CN108345752A - 晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法。该方法是在被测试晶圆上选取一个或多个测试单元，所述测试单元包含多个非易失性存储器，将测试机的探针卡接入所述测试单元进行非易失性存储器的寿命特性评估。所述寿命特性评估包括数据保持能力评估和擦写能力评估。所述晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法的测试时间短，效率高，而且可实现大量同测，便于数据收集统计分析。

Description

晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法

技术领域

本发明涉及芯片测试领域，特别涉及一种晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法。

背景技术

自上世纪80年代第一代非易失性存储器(NVM)问世以来，非易失性存储器凭借其自身高密度、低成本、高可靠性等特点得到广泛应用。随着电子信息技术的迅猛发展以及在工业产品、汽车电子领域的应用，人们对非易失性存储器在擦写速度、容量及可靠性上的需求日益提高，非易失性存储器存储器工艺由微米级不断升级为纳米级，带来了更高密度、更高存储量、更快速度，随着存储器使用时间的推移，擦写次数的增多，会使存储器出现存储效率降低和数据保持能力退化的现象，从而导致功能失效。目前业内主流非易失性存储器的擦写寿命在10万次，工业级产品要求更为严格，擦写寿命需满足50万次以上，由擦写寿命导致的失效通常会在产品使用10年，甚至20年后出现。因此在设计开发阶段，通过测试方法，评估Flash存储器的寿命变得非常重要。

目前传统的非易失性存储器寿命测试，通常采用封装后的芯片，利用接口指令方式进行重复擦写操作。每一次擦写就执行一次擦除操作，之后执行编程操作，最后执行读取操作。缺点如下：

1、受封装形式及测试资源影响，该方法测试时间长，效率低。

2、无法实现大量同测，不便于数据收集统计分析。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，在不增加资源、成本的前提下，利用晶圆、探针卡和测试机，实现非易失性存储器擦写寿命的批量并行测试和分析可实现快速评估寿命特性。

为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，该方法是在被测试晶圆上选取一个或多个测试单元，所述测试单元包含多个非易失性存储器，将测试机的探针卡接入所述测试单元进行非易失性存储器的寿命特性评估。所述寿命特性评估包括数据保持能力评估和擦写能力评估。

优选地，上述技术方案中，晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法包括如下步骤：1、执行电特性测试。所述电特性测试包括测试所述探针卡与所述测试单元是否接触良好。2、执行初始化测试。所述初始化测试包括对所述测试单元进行初次编程窗口测试。所述编程窗口测试的步骤包括：以存储器直接控制方式对所述测试单元中的非易失性存储器的每个存储单元写入数据、以及利用外加读电压的方式对所述每个存储单元进行读取确认，所述外加读电压在某个范围内逐级加压，每隔一定电压值进行一次读取确认，如果某一存储单元的数据状态发生反转，则该存储单元定义为失效。3、执行擦写循环。所述擦写的过程是将所述每个存储单元的数据进行擦除后再对所述每个存储单元写入数据。4、当累计擦写循环次数到达某些数值之后，执行擦写后的编程窗口测试和擦除速度测试以及功能校验测试。5、将所有测试数据进行提取分析从而评估所述非易失性存储器的寿命特性。

优选地，上述技术方案中，所述擦除速度测试用于所述擦写能力评估，其步骤包括在固定时间内，外加电压给所述擦除的操作供电，在一定范围逐级加压，每隔一定电压值执行一次擦除操作，然后对所述每个存储单元进行一次读取，如果某一存储单元的数据状态没有发生反转，则该存储单元定义为失效。

优选地，上述技术方案中，所述功能校验测试是指测试所述非易失性存储器功能是否正常，如出现失效则记录失效信息。

优选地，上述技术方案中，所述初始化测试还包括多字节写校准，所述多字节写校准是以单字节写的编程窗口测试特性作为基准，进行多字节写校准，目的是确保多字节写的强度与单字节写的强度一致。

优选地，上述技术方案中，所述执行擦写循环中对所述每个存储单元写入数据的方式为多字节写入的方式。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、该方法测试时间短，效率高。

2、可实现大量同测，便于数据收集统计分析。

附图说明

图1是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法的流程图。

图2是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器寿命特性评估的编程窗口退化曲线。

图3是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器寿命特性评估的擦除速度退化曲线。。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本发明提供的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法是在被测试晶圆上选取一个或多个测试单元，将测试机的探针卡接入所述测试单元从而实现非易失性存储器擦写寿命的批量并行测试，并将测试信息详细记录在测试结果中。测试完成后，通过对测试结果进行提取、分析，可实现快速评估寿命特性。

非易失性存储器寿命特性中最关键的两个指标是数据保持能力和擦写寿命。通过编程窗口测试分析从而评估数据保持能力。通过擦除速度测试分析从而评估擦写寿命。

非易失性存储器以Flash应用最为广泛，本实施方式以P型Flash为例，对其寿命特性进行晶圆级评估。

P型Flash编程窗口测试分析包括如下步骤：对Flash执行全地址写“0”操作；外加读电压，读电压从0.3V逐级升至6.6V，每隔0.1V对已写入数据进行一次读取确认；如果地址中有存储单元内的数据状态发生反转，由“0”变为“1”，则该存储单元定义为失效。

根据Flash特性，随着施加读电压的增加，存储单元失效数量也会随之增加。通过判断存储单元失效数量与电压变化的关系，可分析出存储单元的数据保持能力。

P型Flash擦除速度测试分析是在固定时间1ms内，外加高压给擦除操作供电，电压从6V逐级升至11V，每隔0.1V执行一次擦除操作，并对全部地址进行一次读取确认，如果地址中有存储单元内的数据没有发生反转，则该存储单元定义为失效。通过判断存储单元失效数量与电压变化的关系，可分析出存储单元擦除电子的能力。

