一種測試具有浮動?xùn)艠O的非易失性存儲器單元的數(shù)據(jù)保持的方法
【專利摘要】一種減少確定具有浮動?xùn)艠O的存儲器單元的數(shù)據(jù)保持的測試時間的方法，該浮動?xùn)艠O用于在其上存儲電荷以確定該存儲器單元是否具有來自浮動?xùn)艠O的漏電流。該存儲器單元的特征在于具有依賴于浮動?xùn)艠O的電壓的絕對值的漏電速率的漏電流。該存儲器單元的特征還在于在正常操作期間施加的第一擦除電壓與第一編程電壓，以及在正常操作期間檢測到的第一讀取電流。本方法施加大于第一擦除電壓的電壓來過度擦除該浮動?xùn)艠O。包括浮動?xùn)艠O的存儲器單元經(jīng)受單一高溫烘烤。該存儲器單元然后基于該單一高溫烘烤來針對浮動?xùn)艠O的數(shù)據(jù)保持進行測試。
【專利說明】一種測試具有浮動?xùn)艠O的非易失性存儲器單元的數(shù)據(jù)保持的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對數(shù)據(jù)保持而測試具有浮動?xùn)艠O的非易失性存儲器單元的方法，并更具體地涉及一種僅需一個烘烤步驟的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有用于在其上存儲電荷的浮動?xùn)艠O的非易失性存儲器單元在本領(lǐng)域中是公知的。參照圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲器單元10的截面圖。存儲器單元10包括例如P型的第一導(dǎo)電類型的單晶襯底12。在襯底12的表面處或附近是例如N型的第二導(dǎo)電類型的第一區(qū)域14。與第一區(qū)域14間隔開的是也為第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域16。在第一區(qū)域14與第二區(qū)域16之間是溝道區(qū)域18。由多晶硅構(gòu)成的字線20位于溝道區(qū)域18的第一部分之上。字線20通過(二)氧化硅層22與溝道區(qū)域18間隔開。緊鄰字線20并與字線20間隔開的是也由多晶硅構(gòu)成的浮動?xùn)艠O24，并且位于溝道區(qū)域18的另一部分之上。浮動?xùn)艠O24通過通常也是(二)氧化硅的另一絕緣層30與溝道區(qū)域18分開。也是由多晶硅構(gòu)成的耦合柵極26位于浮動?xùn)艠O24之上，并且通過另一絕緣層32與之絕緣。在浮動?xùn)艠O24的另一側(cè)且與之間隔開的是也由多晶硅構(gòu)成的擦除柵極28。擦除柵極28位于第二區(qū)域16之上，并且與其絕緣。擦除柵極28也緊鄰耦合柵極26但是與耦合柵極26間隔開，并且至耦合柵極26的另一側(cè)。在存儲器單元10操作中，存儲于浮動?xùn)艠O24上的電荷(或是在浮動?xùn)艠O24上不存在電荷)控制第一區(qū)域14與第二區(qū)域16之間的電流流動。在浮動?xùn)艠O24在其上具有電荷的情況下，浮動?xùn)艠O24被編程。在浮動?xùn)艠O24在其上不具有電荷的情況下，浮動?xùn)艠O24被擦除。
