CN102800362B - 非易失存储器的过擦除处理方法和处理*** - 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，包括以下步骤：在逻辑块中所有存储单元的字线上施加大于目标阈值电压的处理电压；校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压，若是，则结束操作，反之，则进行下一步骤；对校验后所有阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作，并返回上一步骤。本发明还提供了一种实现前述方法的非易失存储器的过擦除处理***。本发明的非易失存储器的过擦除处理方法和处理***，能够快速的使所有的存储单元恢复到正常的擦除状态，节省了过擦除处理的时间，提高了测试的效率。

Description

非易失存储器的过擦除处理方法和处理***

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***。

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***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擦除(erase)操作，在这种情况下，逻辑块(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端和衬底施加+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，一个逻辑块中只要有存储单元没有达到擦除状态，则需要重新向整个逻辑块施加擦除脉冲。由于一个逻辑块中每个存储单元的FG上电子数都不同，因此各个存储单元受擦除脉冲的影响也不同。即向某个逻辑块施加擦除脉冲时，这个逻辑块中每个存储单元的FG上的电子向衬底迁移的数目也不同，在多次施加擦除脉冲直至逻辑块中所有存储单元都达到擦除状态时，那些电子迁移数目较多的存储单元的阈值电压(V_T)可能就会低于擦除状态范围，此时，这些阈值电压低于擦除状态范围存储单元就处于过擦除状态。

通常情况下，在逻辑块的擦除状态完成后(即指erase_verify校验擦除操作成功后)，采用较强的软编程条件把处于过擦除状态的存储单元恢复到正常的擦除状态。即向这些过擦除的存储单元不断施加编程脉冲，直到把这些存储单元恢复到正常的擦除状态。然而，由于经过较强擦除条件的擦除操作，会导致逻辑块中存储单元的阈值电压分布范围很广，有些存储单元的阈值电压过低，甚至低于0V。在这种情况下，经过软编程操作，仍然还会有部分存储单元的阈值电压低于0V或者只是稍大于0V，无法恢复到正常的擦除状态。因此，通常情况下，会进行二次编程处理，即将经过一次过擦除处理后阈值电压仍然低于0V或者稍大于0V的存储单元的字线施加电压，直到恢复到正常的擦除状态。但是二次编程只是对部分存储单元进行操作，当需要施加电压时，需要根据该部分存储单元所在地址一个一个的进行，因此所花费的时间较长，降低了测试的整体效率。

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***，能够快速的使所有的存储单元恢复到正常的擦除状态，节省了过擦除处理的时间，提高了测试的效率。

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：

在逻辑块中所有存储单元的字线上施加大于目标阈值电压的处理电压；

校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压，若是，则结束操作，反之，则进行下一步骤；

对校验后所有阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作，并返回上一步骤。

进一步地，所述处理电压的选取方法为：

确定目标阈值电压及过驱动电压；

所述处理电压的取值为目标阈值电压与过驱动电压之和。

进一步地，所述目标阈值电压的取值为正常擦除状态下阈值电压范围的最小值。

进一步地，所述目标阈值电压的取值范围为0.5V-1V。

进一步地，所述校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压包括以下步骤：

选择一个参考存储单元，所述参考存储单元的阈值电压为目标阈值电压，并给该存储单元的字线施加一个参考电压，获得预定的参考电流；

给待校验的各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；

比较参考电流和各测量电流，若测量电流大于参考电流，则存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。

进一步地，所述预定的参考电流根据逻辑块的大小确定，逻辑块越大，预定的参考电流越大。

进一步地，所述预定的参考电流的取值范围为10μA-20μA。

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该待校验的存储单元的目标阈值电压与过驱动电压之和。

进一步地，所述过驱动电压与所述目标阈值电压之和不大于所述存储器处于正常擦除状态时的阈值电压的上限。

进一步地，所述过驱动电压的取值范围为0.1V至0.3V之间。

进一步地，所述校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压还包括：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负电压。

