專利名稱：非易失性存儲器評估方法和非易失性存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對諸如閃存之類的非易失性存儲器進行評估(可靠性測試)的方法。本發(fā)明具體地說涉及針對熱空穴(hot hole)來對這種非易失性存儲器的操作進行評估的方法，還涉及具有實現(xiàn)所述評估方法所需的功能的非易失性存儲器。
背景技術(shù)：
圖8是一個方框圖，示出了典型非易失性存儲器(例如閃存)的構(gòu)造。非易失性存儲器100包括由排成類似矩陣形式的大量存儲器單元(memory cell)110組成的單元陣列101；字線選擇器120；寫控制器130；讀出放大器(sense amplifier)140；數(shù)據(jù)選擇器150；以及控制器160。
這里，每個存儲器單元110包括浮置柵極(floating gate)111、控制柵極(對應(yīng)于柵極終端G)、源極擴散區(qū)(對應(yīng)于源極終端S)和漏極擴散區(qū)(對應(yīng)于漏極終端D)，這些都形成于一個半導(dǎo)體襯底上。而且，在浮置柵極111和半導(dǎo)體襯底(未示出)之間形成了氧化物膜，該氧化物膜足夠薄以使得電子可以由于隧道現(xiàn)象(tunnel phenomenon)而移動到浮置柵極111中。
字線選擇器120具有地址解碼器(未在圖8中示出；圖6的項目122)，并經(jīng)由字線121連接到排在每一行(row)中的每個存儲器單元110的柵極終端G。響應(yīng)于地址輸入，字線選擇器120執(zhí)行解碼操作，并選擇/指定連接到目標(biāo)存儲器單元110的字線121，其中將要向所述目標(biāo)存儲器單元寫數(shù)據(jù)，或從所述目標(biāo)存儲器單元讀數(shù)據(jù)。寫控制器130經(jīng)由位線131連接到排在每一列(column)中的每個存儲器單元110的漏極終端D，控制對目標(biāo)存儲器單元110的數(shù)據(jù)寫。讀出放大器140放大從存儲器單元110中讀出的數(shù)據(jù)信號；數(shù)據(jù)選擇器150選擇性地輸出讀出放大器140所放大的數(shù)據(jù)信號；控制器160響應(yīng)于從外部裝置接收到的控制信號，控制寫控制器130、讀出放大器140和數(shù)據(jù)選擇器150的操作。
在下文中將參照圖9和圖10，對非易失性存儲器100的每個存儲器單元110的操作原理進行描述。圖9用于描述對存儲器單元110進行數(shù)據(jù)寫的操作原理；圖10描述了從存儲器單元110擦除數(shù)據(jù)的操作原理。
例如，如圖9所示，當(dāng)對存儲器單元110進行數(shù)據(jù)寫時，分別經(jīng)由字線121、位線131和源極線，向柵極終端G、漏極終端D和源極終端S施加10V、5V和0V的電壓，從而用電子(e-；熱電子)將存儲器單元110的浮置柵極111充電。按此方式，存儲在浮置柵極111中的電子(e-)將存儲器單元110設(shè)定為OFF狀態(tài)，從而例如將數(shù)據(jù)“0”保持在其中。與此形成對照的是，在浮置柵極111中沒有存儲這種電子(e-)的情況下，存儲器單元110被設(shè)定為ON狀態(tài)，從而例如將數(shù)據(jù)“1”保持在其中。
如圖10所示，當(dāng)擦除存儲在存儲器單元110中的數(shù)據(jù)時(當(dāng)去除存儲在浮置柵極111中的電子時)，分別經(jīng)由字線121和位線131向存儲器單元110的柵極終端G和漏極終端D施加0V和10V的電壓，從而將電子(e-)從浮置柵極111中去除。
當(dāng)對非易失性存儲器100執(zhí)行這種評估(可靠性測試)時，或者更準(zhǔn)確地說，當(dāng)執(zhí)行對其數(shù)據(jù)保存特性的評估時，必須考慮到，浮置柵極111中電子電荷的丟失隨時間而增加。因此，當(dāng)這種非易失性存儲器100在發(fā)貨時由制造商測試或在安裝時由用戶測試時，會以某種方式加速所述丟失(由于浮置柵極膜中的缺陷、微粒等引起的電荷泄漏)，以在短時間內(nèi)評估或篩選(screen)數(shù)據(jù)保存特性。一般而言，更高的大氣溫度會加速電荷泄漏。因而，基于這一原理，通過將非易失性存儲器100暴露于高溫之下，或者在高溫下對其進行操作測試，來進行所述加速(例如，日本專利號2865456和日本專利申請公開號2000-131398)。
在非易失性存儲器領(lǐng)域中，最近已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以下的新故障模式(現(xiàn)象)。當(dāng)非易失性存儲器100在向其施加了高電壓的情況下接受寫/擦除操作時，如圖11所示，在浮置柵極111之下的氧化物膜中陷入了空穴(e+)，即所謂的熱空穴，并且這種熱空穴作為媒介，通過去除存儲在浮置柵極111中的電子而中和了浮置柵極111。更準(zhǔn)確地說，在編程(或數(shù)據(jù)擦除)時，集中在浮置柵極111與漏極之間的熱空穴(e+)捕獲存儲在浮置柵極111中的電荷(e-)，從而去除了電荷，使得保持在存儲器單元110中的邏輯因而反轉(zhuǎn)。
