專利名稱:非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法與電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非易失性內(nèi)存的測試電路與方法，且特別涉及一種具有陷阱層(trapping)的非易失性內(nèi)存的可靠性測試(qualification test)方法與電路。
背景技術(shù)：
非易失性內(nèi)存(non-volatile memory)，例如閃存(Flash)，一般目前使用的柵極結(jié)構(gòu)具有控制柵極與浮置柵極，其中控制柵極用來接收控制存儲單元動作的電壓，浮置柵極則用來儲存電荷。在此種架構(gòu)下，因為浮置柵極是如多晶硅所制成的導(dǎo)體，因此對存儲單元進行程序化時，被注入到浮置柵極的電子會均勻分布于浮置柵極中。故而此種具有浮置柵極結(jié)構(gòu)的存儲單元僅能做一個位的存儲。之后，利用絕緣體來取代浮置柵極的存儲單元結(jié)構(gòu)便被提出來。利用絕緣體來束縛電子時，可以讓電子被局部束縛，故而可以達到兩位的存儲儲存，使得存儲單元的使用效率更為提高。
請參考圖1，是可以儲存兩位的具有陷阱層的非易失性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。如圖1所示，在基底具有做為存儲單元的源極18與漏極16的離子摻雜?；咨戏絼t具有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)可以是一種氧化物10/氮化物12/氧化物14(oxide/nitride/oxide)結(jié)構(gòu)。其中氮化物層12用來做為捕獲電子的陷阱層。在此，信道熱電子注入(channel hot electroniElection)與帶對帶熱電洞注入(band-to-band hot hole injection)分別用來對存儲單元進行程序(program)與抹除(erase)程序。
由于陷阱層12是非導(dǎo)體(絕緣層)，所以當電子被吸引進去時，便會被局限于存儲單元的漏極側(cè)或源極側(cè)。也就是說，當施加程序電壓于柵極與漏極，而源極施加0V的電壓時，柵極-漏極側(cè)便會產(chǎn)生大的電場，將電子吸入至陷阱層的漏極側(cè)并且束縛于其中。反之，當施加程序電壓于柵極與源極，而漏極施加0V的電壓時，柵極-源極側(cè)便會產(chǎn)生大的電場，將電子吸入至陷阱層的源極側(cè)并且束縛于其中。接此，可以做到兩位的儲存方式，也就是圖1所示的位1與位2的位置。
表一 這種存儲單元可以通過將電子注入絕緣層12后，以改變存儲單元的臨界電壓(threshold voltage，Vt)。然而，存儲單元在經(jīng)過程序/抹除周期(program/erase cycle，P/E cycle)后，已程序狀態(tài)(programmed state)的臨界電壓會隨著保持時間(retention time)的增加而增加。臨界電壓的增加會造成漏電電流(leakage current)的增加，并且會使得存儲單元的存儲信息失效。例如，原來在低于某臨界電壓是狀態(tài)“1”的情形時，會因為臨界電壓的增加，而無法分辨出狀態(tài)“1”或狀態(tài)“0”；也就是說，存儲單元所儲存的信息無法正確的讀出。
因此，為了能夠確保在存儲單元生產(chǎn)后，到經(jīng)過封裝后的產(chǎn)品到達用戶的手中，內(nèi)存可以長期地被使用而不會失效，于是便需要進行測試，來確保經(jīng)過長期的保持時間后，即使臨界電壓增加，仍然在正常操作范圍，而不會失效。然而，由于測試時間有限，如何運用測試方法來正確且有效預(yù)測存儲單元的使用壽命(life time)，便成為一重要的工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用具有絕緣陷阱層的非易失性內(nèi)存的物理特性，提出有效的測試方法與裝置，是一種加速測試，使得在短的測試時間內(nèi)，可以預(yù)估未來存儲單元的使用使用壽命。
因此，本發(fā)明提出一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法與裝置，其是一種加速性測試，利用在一段測試時間內(nèi)，判斷存儲單元陣列是否可在預(yù)定的使用壽命內(nèi)正常工作。
