本发明涉及一种数据处理方法，这种方法处理已存入电子器件存储器中的数据。特别是，本发明涉及一种将存入如EPROM（可编程擦除只读存储器）非易失性存储器中的数据擦除的方法。

数据一旦存在用MOSFET（绝缘栅场效应半导体）制成的EPROM中，便可以用紫外线通过装在封装表面的窗口照射到芯片上的办法加以擦除。但是，装有玻璃窗口的陶瓷封装生产起来很昂贵，因此，可以用树脂（塑料）封装来降低生产成本。其典型产品为日立公司所生产的HN482764    P-3。尽管这种ROM能够以低成本进行生产，但其存储的数据却不能用紫外线照射的办法加以擦除。这种ROM被称之为“OTP（一次性电改写可编程）ROM”。对这种数据不能擦除型的ROM而言，最大的问题是，在产品的最终检测工序中得不到令人满意的可靠性。换句话说，尽管最好是在这种情况下，即存储器中没有任何数据写入，用户可以自由地写入数据的情况下将产品出厂，但是在这种情况下却不能进行如数据的写特性那样的可靠性试验。因此，为了提高测试的可靠性，通常的做法是对每批产品抽出予定数量的试样，然后对试样进行实际读或写测试，如果试样中即使有一个证明是不合格品，则就要报废这一批产品。

也就是说，为了保证产品的可靠性，简单地只要因为抽出的试样被证实有不合格品，无论在这批产品中还有多少合格的产品，所有这批产品均被视为不合格的，并且全部报废。按照这种测试方法，就存在着一种可能性，即在要报废的这批产品中，还有大量合格的产品，这对于半导体器件制造厂家来说是一个极大的损失。

为了解决这个问题，有一个先有技术实例已由日本专利公开号75496/ 1984所披露。这个先有技术所涉及的是属于一种用塑料注模成型材料密闭封装的EPROM数据擦除装置。这种数据擦除装置的特征在于，用一最佳数量的X射线照射在用塑料注模成型材料所注模成型的EPROM上，以擦除EPROM中的数据。这个装置装有一个快门，当EPROM中的数据擦除完毕的时刻，切断照射在EPROM上的X射线。

本发明人在开发可靠地擦除先前写入ROM内的数据的技术方面作了进一步研究。这种技术既能把芯片上部完全用一种对紫外线不透明的注模成型件完全密封起来的ROM（如OTROMS）中已写入的数据擦掉，又不需要如EEPROM那样复杂的电子擦除机理，并且能够改善如写特性及数据保持特性那样的器件特性。本发明就是基于这些研究而完成的。

有关本发明的研究说明如下。要是采用仅仅依靠照射X射线的擦除方法，在一定程度上可以将存在存储单元中的数据加以擦除，但擦除特性令人不满意。而且重写特性及数据保持特性也令人不满意。其原因之一可以归结为，由于X射线的照射，设想使存储器单元的栅氧化膜中及存储器单元的栅氧化膜与硅衬底的界面中存在损伤而引起的。由于X射线的照射，当存储器单元栅氧化膜及硅衬底中所产生的空穴-电子对中的空穴（正电荷）被俘获到栅氧化膜能级或者栅氧化膜与硅衬底边界的能级时，可以推测，这种损伤会进一步发展。

因此，本发明的目标在于提供一种数据处理的技术，它能够可靠地擦除OTPROM或类似存储器中的数据，并且能够改善重写特性和数据保持的特性。

下面所公开的就是本发明的一个具有代表性的例子。

按照本发明进行数据处理的方法，包括一个向存储器存入数据的工序和擦除已存入存储器中的数据的工序，在数据擦除工序中，包括X射线照射处理及热处理。

换言之，在数据存储工序之后，为了可靠地擦除事先写入存储器单元 中的数据，要从注模成型件的外部照射进具有合适能量的X射线，并且进行热处理（退火），而按照惯例，是不进行这种热处理的。（退火也可以与X射线照射同时进行）。

用于X射线照射的X射线的品质及其照射时间与所引起存储单元损伤的数量密切有关。因此，本发明采用具有某种品质的X射线在一定的时间内照射，这样做，X射线能够穿透注模成型件，但又不会给存储单元以过度的损伤。进而，与本发明的数据处理方法中最重要因素之一的热处理（退火）工序有关的退火必要性，适当的温度范围，退火的时间以及退火的环境（例如湿度）都将在下面加以说明。