[0003]存儲器單元10如下操作。在編程操作期間，當(dāng)電荷存儲在浮動?xùn)艠O24上時，第一正電壓被施加至字線20引起溝道區(qū)域18的在字線20下方的部分導(dǎo)電。第二正電壓施加至耦合柵極26。第三正電壓施加至第二區(qū)域16。電流施加至第一區(qū)域14。電子被第二區(qū)域16處的正電壓所吸引。在其接近浮動?xùn)艠O24時，它們經(jīng)歷由施加于耦合柵極26的電壓所引起的電場的激增，引起電荷被注入至浮動?xùn)艠O24上。因此，編程通過熱電子注入機制發(fā)生。在當(dāng)電荷從浮動?xùn)艠O24移除時的擦除操作期間，高正電壓施加至擦除柵極28。負電壓或接地電壓可以施加至耦合柵極26和/或字線20。電荷由通過浮動?xùn)艠O24與擦除柵極28之間的絕緣層的隧穿而從浮動?xùn)艠O24轉(zhuǎn)移至擦除柵極28。特別地，浮動?xùn)艠O24可以用面對擦除柵極28的鋒利的尖形成，從而便于電子從浮動?xùn)艠O24上的尖并通過浮動?xùn)艠O24和擦除柵極28之間的該絕緣層而到擦除柵極28上的福勒-諾得海姆(Fowler-Nordheim)隧穿。在讀取操作期間，第一正電壓施加至字線20來接通溝道區(qū)域18的字線20之下的部分。第二正電壓施加至耦合柵極26。電壓差施加至第一區(qū)域14與第二區(qū)域16。如果浮動?xùn)艠O24被編程，即浮動?xùn)艠O24存儲電子，則施加至耦合柵極26的該第二正電壓不能克服由存儲在浮動?xùn)艠O24上的電子所感應(yīng)的負電位，并且溝道區(qū)域18的在浮動?xùn)艠O24下面的部分仍然是不導(dǎo)電。所以，沒有電流或最少量的電流將在第一區(qū)域14和第二區(qū)域16之間流動。然而，如果浮動?xùn)艠O24沒被編程，即浮動?xùn)艠O24帶陽電荷(positively charged),則施加至耦合柵極26的該第二正電壓能夠引起溝道區(qū)域18在浮動?xùn)艠O24下面的部分是導(dǎo)電的。因此，電流將在第一區(qū)域14與第二區(qū)域16之間流動。
[0004]如眾所周知的，存儲器單元10通常在半導(dǎo)體晶片上以具有多個存儲器單元10的行和列的陣列形成。在晶片上制造器件之后，晶片上的器件經(jīng)受測試來確定每個存儲器單元10保持其被編程或被擦除狀態(tài)的能力，特別是每個存儲器單元10中的浮動?xùn)艠O24保持其電荷的能力。在測試期間，存儲器單元10首先被編程以將電荷放置在浮動?xùn)艠O24上，或被擦除來從浮動?xùn)艠O24去除電荷。該器件然后經(jīng)受高溫烘烤。最后，器件中的每個存儲器單元10經(jīng)受讀取操作，其中將被測試的來自存儲器單元10的讀取電流與讀取參考電流相比較。
[0005]參照圖2，示出了具有其數(shù)據(jù)的各種存儲器單元的讀取電流的圖形。在擦除狀態(tài)下的單元通常將具有相比于來自浮動?xùn)艠O上具有零電荷的存儲器單元的讀取電流42的更高的讀取電流40，浮動?xùn)艠O上具有零電荷的存儲器單元通常具有比來自被編程的存儲器單元的讀取電流44更高的電流。因為整合于存儲陣列中的單元的參數(shù)的分散，某些單元的讀取電流42可能比讀取參考電流更高，并且某些單元的讀取電流42可能比讀取參考電流更低。
[0006]如果存儲器單元10對于通過圍繞浮動?xùn)艠O24的電介質(zhì)的電荷具有漏電路徑，則來自具有擦除狀態(tài)的這種有缺陷的存儲器單元10的讀取電流將降低并傾向于具有電流42的特性。如果來自被測試的有缺陷的存儲器單元10的讀取電流仍然是在讀取參考電流之上，則此情況在高溫烘烤后不能被檢測到。類似地，來自具有編程狀態(tài)的有缺陷的存儲器單元10的讀取電流將增加并傾向于具有電流42的特性。如果來自被測試的有缺陷的存儲器單元10的讀取電流仍然是在讀取參考電流之下，則此情況在高溫烘烤后不能被檢測到。