为了解决上述问题，本发明还公开了非易失存储器的过擦除处理***，包括：

电压施加模块，对逻辑块中所有存储单元的字线施加大于目标阈值电压的处理电压；

校验模块，用于校验经过电压施加后的各存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压；

软编程模块，用于对阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作。

进一步地，所述校验模块包括：

电压施加子模块，对参考存储单元及各存储单元施加电压；

电流测量子模块，对参考存储单元的参考电流及各存储单元的测量电流进行测量；

比较子模块，对参考存储单元中产生的参考电流及各存储单元的测量电流进行比较；若测量电流大于参考电流，则存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的非易失存储器的过擦除处理方法和处理***通过通过对逻辑块中的所有存储单元同时施加大于目标阈值电压的方式，可以使大部分存储单元快速的恢复到正常擦除状态。然后对剩余的阈值电压小于目标阈值电压的存储单元同时进行软编程操作，直到所有的存储单元都恢复到正常擦除状态。在处理过程中，可以同时对多个存储单元进行操作，无需按照存储单元的地址来一个一个操作，因此节省了过擦除的处理时间，从而提高了测试的效率。

进一步地，在校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压中，对于待校验的存储单元的字线上施加正电压同时对同一位线上的其余存储单元的字线上施加负电压，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。

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3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4是本发明一种非易失存储器的过擦除处理***实施例一的结构示意图；

图5是本发明一种非易失存储器的过擦除处理***实施例二的结构示意图。

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；擦除则可以在衬底加电压(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)吸引到衬底。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。

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：

步骤101，在逻辑块中所有存储单元的字线(wordline，WL)上施加大于目标阈值电压的处理电压。

通过在逻辑块中所有存储单元的字线上施加大于目标阈值电压的处理电压，可以提升存储单元的阈值电压，同时操作可以缩短一个逻辑块的整体的过擦除处理的时间，从而提高过擦除处理的效率。

其中，处理电压的大小为目标阈值电压和过驱动电压之和来确定。目标阈值电压为一个工艺流程中满足正常擦除状态下阈值电压范围的最小值。例如，将属于过擦除范畴的“小于0或者靠近0附近”的阈值调整到“大于0.5V”的满足正常擦除的阈值电压大小。则该0.5V为目标阈值电压。通常情况下目标阈值电压的取值范围为0.5V-1V之间。过驱动电压是为了提高过擦除的效果而设置的一个值，是为了使经过电压施加步骤后，更多的存储单元处于正常的擦除状态。因为存储单元的阈值电压需要在一个取值范围区间内，这个存储单元才属于处于正常状态的存储单元，因此，过驱动电压的取值不能太大，否则会使电压施加后的存储单元容易超过阈值电压所允许的范围，所以过驱动电压与目标阈值电压之和应该小于存储器处于正常擦除状态时的阈值电压的上限。同样，过驱动电压的取值也不能太小，如果太小，在电压施加的时候所起的作用较小，需要更多的脉冲才能使存储单元恢复到正常擦除状态。所以，在一般的处理过程中，过驱动电压的取值为0.1V至0.3V之间。

步骤102，校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压，若是，则结束操作，反之，则进行步骤103。

在电压施加后需要进行校验操作，以判断经过电压施加后的存储单元是否恢复到正常擦除状态。如果校验后，所有的存储单元都恢复到正常擦除状态，即阈值电压都大于或者等于目标阈值电压，那么就说明过擦除处理已经完成，此项测试已经结束，可以进行过擦除处理后的其他操作。如果还有部分存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，则说明过擦除处理还没完成，需要进行后续操作。