（1）为了可靠地擦除数据，但又不给存储单元造成过度的损伤，用于X射线照射的X射线品质优选为具有几个埃（ ）以上波长的软X射线。考虑到存储器单元可能的损伤，照射时间要低于60分钟。为使用上述适量的X射线品质及照射时间，合适的X射线处理优选为，在电压为30千伏（KV）到40千伏（KV），电流为30毫安（mA）至40毫安（mA）的条件下，将电子加速，然后冲击到一个金属铬（Cr）靶上，由铬靶产生的X射线照射10至25分钟。

（2）鉴于树脂封装的热断裂，上述热处理优选在温度125℃到220℃的范围内进行。为了改善数据保持特性，加热时间优选为至少4个小时。热处理的相对湿度从40%至50%，考虑到电子器件的防潮性，优选为从10%至20%。热处理能够在空气中比较经济地进行，但为了防止电子器件引线材料的氧化，优选在非氧化环境，例如象氮气（N2）中完成。

按照本发明，甚至于在存储器单元的栅氧化膜中及其硅衬底中所产生的电子-空穴对中的空穴（正电荷）被俘获到栅氧化膜的能级或者栅氧化膜与硅衬底的边界的能级（也就是说，甚至于当损伤已经发展了）的时候，热处理也能够用热激发的电子去中和俘获的正电荷，或者用热量去移动被俘获的正电荷。结果是，被俘获的正电荷的不利影响在存储器单元中不再 发展，而存储器单元的数据保持特性和数据重写特性得以改善。

插图简要说明：

图1是表示本发明梗概的示意图;

图2是OTPROM的系统图;

图3是表示存储器单元器件结构的剖面图;

图4是表明数据擦除特性图;

图5是应用本发明的最后测试工序流程图;

图6是表示单片微型计算机的结构方框图;

图7是应用本发明的流水作业装置梗概示意图;

图8是表示电磁波种类图。

最佳实施例说明：

实施例1

（1）工序：

本发明的数据处理方法包括将数据存入EPROM存储器中的数据存储工序以及将已存入存储器中的数据进行擦除的数据擦除工序。而数据擦除工序又包括X射线照射处理及热处理。X射线照射处理和热处理能以下列二种方式完成。即热处理可以在X射线照射处理之后进行;热处理也可以与X射线处理同时进行。

下面，参照图1来说明本发明的数据擦除工序的一个例子。

首先，将数据写入带有如EPROM那样存储器的半导体芯片内，然后，如图所示将X射线6照射到装有已写入数据的芯片7的树脂封装8上。X射线由电极3所发出的热电子撞击在铬靶（Cr）5上而产生。

接着，在退火炉中进行热处理，在退火炉中充入热空气或者放入如氮气（N2）那样的惰性气体，炉中还装有一个发热器12。退火也可以用囟灯或是氩灯那样的退火灯装置进行。退火炉或是退火灯装置内所装气体的相对湿度设置为，使湿气在退火中可以抵达芯片7，但芯片上的铝布线又不会 被进入的湿气所腐蚀。（也就是说，相对湿度应能防止芯片7的防湿性受亏损为好。）更明确点说，相对湿度优选为从40%到50%以下，最优选为从10%以下到20%。尽管在空气中进行退火工序可以降低退火成本，但为了防止集成电路（IC）引出线材料的氧化，还是优选在惰性气体，例如氮气（N2）（非氧化的环境）中进行退火工序。

上述这些工序能够擦除曾写入存储器芯片7中的数据。然后，用ROM写入器15还可以再次将数据写入到存储器7中去（重写）。

（2）数据擦除的机理：

例如上述芯片7有如图2所示的系统结构。即它是由64K位存储器矩阵21，X译码器18，Y译码器17，Y选通20，输出缓冲器19和控制开、启或类似状态的程序逻辑控制电路组成的。作为构成存储器矩阵的每个存储器单元，众所周知均具有用金属氧化物场效应管（以后简称为“MOSFET”）组成，如图3所示的分层栅存储器单元结构。也就是说，N型源区25和N型漏区26都是在P型衬底28上形成的，而P型注入层27敷在沟道部分上，以便将阈电压调整到一个予定值，由多晶硅组成的浮置栅30及控制栅29经由绝缘膜31，例如二氧化硅材料（Si2O）敷在衬底28的主表面上，然后再用铝或类似材料组成的金属电极22，23，24敷在这个衬底的主表面上。

