(57)【要約】【課題】  不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験において、試験時間の短縮を課題とする。【解決手段】  フローティングゲートや窒化膜などで構成される電荷格納箇所を有し、この電荷格納箇所に絶縁膜を介して電子あるいはホールを捕獲あるいは放出させることにより、データの書き換え（記憶）をおこなう不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験方法で、書き換えをおこなう度に書き換え時間を測定・記録し、初期的な比較的少ない書き換え回数後の書き換え時間の延長割合から、想定する書き換え回数後の書き換え時間あるいは、書き換え不良に至るまでの書き換え回数を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローティングゲートや窒化膜などで構成される電荷格納箇所を有し、この電荷格納箇所に絶縁膜を介して電子あるいはホールを捕獲あるいは放出させることにより、データの書き換え（記憶）をおこなう不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験方法で、書き換えをおこなう度に書き換え時間を測定・記録し、初期的な比較的少ない書き換え回数後の書き換え時間の延長割合から、想定する書き換え回数後の書き換え時間あるいは、書き換え不良に至るまでの書き換え回数を算出する試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気的に書き換えが可能でかつ不揮発性を有する半導体記憶装置及びこの装置を含む不揮発性半導体記憶装置搭載システムの信頼性試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）やフラッシュＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性半導体記憶装置は、酸化膜などの絶縁膜と、前記絶縁膜で覆われ電極・基板と電気的に分離されたフローティングゲートや窒化膜などの電荷格納箇所と、ゲート、ソース、ドレインの各電極により構成されたメモリセルを有し、前記絶縁膜を介して電子あるいはホールと呼ばれる電荷を捕獲あるいは放出させることにより、データの書き換え（書き込み・消去およびベリファイ動作を含む）をおこなう。このデータ書き換えの方式としてはゲート電極−基板間に高電界を印加してトンネル電流を発生させ電荷の捕獲・放出をおこなう方式と、また、ゲート電極−ソース・ドレインの各電極間に任意の電圧を印加してホットエレクトロン、ホットホールを発生させ、電荷の捕獲・放出をおこなう方式などがある。いずれの方式であってもデータ書き換えをおこない絶縁膜中を電荷が通過することで、絶縁膜にストレスが掛かり、データ書き換え回数を重ねていくと絶縁膜が徐々に劣化して、書き換え時間が延長していき、最終的には絶縁膜が絶縁不良となり、データ書き換え不良を引き起こす。不揮発性半導体記憶装置には、一定時間以内に書き換えが完了しない場合、書き換え不良と判断しエラーフラグを出力するタイムアウト機能を備えるものが多い。このタイムアウト機能によるエラーがデータ書き換え不良の大半を占める。
【０００３】
このように、書き換えをおこなう度に絶縁膜が徐々に劣化する不揮発性半導体記憶装置には、書き換え寿命（書き換え回数制限）が存在する。この書き換え寿命は、書き換え不良が発生するまで書き換えを繰り返す書き換え耐久試験をおこなうことで観測することが可能である。
【０００４】
このような不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験方法は、ＪＥＤＥＣ  ＳＴＡＮＤＡＲＤ（ＪＥＳＤ２２−Ａ１１７）（非特許文献１）などで紹介されている。また、特開平０９−１３９０９９（特許文献１）では、書き換え耐久試験時間短縮の技術が開示されている。
【０００５】
図９は、従来の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。図９の１１は被試験不揮発性半導体記憶装置、１２は制御回路、１３は書き換え回数をカウント・記録する書き換え回数カウンタで構成されている。図１０は従来の書き換え耐久試験のフローである。Ｓ１１のステップで、制御回路１２は、被試験不揮発性半導体１１の全てのメモリ・アドレスに対してアドレス毎に書き換え命令を与え、書き換え完了（ＰＡＳＳ）あるいは書き換え不良（ＦＡＩＬ）のフラグを受け取る。Ｓ１２のステップで、制御回路１２は受け取ったフラグの判定をおこない、ＰＡＳＳ判定であればＳ１３のステップで書き換え回数カウンタ１３のカウント値をインクリメントし記録させ、Ｓ１に戻りＦＡＩＬ判定となるまで繰り返す。ＦＡＩＬ判定であれば、Ｓ１４のステップで、書き換え回数カウンタ１３のカウント値を読み出すことで、被試験不揮発性半導体記憶装置１１の書き換え回数寿命が得られる。
【０００６】
