存储器装置和用于操作或测试存储器装置的方法与流程

存储器装置通常包括非易失性位单元。位单元能够承受大量的耐久性周期。位单元的故障通常会限制存储器装置的寿命。

目的是提供一种存储器装置、一种操作存储器装置的方法和一种测试存储器装置的方法，这允许增加存储器装置的寿命。

该目的由独立权利要求解决。在从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

在实施例中，存储器装置包括非易失性存储器平面、替换平面、地址选择块和具有至少一个计数器的计数器装置。所述至少一个计数器配置为在存储器装置的写周期递增。地址选择块配置为，在所述至少一个计数器的计数器值高于预定限制的情况下，从非易失性存储器平面切换到替换平面。

有利地，从第一写周期直到写周期的预定限制，在非易失性存储器平面中存储信息，并且针对超过预定限制的写周期，在替换平面中存储信息。地址选择块耦合到非易失性存储器平面、替换平面和计数器装置。非易失性存储器平面也能够称为非易失性存储器阵列。替换平面也能够称为替换阵列。位单元也能够称为存储单元。

在实施例中，所述至少一个计数器在非易失性存储器平面的预选位单元的每个写周期递增。如果所述至少一个计数器的计数器值高于预定限制，则地址选择块从非易失性存储器平面的预选位单元切换到替换平面的替换位单元。

有利地，仅由预选位单元的写周期由至少一个计数器计数，因为仅该预选位单元的写周期而不是非易失性存储器平面的写周期导致该预选的故障。

在实施例中，计数器装置包括第一数量n个计数器。非易失性存储器平面包括第二数量m个预选位单元。

在实施例中，存储器装置包括地址替换平面，地址替换平面存储第二数量m个预选位单元的地址。

在实施例中，第二数量m个预选位单元的地址在测试阶段中确定。

在实施例中，存储器装置包括地址替换平面，地址替换平面存储预选位单元的地址和替换位单元的地址。地址选择块耦合到地址替换平面。地址替换平面能够称为地址替换阵列。

在实施例中，存储器装置还包括关于预定限制的信息。地址替换平面可以存储预定限制本身的值，或者可以存储作为预定限制的函数的信息。该信息可以是关于周期类的信息。

在实施例中，地址替换平面另外存储了状态位，该状态位指示何时使用替换位单元而不是预选位单元。

在实施例中，第二数量m等于或小于第一数量n。第一数量n个计算器之一在第二量m个预选位单元的相应预选位单元的每个写周期递增。如果所述计数器的计数器值高于对应于所述预选位单元的预定限制，则地址选择块从非易失性存储器平面的预选位单元切换到替换平面的相应替换位单元。

有利地，非易失性存储器平面的预选位单元用于达到预定限制的第一写周期，则替换平面的相应替换位单元用于超过预定限制的写周期。

在实施例中，地址替换平面存储了第二数量个替换位单元的地址。

在实施例中，写周期的预定限制是相等的。在相同计数器值时，每个预选位单元切换到相应的替换位单元。因此，位单元分组为两个周期类。

在进一步的发展中，地址替换平面还存储关于第二数量个预定限制的信息。

在实施例中，第二数量个预定限制中的至少两个是不同的。例如，第二数量m个预选位单元中的一些具有第一预定限制的写周期，并且第二数量m个预选位单元中的其他预选位单元具有第二预定限制的写周期。因此，位单元被分类为三个周期类。

或者，设置多于两个预定限制的写周期，如三个或四个预定限制。

在实施例中，在测试阶段中确定第二数量m个预选位单元的地址。在测试阶段中，执行用于测试存储器装置的方法。所述方法如下所述。在测试阶段中确定预选位单元。在测试阶段之后，例如在操作阶段中预选的位单元不会改变。在测试阶段中，测试非易失性存储器平面的位单元以选择随后在操作阶段中作为预选位的弱位单元。其中插入存储器装置的电路装置不接收关于预选位单元和从非易失性存储器平面的预选位单元切换到替换存储器平面的替换位单元的任何信息。在操作阶段中由存储器装置自动执行所述切换。

在实施例中，存储器装置通过包括替换位单元的替换平面的字节替换包括预选位单元的非易失性存储器平面的字节。包括预选位单元的非易失性存储器平面的字节可被命名为预选字节。包括替换位单元的替换平面的字节可称为替换字节。存储器装置执行字节替换策略。

地址替换平面可以存储预选字节和替换字节的地址。因此，地址替换平面可以存储第二数量个预选字节和第二数量个替换字节的地址。

在实施例中，一种用于操作存储器装置的方法包括在写周期中将信息存储在非易失性存储器平面中、通过计数器装置的至少一个计数器对写周期进行计数、以及如果所述至少一个计数器的计数器值高于预定限制，则在替换平面中存储另外的信息，如果所述至少一个计数器的计数器值等于或低于预定限制，则在非易失性存储器平面中存储另外的信息。

有利地，在计数器值在写周期的预定限制之上的情况下，将信息从非易失性存储器平面重定向到替换平面。

在实施例中，在计数器值在预定限制之上的情况下，没有从完整的非易失性存储器平面到替换平面的切换，而是有从非易失性存储器平面的一个预选位单元到替换平面的一个替换位单元的切换，或是从非易失性存储器平面的一个预选字节到替换平面的一个替换字节的切换。

在实施例中，计数器装置包括第一数量n个计数器。非易失性存储器平面包括第二数量m个预选位单元。

在实施例中，存储器装置包括地址替换平面，地址替换平面存储第二数量m个预选位单元的地址。

在实施例中，在测试阶段中，确定第二数量m个预选位单元的地址。有利地，由于在测试阶段中确定了弱位单元，所以不需要对具有高耐久性的位单元的写周期计数。仅对预选位单元的写周期计数。因此，能够最小化计数器的数量。

在实施例中，一种用于测试存储器装置的方法包括通过对存储器装置的非易失性存储器平面的位单元进行擦除测试和/或程序测试确定位单元的地址、将作为预选位单元的该位单元的地址存储在存储器装置的地址替换平面中，以及将存储器装置的替换平面的替换位单元的地址存储在地址替换平面中。

在实施例中，为每个预选位单元设置替换位单元。

在实施例中，执行一个擦除测试和一个程序测试。因此，由于擦除测试选择预选位单元中的一些是，以及由于程序测试选择预选位单元中的其他。位单元不必使两个测试都失效而设置为预选位单元。仅选择在擦除测试和程序测试中的至少一个中失效的位单元作为预选位单元。将在擦除测试和程序测试中的至少一个中不满足测试标准的每个位单元选择为预选位单元。有利的是，用于测试的方法确定快速擦除位单元和快速编程位单元。测试非易失性存储器平面的每个单独的位单元。

在实施例中，在测试阶段中执行用于测试的方法。可以由存储器装置的制造公司执行测试阶段。在测试阶段中执行擦除测试和程序测试。

在实施例中，根据对所述预选位单元进行的擦除测试的结果和程序测试的结果，针对每个预选位单元，将关于写周期的预定限制的信息存储在地址替换平面中。写周期的该预定限制被用于存储器装置的操作阶段中。

在实施例中，通过如下方式执行对位单元进行的擦除测试：

-通过程序脉冲对位单元进行编程，

-确定流过位单元的位单元电流的第一值，

-向位单元提供擦除脉冲，

-确定流过位单元的位单元电流的第二值，以及

-如果第一值和第二值之间的差在第一预定电流范围之外，则将位单元设置为预选位单元。

在实施例中，通过如下方式执行对位单元进行的程序测试：

-擦除位单元，

-确定流过位单元的位单元电流的第一值，

-向位单元提供编程脉冲，

-确定流过位单元的位单元电流的第二值，以及

-如果第一值和第二值之间的差在第一预定电流范围之外，则将位单元设置为预选位单元。

在实施例中，当差在第一预定电流范围之外并且在第二预定电流范围之内时，写周期的预定限制具有第一值，并且，当差在第二预定电流范围之外时，写周期的预定限制具有小于第一值的第二值。

