32836twf.doc/n 201131570 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種非揮發性記憶體的檢測裴置及 方法，且特別是有關於一種非揮發性記憶體的生命期的檢 測裝置及方法。 【先前技術】
&非揮發性記憶體是一種可以在記憶體沒有被供電的 狀悲下’依舊可以保有其所儲存的資料的—種記憶體。在 現今的技術中，非揮發性記憶體大體可以分為兩種，其一 種為唯颉記憶體(Read Only Memory，ROM)，而另一種則為 快閃記憶體(FlashMemory)。 ，揮發性§己憶體除了存取資料的速度、容量及價錢之 外還有-項需要使用者考慮的重要特性，就是非揮發性 fit體的生命期。而在非揮發性記憶體的生命期的檢測 上’習知的技術常提升溫度的方式來進行。 择 =月,…、圖厂_ 1臀示非揮發性記憶體在不同、; 荷損失率達臨界值之時間_圖。在過去的半導] Ί ’由於_發性記憶_底部氧化層(触⑽⑽ 曲'Hi因此所呈現的資料儲存時間及活化能量(其中 m二〜所代表)的關係曲線如圖1繪示的曲線110 . 不。其中的曲線110及120分別為 70%及85%的 =貝失率’針對不同電荷損失判讀標準得出 。曲線110 、線性度都非常的良好。也因此，在f知的技術中 201131570 09S010 32836twf.doc/n 利用升溫來進行非揮發性記憶體的生命期的檢测是可行 的。 然而，隨著製程技術的轉變，現今的非揮發性記憶體 的底部氧化層越來越薄，而使得非揮發性記憶體的資料儲 存時間及活化能量的關係曲線如圖]繪示的曲線130及 140所示。明顯的，曲線1 30及140在低溫區（圖1的右邊 區段）日寺已不具有優良的線性度，因此，藉由升溫來進行非 揮發性記憶體的低溫區生命期的預測的準確度也隨之下 降。 另外，習知的升溫檢測方式中，提供不同的穩定的溫 度以使非揮發記憶體的浮動閘極之電荷損失率達臨界值需 要耗去較長的時間，無形中增加了測試的成本。 【發明内容】 本發明分別提供一種非揮發性記憶體的生命期檢測 裝置及方法，用以準確且快速的偵測出非揮發性記憶體的 生命期。 本發明提出一種非揮發性記憶體單元的生命期檢測 方法，包括：首先，提供第一偏壓電壓至非揮發性記憶體 單元的控制閘極。接著，偵測非揮發記憶體單元的浮動閘 極的電荷損失率，當電荷損失率超過預設臨界值時，記錄 第一偏壓電壓作用的第一電荷損失時間。並且，提供第二 偏壓電壓至非揮發性記憶體的記憶體單元的控制閘極，再 偵測記憶體單元浮動閘極的電荷損失率，當電荷損失率超 ->2836twf.d〇c/n 201131570 二錄第二偏綱作用的第二電荷損失 控f門Ϊ 發性記憶體單元的 彳貞測記憶體單元浮_極的電荷損失率，當 時’記錄第三偏壓電壓作用的 电何貝日守間。表後，依據施力口於控一、 偏㈣壓以及計算所得的浮接的第-、ί、三 首叮$ ^ 4間來進行物理模型和線性近似外插的算術運 並^算術運算轉得電場加速所導致的電荷損失因 —1並猎叫知轉紐記龍單元的生相，並依據第 奸、-、二偏㈣麗的電壓值與所對應的第―、二、三電 何損失咖的_崎觀㈣生命期方程式。一 荷γίίΓΓ之—實施财，上述的彳貞測記'隨單元的電 單^驟包括·百先’制並計算非揮發性記憶體 8士所旦，·極被施加第―、二、三偏壓電屋的其中之一 守斤里測到的位元線較極電流。並且，計算位元線的汲 非揮發性記題料未被施加抑偏壓電壓時的 70線的汲極電流的比例以獲得電荷損失率。 — 實施例中’上述的生命期檢測方法的步 接it 提供非輸生記憶體單元以進行測試， 體ΐ元圖樣’並依據測試圖樣針對非揮發性記憶 s、在本發明之一實施例中，上述的提供第―、二、二偏 堡電壓至非揮發性記憶體的記憶體單元的:曰^以 在記憶體單元的電荷穿隧路徑上產生第―广卜加;場疋第二 201131570 098010 32836i\vf.doc/n 外加電場以及第三外加電場。 中更包括發』广例中上▲之生命期檢測方法’其 开⑽偏壓電壓至_發性記憶體單 、控制閘極，並偵測非揮發性記憶體單元 J用：電荷損失率超過預設臨界值時，記錄第四偏 作用的至少一第四電荷損失時間。 —土 ^發明之—實施例中，上述之生命期檢測方法，复 更匕括.域第四偏壓電縣及計算所得的 ^ 第四電荷損失時間來配合依據第―、二、 $ μ的 計算所得的浮接間極的第一、二、三電荷及 ，理模型的線性外播運算以及該線性近似4 損失因子及得出無施力，時的非揮發 在^發明之—實施财，上敎生命期㈣方法更包 極二電㈣檢驗非揮發性記憶體單元的控制間 值“記:體偏，壓 施加第五健的核作' ^揮發性心隱體在 值，則非揮發性記憶::元㈣到―界 置記憶體的生命期檢測裝 提供電路、控制電如及電流細器。偏塵 心數個非體:用以透過非揮發性滅 陣列的子線提供第-偏遷電壓、第二偏壓電壓及第三偏廢 201131570 υ^〇υιυ 32836twf.doc/i, 電麗至非該揮發性記憶體單元的控制閑極。控 偏壓提供電路，用以控制偏壓提供電路提供二、： 非揮發性記憶體陣列的字線的偏壓電壓值及； 其中’控制電路在#第_偏壓電以接二極 =何減率大於駿臨界值時魏第—電荷損 記:電=時且電荷損失率大於預設臨界值時 攄Γ 時記錄第三電荷損失時間。依 艨弟-、二、三偏壓電壓以及第―、二、三攸 理模型的線性外插運算以及線性近似運I，以= 員失因子及得出無施加電場時的w 間朽t上述’本發明利用在非揮發性記憶體單元的#制 扁壓電壓以產生不同的外加電場。= 、’貝Ά’It體單元的電荷損失狀態來麟^ 二Z卜加電場下所產生的電荷損失時間。並且’利用不5 失時間來進行物= 速因子(斜率失之電場加 為讓本發明之上述特徵和優點能更明㈣懂，下 戶' ®列，並配合所附圖式作詳細說明如下。 201131570 098010 32836nvf.doc/n 【貫施方式】 以:請參照圖2,圖2繪示本發明的一實施例的非揮 毛性圯fe體的生命期檢測方法2〇〇 __檢測方法-的步驟二;=4, =非=憶雜單元的 二== 驟S210)。也就是在受測的 如te八步 極加上第-偏壓電壓，並|έ χ性兄憶體單元的控制閘 路徑上產生-個外加電場^ 喊體單元中的電荷穿隨 接下來，則偵測非揮發性 师-ng _的電棘失率記憶體單元浮接間 設臨界值時，則記錄第—偏 2荷損失率超過-個預 間（步驟S220)。也就是說，在持^用的第一電荷損失時 況下，針對非揮發性記憶體單元=加弟—偏壓電壓的情 由於第—偏壓電壓的持續施加，2㈤極的電荷損失率。 損失率隨著第-偏壓電壓的施加=得記憶體單元的電荷 §己憶體單元的電荷損失率超過—個而上升。一旦偵測出 錄下此時第―驗電㈣施㈣^的臨频時，則記 性記憶體單元控制閘極之第—偏^ ^長度，以作為非揮發 第一電荷損失時間。 電壓對應的浮接閑極的 請注意，所謂的電荷損失率 兀的位元線來量測記憶體單元所、娜可以藉由纪憶體單 小來判斷。依縣領域具通f ^纽極流人的電流大 元在依據所要存入的資料進行充^戶斤熟知的，記憶體單 穩定的臨界電塵恤esh〇kj =，内部將會具有一個 狄)準位以判別所存儲的資 201131570 υ 7 〇υ 1 υ 3 2 8 3 6twf, doc/n 料為數位資料“Γ，或是“〇，，。 第-偏壓而產生的外加田°己隐體早凡被化加了因 界電壓準位所能提供或沒極流入的電流值下降的^ 另外’預設臨界值則是由測試 據。