EEPROM全称是ELECTRICALLY ERASABLE PROGRAMMABLE Read-Only Memory(EEPROM),电子可擦可编程ROM,也就是说信息一旦写入即便断电状态下也不会丢失,一般存放芯片的固件等重要代码。
JESD22-A117文档,就是针对EEPROM中存储信息的写入\擦除抗疲劳度和数据保存能力进行的可靠性测试指导原则。
ELECTRICALLY ERASABLE PROGRAMMABLE ROM (EEPROM) PROGRAM/ERASE ENDURANCE AND DATA RETENTION STRESS TEST
1 适用范围
本标准规定了针对质量认证需求的一种芯片EEPROM耐久性、保持率和交叉温度试验的流程要求。耐久性和保留率认证规范(周期计数、持续时间、温度和样品大小)已经在JESD47中有规定,或者也可以执行基于JESD94中相关知识的方法制定实验流程。
使用JESD47中指定的参数级别,用于鉴定和监测的写入/擦除耐力和数据保留测试是破坏性的。当温度和时间达到或超过认证合格的要求时,数据保留应力可作为替代高温存储寿命试验的认证项目。如果在低温下编程和在高温下读取具有明显的敏感性,则可以考虑在规格书温度范围内进行读写的交叉温度测试,反之亦然。较低的测试参数级别(例如,温度,循环次数,保留烘焙时间)可以用于筛选,只要这些参数级别已被器件生产厂家验证为不有损质量的,这些筛选操作可以在从晶圆级到成品器件的任何地方进行。(编者注:此段说明类似生产线老化测试和Burn-in等筛选测试,虽然过程和可靠性测试类似,但由于时间短、周期少,所以不是破坏性的。“本文中蓝色字体是作者翻译过程中增加的内容,黑色字体的注释和说明均是原文内容”)
2 名词和定义
cross-temperature test (CTT):
交叉温度测试,跨过工作温度范围的到另一极端温度点进行数据读取验证,以便确保产品在低温环境下编程并可以在高温下正确读取,反之亦然。
cross-temperature test failure (CTTF):
交叉温度测试失败,在流程设定的工作温度范围的另一极端温度点发生的数据读取验证失败。
data pattern
数据模块,内存中的1和0及其物理或逻辑位置的组合。
说明:一个器件可能是单比特/单元(SBC),这意味着一个物理存储单元存储一个“0”或“1”,或者可能是多比特/单元(MBC),这意味着一个存储单元存储两个或多个数据单位:例如,“00”、“01”、“10”或“11”。在一些MBC存储器中,多个位表示数据每个字节中逻辑上相邻的位组。例如,对于每个单元有两个比特,一个包含二进制数据10110001的字节对应四个物理单元,在以4为基数的逻辑中数据为2301。在其他MBC存储器中,多个位可以表示完全不同地址位置中的位。对于SBC存储器,物理棋盘图由交替的0和1组成,每个0的两侧和上下都被1包围;而逻辑棋盘图由数据字节AAH或55H组成,其中每个0在逻辑上与1相邻。在一部分可靠性认证中,只需要知道逻辑的矩阵图就可以。
data retention; retention:
EEPROM单元中随时间增长,其保留数据的能力。
注1:只有一个词的术语“retention保留”通常用于上下文连续并确保不可能出现含义混淆的情况;否则,应使用完整的术语“data retention”。(因为retention还有其他的保留能力,所以容易引起理解歧义,建议工作中都使用data retention的完整表述)
注2:术语“数据保留”可指器件在无偏置状态下保留数据的能力,但该术语有时也用于包括在偏置状态下保留数据的能力。术语“disturb干扰”明确指的是“EEPROM”单元在偏置下随时间的保留数据的能力。例如,读取“disturb干扰”指的是“EEPROM”单元在指定的时间后读取并验证其保留数据的能力。关于“disturb”的详细定义和描述不在本文的范围。