以下是造成這種現(xiàn)象的三種可能原因。首先，由于制造差異或任何其他原因引起的編程電位高于設(shè)計規(guī)格的情況增加了熱空穴(e+)的生成。第二，由字線121施加到源極或漏極上的高電壓增加了存儲在浮置柵極111中的電荷(e-)的中和，所述中和是由熱空穴(e+)引起的。第三，近來對非易失性存儲器100(存儲器單元110)的尺寸縮小使得浮置柵極111的尺寸縮小，這樣浮置柵極111僅能存儲更少量的電荷(e-)，使得浮置柵極111更容易受到熱空穴(e+)的影響。
這種新發(fā)現(xiàn)的故障模式使得必須針對熱空穴(e+)來評估非易失性存儲器100的操作。然而，在嘗試使用前述普通的數(shù)據(jù)保存特性評估方法，用熱來加速所述現(xiàn)象以評估所述操作時，熱空穴(e+)擴散并消失，因此不可能針對熱空穴來評估非易失性存儲器100的操作。一般而言，在將非易失性存儲器暴露于125℃的大氣下168個小時之后，熱空穴會完全消失，因而根本無法檢測到由于熱空穴而產(chǎn)生的現(xiàn)象。日本專利號2865456、日本專利申請公開號2000-131398和日本專利申請公開號平5-205491公開了與非易失性存儲器測試有關(guān)的技術(shù)，但它們都沒有公開任何針對熱空穴來評估非易失性存儲器操作的方法。
因此，如果在針對熱空穴的操作評估中使用現(xiàn)有技術(shù)，就必須進行實時評估。例如，需要花整整3年的時間來評估一個持續(xù)3年的現(xiàn)象，在該現(xiàn)象中，電荷逐漸泄漏3年之后才最終造成錯誤數(shù)據(jù)(邏輯反轉(zhuǎn))。在這種情況下，需要一種生成更多數(shù)量熱空穴的技術(shù)，以便加速針對熱空穴的非易失性存儲器操作評估。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，其與正常的寫/擦除操作相比，可生成的更多的熱空穴，從而使得可以在短時間內(nèi)針對熱空穴而評估非易失性存儲器的操作。
為了實現(xiàn)以上目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于評估非易失性存儲器的方法，該方法包括以下步驟在比正常操作溫度更低的溫度下寫非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴；以及在將所述非易失性存儲器暴露于正常操作溫度期間，針對熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。此時，優(yōu)選地在正常操作溫度下將正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后至少執(zhí)行一次所述在更低溫度下的寫步驟，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。
作為一般特征，提供了一種用于評估非易失性存儲器的方法，該方法包括以下步驟在施加一個中間電位作為柵極電壓期間寫非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于正常操作時所施加的正常柵極電壓；以及在將所述非易失性存儲器暴露于正常操作溫度期間，針對熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。此時，優(yōu)選地在向所述非易失性存儲器施加正常柵極電壓的情況下將對所述非易失性存儲器進行的正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后至少執(zhí)行一次所述的在施加中間電位作為柵極電壓的情況下寫非易失性存儲器的步驟，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。
作為另一個一般特征，提供了一種用于評估非易失性存儲器的方法，該方法包括以下步驟在施加一個中間電位作為柵極電壓期間，在比正常操作溫度更低的溫度下寫非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于正常操作時所施加的正常柵極電壓；以及在將所述非易失性存儲器暴露于正常操作溫度期間，針對熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。此時，優(yōu)選地在向所述非易失性存儲器施加正常柵極電壓的情況下，在正常操作溫度下將對所述非易失性存儲器進行的正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后至少執(zhí)行一次所述的在施加中間電位作為柵極電壓的情況下在更低溫度下寫所述非易失性存儲器的步驟，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。
作為優(yōu)選特征，將非易失性存儲器置于低溫容器中，以實現(xiàn)所述比正常操作溫度更低的溫度。作為另一優(yōu)選特征，預(yù)先在非易失性存儲器上設(shè)置柵極電壓切換裝置，用于選擇性地施加正常柵極電壓和所述中間電位之一作為柵極電壓，當(dāng)針對熱空穴而評估所述非易失性存儲器的操作時，使用所述柵極電壓切換裝置來施加中間電位作為柵極電壓。
