CN102568594B - 一种非易失存储器的过擦除处理方法和处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非易失存储器的过擦除处理方法，包括校验：选中一个存储单元，校验该选中的存储单元的阈值电压是否小于0V，若是，则执行下面步骤；若否，则选中另外一个存储单元进行校验；电压施加：对选中的存储单元的字线施加正电压、漏极施加编程漏极电压，对未选中的存储单元的字线施加小于该未选中的存储单元的阈值电压的电压；再次校验：校验经过电压施加步骤处理后的存储单元的阈值电压是否小于0V，若是，则返回电压施加步骤，若否，则结束处理。本发明的非易失存储器的过擦除处理方法能够对阈值电压低于0V的存储单元进行二次过擦除处理，保证过擦除处理的准确性。本发明还提供一种非易失存储器的过擦除处理系统。

Description

一种非易失存储器的过擦除处理方法和处理系统

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，特别是涉及一种非易失存储器的过擦除处理方法和处理系统。

背景技术

为了验证存储器产品的正确性，在产品出厂前会进行一连串的测试流程。这些存储产品可以包括非挥发性存储器产品(例如，快闪存储器Flash，或是可电除可编程只读存储器EEPROM等)，也可以包括一次性可编程OTP类存储器。一般的测试流程可以包括产品接脚(pin)的短路/断路测试、逻辑功能测试、电擦除特性测试(以判断该挥发性存储器内的资料是否可以被电擦除且再写入新资料)、程序码测试(将写入该非挥发性存储器的程序码读出并与该写入程序码作比对，以判断该非挥发性存储器的读写动作是否正确)等等。

在进行电擦除特性测试过程中，以闪存(FlashMemory)为例，它是一种基于半导体的存储器，具有系统掉电后仍可保留内部信息、在线擦写等功能特点，闪存通过热电子注入机制实现对器件编程，采用隧道效应实现擦除。

为了加快擦除步骤的过程，一般都会施加较强的擦除条件来进行erase操作，在这种情况下，block中的一些存储单元(cell)则可能出现过擦除(over-erase)的状态。过擦除状态形成的主要原因为：假设在一闪存的栅极G端施加-8V的电压，源极S端施加+7V的电压，漏极D端不加电压，单个擦除脉冲的持续时间从几毫秒到几十毫秒。在擦除过程中，一个block中只要有cell没有达到擦除状态，则需要重新向整个block施加擦除脉冲。由于一个block中每个cell的FG上电子数都不同，因此各个cell受擦除脉冲的影响也不同。即向某个block施加擦除脉冲时，这个block中每个cell的FG上的电子向源极S迁移的数目也不同，在多次施加擦除脉冲直至block中所有cell都达到擦除状态时，那些电子迁移数目较多的cell的阈值电压V_T可能就会低于擦除状态范围，此时，这些V_T低于擦除状态范围cell就处于过擦除状态。

通常情况下，在block的erase状态完成后(即指erase_verify校验erase操作成功后)，采用较强的软编程条件把处于过擦除状态的cell恢复到正常的擦除状态。即向这些过擦除的cell不断施加编程脉冲，直到把这些cell恢复到正常的擦除状态。

然而，由于经过较强擦除条件的erase操作，会导致block中cell的V_T分布范围很广，有些cell的V_T过低，甚至低于0V。在这种情况下，即使通过软编程操作，仍然还会有部分cell的V_T低于0V，无法恢复到正常的擦除状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非易失存储器的过擦除处理方法和处理系统，能够对阈值电压V_T低于0V的存储单元进行二次过擦除处理，保证过擦除处理的准确性。

为了解决上述问题，本发明公开了一种非易失存储器的过擦除处理方法，包括以下步骤：

校验：选中一个已经进行过软编程操作的存储单元，校验该选中的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是，则执行下面步骤；若否，则选中另外一个存储单元进行校验；

电压施加：对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加正电压、漏极D施加编程漏极电压，对未选中的存储单元的字线施加小于该未选中的存储单元的阈值电压的电压；

再次校验：校验经过电压施加步骤处理后的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是，则返回电压施加步骤，若否，则结束处理。