この方法での試験に要する時間は、「メモリ・アドレス数」×「平均書き換え時間」×「不良が発生するまでの書き換え回数（以下、ＮＧ回数）」になる。例えば、アドレス数：１×１０３、平均書き換え時間：１０ｍｓｅｃ、ＮＧ回数：１００万回であれば、１１５日以上掛かる計算になる。
【０００７】
この書き換え耐久試験に要する時間を短縮することを目的として従来は、全てのアドレスに対して一括書き換え可能としたアドレス一括選択機能のテストモードを準備して、「書き換え時間＋α」×「ＮＧ回数」の時間での書き換え耐久試験の実施を可能にしている。ところが、一括書き換えの書き換え時間は、アドレス毎の書き換えより数十倍〜数百倍以上（＋α）となるため、アドレス構成によっては試験時間の短縮効果がない場合がある。また、全アドレス一括選択回路を不揮発性半導体記憶装置に付加する必要があった。
【０００８】
この他の方法として、絶縁膜の劣化を促進する温度・電圧条件で書き換え耐久試験を実施することで、試験時間の短縮を図っている。しかしながら、近年の大容量化と、書き換え耐性を飛躍的に向上したメモリなどの登場で書き換え耐久試験時間は長大化する一方である。また、書き換え回数を重ねると、絶縁膜が劣化することで書き換え時間が徐々に延びていくため、試験に要する時間も比例して長くなることが問題となっていた。
【非特許文献１】ＪＥＤＥＣ  ＳＴＡＮＤＡＲＤ（ＪＥＳＤ２２−Ａ１１７）
【特許文献１】特開平０９−１３９０９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の書き換え耐久試験方法では、書き換え不良となるまで試験を継続する必要があり、長時間を要した。
【００１０】
また、温度加速を考慮した書き換え耐久試験方法では、高温（あるいは低温）環境を実現するための設備または装置が必要となることと、高温（あるいは低温）環境下で長時間試験を実施することで、例えば、昇圧回路やデコード回路などの他の周辺回路が絶縁膜より先に劣化し、絶縁膜の寿命が観測できなくなることもあった。
【００１１】
特開平０９−１３９０９９で紹介されている技術は、大幅に書き換え耐久試験時間を短縮できるものであるが、任意の電圧を不揮発性半導体記憶装置内の特定部分に供給する手段が必要となるため、製品（パッケージ）化された状態での実現は困難である。
【００１２】
本発明は上述したような、不揮発性半導体記憶装置がウェハ状態、パッケージ状態を問わず、書き換え耐久試験に要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験方法は、書き換えを重ねることで絶縁膜が劣化していき、書き換え不良を引き起こすまでの書き換え回数（寿命）を観測する試験方法で、所定の回数の間、書き換えをおこなう度に書き換え時間を測定、記録することで、初期的な書き換え時間の延長割合を算出し、書き換え不良に至る回数（寿命）を予測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験方法は、被試験不揮発性半導体記憶装置が書き換え不良を引き起こすまで、書き換えを繰り返すこともなく、書き換え時間／書き換え回数の書き換え時間延長推移を所定の回数観測することで、書き換え寿命回数を推測できるため、書き換え耐久試験に要する時間が短縮可能となる。更に高温環境下で試験するなど、温度加速を加えることで大幅に試験時間が短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明による実施の形態１の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。図１の１は被試験不揮発性半導体記憶装置、２は制御回路、３は書き換え回数をカウント・記録する書き換え回数カウンタ、４は書き換え時間測定・記録器、５は書き換え時間の延長率を計算し寿命を推測する機能を有する演算回路で構成されている。図２は、本発明による実施の形態１の書き換え耐久試験のフローである。Ｓ１のステップで、制御回路２は、被試験不揮発性半導体１の全てのメモリ・アドレスに対してアドレス毎に１回目の書き換え命令を与え、Ｓ２のステップで、初回の書き換え（Ｓ１）に要した時間を書き換え時間測定器４が測定・記録する。その後、Ｓ３〜Ｓ５のステップであらかじめ指定していた書き換え試験回数に到達するまでを繰り返す。Ｓ４のステップで書き換え回数が指定回数に到達すれば、Ｓ６のステップで、書き換え試験終了時の書き換え時間を書き換え時間測定器４が測定・記録する。Ｓ７のステップで、演算回路５はＳ２、Ｓ６で取得した書き換え試験前・後の書き換え時間から、試験回数内での書き換え時間延長割合（延長率）を算出する。最後にＳ８のステップで、タイムアウトによる書き換え不良に至る書き換え回数を推測する。なお、書き換え試験中、指定回数に到達する前に書き換え不良が発生した場合は、書き換え回数カウンタ３のカウント値を読み出すことで、被試験不揮発性半導体記憶装置１の書き換え回数寿命が取得できる。
【００１７】