作為又一個一般特征，提供了一種非易失性存儲器，該存儲器包括第一電源，用于施加正常操作時的正常柵極電壓；第二電源，用于施加一個中間電位作為柵極電壓，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于在正常操作時所施加的正常柵極電壓，當(dāng)評估所述非易失性存儲器的操作時，使用所述第二電源在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴；以及柵極電壓切換裝置，用于選擇性地施加由所述第一電源生成的正常柵極電壓和由所述第二電源生成的中間電位之一，作為柵極電壓。
根據(jù)前述的非易失性存儲器評估方法，在比正常操作溫度更低的溫度下對非易失性存儲器進行數(shù)據(jù)寫，從而增加了在所述非易失性存儲器的浮置柵極與漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。由于將這種非易失性存儲器暴露于正常工作溫度下以加速由熱空穴所引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)，因此可以在非常短的時間內(nèi)進行非易失性存儲器的操作評估(可靠性測試)。此時，在常溫下將寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)以將非易失性存儲器老化到一定程度之后，在低于常溫的溫度下僅對老化了的非易失性存儲器進行一次數(shù)據(jù)寫，從而高效地生成大量的熱空穴。
另外，根據(jù)前述的非易失性存儲器評估方法，在施加一個中間電位作為柵極電壓的情況下對非易失性存儲器進行寫操作，所述中間電位處于一個低于正常柵極電壓的閾值附近，從而增加在浮置柵極與漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。然后，在將所述非易失性存儲器暴露于正常溫度期間，對這種條件下的所述存儲器的操作進行評估。由于利用此技術(shù)加速了由熱空穴所引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)的發(fā)展，因此可以在非常短的時間內(nèi)針對熱空穴而評估非易失性存儲器的操作。此時，如上所述，在向所述非易失性存儲器施加正常柵極電壓的情況下，在正常工作溫度下將對其的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，以將所述非易失性存儲器老化到一定程度。然后，在施加前述中間電壓作為柵極電壓的情況下僅對老化了的非易失性存儲器進行一次數(shù)據(jù)寫，使得可以高效地生成大量熱空穴。
此外，預(yù)先在所述非易失性存儲器上設(shè)置了柵極電壓切換裝置，該切換裝置選擇性地施加正常柵極電壓或中間電位之一作為柵極電壓，所述中間電位處于一個低于所述正常電壓的閾值附近。當(dāng)針對熱空穴而評估非易失性存儲器的操作時，使用所述電壓切換裝置來這樣切換柵極電壓，使得將前述中間電位施加為柵極電壓。這種簡單的設(shè)置將會通過雪崩效應(yīng)而增加浮置柵極和漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。由于利用此技術(shù)加速了由熱空穴所引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)的發(fā)展，因此可以在非常短的時間內(nèi)針對熱空穴而評估非易失性存儲器的操作。
當(dāng)結(jié)合附圖來閱讀時，從以下具體實施方式
中將會更清楚本發(fā)明的其他目的和進一步的特征。


圖1用于簡要描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的非易失性存儲器評估處理；圖2是一個流程圖，示出了根據(jù)第一實施例的非易失性存儲器評估處理；圖3是一個流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的非易失性存儲器評估處理；圖4表示在第二實施例中所施加的柵極電壓(正常使用電壓和中間電位)；圖5示出了在第二實施例中使用的非易失性存儲器的構(gòu)造；
圖6示出了圖5的非易失性存儲器的關(guān)鍵部分(字線選擇器)；圖7是一個流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的非易失性存儲器評估處理；圖8是一個方框圖，示出了典型非易失性存儲器的構(gòu)造；圖9用于描述對存儲器單元進行數(shù)據(jù)寫的操作原理；圖10用于描述從存儲器單元擦除數(shù)據(jù)的操作原理；以及圖11用于描述存儲器單元中熱空穴的生成原理。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。
