专利名称：相变化存储器写入的驱动方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明为 一种相变化存储器的驱动方法与系统，特别是一种相变化存储 器写入的驱动方法与系统。
背景技术：
随着可携式应用产品的成长，使得非易失性存储器的需求有日渐增加的趋势，相变化存储器(Phase Change Memory, PCM )由于具有速度、功率、 容量、可靠度、制造集成度、以及成本等具竟争力的特性，已被视为下一世 代最具有潜力的非易失性存储器技术。PCM存储器主要是利用某些材料在特 定的电流脉冲下会具有快速且可逆的相变化效应，进而导致材料在某些特性 上的稳定改变來达到存储的效果，此外其最终的状态并不会随着外加能量的 消失而改变，因此具有非易失性的特点。目前采用的相变化材料多以硫属化 合物合金为主，以Ge2Sb2Te5合金最为普遍，而此种材料在可重复写录式光盘 (CD-RW)与可重复写录式数字多用途光盘(DVD-RW)的产业中亦有成熟的应 用。相变化存储器主要是利用某些材料在特定的电压或电流脉沖下会具有快 速且可逆的相变化效应，进而导致材料在电性质的改变，此外其最终的状态 并不会随着外加能量的消失而改变，因此具有非易失性的特点。这些材料在 进行使材料结晶化的设定(SET)操作时，可能造成相变化存储器在结晶时 会有不完全结晶的现象，导致材料的电阻值无法有效地被降低，进而造成较 小的检测边限(sensing margin)以及较差的均匀性分布。目前大多数的解决办 法乃是拉长材料结晶的时间，或于设定(SET)操作前，先给短脉冲大电流。 然而，这些方法会劣化相变化存储器在功率与速度等的特性。随着相变化存储器技术的发展，相变化存储单元(PCM cell)的尺寸有逐 渐微缩的趋势。当尺寸微缩后，工作电压降低，相变化存储单元中的导线也 变细，导线所能承受的电流降低，不利于快速的充放电大电流。且由于相变 化材料为电流驱动，电路提供重置(RESET)操作使材料非结晶化所需的大电流已相当吃力，若相变化存储器每次设定(SET)前亦需要短脉沖大电流，对于电路设计及布局的考虑势必更加复杂。 发明内容本发明的目的为提供一种相变化存储器写入的驱动方法。 本发明的另 一 目的为提供一种相变化存储器写入的驱动系统。 本发明提供一种相变化存储器写入的驱动方法，包括计数一相变化存储 器的一存取次数以及当该存取次数大于一预定次数时，对该相变化存储器进行数据刷新(REFRESH)操作。当该相变化存储器启动该数据刷新操作后， 将该存取次数重置为0。在本方法实施例中，数据刷新操作包括复制并存储 该相变化存储器中的数据至一备用存储器；对该相变化存储器输入一重置电 流；将该相变化存储器中的数据自该备用存储器存储回该相变化存储器。本发明更提供一相变化存储器写入的驱动方法，适用于一相变化存储器， 该相变化存储器具有多个存储区块，包括选择一存储区块；记录该存储区块 的一存取次数；当该存取次数大于一预定值时，标记该存储区块，并于一特 定时间点对该存储区块进行一数据刷新操作。当该相变化存储器启动该数据 刷新操作后，将该存取次数重置为0。在本方法实施例中，数据刷新搡作包 括复制并存储该相变化存储器中的数据至一备用存储器；对该相变化存储器 输入一重置电流；将该相变化存储器中的数据自该备用存储器存储回该相变 化存储器。本发明提供一种相变化存储器写入的驱动系统，包括一相变化存储器、 一备用存储器、 一存储器控制器以及一计数器。该计数器用以计数该相变化 存储器的一存取次数。当该存取次数大于一预定次数时，该存储器控制器对 该相变化存储器进行一数据刷新操作，包括复制并存储该相变化存储器中 的数据至该备用存储器；对该相变化存储器输入一重置电流；将该相变化存 储器中的数据自该备用存储器存储回该相变化存储器。为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举 出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下