进一步地，所述电压施加步骤中，对选中的存储单元的字线施加的正电压的范围为小于或者等于处于正常擦除状态所允许的存储单元具有的最大的阈值电压V_T。

进一步地，所述电压施加步骤中，对未选中的存储单元的字线施加的电压小于或者等于所有未选中的存储单元中的最小阈值电压V_T。

进一步地，在所述校验步骤之前还包括软编程步骤：对存在过擦除的存储单元进行软编程操作。

进一步地，在所述软编程步骤之前还包括初步校验步骤：校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若阈值电压V_T小于0V，则执行步骤软编程的操作，反之，则结束对该存储单元的过擦除处理，直接跳到下一个地址进行校验。

进一步地，所述校验已进行过软编程操作的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V包括以下步骤：

选择一个参考存储单元，并给该存储单元的字线施加一个参考电压，确定一个参考电流；

给待校验的存储单元的字线施加一个正电压，得出该待校验存储单元中的测量电流；

比较参考电流和测量电流，若测量电流大于参考电流，则阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。

进一步地，给待校验的存储单元的字线施加的正电压的值为参考存储单元的字线的参考电压与该参考存储单元的阈值电压V_T之间的差值。

进一步地，所述校验已进行过软编程操作的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V的方法还包括：在给待校验的存储单元的字线施加一个正电压的时候，给与所述待校验的存储单元同一位线上的其它存储单元的字线上施加一个小于或者等于所述其它存储单元的阈值电压V_T的电压。

进一步地，给与所述待校验的存储单元同一位线上的其它存储单元的字线上施加一个相同的电压，所述相同的电压小于或者等于所述其它所有存储单元中的最小阈值电压V_T。

为了解决上述问题，本发明还公开了一种非易失存储器的过擦除处理系统，包括：

校验模块，用于对校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V；

电路模块，对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加正电压、对漏极D施加编程漏极电压，对其余未选中的存储单元字线上施加小于或等于未选中的存储单元的阈值电压V_T的电压。

进一步地，所述校验模块包括电压施加模块，对参考存储单元及待校验的存储单元施加处理电压。

进一步地，所述校验模块还包括电流测量模块，对参考存储单元的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行测量。

进一步地，所述校验模块还包括比较模块，对参考存储单元中产生的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行比较；

若测量电流大于参考电流，则待校验的阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。

进一步地，所述过擦除处理系统还包括软编程处理模块，用于对存在过擦除的存储单元进行软编程操作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过对阈值电压V_T低于0V的存储单元进行二次过擦除处理，保证了过擦除处理的准确性。进一步地，在校验是否存储在过擦除处理中，对于待校验的存储单元的字线施加正电压，而对同一位线上的其余存储单元的字线施加一个小于或等于其余存储单元的阈值电压V_T的电压，可以避免在位线上产生漏电流而影响测量电流的准确性，提高了校验过程的准确性。进一步地，对于同一位线上的其余未选中的存储单元的字线上施加一个小于或等于未选中的存储单元的最小阈值电压V_T的电压，避免了对所有的未选中的存储单元一一进行测量，节省了过擦除处理的时间。

附图说明

图1是本发明一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例一的流程图；

图2是本发明一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例二的流程图；

图3是本发明一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例三的流程图；

图4是本发明一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例中的校验存储单元的阈值电压的方法实施例一的流程图；

图5是本发明一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例中的校验存储单元的阈值电压的方法实施例二的流程图；

图6是本发明一种非易失存储器的过擦除处理系统实施例一的结构示意图；

图7是本发明一种非易失存储器的过擦除处理系统实施例二的结构示意图；

图8是本发明一种非易失存储器的过擦除处理系统实施例三的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下简单介绍非易失存储器的构成原理。

非易失存储器由存储单元(cell)组成，cell包括电容和晶体管，cell中的数据取决于存储在电容中的电荷，晶体管的开关控制数据的存取。一般而言，一个cell可以包括源极(source，S)，漏极(drain，D)，栅极(gate，G)，以及浮动栅极(floatinggate，FG)，浮动栅极FG可用于接电压VG。若VG为正电压，浮动栅极FG与漏极D之间产生隧道效应，使电子注入浮动栅极FG，即编程写入；擦除则可以在源极S加电压(正电压或负电压)，利用浮动栅极FG与源极S之间的隧道效应，把注入至浮动栅极FG的电荷(负电荷或正电荷)吸引到源极S。cell数据是0或1取决于浮动栅极FG中是否有电子。若浮动栅极FG有电子，源极S和漏极D之间感应出正的导电沟道，使MOS管导通，即表示存入0。若浮动栅极FG中无电子，则不形成导电沟道，MOS管不导通，即存入1。