注3:保持应力包括将数据模块Pattern写入器件,然后在指定的温度下,在指定的时间后验证数据模块是完整的。对于所有“保留”机制、单元设计或流程架构来说,没有一种数据模块是最差的。通常有一些失效机制主要影响已编程的单元格,有些主要影响已删除的单元格,还有一些失效机制依赖于相邻单元格中的数据。(此段定义不能用一种验证方法代替全部的验证,所以必须有写入的数据也要有删除的空数据,还有棋盘图。)
data retention failure; retention failure:
数据保存失败的定义,在上一次写入数据之后的一段时间后,根据适用的规范读取器件中信息时,发现存储的数据中有一位或更多位发生了变化。
注1:简短的词语“retention failure保留失败”通常用于上下文连续并确保不可能出现含义混淆的情况;否则,应使用完整的术语“data retention failure”
注2:有必要区分是电荷丢失还是其他机制引起的失效。循环间隔较短的耐力循环可能会引起明显的位变化或伪位翻转。(也就是说有一些数据对不上,可能不是因为数据保存能力的问题,也可能是实验方法或者其他问题导致,要最好评估)
注3:如果器件自身带有数据错误管理方法(例如错误纠正代码)并且内置于器件中或由系统定义其应用过程,则只有当数据错误没有被指定的方法正确管理时,才会认为发生故障。(如果器件可以自我修订数据保证数据准确性,是可以接受的)
注4:保留失效有许多不同的失效机制,一般来说,温度和其他可调实验参数以不同的方式加速这些失效。例如,在放置门存储器时,故障可能是由于允许电荷通过传输介质泄漏的缺陷或由于电荷在传输介质中脱阱而发生的;前者可以在高温下弱加速甚至减速,后者可以在高温下加速。(数据保存有很多失效机制,不可以用一种实验方式代替全部实验,比如高温和低温带来的失效机制并不相同,无法互相替换)
EEPROM:
一种可重新编程的只读存储器,其中每个地址的单元都可以用电性能擦除并重新编程。
本文档中的术语“EEPROM”包括所有此类存储器,包括FLASH“EEPROM”集成电路和集成电路中带有嵌入式存储器的器件,如可擦可编程逻辑器件(EPLD)和MCU微控制器。
破坏性的读取存储器,如铁电存储器,其中如果读取并重写存储单元中的数据,则超出了本文档的范围。
endurance
耐久性,可重新编程的只读存储器能够承受数据重写并且仍然符合规范的能力。
注1 EEPROM器件规范通常要求在重写数据之前有一个擦除步骤;在这种情况下,数据重写包括擦除和写入步骤,它们一起称为写入/擦除循环。而一些直写存储器允许数据直接写入覆盖旧的数据,而不需要先进行擦除操作;在这种情况下,使用通用术语“写入/擦除循环”将指不擦除的单重写方式。对于需要进行擦除操作的单个单元(SBC)存储器,一个写入/擦除周期由写入单元(通常是“0”)和擦除(“1”)组成。对于类似的多比特/单元(MBC)情况,周期将由写入单元格(每个单元格为“0”、“1”或“2”表示两个比特)和擦除(每个单元格为“3”表示两个比特)组成。
注2:耐力循环包括连续执行多次重写,必须选择用于这些重写的数据模块。没有一种数据模块或模块集是所有失效机制的最坏情况。例如,对于浮动门存储器,完全写入的模式是电荷转移的最坏情况,但是对于相邻单元的虚假写入,物理棋盘式模式是最坏情况,而对于与擦除预处理算法相关的机制,大部分被擦除的模式可能是最坏情况。对于MBC存储器,写入到最高状态是电荷转移的最坏情况,但中间状态单元可能经历更多的写入时间,也有更少的敏感宽裕度。最后,在某些存储器中,单元格的边缘受到物理相邻单元格的数据状态的影响。(此段仍然表明,没有一种单一的测试方法可以代替全部的测试内容。)
endurance failure:
由耐力循环测试引起的失效。