這個預設臨界值的設定是依據非揮發性中:數 憶體單元的電荷損失率的最大產品:二V 己 的。也就是說，當非揮發記惜骑了合心度末進仃 失率超過預設臨界值時^接閑極的電荷損 .無法判別“1”或“〇，，。’表不适個非揮發性記憶體已經 …在此，電荷損失率的計算可以藉由在 早:的控制問極被施加第—偏壓時，針對非揮發;憶己= 計算出這二:線的 :時所產生的 '1===第浮接:广電荷損工 =記憶體單元的控制 =:==損失率，當電荷損峨= 時間(步^24Γ 壓電s作用的第二電荷損失 塵與：ΐίϋ步驟咖中控制間極的第—偏麼電 鮮炎:、…中的弟—偏壓魏的電壓值是不相同的。 B 5兄，狀崎非揮發性記髓的記It料元提供不 201131570 098010 32836Uvf.doc/n 同大小的控制閘極的偏壓電壓（外加電場），並且藉由浮接 閘極的電荷損失率的量測，來記錄出在不同的外加電場下 非揮發性記憶體的不同的電荷損失時間。 接著，提供第三偏壓電壓至非揮發性記憶體的記憶體 單元的控制閘極(步驟S250) ”並偵測記憶體單元的浮接閘 極的電荷損失率，當電荷損失率超過預設臨界值時，同樣 的記錄第三偏壓電壓作用的第三電荷損失時間（步驟 S260)。在此，上述的第一、二、三偏壓的電壓值均不相等。 最後，則依據第一、二、三施於控制閘極的偏壓電壓 以及計算浮接閘極的第一、二、三電荷損失時間來進行算 術運算，並藉由重複數個不同的偏壓與所計算出的浮接閘 極的電荷損失時間來進行這個算術運算，以得出電場加速 因子以及電荷損失率，進而獲得非揮發性記憶體的生命期 (步驟S270)，並依據第一、二、三偏壓電壓的電壓值與所 對應的第一、二、三電荷損失時間的關係以得到記憶體生 命期方程式。 值得一提的是，除了提供三個不同的偏壓電壓來對受 測的非揮發性記憶體進行生命期檢測外，還可以更增加至 少一個不同於控制閘極的偏壓電壓，例如提供第四偏壓電 壓至非揮發性記憶體的記憶體單元的控制閘極以獲得第四 電荷損失時間，並藉以與第一、二、三偏壓電壓與第一、 二、三電荷損失時間來進行物理模型的線性外插運算以及 線性近似運算，來對非揮發性記憶體進行生命期檢測。 在本實施例中，所謂的算術運算可以利用第一偏壓電 10 201131570 4 v 32836twf.doc/n 壓、第一電荷損失時n卜卜一 間的比例關係以及第二$二偏壓電壓、第二電荷損失時 例關係，利用物理模電壓、第二電荷損失時間的比 ，發性記憶體未被施加運算法來計算出當非揮 揮發性記憶體嶋等同是受測的非 針對非揮發性記憶體 ）在此，所明的物理模型是 得，為本領域具通常‘=理效，制所計算而獲 由於第―、1 _識者所熟知’此處恕不詳述。 時間)並不-定荷損失_(或者更多的電荷損失 過兩個的偏壓電日懕的線性排列。因此’在獲取的超 用數信八把士^及電荷損失時間之對應關係下，可以利 術運算，並藉以、^ 線近似的方去來進行算 浮接閘極的電行電場的非揮發性記憶體的 期。^㈣何知失時間’也就是非揮發性記憶體的生命 非禮之外’本實施例可以更施加第五偏壓電壓以檢驗 非揮發性記憶體單元的 而得到。若值代入記憶體生命期方程式 間内或往束體在施加第五偏壓的有效作用時 被判值’則非揮發性記憶體單元 生於^^f3A’圖3續示傾本發料施例所產 間極的偏壓電壓的電壓值及其作用時間盥浮接閘 電何知失率的關係圖。其中曲線311〜317分別表示在 201131570 098010 32836vwf.doc/n 不同電壓的偏壓電壓（例如分別為_9V、_8V、_7V、_6V、 -5V、-4V、_3V)T ’所量測得的浮接閘極的電荷損失率與 產生於控制開極的偏壓電壓的作用時間的關係曲線。