[0007]由于非易失性存儲器單元10的這些特性，測試具有現(xiàn)有技術(shù)的存儲器單元10的存儲器器件涉及兩個步驟。在第一步驟中，第一數(shù)據(jù)模式被存儲在所有的存儲器器件中，后面是第一烘烤步驟，后面是測試步驟來確定每個存儲器單元10的讀取電流，并將其與讀取參考電流相比較。在第二步驟中，與第一數(shù)據(jù)模式為互逆模式的第二數(shù)據(jù)模式被存儲在所有的存儲器器件中，后面是第二烘烤步驟，后面是測試步驟以確定每個存儲器單元10的讀取電流，并將它們與讀取參考電流比較。因為在所有存儲器器件中存儲數(shù)據(jù)模式的時間和烘烤器件的時間是相當(dāng)長的，所以這已增加了測試存儲器器件的成本。然而，即使在現(xiàn)有技術(shù)的兩個烘烤過程的情況下，一些有缺陷的存儲器單元10可能在數(shù)據(jù)保持篩選測試后未被檢測到。例如，有缺陷單元10具有高于讀取參考電流的讀取電流42。在第一測試中，當(dāng)有缺陷單元10是在擦除狀態(tài)中時，來自此單元的讀取電流將降低并傾向于具有讀取電流42的特性，以致其讀取電流仍然是在讀取參考電流之上，并且有缺陷單元10將不被檢測至IJ。在第二測試中，當(dāng)有缺陷單元10是在編程狀態(tài)中時，來自此單元的讀取電流將增加并傾向于具有讀取電流42的特性。然而，如果在烘烤過程期間漏電太慢，來自有缺陷單元10的讀取電流將在烘烤過程期間沒有時間增加至高過讀取參考電流。因此，因為讀取參考電流通常接近于讀取電流42，在烘烤過程期間的漏電通常是慢的，并且一些有缺陷單元10可能在數(shù)據(jù)保持篩選后仍然未被檢測到。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]因此，本發(fā)明的一個目的是減少確定具有浮動?xùn)艠O的存儲器單元的數(shù)據(jù)保持的測試時間，該浮動?xùn)艠O用于在其上存儲電荷以確定該存儲器單元是否具有來自浮動?xùn)艠O的漏電流。具有來自浮動?xùn)艠O的漏電的存儲器單元的特征在于依賴于浮動?xùn)艠O的電壓絕對值的漏電流。該存儲器單元的特征在于，在正常操作期間施加的第一擦除電壓與第一編程電壓，以及在正常操作期間檢測到的第一讀取電流。在本發(fā)明的方法中，本方法施加大于該第一擦除電壓的電壓來過度擦除該浮動?xùn)艠O。包括該浮動?xùn)艠O的存儲器單元經(jīng)受單一高溫烘烤。該存儲器單元然后基于該單一高溫烘烤來針對浮動?xùn)艠O的數(shù)據(jù)保持進行測試。
[0009]在本發(fā)明的另一實施例中，本方法施加大于該第一編程電壓的電壓來對該浮動?xùn)艠O過度編程。包括該浮動?xùn)艠O的存儲器單元經(jīng)受單一高溫烘烤。該存儲器單元然后基于該單一高溫烘烤來針對浮動?xùn)艠O的數(shù)據(jù)保持進行測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是具有用于在其上存儲電荷的浮動?xùn)艠O的現(xiàn)有技術(shù)的非易失性存儲器單元的截面圖，本發(fā)明的測試方法可適用于其。
[0011]圖2是示出被擦除的存儲器單元、浮動?xùn)艠O上具有零電荷的存儲器單元、以及被編程的存儲器單元的讀取電流的分布的曲線圖。
[0012]圖3是示出被擦除至“正?！辈脸妷?，以及過度擦除至更高擦除電壓，以及根據(jù)更低讀取電壓的具有來自浮動?xùn)艠O的漏電的存儲器單元的作為時間的函數(shù)的讀取電流的曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的改進數(shù)據(jù)保持測試的方法，可以應(yīng)用于所有的浮動?xùn)艠O非易失性存儲器單元，并且特別是圖1中所示的那些非易失性存儲器單元10。如下文中將看到的，本發(fā)明的方法對具有依賴于浮動?xùn)艠O上被編程或擦除的電壓的絕對值的漏電的浮動?xùn)艠O非易失性存儲器單元具有特別的應(yīng)用。
