CN101174474A - 分离栅极闪存的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种分离栅极闪存的故障检测方法，此方法是先对分离栅极闪存中所有的存储单元进行擦除操作。接着，检查存储单元的第一位映象，以找出发生故障的存储单元。然后，读取发生故障的存储单元的电流值，以判断发生故障的存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统。接下来，分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若整条位线上的存储单元发生故障，则归类为位线故障的故障类型，进行到第二子系统，若整条字线上的多个存储单元发生故障，则归类为字线故障的故障类型，进行到第三子系统。

Description

分离栅极闪存的故障检测方法

技术领域

本发明有关于一种半导体元件的检测方法，且特别有关于一种分离栅极闪存的故障检测方法。

背景技术

闪存由于具有可多次进行数据的存入、读取、擦除等动作，且存入的数据在断电后也不会消失的优点，所以已成为个人计算机和电子设备所广泛采用的一种非易失性存储器元件。

由于典型的闪存通常只具有浮动栅(floating gate)与控制栅(controlgate)，而且浮动栅与控制栅之间以介电层相隔，而浮动栅与基底之间以隧道氧化物(tunnel Oxide)相隔，因此会产生过度擦除的问题，而导致数据的误判。因此，目前业界提出一种分离栅极(split gate)闪存，可以解决元件过度擦除的问题。

在美国专利US 7,050,344号中揭露了一种分离栅极闪存的故障检测方法，其电性分析方法为在找出有故障的存储单元存在的节区后，对此节区的所有存储单元进行编程操作及读取，以得到一个位映象(bit-map)，此位映象显示出位线故障的位置。然后再对此节区中的所有存储单元进行擦除操作与读取，以得到另一个位映象，此位映象显示出字线故障的位置。通过迭合两个位映象，即可找出字线-位线短路故障的实际位置。

然而，虽然上述的分离栅极闪存的故障检测方法可以快速找出分离栅极闪存中发生故障的实际位置，但是上述方法只能针对字线-位线的短路故障进行检测，并无法检测出其它的故障因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的就是提供一种分离栅极闪存的故障检测方法，可以分析出产品优良率不佳的主因。

本发明的另一个目的是提供一种分离栅极闪存的故障检测方法，可应用于各类型的分离栅极闪存。

本发明提出一种分离栅极闪存的故障检测方法，其中分离栅极闪存具有由多个存储单元所组成的存储单元阵列，每一个存储单元位于多条位线与多条字线的相交处，且每一个存储单元至少具有浮动栅和选择栅极，而字线连接选择栅极，此方法是先对分离栅极闪存中所有的存储单元进行擦除操作。接着，检查存储单元的第一个位映象(bit-map)，以找出发生故障的存储单元。然后，读取发生故障的存储单元的电流值，以判断发生故障的存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统。接下来，分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若整条位线的存储单元发生故障，则归类为位线故障的故障类型，进行到第二子系统，若整条字线的多个存储单元发生故障，则归类为字线故障的故障类型，进行到第三子系统。

本发明提出另一种分离栅极闪存的故障检测方法，其中分离栅极闪存具有由多个存储单元所组成的存储单元阵列，每一个存储单元位于多条位线与多条字线的相交处，且每一个存储单元至少具有浮动栅和选择栅极，而字线连接选择栅极，此方法是先对分离栅极闪存进行井区漏电流测试。随后，对分离栅极闪存中所有的存储单元进行擦除操作。接着，检查存储单元的第一个位映象，以找出发生故障的存储单元。然后，读取发生故障的存储单元的电流值，以判断发生故障的存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统。接下来，分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若整条位线的存储单元发生故障，则归类为位线故障的故障类型，进行到第二子系统，若整条字线的多个存储单元发生故障，则归类为字线故障的故障类型，进行到第三子系统。

