SONOS闪存芯片编程电压筛选方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种sonos(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)闪存芯片编程电压筛选方法。

背景技术：

在sonos存储结构的闪存芯片中，编程正电压(vpos)是一个关键的模拟电压信号，该电压由芯片内部的电荷泵产生。

vpos直接影响sonos的单元结构即存储单元的编程深度和可靠性，因此在特定的产品中需要确保该vpos的值位于特定的规格范围内。

通常，在产品中会设计vpos量测模式及测量管脚以便在产品出货前的测试中对vpos值进行测量，超出规格范围的芯片应被剔除。

但在某些产品设计中，出于芯片面积成本等因素考虑，没有预留vpos测试模式和通路，从而无法对vpos进行测量

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种sonos闪存芯片编程电压筛选方法，能对没有设置编程正电压的测量模块的sonos闪存芯片产品进行编程正电压的筛选。

为解决上述技术问题，本发明提供的sonos闪存芯片编程电压筛选方法包括如下步骤：

步骤一、提供参考产品，所述参考产品和被测试产品上包括多个工艺条件相同的sonos闪存芯片，所述sonos闪存芯片包括多个单元结构，各所述单元结构包括选择管和sonos存储管。

各所述sonos闪存芯片包括电荷泵，由所述电荷泵为对应的所述sonos闪存芯片提供编程正电压。

所述参考产品中包括编程正电压的测量模块。

所述被测试产品中不包括编程正电压的测量模块，用以节省芯片面积。

步骤二、在弱编程条件下对所述参考产品进行参考条件测试，所述弱编程条件为对相应的所述单元结构在擦除状态下进行写“0”时所加的电压条件。

所述参考条件测试包括如下分步骤：

步骤21、采用编程正电压的上限规格值对相应的各所述单元结构进行弱编程，对弱编程的时间进行控制，并统计出各所述单元结构对应的样品的存储状态由“0”变成“1”对应的编程成功时间，之后对所述编程成功时间和编程成功样品数量进行统计分析，根据统计分析得到所述编程正电压的上限规格值对应的第一编程时间下限值。

步骤22、采用编程正电压的下限规格值对相应的各所述单元结构进行弱编程，对弱编程的时间进行控制，并统计出各所述单元结构对应的样品的存储状态由“0”变成“1”对应的编程成功时间，之后对所述编程成功时间和编程成功样品数量进行统计分析，根据统计分析得到所述编程正电压的下限规格值对应的第二编程时间上限值。

步骤三、采用所述第一编程时间下限值和所述第二编程时间上限值为规格条件对所述被测试产品进行编程电压筛选测试，包括如下分步骤：

步骤31、对所述被测试产品的所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行擦除操作，然后对所述sonos闪存芯片进行弱编程，编程时间为所述第一编程时间下限值；之后对所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行读取操作，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态保持为“0”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压小于上限规格值；反之，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态转变为“1”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压大于等于上限规格值。

步骤32、对所述被测试产品的所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行擦除操作，然后对所述sonos闪存芯片进行弱编程，编程时间为所述第二编程时间上限值；之后对所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行读取操作，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态转变为“1”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压大于下限规格值；反之，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态保持为“0”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压小于等于下限规格值。

进一步的改进是，各所述单元结构中的所述选择管和所述sonos存储管都为n型器件，所述选择管的源极接源线，所述选择管的漏极连接所述sonos存储管的源极，所述sonos存储管的漏极连接位线，所述选择管的栅极连接第一字线，所述sonos存储管的栅极连接第二字线。

进一步的改进是，所述弱编程条件为：

所述源线浮置；

所述第一字线连接电源电压；

所述第二字线连接所述编程正电压；

所述位线连接位线正电压。

进一步的改进是，所述sonos闪存芯片的强编程条件为对相应的所述单元结构在擦除状态下进行写“1”时所加的电压条件，包括：

所述源线浮置；

所述第一字线连接电源电压；

所述第二字线连接所述编程正电压；

所述位线连接编程负电压。

进一步的改进是，所述参考产品中的所述编程正电压的测量模块包括编程正电压的测量模式设置模块和测量管脚。

进一步的改进是，所述sonos存储管的栅极结构包括ono层和多晶硅栅；所述ono层包括依次叠加的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层。