本發(fā)明提出一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，包括決定一柵極電壓對于讀取電流衰減率的關(guān)系曲線；預(yù)估該實際柵極電壓與對應(yīng)該柵極電壓的讀取電流衰減率；從該關(guān)系曲線求得對應(yīng)該實際柵極電壓的一加速測試柵極電壓與一測試時間；以該加速測試柵極電壓，連續(xù)在該測試時間內(nèi)進行測試；以及測量對應(yīng)該加速測試柵極電壓的一讀取電流衰減率，并判斷該加速測試柵極電壓下內(nèi)存的讀取電流，以判斷該內(nèi)存是否仍有效。
本發(fā)明還提出一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試電路，用以測試一存儲單元陣列，其中存儲單元陣列具有復(fù)數(shù)個存儲單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成，其中各該列糯接到一字符線驅(qū)動器，且各該行糯接到一位線偏壓電路，該非易失性內(nèi)存的可靠性測試電路包括一字符線偏壓發(fā)生器，耦接到該字符線驅(qū)動器，用以輸入一字符電壓進行臨界電壓偏移的加速測試。
圖1是可以儲存兩位的具有陷阱層的非易失性內(nèi)存的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2是臨界電壓偏移與讀取電流偏移以及保持時間之間的關(guān)系圖；圖3是各種不同的柵極電壓下，臨界電壓偏移以及保持時間之間的關(guān)系圖；圖4是柵極電壓與讀取電流衰減率之間的關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明的非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法的一個流程示意圖；圖6是實施本發(fā)明的非易失性內(nèi)存的可靠性側(cè)試方法的一個電路范例示意圖。
具體實施方式
具有絕緣陷阱層的非易失性內(nèi)存的臨界電壓偏移((hreshold drift)與讀取電流偏移(read current drift)會隨著存儲單元的保持時間增加而增加。并且此偏移現(xiàn)象與保持時間的對數(shù)大致上為線性關(guān)系。本發(fā)明即要利用此偏移的物理現(xiàn)象，來對存儲單元進行可靠性的加速測試。
圖2是臨界電壓偏移與讀取電流偏移以及保持時間之間的關(guān)系圖。如圖2所示，首先針對臨界電壓的偏移現(xiàn)象來看，圖中是以菱形標記來表示的。隨著保持時間的增加，從圖可以看出臨界電壓的偏移量也隨著增大。例如在保持時間為100秒時，臨界電壓偏移量dVt為0.01V左右，而當保持時間到達100000秒時，其對應(yīng)的臨界電壓偏移量dVt約為0.042V。亦即，隨著保持時間的增加，臨界電壓偏移量dVt從0.01V增加到0.042V，并且約為線性關(guān)系。此外，從圖可以看出讀取電流的偏移量也隨著保持時間的增加而增大。例如在保持時間為100秒時，讀取電流偏移量dIr約為0.2μA左右，而當保持時間到達100000秒時；其對應(yīng)的讀取電流偏移量dIr約為1.1μA。亦即，隨著保持時間的增加，讀取電流偏移量dIr從0.2μA增加到1.1μA，并且約為線性關(guān)系。
另外，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，臨界電壓的偏移量除了隨保持時間的增加而增加外，施加于存儲單元的柵極的柵極電壓Vg的大小也會對臨界電壓的偏移量有影響。圖3是在各種不同的柵極電壓下，臨界電壓偏移以及保持時間之間的關(guān)系圖。
如圖3所示，是針對柵極電壓Vg為0V、2V與4V三種情形下，臨界電壓偏移以及保持時間之間的關(guān)系圖。從圖中可以看出在保持時間為10秒時，三種不同的柵極電壓所對應(yīng)的臨界電壓偏移不會差太多，但隨著保持時間的增加，柵極電壓Vg對臨界電壓偏移量的影響也就越顯著。例如在保持時間為1000秒時，柵極電壓Vg為0V時所對應(yīng)的臨界電壓偏移量dVt約為0.12V，柵極電壓Vg為2V時所對應(yīng)的臨界電壓偏移量dVt約為0.175V，而柵極電壓Vg為4V時所對應(yīng)的臨界電壓偏移量dVt約為0.2V。亦即，可以明顯的看出柵極電壓Vg越大，臨界電壓偏移量dVt隨保持時間DE1增加所產(chǎn)生的偏移量也越大。