步骤103，对校验后的所有阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作，并返回上一步骤。

因为经过步骤101的操作后，大部分存储单元都能恢复到正常的擦除状态，还处于过擦除状态的存储单元只是一小部分，而且该部分的存储单元的阈值电压也得到了适当的提升，所以，在此时对剩下的存储单元进行软编程操作，便可以使这些存储单元恢复到正常擦除状态。其中，软编程操作基于位线(bitline，BL)进行，无需根据存储单元的地址一个一个进行，从而可以缩短软编程操作的时间，提高效率。在进行一次软编程操作后，可能还会有部分存储单元处于过擦除状态，在校验之后便可以再次进行软编程操作，如此重复，直到所有的存储单元恢复到正常的擦除状态。

参照图2，前述的校验存储单元的阈值电压V_T是否大于等于目标阈值电压可以采用如下步骤：

D1，选择一个参考存储单元，所述参考存储单元的阈值电压为目标阈值电压，并给该存储单元的字线施加一个参考电压，获得预定的参考电流。

D2，给待校验的各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，该正电压的值为待校验的存储单元的目标阈值电压与过驱动电压之和。

D3，比较参考电流和测量电流，若测量电流大于参考电流，则存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。

其中，参考存储单元的字线的参考电压可以根据所需的参考电流及参考存储单元的阈值电压来确定。通常情况下，所需的参考电流值根据所需测试的逻辑块的大小来确定，逻辑块越大，所需的参考电流也就越大，反之，则越小。对于正常大小的逻辑块来说，所需的参考电流取值一般在10μA-20μA之间。对于一般的参考存储单元来说，施加的参考电压与参考存储单元的阈值电压的差值在0V～3V之间时通常能够得到这样的参考电流。例如，如果参考存储单元的阈值电压为1V，预定的参考电流为10μA，如果对于当前的参考存储单元来说，将参考电压设置为3V能够得到10μA的电流，那么参考电压则设置为3V。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。过驱动电压的确定与前述方法中的过驱动电压的确定方法相同，也是通常取0.1V至0.3V之间。

下面结合实例对前述的校验存储单元的阈值电压V_T是否大于等于目标阈值电压进行详细说明。

假设目标阈值电压为0.5V，则参考存储单元的阈值电压也为0.5V。经过电压施加后，仍然有部分的存储单元的阈值电压V_T小于目标阈值电压，且该部分的阈值电压V_T的分布范围在-0.8V～0.2V之间。

那么，在校验的过程中，预定的参考电流为10μA，此预定的参考电流与对待校验存储单元的字线施加的正电压与待校验存储单元的阈值电压的差值为驱动电压时该待校验存储单元上产生的电流相同。通过计算，此时施加的参考电压为2V就可以得到预定的参考电流，那么就可以给参考存储单元施加2V的参考电压。。

如前所述，在待校验的存储单元的字线上施加目标阈值电压与过驱动电压之和的正电压，即0.6～0.8V的正电压。假设，过驱动电压为0.2V，那么所加的正电压为0.7V，此时如果该待校验的存储单元的阈值电压V_T小于目标阈值电压，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之间的电压差值会大于过驱动电压。所以，如果电压差值大于过驱动电压，则此时待校验的存储单元的字线上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小于目标阈值电压0.5V，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大于等于目标阈值电压。

参照图3，进一步地，上述步骤D2中还可以给与存储单元同一位线上的其他的存储单元字线上施加一个负电压。在其他的存储单元字线上施加负电压可以保证位线上不会产生漏电流，避免对存储单元中的测量电流产生影响，保证存储单元的测量电流的准确性。该负电压也可以根据剩下的阈值电压V_T小于目标阈值电压的存储单元的阈值电压V_T的分布范围来确定。为了保证有效性，通常施加的负电压等于或者小于剩下的阈值电压V_T的最小值。例如，若最小的阈值电压V_T＝-1V，则施加的负电压可以为-1V，也可以小于-1V。

参照图4，示出本发明的一种非易失存储器的过擦除处理***100，包括电压施加模块10、校验模块30和软编程模块50。

电压施加模块10，对逻辑块中所有存储单元的字线施加大于目标阈值电压的处理电压。因此需要对所有存储单元的字线同时施加处理电压，因此电压施加模块10可以通过处理器控制的方式来实现对所有存储单元的电压的施加。

