專利名稱：非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法與電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性內(nèi)存的驗(yàn)證電路與方法，且特別涉及一種具有陷阱層(trapping)的非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證(qualification test)方法與電路。
請(qǐng)參考

圖1，是可以儲(chǔ)存兩位的具有陷阱層的非揮發(fā)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(chǔ)單元的源極18與漏極16的離子摻雜。基底上方則具有柵極結(jié)構(gòu)，柵極結(jié)構(gòu)可以是一種氮化物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(lái)做為捕獲電子的陷阱層。在此，信道熱電子注入(channel hotelectron injection)與帶對(duì)帶熱電洞注入(band-to-band hot hole injection)分別用來(lái)對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)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(dāng)電子被吸引進(jìn)去時(shí)，便會(huì)被局限于存儲(chǔ)單元的漏極側(cè)或源極側(cè)。也就是說(shuō)，當(dāng)施加程序電壓于柵極與漏極，而源極施加0V的電壓時(shí)，柵極-漏極側(cè)便會(huì)產(chǎn)生大的電場(chǎng)，將電子吸入至陷阱層的漏極側(cè)并且束縛于其中。反之，當(dāng)施加程序電壓于柵極與源極，而漏極施加0V的電壓時(shí)，柵極-源極側(cè)便會(huì)產(chǎn)生大的電場(chǎng)，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(chǔ)存方式，也就是圖1所示的位1與位2的位置。表一 著種存儲(chǔ)單元可以通過(guò)將電子注入絕緣層12后，以改變存儲(chǔ)單元的臨界電壓(threshold voltage，Vt)。然而，存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)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(huì)隨著保持時(shí)間(retention time)的增加而降低。臨界電壓的降低會(huì)造成漏電電流(leakage current)的增加，并且會(huì)使得存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)信息失效。例如，原來(lái)在超過(guò)某臨界電壓是狀態(tài)“0”的情形時(shí)，會(huì)因?yàn)榕R界電壓的降低，而無(wú)法分辨出狀態(tài)“1”或狀態(tài)“0”；也就是說(shuō)，存儲(chǔ)單元所儲(chǔ)存的信息無(wú)法正確的讀出。
因此，為了能夠確保在存儲(chǔ)單元生產(chǎn)后，到經(jīng)過(guò)封裝后的產(chǎn)品到達(dá)用戶的手中，內(nèi)存可以長(zhǎng)期地被使用而不會(huì)失效，于是便需要進(jìn)行測(cè)試，來(lái)確保經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的保持時(shí)間后，即使臨界電壓降低，仍然在正常操作范圍，而不會(huì)失效。然而，由于測(cè)試時(shí)間有限，如何運(yùn)用測(cè)試方法來(lái)正確且有效預(yù)測(cè)存儲(chǔ)單元的使用壽命(life time)，便成為一重要的工作。
因此，本發(fā)明提出一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法與裝置，其是一種加速性測(cè)試，利用在一段測(cè)試時(shí)間內(nèi)，判斷存儲(chǔ)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)明提出一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法。首先，決定程序電壓對(duì)與存儲(chǔ)單元陣列使用壽命之間的一關(guān)系曲線。接著預(yù)估該存儲(chǔ)單元陣列在預(yù)定使用壽命的一程序電壓。從該關(guān)系曲線，求得對(duì)應(yīng)該預(yù)定使用壽命的該程序電壓的加速測(cè)試程序電壓與測(cè)試時(shí)間，以加速程序電壓，連續(xù)在測(cè)試時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行已程序存儲(chǔ)狀態(tài)的驗(yàn)證，并判斷存儲(chǔ)單元陣列中所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)該測(cè)試時(shí)間后，是否均維持在該已程序狀態(tài)。