注1:如果由于写入/擦除循环,EEPROM未能在规格书指定的时间内完成写入或擦除操作,或者未能满足其任何其他规格书的要求,则被认为发生耐久性测试失效。导致存储在器件中的不正确数据的写入操作被视为耐久性测试故障。但是,如果错误管理方法(例如错误纠正代码)内置于器件中或由系统自动应用,则只有当错误没有被指定的方法正确管理时,才被认为发生故障。
注2:某些eeprom被指定为与内部或外部坏块管理系统(BBM)一起运行。当BBM系统检测到耐久性测试失败时,它将数据定向到另一个(空闲)块,并从适当的地址表中删除失败块的地址。当预先设置的产品备用块数量在该产品规格书指定的周期循环内被消耗完时,被确认为该产品的耐用性失效。
注3:耐久性失效有许多不同的失效机制,一般来说,这些失效以不同的方式,由温度和其他可调的实验参数(如循环之间的循环延迟)加速。例如,在浮栅存储器中,故障可能是由电荷传输介质中的电荷捕获(通常由较低的温度和/或较短的循环延迟加速)或传输介质或外围介质中的氧化物破裂(通常由较高的温度加速)引起的。(仍然解释实验条件不可以简化或者合并)
failure:
元器件失去了(通过设计或测试)原本应达到的电气或物理性能规格书中定义的能力。
注1:“Failure失败/失效”一词常加形容词修饰,用以描述失效的类型。例如,如果一个组件不能正常工作,那么它就是功能故障;如果它正常工作,但不符合规格书中某个参数(如功耗)的规范,那么它就是参数失效。耐力和保留失败的定义见术语和定义。
注2:失效可能是永久性的,也可能是暂时性的。为了本标准的目标,长期失效是指在可靠性测试期间发生故障的器件,并且在压力结束时的最终测试中继续失效。瞬态故障是指在可靠性压力下失效,但在该压力结束时可以通过最终测试的器件。
uncorrectable bit-error rate (UBER):
不可纠正的误码率,这是数据错误发生率的度量,等于应用任何指定的错误修正方法后读取的数据错误的累积数。
注1 UBER不可纠正误码率由下式计算:
注2:对于非纠错器件,任何错误的数据位都被视为数据错误。对于纠错器件,应用指定的纠错方案后返回错误数据的任何字节或扇区(在产品规格书中定义的)都算作数据错误。瞬时数据错误,例如在指定的写入/擦除周期中发生,而不是在后面的周期中发生的数据错误,被视为数据错误。标准统计置信水平可以应用于分子。
注3:已读的累积位数是指从器件读回的所有数据位数的总和,同一内存位的多次读取算作已读的多个位数。例如,如果一个1Gb的器件被读取10次,那么将会有10Gb的读取。
注4:某些器件可能被指定为具有特定的“UBER”值,在这种情况下,实验认证必须确定器件满足“UBER”规范。第5章讨论了有关计算UBER值的细节。
3 实验设备
该测试所需的设备应包括一个可控温度室,能够将规定的温度条件保持在±5°C以内。在腔室内应提供Socket或其他安装夹具,以便在电路板上与器件端子进行可靠的电接触。在整个试验过程中,电源和偏置网络应能保持规定的工作条件。此外,测试电路板的设计应使异常或故障器件的存在不会改变其他测试样品的指定条件。应注意避免瞬态电压峰值或其他可能导致电气、热或机械过度应力的条件可能造成的损坏。
4 实验流程
认证规范,已经包括在JESD47中,通常要求一些器件经历耐久性循环,然后测试数据保存应力。对于非循环器件和在规格书中指定的温度范围内的可选交叉温度测试也可能有数据保留要求。认证规范通常要求在规格书范围内的多个温度下进行耐力循环,并在高温(如125°C)和室温下进行保持应力。图1简要地说明了实验流程,并引用了描述该过程的段落。
图1 实验流程图
4.1 写入/擦除耐久力实验
4.1.1 测试搭建
实验样品器件应放置在腔室中,使空气在每个样品之间和周围的流动没有实质性的阻碍。应使用电源供电,并进行适当的检查,以确保所有实验样品都能正常通电。当需要特殊安装或散热时,应在器件规范和/或实验规范中详细说明。
4.1.2 数据循环
耐久性测试期间的写入和擦除操作必须根据器件规格或供应商的内部压力测试规范进行验证(见6)。