依照本发明的一个较佳实施例所述，在上述的分离栅极闪存的故障检测方法中，进行到第二子系统是先读取发生故障的整条位线的存储单元的电流值。接着，判断发生故障的整条位线的存储单元的电流值是否相同，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统。然后，读取与发生故障的位线相邻的两条位线的所有存储单元的电流值。接下来，将发生故障的位线的存储单元的电流值与相邻的两条位线的存储单元的电流值进行比较，以分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若发生故障的位线的存储单元的电流值与相邻的两条位线中的至少一条上的存储单元的电流值相同，则归类为位线-位线间短路的故障类型，若发生故障的位线的存储单元的电流值与相邻的两条位线的存储单元的电流值均不相同，则归类为位线-字线间短路的故障类型。之后，记录存储单元发生故障的位置。

依照本发明的一个较佳实施例所述，在上述的分离栅极闪存的故障检测方法中，进行到第三子系统是先读取发生故障的整条字线的多个存储单元的电流值。接着，当不是位于同一条位线的多个存储单元发生故障时，判断发生故障的存储单元的电流值是否相同，若「是」则归类为浮动栅-浮动栅间短路及/或浮动栅-选择栅极间短路的故障类型并继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统。接下来，记录存储单元发生故障的位置。

依照本发明的一个较佳实施例所述，在上述的分离栅极闪存的故障检测方法中，进行到第一子系统是先对分离栅极闪存中所有的存储单元进行编程操作。接着，检查存储单元的第二个位映象，以找出发生故障的存储单元。然后，读取发生故障的存储单元的电流值，以判断发生故障的存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则归类为其它故障的故障类型。接下来，分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若整条字线相邻的两个存储单元发生故障，则归类为成对(twins)故障的故障类型，若发生故障的存储单元的故障是周期性(regular)地出现，则归类为周期性故障的故障类型，进行到第四子系统，若发生故障的存储单元的故障是随机地出现，则归类为其它故障的故障类型。之后，记录存储单元发生故障的位置。

依照本发明的一个较佳实施例所述，在上述的分离栅极闪存的故障检测方法中，进行到第四子系统是先分析发生故障的存储单元的故障类型，其中若仅一个发生故障的存储单元为周期性地出现，则归类为布局(layout)故障的故障类型，若整条字线的存储单元发生故障的情况为周期性地出现，则归类为对准偏移(alignment shift)故障，若不时布局故障及对准偏移故障的故障类型，则归类为其它故障的故障类型。接下来，记录存储单元发生故障的位置。

基于上面的描述，由于本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法中是以读取电流值的方式来找出发生故障的存储单元的故障类型，可以快速找出产品优良率不佳的主因。

此外，经由本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法所得到的分析结果，可作为物性故障分析的依据。

另一方面，本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法具有普遍性，可应用于各类分离栅极闪存。

为使得本发明的上述和其它目的、特征和优点能更加明显易懂，下文中结合较佳实施例，并配合附图进行如下的详细说明。

附图说明

图1所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的电路简图。

图2所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的剖面图。

图3所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的流程图。

图4所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第二子系统A的流程图。

图5所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第三子系统B的流程图。

图6所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第一子系统M的流程图。

图7所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第四子系统D的流程图。

【主要元件符号说明】

100：基底

102：N型井区

104、106、108：P型掺杂区

110：浮动栅

112：选择栅极

114：接触窗

A：第二子系统

B：第三子系统

BL1～BLn：位线

D：第四子系统

M：第一子系统

S100、S102、S104、S106、S108、S200、S202、S204、S206、S208、S300、S302、S304、S400、S402、S404、S406、S408、S410、S500、S502：步骤标号

SL1～SLp：源极线

Q：存储单元

WL1～WLm：字线

具体实施方式

图1所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的电路简图。图2所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的剖面图。

本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法具有普遍性，适用于各类分离栅极闪存。以下，以图1和图2所示的分离栅极闪存为例进行说明，但并不用以限制本发明。

