非揮發性內存的可靠性測試方法與電路的製作方法

2023-05-01 02:15:06

專利名稱：非揮發性內存的可靠性測試方法與電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非揮發性內存的測試電路與方法，且特別涉及一種具有陷阱層(trapping)的非揮發性內存的可靠性測試(qualification test)方法與電路。
請參考

圖1，是可以儲存兩位的具有陷阱層的非揮發性內存的結構剖面示意圖。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。基底上方則具有柵極結構，柵極結構可以是一種氧化物10/氮化物12/氧化物14(oxide/nitride/oxide)結構。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 hotelectron injection)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。
由於陷阱層12是非導體(絕緣層)，所以當電子被吸引進去時，便會被局限於存儲單元的漏極側或源極側。也就是說，當施加程序電壓於柵極與漏極，而源極施加0V的電壓時，柵極-漏極側便會產生大的電場，將電子吸入至陷阱層的漏極側並且束縛於其中。反之，當施加程序電壓於柵極與源極，而漏極施加0V的電壓時，柵極-源極側便會產生大的電場，將電子吸入至陷阱層的源極側並且束縛於其中。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後，以改變存儲單元的臨界電壓(threshold voltage，Vt)。然而，存儲單元在經過程序/抹除周期(program/erase cycle，P/E cycle)後，已程序狀態(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，並且會使得存儲單元的存儲信息失效。例如，原來在低於某臨界電壓是狀態「1」的情形時，會因為臨界電壓的增加，而無法分辨出狀態「1」或狀態「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後，到經過封裝後的產品到達用戶的手中，內存可以長期地被使用而不會失效，於是便需要進行測試，來確保經過長期的保持時間後，即使臨界電壓增加，仍然在正常操作範圍，而不會失效。然而，由於測試時間有限，如何運用測試方法來正確且有效預測存儲單元的使用壽命(life time)，便成為一重要的工作。
因此，本發明提出一種非揮發性內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，判斷存儲單元陣列是否可在預定的使用壽命內正常工作。
本發明提出一種非揮發性內存的可靠性測試方法，包括決定一柵極電壓對於讀取電流衰減率的關係曲線；預估該實際柵極電壓與對應該柵極電壓的讀取電流衰減率；從該關係曲線求得對應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，連續在該測試時間內進行測試；以及測量對應該加速測試柵極電壓的一讀取電流衰減率，並判斷該加速測試柵極電壓下內存的讀取電流，以判斷該內存是否仍有效。
本發明還提出一種非揮發性內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複數個存儲單元，以複數列與行排列構成，其中各該列耦接到一字符線驅動器，且各該行耦接到一位線偏壓電路，該非揮發性內存的可靠性測試電路包括一字符線偏壓發生器，耦接到該字符線驅動器，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係圖。如圖2所示，首先針對臨界電壓的偏移現象來看，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，並且約為線性關係。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，並且約為線性關係。
另外，根據實驗數據顯示，臨界電壓的偏移量除了隨保持時間的增加而增加外，施加於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係圖。
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係圖。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時所對應的臨界電壓偏移量dVt約為0.12V，柵極電壓Vg為2V時所對應的臨界電壓偏移量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增加所產生的偏移量也越大。
綜上所述，本發明依據上述DE1物理現象，結合柵極電壓與讀取電流偏移量來做為本發明的可靠性測試的依據。
圖4是柵極電壓與讀取電流衰減率(read current degradation，μA/dec)之間的關係圖。由圖4可以看出兩者之間的關係大致上為線性關係。此外，由圖4可以看出針對一個10年產品的需求，對於1000小時的產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年產品使用壽命而言，實際字符線電壓為2.75V所對應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，並且在1000小時內所測量到的讀取電流衰減量，便可以對應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係曲線。例如，圖4所示的關係圖。