请参考图1，示出本发明的一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例一，包括以下步骤：

101，校验：选中一个已经进行过软编程操作的存储单元，校验该选中的存储单元的阈值电压VT是否小于0V，若是，则执行步骤102；若否，则选中另外一个存储单元进行校验；

102，电压施加：对选中的阈值电压VT小于0V的存储单元的字线(wordline，WL)施加正电压、漏极D施加编程漏极电压，对未选中的存储单元的字线施加小于该未选中的存储单元的阈值电压VT的电压；

103，再次校验：校验经过步骤102处理后的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是则返回步骤102，若否，则结束处理。

其中，步骤102中对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加的正电压，并持续施加一段时间，就可以提高存储单元的阈值电压V_T，从而使存储单元恢复到正常的擦除状态。对阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加的正电压的范围为小于或者等于正常擦除状态所允许的存储单元具有的最大阈值电压。具体值可以根据具体情况而定，例如，在此工艺中，允许存储单元具有的最大阈值电压V_T为3V，那么施加的正电压范围可以在0V～3V之间。进一步地，还可以根据选中的存储单元的具体阈值电压V_T来确定。例如，阈值电压V_T较小时，如-2V，那么此时可以在前述的范围内相应的选择较大的正电压的值，如2.5V或者3V；反之，则可以减少所施加的正电压的值，如1V或者1.5V。对于选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的漏极施加的编程漏极电压为固定值，4V。

对于未选中的存储单元的字线施加小于该未选中的存储单元的阈值电压V_T的电压，是因为所有位线(bitline，BL)上的存储单元直接通过漏极D接到位线上，如果存储单元的栅极G上的电压大于阈值电压V_T，则会产生电流。因为存储单元的字线上的电压即为栅极G上的电压，因此，如果给未选中的存储单元栅极G上施加的电压小于阈值电压V_T，可以避免该存储单元在位线上产生漏电流。

进一步地，因为未选中的存储单元的阈值电压V_T是在一个范围内的不同值，例如，其中一个存储单元的阈值电压V_T为1V，此时，给该存储单元的字线上施加一个小于1V的电压，如0.8V、-0.2V等，便可以避免产生漏电流，而另一个存储单元的阈值电压V_T为0V，则需要给该存储单元的字线上施加一个小于0V的电压，如-0.2V，如果针对每一个阈值电压来确定施加的电压，这就需要对所有未选中的阈值电压V_T进行一一测量，再确定所施加的电压值，这增加了工作量及工作时间。因此，为了简便起见，对于未选中的存储单元的字线施加一个统一的电压，此电压只要小于或者等于所有未选中的存储单元中的最小阈值电压V_T即可。例如，经过一次软编程操作后，存储单元的阈值电压V_T分布范围为-0.8V～3V，那么可以给未选中的所有的存储单元的字线施加-0.8V或者小于-0.8V的一个电压，可以避免位线上产生漏电流，保证对于过擦除的处理操作的有效性。

请参考图2，示出本发明的一种非易失存储器的过擦除处理方法实施例二，包括以下步骤：

201，软编程：对存在过擦除的存储单元进行软编程操作；

202，校验：选中一个已经进行过软编程操作的存储单元，校验该选中的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是，则执行步骤203；若否，则选中另外一个存储单元进行校验；

203，电压施加：对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线(wordline，WL)施加正电压、对漏极D施加编程漏极电压，对未选中的存储单元的字线施加小于或等于该未选中的存储单元的阈值电压V_T的电压；

204，再次校验：校验经过步骤203处理后的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是则返回步骤203，若否，则结束处理。

其中，对于步骤201中的过擦除的存储单元的软编程操作可以采用常见的处理方法，即给所有的存在过擦除的存储单元的字线施加一个正电压，并持续一段时间。此处所施加的正电压可以根据实际情况来确定，本发明并不进行限定。因为在经过软编程操作之后，还需要进行校验，因此，对于此步骤中所施加的电压并不需要特别精确，只要能使大部分的存储单元恢复到正常的擦除状态即可。