将数据存入EPROM存储器单元的工序可以在漏电极24与控制栅29之间加高电压来实现。漏区26的高电压提高了沟道部分中电子的能量，这些电子成了能够渡越栅氧化膜位垒的电子（即所谓的“热电子”）。这时，热电子被控制栅的高电压所吸引并且注入到浮置栅30中，这样数据就能存在EPROM存储单元中。

当电子积蓄在存储器单元的浮置栅30中时，N-MOSFET的阈电压变得很高而建立一种所谓的“低（L）状态”，甚至于当一个负电位加到栅极（G）23时，在存储器单元中都形成不了沟道。相反，当电子没有 积蓄在浮置栅30中时，存储器单元即处于形成沟道的状态，即建立了所谓“高（H）状态”。从而，使数据能被存储。

这种存储单元数据擦除机理能设想为如下的情况。换言之，因为X射线对材料有很高的穿透能力，所以应能穿过树脂封装的内部而到达浮置栅30。这时，积蓄在浮置栅上的电子能量被X射线的能量所激发，电子又重新成为热电子，它们穿越过氧化膜而被控制栅29所吸引过去或者穿过栅氧化膜被衬底28所吸引。结果就使存储单元中的数据被擦除。应用超过一定能量值的X射线照射的方法，在一定范围内可以擦除存储单元中的数据，但数据的重写却不能以稳定的方式直接得到。（其实验结果将在别处说明）。这是由于X射线的照射，而在存储器单元中产生了损伤而导致的。可以相信，在二氧化硅膜（Si2O）中及硅衬底28中所产生的空穴-电子对中的空穴被牢固地俘获到二氧化硅（Si2O）膜31的能级或栅氧化膜和硅衬底28之间边界的能级。因此，在将数据重写入存在储器单元时，所加在控制栅29上的电压值明显地会被二氧化硅（Si2O）膜中及栅氧化膜与硅衬底之间边界中所俘获的正电荷（空穴）所影响而明显降低，这样，热电子就不能注入到浮置栅30中，或热电子注入量下降，于是就降低了重写特性。进而，由于二氧化硅（Si2O）膜中或在二氧化硅（Si2O）膜31与硅衬底之间边界中所俘获的空穴影响，重写数据的数据保持特性也随之下降。

为了恢复由X射线照射所造成的损伤，进行退火产生热激发而注入电子，用施加在这儿的热能使正电荷被中和或者发生移动。只有在这道工序之后，才能做到能有效，稳定地重写数据的数据擦除。

（3）选择X射线的品质，照射能量，退火条件及类似因素：

X射线照射所用射线的品质，退火条件以及类似因素将参照本发明人所得出的实验数据加以详细说明。

表1说明了这些实验结果，这些实验结果是由于照射X射线（条件为：用铬（Cr）靶，40千伏（KV），30毫安（mA），照射10分钟），通过测量数据擦除特性与泄漏电流并作出综合评判所获得的。试样号1到10是在24小时内以170℃进行退火处理，而试样号11到20是没经退火处理的。擦除特性是用下述方法判断的。即，将电子存贮在所有存贮单元的浮置栅30中。这就是说，所有存贮单元处于“低”（L）状态。其次，照射X射线以擦除数据，然后Vcc（电源电压）逐渐从0伏（V）开始上升，使施加在控制栅29（栅电极23）上的正电位将N-MOS存贮单元导通并把“高”（H）状态写入存贮单元。随后，测出到达读出“高”（H）状态的存取时间。Vcc和存取时间通常显示出一条如图4所示的特性曲线，这条曲线叫“SHMOO”。换言之，由于Vcc是和控制栅电压成比例，所以，Vcc越高，N-MOS晶体管的导通能力越强，即，写“高”（H）状态的能力越强。假如数据没有完全擦掉且电子仍残存于浮置栅的话，那么，对于写入“高”（H）状态来说，较高的Vcc是必要的。换言之;当完全擦除存贮单元和非完全擦除存贮单元相比时，在非完全擦除存贮单元中，由同一Vcc所写的“高”（H）状态更弱，存取时间因而变得很长。图4说明了Vcc和存取时间之间的这种关系，表1列出了在Vccmin    A点处的判断结果，而Vccmin    A是在3000毫微秒的存取时间处的Vcc，那些Vccmin    A在4.5伏（V）以下的存贮单元，被认为是具有良好擦除特性的合格产品。