綜上所述，本發(fā)明依據(jù)上述DE1物理現(xiàn)象，結(jié)合柵極電壓與讀取電流偏移量來做為本發(fā)明的可靠性測試的依據(jù)。
圖4是柵極電壓與讀取電流衰減率(read current degradation，μA/dec)之間的關(guān)系圖。由圖4可以看出兩者之間的關(guān)系大致上為線性關(guān)系。此外，由圖4可以看出針對一個10年產(chǎn)品的需求，對于1000小時的產(chǎn)品可靠性測試時間需要1.3倍的偏移率的加速度。
如圖4所示，對10年產(chǎn)品使用壽命而言，實際字符線電壓為2.75V所對應(yīng)的讀取電流衰減率為1μA/dec，而字符線電壓為4V的讀取電流衰減率為1.25μA/dec。因此，在進行可靠性測試時，只要施加4V的字符線電壓到存儲單元的柵極，并且在1000小時內(nèi)所測量到的讀取電流衰減量，便可以對應(yīng)到實際字符線電壓為2.75V時，其10年的讀取電流衰減量。亦即，滿足字符線電壓的加速測試時，便可以斷定存儲單元可以滿足實際操作下的使用壽命，而不會失效。
圖5是上述方式的一個流程示意圖。首先，步驟S100決定柵極電壓(字符線電壓)與讀取電流衰減率之間的關(guān)系曲線。例如，圖4所示的關(guān)系圖。
步驟S102預(yù)估以后存儲單元在一預(yù)定生命期的柵極電壓。例如，圖4所示，使用壽命為10年時，柵極電壓Vg為2.75V。之后，步驟S104從步驟S100所得到的圖形中，求得對應(yīng)實際柵極電壓的加速測試字符線電壓與測試時間。例如，Vg＝4V，且測試時間為1000小時。
接著步驟S106以Vg＝4V的加速測試字符線電壓，連續(xù)在測試時間1000小時內(nèi)進行測試，測量讀取電流。經(jīng)過1000小時后，便在步驟S108對應(yīng)所測量的讀取電流是否符合其產(chǎn)品規(guī)格。
當經(jīng)過1000小時的測試后，所測量的讀取電流衰減率符合產(chǎn)品規(guī)格，則可以在步驟S110得到在經(jīng)過實際字符線電壓的作用時，其讀取電流衰減率可以滿足10年以上使用壽命的判斷準則。亦即，記存儲單元是具有可靠性的的。反之，當存儲單元經(jīng)過1000小時的測試后，所測量的讀取電流不符合產(chǎn)品規(guī)格，則可以在步驟S112得到在經(jīng)過實際字符線電壓的作用時，其讀取電流無法滿足10年以上使用壽命的判斷準則。亦即，存儲單元在實際的字符線電壓作用下會失效的。
綜上所述，利用前述的加速測試方法，可以正確且有效地預(yù)估產(chǎn)品的使用壽命。
圖6是實施本發(fā)明的非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法的一個電路范例示意圖。如圖6所示，是一個閃存陣列20，而其中只繪出一個存儲單元M做代表。熟悉此技術(shù)的應(yīng)知內(nèi)存陣列20是由復(fù)數(shù)個存儲單元以復(fù)數(shù)行(位線，連接同一行內(nèi)存的源極)與列(字符線，連接同一列內(nèi)存的柵極)方式交錯排列而成。字符線驅(qū)動器(word line driver)32，耦接到每一條字符線WL，用以提供程序化、抹除與讀取電壓到存儲單元的柵極。列地址解碼器(row decoder)30，糯接到字符線驅(qū)動器22，用以接收一列地址后，將其解碼后，傳送到字符線驅(qū)動器32；之后再由字符線驅(qū)動器32驅(qū)動連接在被選擇列地址(字符線)上的存儲單元。位線偏壓電路(b“l(fā)ine bias circuit)40，稿接到每一條位線BL，用以提供程序化、抹除與讀收電壓到存儲單元的源極。行地址解碼器(Colum decoder)42，耦接到位線偏壓電路40，用以接收一行地址后，將其解碼后，傳送到位線偏壓電路40；之后再由位線偏壓電路40提供偏壓給連接在被選擇行地址(位線)上的存儲單元。
字符線偏壓發(fā)生器50，稿接至字符線驅(qū)動器32，用以輸入一字符電壓進行臨界電壓偏移的加速測試。例如，以上述的例子為例，以Vg＝4V的加速測試字符線電壓，連續(xù)在測試時間1000小時內(nèi)進行測試，測量讀取電流衰減率。當經(jīng)過1000小時的測試后，所測量的讀取電流符合產(chǎn)品規(guī)格時，則可以得到在經(jīng)過實際字符線電壓的作用時，可以滿足10年以上的使用壽命的判斷準則；反之，當經(jīng)過1000小時的測試后，所測量的讀取電流衰減率不符合產(chǎn)品規(guī)格時，則可以得到在經(jīng)過實際字符線電壓的作用時，無法滿足10年以上使用壽命的判斷準則。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的各種更動與潤飾，均屬于本發(fā)明的保護范圍，而本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求