请参照图3，还可以在实施二的非易失存储器的过擦除处理方法的步骤201之前增加一个初步校验步骤：校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若阈值电压V_T小于0V，则执行步骤201的操作，反之，则结束对该存储单元的过擦除处理，直接跳到下一个地址进行校验。

因为在擦除的过程中，并不是每个存储单元都存在过擦除的情况，通过在过擦除处理之前对于擦除状态进行判断，可以避免进行不必要的操作。

请参照图4，前述的校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V可以采用如下步骤：

D1，选择一个参考存储单元，并给该存储单元的字线施加一个参考电压，确定一个参考电流。

D2，给待校验的存储单元的字线施加一个正电压，得出该待校验存储单元中的测量电流，其中，该正电压的值为D1中的参考存储单元的字线的参考电压与该参考存储单元的阈值电压V_T之间的差值。

D3，比较参考电流和测量电流，若测量电流大于参考电流，则阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。

其中，参考存储单元的字线的参考电压可以根据实际情况来确定，通常参考电压与参考存储单元的阈值电压V_T的差值在0V～3V之间。例如，如果参考存储单元的阈值电压V_T为3V，则可以将参考电压设置为3V～7V。另外，为了保护存储器上的各元件，参考电压尽量采取较小的值。例如，3V或者4V。

下面结合实例对前述的校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V进行详细说明。

假设经过第一次的软编程操作后，仍然有部分的存储单元的阈值电压V_T小于0V，且该部分的阈值电压V_T的分布范围在-0.8V～0V之间。参考存储单元的阈值电压V_T为3.2V。

那么，在校验的过程中，可以给参考存储单元的字线施加4V的参考电压，即参考存储单元字线的参考电压与参考存储单元的阈值电压V_T之差为0.8V，此时可以得出一个参考电流。

如前所述，在待校验的存储单元的字线上施加参考存储单元的参考电压与参考存储单元的阈值电压V_T的差值，即0.8V的正电压。此时，如果该待校验的存储单元的阈值电压V_T小于0V，那么施加在该待校验的存储单元的字线上的电压与该待校验的存储单元的阈值电压V_T之间的电压差值会大于0.8V。因为假定的参考存储单元和待校验的存储单元具有相同的电阻值，当电压差较大时，则相应的得到的测量电流会大于参考电流，因此，此时可以判定该待校验存储单元的阈值电压V_T小于0V，此时存在过擦除。反之，则可以判断该待校验存储单元的阈值电压V_T大于0V。

进一步地，请参照图5，上述步骤D2中还可以给与待校验的存储单元同一位线上的其他的存储单元字线上施加一个小于其他的存储单元的阈值电压的电压。在其他的存储单元字线上施加小于其阈值电压的电压可以保证位线上不会产生漏电流，避免对待校验的存储单元中的测量电流产生影响，保证待校验的存储单元的测量电流的准确性。该电压也可以根据剩下的阈值电压V_T小于0V的存储单元的阈值电压VT的分布范围来确定。为了保证有效性，通常施加的电压小于或者等于其它所有的存储单元中的最小阈值电压V_T。例如，若最小的阈值电压V_T＝-1V，则施加的电压可以为-1V，也可以小于-1V

请参照图6，示出本发明的一种非易失存储器的过擦除处理系统100，包括校验模块10和电路模块30。

校验模块10用于对校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V。

电路模块30，对选定的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加正电压，对其余存储单元的字线施加小于其余存储单元的最小阈值电压V_T的电压，对漏极D施加编程漏极电压，以提高选定的存储单元的阈值电压V_T。其中，可以包括多个电路模块，每一个待施加的位置设置一个电路模块，以方便对所需要的电压进行调节。本实施例中，电路模块30为一个电荷泵电路，可以产生正电压，也可以产生负电压。

请参照图7，进一步，该校验模块10中还包括电压施加模块11、电流测量模块12和比较模块13。

首先通过电压施加模块11给一个参考的存储单元的字线施加一定的参考电压，然后给待校验的存储单元的字线施加一个参考电压与参考存储单元的阈值电压V_T的差值电压。其中可以采用多个电压施加模块11，每一个待施加电压的位置设置一个电压施加模块11，以方便对所需要的电压进行调节。