[0014]參照圖3，示出以“正?！钡牟脸妷罕徊脸母?xùn)艠O存儲器單元10的具有作為時間的函數(shù)的其讀取電流的曲線圖50。通過“正?！钡牟脸妷?，其意指當(dāng)在操作中存儲器單元10被擦除時所使用的電壓。曲線50示出在存儲器單元10隨著時間被烘烤時，讀取電流逐漸地降低，并且傾向于具有對應(yīng)于浮動?xùn)艠O24上零電荷的值。由于典型的存儲器單元10在擦除狀態(tài)中，初始讀取電流大。然而，由于漏電，浮動?xùn)艠O24損失正電荷，所以讀取電流隨著時間而減少。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，漏電速率依賴于浮動?xùn)艠O24上的電壓。因此，如果擦除電壓增加以致其高于“正?！钡牟脸妷海⑶以诖鎯ζ鲉卧?0中具有相同漏電，將產(chǎn)生作為時間的函數(shù)的讀取電流的曲線圖52。如從圖3中所示的曲線圖可以看出，因為讀取電流降低的速度依賴于浮動?xùn)艠O24上的電壓，通過過度擦除存儲器單元10及烘烤存儲器單元10，有缺陷單元10的讀取電流將降低得比在“正常”擦除情況下更快。在存儲器單元10被過度擦除后，較低的電壓或甚至是零或負電壓被施加至耦合柵極26以感測讀取電流。使用較低讀取電壓將導(dǎo)致較低讀取電流，并將產(chǎn)生作為時間的函數(shù)的讀取電流的曲線圖54。在這種方式下，使用較高擦除電壓和較低讀取電壓加速了漏電并提升了有缺陷單元的可檢測性。為了最佳的性能，推薦在擦除與讀取操作期間維持施加到擦除柵極28與耦合柵極26的電壓之間的明確關(guān)系，以便在讀取操作期間浮動?xùn)艠O24上的電壓，并且特別是來自存儲器單元10的讀取電流，將與在讀取操作期間現(xiàn)有技術(shù)的方法中的是相同的，AVeg =(Δ Vcge- Δ Vcgr) *CR。/ (1-CReg)，其中Λ Veg是本發(fā)明的方法中在擦除操作期間施加在擦除柵極28的電壓與“正?！辈脸妷褐g的差異，AVcge是本發(fā)明的方法中在擦除操作期間施加到耦合柵極26的電壓與現(xiàn)有技術(shù)的方法中在擦除操作期間施加到耦合柵極26的電壓之間的差異，AVcgr是本發(fā)明的方法中在讀取操作期間施加于耦合柵極26的電壓與“正?！弊x取電壓之間的差異，CReg是擦除柵極28與浮動?xùn)艠O24之間的評估耦合比率，CRcg是耦合柵極26與浮動?xùn)艠O24之間的評估耦合比率。特別地，如果接地電壓在擦除操作期間施加于率禹合柵極26,則AVeg = -AVcgr^CRcg/ (1-CReg)。所以，以本發(fā)明的方法,在存儲器單元10被大于“正?！辈脸妷旱碾妷翰脸?，存儲器單元10經(jīng)受單一高溫烘烤，并且然后基于單一高溫烘烤來針對存儲器單元10的數(shù)據(jù)保持進行測試。如果來自被測試存儲器單元10的讀取電流低于參考電流，那么該存儲器單元10被認定為是有缺陷的。所以，利用本發(fā)明的方法，僅需要應(yīng)用單一高溫烘烤過程，并且可以測試存儲器單元10的數(shù)據(jù)保持。