其中當(dāng)存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元均維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為存儲(chǔ)單元陣列具有相應(yīng)的使用壽命；當(dāng)存儲(chǔ)單元陣列中的部分存儲(chǔ)單元沒(méi)有維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為存儲(chǔ)單元陣列不具有相應(yīng)的使用壽命。
本發(fā)明還提出一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證電路，用以測(cè)試一存儲(chǔ)單元陣列，其中存儲(chǔ)單元陣列具有復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成，其中各列耦接到一字符線驅(qū)動(dòng)器，且各行耦接到一位線偏壓電路，非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證電路包括一程序電壓驗(yàn)證控制單元，耦接到存儲(chǔ)單元陣列，用以對(duì)各存儲(chǔ)單元進(jìn)行已程序狀態(tài)的控制與驗(yàn)證。
通過(guò)上述的加速驗(yàn)證方法與電路，利用加速測(cè)試的程序電壓，在預(yù)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，對(duì)所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，隨之驗(yàn)證所有存儲(chǔ)單元是否均可以被驗(yàn)證在程序化的狀態(tài)。若是，則可以得知在一實(shí)際的程序電壓下，其存儲(chǔ)單元均被確認(rèn)可以在預(yù)定的使用壽命內(nèi)正常工作。借此，以達(dá)到可靠性驗(yàn)證的目的。
除此之外，以圖2為例，臨界電壓的變化率和程序電壓相關(guān)性低，約為下式所示dVtdlog(t)≈0.14dVtpgm]]>因此，在相同的判斷準(zhǔn)則(failure criteria)下，例如以Vt＝2.5V為判斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，越高的程序電壓Vtpgm，其對(duì)應(yīng)的使用壽命就越長(zhǎng)。判斷準(zhǔn)則代表當(dāng)臨界電壓低于此值時(shí)，便不能分辨出存儲(chǔ)單元中所儲(chǔ)存資料系在狀態(tài)“0”，存儲(chǔ)單元失效。
如圖2所示，例如當(dāng)程序電壓Vtpgm為4.2V時(shí)，圖上的臨界電壓從約3.5V降至約2.7V。也就是在保持時(shí)間到接近1000小時(shí)時(shí)，其臨界電壓Vt已經(jīng)接近失效判斷準(zhǔn)則2.5V。也就是說(shuō)當(dāng)程序電壓Vtpgm為4.2V時(shí)，其使用壽命約只有1000小時(shí)。反之，當(dāng)程序電壓Vtpgm為5.92V時(shí)，圖上的臨界電壓從約4.75V降至約3.75V。此時(shí)離臨界電壓失效的邊界還差很遠(yuǎn)，也就是其使用壽命遠(yuǎn)大于當(dāng)程序電壓Vtpgm為4.2V時(shí)的條件。圖3是在不同的程序電壓下，漏電電流與保持時(shí)間之間的關(guān)系。圖3是在不同的程序電壓下(Vtpgm＝2.91～3.7V)，檢測(cè)存儲(chǔ)單元的漏電電流Ir(μA)。在圖3中是以漏電電流Ir＝0.5μA(圖中標(biāo)示II)做為存儲(chǔ)單元失效的判斷準(zhǔn)則。當(dāng)漏電電流超過(guò)Ir＝0.5μA時(shí)，便不能分辨存儲(chǔ)單元的儲(chǔ)存狀態(tài)為“0”。此外，標(biāo)線I代表10年的產(chǎn)品(存儲(chǔ)單元)使用壽命。
如圖3所示，其可以明顯看出程序電壓Vtpgm越大的話，其對(duì)應(yīng)的保持時(shí)間就越長(zhǎng)。以程序電壓Vtpgm＝2.91V為例，在保持時(shí)間到達(dá)1小時(shí)后，它的漏電電流便超過(guò)0.5μA的標(biāo)準(zhǔn)，而使存儲(chǔ)單元失效。以程序電壓Vtpgm＝3.29V為例，在保持時(shí)間到達(dá)約100小時(shí)后，它的漏電電流便超過(guò)0.5μA的標(biāo)準(zhǔn)，而使存儲(chǔ)單元失效。而程序電壓Vtpgm＝3.70V為例，在保持時(shí)間到達(dá)曲線I的10年使用壽命限后，它的漏電流仍未超過(guò)0.5μA的標(biāo)準(zhǔn)。即當(dāng)程序電壓Vtpgm＝3.70V，其存儲(chǔ)單元的使用壽命可以超過(guò)10年。