在擦除测试的情况下，第一预定电流范围可以等于或可以不同于程序测试的第一预定电流范围。

存储器装置可以实现为eeprom。

在实施例中，存储器装置执行高效低成本eeprom筛选，这实现区域优化的动态字节纠错。

非易失性存储器缩写为nvm。一种高可靠性的nvm技术采用了一种先进的筛选方法来筛选出弱位单元。结合标准纠错码法(缩写为ecc法)，可产生nvm，该nvm在150℃下承受超过50k的耐久性周期且在150℃下具有10年的数据保持。耐久性周期的数量加上数据保持都限定了nvm存储器的寿命。

nvm筛选方法能够预测非易失性存储器在字段中能够承受的耐久性周期的数量。该预测方法用于过滤出将在规定数量的耐久性周期内失效的材料。如果使用ecc，则能够根据应用确保或甚至扩展耐久性周期的数量。对于汽车应用，根据acq标准在nvm筛选期间关闭ecc以避免ecc包括与产量损失相关的、不想要的过程。ecc应仅包括在nvm的使用寿命内、在字段中激活的潜在故障。

在成功通过nvm筛选之后，在nvm的使用寿命期间，只有随机分布的固有故障才会被激活。在对nvm位单元进行标准筛选之后，只有少数固有故障会在存储器进入磨损区域之前被激活，且位单元以更高的速率开始崩溃。所述的筛选方法可能够预测存储器阵列中每个单个nvm位单元的寿命，并在可接受的测试时间增加的情况下找到弱位单元的确切位置。

为了扩展耐久性周期的数量，示出了字节替换策略，例如，在区域开销在nvm存储器平面的5％范围内的情况下，字节替换策略可以将耐久性周期的数量增加20倍。

筛选程序基于以下事实：与标准生产的位单元相比，能够更快地擦除弱nvm位单元。能够以两种可能的方式测试该效果。第一种可能性是具有固定的擦除时间，并且在不同的擦除电压下执行擦除操作，或者，擦除电压是固定的并且擦除时间是可变的。两种方法都示出类似的结果。

良好生产的nvm位单元的阈值电压呈高斯分布。如果生产的所有位单元具有较低的可靠性并因此具有较少的耐久性周期，则对这种单元的擦除在较低的擦除电压下发生，这导致阈值电压分布中的尾部。根据尾部中的位单元的数量，能够预测nvm存储器的耐久性能。因此，能够在不对nvm施压且因此由于测试条件而缩短nvm的寿命的情况下筛选出弱位单元。

能够通过用两个或三个不同的、与标准擦除脉冲相比较短的擦除脉冲测试nvm来执行筛选。在每个较短测试擦除脉冲之后，利用感测放大器装置读出存储器。如果已经擦除了位单元，则使用位替换算法来克服早期的耐久性失效。无法预测位单元将失效的确切数量，但通过替换弱位单元，可以实现数据表中规定的耐久性周期的数量。

在实施例中，确定每个地址的寿命。在寿命不对应于预定限制的情况下，地址由替换地址动态替换。还测试了替换地址。换句话说，确定每个位单元的寿命。在位单元的寿命不超过预定限制的情况下，位单元由替换位单元动态替换。还测试了替换位单元。

在实施例中，对于地址中的每个，预定限制不是均匀的或相等的。在操作阶段期间，仅观察在测试阶段中预定的预选位单元。成功测试后，大多数位单元都没有被观察。当经过最大写周期时，在操作阶段期间只有在测试期间识别的位单元被观察并且被替换。该操作阶段跟随测试阶段。

在实施例中，制造替换平面的替换位单元，例如非易失性存储器平面的位单元。因此，替换平面实施为非易失性的。

示例性实施例的附图的以下描述可以进一步说明和解释本发明的方面。具有相同结构和相同效果的器件和电路部件分别呈现相同的附图符号。就器件或电路部件根据它们在不同附图中的功能彼此对应而言，对于以下附图中的每个不再重复其描述。

图1示出了存储器装置的示例性实施例；

图2示出了存储器装置的细节的示例性实施例；

图3示出了存储在存储器装置中的信息的示例性实施例；

图4示出了非易失性位单元的特性；

图5示出了周期类的示例性实施例；和

图6至11示出了用于测试存储器装置的方法的示例性实施例。

图1a示出了存储器装置1的示例性实施例，存储器装置1包括非易失性存储器平面2、替换平面3、y-解码器装置115和感测放大器装置100。非易失性存储器平面2和替换平面3都经由y-解码器装置115耦合到感测放大器装置100。非易失性存储器简写为nvm。平面也能够称为阵列。因此，非易失性存储器平面2也能够被称为非易失性存储器阵列。替换平面3也能够称为替换阵列。nvm平面2包括第一位单元和第二位单元20、21。第一位单元20包括具有控制端子、第一端子和第二端子以及衬底端子的第一存储器晶体管。相应地，第二位单元21包括具有控制端子、第一端子和第二端子以及衬底端子的第二存储器晶体管。第一位单元20配置为用于非易失性存储第一位，且第二位单元21配置为用于以反转形式非易失性存储第一位。

y-解码器装置115具有第一输出和第二输出111、112。感测放大器装置100包括第一输入和第二输入101、102。y-解码器装置115的第一输出111连接到感测放大器装置100的第一输入101。y-解码器装置115的第二输出112连接到感测放大器装置100的第二输入102。

第一存储器晶体管的第一端子经由y-解码器装置115的第一位线70和第一切换开关76耦合到y-解码器装置115的第一输出111并且因此耦合到感测放大器装置100的第一输入101。相应地，第二存储器晶体管的第一端子经由y-解码器装置115的第二位线71和第二切换开关77耦合到y-解码器装置115的第二输出112并且因此耦合到y-解码器装置100的第二输入102。存储器装置1包括x-解码器130，x-解码器130经由第一字线85耦合到第一存储器晶体管和第二存储器晶体管的控制端子。

相应地，替换平面3包括第一替换位单元50和第二替换位单元51。第一替换位单元50包括具有第一端子的第一替换晶体管，该第一端子经由y-解码器装置115的第一位线70和第一切换开关76耦合到y-解码器装置115的第一输出111。相应地，第二替换位单元51包括具有第一端子的第二替换晶体管，该第一端子经由第二位线71和第二切换开关77耦合到y-解码器装置115的第二输出112。x-解码器130经由第一替换字线88耦合到第一替换晶体管和第二替换晶体管的控制端子。

从图1中可以看出，nvm平面2包括另外的位单元30、40，并且替换平面3包括至少一个另外的替换位单元60，该至少一个另外的替换位单元60经由y-解码器装置115的第一位线70和第一切换开关76耦合到y-解码器装置100的第一输出111。此外，nvm平面2包括附加的位单元31、41，并且替换平面3包括至少一个附加的替换位单元61，每个附加的替换位单元61具有经由第二位线71和第二切换开关77耦合到y-解码器装置115的第二输出112的第一端子。另外的位单元30、31经由第二字线86耦合到x-解码器130。相应地，附加的替换位单元60、61经由第二替换字线89耦合到x-解码器130。

第一存储器晶体管和第二存储器晶体管的第二端子以及第一替换晶体管和第二替换晶体管的第二端子彼此连接，并经由第一选择晶体管10连接到源选择单元140。源选择单元140还包括连接到第一源选择晶体管10的控制端子的输出。第一位单元和第二位单元20、21以及第一替换位单元和第二替换位单元50、51位于接收第一阱电压we1的第一阱中。

此外，nvm平面2包括另外的位单元22至25、32至35、42至45，并且替换平面3包括另外的替换位单元52至55、62至65，所述另外的替换位单元52至55、62至65经由y-解码器装置115的另外的位线72至75和另外的切换开关78至81连接到y-解码器装置115的第一输出和第二输出111、112。另外的位单元和另外的替换位单元由字线85至87和替换字线88和89控制。此外，源选择单元140经由另外的选择晶体管12、14耦合到另外的位单元22至25、32至35、42至45存储器晶体管的第二端子以及另外的替换位单元52至55、62至65的第二端子。位单元30、31、40、41、60、61位于第一阱中。位单元22、23、32、33、42、43、52、53、62、63嵌入在接收第二阱电压we2的第二阱中。位单元24、25、34、35、44、45、54、55、64、65嵌入在接收第三阱电压we3的第三阱中。

y-解码器装置115包括y-解码器开关装置120和y-解码器控制器110。y-解码器开关装置120包括第一切换开关、第二切换开关和另外的切换开关76-81。切换开关76-81可以制造为高压传输门。nvm平面2和替换平面3包括图1中未示出的附加位单元。

