CN104134463A - 一种对rram存储器保持时间参数进行测试的方法 - Google Patents

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龙世兵
王国明
张美芸
李阳
许晓欣
刘红涛
吕杭炳
刘琦
刘明
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Abstract

本发明公开了一种对RRAM存储器的保持时间参数进行测试的方法，包括：判断RRAM存储器当前所处的状态，根据RRAM存储器所处状态，给RRAM存储器加载用户设定编程电压或擦除电压；加载编程电压时，通过不断地读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，加载擦除电压，并记录RRAM存储器从加载编程电压到状态改变所需时间，即RRAM存储器编程保持时间；加载擦除电压时，通过不断地读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，加载编程电压，并记录RRAM存储器从加载擦除电压到状态改变所需时间，即RRAM存储器擦除保持时间。

Description

一种对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法
技术领域
本发明涉及半导体存储器测试技术领域，尤其涉及一种对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法。
背景技术
作为下一代存储器的候选者必须具有以下特征：可缩小性好、存储密度高、功耗低、读写速度快、反复操作耐受力强、数据保持时间长、与CMOS工艺兼容等。阻变存储器，即在两个电阻态之间可以相互转换的存储器，是下一代非挥发性存储器中具有潜在应用前景的存储器。然而，在实际应用中所面临的最重要的挑战之一就是其转变参数的涨落。很好地控制这些参数的变化能够降低阻变器件的波动性，提高器件可靠性。存储器脉冲参数主要包括存储器状态(高阻态或低阻态)、保持时间和耐久性等。
这里介绍常见的一种RRAM存储器，其结构如图1所示，从上至下依次由上电极、阻变功能层和下电极构成。图2是常用的对RRAM存储器的保持时间参数进行测试的测试平台的结构示意图。由于图2中的半导体参数分析仪对RRAM存储器保持时间参数进行测试时，不能自动判断RRAM存储器当前所处状态，需要操作者观察手动操作，统计测试需要大量的数据，因而测试统计过程浪费大量的时间和人力。基于上述现有技术中对RRAM存储器保持时间参数的测试方法，可以看出传统的测试方法急需改进。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提供了一种对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，以方便快速自动的获取存储器件恒定电压幅度的保持时间，以及得到保持时间参数随电压幅度变化规律。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，该方法包括：
步骤1：判断RRAM存储器当前所处的状态，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则向RRAM存储器加载编程电压，执行步骤2；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则向RRAM存储器加载擦除电压，执行步骤3；
步骤2：在向RRAM存储器加载编程电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变，停止向RRAM存储器加载编程电压，并记录RRAM存储器从加载编程电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器编程保持时间，结束；
步骤3：在向RRAM存储器加载擦除电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，停止向RRAM存储器加载擦除电压，井记录RRAM存储器从加载擦除电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器擦除保持时间。
上述方案中，步骤1中所述判断RRAM存储器当前所处的状态，是通过向RRAM存储器加载一个小电压实现的，具体包括：向RRAM存储器加载一个小电压，读出通过RRAM存储器的电流，根据读出的电流即可判断RRAM存储器当前所处的状态是高阻态还是低阻态。所述小电压的范围在0.1V至0.3V之间。
上述方案中，所述编程电压或该擦除电压均是一个恒定的小电压，范围在0.1V至0.3V之间。
上述方案中，步骤2中所述停止向RRAM存储器加载编程电压后，进一步包括：改为向RRAM存储器加载擦除电压。
上述方案中，步骤3中所述停止向RRAM存储器加载擦除电压后，进一步包括：改为向RRAM存储器加载编程电压。
上述方案中，该方法还包括：重复执行步骤1至步骤3，通过加载不同幅度的编程电压或擦除电压，并记录下不同幅度的编程电压或擦除电压下保持时间的多个值，进而得到保持时间的变化规律。
(三)有益效果
本发明提供的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，用户只需输入设定RRAM存储器高低组态的分界阻值Rd及RRAM存储器硬击穿电阻Rf，程序可以自动地判断RRAM存储器当前所处的状态，然后针对RRAM存储器所处状态加载编程电压或者擦除电压，通过不断地读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，加载相反的电压。由于保持时间的测试，通常是在电压很低的情况下进行的，RRAM存储器的编程和擦除时间会很长，并且随机性很大。这种方法可以明显提高测试效率。
附图说明
图1是RRAM器结构的示意图；
图2是RRAM存储器的保持时间参数进行测试平台的示意图；
图3是本发明提供的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法流程图；
图4是依照本发明实施例的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的示意图；
图5是依照图4对RRAM存储器保持时间参数进行测试的结果的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种对RRAM存储器的保持时间参数进行测试的方法，包括：判断RRAM存储器当前所处的状态，根据RRAM存储器所处状态，给RRAM存储器加载用户设定编程电压或擦除电压；加载编程电压时，通过不断地读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，加载擦除电压，并记录RRAM存储器从加载编程电压到状态改变所需时间，即RRAM存储器编程保持时间；加载擦除电压时，通过不断地读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，加载编程电压，并记录RRAM存储器从加载擦除电压到状态改变所需时间，即RRAM存储器擦除保持时间。