在本 f施例中，所設定的預設臨界值為75%。也就是說，當電 荷損=率超過25% (100%— 75%)時，偏壓電壓的施加時間 荷損失日⑽。以曲線313為例，當施加偏壓電壓為 日τ，非揮發性記憶體的電荷損失時間為】〇]秒，也就 疋10秒。 接著請同時參照圖3A及圖，其中的圖3B繪示依 Μ^ 所產生的偏壓電壓與對應穿隧電場及電荷損失時 ^關係圖。其中對應點3Up〜31外分別對應圖从的曲 厭1〜317。簡單來說，圖3Α繪示的曲線3〗3表示偏壓電 二31 jv蚪電荷損失時間為10秒，對應到圖3Β即為對應 .’、餘各對應點與各曲線的對應關係可依據上述曲 又3及對應點313Ρ來推出，在此不多贅述。圖3β另繪 點3 =壓电壓的大小與所產生的外加電場的關係，以對應 MV/(^P為範例’當偏壓電壓等於-7V時，外加電場為9 乎以ί此請特別注意，對應點312P〜317P的排列整齊並幾 因為扩〖生方式呈現，而對應點3UP則不然。對應點31]P 場，進""加/過大的偏壓電壓（-9V)並產生過大的外加電 成了極短的電荷損失時間。顯然的對應點3UP S3並不是有參考價值，而可以予以捨棄。而在捨棄 、的狀況下’針對對應點312P〜317P就可以 201131570 ......32836twf.d〇c/n ::冗==似的算術運算來計算出直線320。 π出直線320與圖3B繪不的關係的垂直軸的交 ^而對應點册〜咖所計算出的直線斜率的值即為電 if速因子。再_電場加速因子搭配電荷損失率便可以 :期在ί ^加外加電場狀況下的受測非揮發性記憶體的生 1 =特财意’上述的線性物理模型僅只是作為範例 定:==:Γ模型’並不代表本發明必須受限-&支定用如上述的線性物理模型。 說明本發明的非揮發性記憶體的測試方法 細節，以τ將提出—個實際的例子來加以說 的特點。域具通常知識者可以更輕易的瞭解本發明 在進行檢測時，首先將完成製程流 ，機台透過例如是探針卡(plObe eal，d)或其對 片上的其巾-㈣轉發性記憶體進㈣試 pattern)的舄人動作。這個測試圖樣由測試卫程師輸入^ 試機台’其巾包括有多數個不相同“〇”與‘卞 」 號。測試機台會將測試圖樣針對受測非揮發性記憶體= 丨==亦可稱為記憶體陣―充; 一在完成上述的充電動作後，測試機台在不同 對受測的轉發性記提供㈣的偏壓電壓二、. 述實施例中所說明的動作步驟來獲得不同的電荷ft 13 201131570 098010 32836tu-f.d〇c/n 獲得的電街損失時間與對應 算，並獲得受測的非揮發性 間。最後，測試機台再利用所 施加的偏壓電壓來進行算術運 記憶體的生命期。 播二Γ圖Μ ’圖4A繪示本發明另-實施例的非 hi咖體的生命期檢測裝置的示意圖。其中，生命期 ^測裝置41G_至非揮發⑯記憶體，且生命期檢測裝置 410匕括控制電路411、偏壓提供電路化及電流债測器 413。偏壓提供電路412耦接非揮發性記憶體，用以提供不 同的偏壓電壓VBIAS1、VBIAS2、VBIAS3至非揮發性記 憶體的記憶體單元420的字線(W()rd line)(控制閘極CG)。 控制電路411則輕接偏壓提供電路412，用以控制偏壓提 供電路412提供偏壓電壓VBIAS1、VBIAS2、VBIAS3至 記憶體單元420的控制閘極CG的偏壓電壓值及時間長 度。電流侦測器413則耦接控制電路411及非揮發性記憶 體單元的源極S0urce及汲極Drain ,用以偵測記憶體單元 420的浮接閘極FG的電荷損失率。 