存储器装置1包括具有第一输出和第二输出的数据驱动器90，所述第一输出耦合到y-解码器装置115的第一输出111并且所述第二输出耦合到y-解码器装置115的第二输出112。在第一输出处分接有信号dl，并且在数据驱动器90的第二输出处分接有信号dlb。存储器装置1包括具有耦合到源选择单元140和y-解码器控制器110的输出的高压生成器150。

此外，存储器装置1包括测试焊盘180和测试多路复用器181。测试多路复用器181将测试焊盘180耦合到高压生成器150、y-解码器装置115和感测放大器装置100。测试焊盘180配置为在存储器装置1的测试阶段中连接到未示出的测试设备。因此，测试焊盘180具有适合于例如通过测试设备的晶片探测器的探针来接触的金属区域。

测试多路复用器181包括第一开关182，所述第一开关182在一侧耦合到y-解码器装置115的第一输出111并且在另一侧耦合到测试焊盘180。相应地，测试多路复用器181的第二开关183在一侧耦合到y-解码器装置115的第二输出112并且在另一侧耦合到测试焊盘180。此外，测试多路复用器181包括参考开关184，所述参考开关184在一侧耦合到感测放大器装置100的端子103并且在另一侧耦合到测试焊盘180。此外，测试多路复用器181包括将第一开关和第二开关182、183和参考开关184耦合到测试焊盘180的主开关185。因此，y-解码器装置115的第一输出111经由第一开关182和主开关185的串联连接耦合到测试焊盘180。y-解码器装置115的第二输出112经由包括第二开关183和主开关185的串联连接耦合到测试焊盘180。感测放大器装置100的端子103经由参考开关184和主开关185的串联连接耦合到测试焊盘180。

第一开关182和第二开关183、参考开关184和主开关185实现为传输门。因此，第一开关182包括p-沟道场效应晶体管220和n-沟道场效应晶体管221，p-沟道场效应晶体管220和n-沟道场效应晶体管221具有彼此连接的第一端子且具有也彼此连接的第二端子。此外，第一开关182包括反向器210，反向器210将两个场效应晶体管220、221之一的控制端子耦合到两个场效应晶体管220、221中的另一个的控制端子。例如，n-沟道场效应晶体管221的控制端子经由反向器210连接到p-沟道场效应晶体管220的控制端子。存储器装置1的测试控制单元170连接到第一开关182的控制端子，且从而连接到n-沟道场效应晶体管221的控制端子。测试控制单元170将第一控制信号t1提供给第一开关182。

相应地，第二开关183包括p-沟道场效应晶体管240、n-沟道场效应晶体管241和反向器230，它们像第一开关182的相应元件那样连接。测试控制单元170连接到第二开关183。测试控制单元170将第二控制信号t2提供给第二开关183。

类似地，参考开关184包括p-沟道场效应晶体管260、n-沟道场效应晶体管261和反向器250，它们像第一开关182的相应元件那样连接。测试控制单元170连接到参考开关184。测试控制单元170将第三控制信号t3提供给参考开关184。

相应地，主开关183包括p-沟道场效应晶体管280、n-沟道场效应晶体管281和反向器270，它们像第一开关182的相应元件那样连接。测试控制单元170连接到主开关185。测试控制单元170将第四控制信号t4提供给主开关185。主开关185的n-沟道和p-沟道场效应晶体管280、281实现为高压晶体管。

此外，测试多路复用器181包括将测试焊盘180耦合到高压生成器150的电源开关186。电源开关186在一侧直接连接到测试焊盘180，且在另一侧直接连接到高压生成器150。电源开关186配置为传输门。电源开关186包括p-沟道场效应晶体管200、n-沟道场效应晶体管201和反向器190，它们像第一开关182的相应元件那样连接。测试控制单元170连接到电源开关186。测试控制单元170将第五控制信号t5提供给电源开关186。两个场效应晶体管200、201可以是高压晶体管。

存储器装置1包括控制逻辑160，控制逻辑160连接到测试控制单元170、高压生成器150、源选择单元140、y-解码器装置115、x-解码器130、数据驱动器90和感测放大器装置100。控制逻辑160包括存储器控制逻辑161和替换控制器162。替换控制器162可以实现为字节替换控制逻辑。

高压生成器150包括电荷泵151和切换开关152。切换开关152的第一输入连接到电荷泵151的输出。切换开关152的第二输入经由电源开关186耦合到测试焊盘180。切换开关152的输出经由高压节点153耦合到源选择单元140的输入和y-解码器控制器110的输入。因此，由外部测试设备经由测试焊盘180提供的电源电压vpp或由电荷泵151生成的高电压vh提供给源选择单元140和y-解码器控制器110。在存储器装置1的正常操作期间，使用由电荷151提供的高电压vh。在测试期间，能够使用由电荷泵151提供的高电压vh或经由测试焊盘180提供的电源电压vpp。y-解码器控制器110具有输出，偏置电压vb在该输出处分接，并且该输出经由转换开关76至81耦合到存储器晶体管的第一端子。

第一电流i1流过第一位单元20。第一电流i1流过第一存储器晶体管的受控部分。因此，第一电流i1从源选择单元140经由第一选择晶体管10、第一存储器晶体管的受控部分、第一位线70、第一切换开关76和y-解码器装置115的第一输出111流到感测放大器装置100的第一输入101。相应地，第二单元电流i2流过第二位单元21。第二电流i2流过第二存储器晶体管的受控部分。因此，第二电流i2从源选择单元140经由第一选择晶体管10、第二存储器晶体管的受控部分、第二位线71、第二切换开关77和y-解码器装置115的第二输出112流到感测放大器装置100的第二输入102。在由x-解码器130给第一字线85提供字线信号wl1和由源选择单元140给第一选择晶体管10的控制端子提供源选择信号sl的情况下，第一电流和第二电流i1、i2流动。

感测放大器装置100包括感测放大器104和开关单元105。感测放大器104也能够实现为比较器。感测放大器装置100的第一输入和第二输入101、102和感测放大器装置100的端子103连接到开关单元105的输入。开关单元105包括连接到感测放大器104的两个输入的两个输出。感测放大器104的输出可以耦合到控制逻辑160。开关单元105被配置使得将应用到感测放大器装置100的第一输入101和第二输入102以及端子103的三个信号中的两个信号提供给感测放大器104的两个输入。因此，感测放大器装置104配置为将第一输入101处的信号与第二输入102处的信号进行比较或将第一输入101处的信号与端子103处的信号进行比较或将第二输入102处的信号与端子103处的信号进行比较。

感测放大器装置100的两个输入101、102处和端子103处的三个信号可以实施为电流信号。例如，第一输入101处的信号可以是由第一位单元20提供的第一电流i1。例如，第二输入102处的信号可以是由第二位单元21生成的第二电流i2。未示出的测试设备经由测试焊盘180、主开关185和参考开关184提供参考电流iref给感测放大器装置100的端子103参考电流。感测放大器104可实施为将电流作为输入信号的放大器。感测放大器104可设计为电流比较器。感测放大器装置100提供输出信号sout。

在图1中，示出了耐久性筛选的测试概念。为了在灵敏度、面积和测试时间方面实现有效的筛选算法，存储器装置1具有特殊的测试模式的特征。基于fowler-nordheim隧穿的nvm平面2的程序和擦除状态能够以两种方法测量。如果位单元20、21被良好编程或良好擦除，则能够使用阈值电压uth或漏源电流icell来判断。为了使专利申请的描述更容易，将使用漏源电流icell来描述筛选算法。漏源电流icell可以称为位单元电流。漏源电流icell可为例如第一电流或第二电流i1、i2。对于其他技术，能够找到其他有用的筛选参数并该其他有用的筛选参数用于所描述的筛选方法。

存储器装置1具有能够测量非易失性存储器平面2的每个单独位单元20-65的位单元电流icell的测试模式的特征。图1中所示的非易失性存储器平面2是全差分的。这意味着一对位单元，例如位单元20、21正在形成nvm平面2的1个数据位。为了实现逻辑“1”，编程第一位单元20，且擦除第二位单元21。为了存储逻辑“0”，擦除第一位单元20，且编程第二位单元21。在存储器装置1中，全差分存储器区域已经包括冗余，并且感测放大器装置100的读出裕度是最佳的。