4.1.2.1 循环过程中的数据模块Pattern
耐力测试循环使用的数据模块必须在供应商和用户之间达成一致,并记录其基本原理。考虑到目标应用的实际场景,在循环期间要循环足够多的扇区是很重要的。关于循环数据模块选择所涉及的权衡的讨论,请参见第2章。
许多认证的目的是为了测试器件尽可能广泛的失效机制。当数据模块包括实际使用中可能出现的全部逻辑级别和邻接条件时,可以检测到尽可能广泛的失效机制。例如,如果满足以下三个条件,就可以实现这个全范围。首先,存储单元中的数据在所有可用的逻辑状态之间等量循环。例如,在SBC存储器中,在任何一个周期中,一半的单元格将被编程,另一半将被擦除,而在4级(两位)MBC存储器中,在任何给定的周期中,四分之一的单元格将被写入四个可用级别中的每一个。
其次,1和0的位置是不均匀的,理想情况下是准随机的,因此可以表示所有可能的邻接配置。例如,由数据模式00H(十六进制的0)、55H、AAH、33H、CCH和FFH的字节混合组成的数据模块将创建广泛的邻接模式。
第三,连续循环中的数据模块是不相同的,而是遵循一个序列。最佳实践是确保在这个序列中,在每个周期中,一些单元格被写入所有可用的逻辑状态,而其他单元格被重新写入相同的逻辑状态。例如,在SBC存储器中,一个字节在偶数周期中被循环到AAH,在奇数周期中被循环到5AH,它将有四个单元格在交替周期中被写入0和1,两个单元格在每个周期中被重写为0,两个单元格在每个周期中被重写为1。
在一些基于理论的认证实验中,耐力测试可能针对特定的失效机制进行定义。这种测试可能使用与上述不同的数据模块,并经过优化以提高对目标失效机制的敏感性。用于这种目的可接受的数据模块包括固定的编程模式、棋盘格/反向棋盘格序列和带有后续模式填充的棋盘格。
一些闪存EEPROM器件采用内置修正机制。在测试此类器件的耐久性时,应启动修正功能;为耐力循环禁用此功能可能会给产品带来超出用户实际体验到的压力。准随机模式最适合在使用修正时测试耐力。
4.1.2.2 待循环的单元Cell比例
认证规范,无论是来自JESD47还是使用基于知识的方法(JESD94)开发的,通常都要求内存的某些部分被循环到器件规范中指定的最大写入/擦除周期数,而其他部分被循环到较少的数量。在大内存中,将所有单元循环到最大规格定义可能需要非常长的时间,而在基于理论的限定条件中,可能知道芯片实际应用的工作条件不需要如此循环所有单元。单元的实际循环比例达到最大规格的100%,以及循环比例达到规格的其他百分比,必须由供应商和用户商定并记录,以及所选数值的基本原理。(在用户同意的情况下,可以不对所有单元进行验证,但是估计没有几个客户会同意,原则上,认证时间长短和客户没有关系,但是质量确是客户最为在意的内容,很少会为了降低供应商产品认证成本而放松质量要求)
4.1.2.3 循环条件
循环的模式、电压、温度和频率应由供应商和用户商定,并与基本原理一起记录在案。模式是指写入/或擦除的不同操作模式,如地址、页面和块(或扇区)写入和擦除模式。电压是指所有相关的电源电压,包括逻辑级电源,以及(如果适用)写入或擦除所需的任何高压电源。温度是指器件循环所在腔室的温度。认证规格通常会规定一些器件在低温下循环,而其他器件在高温下循环。循环频率是指单位时间内的循环次数。
4.1.2.4 循环之间的延迟
EEPROM产品的失效率可能很大程度上取决于循环频率。这是因为一些循环诱导的损伤机制可以在循环之间表现出部分恢复;增加循环速率可能会阻碍这些故障的恢复并导致早期故障。典型的可恢复退化机制是浮栅器件的传输介电层中循环过程中捕获的电荷的脱阱,或基于捕获的非易失性存储器中过量捕获的电荷的脱阱。在用户实际应用环境下,产品周期计数在几年内分布,多余的捕获电荷可能会在周期之间脱落,但如果在认证测试模式下,产品在几小时或几天内运行到最大周期计数,多余的捕获电荷会累积,导致产品在耐久性循环本身或在接下来的数据保留测试中早期失效。