图1为一般对相变化存储器进行写入与读取的电流脉冲示意图。图2为根据本发明的一种相变化存储器写入的驱动方法的一实施例的流 程图。图3为根据本发明的一种数据刷新操作的一实施例的流程图。图4为本发明的一种相变化存储器写入的驱动系统的一实施例的示意图。主要组件符号说明Ireset-重置电流IsET-设定电 流lREAD-读取电流41- 相变化存储器42- 备用存储器43- 计数器44- 存储器控制器具体实施方式
相变化存储器的操作主要是通过两种不同大小的电流脉沖施加在相变化 存储器之上，使得相变化存储器由于欧姆加热的效应，导致局部区域因不同 的温度改变而S1发相变化材料的非晶态(amorphous state )与结晶态(crystalline state)的可逆相转变，并通过此两相所呈现的不同电阻值来达到存储数据的 目的。图1为一般对相变化存储器进行写入与读取的电流脉沖示意图。当相 变化存储器进行RESET操作时，主要是施加一脉沖宽度较短且脉冲高度较高 的重置电流Ireset,通过此脉冲的施加使得相变化存储器局部区域的温度会高 于相变化材料的熔点(Tm)而融化。当此融化的区域在瞬间降温时，由于没 有足够的时间来进行再结晶，因此在凝固的过程中会形成非晶态，此时相变 化材料具有高阻值。另一方面，当相变化存储器进行SET操作时，则是利用 一脉冲宽度较宽且脉冲高度较低的设定电流ISET，通过此脉冲的施加使得相 变化存储器局部区域的温度介于相变化材料的结晶温度(Tx)与熔点之间， 如此经过RESET操作后的非结晶化区域则可再被结晶。如上所述，相变化存 储器的RESET操作与SET操作即类似快闪存储器中的抹除(erase)与纪录 (program)操作，最后通过将相变化存储器操作在结晶态与非晶态之间的电 阻差异来达到存储的效果。当读取相变化存储器中的数据时，则利用一电流大小小于ISET的读取电流IREAD来判断其电阻值，以得知其存储的数据。图2为根据本发明的一种相变化存储器写入的驱动方法的一实施例的流 程图。当相变化存储器接收一存取指令时(步骤S21),通过一计数器来计数该相变化存储器接收存取指令的次数(步骤S22)。在本实施例中，该计数器可能由软件或硬件实现，亦可能内建于一存储器控制器中或是为外部计 数器。在本实施例中，相变化存储器可区分为多个存储区块，且每一存储区 块皆耦接一计数器，用以计数每一存储区块的存取次数。在本实施例中，存取次数包含了该相变化存储器的一重置(RESET)次数、 一设定(SET)次 数或一读取次数。本实施例所提供的驱动方法可针对单一的重置次数、设定 次数或是读取次数来进行控制，或是综合考虑相变化存储器的重置次数、设 定次数或是读取次数来进行控制。当计数器完成相变化存储器的存取次数的 计数时，会判断相变化存储器的存取次数是否大于一预定值(步骤S23)。 若否，则跳到步骤S24,正常的存取该变化存储器。若是，则跳到步骤S25, 标记该相变化存储器，并于一特定时间对该被标记的相变化存储器进行一数 据刷新(REFRESH)操作。利用上述的驱动方法可避免相变化存储器因连续 被重置或设定而有过度写入(over-writing)。在本实施例中，若该计数器是 针对该相变化存储器中的 一存储区块计数时，则只需对该存储区块进行数据 刷新，且标记相变化存储器的操作也变成标记该需数据刷新存储区块。在本 实施例中，可在存取该相变化存储器之前进行数据刷新的操作，或是当系统 判断该相变化存储器为闲置时再进行数据刷新的操作。另外，可在该相变化 存储器被启用(activated)时，或使用该相变化存储器的装置启动时，就先对 该相变化存储器进行数据刷新的操作。图3为^f艮据本发明的一种数据刷新操作的一实施例的流程图。本实施例 为避免相变化存储器过度结晶化的一数据刷新操作，亦即针对该相变化存储 器接收SET操作的次数来做的数据刷新操作。普通技术人员当可轻易根据本 实施例的流程图设计避免相变化存储器过度非结晶化的数据刷新操作流程。 在本实施例中，通过一计数器来计数该相变化存储器的SET次数(步骤S31 ), 当计数器完成相变化存储器的SET次数的计数时，会判断相变化存储器的 SET次数是否大于一预定值(步骤S23)。若否，则跳到步骤S33,不对该相 变化存储器进行数据刷新的操作。若是，则跳到步骤S34,将该相变化存储 器中的数据暂存至一备用存储器。在本实施例中，该备用存储器可能为一外部存储器，或是为该相变化存储器中的一个或多个特定的存储区块。