TWI515877B - 快閃記憶體的熱處理 - Google Patents

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Description

快閃記憶體的熱處理
本發明大體上係關於快閃記憶體，且更特定言之，本發明係關於熱處理一快閃記憶體以改良其循環使用期限之技術。
當快閃記憶體係經重複程式化及擦除時，其等可具有損失資料之一趨勢。記憶體之循環誘發氧化物中之電荷陷阱形成於浮動閘下方。此等電荷陷阱在程式化及擦除操作期間俘獲電子。可在器件之儲存時間期間釋放此等俘獲電子。用以再循環之記憶體越多，可存在之俘獲電子就越多且器件可更易於循環誘發失效。
更特定言之，在循環之後，可利用適當活化能來釋放先前在穿隧氧化物中所俘獲之電子。此機制通常被稱為脫俘(detrapping)。脫俘引起一臨限電壓負偏移使得所謂零狀態下之單元移動至讀取位準且會失效。該偏移取決於循環期間所俘獲之電子之數量，所以俘獲電子之數量越高，該臨限偏移就越高。該偏移越高，儲存資訊將損失之可能性就越高。
可藉由在記憶體封裝內提供一加熱器以提供熱在特定條件下之受控施加以自穿隧氧化物脫俘俘獲電子且接著減少由記憶體循環引起之總俘獲電荷而增加一快閃記憶體之有效使用期限。
在一些實施例中，可在將記憶體耦合至一有線電源供應器(與由電池供應電力不同)之時段期間啟動脫俘。在一些實施例中，可在此等加熱循環期間不使用記憶體。
因此，參考圖1，快閃記憶體20可包含一內部加熱器22，諸如一焦耳加熱器。加熱器可自在一實施例中可與一電源供應器(圖中未展示)直接耦合之一記憶體控制器16接收電流。當供應外部電力時，可設定一旗標(如12處所指示)以允許記憶體控制器使用其溫度控制器18來產生電流I以使用加熱器22來加熱記憶體20。通常，記憶體控制器供應資訊、通過一系統匯流排26而自記憶體接收資料且通過一系統匯流排14而將該資料提供至外部組件。
在一實施例中，加熱器22可為記憶體20之封裝內之一離散器件。在另一實施例中，加熱器可與記憶體20整合在相同晶粒中。控制器可整合在與記憶體陣列相同之晶片中或單獨被整合。控制器與記憶體可在相同或單獨封裝中。
一般而言，可由通過連接件28而將資訊供應至溫度控制器18之一封裝內溫度探針24感測施加溫度，溫度控制器18接著調節加熱器22之電流流量以實現一期望溫度。
在一些情況中，應避免過高溫度，此係因為過高溫度實際上會導致有害效應。在一些實施例中，加熱器可在記憶體20之封裝內產生自120℃至150℃之一溫度達數小時。
記憶體控制器16可經程式化以停用記憶體20且防止偵測到一溫度處理啟動觸發事件之後之使用者存取。該觸發事件可指示：系統係耦合至外部電源供應器且當前無效。亦 可由一使用者命令觸發該事件。在又一實施例中，可在週期時間間隔內觸發該事件。
回應於事件，記憶體控制器操作其溫度控制器18以使用加熱器22來加熱記憶體20，直至達到由溫度感測器24感測之一期望溫度範圍。此溫度係維持達一期望時間量，通常為約數小時。在此已被完成之後，根據需要而讀取記憶體單元且刷新資料以克服任何資料損失效應。當程序在使任何調整已完成之一預定時間之後被完成時或在使用者請求之後，操作可終止。在此情況中，具有經處理之記憶體區塊之狀況之一表格可儲存在記憶體之一專用區中。
可對一多區塊記憶體內之特定標記區塊進行加熱操作。在一實施例中，可基於自最近熱處理之後之該等區塊之使用期限而追蹤該等區塊。替代地，可一次處理整個記憶體。
在基於無線電池之系統中，可在電池充電期間實施熱處理。替代地，可在系統界定時槽內(一天之特定時間內)或在記憶體存取操作達到一特低位準時進行加熱。在一些情況中，其他記憶體可用以代替經熱處理之記憶體。例如，可將一些資料自待處理之一記憶體移動至尚未經受此處理之另一記憶體。接著，可阻止使用者在處理期間存取加熱記憶體。
因此，參考圖2，在一電池供電或無線器件中，由區塊30判定何時將一電源供應器提供至系統。當提供該電源供應器時，可啟動烘焙，如區塊32處所指示，且維持加熱直 至另行通知。
