CN1523367A

CN1523367A - 一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法

Info

Publication number: CN1523367A
Application number: CNA031154387A
Authority: CN
Inventors: 尚为兵; 陈欣; 印义言
Original assignee: HUAYUAN MICRO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: HUAYUAN MICRO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-08-25

Abstract

一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，包括以下步骤：在电压条件下，(1)采用全擦全写FF00模式然后读出；(2)用全擦全写55AA模式然后读出然后读出；(3)用页擦页写模式然后读出；(4)用字节擦字节写模式然后读出；如果其性能有问题，还包括以下步骤：通过对电可擦除电可编程存储器的内部单元和电流测试电路，(5)测试其内部单元的电流大小；(6)外加对电可擦除电可编程存储器擦写时所需要的高压，测试其内部单元的电流大小。本发明的有益效果为：能在较短的时间内对EEPROM作全面的测试，保证EEPROM功能的正确与稳定；另外，如果遇到有故障的EEPROM，就可以简单快速判断它出故障的原因。

Description

一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法

技术领域

一种测试集成电路的性能及其故障的方法，尤其是测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法。

背景技术

存储器是各种电子计算机的主要存储部件，并广泛用于其它电子设备中。对半导体存储器的基本要求是高精度，大容量，低功耗。存储器按功能可以分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。只读存储器又可以分为两大类：一是掩模编程ROM，它所存储的固定逻辑信息是由生产厂家通过光刻掩模版来决定的，典型的例子如字符发生器；还有一类是现场可编程ROM，又可分为可编程ROM(PROM)、紫外可擦除电可编程ROM(EPROM)、电可擦除电可编程ROM(EEPROM)3类。PROM用户可根据需要把无用的熔丝烧断来完成编程工作(即把信息写入到存储器中)，一旦编程完毕，就无法再更改，故用户只可编程一次。EPROM此类ROM存储单元中存储信息的管子采用浮栅结构，利用浮栅上有无电荷来存储信息，当需要重新编程时，可先用紫外线把原存的信息一次全部擦除，再根据需要编入新的内容，可反复编程，EPROM不可逐字擦除所存内容，擦除需要紫外光，且擦除时间长，使用不便。第3类是EEPROM。在这3种类型中，EEPROM采用了浮栅隧道氧化物结构，它利用隧道效应来实现信息的存储和擦除。它可以在无须附加电压的条件下实现逐字的擦和写。具有擦写方便、迅速的特点，因此得到了广泛的应用。

在IC卡的制造与生产过程中，EEPROM的测试是最为重要，最为关键的一环。统计数据表明，IC卡测试中，不良率的90％以上都发生在EEPROM上。由于EEPROM存储单元的擦写是通过超薄氧化层的隧道效应来实现的，擦写所用的时间远超过逻缉电路检测所用的时间，导致对EEPROM的测试非常耗时间。

在实际设计、生产和测试过程中，EEPROM失效的原因比较复杂，有可能是设计上的失误，也有可能是工艺上的偏差造成的。设计中常见的问题有擦写高压VPP不够，灵敏读放电路延时过大等，当然对于EEPROM来说，其出错的原因不止这些，但对于一个已经过测试的EEPROM电路来说，其成品率的波动只与工艺有关，如何快速可靠的测出EEPROM失效的原因，最大限度的减少实际损失也是一个非常迫切的问题。

发明内容

本发明提供一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，旨在解决测试电可擦除电可编程存储器耗时过长，以及查明其故障的技术问题。

为实现对一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法的发明，本技术方案包括以下步骤：在电压条件下，(1)采用全擦全写FF00模式然后读出；(2)用全擦全写55AA模式然后读出；(3)用页擦页写模式然后读出；(4)用字节擦字节写模式然后读出；

所述电压可以是低压，数值范围为2.3-2.8V，可以是典型电压，数值范围为3.0-3.5V，也可以是高压，数值范围为3.5-4.0V，所述步骤还包括依次通过对低压，典型电压，高压条件下对其进行测试。

如果其性能有问题，还包括以下步骤：通过对电可擦除电可编程存储器的内部单元和电流测试电路，(5)测试其内部单元的电流大小；(6)外加对电可擦除电可编程存储器擦写时所需要的高压，测试其内部单元的电流大小。

本发明的有益效果为：能在较短的时间内对EEPROM作全面的测试，保证EEPROM功能的正确与稳定；另外，如果遇到有故障的EEPROM，就可以简单快速判断它出故障的原因。