在此凊注意’圖4A僅繪示單一個記憶體單元420只 是為了清楚的呈現本實施例的實施動作，並不表示生命期 檢測裝置410僅能針對一個記憶體單元進行檢測。事實 上，受測的非揮發性記憶體中，所有的記憶體陣列單元都 可以透過生命期檢測裝置410 —次性的檢測完成。 士此外，控制電路411在當第一偏壓電壓VBIAS]作用 日才且電荷損失率大於預設臨界值時記錄第一電荷損失時 間’以及分別在當第二、三偏壓電壓VBIAS2、VBIAS3 32836twf.d〇c/r 201131570 作用時且電荷損失率大於預設臨界值時的第二、三電荷損 失時間。控制電路411更依據第一、二、三偏壓電壓 VBIAS卜VBIAS2、VBIAS3以及第一、二、三電荷損失 時間來進行算術運算’並藉由算術運算來獲得非揮發性記 憶體的生命期。 關於本實施例的非揮發性記憶體的生命期檢測裝置 410的動作細節則與本發明的非揮發性記憶體的生命期檢 測方法的實施例相同，在此則不重複說明。 另外，請參照圖4B，圖4B繪示本發明實施例的生命 期檢測裝置410檢測非揮發性記憶體陣列的示意圖。其 中，圖4B繪示的非揮發性記憶體陣列僅只是一個最簡單 的範例。在圖4B的繪示中，生命期檢測裝置41〇同樣可 以難到由多數個非揮發性記憶體單元42〇1〜4厕所祖成 的非揮發性記憶體陣列的生命期。其中，驢提供電路412 透過字線WL1〜WLn提供偏壓賴至各非揮紐記憶體單 =4201〜420N’而電流偵測器413則藉由位元線〜Βι^ ^測非揮發性記憶體單元娜〜·N的汲極電流。如此 體Ϊ :彳^^性記憶料财的所有的鱗發性記憶 tsr42·处仙，就命懸測裝置 -綜上所述，本發明藉由在非揮發性記憶體的記憶 7L上的控顧減加偏壓f :電:。並透過記憶體單元的浮接閉二電;== 測’來獲得麟發性記憶體在不同偏壓_下的電荷損失 201131570 098010 32836nvf.doc/n 時間 ，丹精田谩付电何損夭呀間與對應的偏壓 算術運算’㈣出電場加速因子和_發性辟^進行 期。這種施加外加電場的方法料會因為非揮命 的底部氧化層的厚薄而產生影響，可以檢測 體 發性記憶體的生命期。並且，施力〇 ^的非揮 壓)及穩定時間較短，有效節省時間成^的上升(升 雖然本發明已以實施例揭露如紗 本發明，任何所屬技術領域中具有通常:識： 本發明之精神和範_，當可作些許之更動與潤飾，、2 ^明之保護範，視_之中請專利範_界定者為準。 【圖式簡單說明】 >固1 ’’a示非揮發性έ己’丨思體在不同溫度對應電荷損失率 達臨界值之時間關係圖。 、. 圖2繪示本發明的一實施例的非揮發性記憶體的兰命 期檢冽方法200的步驟流程圖。 〇 圖3Α纟會示依據本發明實施例所產生的偏壓電壓的電 壓值及其作用時間與電荷損失率的關係圖。 曰圖3Β繪示依據圖3Α所產生的偏壓電壓與對應穿隧電 場及電荷損失時間的關係圖。 圖4Α繪不本發明另一實施例的非揮發性記憶體的生 中期檢測裝置的示意圖。 _ 4Β緣示本發明實施例的生命期檢測裝置4】〇檢測 非揮發性記憶體陣列的示意圖。 ， 201131570。 υ^ουιυ 32836twf.doc/n 【主要元件符號說明】 110〜140、311 〜317 :曲線 200 :生命期檢測方法 311卩〜317卩：對應點 320 :直線 410 :生命期檢測裝置 411 :控制電路 412 :偏壓提供電路 413 :電流偵測器 420、4201〜420N :記憶體單元 VBIAS卜 VBIAS2、VBIAS3 :偏壓電壓 FG :浮接閘極 CG :控制閘極
Source ·源極
Drain :淡極 S210〜S270 :檢測方法的步驟 BL1〜BLn ··位元線 WL1〜WLn:字線 17