專利名稱：一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法
技術領域：
一種測試集成電路的性能及其故障的方法，尤其是測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法。
背景技術：
存儲器是各種電子計算機的主要存儲部件，并廣泛用于其它電子設備中。對半導體存儲器的基本要求是高精度，大容量，低功耗。存儲器按功能可以分為只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)。只讀存儲器又可以分為兩大類一是掩模編程ROM，它所存儲的固定邏輯信息是由生產(chǎn)廠家通過光刻掩模版來決定的，典型的例子如字符發(fā)生器；還有一類是現(xiàn)場可編程ROM，又可分為可編程ROM(PROM)、紫外可擦除電可編程ROM(EPROM)、電可擦除電可編程ROM(EEPROM)3類。PROM用戶可根據(jù)需要把無用的熔絲燒斷來完成編程工作(即把信息寫入到存儲器中)，一旦編程完畢，就無法再更改，故用戶只可編程一次。EPROM此類ROM存儲單元中存儲信息的管子采用浮柵結構，利用浮柵上有無電荷來存儲信息，當需要重新編程時，可先用紫外線把原存的信息一次全部擦除，再根據(jù)需要編入新的內容，可反復編程，EPROM不可逐字擦除所存內容，擦除需要紫外光，且擦除時間長，使用不便。第3類是EEPROM。在這3種類型中，EEPROM采用了浮柵隧道氧化物結構，它利用隧道效應來實現(xiàn)信息的存儲和擦除。它可以在無須附加電壓的條件下實現(xiàn)逐字的擦和寫。具有擦寫方便、迅速的特點，因此得到了廣泛的應用。
在IC卡的制造與生產(chǎn)過程中，EEPROM的測試是最為重要，最為關鍵的一環(huán)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，IC卡測試中，不良率的90％以上都發(fā)生在EEPROM上。由于EEPROM存儲單元的擦寫是通過超薄氧化層的隧道效應來實現(xiàn)的，擦寫所用的時間遠超過邏緝電路檢測所用的時間，導致對EEPROM的測試非常耗時間。
在實際設計、生產(chǎn)和測試過程中，EEPROM失效的原因比較復雜，有可能是設計上的失誤，也有可能是工藝上的偏差造成的。設計中常見的問題有擦寫高壓VPP不夠，靈敏讀放電路延時過大等，當然對于EEPROM來說，其出錯的原因不止這些，但對于一個已經(jīng)過測試的EEPROM電路來說，其成品率的波動只與工藝有關，如何快速可靠的測出EEPROM失效的原因，最大限度的減少實際損失也是一個非常迫切的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，旨在解決測試電可擦除電可編程存儲器耗時過長，以及查明其故障的技術問題。
為實現(xiàn)對一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法的發(fā)明，本技術方案包括以下步驟在電壓條件下，(1)采用全擦全寫FF00模式然后讀出；(2)用全擦全寫55AA模式然后讀出；(3)用頁擦頁寫模式然后讀出；(4)用字節(jié)擦字節(jié)寫模式然后讀出；所述電壓可以是低壓，數(shù)值范圍為2.3-2.8V，可以是典型電壓，數(shù)值范圍為3.0-3.5V，也可以是高壓，數(shù)值范圍為3.5-4.0V，所述步驟還包括依次通過對低壓，典型電壓，高壓條件下對其進行測試。
如果其性能有問題，還包括以下步驟通過對電可擦除電可編程存儲器的內部單元和電流測試電路，(5)測試其內部單元的電流大?。?6)外加對電可擦除電可編程存儲器擦寫時所需要的高壓，測試其內部單元的電流大小。