附图说明

图1是测试电可擦除电可编程存储器流程图；

图2是电可擦除电可编程存储器结构图；

图3是电可擦除电可编程存储器中存储单元剖面图；

图4是电可擦除电可编程存储器内部单元电流测试电路图。

其中：存储阵列11 X轴译码器12 Y轴译码器13 读写控制逻辑单元14 数据锁存器15 高压产生电路16 输入输出缓存器17 数据总线18地址总线19 读写电路20 浮栅21 控制栅22 隧道氧化层23 存储管栅氧化层24 漏区25 读31 反向器32 内部单元33 灵敏读放电路34 电流选择35 电流引脚36

具体实施方式

下面进一步对本发明作详细说明：

如图1所示：整个过程分别在3个电压下对EEPROM作相同步骤的测试，首先在低电压2.5V条件下检测全擦全写，即写入FFFF，并读出，然后写入进行；然后检测用全擦全写55AA然后读出，即写入5555并读出检查，然后写入AAAA并读出验证，这种操作方式也只能在测试状态下进行；再按页写检查即用页模式对EEPROM做全擦全写测试，并读出验证，这是工作状态下常用的操作方式；最后是字节模式对EEPROM做全擦全写测试，并读出验证，这也是工作状态下常用的操作方式。通过低电压2.5V，典型电压3.3V，高电压3.8V三种状态下对以上4个模式的测试后，可以确保它能正常工作。如果测试通不过，通过对电可擦除电可编程存储器的内部单元和电流测试电路，(1)测试其内部单元的电流大小；(2)外加对电可擦除电可编程存储器擦写时所需要的高压，测试其内部单元的电流大小。

如图2所示：这是一个EEPROM的模块图，输入信号主要有片选(CE)、读信号(OE)、写信号(WE)、地址信号和输入数据信号，此外还有一些测试用的信号、输出数据信号。在正常工作状态下，EEPROM的基本操作方式有读、擦(EEPROM内数据变为“1”)和写(EEPROM内数据变为“0”)3种方式。在读的过程中EEPROM的地址线显示操作的地址，同时EEPROM的片选和读信号有效，在经过一定的延时后，EEPROM的输出数据线就会输出该地址中的数据。在读的过程中不改变EEPROM中的数据，因此也不需要高电压的支持。EEPROM的擦和写的过程连续进行，先把EEPROM选中的地址中的数据全擦成“1”，再根据数据线上的为“0”的数值把几个为“0”的比特写成“0”，在擦和写的过程中都需要高压的支持，这个高压一般由片内的电压提升模块实现。

它主要包括存储阵列11，地址译码器(包括X轴译码器12，Y轴译码器13)，输入输出缓存器17，数据总线18，地址总线19，读写电路20。此外，为了使存储器各部分能按一定顺序动作，需要时序控制电路对各个部分进行节拍控制的读写控制逻辑单元14。

存储体由若干个存储单元组成，每一个存储单元由两个相对稳定的状态，以代表所存储的二进制信息(0或1)，如果要存储N组二进制数，每一组二进制数又由M个二进制数构成，则需要N×M个存储单元。这时称该存储器的存储容量为N×M位。N代表存储的字数，M代表每个字的位数。

为了能正确的写入或读出单元阵列中某一单元的信息，必须把存储单元编上号码(即给每一个存储单元一个唯一的地址)，通过地址来寻找存储单元，能够实现地址选择的电路叫译码器。有n地址输入端的存储器，其可被寻址的存储单元为2^N个。由于每个存储单元的电路结构是一样的，为了节省芯片面积，它们在集成电路中总是排成矩阵形式，此时，为了选择某一存储单元，需要有行地址和列地址译码器。

此外，在读EEPROM时存储单元的0或1不能直接读出，必须经过读出放大器的放大，因此，在读操作时还须有读出电路的支持。在擦写过程中要有把操作地址和数据锁存住的数据锁存器15，以保证在擦写过程中数据的稳定，还有产生擦写高压的高压产生电路16，产生修改EEPROM数据所须的高压。

为了能够实现EEPROM所有的功能，还需要有控制电路控制EEPROM操作类别和控制信号发生的时序，这部分电路主要由计数器和指令发生器组成，计数器控制每个指令有效的时间，使擦写的过程能按照要求进行。指令发生器与计数器相结合，根据外部信号的要求，产生相应的指令，使EEPROM的各个部分能正常工作。

如图3所示：EEPROM的存储管包括两层重叠的多晶硅栅，下面一层为浮栅21，周围被存储管栅氧化层24包围，与外界隔绝，一般读状态下漏电流很小，便于保存电荷。上面一层多晶硅为控制栅22，浮栅多晶硅同时覆盖场区，并在扩散区的延伸部分与漏区25交迭，在这个区域中，浮栅与漏区间存在一个10nm左右的超薄氧化层，称为隧道氧化层23。当控制栅22相对于漏极加+16V电压时，由于电容耦合，浮栅21上形成一个正电位，使隧道氧化层23中的电场可达10⁷V/cm以上，这样便会发生隧道效应，电子通过氧化层对浮栅21充电。这种隧道效应是可逆的，若控制栅22接地，漏级加16V电压，则电子从浮栅21穿过隧道氧化层23跑到漏极，使浮栅放电。