进一步的改进是，所述第一氧化层形成于半导体衬底表面。

进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。

进一步的改进是，步骤21中，所述第一编程时间下限值采用如下步骤得到：

计算第一编程时间平均值，所述第一编程时间平均值为所有编程成功样品的所述编程成功时间的和除以编程成功样品数量得到。

在所述第一编程时间平均值的基础上加上第一时间余量得到所述第一编程时间下限制。

进一步的改进是，所述第一时间余量的大小要求保证大于编程成功时间的最大值和所述第一编程平均时间的差值。

进一步的改进是，步骤22中，所述第二编程时间上限值采用如下步骤得到：

计算第二编程时间平均值，所述第二编程时间平均值为所有编程成功样品的所述编程成功时间的和除以编程成功样品数量得到。

在所述第二编程时间平均值的基础上减去第二时间余量得到所述第二编程时间下限制。

进一步的改进是，所述第二时间余量的大小要求保证大于编程成功时间的最小值和所述第二编程平均时间的差值。

进一步的改进是，所述第二时间余量等于所述第一时间余量；或者，所述第二时间余量不等于所述第一时间余量。

进一步的改进是，步骤31中还包括将编程正电压大于等于上限规格值的所述sonos闪存芯片剔除的步骤。

进一步的改进是，步骤32中还包括将编程正电压小于等于下限规格值的所述sonos闪存芯片剔除的步骤。

本发明通过对包括有编程正电压的测量模块的参考产品分别在大小为上限规格值的编程正电压下进行弱编程测试以及在大小为上限规格值的编程正电压下进行弱编程测试，弱编程测试中统计在弱编程条件下实现将“0”编程为“1”的编程成功时间，分别得到和编程正电压的上限规格值相对应的第一编程时间下限值以及和编程正电压的下限规格值相对应的第二编程时间下限值，之后再分别采用第一编程时间下限值和第二编程时间下限值作为编程时间来对不包括编程正电压的测量模块的被测试产品进行弱编程测试，并根据弱编程后的被测试产品的单元结构的状态来判断sonos闪存芯片的编程正电压是否在上限规格值和下限规格值之间，并也从而能实现将大于上限规格值以及小于下限规格值的编程正电压对应的sonos闪存芯片剔除，所以，本发明能对没有设置编程正电压的测量模块的sonos闪存芯片产品进行编程正电压的筛选。

由于本发明不需要设置编程正电压的测量模块就能实现对sonos闪存芯片产品的编程正电压筛选，故能节省sonos闪存芯片产品的面积，从而能降低芯片成本。

附图说明

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：

图1是本发明实施例sonos闪存芯片编程电压筛选方法的流程图；

图2是本发明实施例方法中sonos闪存芯片的单元结构的示意图；

图3a是本发明实施例方法中vpos的上下限规格值的示意图；

图3b是本发明实施例方法的步骤21中进行第一编程时间下限值的统计分析曲线；

图3c是本发明实施例方法的步骤22中进行第二编程时间上限值的统计分析曲线。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例sonos闪存芯片编程电压筛选方法的流程图，本发明实施例sonos闪存芯片编程电压筛选方法包括如下步骤：

步骤一、提供参考产品，所述参考产品和被测试产品上包括多个工艺条件相同的sonos闪存芯片。

如图2所示，是本发明实施例方法中sonos闪存芯片的单元结构的示意图，所述sonos闪存芯片包括多个单元结构，各所述单元结构包括选择管1和sonos存储管2。

各所述单元结构中的所述选择管1和所述sonos存储管2都为n型器件，所述选择管1的源极接源线sl，所述选择管1的漏极连接所述sonos存储管2的源极，所述sonos存储管2的漏极连接位线bl，所述选择管1的栅极连接第一字线wl，所述sonos存储管2的栅极连接第二字线wls。

各所述sonos闪存芯片包括电荷泵，由所述电荷泵为对应的所述sonos闪存芯片提供编程正电压。

所述参考产品中包括编程正电压的测量模块。

所述被测试产品中不包括编程正电压的测量模块，用以节省芯片面积。

所述参考产品中的所述编程正电压的测量模块包括编程正电压的测量模式设置模块和测量管脚。

所述sonos存储管2的栅极结构包括ono层和多晶硅栅；所述ono层包括依次叠加的第一氧化层、第二氮化层和第三氧化层。所述第一氧化层形成于半导体衬底如硅衬底表面。

所述sonos闪存芯片有两种编程过程：第一种为“1”编程即program“1”，这种“1”编程为从擦除(erase)后的信息“0”编程为信息“1”,第二种为“0”编程program“0”，为从信息“0”编程为信息“0”。program“1”是一种强编程操作，它能将sonos单元的状态由“0”变成“1”。program“0”是一种伴随program“1”发生的弱编程操作，在规范的弱编程操作中，它不会将sonos单元状态由“0”变成“1”，但具有弱的编程效应，多次非规范的program“0”累积操作，会使sonos单元状态由“0”变成“1”。program“0”的弱编程效应与vpos值大小存在相关性，并且这种相关性在编程时间上具有较好分辨率，本发明实施例方法利用这种相关性对vpos进行筛选。

步骤二、在弱编程条件下对所述参考产品进行参考条件测试，所述弱编程条件为对相应的所述单元结构在擦除状态下进行写“0”时所加的电压条件。

所述弱编程条件为：

所述源线sl浮置(floating)；

所述第一字线wl连接电源电压(vdd)；

所述第二字线wls连接所述编程正电压(vpos)；

所述位线bl连接位线正电压vbl。

所述sonos闪存芯片的强编程条件为对相应的所述单元结构在擦除状态下进行写“1”时所加的电压条件，包括：

所述源线sl浮置；

所述第一字线wl连接电源电压；

所述第二字线wls连接所述编程正电压；

所述位线bl连接编程负电压(vneg)。

所述参考条件测试包括如下分步骤：

步骤21、采用编程正电压的上限规格值对相应的各所述单元结构进行弱编程，对弱编程的时间进行控制，并统计出各所述单元结构对应的样品的存储状态由“0”变成“1”对应的编程成功时间，之后对所述编程成功时间和编程成功样品数量进行统计分析，根据统计分析得到所述编程正电压的上限规格值对应的第一编程时间下限值。