如图3所示，图3是本发明提供的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法流程图，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：判断RRAM存储器当前所处的状态，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则向RRAM存储器加载编程电压，执行步骤2；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则向RRAM存储器加载擦除电压，执行步骤3；其中，该编程电压或该擦除电压均是一个恒定的小电压，范围在0.1V至0.3V之间。
步骤2：在向RRAM存储器加载编程电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变，停止向RRAM存储器加载编程电压，改为向RRAM存储器加载擦除电压，否则一直加载编程电压，并记录RRAM存储器从加载编程电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器编程保持时间，结束；
步骤3：在向RRAM存储器加载擦除电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，停止向RRAM存储器加载擦除电压，改为向RRAM存储器加载编程电压，否则一直加载擦除电压，并记录RRAM存储器从加载擦除电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器擦除保持时间。
在步骤1中，判断RRAM存储器当前所处的状态，是通过向RRAM存储器加载一个小电压来实现的，具体包括：向RRAM存储器加载一个小电压，读出通过RRAM存储器的电流，根据读出的电流即可判断RRAM存储器当前所处的状态是高阻态还是低阻态。该小电压的范围在0.1V至0.3V之间。
上述方案中，对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，还包括：重复执行步骤1至步骤3，通过加载不同幅度的编程电压或擦除电压，并记录下不同幅度的编程电压或擦除电压下保持时间的多个值，进而得到保持时间的变化规律。
基于图3所示的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法流程图，图4示出了依照本发明实施例的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的示意图，该实施例中的参数名称所对应的含义如下表1所示，该实施例包括如下步骤：
步骤10：判断RRAM存储器初始状态R，设置高低组态的分界阻值R；设置RRAM存储器硬击穿电阻Rf；设置编程成功的电阻最大值SET_Rmax；设置擦出成功的电阻最小值RESET_Rmin；设置探针SMU_Pin与开关矩阵连接端口SMU连接关系；
步骤20：若R小于RRAM存储器硬击穿电阻，则执行步骤60；否则执行下一步；
步骤30：判断RRAM存储器当前所处的状态R；若R大于SET_Rmax则执行步骤40，若R小于RESET_Rmax则执行步骤50，否则执行步骤20；
步骤40：向RRAM存储器加载设定编程电压SET_V，通过读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态R，执行步骤20；
步骤50：向RRAM存储器加载设定擦出电压RESET_V，通过读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM状态R，执行步骤20；
步骤60：停止操作。
表1
图5是依照图4对RRAM存储器保持时间参数进行测试的结果的示意图。在RRAM存储器上加载恒定的电压，同时设定好限流，防止RRAM存储器硬击穿，由测试结果的示意图可以看出，RRAM存储器在加载恒压后一段时间，阻值在某一时刻发生转变，电流在该时刻，迅速上升。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：判断RRAM存储器当前所处的状态，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则向RRAM存储器加载编程电压，执行步骤2；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则向RRAM存储器加载擦除电压，执行步骤3；
步骤2：在向RRAM存储器加载编程电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变，停止向RRAM存储器加载编程电压，并记录RRAM存储器从加载编程电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器编程保持时间，结束；
步骤3：在向RRAM存储器加载擦除电压时，持续读取通过RRAM存储器的电流，判断RRAM存储器的状态，直至RRAM存储器所处状态发生改变后，停止向RRAM存储器加载擦除电压，并记录RRAM存储器从加载擦除电压到状态改变所需的时间，该时间即RRAM存储器擦除保持时间。
2.根据权利要求1所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，步骤1中所述判断RRAM存储器当前所处的状态，是通过向RRAM存储器加载一个小电压实现的，具体包括：
向RRAM存储器加载一个小电压，读出通过RRAM存储器的电流，根据读出的电流即可判断RRAM存储器当前所处的状态是高阻态还是低阻态。
3.根据权利要求2所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，所述小电压的范围在0.1V至0.3V之间。
4.根据权利要求1所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，所述编程电压或该擦除电压均是一个恒定的小电压，范围在0.1V至0.3V之间。
5.根据权利要求1所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，步骤2中所述停止向RRAM存储器加载编程电压后，进一步包括：改为向RRAM存储器加载擦除电压。
6.根据权利要求1所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，步骤3中所述停止向RRAM存储器加载擦除电压后，进一步包括：改为向RRAM存储器加载编程电压。
7.根据权利要求1所述的对RRAM存储器保持时间参数进行测试的方法，其特征在于，该方法还包括：
重复执行步骤1至步骤3，通过加载不同幅度的编程电压或擦除电压，并记录下不同幅度的编程电压或擦除电压下保持时间的多个值，进而得到保持时间的变化规律。
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