步驟S102預估以後存儲單元在一預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。之後，步驟S104從步驟S100所得到的圖形中，求得對應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，連續在測試時間1000小時內進行測試，測量讀取電流。經過1000小時後，便在步驟S108對應所測量的讀取電流是否符合其產品規格。
當經過1000小時的測試後，所測量的讀取電流衰減率符合產品規格，則可以在步驟S110得到在經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，當存儲單元經過1000小時的測試後，所測量的讀取電流不符合產品規格，則可以在步驟S112得到在經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估產品的使用壽命。
圖6是實施本發明的非揮發性內存的可靠性測試方法的一個電路範例示意圖。如圖6所示，是一個快閃記憶體陣列20，而其中只繪出一個存儲單元M做代表。熟悉此技術的應知內存陣列20是由複數個存儲單元以複數行(位線，連接同一行內存的源極)與列(字符線，連接同一列內存的柵極)方式交錯排列而成。字符線驅動器(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，耦接到字符線驅動器22，用以接收一列地址後，將其解碼後，傳送到字符線驅動器32；之後再由字符線驅動器32驅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「line bias circuit)40，耦接到每一條位線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(columndecoder)42，耦接到位線偏壓電路40，用以接收一行地址後，將其解碼後，傳送到位線偏壓電路40；之後再由位線偏壓電路40提供偏壓給連接在被選擇行地址(位線)上的存儲單元。
字符線偏壓發生器50，耦接至字符線驅動器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，連續在測試時間1000小時內進行測試，測量讀取電流衰減率。當經過1000小時的測試後，所測量的讀取電流符合產品規格時，則可以得到在經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，當經過1000小時的測試後，所測量的讀取電流衰減率不符合產品規格時，則可以得到在經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，雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉該項技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的各種更動與潤飾，均屬於本發明的保護範圍，而本發明的保護範圍以權利要求書所限定的為準。
權利要求
1.一種非揮發性內存的可靠性測試方法，其特徵在於包括決定一柵極電壓與讀取電流衰減率的一關係曲線；預估該一實際柵極電壓與對應該柵極電壓的一讀取電流衰減率；從該關係曲線，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，連續在該測試時間內進行測試；測量對應該加速測試柵極電壓的一讀取電流，並判斷該加速測試柵極電壓的該讀取電流是否滿足一產品規格；其中當滿足該產品規格時，則判斷為有效；當不滿足該產品規格時，則判斷為失效。
2.根據權利要求1所述的非揮發性內存的可靠性測試方法，其特徵在於該柵極電壓對讀取電流衰減率的該關係曲線大致為線性。
3.一種非揮發性內存的可靠性測試方法，其特徵在於包括決定一柵極電壓對與讀取電流衰減率的一關係曲線；依據一柵極電壓對與讀取電流衰減率關係，預估一實際柵極電壓與對應該柵極電壓的一讀取電流衰減率；求得對應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，連續在該測試時間內進行測試，並測量對應該加速測試柵極電壓的一讀取電流，以判斷該非揮發性內存是否滿足該實際柵極電壓所對應的使用壽命。
4.根據權利要求3所述的非揮發性內存的可靠性測試方法，其特徵在於該柵極電壓對讀取電流衰減綠的該關係曲線大致為線性。
5.一種非揮發性內存的可靠性測試電路，用以測試一存儲單元陣列，其特徵在於該存儲單元陣列具有複數個存儲單元，以複數列與行排列構成，其中各該列耦接到一字符線驅動器，且各該行耦接到一位線偏壓電路，該非揮發性內存的可靠性測試電路包括一字符線偏壓發生器，耦接到該字符線驅動器，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揮發性內存電路，其特徵在於包括一存儲單元陣列，具有複數個存儲單元，以複數列與行排列構成；一字符線驅動電路，耦接至各該些列，用以驅動各該些列；一位線偏壓電路，耦接至各該些行，用以驅動各該些行；一字符線偏壓發生器，耦接到該字符線驅動器，用以輸入一字符電壓進行臨界電壓偏移的加速測試。
全文摘要
一種非揮發性內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係曲線；預估該一實際柵極電壓與對應該柵極電壓的一讀取電流衰減率；從該關係曲線，求得對應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，連續在該測試時間內進行測試；以及測量對應該加速測試柵極電壓的一讀取電流，並判斷該加速測試柵極電壓下，該內存是否仍有效，以完成此非揮發性內存的可靠性測試。
文檔編號G11C29/00GK1405781SQ01130670
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月17日 優先權日2001年8月17日
發明者蔡文哲, 鄒年凱, 黃蘭婷, 汪大暉 申請人:旺宏電子股份有限公司