如图1的框图中所述，在从位单元20至65到感测放大器装置100的信号路径中使用特殊开关，即切换开关76-81。测试控制单元170将第一开关或第二开关182、183(取决于哪个位单元应连接到测试焊盘180)和主开关185设置在导通状态中。测试控制单元170能够称为测试控制逻辑。感测放大器装置100的输入101、102由控制逻辑160切换到高阻抗，并且由存储器装置1的地址总线限定的所选位单元20、21连接到测试焊盘180。根据所使用的技术，能够在此应用的测试模式中测量第一位单元电流i1或第二位单元电流i2。对于基于pmos位单元的技术，能够对地测量所选位单元20、21的漏源电流i1、i2。基于nmos的位单元电流i1、i2是相对于正电源测量的。

经由x-解码器130和y-解码器装置115强制到nvm平面2的实际应用地址限定了测量的字节。需要一种特殊的测试模式来选择在测试板180上测量的所需位或位单元。为了测量所选字节的所有8位，可以实施8种测试模式。利用附加测试模式，可以在数据位的左位单元20和右位单元21之间切换。如果测试控制单元170生成第一控制信号t1(也称为tm_icell)，从“低”切换到“高”，则将第一开关182设置在导通状态中。如果测试控制单元170生成第三控制信号t3(也称为tm_i_meas)，从“低”切换到“高”，则将主开关185设置在导通状态中。因此，左位单元经由第一开关182和主开关185连接到测试焊盘180，并将位单元电流icell提供给测试焊盘180。因此，第一位单元20可以经由第一开关182和主开关185连接到测试焊盘180并且可以将第一电流i1提供给测试焊盘180。

当第一控制信号t1设置为“低”并且第二控制信号t2(也称为tm_icellb)设置为“高”并且主开关185保持在导通状态中时，右位单元连接到测试焊盘180并将位单元电流icellb提供给测试焊盘180。因此，第二位单元21可以经由第二开关183和主开关185连接到测试焊盘180，并且可以将第二电流i2提供给测试焊盘180。该测试方法准确地具有测量来自nvm平面2的位单元电流分布的内容的特点。

这个测量概念可能会随着存储器大小的增加而增加测试时间。每次测量都需要限定的设置时间来测量流过测试焊盘180、流到未示出的生产测试设备、地或正电源的电流icell、icellb。所需的设置时间受测试设备的限制。为了克服该问题，实施使用外部参考电流iref的测试模式。通过闭合主开关185和参考开关184(第三控制信号t3和第四控制信号t4，也称为tm_forceiref，设置为“高”，第一和第二控制信号t1、t2和第五控制信号t5，也称为tm_vpp_ext，设置为“低”，并分配给感测放大器装置100)迫使外部参考电流iref通过测试焊盘180。

根据所用的存储器概念(全差分、伪差分或单端)，使用外部参考电流iref来测量所选位单元电流i1、i2的值。这是通过扫描外部参考电流iref来完成的。扫描方向和步长取决于所选技术。使用这种方法的优点是，能够同时测试所选地址的所有位或位单元。输出是存储器装置1的标准数字输出信号sout。每个应用的位单元电流i1、i2能够用标准的读取访问时间进行测试。利用应用的外部电流iref，能够检查整个地址范围。这样使得能够快速测试，因为在使用此参考电平检查整个地址范围之前，每个当前步骤只需要一次耗时设置外部参考电流iref。

成功筛选的优点是，所有测试的位单元以相同的方式处理，尤其是在程序和擦除期间。因此，存储器装置1提供对程序电压和擦除电压以及对程序定时和擦除定时的完全控制。大多数当代的nvm具有内部高压生成器150，该内部高压生成器150在程序和擦除期间提供所需的高压vh。由于该高压生成器150基于如带隙电压生成器的内部参考，因此可能由于进程和不匹配而生成由高压生成器150提供的高压vh的变化。内部振荡器也是如此。这种变化使得难以设置敏感的耐久性筛选程序。因此，有利的是，在特殊测试模式中访问nvm装置1的内部高压节点153以完全控制高电平和定时。通过闭合电源开关186和主开关185(第三和第五控制信号t3、t5设置为“高”，并且第一、第二和第四控制信号t1、t2、t4根据测试控制单元170驱动为“低”)，内部高压节点153连接到测试焊盘180。现在，生产测试设备能够通过迫使所需信号到测试焊盘180来在程序和擦除期间生成所需的电源电压vpp和定时。这确保了所有位单元20-65完全接收相同的程序脉冲和擦除脉冲，并因此实现高耐久性筛选所需的精度。

存在两种选择：程序和擦除期间，电源电压vpp的值是固定的且定时是变化的，或者定时是固定的且电源电压vpp的值是变化的。两种方法都导致类似的结果。以下对筛选算法的说明基于在程序和擦除期间改变电源电压vpp。但该算法也适用于在程序和擦除期间改变定时。

图2示出了存储器装置1的另一示例性实施例，其是图1中所示实施例的进一步发展。存储器装置1包括计数器装置300。计数器装置300能够实现为nvm计数器。计数器装置300耦合到控制逻辑160。因此，计数器装置300耦合到存储器控制逻辑161和替换控制器162。此外，计数器装置300耦合到高压生成器150和测试控制单元170。计数器装置300包括几个计数器310至312。

此外，存储器装置1包括地址缓冲器301、地址选择块302和地址解码器303。地址缓冲器301通过地址选择块302耦合到地址解码器303。地址解码器303在其输出侧耦合到x-解码器130和y-解码器控制器110。地址缓冲器301耦合到存储器控制逻辑161和替换控制器162。存储器控制逻辑161经由存储器装置1的接口304耦合到总线305。总线305包括具有总线信号control_bus的控制总线、具有总线信号tm_bus的tm总线和具有总线信号addr_bus的地址总线。tm总线可以实施为遥测总线。

存储器装置1的列锁存器306耦合到存储器控制逻辑161、高压生成器150和位单元平面2。另外，存储器装置1包括地址替换平面307。地址替换平面307可以被称为地址替换阵列。地址替换平面307连接到替换平面3和y-解码器装置115。测试控制单元170经由图2中未示出的测试多路复用器181连接到y-解码器装置115和感测放大器装置100的端子103。测试控制单元170具有能够分接测试控制信号meas的端子。存储器装置1包括将感测放大器装置100耦合到数据总线并提供输入/输出数据信号datai/o的输入/输出缓冲器308。输入/输出数据信号datai/o是输出信号sout的函数。

在测试阶段，测试设备确定哪个位单元20至25、30至35、40至45未通过测试标准，并因此是预选位单元。此外，测试设备确定哪个替换位单元50到55、60到65用于替换预选位。测试设备将此信息存储在地址替换平面307中。

由图2中所示的存储器装置1能够执行动态字节替换概念。在生产测试期间对弱位单元进行筛选。存储器装置1配置为安全地替换字段中的弱位单元。在每次上电之后，存储器装置1知道哪些位单元必须由存储器装置1的替换平面3中的哪些字节替换。因此，在存储器平面中存储附加信息。在图2中，示出了可能的字节替换装置nvm1的框图。存储器装置包括nvm的构建块，如高压生成器150、存储器控制逻辑161、地址缓冲301、地址解码器303、列锁存器306、源选择单元140、测试控制单元170、x-解码器130、非易失性存储器平面2、由高压传输门实现的y-解码器开关装置120、感测放大器装置100、输入/输出缓冲器308和y-解码器控制器110。

此外，以下构建块用于位替换：替换平面3和地址替换平面307，其中替换位单元50到55、60到65位于替换平面3。替换平面3能够实施为字节替换平面。在地址替换平面307中，存储以下信息来保护信息：哪个地址由哪个替换字节替换，如果使用动态替换策略，弱位单元的周期类，是否使用地址替换信息时的状态位以及可能的循环冗余码(简称crc)。地址替换平面307根本不需要耐久性能，因为该部分中的信息在生产测试时只写一次。因此，对于存储器装置1的这一部分只有数据保持是需关注的，因此，可以实施简单的crc或ecc，以确保数据在使用寿命中不会发生变化。

对于动态替换策略，计数器装置300对在存储器装置1上执行的写周期的数量进行计数。地址选择块302也动态地改变x-地址以用于动态替换方法。在生产测试期间，使用专利申请中描述的筛选算法安全地筛选弱位单元。测试设备在筛选期间存储了非易失性存储器平面2在地址替换平面307中的所有弱位单元位置以及替换平面3的替换位单元和每个故障的周期类。

