對rram存儲器耐久性參數進行測試的方法
2023-04-28 03:54:11
對rram存儲器耐久性參數進行測試的方法
【專利摘要】本發明公開了一種對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，該方法包括：判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝；連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，並在向RRAM存儲器加載了10^Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，在RRAM存儲器失效時記錄最後使RRAM器件失效的加載編程脈衝和擦除脈衝次數10^Ln，即得到耐久性參數為10^Ln-1次，其中Ln＝n-1，n為自然數。利用本發明，極大加快了待測器件耐久性參數的獲取。
【專利說明】對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體存儲器測試【技術領域】，尤其涉及一種對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法。
【背景技術】
[0002]作為下一代存儲器的候選者必須具有以下特徵:可縮小性好、存儲密度高、功耗低、讀寫速度快、反覆操作耐受力強、數據保持時間長、與CMOS工藝兼容等。阻變存儲器，即在兩個電阻態之間可以相互轉換的存儲器，是下一代非揮發性存儲器中具有潛在應用前景的存儲器。然而，在實際應用中所面臨的最重要的挑戰之一就是其轉變參數的漲落。很好地控制這些參數的變化能夠降低阻變器件的波動性，提高器件可靠性。存儲器脈衝參數主要包括存儲器狀態(高阻態或低阻態)、保持時間和耐久性等。
[0003]這裡介紹常見的一種RRAM器件，其結構如圖1所示，從上至下依次由上電極、阻變功能層、下電極構成。圖2是常用的對RRAM存儲器的耐久性參數進行測試的測試平臺的結構示意圖。由於圖2的半導體參數分析儀對RRAM存儲器耐久性參數進行測試時，不能自動判斷RRAM器件當前所處狀態，需要操作者觀察手動操作，統計測試需要大量的數據，因而測試統計過程浪費大量的時間和人力。基於上述現有技術中對RRAM存儲器耐久性參數的測試方法，可以看出傳統的測試方法急需改進。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，以方便快速自動的獲取存儲器件恆定電壓幅度的耐久性參數，以及得到耐久性參數隨循環次數的變化規律。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發明提供了一種對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，該方法包括:
[0008]步驟1:判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝；
[0009]步驟2:連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，並在向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，在RRAM存儲器失效時記錄最後使RRAM器件失效的加載編程脈衝和擦除脈衝次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次，其中Ln = η-1, η為自然數。
[0010]上述方案中，步驟I中所述判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括:向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態。所述小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
[0011]上述方案中，步驟I中所述判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝，如果RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝；如果RRAM存儲器當前所處的狀態是低阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是擦除脈衝。
[0012]上述方案中，所述步驟2包括:在向RRAM存儲器加載了 KTL1次編程脈衝和擦除脈衝後即第I個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；在向RRAM存儲器加載了10~L2次編程脈衝和擦除脈衝後即第2個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；以此類推，在向RRAM存儲器加載了 10\次編程脈衝和擦除脈衝後即第η個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；如果在第η個測試周期，即向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器所處的狀態，發現RRAM存儲器失效，則記錄最後使RRAM器件失效的次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次。
[0013]上述方案中，步驟2中所述在向RRAM存儲器加載了 10~1^次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括:向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態。所述小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
[0014]上述方案中，步驟2中所述連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，其中一個編程脈衝和一個擦除脈衝為一個脈衝周期，且編程脈衝和擦除脈衝二者的脈衝高度和脈衝寬度保持不變。
[0015](三)有益效果
[0016]本發明提供的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，用戶只需輸入待測器件存儲器耐久性參數測試所需的具體電壓、脈衝寬度、判斷RRAM器件狀態的循環間隔次數10~Ln等條件，就能夠自動地計算出每次加載到RRAM器件上編程和擦除脈衝的數目，當前操作達到預定的間隔次數時，可以自動地切換開關矩陣，轉入直流模式，加載小電流，判斷RRAM器件當前所處的狀態並記錄下來，一旦判斷出RRAM器件失效，則測試結束，記錄間隔次數10~Ln，否則繼續循環測試。由於傳統耐久性參數測試需要大量的時間，人為操控困難，所以本發明極大加快了待測器件耐久性參數的獲取。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是RRAM器結構的示意圖；
[0018]圖2是常用的對RRAM器件的耐久性參數進行測試平臺的示意圖；
[0019]圖3是本發明提供的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法流程圖；
[0020]圖4是依照本發明實施例的對RRAM器件器耐久性參數進行測試的方法流程圖；
[0021]圖5是向RRAM器件加載的編程脈衝和擦除脈衝的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0023]如圖3所示，圖3是本發明提供的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0024]步驟1:判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝，如果RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝；如果RRAM存儲器當前所處的狀態是低阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是擦除脈衝；其中，判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括:向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態；該小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