请先同时参照图1和图2，分离栅极闪存具有由多个存储单元Q所组成的存储单元阵列，每一个存储单元Q位于位线BL1～BLn与字线WL1～WLm相交处。

存储单元Q的结构例如是在基底100中具有N型井区102以及配置在N型井区102中的P型掺杂区104、P型掺杂区106及P型掺杂区108，且在基底100上具有浮动栅110与选择栅极112。位线BL1～BLn通过接触窗114分别连接同一列的P型掺杂区104。字线WL1～WLm连接同一行的选择栅极112。源极线SL1～SL3连接同一行的P型掺杂区108。其中，位线BL1～BLn的材料例如是金属材料，而字线WL1～WLm的材料例如是掺杂多晶硅。

图3所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的流程图。表一为此存储器操作时所施加的电压表。本实施例中的擦除是采用紫外线照射，全部擦除。

表一

请同时参照图1及表1，在对图1中的存储器进行擦除操作之后，浮动栅110下方的通道是关闭的状态，因此对此存储器进行读取时，正常的存储单元是读不到电流值的，如果可以读到电流值，则判定在该存储器中的存储单元发生故障。同样地，在对此存储器进行编程操作之后，浮动栅110下方的通道是开启的状态，因此对此存储器进行读取时，正常的存储单元是可以读到电流值的，如果读不到电流值，则判定在该存储器中的存储单元发生故障。在此所谓的读不到电流值例如是所读取的电流值的绝对值小于1微安培(μA)。

接下来，介绍本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法。

首先，请同时参照图1、图2及图3，可以先进行步骤S100，对分离栅极闪存进行井区漏电流测试，以找出由于井区漏电流过大而造成维持电流(standby current)提高的故障类型。

接着，进行步骤S102，对分离栅极闪存中所有的存储单元Q进行擦除操作，以关闭浮动栅110下方的通道。

接着，进行步骤S104，检查存储单元Q的第一个位映象，以找出发生故障的存储单元Q，此第一个位映象可以显示出分离栅极闪存在擦除状态时存储单元Q的故障位置图像。

然后，进行步骤S106，读取发生故障的存储单元Q的电流值，以判断发生故障的存储单元Q是否真的故障。若「是」，表示在擦除状态下可以读到电流值，可确定发生故障的存储单元Q真的故障，则继续进行下面的步骤S108，若「否」，则进行到第一子系统M。

接下来，进行步骤S108，分析发生故障的存储单元Q的故障类型。

若整条位线的存储单元Q全部发生故障，则归类为位线故障的故障类型，进行到第二子系统A。

若整条字线的多个存储单元Q发生故障，则归类为字线故障的故障类型，进行到第三子系统B。

图4所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第二子系统A的流程图。

请同时参照图1及图4，首先进行步骤S200，以位线BL2为发生故障的位线为例，读取发生故障的整条位线BL2上的存储单元Q的电流值。

接着，进行步骤S202，判断发生故障的整条位线BL2上的存储单元Q的电流值是否相同。若「是」，则继续进行下面的步骤S204。若「否」，则进行到第一子系统M。

然后，进行步骤S204，以位线BL2为发生故障的位线为例，与其相邻的两条位线为位线BL1、BL3，读取与发生故障的位线BL2相邻的两条位线BL1、BL3上所有存储单元Q的电流值。

接下来，进行步骤S206，将发生故障的位线BL2上的存储单元Q的电流值与相邻的两条位线BL1、BL3上的存储单元Q的电流值进行比较，以分析发生故障的存储单元Q的故障类型。

若发生故障的位线BL2上的存储单元Q的电流值与相邻的两条位线BL1、BL3中的至少一条上的存储单元Q的电流值相同，则可以得知不同位线的存储单元Q具有相同电流值表示位线与位线之间发生短路，从而归类为位线-位线间短路的故障类型。

若发生故障的位线BL2上的存储单元Q的电流值与相邻的两条位线BL1、BL3上的存储单元Q的电流值均不相同，则由电流值的读数比较可以判断出发生故障的位线BL2是与字线产生短路，从而归类为位线-字线间短路的故障类型。