[0015]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明測試存儲器單元10的數(shù)據(jù)保持的方法也可以應(yīng)用于編程狀態(tài)。所以，針對數(shù)據(jù)保持進行測試的存儲器單元10首先以大于“正?！瘪詈蠔艠O編程電壓的耦合柵極編程電壓被編程。在存儲器單元10被過度編程后，比“正?！备叩碾妷嚎梢允┘又榴詈蠔艠O26來感測讀取電流。當(dāng)浮動?xùn)艠O24上的電壓更負時，讀取電流的增加更快。因為此現(xiàn)象，通過過度編程存儲器單元10并且烘烤存儲器單元10，具有來自浮動?xùn)艠O24的漏電的存儲器單元的讀取電流可能大大地增加，使得其將高于讀取參考電流，并且具有來自浮動?xùn)艠O的漏電的存儲器單元10然后可被檢測到。在這種方式中，其改進了有缺陷存儲器單元10的可檢測性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了最佳的性能，編程電壓的增加應(yīng)該等于讀取電壓的增加。所以，利用本發(fā)明的方法，在存儲器單元10以大于“正?！本幊屉妷旱碾妷罕痪幊毯螅鎯ζ鲉卧?0經(jīng)受單一 高溫烘烤，并且接著基于單一高溫烘烤來針對存儲器單元10的數(shù)據(jù)保持進行測試。如果來自被測試的存儲器單元10的讀取電流高于讀取參考電流，那么該存儲器單元10被認為是有缺陷的。所以，利用本發(fā)明的方法，僅需要應(yīng)用單一高溫烘烤過程，并且可以測試存儲器單元10的數(shù)據(jù)保持。
[0016]存在多種方式來實施本發(fā)明的方法。首先，過度擦除或過度編程電壓可以外部地供應(yīng)至包含所關(guān)心的存儲器單元10的測試管芯。然而，如果過度擦除電壓或過度編程電壓被供應(yīng)在專用引線上，這可能使額外的引線到管芯成為必要。替代地，如果過度擦除電壓或過度編程電壓被供應(yīng)在其它功率/信號源也對其多路復(fù)用的引線上，那么這可以使管芯內(nèi)的另外的電路成為必要以區(qū)分來自其它功率/信號的過度擦除電壓或過度編程電壓。
[0017]實施本發(fā)明的方法的另一個方式是在管芯上內(nèi)部地生成過度擦除電壓或過度編程電壓。幾乎所有浮動?xùn)艠O非易失性存儲器單元具有板上電荷泵來生成針對“正常”擦除或編程功能所需要的高電壓。為了實施本發(fā)明的方法，可以改變該板上電荷泵以生成過度擦除電壓或過度編程電壓。
[0018]根據(jù)前述可看出，利用本發(fā)明的方法，針對數(shù)據(jù)保持的測試可以比利用現(xiàn)有技術(shù)的方法快得多地完成。特別地，本發(fā)明減少了測試時間并改進了篩選效率。如上所述，利用其中使用過度擦除或過度編程電壓的本發(fā)明，在烘烤過程期間在浮動?xùn)艠O上的電位的絕對值更高，導(dǎo)致漏電的加速，這導(dǎo)致更加高效的數(shù)據(jù)保持篩選。
【權(quán)利要求】
1.一種測試非易失性存儲器單元的方法，該存儲器單元具有用于在其上存儲電荷的浮動?xùn)艠O，其中所述方法用于如果存儲器單元具有依賴于該浮動?xùn)艠O的電壓的絕對值的來自該浮動?xùn)艠O的漏電流就測試該存儲器單元，其中所述單元的特征在于在正常操作期間施加的第一擦除電壓、第一編程電壓與第一讀取電壓，以及在正常操作期間檢測到的擦除的存儲器單元的第一讀取電流，其中所述方法包括: 施加大于該第一擦除電壓的電壓來過度擦除該浮動?xùn)艠O； 使包括該浮動?xùn)艠O的該存儲器單元經(jīng)受單一高溫烘烤；以及 通過施加低于該第一讀取電壓的讀取電壓來測試該浮動?xùn)艠O的數(shù)據(jù)保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲器單元的特征在于: 第一導(dǎo)電類型的并且具有頂表面的單晶襯底； 