圖4是程序電壓與存儲(chǔ)單元使用壽命之間的關(guān)系示意圖。圖4是結(jié)合圖2與圖3的結(jié)果。從圖4可以看出存儲(chǔ)單元的使用壽命(保持時(shí)間)與程序電壓Vtpgm之間大致上是一線性關(guān)系。本發(fā)明要使用此圖來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)單元的加速驗(yàn)證。所謂的加速驗(yàn)證即利用一加速測(cè)試的程序電壓Vta，在一預(yù)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，對(duì)所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)該預(yù)定時(shí)間后，隨之驗(yàn)證所有存儲(chǔ)單元是否均可以被驗(yàn)證保持在程序化的狀態(tài)。若是，則可以得知在一較高的程序電壓Vtp下，其存儲(chǔ)單元均被確認(rèn)可以在預(yù)定的使用壽命之內(nèi)正常工作。
如圖4所示，因?yàn)榇鎯?chǔ)單元的使用壽命(保持時(shí)間)與程序電壓Vtpgm之間大致上是一線性關(guān)系，所以當(dāng)想使用圖中的程序電壓Vtp來(lái)對(duì)存儲(chǔ)單元程序，并使其具有預(yù)定的使用壽命(標(biāo)線I)時(shí)，其會(huì)分別對(duì)應(yīng)到一個(gè)較低的程序電壓Vta與一測(cè)試時(shí)間(標(biāo)線II)。
例如，以圖4為例，當(dāng)存儲(chǔ)單元在未來(lái)要以程序電壓Vtp為3.6V來(lái)程序時(shí)，使其具有105小時(shí)(約10年)的使用壽命，便可以利用圖4的關(guān)系曲線的斜率，來(lái)找到一個(gè)加速測(cè)試程序電壓Vta(3.3V)，且該加速測(cè)試程序電壓Vta對(duì)應(yīng)到一個(gè)測(cè)試時(shí)間103小時(shí)。
因此，在進(jìn)行存儲(chǔ)單元的可靠性驗(yàn)證(qualification test)，即驗(yàn)證存儲(chǔ)單元是否可以具有預(yù)估的使用壽命時(shí)，便可以將程序化至加速測(cè)試程序電壓Vta(3.3v)存儲(chǔ)單元，并且經(jīng)過(guò)測(cè)試時(shí)間103小時(shí)。對(duì)所有的存儲(chǔ)單元進(jìn)行驗(yàn)證工作，以判斷所有存儲(chǔ)單元是否均可以被驗(yàn)證在已程序狀態(tài)。若是的話，也就是所有的存儲(chǔ)單元在Vta＝3.3V的情形下，經(jīng)過(guò)103小時(shí)后，其存儲(chǔ)狀態(tài)均為可以被驗(yàn)證為正常，而非失效。
此外，因?yàn)閳D4中所呈現(xiàn)的使用壽命(保持時(shí)間)與程序電壓Vtpgm之間大致上為一線性關(guān)系，因此便可以得到當(dāng)存儲(chǔ)單元在未來(lái)利用程序電壓Vtpgm為3.6V時(shí)，其存儲(chǔ)單元可以滿足10年產(chǎn)品使用壽命的標(biāo)準(zhǔn)。
因此，利用上述的方法，便可以在短時(shí)間內(nèi)，以較低的程序電壓來(lái)預(yù)估存儲(chǔ)單元在較高的電壓是否可以具有預(yù)定的產(chǎn)品使用壽命。
圖5是上述方式的一個(gè)流程示意圖。首先，步驟S100決定程序電壓Vtpgm與存儲(chǔ)單元產(chǎn)品的使用壽命之間的關(guān)系曲線。例如，圖4所示的關(guān)系圖。
步驟S102預(yù)估存儲(chǔ)單元在一預(yù)定使用壽命的程序電壓。例如，圖4所示，使用壽命為10年時(shí)，程序電壓Vtpgm為3.6V。之后，步驟S104是從步驟S100所得到的曲線中，求得對(duì)應(yīng)程序電壓Vtpgm的加速測(cè)試程序電壓Vta與測(cè)試時(shí)間。例如，Vta＝3.3V且測(cè)試時(shí)間為1000小時(shí)。
接著步驟S106以Vta＝3.3V的加速測(cè)程序電壓，連續(xù)在測(cè)試時(shí)間1000小時(shí)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)后，便在步驟S108對(duì)所有的存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的驗(yàn)證，并判斷是否所有的存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的測(cè)試后，已程序狀態(tài)是否均可以維持。