存储器装置1实现为可擦除可编程只读存储器，简称eeprom。计数器装置300实施为nvm计数器。例如，对于1kx8eeprom，统计上最多可以替换5位单元以达到1m的写周期。100万简称1m。对于动态替换策略，nvm计数器300可能需要操作高达1m的计数。1m计数器需要20位。用(23、12)goley-code保护12个lsb位，而此代码能够纠正3个故障并检测4个故障。因为写周期的数量非常低，因此不保护8msb。因此，具有五个计数器310至312的计数器装置300可满足动态替换方法的要求。在生产测试期间，将每个计数器310至312分配给弱位单元。每次选择和写该位单元时，计数器310至312的值增加。如果达到弱位单元的最大周期数，则激活替换字节。高压生成器150能够与主存储器共享。

替换平面3可以被称为动态替换存储器。例如，存储器装置1包括8个附加字线88、89，用于替换字节和地址替换信息。nvm计数器装置300用于在弱位单元和替换位单元之间切换。x-解码器130包括访问替换平面2或地址替换平面307所需的一个附加隐藏x-地址位。

例如，需要五个替换字节和地址信息存储器。仅一个电荷泵151用于存储器和nvm计数器可能就足够了。有利地，不需要附加的列锁存器、y-解码器和感测放大器。在示例中，可以实现1m的写操作。

总的来说，与标准nvm相比，具有动态替换的存储器装置1的区域增加了约27％。与标准nvm相比，具有(12，8)hammingecc的存储器装置的区域增加了约36％。因此，与(12，8)hammingecc方法相比，动态字节替换存储器更小。动态字节替换存储器可以实现例如真正的1m写操作nvm。因为不需要ecc处理，因此字节替换存储器的读访问时间较短。

图3示出存储在图1和图2中所示的存储器装置1中的信息的实施例。以下信息存储在地址替换平面307中：由替换平面3中的字节替换nvm平面2中的字节所需的地址。该信息包括字节替换信息的第一地址、第二地址和第三地址。

因此，存储在地址替换平面307中的信息包括替换字节在替换平面3中的x-地址、预选字节在nvm平面2中的x-地址和预选字节在nvm平面2中的y-地址。由于nvm平面2所包括并且必须被替换的预选字节的y地址与替换字节在替换平面3中的y地址相同，因此信息中仅包括一个y-地址。此外，存储在地址替换平面307中的信息包括关于nvm平面2的字节的周期类的信息，并且还可以包括关于替换平面3的替换字节的周期类的信息。另外，信息包括循环冗余校验位，简称crc位。此外，该信息可以包括状态位，称为s位。

在图3中，示出了信息的可能的实施方式，其配置为用位于替换平面3中的字节替换nvm存储器平面2中的字节。将该信息存储在地址替换平面307中。存储正确信息所需多少字节取决于存储器的大小(x-地址和y-地址)、实施的周期类和使用的crc类型。存储必须被替换的预选字节的y-地址和x-地址(x-地址nvm平面2，y-地址nvm平面2)，接着是限定预选和待替换的字节能够经受多少耐久性周期的周期类位cycclass。在给出的示例中，使用了四个周期类，这意味着两个位适合于识别正确的周期类。接下来，限定替换字节在替换平面3中的x-地址(x-地址替换平面3)。因此，替换平面3能够被称为字节替换平面。

因为替换字节位于同一存储器阱中，且因此具有与预选字节相同的y地址，因此不需要y地址。如果使用动态替换策略，则替换字节在替换平面3中的周期类cycclassrep也是有用的。为了识别地址信息是否被使用或不能完全满足所需的数据保持要求，实施了状态位s-bit。如果状态位为“高”，则所有地址信息字节都是正确的，并且必须使用地址替换信息来替换弱位单元。如果状态位为零，则不需要地址信息或地址信息缺失。另外，如果地址替换字节中的信息是正确的，则能够使用其他crc来识别。

为了替换nvm平面2中的弱位单元，执行以下程序。从筛选算法中已知弱位单元(也称为预选位)的位置。根据来自故障的固定y-地址，必须限定替换平面3中的正确x地址。关于图4中所示的示例中的第一故障b1，使用替换平面3中的第一替换字线88。这现在限定了替换平面3中的x地址和y地址。在能够固定替换地址之前，检查替换平面3中的字节是否能够在指定次数的耐久性周期中幸存。如果字节能够提供耐久性周期，则地址是固定的。接下来检查地址信息字节是否能够完全填充数据保持。如果是，则通过用所限定的信息写如图3的示例中所示的三个字节，将所需信息存储在地址替换平面307(也能够称为地址信息平面)中。

如果地址替换字节无法完全满足数据保持规范，则将第一地址信息的状态位s-bit设置为“低”，并且如果第二地址替换位置安全，则存储器布置1尝试将信息写第二地址替换位置。一旦找到有效的地址位置，则将状态位s-bit设置为“高”，这表示必须在nv存储器平面2中替换字节并且该信息是安全的。如果第一替换字线88不能提供所需的耐久性周期，则存储器装置1简单地切换到第二替换字线89并检查该位置是否合适。只要找到有效位置，就会执行此程序。如果存储器装置1用完字线，则存储器装置1标记为失效并且该部件被筛选掉。对故障b2、b3和b4进行相同的程序。针对每次故障，在算法结束时，限定字节替换的位置并将其存储在地址替换平面307中。

为了确保存储器装置1自动替换应用中的预选位单元(这意味着弱位单元)，使用替换控制器162。在每次上电之后，将地址替换平面307加载到影子寄存器中，该影子寄存器是替换控制器162的一部分。影子寄存器的大小等于地址替换平面3中的字节数。根据状态位s位，是否激活地址重映射。对于每个激活地址替换，检查crc。如果检测到失效，则设置错误标志以指示nvm平面2发生故障。每次对nvm平面2标准访问时，存储器解码器110、130将地址位分成x-地址和y-地址。替换控制器162现在检查实际地址是否与必须替换的地址匹配。如果找到匹配，则地址自动重新路由到替换平面3中的正确替换字节。地址比较所需的附加逻辑取决于存储器的大小。由于x-解码器130通常被完全解码，所以替换平面3和地址替换平面307需要附加的x地址位，如图3中所示。这个附加位不能从外部访问，这给出了极好的安全性，不会通过来自外部的不需要的写访问来破坏这两个替换平面3、307中的信息。

对于更大的内存大小，将发生更多的故障，这些故障将被安全地替换，这可能导致额外的区域开销。关于图4中示出的示例的故障b4，弱位单元能够提供750k的耐久性周期。在生产筛选期间，在0小时时替换这样字节似乎非常低效。如果已知已写的耐久性周期的数量，则能够实施动态替换策略。因此，将nvm计数器装置300用在存储器装置1中。在每个写周期，计数器装置300的计数器310-312之一自动递增。通过知道写周期的确切数量以及弱字节和替换字节的周期类，可以在使用寿命期间从弱字节位置动态切换到替换位置。只有两个字节的总和必须完全满足指定的耐久性周期的最大数量。在b4的情况下，nvm存储器平面2中的字节能够提供750k的耐久性周期，替换字节平面3中的替换字节仅需要提供250k的耐久性周期。这导致了替换字节和保险区域的耐久性能的宽松规范，尤其是对于更大的存储器大小。为了确保该特征，替换控制器170检查nvm计数器的实际值，并将该值与存储在地址替换平面307中的弱位单元的周期类信息进行比较。如果nvm计数器值高于周期类，则地址选择块302自动切换到替换字节。

nvm计数器装置300能够以不同方式实施。一种可能性是计数器装置300是非易失性存储器平面2的一部分，缺点是需要写操作来递增计数器值。需要第一写操作来执行标准写操作，需要第二写来增加计数器值。第二种方法是使用与标准写访问相同的写操作使nvm计数器装置300与nvm平面2分离，以递增计数器310-312之一。在两种情况下，使用特殊ecc实施特殊计数器310-312，以简单地避免计数器310-312中的位单元将失效。为实现正确的动态替换，计数器值应始终正确。