接著，在具有一專用參考之一固定處理時間量之後讀取儲存在經處理之記憶體中之資料(區塊34)。若單元之臨限電壓與一預設值相差太大，則實施一刷新操作，如菱形36中所指示。在此被完成之後，器件自加熱模式退出且返回至一使用者模式，如區塊38中所指示。若判定菱形36中需要資料重寫，則可藉由將資料重寫為一預設臨限電壓值而刷新資料，如區塊40處所指示。菱形42處之一檢查判定處理時間窗口是否完成或一使用者中斷是否已被接收。若發生此等情況之任一者，則系統可返回至該使用者模式。否則，藉由返回至區塊32而繼續烘焙。
接著參考圖3，根據一實施例而繪示在非電池供電之一快閃記憶體中實施一加熱循環之一序列。在區塊44處，操作可因一操作系統例行程序或一使用者請求而開始。接著，在區塊46中，可將當前儲存在待處理之記憶體中之資料移動至另一位置以保存資料且使資料在記憶體處理期間可存取。例如，可將資料複製至將不被處理之另一記憶體器件。接著，在區塊48中，鎖定待熱處理之記憶體區或記憶體以防止其使用。接著，可(在烘焙處理之後)擦除資料且可在比圖2所展示實施例中之溫度更高之一溫度(其不損害記憶體)下開始烘焙程序。在一些實施例中，熱處理記憶體且使其程式化係有利的。接著，若需要，則在區塊50中將已轉移至另一未處理記憶體之先前儲存資料還原至經處理記憶體模組。
在一些實施例中，可在硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中實施圖2及圖3之序列。可在記憶體20上實施該等序列，但更有利地，一般將在記憶體控制器16上實施該等序列。在軟體實施例中，可由儲存在一非暫時性電腦可讀媒體(諸如半導體、光學器件或磁性記憶體)上之一命令序列實施該等序列。
為評估使記憶體晶粒變熱之所需電流量值及時間，創建一行動電話應用中之一記憶體之三維數值熱模型，如圖4中所繪示。該模型表示具有位於一印刷電路板上之一記憶體之一行動電話機殼。記憶體區塊可位於電話機殼邊界附近。自記憶體區塊之較佳熱轉移意指需要較高加熱電流。
為評估所需最大加熱電流，將記憶體區塊放置在電話機殼之左下部分(靠近於電話機殼之邊界)中。將記憶體封裝(其可為一球柵格陣列封裝)模型化為兩個各向同性區塊。由已位於一印刷電路板上之一非導電空心區塊來模型化其他假想電子組件。重力向量係沿z軸導引且具有一反向標記。忽略通過側向壁之熱流且賦予此等壁絕熱邊界條件。賦予頂底壁之對流邊界條件且施加一恆定傳熱係數(例如，h=5 W/k×m2)。材料之尺寸及熱性質係如下：
一加熱器係施加於頂部與底部封裝區塊之間之界面處。因為該加熱器係位於晶粒最接近處，所以可認為該加熱器與晶粒之溫度相等。
在此模擬中，將1.7瓦特之熱功率消散施加至加熱器。如圖5中所展示，對於前150秒之一暫態模擬，轉變溫度在開頭部分中快速增加且接著緩慢改變。在快速轉變部分中，晶粒及機殼溫度分別自30℃至98.5℃及33.5℃之環境溫度增加。
為更佳理解模型結構及增加溫度之兩個不同斜率之起點，創建一集總熱模型，如圖4中所展示。為此，由具有熱電阻及熱電容之對應熱參數之一等效RC網路表示三維數值模型。由兩個熱電阻Rth4及Rth5來模型化上機殼表面或下機殼表面處之對流交換。
熱電容之界定並非一小問題，此係因為在評估通過熱流之一體積時存在難度。然而，已知熱容量係與體積直接成比例，應注意Cth3遠大於Cth1或Cth2。此意指：在轉變之開頭部分中，整個網路似乎表現為Cth3係一短路。因此，在轉變之前部分中，時間常數係界定為Cth1及Cth2且具有一較小值。接著，Cth3開始充電且時間常數變大。
圖5中展示集總模型模擬之暫態結果。
對於一更快轉變，可在時間常數較小時於轉變之前部分中執行記憶體晶粒之加熱及冷卻。集總轉變曲線與數值轉變曲線兩者展示快速轉變發生在導通加熱器後之前30秒內。在此時間間隔內，使用1.7瓦特加熱器來將晶粒加熱 至98.5℃。當需要將晶粒加熱至一更高或更低溫度時，可分別增大或減小散熱功率。