为了避免在认证测试期间出现不符合实际应用条件的循环,实验流程可以指定在周期之间添加有意的延迟。本节描述在循环过程中插入延迟的方法以及适用的规则和限制。这些方法包括:
(i)在高温下循环(循环之间均匀分布的松弛延迟);
(ii)在高温下降低循环频率循环(每两个循环之间和/或两组循环之间的延迟)
(iii)环境温度循环,在循环组之间插入高温烘烤间隔。
控制插入循环延迟的规则是,由于插入高温测试延迟而产生的松弛不应超过匹配客户实际应用条件的松弛。插入延迟的总持续时间应根据预期使用温度和延迟温度之间的差来计算,使用恢复机制的活化能。只要符合此规则,以上方法的组合是允许的。
对于根据方法(ii)在高温下循环,供应商可以规定每天循环不超过一定的循环次数。在一天的其余时间里,器件可能在循环温度下处于空闲状态。器件也可以在不同的温度下保持空闲,只要在循环温度下的总时间和在空闲温度下的时间不超过产品在预期使用温度下的匹配循环持续时间(见下面的示例)。
为了避免在循环结束时夸大恢复效果,必须在每组循环开始时插入为给定循环组计算的循环延迟和/或烘烤间隔。例如,如果供应商选择4组偶数循环,组间空转间隔均匀,如果在空转温度下允许的总空转时间为t,则可以在第2、3、4个循环组的开始插入总空转时间的t/4分数。在第四组结束时,除不可避免的运输传递延迟外,不允许有松弛延迟,但不超过
4.1.2.5规定的最大延迟。
如果供应商选择使用不均匀的循环组来分割循环延迟,则烘烤间隔应与连续循环组中的循环比例成比例。选择不均匀循环组的基本原理是,在循环流的早期部分的烘焙延迟通常比在循环结束时的延迟对放松器件的效果更差,因此供应商可以选择跳过早期烘焙间隔,从而节省总压力测试时间。
由于恢复效果也可能取决于单元级别;供应商应指定在周期之间的延迟期间使用的单元级别。还应该使用延迟之间的单元级翻转来模拟使用条件。
供应商应记录为插入烘烤延迟而选择的方法,报告延迟期间使用的数据模块,指定恢复机制并提供其活化能的来源。供应商还应记录在循环过程中选择特定延迟/烘焙间隔/温度的基本原理。
循环和数据保留能力应使用目标循环条件来计算。供应商应计算在各种目标循环延迟和温度下的数据保留能力。数据保留失效估计应通过在循环期间应用由供应商确定的适当的器件结温度(TJ)来计算。使用循环和保留率可以在不同的温度下计算对应的目标条件,使耐力TJ大于读取循环TJ。
下面是两个例子说明如何选择烘焙间隔。
案例1【Method ii】
产品设计周期= 10k周期
在预定的应用中,10k周期的时间= 2年= 17,520小时
用户模式循环温度= 55°C
期望耐力合格时间= 10天
每天循环时间= 1k循环@ 14小时
合格循环温度= 85°C
脱阱(松弛)活化能= 1.1 eV
在每天10小时的闲置时间内,最高允许温度是多少?
a)在85°C下每天循环10天× 14小时,相当于140小时×26.1 = 3,652小时@使用温度(对于Eaa = 1.1 eV,从55°C到85°C的加速度因子为26.1倍)
b)剩余等效用户应用模式循环寿命为17,520 h - 3,652 h = 13,868 h
c)总空转时间为100h
d)从100小时到13868小时的热加速因子(AT)为138.68
e)当Eaa = 1.1 eV, Tuse = 55°C, Trelax = 102.6°C时,AT = 138.6
答:等待时最高允许温度为102.6℃。在循环验证后的最后一天,除了在循环温度下允许最多12小时外,不允许有任何延迟。
案例2【Method iii】
产品设计周期= 10 k周期
在预定的应用中,10k周期的时间= 2年= 17,520小时
用户模式循环温度= 35°C
认证的循环温度= 25°C
脱阱(松弛)活化能= 0.9 eV
供应商希望在5k周期和9k周期后插入烘烤间隔。烘烤温度为125°C。
每个烘烤间隔的最大允许持续时间是多少?