图4示出了nvm单元(例如nvm平面2的位单元20至65)的特性。在图4中，解释了基于fowler-nordheim隧穿的nvm平面2的耐久性行为。无法准确预测耐久性周期的数量。为实现能够筛选高达500k耐久性周期或更多的弱位单元的筛选程序，这是强制性的。对图4中基于fowler-nordheim隧穿的nvm的耐久性行为的详细考察表明，在校正早期失效筛选后，nvm平面2内仅少数位单元在nvm平面2到达磨损区域之前具有潜在的失效风险。为了扩展接近磨损区域的耐久性周期的数量，必须识别并筛选出位单元，或者将位单元用能够承受大量耐久性周期的位单元替换。

根据使用的位单元技术，可以通过位单元20的阈值电压uth或查找位单元20的漏源电流i1来测量nvm位单元20的擦除状态和编程状态。编程的位单元20提供在icell1max和icell1min范围内的漏源电流icell1，并且擦除的位单元提供icell0max到icell0min的电流icell0，如图4中所示。由于位单元以一种区域有效的方式产生并且位单元的大小是主要区域贡献者，所以位单元的大小被推到处理限制。因此，存在用于对整个存储器平面、晶片和批次进行程序和擦除的位电流icell的位单元电流分布d。图5中示出了这种分布d的示例。由于位单元电流的变化，这一事实使得很难基于固定值设置精确的筛选方法。

从图4可以看出，能够使用标准筛选程序安全地筛选和确保50k的耐久性循环，来实现可接受的产量损失和测试时间。为了将耐久性周期的数量扩展到筛选1m的耐久性周期，该算法能够找到图4中所示的扩展耐久性范围中的所有弱位单元。这种弱位单元没有诸如对地或电源短路的硬故障机制，该故障模式能够是由污染或销孔引起的隧道氧化物或中间极氧化物中的电荷陷阱，这些电荷陷阱在使用寿命期间被激活。在扩展的耐久性范围中，接近最大允许数量耐久性周期的故障是最难发现的。如前所述，程序位单元和擦除位单元具有由不匹配和进程变化引起的位单元电流分布。为了安全地推出最大数量的耐久性周期，筛选程序能够在扩展的耐久性范围中捕获所有早期失效和弱位单元。

本专利申请示出了一种足够灵敏以安全筛选这种弱位单元的算法。如图4所示弱位单元，当激活弱位单元的故障后，它可能会导致卡在高位或卡在低位。这意味着根据技术和故障模式，快速擦除位单元不一定是快速程序位单元，反之亦然。因此，必须证明并筛选程序状态和擦除状态。由于筛选程序能够找到弱位单元在nvm平面2中的准确位置，因此示出了字节替换，这导致产量提高。使用这种替换策略，可以实现的产量接近标准筛选程序筛选较低数量耐久性周期的产量。与ecc方法相比，区域惩罚较小。替换平面3中的替换字节也利用该算法进行筛选，以确保替换字节能够实现最大数量的耐久性周期。

此外，通过添加数字功能，替换策略能够是动态的。例如，存储器装置1设计成替换位单元，该位单元能够达到750k的耐久性周期，但不能达到1m。100万简称1m。在筛选阶段替换这样的位单元是没有效率的，因为筛选算法知道位单元何时将失效。因此，存储器装置1使用存储器装置1中的nvm写计数器装置300，nvm写计数器装置300对在nvm平面2上执行的写周期的数量计数。然后，存储器装置1能够在500k耐久性周期之后安全地切换到替换字节而不是0个写周期。因为需要更少的替换字节，因此这放宽了替换字节所需的耐久性周期，并且更有效，这为高密度存储器提供了附加的区域优势。

为了实施一种实现字节替换策略的有效筛选方法，确定nvm位单元何时由耐久性周期引起失效。因此，可以限定所谓的周期类，该周期类将预测nvm位单元能够承受多少耐久性周期。如上所述，具有标准筛选程序的nvm能够在150℃下承受50k的耐久性周期。为了将这个写周期数扩展到例如1m，限定了四个周期类250k、500k、750k和1m。如图4中所示，现有技术nvm进程的大多数nvm位单元能够处理1m的写周期。只有少数位单元无法达到这么高的数量。这些位单元是需关注的。根据缺陷，这些位单元能够传送在50k到1m范围内的耐久性周期。在图4中，示出了四个示例，故障b1在接近250k的耐久性周期时激活并且生成为卡在“低”位。b2示出相同的故障模式，并在500k的耐久性周期的范围内激活。b3在接近750k的耐久性周期时生成、卡在“高”位的故障，且b4示出接近1m的相同故障。必须通过筛选程序安全地检测所有四个故障，以实现正确地替换弱位单元，因此存储器装置1可以完全满足例如1m的写周期。

生成耐久性性能的周期类统计数据导致更好地理解技术的故障模式及如何激活它们。生成这种统计数据是一项巨大的工作，因为nvm的耐久性周期非常耗时。

图5示出了周期类的示例性实施例。周期类可以称为耐久性周期类。位单元的耐久性行为遵循如图5中所示的高斯分布。在图5中，根据位单元电流icell示出分布d。根据所使用的技术，良好稳定的nvm进程的大多数位单元能够承受大量的耐久性周期；数值是变化的。热载流子电荷注入技术将无法实现fowler-nordheim隧穿技术的大量应用。但是，所提出的筛选算法也用于热载流子和侧壁隔体技术工作，并且还能够扩展此类技术的耐久性周期。

如图5中所示，稳定的nvm技术在大量或耐久性周期中幸存的概率很高。确切的数字和σ值很大程度上取决于生产线的技术和缺陷密度。在成功的早期失效筛选后，故障b1(<250k的耐久性周期)的可能性非常低。随着耐久性周期的数量的增加，出现故障(b2、b3和b4)的可能性上升。使用高斯分布和给定的σ值能够计算耐久性周期和nvm技术的周期类的最大数量。周期类的数量取决于筛选算法的灵敏度和所选择的替换策略。为了保持较小的区域开销用于实施替换策略，周期类的次数应保持较低。周期类的数量可以是例如二、三、四等。

图6至图11示出了用于测试图1和图2中所示的存储器装置1的方法的示例性实施例。在图6中，示出了基于一个软擦除脉冲的软擦除筛选。在图7中，解释了基于一个软程序脉冲的软程序筛选。在图6和图7中，根据所述位单元在两种不同状态下的位单元电流icell示出非易失性存储器平面2的位单元的分布d。一个位单元的位单元电流icell被测量两次，即在擦除状态和程序状态中测量。可以测量非易失性存储器平面2的位单元的阈值电压uth，而不是位单元电流icell。

在图8中，示出了基于两个软擦除脉冲的软擦除筛选。在图9中，示出了基于两个软程序脉冲的软程序筛选。在图10中，解释了基于中间具有标准程序脉冲的两个软擦除脉冲的软擦除筛选。在图11中，阐述了基于中间具有标准擦除脉冲的两个软程序脉冲的软程序筛选。在图8至图11中，根据三个不同状态的位单元电流icell示出分布d。

参考图6，为了有效地筛选将在使用寿命期间通过使nvm平面2循环而失效的快速位单元，将存储器装置1设置为外部电压电源模式(也称为外部vpp模式)，如图1中所示。因此，主开关185和电源开关186处于导通状态，并且第一开关和第二开关182、183和参考开关184处于非导通状态。开关182至186由测试控制单元170驱动的相关控制信号t1至t5控制。生产测试设备现在完全控制存储器装置1的高压节点153处的电压，并且作为筛选的第一步骤，将标准程序脉冲应用于nvm平面2。因为内部电荷泵151将提供典型的程序条件，因此标准程序脉冲对电源电压vpp(即值vprog)使用相同的电平和定时。根据所使用的技术，需要注意，对nvm平面2中的所有位单元进行编程。由于一些技术对编程是数据敏感的，因此使用特殊测试模式，该特殊测试模式能够对两个nvm位单元20、21进行编程以形成一个数据位。因为位单元20、21具有相同的状态(编程的状态)，因此利用感测放大器装置100的标准读数将导致不可靠的结果。由于两个位单元20、21之间没有差异，所以感测放大器装置100的偏移和噪声限定输出结果。