本發(fā)明的有益效果為能在較短的時間內對EEPROM作全面的測試，保證EEPROM功能的正確與穩(wěn)定；另外，如果遇到有故障的EEPROM，就可以簡單快速判斷它出故障的原因。


圖1是測試電可擦除電可編程存儲器流程圖；圖2是電可擦除電可編程存儲器結構圖；圖3是電可擦除電可編程存儲器中存儲單元剖面圖；圖4是電可擦除電可編程存儲器內部單元電流測試電路圖。
其中存儲陣列11 X軸譯碼器12 Y軸譯碼器13 讀寫控制邏輯單元14 數(shù)據(jù)鎖存器15 高壓產(chǎn)生電路16 輸入輸出緩存器17 數(shù)據(jù)總線18地址總線19 讀寫電路20 浮柵21 控制柵22 隧道氧化層23 存儲管柵氧化層24 漏區(qū)25 讀31 反向器32 內部單元33 靈敏讀放電路34 電流選擇35 電流引腳3具體實施方式
下面進一步對本發(fā)明作詳細說明如圖1所示整個過程分別在3個電壓下對EEPROM作相同步驟的測試，首先在低電壓2.5V條件下檢測全擦全寫，即寫入FFFF，并讀出，然后寫入進行；然后檢測用全擦全寫55AA然后讀出，即寫入5555并讀出檢查，然后寫入AAAA并讀出驗證，這種操作方式也只能在測試狀態(tài)下進行；再按頁寫檢查即用頁模式對EEPROM做全擦全寫測試，并讀出驗證，這是工作狀態(tài)下常用的操作方式；最后是字節(jié)模式對EEPROM做全擦全寫測試，并讀出驗證，這也是工作狀態(tài)下常用的操作方式。通過低電壓2.5V，典型電壓3.3V，高電壓3.8V三種狀態(tài)下對以上4個模式的測試后，可以確保它能正常工作。如果測試通不過，通過對電可擦除電可編程存儲器的內部單元和電流測試電路，(1)測試其內部單元的電流大?。?2)外加對電可擦除電可編程存儲器擦寫時所需要的高壓，測試其內部單元的電流大小。
如圖2所示這是一個EEPROM的模塊圖，輸入信號主要有片選(CE)、讀信號(OE)、寫信號(WE)、地址信號和輸入數(shù)據(jù)信號，此外還有一些測試用的信號、輸出數(shù)據(jù)信號。在正常工作狀態(tài)下，EEPROM的基本操作方式有讀、擦(EEPROM內數(shù)據(jù)變?yōu)椤?”)和寫(EEPROM內數(shù)據(jù)變?yōu)椤?”)3種方式。在讀的過程中EEPROM的地址線顯示操作的地址，同時EEPROM的片選和讀信號有效，在經(jīng)過一定的延時后，EEPROM的輸出數(shù)據(jù)線就會輸出該地址中的數(shù)據(jù)。在讀的過程中不改變EEPROM中的數(shù)據(jù)，因此也不需要高電壓的支持。EEPROM的擦和寫的過程連續(xù)進行，先把EEPROM選中的地址中的數(shù)據(jù)全擦成“1”，再根據(jù)數(shù)據(jù)線上的為“0”的數(shù)值把幾個為“0”的比特寫成“0”，在擦和寫的過程中都需要高壓的支持，這個高壓一般由片內的電壓提升模塊實現(xiàn)。
它主要包括存儲陣列11，地址譯碼器(包括X軸譯碼器12，Y軸譯碼器13)，輸入輸出緩存器17，數(shù)據(jù)總線18，地址總線19，讀寫電路20。此外，為了使存儲器各部分能按一定順序動作，需要時序控制電路對各個部分進行節(jié)拍控制的讀寫控制邏輯單元14。
存儲體由若干個存儲單元組成，每一個存儲單元由兩個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，以代表所存儲的二進制信息(0或1)，如果要存儲N組二進制數(shù)，每一組二進制數(shù)又由M個二進制數(shù)構成，則需要N×M個存儲單元。這時稱該存儲器的存儲容量為N×M位。N代表存儲的字數(shù)，M代表每個字的位數(shù)。
為了能正確的寫入或讀出單元陣列中某一單元的信息，必須把存儲單元編上號碼(即給每一個存儲單元一個唯一的地址)，通過地址來尋找存儲單元，能夠實現(xiàn)地址選擇的電路叫譯碼器。有n地址輸入端的存儲器，其可被尋址的存儲單元為2N個。由于每個存儲單元的電路結構是一樣的，為了節(jié)省芯片面積，它們在集成電路中總是排成矩陣形式，此時，為了選擇某一存儲單元，需要有行地址和列地址譯碼器。