电流测量模块12用于对参考存储单元的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行测量，并将测量的结果传递给比较模块13。

比较模块13对参考存储单元中产生的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行比较，若测量电流大于参考电流，则待校验的阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。本实施例中，比较模块22可以是一个SenseAmplifier(灵敏放大器)电路，通过SenseAmplifier电路对待校验的存储单元的测量电流和参考电流进行比较，然后输出比较结果1(代表测量电流小于参考电流)或0(代表测量电流大于参考电流)。

请参照图8，进一步地，非易失存储器的过擦除处理系统100还包括软编程处理模块50。用于对存在过擦除的存储单元进行软编程操作，通过在存在过擦除的存储单元的字线上施加一定时间的正电压来提高存储单元的阈值电压V_T，使存储单元恢复到正常的擦除状态。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种非易失存储器的过擦除处理方法和处理系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种非易失存储器的过擦除处理方法，包括以下步骤：

校验：选中一个已经进行过软编程操作的存储单元，校验该选中的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是，则执行下面步骤；若否，则选中另外一个存储单元进行校验；

电压施加：对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加正电压、漏极D施加编程漏极电压，对未选中的存储单元的字线施加小于该未选中的存储单元的阈值电压的电压；

再次校验：校验经过电压施加步骤处理后的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若是，则返回电压施加步骤，若否，则结束处理；

其中，所述电压施加步骤中，对未选中的存储单元的字线施加的电压小于或者等于所有未选中的存储单元中的最小阈值电压V_T。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压施加步骤中，对选中的存储单元的字线施加的正电压的范围为小于或者等于处于正常擦除状态所允许的存储单元具有的最大的阈值电压V_T。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述校验步骤之前还包括软编程步骤：对存在过擦除的存储单元进行软编程操作。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述软编程步骤之前还包括初步校验步骤：校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V，若阈值电压V_T小于0V，则执行步骤软编程的操作，反之，则结束对该存储单元的过擦除处理，直接跳到下一个地址进行校验。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述校验已进行过软编程操作的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V包括以下步骤：

选择一个参考存储单元，并给该存储单元的字线施加一个参考电压，确定一个参考电流；

给待校验的存储单元的字线施加一个正电压，得出该待校验存储单元中的测量电流；

比较参考电流和测量电流，若测量电流大于参考电流，则阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，给待校验的存储单元的字线施加的正电压的值为参考存储单元的字线的参考电压与该参考存储单元的阈值电压V_T之间的差值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述校验已进行过软编程操作的存储单元的阈值电压V_T是否小于0V的方法还包括：在给待校验的存储单元的字线施加一个正电压的时候，给与所述待校验的存储单元同一位线上的其它存储单元的字线上施加一个小于或者等于所述其它存储单元的阈值电压V_T的电压。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，给与所述待校验的存储单元同一位线上的其它存储单元的字线上施加一个相同的电压，所述相同的电压小于或者等于所述其它所有存储单元中的最小阈值电压V_T。

9.一种非易失存储器的过擦除处理系统，其特征在于，包括：

校验模块，用于对校验存储单元的阈值电压V_T是否小于0V；

电路模块，对选中的阈值电压V_T小于0V的存储单元的字线施加正电压、对漏极D施加编程漏极电压，对其余未选中的存储单元字线上施加小于或等于未选中的存储单元的阈值电压V_T的电压；

其中，所述电路模块，所述对其余未选中的存储单元的字线施加的电压小于或者等于所有未选中的存储单元中的最小阈值电压。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述校验模块包括电压施加模块，对参考存储单元及待校验的存储单元施加处理电压。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述校验模块还包括电流测量模块，对参考存储单元的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行测量。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述校验模块还包括比较模块，对参考存储单元中产生的参考电流及待校验的存储单元的测量电流进行比较；

若测量电流大于参考电流，则待校验的阈值电压V_T小于0V，反之，则大于0V。

13.如权利要求9至12任一项所述的系统，其特征在于，所述过擦除处理系统还包括软编程处理模块，用于对存在过擦除的存储单元进行软编程操作。