當(dāng)所有的存儲(chǔ)單元經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的測(cè)試后，仍然維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則可以在步驟S110得到所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)程序電壓Vtpgm的程序化后，可以具有10年以上的使用壽命。反之，當(dāng)存儲(chǔ)單元經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的測(cè)試后，有部分存儲(chǔ)單元無(wú)法維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則可以在步驟S112得到所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)程序電壓Vtpgm的程序化后，無(wú)法具有10年以上的使用壽命。
綜上所述，利用前述的加速驗(yàn)證方法，可以正確且有效地預(yù)估產(chǎn)品的使用壽命。
圖6是實(shí)施本發(fā)明的非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法的一個(gè)電路范例示意圖。如圖6所示，是一個(gè)閃存陣列20，而其中只繪出一個(gè)存儲(chǔ)單元M做代表。熟悉該技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)知到內(nèi)存陣列20由復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)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(cuò)排列而成。字符線驅(qū)動(dòng)器(word linedriver)32耦接到每一條字符線WL，用以提供程序、抹除與讀取電壓到存儲(chǔ)單元的柵極。列地址譯碼器(row decoder)30耦接到字符線驅(qū)動(dòng)器32，用以接收一列地址后，將其譯碼后，傳送到字符線驅(qū)動(dòng)器32；之后再由字符線驅(qū)動(dòng)器32驅(qū)動(dòng)連接在被選擇列地址(字符線)上的存儲(chǔ)單元。位線偏壓電路(bit line bias circuit)40耦接到每一條位線BL，用以提供程序、抹除與讀取電壓到存儲(chǔ)單元的源極。行地址譯碼器(columndecoder)42耦接到位線偏壓電路40，用以接收一行地址后，將其譯碼后，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(chǔ)單元。
程序電壓驗(yàn)證控制單元50，耦接至內(nèi)存陣列20，用以驗(yàn)證內(nèi)存陣列20中每一個(gè)存儲(chǔ)單元的已程序狀態(tài)。如前所述的方法，通過(guò)程序電壓驗(yàn)證控制單元50來(lái)控制內(nèi)存陣列20中每一個(gè)存儲(chǔ)單元的已程序狀態(tài)為加速測(cè)試程序電壓Vta。當(dāng)所有的存儲(chǔ)單元經(jīng)過(guò)測(cè)試時(shí)間的測(cè)試后，仍然維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則可以得到所有存儲(chǔ)單元可以具有預(yù)估的長(zhǎng)期的使用壽命。反之，當(dāng)存儲(chǔ)單元經(jīng)過(guò)測(cè)試時(shí)間的測(cè)試后，有部分存儲(chǔ)單元無(wú)法維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則得到所有存儲(chǔ)單元無(wú)法具有預(yù)估的長(zhǎng)期的使用壽命。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)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(dòng)與潤(rùn)飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，而本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所限定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法，其特征在于包括決定一程序電壓與存儲(chǔ)單元陣列使用壽命之間的一關(guān)系曲線；預(yù)估該存儲(chǔ)單元陣列在一預(yù)定使用壽命的一程序電壓；從該關(guān)系曲線，求得對(duì)應(yīng)該預(yù)定使用壽命的該程序電壓的一加速測(cè)試程序電壓與一測(cè)試時(shí)間；以該加速測(cè)試電壓，連續(xù)在該測(cè)試時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試；對(duì)該存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行一已程序存儲(chǔ)狀態(tài)的驗(yàn)證，并判斷是否該存儲(chǔ)單元陣列中所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)該測(cè)試時(shí)間后，是否均維持在該已程序狀態(tài)，其中當(dāng)該存