之后，进行步骤S208，记录存储单元Q发生故障的位置。

图5所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第三子系统B的流程图。

首先，请同时参照图1及图5，进行步骤S300，读取发生故障的整条字线上的多个存储单元Q的电流值。

接着，进行步骤S302，当整条字线的多个存储单元Q发生故障时，判断发生故障的存储单元Q的电流值是否相同，若「是」，则继续进行下面的步骤S304。若「否」，则进行到第一子系统M。

然后，进行步骤S304，由于发生故障的整条字线的多个存储单元Q的电流值的绝对值大于正常的存储单元Q的电流值的绝对值，则将其归类为浮动栅-浮动栅间短路及/或浮动栅-选择栅极间短路的故障类型，并记录存储单元Q发生故障的位置。

图6所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第一子系统M的流程图。

首先，同时参照图1、图2及图6，先进行步骤S400，对分离栅极闪存中所有的存储单元Q进行编程操作，以开启浮动栅110下方的通道。

接着，进行步骤S402，检查存储单元Q的第二个位映象，以找出发生故障的存储单元Q，此第二个位映象可以显示出分离栅极闪存在编程状态时存储单元Q的故障图像。

进行步骤S404，读取发生故障的存储单元Q的电流值，以判断发生故障的存储单元Q是否真的故障。若「是」，表示在编程状态下读不到电流值，可确定发生故障的存储单元Q真的故障，则继续进行下面的步骤S406。若「否」，则进行步骤S408，归类为其它故障的故障类型，并记录存储单元Q发生故障的位置。

接下来，进行步骤S406，分析发生故障的存储单元Q的故障类型。

若整条字线相邻的两个存储单元Q发生故障，则归类为成对故障的故障类型。存储单元Q发生成对故障的原因例如是连接到掺杂区104的接触窗114产生触点开断(contact open)，而使得共享掺杂区104的相邻两个存储单元Q产生故障。

若发生故障的存储单元Q的故障是周期性地出现，则归类为周期性故障的故障类型，进行到第四子系统D。

若发生故障的存储单元Q的故障是随机地出现，则归类为其它故障的故障类型。

之后，进行步骤S410，记录存储单元Q发生故障的位置。

图7所示为本发明一实施例的分离栅极闪存的故障检测方法的第四子系统D的流程图。

首先，请同时参照图1、图2及图7，先进行步骤S500，分析发生故障的存储单元Q的故障类型。

若仅一个发生故障的存储单元Q为周期性地出现，则归类为布局故障的故障类型。存储单元Q发生布局故障的原因例如是在形成N型井区102的拾取区(pick-up)时，由于作为掩模的光阻倒塌，造成进行离子注入处理时无法形成良好的拾取区，而造成存储单元Q周期性地发生故障。

若整条字线的存储单元Q发生故障的情况为周期性地出现，则归类为对准偏移故障。存储单元Q发生对准偏移故障的原因例如是在形成接触窗114时发生对准偏移，而造成接触窗114与浮动栅110之间产生短路，因此在共享掺杂区104的相邻两个存储单元Q中，接触窗114与浮动栅110之间产生短路的存储单元Q会产生故障，而另一个存储单元仍为正常的存储单元Q。如此一来，由于发生对准偏移的情况，会导致整条字线的存储单元Q不是全部正常就是全部故障。此外，若字线WL2上的全部存储单元Q都是发生故障的存储单元Q，则与其相邻的两条字线WL1、WL3上的全部存储单元Q都是正常的存储单元Q。亦即，当第奇数条字线的全部存储单元Q都是正常的存储单元Q，则第偶数条字线的全部存储单元Q都是发生故障的存储单元Q，反之亦然。

若不是布局故障及对准偏移故障的故障类型，则归类为其它故障的故障类型。

接下来，进行步骤S502，记录存储单元Q发生故障的位置。

基于上述说明可知，本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法中是以读取电流值的方式来清楚地查明故障发明故障的存储单元的故障类型，而能快速找出产品优良率不佳的主因。此外，经由本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法所得到的分析结果，能够协助物性故障分析的进行。