當需要穩定溫度或圍繞一平衡點波動之一溫度時，可在一實施例中實施電流供應調節。例如，可將加熱器加熱至100℃且可使溫度保持具有5℃之一精度。因此，在溫度達到105℃之後，可切斷加熱器直至溫度降至95℃，此時再次導通加熱器直至溫度達到105℃。圖6及圖7中展示此一電力管理系統之轉變特性。
在展示前150秒之圖6中，晶粒溫度保持處於約105℃。圖7中展示前1500秒之暫態分析。在約20分鐘內實現穩態體系。繪圖展示無熱平板及具有一熱平板之各自機殼溫度以及晶粒溫度。
為減小溫度範圍及切換頻率，可實施一替代解決方案。取代在溫度達到低位準時導通及在高位準處切斷之開關，由加熱器之溫度調節電流。在溫度低於最小值(Tmin)之開頭部分中，可獲取最大供應電流(Imax)，如圖8中所展示。當實現最小溫度時，以溫度為函數之電流線性減小，直至最終達到一最大值且切斷供應電流。
使晶粒溫度保持高達約100℃，在約20分鐘內達到穩態體系且電話機殼之更熱底部壁具有63.3℃之溫度。若需要，則晶粒加熱之時間可與達到之穩態體系相當且可使用額外措施來降低機殼溫度。
可藉由在印刷電路板與一熱機殼之底部之間引入一額外熱電阻而降低機殼溫度。在一些實施例中，此電阻之引入 提供兩個優點。首先，機殼溫度更低很多；其次，需要更少電功率用於晶粒加熱，且更低電流可藉此用以獲得晶粒之相同溫度。可由放置於控制板與電話機殼之間之具有高熱電阻之一平板實現此電阻。例如，當一電池充電器係連接至電話或與電話斷接時，可機械地放置及移除此平板。
加熱器可被製成位於晶粒下方之一電阻。作為另一替代例，該電阻可使用基板銅跡線元件。當前工藝技術允許獲得一15微米厚及25微米寬之銅跡線且兩個空間之間具有25微米間隔。可根據焦耳定律而獲得散熱量(電流之平方×電阻)。對於此一加熱器，當一面積為5×5平方毫米時，可獲得22.9歐姆之電阻。當將0.2安培之一電流施加至此電阻時，將獲得0.9瓦特之散熱量。可在充電時間期間由電話轉接器提供任何所需電流。可使用一更高電流或一更大加熱器面積來獲得更高消散功率。
在整個說明書中，參考「一實施例」意指結合該實施例而描述之一特定特徵、結構或特性係含於在本發明所涵蓋之至少一實施方案中。因此，片語「一實施例」或「在一實施例中」之出現未必意指相同實施例。此外，該等特定特徵、結構或特性可呈不同於所繪示特定實施例之其他適合形式且全部此等形式可被涵蓋在本申請案之申請專利範圍內。
雖然已參考有限數量之實施例而描述本發明，但熟習此項技術者應瞭解本發明之諸多修改及變動。意欲隨附申請專利範圍涵蓋落在本發明之真實精神及範圍內之全部此等 修改及變動。
12‧‧‧旗標
14‧‧‧系統匯流排
16‧‧‧記憶體控制器
18‧‧‧溫度控制器
20‧‧‧記憶體
22‧‧‧加熱器
24‧‧‧封裝內溫度探針/溫度感測器
26‧‧‧系統匯流排
28‧‧‧連接件
圖1係根據一實施例之一記憶體系統之一示意圖；圖2係電池供電之一實施例之一流程圖；圖3係非電池供電之一實施例之一流程圖；圖4係根據一實施例之具有一內側記憶體封裝之一行動電話機殼之一熱模型之一透視圖；圖5係無溫度調節器之一模擬之溫度對時間之一繪圖；圖6係具有溫度調節器之一暫態分析之前150秒之溫度對時間之一曲線圖；圖7係具有溫度調節器之暫態分析之前1500秒之溫度對時間之一曲線圖；及圖8係具有溫度調節器之電流對溫度之一曲線圖，其展示根據一實施例之以溫度為函數之供應電流。
12‧‧‧旗標
14‧‧‧系統匯流排
16‧‧‧記憶體控制器
18‧‧‧溫度控制器
20‧‧‧記憶體
22‧‧‧加熱器
24‧‧‧封裝內溫度探針/溫度感測器
26‧‧‧系統匯流排
28‧‧‧連接件

Claims (23)