为了判断每个位单元20、21的编程状态，通过将电源开关186设置为非导通状态并且将参考开关184设置为导通状态，测试设备在筛选的第二步中切换到外部参考电流模式。为了检查每个位单元20、21的编程状态，确定每个位单元20、21的确切的漏源电流icell。因此，对于每个位单元，测量位单元电流icell的第一值icell1。因此，根据所使用的技术，由未示出的测试设备提供并且被内部分布到感测放大器装置100的外部参考电流iref以限定的步骤从低值扫描到高值，或者反之亦然。为简化起见，解释了正斜坡。

作为起点，经由测试焊盘180从测试设备向存储器装置1应用具有良好编程的位单元的电平的50％的参考电流iref。用该电流电平检查所有地址，且结果应该等于“高”，因为与应用到存储器装置1的外部参考电流iref相比，所有位单元示出更高的电流。在全差分位单元平面2的情况下，第二位单元21也通过使用允许比较第二位单元21的特殊测试模式进行检查。所有第二位单元21也应该是“高”的。之后，用标准读出速度对整个存储器进行两次读数。外部参考电流iref增加限定的步长，并如上所述再次检查所有位单元。只要所有位单元从“高”变为“低”，外部参考电流iref就会以限定的步长增加。

位单元将其状态从“高”变为“低”时会发生什么：外部参考电流iref与位单元的位单元电流icell相比变得更大。这意味着测试设备用这种方法测量nvm平面2中每个位单元电流的值，并且如图6中、图的右侧所示，确定编程的位单元的位单元电流分布d。该方法的精度取决于用于增加外部参考电流iref的步长。步长的值取决于所使用的生产测试设备(电流阱的分辨率)、感测放大器装置100和nvm1的噪声水平、限定的周期类和测试时间。该值将因每种技术而异，并在特征化期间找到。一旦测量到电流分布d，测试设备能够应用±6σ限制来过滤掉弱位单元。因此，在操作阶段(“预先”操作阶段)之前的测试阶段中选择弱位单元，且因此弱位单元是一个或更多个操作阶段中的预选位单元。该方法针对位单元的早期失效筛选；限制适用于使用的技术和生产线。

作为第三步，将存储器装置1切换回到外部电压电源模式，并且将软擦除脉冲被应用到存储器装置1。注意如上所述的全差分nvm，以擦除一个数据位的两个位单元20、21。电源电压vpp的值vers1用于软擦除脉冲，该软擦除脉冲与标准擦除电压电平比较更低。擦除期间使用的定时与标准擦除脉冲的定时保持相同。因此，仅改变电源电压vpp并且定时是固定的。软擦除脉冲期间电源电压vpp的确切值取决于所用的技术，并能在特征化期间找到。

在发生软擦除操作之后，将存储器装置1切换到外部参考电流模式。外部参考电流iref再次从良好编程的位单元的10％附近的非常低的值扫描。使用与检查编程状态相同的步长，但现在测试设备检查已擦除位单元的状态。这导致如图6中左侧所示的软擦除位单元电流分布d。也应用±6σ限制来筛选出早期失效故障。与标准制造的位单元相比，在限定数量的耐久性周期内失效的快速位单元将擦除得快得多，这导致较低的位单元电流icell。因此，对于每个位单元，测量位单元电流icell的第二值icell0。

现在关注的是这样的快速位单元以及它们如何分类为周期类。图6示出了作为示例的也在图4中示出的故障b1。该快速位单元导致在接近250k的耐久性周期处卡在“低”故障。为了筛选这样的位单元，测量程序和软擦除的分布d，并计算两个分布峰值的中值，并监测图6中标记为δm的、这两个电流的差值。无缺陷的、能够完全满足1m的耐久性周期标准处理的位单元在位单元电流icell中示出δm附近的偏移δi。如果发现位单元示出比δm更大或更小的偏移δi，则这些位单元是不能达到最大数量的耐久性周期的快速位单元的候选者。快速位单元b1示出位于位单元电流分布d内的δc的附加偏移，且因此不可能找到用于搜索异常值的标准筛选程序。因此，能够根据以下等式计算附加偏移δc：

δc＝δi-δmorδc＝|δi-δm|

δi＝icell1-icell0

其中δi是位单元电流icell的第一值icell1和第二值icell0之间的差，且δm是位单元电流icell的第一值的中值与第二值的中值之间的差。根据δc的值和特征化期间发现的周期类限定，能够预测b1的耐久性周期的数量，并且在该情况下发现该耐久性周期的数量小于250k。在特征化之外，提取δc偏移与经过的耐久性周期的数量以获得与周期类限定的正确关联。当对每个地址和位单元执行比较时，b1在nvm平面2中的位置是完全已知的。这是稍后解释的、用于字节替换策略的基础。

筛选算法基于给出了针对不同周期类允许的δ电流的限制的周期类限定，对每个地址和位单元计算δc，在nvm存储器平面2内部预测每个位单元20、21的耐久性周期的数量。

例如，如果位单元电流icell的第一值icell0和第二值icell1之间的差δi在具有上限c1u和下限c1l(c1l＜c1u)的第一预定电流范围之外，则选择位单元作为预选位单元。

-如果c1l≤δi≤c1u，则位单元不是预选位单元。

-如果δi＜c1l或δi＞c1u，则位单元是预选位单元。

如果仅使用两个周期类，则使用预选位达到写周期的预定限制，该预选限制对于每个预选位(位单元设置为“最低”周期类)是相等的。使用未预选的位单元直到存储器装置1的寿命结束(位单元分类为“最高”周期类)。

如果使用三个周期类，则必须将预选位分类为两个周期类。如果差δi在具有上限c1u和下限c1l的第一预定电流范围之外并且在具有上限c2u和下限c2l的第二范围内，则写周期的预定限制具有第一值(将位单元设置为“中”周期类)。如果差δi在第二预定电流范围之外，则写周期的预定限制具有小于第一值的第二值(将位单元设置为“最低”周期类)。

-如果c1l≤δi≤c1u，则位单元不是预选位单元。

-如果c2l＜δi＜c1l或c2u＞δi＞c1u，则位单元是具有预定限制的第一值的预选位单元。

-如果δi＜c2l或δi＞c2u，则位单元是具有预定限制的第二值的预选位单元。

如果使用三个以上的周期类，则使用相应的等式。

根据缺陷，快速擦除位单元不一定是快速编程位单元。因此，还要检查相反的方向，以安全地筛选出在软擦除测试中示出没有降级的快速编程位单元。

如图7中所示，测试设备在外部电压电源模式中应用具有电源电压vpp的值vers的标准擦除脉冲，然后测量擦除的位单元的位单元电流icell的分布d(图7中的左分布峰值)。因此，对每个位单元测量位单元电流icell的第一值icell1。测试设备再次通过应用±6σ限制筛选早期失效。

下一步是切换回到外部电压电源模式，并应用电源电压vpp的值vprog1软编程脉冲。在外部参考电流模式的情况下，如图7中右侧所示测量软编程电流分布d，并筛选出早期失效。因此，对每个位单元测量位单元电流icell的第二值icell0。对于分布d的两个峰值，计算位单元电流icell的中值并且该中值在图中示出为δm。b3可以是快速位单元的示例，因为b3导致在750k耐久性周期附近卡在“高”故障处。与故障b1相比δc变得更小，并且将b3限定为周期类500k。

在执行快速擦除和快速程序测试之后，测试设备最终找到不能完全满足最大数量的耐久性周期的所有快速位单元。稍后将看到的这些位单元是然后由字节替换策略动态替换的预选位，以实现持久性规范。

将位单元分类成预选位和非预选位，以及使用图7至图11中描述的脉冲序列分类成周期类能够与图6描述的方法类似地执行。在图7、图9和图11中，差δi＝icell1-icell0可以是负的，并且可以将差δi的量|δi|而不是差δi插入等式中。

图8描述了筛选快速擦除位单元的第二种可能方法。测试设备以与图6中所述的相同程序开始。在外部电压电源模式中，用具有电源电压vpp的值vprog的标准脉冲对位单元进行编程。接下来，在外部参考电流模式中，测量位单元电流分布d，并且通过应用±6σ限制(图8中分布d的右峰)过滤掉早期失效。接下来，利用电源电压vpp的值vers2执行软擦除脉冲，并且再次在图8中所示的外部参考电流模式中测量位单元电流分布d作为图中间的分布d。如下所述，不需要对该方法应用±6σ限制。