第一實施例(第一方法)電子和熱空穴在較低溫度下更容易越過能壘(energy barrier)移動，這是因為下述事實，即電子和熱空穴在較低溫度下獲得較高的能級。因此，在低溫下(例如-40℃到-20℃)對非易失性存儲器進行的寫/擦除操作將會增加熱空穴的產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明第一實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第一方法)就是考慮到這一特性而開發(fā)的，在該方法中，在低溫下對非易失性存儲器進行數(shù)據(jù)寫，以便人為地以更快的速度生成比在常溫下由寫/擦除操作而生成的更多的熱空穴。利用此方法，可以縮短對非易失性存儲器進行實時測試所需的時間，所述實時測試是稍后在非高溫的存儲器暴露測試期間進行的，這樣就無需在高溫下加速熱空穴生成。
在下文中將參照圖1和圖2，對根據(jù)第一實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第一方法)進行描述。
首先將參照圖1，給出對第一實施例的非易失性存儲器評估的過程(第一方法)的簡要描述。
在第一方法中，在正常使用時的正常操作溫度(常溫)下，由寫/讀控制器200將對非易失性存儲器(要評估的目標(biāo)器件)100的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)(見箭頭A1)，然后將非易失性存儲器100置于低溫容器300中(見箭頭B1)。在非易失性存儲器100被置于低溫容器300期間，或者在非易失性存儲器100被保持在比正常操作溫度更低的溫度(例如-40℃到-20℃)期間，寫/讀控制器200對非易失性存儲器100進行至少一次寫操作(見箭頭A2)。結(jié)果，就在非易失性存儲器100的浮置柵極(圖8到圖11的項目111)與漏極之間生成了比在正常操作溫度下由正常的寫/擦除操作而生成的更多的熱空穴。
在以人為方式生成了這種大量熱空穴之后，將非易失性存儲器100從低溫容器300中拉出，然后在將非易失性存儲器100暴露于正常操作溫度(常溫)期間(見箭頭B2)，寫/讀控制器200以恒定的時間間隔對非易失性存儲器100進行讀出校驗(見箭頭A3)，以針對熱空穴來評估非易失性存儲器100的操作。
在下文中將參照圖2的流程圖(步驟S11到步驟S25)，更詳細地給出根據(jù)第一實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第一方法)。
在常溫下將對非易失性存儲器100的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)(步驟S11和S12)，然后將非易失性存儲器100置于低溫容器300中(步驟S13)。在將非易失性存儲器100保持在低溫容器300期間，或者在將非易失性存儲器100保持在比常溫更低的溫度(例如-40℃到-20℃)期間，對非易失性存儲器100進行至少一次寫操作(步驟S14)。
此后，將非易失性存儲器100從低溫容器300中拉出，并在常溫下對非易失性存儲器100進行讀出校驗(步驟S15)。如果評估出所讀出的數(shù)據(jù)不正確，則判斷出非易失性存儲器100有某種故障，并且該處理不進行隨后的評估過程就結(jié)束，或者再次重復(fù)步驟S14處的寫操作。另一方面，如果在步驟S15評估出所讀出的數(shù)據(jù)正確，則開始將非易失性存儲器100暴露在常溫下，并且還開始測量所述暴露開始之后所經(jīng)過的時間(步驟S16)。
然后，在常溫暴露和時間測量開始之后，在單獨的時間點上進行讀出校驗，所述時間點是從第1個到第N個(N是等于或大于2的自然數(shù))時間點。所述第1個到第N個時間點例如是50小時、100小時、150小時、200小時，......，使得每50小時對非易失性存儲器100進行一次讀出校驗。
具體而言，在常溫暴露和時間測量開始之后，進行初始設(shè)定i＝0(步驟S17)，并且在非易失性存儲器100被暴露于常溫期間，評估暴露時間是否已達到第i個預(yù)定時間(i＝1，2，...，N)(步驟S18和S19)。如果該評估結(jié)果是否定的(步驟S19的“否”路徑)，則非易失性存儲器100繼續(xù)位于常溫下(步驟S20)，而如果評估結(jié)果變?yōu)榭隙ǖ?步驟S19的“是”路徑)，則在常溫下對非易失性存儲器100進行讀出校驗(步驟S21)。
在進行此讀出校驗時，如果在第i個預(yù)定時間讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)檢測是正確的(步驟S22的“是”路徑)，則評估是否i＝N(步驟S23)。如果評估結(jié)果是否定的(步驟S23的“否”路徑)，則過程返回到步驟S18，用i+1來取代i，然后等待暴露時間到達下一預(yù)定時間(步驟S19和S20)。
另一方面，如果判斷出在第i個預(yù)定時間讀出的數(shù)據(jù)不正確(步驟S22的“否”路徑)，則計算實時數(shù)據(jù)保持能力，即，用緊接在前的第(i-1)個預(yù)定時間(當(dāng)時讀出數(shù)據(jù)是正確的)乘以先前獲得的加速系數(shù)，將這樣計算出的持續(xù)時間作為正常使用時非易失性存儲器100的耐久時間(針對熱空穴的非易失性存儲器評估結(jié)果)(步驟S24)。
另外，如果在步驟S23判斷出i＝N(步驟S23的“是”路徑)，這表明直到暴露時間到達預(yù)定時間的最大值(第N個預(yù)定時間)，所讀出的數(shù)據(jù)都一直是正確的，通過用第N個預(yù)定時間乘以前述的加速系數(shù)來計算實時數(shù)據(jù)保持能力，并將這樣計算出的持續(xù)時間作為非易失性存儲器100的前述耐久時間(針對熱空穴的非易失性存儲器100評估結(jié)果)(步驟S25)。