在步骤S35中，对相变化存储器作RESET操作，亦即输入一脉沖宽度较短且脉冲高 度较高的重置电流，使相变化存储器处于非晶态(amorphous state )。接着， 在步骤S36中，对相变化存储器作SET操作，亦即输入一脉冲宽度较宽且脉 冲高度较低的设定电流，使相变化存储器处于结晶态(crystalline state )。接 着，在步骤S37中，将原先存储在备用存储器中的该相变化存储器中的数据 存回该相变化存储器。在本实施例中，步骤S36可以被省略，亦即不必对相 变化存储器SET操作，便可将原先存储在备用存储器中的该相变化存储器中 的数据存回该相变化存储器。图4为本发明的一种相变化存储器写入的驱动系统的一实施例的示意 图。相变化存储器41具有多个存储区块，其中每一存储区块皆耦接计数器 43中对应的一计数单元。存储器控制器44则根据计数器43的计数结果，判 断是否要对相变化存储器41进行数据刷新的操作。当计数器43判断相变化 存储器41的存取次数超过一预定值时，送出一控制信号给存储器控制器44， 存储器控制器44则根据该控制信号对相变化存储器41进行数据刷新操作。 存储器控制器44首先将该相变化存储器41中的数据暂存至一备用存储器42 中。在本实施例中，该备用存储器42可能为一外部存储器，如动态存取存储 器(DRAM)或静态存取存储器(SRAM),或是为该相变化存储器中的一 个或多个特定的存储区块。接着，存储器控制器44对相变化存储器41进行 数据刷新的操作。数据刷新的操作包括下列3个步骤步骤1:存储器控制器44对相变化存储器41作RESET、 SET或 (RESET+SET)操作，使相变化存储器处于非晶态(amorphous state)与结 晶态(crystalline state )之间。步骤2:存储器控制器44再对相变化存储器41作SET或RESET操作。 此时存储器控制器44对相变化存储器41的操作应与步骤1的操作不同，亦 即存储器控制器44通过连续对相变化存储器41进行SET与RESET的操作， 来避免相变化存储器41的过度结晶化或过度非结晶化。步骤3:存储器控制器44将原先存储在备用存储器42中的该相变化存 储器41中的数据存回该相变化存储器41,完成数据刷新的搡作。综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本 发明。任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改。因此，本发明的保护范围以所提出的权 利要求的范围为准。
权利要求
1. 一种相变化存储器写入的驱动方法，包括计数一相变化存储器的一存取次数；以及当该存取次数大于一预定次数时，对该相变化存储器进行数据刷新操作。
2. 如权利要求1所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该存取次数 包括该相变化存储器的一重置(RESET)次数、 一设定(SET)次数或一读 取(READ )次数。
3. 如权利要求2所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中当该存取次 数大于该预定次数时，先对该相变化存储器进行一重置操作，再对该相变化 存储器进行一设定操作。
4. 如权利要求3所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该重置操作 系对该相变化存储器输入一重置(RESET)电流。
5. 如权利要求3所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该设定操作 系对该相变化存储器输入一设定(SET)电流。
6. 如权利要求3所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中在对该相变 化存储器进行该重置操作前，先将该相变化存储器中存储的数据存储在一备 用存储器中。
7. 如权利要求1所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中当该相变化 存储器接收该数据刷新操作后，将该存取次数重置为0。