在所述襯底中沿著該頂表面的第二導(dǎo)電類型的第一區(qū)域； 第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域，其在所述襯底中沿著該頂表面，與該第一區(qū)域間隔開； 在該第一區(qū)域與該第二區(qū)域之間的溝道區(qū)域； 位于該溝道區(qū)域的第一部分之上的字線柵極，其通過第一絕緣層與該溝道區(qū)域間隔開； 位于該溝道區(qū)域的另 一部分之上的浮動?xùn)艠O，其與該字線柵極相鄰且分開，其中該浮動?xùn)艠O通過第二絕緣層與該溝道區(qū)域分開； 位于該浮動?xùn)艠O之上并通過第三絕緣層與其絕緣的耦合柵極；以及擦除柵極，其被定位成與該浮動?xùn)艠O相鄰且在與該字線柵極相對的側(cè)；所述擦除柵極位于該第二區(qū)域之上并且與其絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中如果在所述經(jīng)受步驟之后該存儲器單元的讀取電流低于讀取參考電流，則所述測試步驟確定該存儲器單元是有缺陷的。
4.一種測試非易失性存儲器單元的方法，該存儲器單元具有用于在其上存儲電荷的浮動?xùn)艠O，其中所述方法用于如果存儲器單元具有依賴于該浮動?xùn)艠O的電壓的絕對值的來自該浮動?xùn)艠O的漏電流則測試該存儲器單元，其中所述單元的特征在于在正常操作期間施加的第一擦除電壓、第一編程電壓和第一讀取電壓，以及在正常操作期間檢測的編程的存儲器單元的第一讀取電流，其中所述方法包括: 施加大于該第一編程電壓的電壓來將該浮動?xùn)艠O過度編程； 使包括該浮動?xùn)艠O的該存儲器單元經(jīng)受單一高溫烘烤；以及 通過施加大于該第一讀取電壓的讀取電壓來測試該浮動?xùn)艠O的數(shù)據(jù)保持。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述存儲器單元的特征在于: 第一導(dǎo)電類型并且具有頂表面的單晶襯底； 在沿著該頂表面的所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的第一區(qū)域， 第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)域，其在所述襯底中沿著所述頂表面，與該第一區(qū)域間隔開； 在該第一區(qū)域與該第二區(qū)域之間的溝道區(qū)域； 位于該溝道區(qū)域的第一部分之上的字線柵極，其通過第一絕緣層與該溝道區(qū)域間隔開； 位于該溝道區(qū)域的另一部分之上的浮動?xùn)艠O，其與該字線柵極相鄰且分開，其中該浮動?xùn)艠O通過第二絕緣層與該溝道區(qū)域分開；位于該浮動?xùn)艠O之上并且通過第三絕緣層與其絕緣的耦合柵極；以及擦除柵極，其被定位成與該浮動?xùn)艠O相鄰且在與該字線柵極相對的側(cè)；所述擦除柵極位于該第二區(qū)域之上并且與其絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5 所述的方法，其中如果在所述經(jīng)受步驟之后該存儲器單元的讀取電流高于讀取參考電流，則所述測試步驟確定該存儲器單元是有缺陷的。
【文檔編號】H01L21/02GK103988281SQ201280055415
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月9日
【發(fā)明者】V·馬科夫, J·尤, S·班薩爾, A·科托夫 申請人:硅存儲技術(shù)公司