此外，在讀EEPROM時存儲單元的0或1不能直接讀出，必須經(jīng)過讀出放大器的放大，因此，在讀操作時還須有讀出電路的支持。在擦寫過程中要有把操作地址和數(shù)據(jù)鎖存住的數(shù)據(jù)鎖存器15，以保證在擦寫過程中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，還有產(chǎn)生擦寫高壓的高壓產(chǎn)生電路16，產(chǎn)生修改EEPROM數(shù)據(jù)所須的高壓。
為了能夠實現(xiàn)EEPROM所有的功能，還需要有控制電路控制EEPROM操作類別和控制信號發(fā)生的時序，這部分電路主要由計數(shù)器和指令發(fā)生器組成，計數(shù)器控制每個指令有效的時間，使擦寫的過程能按照要求進行。指令發(fā)生器與計數(shù)器相結合，根據(jù)外部信號的要求，產(chǎn)生相應的指令，使EEPROM的各個部分能正常工作。
如圖3所示EEPROM的存儲管包括兩層重疊的多晶硅柵，下面一層為浮柵21，周圍被存儲管柵氧化層24包圍，與外界隔絕，一般讀狀態(tài)下漏電流很小，便于保存電荷。上面一層多晶硅為控制柵22，浮柵多晶硅同時覆蓋場區(qū)，并在擴散區(qū)的延伸部分與漏區(qū)25交迭，在這個區(qū)域中，浮柵與漏區(qū)間存在一個10nm左右的超薄氧化層，稱為隧道氧化層23。當控制柵22相對于漏極加+16V電壓時，由于電容耦合，浮柵21上形成一個正電位，使隧道氧化層23中的電場可達107V/cm以上，這樣便會發(fā)生隧道效應，電子通過氧化層對浮柵21充電。這種隧道效應是可逆的，若控制柵22接地，漏級加16V電壓，則電子從浮柵21穿過隧道氧化層23跑到漏極，使浮柵放電。
存儲管把隧道氧化層23放在漏區(qū)23，可以提供單字節(jié)擦除功能，這就要求在重摻雜的漏區(qū)25上生長高質量的超薄氧化層。因為隧道電流對氧化物兩端的電壓有很強的依賴關系，外加電壓每增加0.8V，電流將增加一個數(shù)量級。這樣就要求在擦寫期間使隧道氧化物23兩端的電壓差必須超過14V。此外還要確保存儲管的工作特性和長期可靠性，防止隧道氧化層23被擊穿，要求限制隧道氧化層23上的峰值電場。為此要求電壓具有600us的緩變上升沿。
如圖4所示由于EEPROM的數(shù)據(jù)存放在一條被氧化硅包圍的浮柵中，只要控制柵或漏極對浮柵有一個高電壓差，就會產(chǎn)生隧道效應，對浮柵進行充放電，改變EEPROM內的數(shù)據(jù)。在讀操作時，EEPROM內部數(shù)據(jù)通過靈敏讀放電路輸出數(shù)據(jù)，減小讀出延時。靈敏讀放電路工作時，“讀31”被置高，通過一個反向器32之后使一個內部單元33導通，它的輸入端對存儲數(shù)據(jù)的存儲管提供一個直流偏置。如果被選中的存儲管內存的數(shù)據(jù)為“1”，則該存儲管截止，靈敏讀放電路34的輸入端電流為0，而靈敏讀放電路34的開路電壓約為1.6～1.8V。被選中的存儲管內存的數(shù)據(jù)為“0”，則該存儲管導通，靈敏讀放電路的輸入端有一定量的輸入電流，而靈敏讀放電路34輸入端的電壓會下降。這個微小的變化經(jīng)過靈敏讀放電路的放大最終形成了高低電平的差別。因此，存儲管導通截止狀態(tài)下的電流差是影響EEPROM的一個重要環(huán)節(jié)，它的性能受工藝的影響很大。在生產(chǎn)過程中，EEPROM存儲單元的工藝要求較高，常會發(fā)生存儲單元漏電等異常情況，這只要通過探測靈敏讀放電路的電流就可以作出判斷。