A)第二组的循环分数为(9k - 5k cycle)/ 10k cycle = 0.4
B)第三组的循环分数为(10k - 9k cycle)/ 10k cycle = 0.1
c) 35°c至125°c的热加速因子@ Eaa = 0.9 eV = X 2139
d)总允许松弛时间= 17520 h / 2139 = 8.19 h
e)第2组前最大循环延迟= 8.19 x 0.4 = 3.28 h
f)第3组前最大循环延迟= 8.19 x 0.1 = 0.82 h
答:最大允许的烘烤间隔@ 125°C在5 k循环后为3.28 h,在9 k循环后为0.82 h
说明根据工艺和材料的不同,循环内恢复机制的活化能可能在0.8 eV ~ 1.2 eV之间。参见JEP122, 5.5 - 5.6
4.1.2.5 耐力循环结束时延迟
对于高温循环,在高温循环完成后,器件在循环实验腔内的时间不得超过12小时。对于在室温或更低的温度下循环,在移除器件之前,循环实验腔中的任何延迟都必须计算在4.4.1中讨论的96小时的总允许时间内。对于具有独立循环的多个区域的器件,这些限制必须从第一个区域完成循环的时间开始计算。为了满足这些要求,可能有必要错开区域的循环。例如,如果循环两个区域,一个到“n”个循环,一个到“2n”个循环,那么这可以通过循环第一个区域一次,第二个区域两次,然后重复这个序列总共“n”次来完成。
4.1.3 电气试验验证
写入/擦除循环后,应按4.4执行功能测试,以验证器件是否符合规格要求。
4.2 数据保留实验
4.2.1 数据写入
完成4.1要求的循环器件或非循环器件,应按照确认规格书中的规定,为后续保留测试编写测试程序。有关选择要写入的数据模块所涉及的权衡的讨论,请参见第2节。对于旨在测试器件尽可能广泛的失效机制的认证实验,存储器应以相等的大小写入所有可用的逻辑状态,并具有完整的邻接配置,如4.1.2.1所述。数据应使用规格书上指定的编程模块写入。
在一些基于理论的资格认证中,可能为特定的失效机制定义保留测试。
这种测试可能使用与上述不同的数据模块,并经过优化以提高对目标失效机制的敏感性。用于这种目的的可接受的数据模块包括固定的写入模块、固定的擦除模块、棋盘格模块和(对于MBC)仅表示多个逻辑级别中的一部分的模块。在这种条件下,还可以使用不同于规格书中规定的数据模块写入数据,以修改单元的边缘并获得额外的加速度。
供应商应记录所使用的方法及其基本原理。
4.2.2 电气测试和模块验证(不包括任何EEPROM写入/擦除测试)
执行模块验证和适用的器件规格的全功能测试,不包括任何EEPROM写入/擦除测试。在一些以理论为基础的认证实验中,可能会增加诸如边际测试之类的特殊测试,以增加对某些机制的敏感性,例如温度加速不良的机制。
4.2.3 数据保留压力测试
认证规范(记录在JESD47或基于JESD94的基于知识的认证计划中)将要求非循环和循环器件的保留时间和温度。保留应力可以由无偏烘培(参考JESD22-A103C)或偏寿命应力(参考JESD22-A108-B)组成。
4.2.4 电气测试和图样验证
执行模块验证和全功能测试,以确定适用的器件规格。此外,如4.2.2所述,可以使用边缘测试等特殊测试
4.3 预防措施
实验中应采取预防和保护措施,以确保任何器件都不会因热失控而损坏,并防止电气损坏。应在测试开始时和测试间隔结束时监测测试系统,以确定所有器件都在循环并按规定的要求施加压力。在进一步的温度暴露之前,每个器件上的偏置电压和电流应予以注意和纠正。如果在测试间隔结束时检查器件时发现偏差不正确,则必须确定器件是否发生了变化或测试电路是否发生了变化,以便能够确保验证数据的有效性。
4.4 测量