下一步骤又是软擦除脉冲，其中电源电压vpp具有的值vers3低于值vers2。选择软擦除电压vers2和vers3的方式使得不实现图8中所示的所有三个位单元电流分布d的重叠。精确值取决于所使用的技术和故障模式。在第二软擦除脉冲后，测试设备切换回到外部参考电流模式，并测量第二软擦除步骤的位单元电流分布d。对于两个软擦除脉冲，计算中值和δm电流。选择b2作为快速位单元示例，其导致接近500k时卡在“低”快速位单元的故障处。再次确定将b2分类为250k耐久性候选者的δc电流。

当将图8的方法与图6中的测试进行比较时，可以看出测试设备现在比较两个软擦除脉冲，这会导致更好的灵敏度，因为两个操作是相同类型的。根据技术，当位单元集成了能够限制位单元电流icell的附加的晶体管(如选择晶体管)时，标准程序脉冲能够覆盖nvm元件。可以确保nvm元件，即位单元是位单元电流icell上的平均贡献者，以实现安全的筛选。当比较两个软擦除脉冲时，不需要±6σ限制，因为δc测量也将安全地筛选早期失效故障。为了节省测试时间，测试设备在测试开始时仍然坚持使用对标准程序脉冲的±6σ限制，如上所述，以过滤掉致命故障。

为了检查nvm位单元的第二极性，测试设备测试快速编程位单元，如图9中所示。第一步是应用具有电源电压vpp的值vers的标准擦除脉冲。用外部参考电流程序(图9中的左电流分布)测量电流分布。±6σ限制过滤出致命故障。在nvm平面2旁边应用具有电源电压vpp值vprog2的第一软编程脉冲，并且用外部参考电流iref测量位单元电流分布d(图9中间分布)。再次执行具有电源电压vpp的值vprog3的软程序脉冲，并且利用外部参考电流模式测量第二软程序位单元电流分布d(图9右分布)。计算中值的δm，并将其作为快速位单元b4的示例，如图9中所示。b4将导致在1m耐久性周期附近卡在“高”故障处，并归类为750k。从图中可以看出，与b2相比δc较小。靠近最大规定数量的耐久性周期的故障是最难筛选的。出于与上述相同的原因，不需要±6σ限制，因此用该方法安全地筛选早期失效位单元。电源电压vpp的确切的值vprog2和vprog3由该技术限定，并且选择为在三个电流分布峰值之间没有重叠。

仔细观察图8中描述的测试，可以看到测试设备连续执行两个软擦除脉冲。第二软擦除脉冲从第一软擦除脉冲的电平开始。还可以在第一软擦除脉冲之后进行标准程序脉冲，并在应用附加的程序脉冲之后执行第二软擦除脉冲。图10示出了该筛选程序的流程。不同之处在于，测试设备从同一电平(标准编程的位单元)的两个软擦除脉冲开始，且因此，结果是更好地可比的。这主要取决于如何完成特征化。

图8中所示的程序在浮动栅极上发生有电荷积累，因为在第二软擦除脉冲开始之前浮动栅极上已经存在电荷。为了获得这两种筛选算法之间的可比较结果，相比于值vers4，值vers3将是不同的。两个电压之间的差值取决于图8中描述的、用于筛选的浮动栅极上已经存在的电荷量。对于不同的技术，在值vers3和vers4之间实现不同的δ电压。基于图10的擦除快速位单元筛选，以标准程序脉冲vprog开始，然后使用外部参考电流模式进行位单元电流分布测量。±6σ限制筛选出致命故障。下一步是具有电源电压vpp的值vers2的软擦除脉冲，随后是位单元电流分布测量。到目前为止，所有步骤都与图8中所示的测试程序相同。在位单元电流测量之后，将具有电源电压vpp的值vprog的标准程序脉冲应用到存储器装置1。无需运行附加的位单元电流分布测量。在标准程序步骤之后，执行具有电源电压vpp的值vers4的软擦除脉冲，并且测量第二软擦除脉冲的位单元电流分布d。从两个软擦除分布中，计算中值电流的δm。选择快速位单元示例b2以使该筛选方法与图8更可比较。

第二极性的检查以类似的方式完成并在图11中描述。该算法从具有电源电压vpp的值vers的标准擦除脉冲开始，然后是位单元电流分布测量和利用±6σ限制进行的致命误差筛选。具有电源电压vpp的值vprog2的第一软程序脉冲，随后是位单元电流分布测量，与图9中相同。为了重置浮动栅极上的电荷，接下来执行具有电源电压vpp的值vers的标准擦除脉冲。具有电源电压vpp的值vprog4第二软程序脉冲和位单元电流分布测量是下一个待执行的测试。从两个位单元电流分布中，计算中值的δm，且对于存储器中的每个位单元导出差δc。选择快速位单元示例b4并且快速位单元示例b4示出与图9中相同的结果。

所有三种不同的筛选方法都能够筛选快速位单元，这些快速位单元不能承受nvm技术能够安全提供的最大数量的耐久性周期。所有筛选方法都能够在nvm平面2中找到快速位单元的确切位置，并且能够根据限定的周期类对快速位单元进行分类。利用到筛选算法的这些输入，能够实施替换策略来克服如果不存在替换策略将面临的产量损失。根据所使用的技术、生产线、生产测试设备和测试时间，主要限定哪个筛选算法最适合。也可能根本没有替代方法来节省区域，而这对于能够向市场销售不同周期类的标准产品是有意义的。在嵌入存储器装置1的系统中，替换策略是更好的选择。

基于图5中所示的耐久性故障率和存储器的大小，能够计算替换位单元50至55、60至65所需的数量。可实现的值主要取决于所使用的nvm技术和生产线的缺陷密度。如图4中所示，在磨损区域开始之前，没有多少nvm位单元会失效。在所示示例中，四位单元不会达到1m的耐久性周期，因此将被安全地替换以达到指定目标。另一方面，通过引入替代策略的区域开销示出较小，与标准ecc技术相比具有显著的优势。有利的是，没有其他列可以添加到存储器中。添加列意味着需要将这个新的位单元放置在附加的高压阱中，这具有三个平均缺点。第一，高压阱具有最小限定宽度，以将附加的区域添加到存储器。第二，两个高压阱之间的阱间距相当大，再次导致区域增加。第三是需要附加的y-地址。如果仅将字线88、89添加到存储器装置1以替换弱位单元，则可以避免所有缺点。

另一个简化是替换整个字节而不是单个位单元，这导致更简单的地址替换处理。由于不存在附加的y-解码，因此可以添加附加的字线88、89以克服该问题。对于具有四个故障的所示示例，添加了四个字线，因为所有四个故障都能够在同一个阱中发生。替换位单元也有可能具有缺陷。因此，添加附加字线以安全地筛选这些缺陷。在所示的示例中，两个替换字线89、89将解决该问题。因此，总共需要六个替换字线88、89以确保存储器装置1能够承受1m的耐久性周期。

附图标记

1存储器装置

2非易失性存储器平面

3替换平面

10、12、14选择晶体管

20到25、30到35、40到45位单元

50到55、60到65替换位单元

70到75位线

76到81切换开关

85到87字线

88、89替换字线

90数据驱动器

100感测放大器装置

101第一输入

102第二输入

103端子

104感测放大器

105开关单元

110y-解码器控制器

111第一输出

112第二输出

115y-解码器装置

120y-解码器开关装置

130x-解码器

140源选择单元

150高压生成器

151电荷泵

152切换开关

153高压节点

160控制逻辑

161存储器控制逻辑

162替换控制器

170测试控制单元

180测试焊盘

181测试多路复用器

182第一开关

183第二开关

184参考开关

185主开关

186电源开关

190、210、230、250、270反向器

200、201、220、221晶体管

240、241、260、261、晶体管

280、281晶体管

300计数器装置

301地址缓冲器

302地址选择块

303地址解码器

304接口

305总线

306列锁存器

307地址替换平面

308输入/输出缓冲器

310到312计数器

addr_bus总线信号

bl位线信号

blb互补位线信号

control_bus总线信号

datai/o输入输出数据信号

dl、dlb信号

icell、icellb位单元电流

iref外部参考电流

i1第一电流

i2第二电流

meas测试控制信号

sl源选择信号

sl1到sl3选择线信号

sout输出信号

tm_bus总线信号

t1到t5控制信号

uth阈值电压

vb偏置电压

vh高电压

vpp电源电压

wl1到wl3字线信号

wl1r、wl2r替换字线信号

we1到we3阱电压