図３は、不揮発性半導体記憶装置に書き換え耐久試験をおこなったときに示す書き換え時間延長特性である。ｃは不揮発性半導体記憶装置が書き換え不良と自己判断するタイムアウト時間で、ｆは書き換え時間がタイムアウト超過となる書き換え回数寿命である。異物混入など別の劣化要因がなく形成された絶縁膜は、通過する積算電荷量によって劣化していくため、図３に示すように、書き換え回数に比例して書き換え時間が延長する。
【００１８】
図４は本発明の実施の形態１の方法で実施した書き換え耐久試験による書き換え時間延長特性を推測した図で、初回書き換え時間ａと、比較的少回数の書き換え試験回数ｅ後の書き換え時間ｂから、書き換え時間延長比率（実線部の傾き）を算出し、点線部分を延長して書き換え回数寿命ｆを推測した例である。
【００１９】
このように、上述の方法での書き換え耐久試験では、書き換え時間の延長率が算出できる程度の書き換え回数のみ試験をおこなえば、不揮発性半導体記憶装置の書き換え寿命が容易に推測できるため、試験時間の短縮が可能となる。
【実施例２】
【００２０】
図５は、本発明による実施の形態２の書き換え耐久試験のフローである。実施の形態１とは、図４で示す初回書き換え時間ａと、比較的少回数の書き換え試験回数ｅの間、書き換えをおこなう度に書き換え時間を測定・記録する方式である点が異なる。毎回の時間延長比率を取得するため、実施の形態１より精度が高い寿命回数推測が可能となる。
【実施例３】
【００２１】
図６は、本発明による実施の形態２の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。図６の１は被試験不揮発性半導体記憶装置、２は制御回路、３は書き換え回数をカウント・記録する書き換え回数カウンタ、４は書き換え時間測定・記録器、５は書き換え時間の延長率を計算し寿命を推測する機能を有する演算回路、６は環境温度を一定に保つ恒温装置で構成されている。被試験不揮発性半導体記憶装置を恒温装置に入れて、高温環境で書き換え耐久試験をおこなう。
【００２２】
書き換え耐久試験方法（フロー）は実施の形態１および２と同様である。
【００２３】
絶縁膜の劣化には温度加速があり、例えば高温環境下で書き換えをおこなうと、常温環境下で書き換えをおこなった場合に比べ、劣化度合いが大きくなるため、書き換え毎の書き換え時間の延長割合も大きくなる。このため、図７に示すように書き換え時間／書き換え回数の傾きが大きくなり、常温よりも少ない書き換え回数ｚで、タイムアウト時間超過ｗに至る。また、傾きが大きくなると、図８に示すように少ない回数ｙの書き換え時間ｖより書き換え寿命推測直線（点線で示す）の算出が容易となる。温度加速書き換え耐久試験では常温で試験するより試験に要する時間が短縮できる。
【００２４】
このように、上述の方法での温度加速書き換え耐久試験では、書き換え時間の延長率が算出できる書き換え試験回数が常温試験をおこなうより少なくて済むため、大幅に試験に要する時間の短縮が可能となる。
【００２５】
なお、実施の形態１〜３では、書き換え時間を測定・記録する方法であるが、書き換えを重ねる毎に延長する消去時間あるいは書き込み時間など、他のパラメータを測定・記録する方法であっても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による実施例１の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。
【図２】本発明による実施例１の書き換え耐久試験フローである。
【図３】不揮発性半導体記憶装置の書き換え時間延長特性の例である。
【図４】本発明の実施例１による書き換え寿命推測の例である。
【図５】本発明による実施例２の書き換え耐久試験フローである。
【図６】本発明による実施例３の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。
【図７】不揮発性半導体記憶装置の高温環境下での書き換え時間延長特性の例である。
【図８】本発明の実施例３による書き換え寿命推測の例である。
【図９】従来の不揮発性半導体記憶装置の書き換え耐久試験の構成図である。
【図１０】従来の書き換え耐久試験フローである。
【符号の説明】
【００２７】
１  不揮発性半導体記憶装置
２  制御回路
３  書き換え回数カウンタ
４  書き換え時間測定・記録器
５  演算回路
６  恒温装置
１１  不揮発性半導体記憶装置
１２  制御回路
１３  書き換え回数カウンタ
ａ  初回書き換え時間
ｂ  書き換え試験終了時の書き換え時間
ｃ  タイムアウトとなる（書き換え不良と判断される）書き換え時間
ｄ  初回書き換え
ｅ  書き換え試験回数
ｆ  書き換え不良に至る書き換え回数（寿命）
ｕ  高温環境での初回書き換え時間
ｖ  高温環境書き換え試験終了時の書き換え時間
ｗ  タイムアウトとなる書き換え時間
ｘ  高温環境での初回書き換え
ｙ  高温環境書き換え試験回数
ｚ  高温環境での書き換え回数寿命
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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