4.4.1 电性能测量
电性能测量应在耐力循环和保留应力完成时进行,也可以根据认证规范在间隔时间(保留周期计数和/或保留应力时间)进行。中间读取点可以测试范围可以小于完整的器件规格书规格值范围。耐久性测试的理想做法是在每个周期后验证写入的数据,以便检测到瞬态耐久性故障。如果由于所涉及的测试时间而导致不可行,则供应商和用户必须商定一种解释这种瞬时故障的方法(见5.1)。最终测试为耐力测试必须进行的测试写入/擦除操作。保留测试中的临时测量不能重写数据。中期和最终电气测量应在器件从规定的测试条件下移除后96小时内完成。对于持续时间,此时间包括器件的任何区域完成循环后在循环室中所花费的任何时间(见4.1.2.5)。对于随后进入保留应力的循环单元,96小时限制适用于从在任何区域完成循环到在数据保留应力之前的数据写入步骤的整个延迟时间。
4.4.2 所需测量内容
电气测量应包括适用器件规范中规定的参数、功能和定时测试。
4.4.3 测量条件
在将器件从实验箱移出之前,应将环境温度恢复到室温,同时保持器件上的规定电压。除非器件规格中另有规定,否则应在高温测试之前在室内(或根据器件规格要求的低温)进行测试。
5 失效标准及计算方法
如果超出了规格书参数限制,或者不能像器件规范中规定的那样展示功能(例如,数据丢失),则器件被定义为故障。作为器件规范一部分的任何错误管理技术都应该应用于确定一个事件是否被认为是故障。
5.1 瞬态故障处理
对于易发生瞬态失效的器件,必须努力计算在循环或应力中发生的所有瞬态失效。4.4.1只要求在循环或应力结束时进行电气测试,但此测试不会检测到早期的瞬态故障。因此,最佳实践是更频繁地测试。例如,已知在耐力循环期间某些器件中会发生瞬态数据错误,因此最佳实践是在每个周期后回读并验证数据。
如果这是不可能的,那么必须使用某种方法来估计瞬态故障的发生。此方法必须由供应商和用户记录并商定(可能需要超出本标准范围的建模和外推方法)。如果器件在特定循环或应力(如一般认为的保留应力)中不受瞬态误差的影响,则在应力结束时进行测试就足够了。
对于持久循环,一种可接受但保守的方法是通过循环数与读取数的比率来缩放失败的数量。例如,如果每10个周期回读并验证数据,则将检测到的故障数量乘以10,以估计发生的故障总数。其基本原理是,如果故障是高度瞬态的,仅在故障发生时的一个周期内发生,那么每10个周期执行一次读取将只能检测到10%的故障。如果要对规定的置信上限进行限定,则在乘法之前应用该置信上限。例如,如果在前面的例子中,实际故障的数量为零,但置信上限为1,那么用这种方法估计的总故障将是10而不是1。
5.2 将故障分为数据错误和设备故障
某些器件可能被指定为满足一个UBER值。在这种情况下,数据错误失效将与器件故障分开。器件故障必须满足限定条件(如JESD47规定的允许故障数)。数据错误必须在产品UBER规范范围内。一个器件的故障只被算作一个器件故障,但在某些情况下,重复的数据错误应该被算作多次(见5.3)。
5.3 UBER值的计算
器件认证通常包含耐力循环操作,然后是非循环应力,如保留应力。在这种情况下,公式(1)的UBER值定义可以重新表述如下:
分母是读取的比特数,是从第一个持续周期开始,一直延伸到后循环(如果存在这样的循环)。分母是采样器件中所有内存位的总和,理论上每个内存位对于持续周期、每个周期读取和/或循环后读取都有不同的值。分子是同一时间段内的数据错误数(循环之后的任何循环)。作为一般规则,在循环过程中多次出现重复数据错误的单个内存位置只应在分子上计算一次,在故障点之后对该位置的读取不应在分母上计算。