按此方式，根據(jù)第一實施例的非易失性存儲器評估方法(第一方法)，在低于正常操作溫度的溫度下對非易失性存儲器100進行數(shù)據(jù)寫，從而人為地增加了在非易失性存儲器100的柵極和漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得生成的熱空穴比正常的寫/擦除操作所產(chǎn)生的更多。由于這種非易失性存儲器100被暴露于正常操作溫度下，從而加速了由熱空穴引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)，因此可以在非常短的時間內(nèi)進行對非易失性存儲器100的操作評估(可靠性測試)。
此時，如上文第一實施例中所述，在常溫下將寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)，以將非易失性存儲器100老化到一定程度，然后，在低于常溫的溫度下僅對老化了的非易失性存儲器100進行一次數(shù)據(jù)寫，從而有效地生成大量的熱空穴。
第二實施例(第二方法)本發(fā)明第二實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第二方法)利用了下述雪崩效應(yīng)(avalanche effect)。如圖4所示，如果施加在存儲器單元(圖5和圖8到圖11的項目110)上的柵極電壓(電位)Vg低到處于所述閾值附近的一個中間電位，則熱空穴的數(shù)量開始減少。因而，根據(jù)第二實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第二方法)將非易失性存儲器中的柵極電壓Vg控制在前述的中間電位而非正常操作電壓，并且在這樣的低電壓下對非易失性存儲器進行數(shù)據(jù)寫，從而人為地以更快的速度生成比由正常的寫/擦除操作而生成的更多的熱空穴。結(jié)果，就可以縮短在隨后進行的非高溫暴露測試期間進行的實時測試所需的時間，而無需在高溫下加速熱空穴生成。注意，圖4表示在第二實施例中施加的柵極電壓Vg(正常使用時的柵極電壓和中間電位)。
在下文中將說明雪崩效應(yīng)。在每個存儲器單元中，如果向漏極施加高于柵極電壓的電位，則在PN結(jié)的耗盡層的電場中生成成對的電子(e-)和熱空穴(e+)。孤立的電子與其他Si原子相碰撞，從而以類似于雪崩的方式生成成對的電子和熱空穴。這種現(xiàn)象稱為雪崩效應(yīng)。一旦達到了雪崩范圍，工作電阻就被最小化到一個極小的值，從而造成電流的急劇增加。當(dāng)柵極電壓高時，電子的行為占主導(dǎo)地位，而當(dāng)柵極電壓低時，熱空穴的行為占主導(dǎo)。此外，由于在高溫下增加了電子泄漏，從而使得熱空穴被中和，因此在低溫下較易生成熱空穴。
下面，將參照圖3的流程圖(步驟S31到步驟S45)，更詳細地給出根據(jù)第二實施例的用于評估非易失性存儲器的方法(第二方法)。應(yīng)當(dāng)注意的是，在第二實施例中，如后面將參照圖5和圖6而描述的那樣，要評估的器件是這樣一種非易失性存儲器100A，其具有將柵極電壓在正常工作時的正常電位和上述中間電位之間進行選擇性切換的功能。
而且，如圖3所示，在第二實施例中，在常溫下向非易失性存儲器100A施加正常電壓(在正常使用時的正常操作溫度下，施加正常使用時的正常柵極電壓)，在這種情況下將對非易失性存儲器100A的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)(步驟S31和S32)，并將非易失性存儲器100A的柵極電壓設(shè)定為一個低電壓(前述的中間電位) (步驟S33)。在選擇了這樣一個低柵極電壓的條件下，僅對非易失性存儲器100A進行一次數(shù)據(jù)寫(步驟S34)。結(jié)果，由于雪崩效應(yīng)，在非易失性存儲器100A的浮置柵極與漏極之間生成了比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴。
按此方式，在人為地生成了大量熱空穴之后，將非易失性存儲器100A的柵極電壓從低電壓切換到正常使用時的正常柵極電壓，并在對非易失性存儲器100A施加正常電壓的情況下，在常溫下進行對非易失性存儲器100A的讀出校驗(步驟S35)。此后，第二實施例的步驟S35到步驟S45的過程與第一實施例的步驟S15到步驟S25的過程相對應(yīng)，因此這里將省略其詳細描述。
和第一實施例一樣，第二實施例所進行的步驟S36到S43在將非易失性存儲器100A暴露于正常操作溫度(常溫)期間，以恒定的時間間隔對非易失性存儲器100A進行讀出校驗，以針對熱空穴來評估非易失性存儲器100A的操作。最終，在步驟S44或步驟S45，用緊接在前的第(i-1)個預(yù)定時間(當(dāng)時讀出數(shù)據(jù)是正確的)，或者第N個預(yù)定時間，來乘以先前獲得的加速系數(shù)，從而計算出實時數(shù)據(jù)保持能力，并將這樣計算出的持續(xù)時間作為正常使用時非易失性存儲器100A的耐久時間(針對熱空穴的非易失性存儲器100A的評估結(jié)果)。