综上所述，本发明至少具有下列优点：

1.本发明的分离栅极闪存的故障检测方法中，可以快速找出产品优良率不佳的主因。

2.经由本发明的分离栅极闪存的故障检测方法所得到的分析结果，可作为物性故障分析的依据。

3.本发明所提出的分离栅极闪存的故障检测方法可应用于检测各类分离栅极闪存。

虽然本发明已经以较佳实施例揭露如上，但是其并非用来限定本发明，本领域的任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作一些变更和润饰，因此本发明的保护范围应当以后面所附的权利要求所界定的为准。

Claims (5)

1.一种分离栅极闪存的故障检测方法，其中所述分离栅极闪存具有由多个存储单元所组成的存储单元阵列，每一个所述存储单元位于多条位线与多条字线的相交处，且每一个所述存储单元至少具有浮动栅及选择栅极，而所述字线连接所述选择栅极，所述方法包括：

对所述分离栅极闪存进行井区漏电流测试；

对所述分离栅极闪存中所有的存储单元进行擦除操作；

检查所述存储单元的第一个位映象，以找出发生故障的存储单元；

读取发生故障的存储单元的电流值，以判断发生故障的存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统；以及

分析发生故障的所述存储单元的故障类型，其中

若整条所述位线的所述存储单元发生故障，则归类为位线故障的故障类型，进行到第二子系统，

若整条所述字线的多个所述存储单元发生故障，则归类为字线故障的故障类型，进行到第三子系统。

2.如权利要求1所述的分离栅极闪存的故障检测方法，其中进行到所述第二子系统包括：

读取发生故障的整条所述位线的所述存储单元的电流值；

判断发生故障的整条所述位线的所述存储单元的电流值是否相同，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统；

读取与发生故障的所述位线相邻的两条位线的所有存储单元的电流值；

将发生故障的位线的所述存储单元的电流值与相邻的两条位线的存储单元的电流值进行比较，以分析发生故障的所述存储单元的故障类型，其中

若发生故障的所述位线的所述存储单元的电流值与相邻的两条位线中的至少一条上的存储单元的电流值相同，则归类为位线-位线间短路的故障类型，

若发生故障的所述位线的所述存储单元的电流值与相邻的两条位线的存储单元的电流值均不相同，则归类为位线-字线间短路的故障类型；以及

记录所述存储单元发生故障的位置。

3.如权利要求1所述的分离栅极闪存的故障检测方法，其中进行到所述第三子系统包括：

读取发生故障的整条字线的多个所述存储单元的电流值；

当整条字线的多个所述存储单元发生故障时，判断发生故障的存储单元的电流值是否相同，若「是」则归类为浮动栅-浮动栅间短路及/或浮动栅-选择栅极间短路的故障类型并继续进行下面的步骤，若「否」则进行到第一子系统；以及

记录所述存储单元发生故障的位置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的分离栅极闪存的故障检测方法，其中进行到所述第一子系统包括：

对所述分离栅极闪存中所有的存储单元进行编程操作；

检查所述存储单元的第二个位映象，以找出发生故障的所述存储单元；

读取发生故障的所述存储单元的电流值，以判断发生故障的所述存储单元是否真的故障，若「是」则继续进行下面的步骤，若「否」则归类为其它故障的故障类型；

分析发生故障的所述存储单元的故障类型，其中

若所述位线相邻的两个存储单元发生故障，则归类为成对故障的故障类型，

若发生故障的所述存储单元的故障是周期性地出现，则归类为周期性故障的故障类型，进行到第四子系统，

若发生故障的所述存储单元的故障是随机地出现，则归类为其它故障的故障类型；以及

记录所述存储单元发生故障的位置。

5.如权利要求4所述的分离栅极闪存的故障检测方法，其中进行到所述第四子系统，包括：

分析发生故障的所述存储单元的故障类型，其中

若仅一个发生故障的所述存储单元为周期性地出现，则归类为布局故障的故障类型，

若整条所述字线的所述存储单元发生故障的情况为周期性地出现，归则类为对准偏移故障，

若不时所述布局故障及所述对准偏移故障的故障类型，则归类为其它故障的故障类型；以及

记录所述存储单元发生故障的位置。

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