附带地说一下，上面所说的术语“泄漏电流”描述了照过X射线的存贮单元的电流值与预置额定电流值之间的电流差值，这个预置额定电流是指在存贮器单元的同一衬底上制备的等效MOS器件的栅极上施加预置栅压所产生的流动电流。这个电流表示了X射线造成损伤的程度（或表示为MOS阈电压Vth的波动）。电流差值低于1微安（μA）的那些存贮单元可作为获准通过的产品。

后来的实验证明，仅在X射线照射下的几乎所有存贮单元（试样号11～20）都是合格的产品。而这些存贮单元的Vccmin    A和泄漏电流也显示出比经过退火处理的那些试样（试样号1～10）的Vccmin    A和泄漏电流有较大的变化。因此，可以认为，为了获得良好的擦除特性，退火处理是必要的。

表2说明了实验结果，这些实验结果是通过对存贮单元照射X射线（条件为：铬（Cr）靶，30千伏（KV），40毫安（mA），照射15分钟）并在 24小时内以170℃退火处理而得到的。这些实验结果描述了擦除特性、泄漏电流，重写特性和数据保持特性。结果发现所有存贮单元是令人满意的。数据保持特性描述了在该存贮单元写入数据后的保持期间，存贮单元的数据保持性能。数据保持特性是通过这样方法试验的，先将已存入存贮器单元的数据擦除，接着，将这些数据重新写入存贮器单元，然后，将存贮器单元在预定的加热环境下放置一定时间。那些良好地保持了被重新写入的数据而没被擦除的存贮器单元被认为是合格的产品（o）。数据保持缺陷是指重新写入的数据被擦除掉了。数据保持特性用作所写数据稳定性的尺度。在表2中，数据保持特性是通过在48小时内以150℃对存贮单元进行退火处理来测试的。

表3

退火后    退火后

170℃×4小时    170℃×24小时

试样    第一次X    擦除-第二次X-

号    射线条件    证实    擦除    写特    射线条件    擦除    写特

特性    性    特性    性

1    铬（Cr），30千伏    铬（Cr），30千伏

40毫安    O    O    O    40毫安    O    O

15分钟    15分钟

2    铬（Cr），30千伏    铬（Cr），30千伏

40毫安    O    O    X    40毫安    O    O

10分钟    10分钟

3    铬（Cr），30千伏    铬（Cr），30千伏

40毫安    X    X    X    40毫安    O    O

5分钟    10分钟

对表3中试样号1到3来说，第一次照射X射线是在表中所述条件下进行的，然后进行第一次退火处理，在进行第二次照射X射线之后，实行第二次退火处理。擦写特性在各工序测出并决定存贮单元是合格的产品和不合格的产品。

对试样号2和3，尽管不能由第一次照射X射线和退火处理而得到令 人满意的写特性，但可通过第二次照射X射线和退火处理而将其恢复。

表4

试样号    擦除特性    写特性

1    O    X

2    O    X

3    O    X

4    O    X

5    O    X

表4说明对试样号1到5特性的判断结果。这些试样经40千伏（KV），30毫安（mA），在60分钟内用铬（Cr）靶的X射线照射，然后经受24小时的150℃的退火处理。由于X射线的能量（V2×I×T）太大，因此，甚至是在退火进行时，由于X射线损伤过大而不能获得令人满意的写特性。

表5

退火时间    数据保持

0小时    X

2小时    X

4小时    O

24小时    O

表5说明数据保持特性的测试结果，这些测试结果是通过在15分钟内 用铬（Cr）靶以30千伏（KV）和40毫安（mA），对试样照射X射线并在退火温度固定在170℃时改变退火时间获得的。由这张表可以看出，为了得到良好的数据保持特性，退火必须至少进行4个小时。