  1. 一種用於減小一記憶體中之循環誘發錯誤之方法，該方法包括：藉由使用一記憶體封裝內之一加熱器來加熱該記憶體；藉由使用一專用參考讀取儲存於該記憶體中之資料；測量該加熱器之溫度；及測量該記憶體內之單元電壓，其中讀取該資料係發生於加熱該記憶體後之一固定時間內，其中若該溫度低於一預定溫度，則該加熱器將產生一最大供應電流量。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括週期性加熱該快閃記憶體。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括防止在加熱期間使用該記憶體。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括在熱處理期間將儲存在該記憶體上之資料轉移至另一記憶體。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括將該記憶體加熱至自約120℃至150℃之一溫度。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括提供一記憶體封裝內之一加熱器及耦合至該記憶體封裝之一記憶體控制器中之一溫度控制器及由該溫度控制器控制該加熱器之熱產生。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括在加熱之前自該記憶體轉移資料。
  8. 一種非暫時性電腦可讀媒體之儲存指令，當由一處理器執行該等指令時導致該處理器：偵測一條件；回應於該偵測而產生一快閃記憶體封裝內之一加熱器中之電流；藉由使用該加熱器加熱該快閃記憶體封裝以處理循環誘發錯誤；及調節回應於該加熱器之一溫度之一量測而產生於該加熱器中之電流，其中若該溫度低於一預定溫度，則該加熱器將產生一最大供應電流於。
  9. 如請求項8之媒體，其進一步儲存指令以導致該處理器判定何時將一電源供應器插入至包含該記憶體之一電池供電器件中。
  10. 如請求項8之媒體，其進一步儲存指令以導致該處理器在完成該熱處理之後評估該記憶體中之該儲存資料。
  11. 如請求項8之媒體，其進一步儲存指令以導致該處理器在處理之前移除儲存在待處理之該記憶體中之資料且在處理之後將該資料還原至該記憶體。
  12. 如請求項8之媒體，其進一步儲存指令以導致該處理器回應於呈一外部電源供應器之一連接、一使用者命令或一時段之期滿之形式之一外部事件而觸發該熱處理。
  13. 一種記憶體，其包括：一積體電路；一封裝，其包圍該積體電路；及一加熱器，其在該封裝內，其中該封裝係附接於一印刷電路板，該印刷電路板係附接至一熱平板，且該熱平版係接觸於一機殼，及其中當該加熱器之一溫度低於一預定臨限時，該加熱器經組態以產生最大供應電流。
  14. 如請求項13之記憶體，其中該記憶體係一快閃記憶體。
  15. 如請求項13之記憶體，其中該加熱器經組態以將該記憶體加熱至自約120℃至150℃之一溫度。
  16. 如請求項13之記憶體，其中該加熱器經組態以加熱該記憶體達一足夠時間及溫度以處理循環誘發錯誤。
  17. 一種用於減小一記憶體中之循環誘發錯誤之裝置，該裝置包括：一記憶體控制器；及一溫度控制器，其耦合至該記憶體控制器以產生信號以導致耦合至該記憶體控制器之一記憶體之加熱，其中該加熱係藉由位於該記憶體內之電阻性銅跡線元件而實施，及其中當該加熱器之一溫度低於一預定臨限時，該信號導致一最大允許電流被施加至該等電阻性銅跡線元件。
  18. 如請求項17之裝置，其中該記憶體控制器經組態以感測一條件且回應於該條件之該感測而觸發該記憶體之加 熱。
  19. 如請求項17之裝置，其進一步包括耦合至該記憶體控制器之一記憶體，該記憶體包含一加熱器，其中該加熱器包括位於該記憶體內之電阻性銅跡線元件。
  20. 如請求項19之裝置，其中該記憶體係一快閃記憶體。
  21. 如請求項17之裝置，其中該記憶體控制器經組態以感測何時供應外部電力且回應於偵測到外部電力之供應而觸發該記憶體之加熱。
  22. 如請求項17之裝置，其中在加熱該記憶體之前該記憶體控制器經組態以自該記憶體移動資料。
  23. 如請求項22之裝置，其中在加熱之後該記憶體控制器經組態以將該資料還原至該記憶體。
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