步骤21中，所述第一编程时间下限值采用如下步骤得到：

计算第一编程时间平均值，所述第一编程时间平均值为所有编程成功样品的所述编程成功时间的和除以编程成功样品数量得到。

在所述第一编程时间平均值的基础上加上第一时间余量得到所述第一编程时间下限制。

所述第一时间余量的大小要求保证大于编程成功时间的最大值和所述第一编程平均时间的差值。

如图3a所示，是本发明实施例方法中vpos的上下限规格值的示意图，只有所述sonos闪存芯片的电荷泵提供的vpos是位于上下限规格值之间时所述sonos闪存芯片才能正常工作，上下限规格值之间的区域如图3a中的vpos下限规格值和vpos上限规格值之间的区域所示。

如图3b所示，是本发明实施例方法的步骤21中进行第一编程时间下限值的统计分析曲线，曲线101采用柱状线表示，横坐标为编程时间，纵坐标为编程成功样品数量即图3b中所示的0→1编程成功样品数量。图3b中虚线102对应的编程时间thm为第一编程时间平均值，图3b中虚线103对应的编程时间th1为第一编程时间下限值；图3b中δt1为所述第一时间余量。

步骤22、采用编程正电压的下限规格值对相应的各所述单元结构进行弱编程，对弱编程的时间进行控制，并统计出各所述单元结构对应的样品的存储状态由“0”变成“1”对应的编程成功时间，之后对所述编程成功时间和编程成功样品数量进行统计分析，根据统计分析得到所述编程正电压的下限规格值对应的第二编程时间上限值。

步骤22中，所述第二编程时间上限值采用如下步骤得到：

计算第二编程时间平均值，所述第二编程时间平均值为所有编程成功样品的所述编程成功时间的和除以编程成功样品数量得到。

在所述第二编程时间平均值的基础上减去第二时间余量得到所述第二编程时间下限制。

所述第二时间余量的大小要求保证大于编程成功时间的最小值和所述第二编程平均时间的差值。

所述第二时间余量等于所述第一时间余量；或者，所述第二时间余量不等于所述第一时间余量。

如图3c所示，是本发明实施例方法的步骤22中进行第二编程时间上限值的统计分析曲线，曲线201采用柱状线表示，横坐标为编程时间，纵坐标为编程成功样品数量即图3c中所示的0→1编程成功样品数量。图3c中虚线202对应的编程时间tlm为第二编程时间平均值，图3c中虚线203对应的编程时间tl2为第二编程时间上限值；图3c中δt2为所述第二时间余量。

步骤三、采用所述第一编程时间下限值和所述第二编程时间上限值为规格条件对所述被测试产品进行编程电压筛选测试，包括如下分步骤：

步骤31、对所述被测试产品的所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行擦除操作，然后对所述sonos闪存芯片进行弱编程，编程时间为所述第一编程时间下限值；之后对所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行读取操作，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态保持为“0”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压小于上限规格值；反之，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态转变为“1”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压大于等于上限规格值。最后，还包括将编程正电压大于等于上限规格值的所述sonos闪存芯片剔除的步骤。

步骤32、对所述被测试产品的所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行擦除操作，然后对所述sonos闪存芯片进行弱编程，编程时间为所述第二编程时间上限值；之后对所述sonos闪存芯片的所述单元结构进行读取操作，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态转变为“1”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压大于下限规格值；反之，如果所述sonos闪存芯片的所述单元结构的存储状态保持为“0”，则表示所述sonos闪存芯片的编程正电压小于等于下限规格值。最后，还包括将编程正电压小于等于下限规格值的所述sonos闪存芯片剔除的步骤。

本发明实施例通过对包括有编程正电压的测量模块的参考产品分别在大小为上限规格值的编程正电压下进行弱编程测试以及在大小为上限规格值的编程正电压下进行弱编程测试，弱编程测试中统计在弱编程条件下实现将“0”编程为“1”的编程成功时间，分别得到和编程正电压的上限规格值相对应的第一编程时间下限值以及和编程正电压的下限规格值相对应的第二编程时间下限值，之后再分别采用第一编程时间下限值和第二编程时间下限值作为编程时间来对不包括编程正电压的测量模块的被测试产品进行弱编程测试，并根据弱编程后的被测试产品的单元结构的状态来判断sonos闪存芯片的编程正电压是否在上限规格值和下限规格值之间，并也从而能实现将大于上限规格值以及小于下限规格值的编程正电压对应的sonos闪存芯片剔除，所以，本发明实施例能对没有设置编程正电压的测量模块的sonos闪存芯片产品进行编程正电压的筛选。

由于本发明实施例不需要设置编程正电压的测量模块就能实现对sonos闪存芯片产品的编程正电压筛选，故能节省sonos闪存芯片产品的面积，从而能降低芯片成本。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限值。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。