这种一般情况是基于这样的假设:一旦发生错误,出现错误的位置将不再使用。但是当预期的实际应用条件并不锁死这些位置时,会出现一种特殊情况。在这种情况下,重复的数据错误必须计算多次,每次重复一次,该位置的所有读取都应包括在分母中。错误的计数次数取决于预期的实际应用,并且必须在供应商和用户之间达成一致
5.3.1 理想情况下UBER值的计算
在一个理想的耐力循环结束时(每个循环后验证的数据),分子应包括循环产生的所有瞬态和固定误差,分母应每个周期有一个读取,但循环后没有读取。即使耐力循环每周期执行多个读取,公式(2)中用于每周期读取的值应为1,除非供应商声明了一些其他假设,并与用户达成了协议。在后循环结束时,分子将包括循环期间和后循环期间的所有错误,分母将包括循环项和循环后的任何读取。
对于偏置保留应力,当读取干扰被表征时,循环后的读取应该是实际执行的读取数。对于无偏保留压力,供应商可以在循环后包含一些假设的非零读取数(即使这些读取在压力期间没有实际执行),这是基于在一段被认为相当于保留压力的时间内实际使用中预期的此类读取数。任何此类假设的理由都必须被记录下来,并且供应商和用户之间同意的假设。对于符合UBER规格的器件,必须在耐力循环结束时和每个后循环结束时分别进行UBER计算,并且所有这些UBER值必须满足UBER规格。应用于式(2)分子的统计置信极限(如果有的话)应在供应商和用户之间声明和商定。
例如,如果100个1Gb密度的器件每个都承受1000个耐力循环,每个周期读取一次数据,循环后不读取,那么在循环结束时,读取的比特数将是10的14次方(=10的2 *10的9 *10的3)。如果10%的内存位循环10000次,而剩余的位完全不循环(10%x10的2 *10的9 *10的4),将得到相同的分母。在耐力循环过程中,任何单一错误都会导致循环结束时的名义UBER为10的-14次方,或者90%的置信上限为3.9x10的-14次方。
如果器件在循环之后经历了额外的10,000个读取循环,那么在循环结束后的UBER计算中,分母将增加10的15(10的2 *10的9 *10的4)到1.1x10的15。然后在循环或循环后的一个单一错误将导致标称UBER为9x10的-16次方,或者90%的置信上限为3.5x10的-15次方。在耐力结束时和循环结束时计算的UBER值都需要满足UBER规范。
5.3.2 其他情况下UBER的计算
在5.3.1的理想情况下计算的UBER在这里被认为是器件的真正UBER值。如果限定符没有在每个周期后执行读取和数据验证,则必须修改计算以尽可能接近地估计真实值。因此,分子由循环过程中的总失效组成(如5.1所述,必要时估计瞬态故障),分母包括每个循环一次读取(除非5.3.1中另有规定)。
6 总结
以下细节应在适用的器件规格书和/或供应商的内部压力测试规范中规定,以及基本原理:
a)特殊安装,如适用。
b)试验条件。
c)偏置条件。
d)测试前、中间测试点(如适用)和测试后的测量。
e)存储单元中逻辑转换的最大数量,以及循环模式。
f)写入周期之间的时间。
g)EEPROM制造商要求的替代写入/擦除程序,以保证耐久性要求。这个建议必须得到用户的批准。
h)数据保存模式、持续时间和温度。
i)循环模式(如扇区模式、块模式、页模式)。
j)被测内存大小。
k)写入/擦除循环期间的温度。
l)耐力循环期间插入中间点的任何延迟的持续时间和温度
m)用于选择松弛烘焙/循环延迟和选择数据保留烘焙持续时间的测量或假定活化能
n)用于在耐力循环期间插入中间点的任何延迟的数据模式
o)如果报告了UBER值 -每个实验的位读取数包括在累积位读取数中,以及外推方法(如果有的话)。
p)解释瞬态持久失效的方法。
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