表6说明OTPROM的擦除特性的测试结果，这些结果是通过和表5相同的条件下对存贮单元照射X射线，然后在退火温度固定170℃时，改变退火时间所获得的。良好的擦除特性可以在退火进行2小时获得的。

可通过上面所叙述的试验来了解下述特征。

（1）存在X射线照射能量的最佳范围。这个范围是相当宽的（即（1）40千伏（KV）和30毫安（mA），10到15分钟;（2）35千伏（KV）和15毫安（mA），20至25分钟）。

（2）也存在退火条件的最佳范围。由本发明的发明者所进行的实验描述了提供稳定特性的最低温度大约是125℃，鉴于集成电路（IC）外壳材料的耐热性，上限为220℃，而从170℃到220℃则更好一些。为了防止数据保持缺陷的出现，适宜的退火效果应至少4小时。

（3）用铬（Cr）靶产生的X射线提供了令人满意的擦除特性和写特性。要决定X射线的品质，靶的选择是重要的。因此，考虑到应当选择靶的条件，下面将做出简要说明。

也就是说，X射线必须满足一定的要求。即，（1）必须有能量穿透注模成型件而达到芯片，而（2）具有最佳能量值使芯片不至于过度损坏。X射线由连续X射线与标识X射线组成。波长越短，X射线的材料穿透效果就越强，对经X射线的部件的X射线损伤越大。相反，波长越长，穿透效果越低，会使X射线被树脂封装及类似材料所吸收并且不能令人满意地达到芯片。

图8说明根据波长所做的电磁波分类。为满足上述要求，所用的X射线适于在软X射线的范围内。用标识X射线的波长来表示，上面已描述的实验中所用的铬（Cr）标识X射线的波长Kα1和Kα2是从2埃（ ）到3埃（ ）。例如，若用碳（C）代替铬（Cr）靶，所产生的X射线的波长太长，以致使X射线会被树脂封装所吸收而不能令人满意地达到芯片。又例如，若用钨（W），所产生的标识X射线的波长Kα1与Kα2是约0.21埃（ ）并处于硬X射线范围内。因而，X射线波长太短，对存贮器芯片（存贮芯片和外部电路）损伤太大。因此，必须慎重地选择X射线的靶。

简言之，本发明照射低能量X射线（最多约30分钟的短时间软X射线），此后（或同时）通过热激发来恢复X射线所造成的损伤。

下面，描述第一实施例的效果。

首先，可以实现OTPROM的数据擦写。因此，既可以改善检测精度又可以改善产品产量。根据先有技术，如果在某一批产品A中的抽样中发现任一有缺陷的产品，那么这批产品全部都要报废。然而，根据本发明，在图5中增加一个步骤45（虚线框内）是可能的，并且可靠地通过了数据写特性测试的那些合格的产品是能够出厂的。换言之，若在试样抽取后的试样测试（抽样检验）中发现了任一个有缺陷的样品，那么，这批产品要经受一次写和读测试（批检测，批检验，总检测），并且仅仅那些确实判断为有缺陷的产品才报废，而产品的数据可根据本发明的方法擦除掉，然后产品可以出厂。

实施例2

本发明不仅可用于OTPROM，也可用于内装PROM的单片微计算机。如图6所示的单片微计算机由CPU41，RAM42，I/O口43和PROM44组成，并由塑料或相似物注模成型。本发明的发明者实施了对单片微计算机照射X射线，然后将其退火的实验。

实验条件与已叙述的相同，而所进行的实验是使X射线集中在PROM部分上，结果发现，以同样方法和在OTPROM情况下一样，令人非常满意。表7说明这些结果的典型值。

表7

试样号    X射线条件    退火后的擦除特性

1    30千伏（KV），40毫安（mA）    O

15分钟

2    ″    O

3    ″    O

4    ″    O

5    ″    O

6    ″    O

实施例3

本发明可在满足所需条件而无需用人力的情况下使用流水线设备来实现。图7说明这种装置的实例，使用压缩空气传送装置的自动输送机，将集成电路（IC）送到B处，然后使屏蔽罩36与每个集成电路（IC）紧贴，并仅对需要照射的集成电路（IC）部分照射X射线。其次，为恢复X射线的照射损伤，用加热部件38及热气喷嘴进行退火处理。因此，对单片微计算机或类似的器件可以可靠地实现PROM的数据擦除。