元MC的數(shù)據(jù)。若有，控制器204完成對存儲單元MC的讀取。
[0049]簡述上述的讀取操作，控制器204系先施加對存儲單元MC施加第一讀取電壓，以針對存儲單元MC中對應的第一數(shù)據(jù)電平組進行讀取。若此第一讀取電壓無法讀取存儲單元的數(shù)據(jù)時，控制器204接著對存儲單元MC施加第二讀取電壓，以針對存儲單元MC中對應的第二數(shù)據(jù)電平組進行讀取，以此類推。
[0050]綜上所述，本發(fā)明提供一種存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置，其利用存儲器在不同讀取電壓下的非線性電阻特性，使存儲單元可被安排更多的數(shù)據(jù)電平以儲存數(shù)據(jù)。因此，相較于傳統(tǒng)存儲器讀/寫技術(shù)，本發(fā)明所提供之存儲器操作方法及相關(guān)的存儲器裝置可使存儲單元容量可顯著地被提升。
[0051]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求范圍所界定的為準。
【主權(quán)項】
1.一種存儲器操作方法，包括: 對一存儲單元施加一第一讀取電壓；以及 當該第一讀取電壓無法讀取該存儲單元的數(shù)據(jù)時，對該存儲單元施加一第二讀取電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器操作方法，更包括: 依據(jù)施加該第一讀取電壓所取得的該存儲單元的量值，決定該第二讀取電壓的大小。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器操作方法，其中當該存儲單元在該第一讀取電壓下的電阻值大于一電阻感測窗的一上限值，設定該第二讀取電壓大于該第一讀取電壓；當該存儲單元在該第一讀取電壓下的電阻值小于該電阻感測窗的一下限值，設定該第二讀取電壓小于該第一讀取電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲器操作方法，其中該第一讀取電壓為0.3伏至0.5伏，該電阻感測窗的范圍從10K歐姆至IM歐姆，該存儲器操作方法更包括: 當該存儲單元在該第一讀取電壓下的電阻值大于該電阻感測窗的該上限值，該第二讀取電壓為0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏；以及 當該存儲單元在該第一讀取電壓下的電阻值小于該電阻感測窗的該下限值，該第二讀取電壓為0.1伏至0.2伏。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器操作方法，更包括: 當該第二讀取電壓無法讀取該存儲單元的數(shù)據(jù)時，對該存儲單元施加一第三讀取電壓； 其中該第二讀取電壓大于該第一讀取電壓，該第三讀取電壓大于該第一讀取電壓以及該第二讀取電壓，該第一讀取電壓為0.1伏至0.2伏，該第二讀取電壓為0.3伏至0.5伏，該第三讀取電壓為0.8伏至0.9伏，或大于0.9伏。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器操作方法，其中該存儲單元容納多個數(shù)據(jù)電平，該第一讀取電壓用以感測一第一組的這些數(shù)據(jù)電平，該第二讀取電壓用以感測一第二組的這些數(shù)據(jù)電平。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲器操作方法，更包括: 判斷寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值在該第一讀取電壓下是否落在一電阻感測窗之內(nèi)； 若是，以該第一讀取電壓對該存儲單元進行編程及驗證操作； 若否，以該第二讀取電壓對該存儲單元進行該編程及驗證操作； 其中若該寫入數(shù)據(jù)所對應的該存儲單元電阻值在該第一讀取電壓下超出該電阻感測窗，該第二讀取電壓為0.8伏至0.9伏或大于0.9伏；若該寫入數(shù)據(jù)所對應的該存儲單元電阻值在該第一讀取電壓下低于在該電阻感測窗，該第二讀取電壓為0.1伏至0.2伏。8.一種存儲器裝置，包括: 一存儲器陣列，包括至少一存儲單元以儲存數(shù)據(jù)；以及 一控制器，耦接至該存儲器陣列，該控制器對該至少一存儲單元施加一第一讀取電壓，并在該第一讀取電壓無法讀取該至少一存儲單元的該數(shù)據(jù)時，對該至少一存儲單元施加一第二讀取電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器裝置，其中該存儲單元容納多個數(shù)據(jù)電平，該第一讀取電壓用以感測一組的這些數(shù)據(jù)電平，該第二讀取電壓用以感測另一組的這些數(shù)據(jù)電平；其中該第一讀取電壓為0.3伏至0.5伏，該第二讀取電壓為0.1伏至0.2伏，或為大于0.8 伏。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲器裝置，其中該控制器判斷寫入數(shù)據(jù)所對應的存儲單元電阻值在該第一讀取電壓下是否落在一電阻感測窗之內(nèi)； 若是，該控制器以該第一讀取電壓對該存儲單元進行編程及驗證操作；以及 若否，該控制器以該第二讀取電壓對該存儲單元進行該編程及驗證操作。
【文檔編號】G11C11/56GK105825884SQ201510242018
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年5月13日
【發(fā)明人】吳昭誼
【申請人】旺宏電子股份有限公司