存储管把隧道氧化层23放在漏区23，可以提供单字节擦除功能，这就要求在重掺杂的漏区25上生长高质量的超薄氧化层。因为隧道电流对氧化物两端的电压有很强的依赖关系，外加电压每增加0.8V，电流将增加一个数量级。这样就要求在擦写期间使隧道氧化物23两端的电压差必须超过14V。此外还要确保存储管的工作特性和长期可靠性，防止隧道氧化层23被击穿，要求限制隧道氧化层23上的峰值电场。为此要求电压具有600us的缓变上升沿。

如图4所示：由于EEPROM的数据存放在一条被氧化硅包围的浮栅中，只要控制栅或漏极对浮栅有一个高电压差，就会产生隧道效应，对浮栅进行充放电，改变EEPROM内的数据。在读操作时，EEPROM内部数据通过灵敏读放电路输出数据，减小读出延时。灵敏读放电路工作时，“读31”被置高，通过一个反向器32之后使一个内部单元33导通，它的输入端对存储数据的存储管提供一个直流偏置。如果被选中的存储管内存的数据为“1”，则该存储管截止，灵敏读放电路34的输入端电流为0，而灵敏读放电路34的开路电压约为1.6～1.8V。被选中的存储管内存的数据为“0”，则该存储管导通，灵敏读放电路的输入端有一定量的输入电流，而灵敏读放电路34输入端的电压会下降。这个微小的变化经过灵敏读放电路的放大最终形成了高低电平的差别。因此，存储管导通截止状态下的电流差是影响EEPROM的一个重要环节，它的性能受工艺的影响很大。在生产过程中，EEPROM存储单元的工艺要求较高，常会发生存储单元漏电等异常情况，这只要通过探测灵敏读放电路的电流就可以作出判断。

一般来说，当单元内数据为“1”时灵敏读放电路输入电流为0uA，当单元内数据为“0”时灵敏读放电路输入电流应大于20uA，如果超薄氧化层厚度不够会使浮栅上的电子慢慢跑掉，则在测电流模式下会出现数据为“1”时灵敏读放电路输入电流逐渐上升的情况，如果超薄氧化层过厚会使控制栅或漏端的电子无法顺利到达浮栅的情况，则在测电流模式下会出现数据为“0”时灵敏读放电路输入电流小于20uA或电流逐渐上升的情况。这样就可以推测出EEPROM缺陷的情况，依靠这样的方式能迅速对EEPROM故障的原因有一个判断。

现在我们在EEPROM内专设了一条测量单元电流的通路，如果要测某个单元的电流，先在此单元内写入预定的数据，再读一下这个单元，最后依次打高各个比特的“电流选择35”，使偏置电流能经过“电流引脚36”送到外部，通过专用分解器连到电流计上，这样就可以检测每一个单元的电流情况。在进行测试时，每次只能测试一个单元的电流，不能同时使两个“电流选择”为高。

另外，由于对EEPROM的擦写需要高压的支持，如果EEPROM内的高压充电电路有问题，即使超薄氧化层厚度正常，也会出现内部单元电流临界的状态，即灵敏读放电路输入电流在0～20uA之间的情况，这会对我们判断形成干扰，所以在外部提供一个高压输入端，在内部高压上不去的情况下从外部提供高电压支持，这样就排除了高压不足的干扰。

Claims

1.一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，其特征在于包括以下步骤：在电压条件下，(1)采用全擦全写FF00模式然后读出；(2)用全擦全写55AA模式然后读出；(3)用页擦页写模式然后读出；(4)用字节擦字节写模式然后读出。

2.根据权利要求1所述的一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，其特征在于：所述电压可以是低压，数值范围为2.3-2.8V，可以是典型电压，数值范围为3.0-3.5V，也可以是高压，数值范围为3.5-4.0V，所述步骤还包括依次通过对低压，典型电压，高压条件下对其进行测试。

3.根据权利要求2所述的一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，其特征在于：所述低压是2.5V，所述典型电压是3.3V，所述高压是3.8V。

4.根据权利要求1所述的一种测试电可擦除电可编程存储器的性能及其故障的方法，其特征在于还包括以下步骤：(5)通过对电可擦除电可编程存储器的内部单元和电流测试电路，测试其内部单元的电流大小；(6)外加对电可擦除电可编程存储器擦写时所需要的电压，测试其内部单元的电流大小。