下面，將參照圖5和圖6，對用于第二實施例的具有電壓切換功能的非易失性存儲器100A的構(gòu)造進行描述。這里，圖5是非易失性存儲器100A的構(gòu)造的示意圖，而圖6是非易失性存儲器100A的關(guān)鍵部分(字線選擇器120A)的示意圖。在圖5、圖6和圖8中，與已經(jīng)描述的相同的標(biāo)號和符號指示相似的部件或元件，因此這里省略了其詳細描述。
為了有效地實現(xiàn)前述雪崩效應(yīng)，圖5和圖6的非易失性存儲器100A(要評估的目標(biāo)器件)是這樣構(gòu)造的，以使得能夠在該器件中進行字線電壓(或柵極電壓)的切換。具體而言，非易失性存儲器100A具有分別用于提供兩種柵極電壓的兩類電源系統(tǒng)123和124，還具有在正常操作和特殊條件(在器件評估時)之間切換的功能模塊(柵極電壓切換裝置；將在后面詳述)。
根據(jù)第二實施例的圖5的非易失性存儲器100A和圖8的非易失性存儲器100的類似之處在于，非易失性存儲器100A包括以下部件由排成類似矩陣形式的大量存儲器單元110形成的單元陣列101；字線選擇器120A；寫控制器130；讀出放大器140；數(shù)據(jù)選擇器150和控制器160。然而，第二實施例的非易失性存儲器100A用具有柵極電壓切換裝置(將在后面描述)的字線選擇器120A代替了圖8的字線選擇器120。
如圖6所示，字線選擇器120A包括地址解碼器122，該地址解碼器經(jīng)由字線121連接到每一行的存儲器單元110的柵極終端G。響應(yīng)于地址輸入，地址解碼器122進行解碼操作，并選擇/指定連接到目標(biāo)存儲器單元110的字線121，其中將要向所述目標(biāo)存儲器單元進行寫，或從所述目標(biāo)存儲器單元進行讀。
字線選擇器120A連接到為非易失性存儲器100A設(shè)置的測試引腳(未示出)，從該引腳將切換信號輸出到柵極電壓切換裝置(后面描述)。
如圖6所示，非易失性存儲器100A具有兩類電源系統(tǒng)第一電源123和第二電源124。第一電源123向每個存儲器單元110施加正常使用時的正常柵極電壓(例如5V)作為柵極電壓Vg；第二電源124在操作評估時使用，用于引起雪崩效應(yīng)以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，第二電源124向每個存儲器單元110的柵極施加中間電位(例如2V)作為柵極電壓Vg，所述中間電位處于一個低于前述正常柵極電壓的閾值附近。
字線選擇器120A具有柵極電壓切換裝置，如圖6所示，該柵極電壓切換裝置包括比較器125、FET(場效應(yīng)晶體管)126和127，以及反相器128，所述切換裝置在正常柵極電壓和中間電位之間切換，以將所選擇的柵極電壓Vg施加到每個存儲器單元110的柵極。當(dāng)針對熱空穴來評估非易失性存儲器100A的操作時，用所述電壓切換裝置向每個存儲器單元110的柵極施加前述的中間電位，作為柵極電壓Vg。
這里，比較器125將從測試引腳輸出的切換信號與預(yù)定的參考電壓Vref相比較。如果切換信號超過了參考電壓Vref，則比較器125將輸出信號從“低”狀態(tài)切換到“高”狀態(tài)。
FET 126和127分別將電源系統(tǒng)123和124連接到字線121。如果“高”狀態(tài)信號被輸入到FET 126和127的柵極，則電源系統(tǒng)123和124被連接到字線121，并且正常使用時的正常柵極電壓或前述中間電位被施加到每個存儲器單元110的柵極，作為柵極電壓Vg。
比較器125的輸出信號被直接輸入到FET 127的柵極，所述輸出信號還經(jīng)由反相器128而被輸入到FET 126的柵極。利用這種設(shè)置，如果從測試引腳輸出OFF狀態(tài)(“低”狀態(tài))切換信號，則比較器125輸出“低”狀態(tài)信號，該信號然后被輸入到FET 127的柵極，而FET 126的柵極經(jīng)由反相器128接收到“高”狀態(tài)信號，使得由第一電源系統(tǒng)123提供的正常使用時的正常柵極電壓被施加到每個存儲器單元110的柵極，作為柵極電壓Vg。另一方面，如果從測試引腳輸出ON狀態(tài)(“高”狀態(tài))切換信號，則比較器125輸出“高”狀態(tài)信號，該信號然后被輸入到FET 127的柵極，而FET 126的柵極經(jīng)由反相器128接收到“低”狀態(tài)信號，使得由第二電源系統(tǒng)124提供的中間電壓被施加到每個存儲器單元110的柵極，作為柵極電壓Vg。
當(dāng)針對熱空穴對本實施例的非易失性存儲器100A的操作進行評估時，從測試引腳輸入ON狀態(tài)(“高”狀態(tài))切換信號，并且用柵極電壓切換裝置來選擇性地施加上述中間電位作為柵極電壓。這些簡單的過程通過雪崩效應(yīng)而增加了在浮置柵極和漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得生成的熱空穴比由正常的寫/擦除操作所生成的更多。
在本例中，柵極電壓切換裝置具有比較器125、FET 126和127，以及反相器128，并且響應(yīng)于輸出自為非易失性存儲器100A而設(shè)置的測試引腳的切換信號，來執(zhí)行切換操作。然而，柵極電壓切換裝置的構(gòu)造決不應(yīng)局限于此，通過向地址線施加高電壓、或者通過使用包含在非易失性存儲器中的模式寄存器(這使得可以實現(xiàn)軟件切換)，也可以實現(xiàn)其切換功能。