8. 如权利要求1所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该数据刷新 操作包括复制并存储该相变化存储器中的数据至一备用存储器； 对该相变化存储器输入一重置电流；以及将该相变化存储器中的数据自该备用存储器存储回该相变化存储器。
9. 如权利要求8所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中还包括 对该相变化存储器输入一设定电流。
10. —种相变化存储器写入的驱动方法，适用于一相变化存储器，该相变 化存储器具有多个存储区块，包括选择一存储区块；记录该存储区块的一存取次数；以及当该存取次数大于一预定值时，标记该存储区块，并于一特定时间点对 该存储区块进行一数据刷新操作。
11. 如权利要求10所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该存取次数包括该存储区块的一重置(RESET)次数、 一设定(SET)次数或一读取次数。
12. 如权利要求11所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中当该存取 次数大于该预定次数时，先对该存储区块进行一重置操作，再对该存储区块 进行一设定操作。
13. 如权利要求12所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中在对该存 储区块进行该重置操作前，先将该存储区块中存储的数据存储在另 一存储区 块中。
14. 如权利要求10所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中当该存储 区块接收该数据刷新操作后，将该存取次数重置为0。
15. 如权利要求IO所述的相变化存储器写入的驱动方法，还包括 复制并存储该存储区块中的数据至一备用存储区块； 对该存储区块输入一重置电流；以及将该存储区块中的数据自该备用存储区块存储回该存储区块。
16. 如权利要求15所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中还包括 对该相变化存储器输入一设定电流。
17.如权利要求io所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该特定时 间点为该存储区块被一控制系统判断为闲置时。
18. 如权利要求10所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该特定时间点为该存储数据被写入数据前。
19. 如权利要求10所述的相变化存储器写入的驱动方法，其中该特定时 间点为该存储区块从休眠或关机状态中启动时。
20. —种相变化存储器写入的驱动系统，包括 一相变化存储器；一备用存储器； 一存储器控制器；以及一计数器，用以计数该相变化存储器的一存取次数； 当该存取次数大于一预定次数时，该存储器控制器对该相变化存储器进行一数据刷新操作，包括复制并存储该相变化存储器中的数据至该备用存储器； 对该相变化存储器输入一重置电流；以及将该相变化存储器中的数据自该备用存储器存储回该相变化存储器。
21. 如权利要求20所述的相变化存储器写入的驱动系统，其中该相变化 存储器具有多个存储区块。
22. 如权利要求21所述的相变化存储器写入的驱动系统，其中该备用存 储器包含该存储区块。
23. 如权利要求20所述的相变化存储器写入的驱动系统，其中当该相变 化存储器被启用时，该存储器控制器对该相变化存储器进行该数据刷新操作。
24. 如权利要求20所述的相变化存储器写入的驱动系统，其中当该相变 化存储器接收该数据刷新操作后，将该存取次数重置为0。
全文摘要
本发明提供一种相变化存储器写入的驱动方法，包括计数一相变化存储器的一存取次数以及当该存取次数大于一预定次数时，对该相变化存储器进行数据刷新操作。
文档编号G11C11/56GK101266834SQ200710086370
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月15日 优先权日2007年3月15日
发明者林烈萩, 江培嘉, 王文翰, 许世玄 申请人:财团法人工业技术研究院;力晶半导体股份有限公司;南亚科技股份有限公司;茂德科技股份有限公司;华邦电子股份有限公司