一般來說，當單元內數(shù)據(jù)為“1”時靈敏讀放電路輸入電流為0uA，當單元內數(shù)據(jù)為“0”時靈敏讀放電路輸入電流應大于20uA，如果超薄氧化層厚度不夠會使浮柵上的電子慢慢跑掉，則在測電流模式下會出現(xiàn)數(shù)據(jù)為“1”時靈敏讀放電路輸入電流逐漸上升的情況，如果超薄氧化層過厚會使控制柵或漏端的電子無法順利到達浮柵的情況，則在測電流模式下會出現(xiàn)數(shù)據(jù)為“0”時靈敏讀放電路輸入電流小于20uA或電流逐漸上升的情況。這樣就可以推測出EEPROM缺陷的情況，依靠這樣的方式能迅速對EEPROM故障的原因有一個判斷。
現(xiàn)在我們在EEPROM內專設了一條測量單元電流的通路，如果要測某個單元的電流，先在此單元內寫入預定的數(shù)據(jù)，再讀一下這個單元，最后依次打高各個比特的“電流選擇35”，使偏置電流能經(jīng)過“電流引腳36”送到外部，通過專用分解器連到電流計上，這樣就可以檢測每一個單元的電流情況。在進行測試時，每次只能測試一個單元的電流，不能同時使兩個“電流選擇”為高。
另外，由于對EEPROM的擦寫需要高壓的支持，如果EEPROM內的高壓充電電路有問題，即使超薄氧化層厚度正常，也會出現(xiàn)內部單元電流臨界的狀態(tài)，即靈敏讀放電路輸入電流在0～20uA之間的情況，這會對我們判斷形成干擾，所以在外部提供一個高壓輸入端，在內部高壓上不去的情況下從外部提供高電壓支持，這樣就排除了高壓不足的干擾。
權利要求
1.一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，其特征在于包括以下步驟在電壓條件下，(1)采用全擦全寫FF00模式然后讀出；(2)用全擦全寫55AA模式然后讀出；(3)用頁擦頁寫模式然后讀出；(4)用字節(jié)擦字節(jié)寫模式然后讀出。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，其特征在于所述電壓可以是低壓，數(shù)值范圍為2.3-2.8V，可以是典型電壓，數(shù)值范圍為3.0-3.5V，也可以是高壓，數(shù)值范圍為3.5-4.0V，所述步驟還包括依次通過對低壓，典型電壓，高壓條件下對其進行測試。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，其特征在于所述低壓是2.5V，所述典型電壓是3.3V，所述高壓是3.8V。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，其特征在于還包括以下步驟(5)通過對電可擦除電可編程存儲器的內部單元和電流測試電路，測試其內部單元的電流大小；(6)外加對電可擦除電可編程存儲器擦寫時所需要的電壓，測試其內部單元的電流大小。
全文摘要
一種測試電可擦除電可編程存儲器的性能及其故障的方法，包括以下步驟在電壓條件下，(1)采用全擦全寫FF00模式然后讀出；(2)用全擦全寫55AA模式然后讀出然后讀出；(3)用頁擦頁寫模式然后讀出；(4)用字節(jié)擦字節(jié)寫模式然后讀出；如果其性能有問題，還包括以下步驟通過對電可擦除電可編程存儲器的內部單元和電流測試電路，(5)測試其內部單元的電流大??；(6)外加對電可擦除電可編程存儲器擦寫時所需要的高壓，測試其內部單元的電流大小。本發(fā)明的有益效果為能在較短的時間內對EEPROM作全面的測試，保證EEPROM功能的正確與穩(wěn)定；另外，如果遇到有故障的EEPROM，就可以簡單快速判斷它出故障的原因。
文檔編號G11C29/00GK1523367SQ03115438
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月17日 優(yōu)先權日2003年2月17日
發(fā)明者尚為兵, 陳欣, 印義言 申請人:上海華園微電子技術有限公司