根據(jù)本實施例的這種非易失性存儲器評估方法(第二方法)和非易失性存儲器100A，在施加中間電位作為柵極電壓Vg的情況下對非易失性存儲器100A進行寫操作，所述中間電位處于一個低于正常柵極電壓的閾值附近，從而由于雪崩效應(yīng)而增加了在浮置柵極和漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，使得比正常的寫/擦除操作生成更多的熱空穴。這種條件下的非易失性存儲器100A的操作是在將非易失性存儲器100A暴露于正常工作溫度期間評估的。由于利用此技術(shù)加速了熱空穴所引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)的發(fā)展，因此可以在非常短的時間內(nèi)針對熱空穴來評估非易失性存儲器100A的操作。
此時，如上所述，在常溫下向非易失性存儲器100A施加正常柵極電壓，并將對其的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)，以將非易失性存儲器100A老化到一定程度。然后，在施加前述中間電位作為柵極電壓的情況下僅對老化了的非易失性存儲器100A進行一次數(shù)據(jù)寫，從而以有效的方式生成大量的熱空穴。
第三實施例根據(jù)本發(fā)明第三實施例的用于評估非易失性存儲器的方法是在第一實施例中所描述的第一方法和在第二實施例中所描述的第二方法的組合。
在下文中將參照圖7的流程圖(步驟S51到S65)，詳細描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的非易失性存儲器評估過程。和第二實施例一樣，已經(jīng)參照圖5和圖6而描述的非易失性存儲器100A被用在第三實施例中，作為要評估的器件。
如圖7所示，在第三實施例中，同樣，在常溫下向非易失性存儲器100A施加正常電壓(在正常使用時的正常操作溫度下，施加正常使用時的正常柵極電壓)，在這種情況下將對非易失性存儲器100A的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)(步驟S51和S52)，然后將非易失性存儲器100A置于低溫容器300中(見圖1)，并將非易失性存儲器100A的柵極電壓切換/設(shè)定為一個低電壓(前述中間電位)(步驟S53)。在將非易失性存儲器100A保持在低溫容器300中期間，或者在將非易失性存儲器100A保持在比常溫更低的溫度(例如-40℃到-20℃)期間，同時一個低電壓被選擇為柵極電壓，在這種情況下僅對非易失性存儲器100A進行一次數(shù)據(jù)寫(步驟S54)。結(jié)果，由于這種低溫和雪崩效應(yīng)，就在就在非易失性存儲器100A的浮置柵極與漏極之間生成了比由正常的寫/擦除操作生成的更多的熱空穴。
在以這種人為方式生成大量熱空穴之后，將非易失性存儲器100A從低溫容器300中拉出，并將非易失性存儲器100A的柵極電壓從低電壓切換到正常使用時的正常柵極電壓，并在對非易失性存儲器100A施加正常電壓的情況下，在常溫下進行對非易失性存儲器100A的讀出校驗(步驟S55)。此后，第三實施例的步驟S55到步驟S65的過程與第一實施例的步驟S15到步驟S25的過程相對應(yīng)，因此這里將省略其詳細描述。
和第一及第二實施例中一樣，所進行的步驟S56到S63在將非易失性存儲器100A暴露于常溫期間，以恒定的時間間隔對非易失性存儲器100A進行讀出校驗，以針對熱空穴來評估非易失性存儲器100A的操作。最終，在步驟S64或步驟S65，用緊接在前的第(i-1)個預(yù)定時間(當(dāng)時讀出數(shù)據(jù)是正確的)，或者第N個預(yù)定時間，來乘以先前獲得的加速系數(shù)，從而計算出實時數(shù)據(jù)保持能力，并將這樣計算出的持續(xù)時間作為正常使用時非易失性存儲器100A的耐久時間(針對熱空穴的非易失性存儲器100A的評估結(jié)果)。
按此方式，根據(jù)第三實施例的非易失性存儲器評估方法，在將處于一個低于正常柵極電壓的閾值附近的中間電位作為柵極電壓Vg而施加到每個存儲器單元110的柵極期間，在低于正常操作溫度的溫度下對非易失性存儲器100A進行寫操作。此過程比第一和第二實施例更有效地增加了在浮置柵極與漏極之間生成的熱空穴的數(shù)量，并且生成了比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴。由于這種非易失性存儲器100A被暴露于正常操作溫度下，從而加速了由熱空穴引起的現(xiàn)象(由于泄漏電荷而產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)等)，因此可以在非常短的時間內(nèi)進行對非易失性存儲器100A的操作評估(可靠性測試)。
這里，如上所述，在第三實施例中，在常溫下向非易失性存儲器100A施加正常柵極電壓，并將對其的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)(例如500,000次)，以將非易失性存儲器100A老化到一定程度。然后，在施加前述中間電位作為柵極電壓的情況下僅對老化了的非易失性存儲器100A進行一次數(shù)據(jù)寫，從而以有效的方式生成大量的熱空穴。