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元均維持在該已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為該存儲(chǔ)單元陣列具有該使用壽命；當(dāng)該存儲(chǔ)單元陣列中的部分存儲(chǔ)單元沒(méi)有維持在該已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為該存儲(chǔ)單元陣列不具有該使用壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法，其特征在于該程序電壓對(duì)與存儲(chǔ)單元陣列使用壽命之間的該關(guān)系曲線系大致為線性。
3.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法，其特征在于包括依據(jù)一程序電壓對(duì)存儲(chǔ)單元陣列的使用壽命的關(guān)系，預(yù)估該存儲(chǔ)單元陣列在一預(yù)定使用壽命的一程序電壓；求得對(duì)應(yīng)該預(yù)定使用壽命的該程序電壓的一加速測(cè)試程序電壓與一測(cè)試時(shí)間；以該加速測(cè)試程序電壓，連續(xù)在該測(cè)試時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試；對(duì)該存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行一已程序存儲(chǔ)狀態(tài)的驗(yàn)證，并判斷是否該存儲(chǔ)單元陣列中所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)該測(cè)試時(shí)間后，是否均維持在該已程序狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法，其特征在于該程序電壓對(duì)與存儲(chǔ)單元陣列使用壽命的關(guān)系系大致為線性。
5.一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證電路，用以測(cè)試一存儲(chǔ)單元陣列，其中該存儲(chǔ)單元陣列具有復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成，其中各該列耦接到一字符線驅(qū)動(dòng)器，且各該行耦接到一位線偏壓電路，其特征在于該非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證電路包括一程序電壓驗(yàn)證控制單元，耦接到該存儲(chǔ)單元陣列，用以對(duì)各該些存儲(chǔ)單元進(jìn)行一已程序狀態(tài)的控制與驗(yàn)證。
6.一種具有可靠性驗(yàn)證電路的非揮發(fā)性內(nèi)存電路，其特征在于包括一存儲(chǔ)單元陣列，具有復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)單元，以復(fù)數(shù)列與行排列構(gòu)成；一字符線驅(qū)動(dòng)電路，耦接至各該些列，用以驅(qū)動(dòng)各該些列；一位線偏壓電路，耦接至各該些行，用以驅(qū)動(dòng)各該些行；一程序電壓驗(yàn)證控制單元，耦接到該存儲(chǔ)單元陣列，用以對(duì)各該些存儲(chǔ)單元進(jìn)行一已程序狀態(tài)的控制與驗(yàn)證。
全文摘要
一種非揮發(fā)性內(nèi)存的可靠性驗(yàn)證方法。首先，決定程序電壓與存儲(chǔ)單元陣列之間的一關(guān)系曲線。接著預(yù)估該存儲(chǔ)單元陣列預(yù)定的一程序電壓。從該關(guān)系曲線，求得對(duì)應(yīng)該預(yù)定的該程序電壓的加速測(cè)試程序電壓與測(cè)試時(shí)間，以加速程序電壓，連續(xù)在測(cè)試時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元進(jìn)行已程序狀態(tài)的驗(yàn)證，并判斷存儲(chǔ)單元陣列中所有存儲(chǔ)單元在經(jīng)過(guò)該測(cè)試時(shí)間后，是否均維持在該已程序狀態(tài)。其中當(dāng)存儲(chǔ)單元陣列中的所有存儲(chǔ)單元均維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為存儲(chǔ)單元陣列具有預(yù)估的使用壽命；當(dāng)存儲(chǔ)單元陣列中的部分存儲(chǔ)單元沒(méi)有維持在已程序狀態(tài)時(shí)，則判斷為存儲(chǔ)單元陣列不具有該預(yù)估的使用壽命。
文檔編號(hào)G11C29/00GK1405783SQ0113067
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者蔡文哲, 汪大暉, 鄒年凱 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司