[0025]步驟2:連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，並在向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，在RRAM存儲器失效時記錄最後使RRAM器件失效的加載編程脈衝和擦除脈衝次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次，其中Ln = η-1, η為自然數。另外，加載脈衝次數10~Ln是作為耐久性統計常用的間隔，也可根據用戶實際需要自行設置。
[0026]具體而言，在向RRAM存儲器加載了 KTL1次編程脈衝和擦除脈衝後即第I個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；在向RRAM存儲器加載了 10~L2次編程脈衝和擦除脈衝後即第2個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；以此類推，在向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後即第η個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；如果在第η個測試周期，即向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器所處的狀態，發現RRAM存儲器失效，則記錄最後使RRAM器件失效的次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次。
[0027]其中，步驟2中所述在向RRAM存儲器加載了 10~1^次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括:向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態；該小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
[0028]基於圖3所示的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法流程圖，圖4示出了依照本發明實施例的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的流程圖，該實施例中的參數名稱所對應的含義如下表I所示，該實施例包括如下步驟:
[0029]首先用戶對RRAM參數進行配置，然後對RRAM器件加載一個小電壓，讀出通過RRAM器件的電流，根據讀出的電流計算出電阻R即可判斷RRAM器件當前所處的狀態是高阻態還是低阻態，針對RRAM器件的當前狀態，來確定起始加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝。若R小於擊穿電阻Rf，則RRAM器件已被擊穿，結束操作；否則切換開關矩陣至脈衝模式，不斷地向RRAM器件加載編程和擦除脈衝,記錄循環次數Cycle,當循環次數大於10~L時,記錄脈衝循環間隔標記L = L+1 ;然後在繼續判斷RRAM器件當前所處的狀態，直至在第KTLlri個測試周期RRAM器件失效，即得到耐久性參數為KTLlri次，測試結束。然後根據測試過程中在不同的循環次數後得到的RRAM器件的狀態(即耐久性)，可得出該RRAM器件耐久性與循環次數的變化規律，流程圖中的參數名稱所對應的含義如下表1:
[0030]表I
[0031]
【權利要求】
1.一種對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，該方法包括: 步驟1:判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝； 步驟2:連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，並在向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，在RRAM存儲器失效時記錄最後使RRAM器件失效的加載編程脈衝和擦除脈衝次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次，其中Ln = η-1，η為自然數。
2.根據權利要求1所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，步驟I中所述判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括: 向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態。
3.根據權利要求2所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，所述小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
4.根據權利要求2所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，步驟I中所述判斷RRAM存儲器當前所處的狀態，以確定起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝還是擦除脈衝，如果RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是編程脈衝；如果RRAM存儲器當前所處的狀態是低阻態，則起始向RRAM存儲器加載的脈衝是擦除脈衝。
5.根據權利要求1所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，所述步驟2包括: 在向RRAM存儲器加載了 KTL1次編程脈衝和擦除脈衝後即第I個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；在向RRAM存儲器加載了 1012次編程脈衝和擦除脈衝後即第2個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；以此類推，在向RRAM存儲器加載了10~1^次編程脈衝和擦除脈衝後即第η個測試周期，測試RRAM存儲器所處的狀態是否失效；如果在第η個測試周期，即向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器所處的狀態，發現RRAM存儲器失效，則記錄最後使RRAM器件失效的次數10~Ln，即得到耐久性參數為KTLlri次。
6.根據權利要求1所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，步驟2中所述在向RRAM存儲器加載了 10~Ln次編程脈衝和擦除脈衝後測試RRAM存儲器的狀態是否失效，是通過向RRAM存儲器加載一個小電壓來實現的，具體包括: 向RRAM存儲器加載一個小電壓，讀出通過RRAM存儲器的電流，根據讀出的電流即可判斷RRAM存儲器當前所處的狀態是高阻態還是低阻態。
7.根據權利要求6所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，所述小電壓的範圍在0.1V至0.3V之間。
8.根據權利要求1所述的對RRAM存儲器耐久性參數進行測試的方法，其特徵在於，步驟2中所述連續交替的向RRAM存儲器加載編程脈衝和擦除脈衝，其中一個編程脈衝和一個擦除脈衝為一個脈衝周期，且編程脈衝和擦除脈衝二者的脈衝高度和脈衝寬度保持不變。
【文檔編號】G11C29/56GK104134468SQ201410377423
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】龍世兵, 王國明, 張美芸, 李陽, 許曉欣, 劉紅濤, 呂杭炳, 劉琦, 劉明 申請人:中國科學院微電子研究所