其他修改另外，本發(fā)明決不應(yīng)局限于上述實施例，而是在不脫離本發(fā)明要旨的情況下，可以想到多種變化或修改。
例如，在S14、S34和S54中的每一步，對要評估的器件僅進行一次寫操作。然而，本發(fā)明決不應(yīng)局限于此，而是可以重復(fù)進行寫/擦除操作。
權(quán)利要求
1.一種用于評估非易失性存儲器的方法，包括以下步驟在比正常操作溫度更低的溫度下寫所述非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴；以及在將所述非易失性存儲器暴露于所述正常操作溫度期間，針對所述熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述正常操作溫度下將所述正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后至少執(zhí)行一次所述在更低溫度下的寫步驟，從而生成比由所述正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴。
3.一種用于評估非易失性存儲器的方法，包括以下步驟在施加一個中間電位作為柵極電壓期間寫所述非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于正常操作時所施加的正常柵極電壓；以及在將所述非易失性存儲器暴露于正常操作溫度期間，針對所述熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在向所述非易失性存儲器施加所述正常柵極電壓的情況下將對所述非易失性存儲器進行的正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后在施加所述中間電位作為柵極電壓的情況下，至少執(zhí)行一次所述的寫所述非易失性存儲器的步驟，從而生成比由所述正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴。
5.一種用于評估非易失性存儲器的方法，包括以下步驟在施加一個中間電位作為柵極電壓期間，在比正常操作溫度更低的溫度下寫所述非易失性存儲器，以在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于正常操作時所施加的正常柵極電壓；以及在將所述非易失性存儲器暴露于正常操作溫度期間，針對所述熱空穴來評估所述非易失性存儲器的操作。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在向所述非易失性存儲器施加所述正常柵極電壓的情況下，在所述正常操作溫度下將對所述非易失性存儲器進行的正常的寫/擦除操作重復(fù)預(yù)定的次數(shù)，然后在施加所述中間電位作為柵極電壓的情況下，在所述更低溫度下至少執(zhí)行一次所述的寫所述非易失性存儲器的步驟，從而生成比由所述正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴。
7.如權(quán)利要求1、2、5和6中任一項所述的方法，其中將所述非易失性存儲器置于低溫容器中，以實現(xiàn)所述比正常操作溫度更低的溫度。
8.如權(quán)利要求3至6中任一項所述的方法，其中預(yù)先在所述非易失性存儲器上設(shè)置柵極電壓切換裝置，用于選擇性地施加所述正常柵極電壓和所述中間電位之一作為柵極電壓，當(dāng)針對所述熱空穴而評估所述非易失性存儲器的操作時，使用所述柵極電壓切換裝置來施加所述中間電位作為柵極電壓。
9.一種非易失性存儲器，包括第一電源，用于施加正常操作時的正常柵極電壓；第二電源，用于施加一個中間電位作為柵極電壓，所述中間電位處于一個閾值附近，該閾值小于在所述正常操作時所施加的所述正常柵極電壓，當(dāng)評估所述非易失性存儲器的操作時，使用所述第二電源在浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴；以及柵極電壓切換裝置，用于選擇性地施加由所述第一電源生成的所述正常柵極電壓和由所述第二電源生成的所述中間電位之一，作為柵極電壓。
全文摘要
本發(fā)明生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，從而使得可以針對熱空穴來評估非易失性存儲器的操作。本發(fā)明在比正常使用時的正常溫度更低的溫度下，或/和在比正常使用時的正常操作電壓更低的操作電壓下，對非易失性存儲器進行寫操作，以在該存儲器的浮置柵極與漏極之間生成比由正常的寫/擦除操作所生成的更多的熱空穴，然后在將所述存儲器暴露于正常工作溫度期間評估該存儲器的操作。本方法適用于諸如閃存之類的非易失性存儲器的可靠性測試。
文檔編號H01L21/8247GK1670937SQ20041005725
公開日2005年9月21日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者松井范幸 申請人:富士通株式會社