图1是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法的流程图。

具体评估方法如下：

首先，选取一枚经过完整环境测试的晶圆，在晶圆中心选取一个测试单元，该单元包含32颗相同的芯片，且保证芯片功能、性能均正常。利用探针卡使测试机与晶圆内测试单元实现连接通信。

其次，执行电特性测试，目的是保证32颗芯片在擦写寿命测试过程中接触良好。如出现失效则需要重新连接芯片或选取其它测试单元。

接下来执行初始化测试，首先在Flash Bist模式下以字节写入的方式执行全地址写“0”操作，然后进行编程窗口测试分析，收集测试数据。之后以字节写的编程窗口特性做为基准，进行多字节写校准，目的是确保多字节写的强度与字节写强度一致，后续执行循环擦写操作时，应用多字节写的方式可以实现提高写入速度，减少测试时间。(Bist是一种存储器直接控制模式下的测试技术，在设计时在电路中植入相关功能电路用于提供自我测试功能，从而降低对测试机设备的依赖，测试更直接快速。)

根据本发明的优选实施方式，所述评估方法还包括执行擦写循环，其采用先进行全片擦除，再用多字节写入的方式进行全地址写“0”操作。每完成一次全片擦除和全片写入“0”记为一次完整的擦写。重复上述擦写流程，并应用软件自动记录擦写次数。

在该优选实施方式中，所述评估方法还包括进行擦写次数判断，结合Flash产品生命周期曲线(浴缸曲线)，设置不同的判断频率。当累计擦写次数小于1万时，每记录100次擦写，执行一次功能校验测试，以验证测试过程中Flash功能是否正常，如出现失效，自动记录失效信息。当擦写次数大于1万，小于10万时，每记录1000次擦写，执行一次功能校验测试；当擦写次数大于10万时，每记录100次擦写，执行一次功能校验测试。当累计擦写次数达到1万、10万、20万、30万、40万，执行编程窗口测试，自动记录测试信息，之后执行擦除速度测试，自动记录测试信息。最后再执行功能校验测试，如校验通过，则认为测试通过，否则认为失效。

测试完成后，分别对擦写次数达到1万、10万、20万、30万、40万的编程窗口测试和擦除速度测试的结果进行数据提取分析，得出相应编程窗口退化曲线和相应擦除速度退化曲线。

图2是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器寿命特性评估的编程窗口退化曲线。图2所示，X轴为读电压(Vcg)，Y轴为失效的存储单元数目(Fail Bit Count)。由图可见，最初状态(initial)到擦写10万次后的编程窗口电压退化约为2V，10万次擦写之后退化率逐渐减小，30万次擦写之后陆续出现少数退化严重的单个存储单元。

图3是根据本发明的一实施方式的晶圆级非易失性存储器寿命特性评估的擦除速度退化曲线。图3所示，X轴为外加擦除电压(EXT VPP)，Y轴为失效的存储单元数目(FailBit Count)。由图可见，1万次和10万次擦除彻底所需要正向高压约为8V，基本没有衰减；10万次到20万次擦写后的衰减约为0.75V；20万次到40万次的擦写后，基本没有衰减。40万次擦写后擦除高压值需要约9V。

上述晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，在不增加资源、成本的前提下，利用晶圆、探针卡和测试机，实现非易失性存储器擦写寿命的批量并行测试，并将测试信息详细记录在测试结果中。测试完成后，通过对测试结果进行提取、分析，可实现快速评估寿命特性，大大提高测试效率。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，在被测试晶圆上选取一个或多个测试单元，所述测试单元包含多个非易失性存储器，将测试机的探针卡接入所述测试单元进行非易失性存储器的寿命特性评估，所述寿命特性评估包括数据保持能力评估和擦写能力评估。

2.根据权利要求1所述的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

执行电特性测试，所述电特性测试包括测试所述探针卡与所述测试单元是否接触良好；

执行初始化测试，所述初始化测试包括对所述测试单元进行初次编程窗口测试，所述编程窗口测试用于所述数据保持能力评估，其步骤包括：以存储器直接控制方式对所述测试单元中的非易失性存储器的每个存储单元写入数据、以及利用外加读电压的方式对所述每个存储单元进行读取确认，所述外加读电压在某个范围内逐级加压，每隔一定电压值进行一次读取确认，如果某一存储单元的数据状态发生反转，则该存储单元定义为失效；

执行擦写循环，所述擦写的过程是将所述每个存储单元的数据进行擦除后再对所述每个存储单元写入数据；

当累计擦写循环次数到达某些数值之后，执行擦写后的编程窗口测试和擦除速度测试以及功能校验测试；以及

将所有测试数据进行提取分析从而评估所述非易失性存储器的寿命特性。

3.根据权利要求2所述的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，所述擦除速度测试用于所述擦写能力评估，其步骤包括在固定时间内，外加电压给所述擦除的操作供电，在一定范围逐级加压，每隔一定电压值执行一次擦除操作，然后对所述每个存储单元进行一次读取，如果某一存储单元的数据状态没有发生反转，则该存储单元定义为失效。

4.根据权利要求2所述的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，所述功能校验测试是指测试所述非易失性存储器功能是否正常，如出现失效则记录失效信息。

5.根据权利要求2所述的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，所述初始化测试还包括多字节写校准，所述多字节写校准是以单字节写的编程窗口测试特性作为基准，进行多字节写校准，目的是确保多字节写的强度与单字节写的强度一致。

6.根据权利要求5所述的晶圆级非易失性存储器的寿命特性评估方法，其特征在于，所述执行擦写循环中对所述每个存储单元写入数据的方式为多字节写入的方式。