校验模块30，用于校验经过电压施加后的各存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压。

软编程模块50，用于对于阈值电压小于目标阈值电压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上施加一定时间的正电压来提高存储单元的阈值电压，使存储单元恢复到正常的擦除状态。

参照图5，进一步，该校验模块30中还包括电压施加子模块31、电流测量子模块32和比较子模块33。

首先通过电压施加子模块31给一个参考的存储单元施加一定的参考电压，然后给阈值电压小于目标阈值电压的存储单元施加一个目标阈值电压与过驱动电压之和的正电压。其中可以采用多个电压施加子模块31，每一个待施加电压的位置设置一个电压施加子模块31，以方便对所需要的电压进行调节。

电流测量子模块32用于对参考存储单元的参考电流及各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33。

比较子模块33对参考存储单元中产生的参考电流及各存储单元的测量电流进行比较，若测量电流大于参考电流，则说明存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。本实施例中，比较子模块33可以是一个SenseAmplifier(读出放大器)电路，通过SenseAmplifier电路对存储单元的测量电流和参考单元的参考电流进行比较，然后输出比较结果，如“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)。

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***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***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 (9)

1.一种非易失存储器的过擦除处理方法，包括以下步骤：

在逻辑块中所有存储单元的字线上施加大于目标阈值电压的处理电压；

校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压，若是，则结束操作，反之，则进行下一步骤；所述校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压包括：给待校验的各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；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负电压；负电压根据剩下的阈值电压小于目标阈值电压的存储单元的阈值电压的分布范围确定，负电压等于或者小于剩下的阈值电压的最小值；

对校验后所有阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作，并返回上一步骤；

其中，所述目标阈值电压的取值范围为0.5V-1V，不包括1V；所述处理电压的选取方法为：

确定目标阈值电压及过驱动电压；

所述处理电压的取值为目标阈值电压与过驱动电压之和。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校验所有存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压还包括以下步骤：

选择一个参考存储单元，所述参考存储单元的阈值电压为目标阈值电压，并给该参考存储单元的字线施加一个参考电压，获得预定的参考电流；

比较参考电流和各测量电流，若测量电流大于参考电流，则存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定的参考电流根据逻辑块的大小确定，逻辑块越大，预定的参考电流越大。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定的参考电流的取值范围为10μA-20μA。

5.如权利要求1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该待校验的存储单元的目标阈值电压与过驱动电压之和。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述过驱动电压与所述目标阈值电压之和不大于所述存储器处于正常擦除状态时的阈值电压的上限。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述过驱动电压的取值范围为0.1V至0.3V之间。

8.一种非易失存储器的过擦除处理***，其特征在于，包括：

电压施加模块，对逻辑块中所有存储单元的字线施加大于目标阈值电压的处理电压；

校验模块，用于校验经过电压施加后的各存储单元的阈值电压是否大于等于目标阈值电压；具体地给待校验的各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；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负电压；负电压根据剩下的阈值电压小于目标阈值电压的存储单元的阈值电压的分布范围确定，负电压等于或者小于剩下的阈值电压的最小值；

软编程模块，用于对阈值电压小于目标阈值电压的存储单元进行软编程操作；

其中，所述目标阈值电压的取值范围为0.5V-1V，不包括1V；

所述处理电压通过以下方式选取：确定目标阈值电压及过驱动电压；所述处理电压的取值为目标阈值电压与过驱动电压之和。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述校验模块包括：

电压施加子模块，对参考存储单元及各存储单元施加电压；

电流测量子模块，对参考存储单元的参考电流及各存储单元的测量电流进行测量；

比较子模块，对参考存储单元中产生的参考电流及各存储单元的测量电流进行比较；若测量电流大于参考电流，则存储单元的阈值电压小于目标阈值电压，反之，则大于等于目标阈值电压。