書所限定的為準。
權(quán)利要求
1.一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，其特征在于包括決定一柵極電壓與讀取電流衰減率的一關(guān)系曲線；預(yù)估該一實際柵極電壓與對應(yīng)該柵極電壓的一讀取電流衰減率；從該關(guān)系曲線，求得對該實際柵極電壓的一加速測試柵極電壓與一測試時間；以該加速測試柵極電壓，連續(xù)在該測試時間內(nèi)進行測試；測量對應(yīng)該加速測試柵極電壓的一讀取電流，并判斷該加速測試柵極電壓的該讀取電流是否滿足一產(chǎn)品規(guī)格；其中當滿足該產(chǎn)品規(guī)格時，則判斷為有效；當不滿足該產(chǎn)品規(guī)格時，則判斷為失效。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，其特征在于該柵極電壓對讀取電流衰減率的該關(guān)系曲線為線性。
3.一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，其特征在于包括決定一柵極電壓對與讀取電流衰減率的一關(guān)系曲線；依據(jù)一柵極電壓對與讀取電流衰減率關(guān)系，預(yù)估一實際柵極電壓與對應(yīng)該柵極電壓的一讀取電流衰減率；求得對應(yīng)該實際柵極電壓的一加速測試柵極電壓與一測試時間；以該加速測試柵極電壓，連續(xù)在該測試時間內(nèi)進行測試，并測量對應(yīng)該加速測試柵極電壓的一讀取電流，以判斷該非易失性內(nèi)存是否滿足該實際柵極電壓所對應(yīng)的使用壽命。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，其特征在于該柵極電壓對讀取電流衰減綠的該關(guān)系曲線為線性。
5.一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試電路，用以測試一存儲單元陣列，其特征在于該存儲單元陣列具有復(fù)數(shù)個存儲單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成，其中各該列糯接到一字符線驅(qū)動器，且各該行禍接到一位線偏壓電路，該非易失性內(nèi)存的可靠性測試電路包括一字符線偏壓發(fā)生器，稿接到該字符線驅(qū)動器，用以輸入一字符電壓進行臨界電壓偏移的加速測試。
6.一種具有可靠性測試電路的非易失性內(nèi)存電路，其特征在于包括一存儲單元陣列，具有復(fù)數(shù)個存儲單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成；一字符線驅(qū)動電路，糯接至各該些列，用以驅(qū)動各該些列；一位線偏壓電路，精接至各該些行，用以驅(qū)動各該些行；一字符線偏壓發(fā)生器，糯接到該字符線驅(qū)動器，用以輸入一字符電壓進行臨電壓偏移的加速測試。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種非易失性內(nèi)存的可靠性測試方法，包括決定一柵極電壓與讀取電流衰減率的關(guān)系曲線；預(yù)估該一實際柵極電壓與對應(yīng)該柵極電壓的一讀取電流衰減率；從該關(guān)系曲線，求得對應(yīng)該實際柵極電壓的一加速測試柵極電壓與一測試時間；以該加速測試柵極電壓，連續(xù)在該測試時間內(nèi)進行測試；以及測量對應(yīng)該加速測試柵極電壓的一讀取電流，并判斷該加速測試柵極電壓下，該內(nèi)存是否仍有效，以完成此非易失性內(nèi)存的可靠性測試。
文檔編號G11C29/00GKCN1220986SQ01130670
公開日2005年9月28日 申請日期2001年8月17日
發(fā)明者蔡文哲, 鄒年凱, 黃蘭婷, 汪大暉 申請人:旺宏電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan