CN104134468B - 对rram存储器耐久性参数进行测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对RRAM存储器耐久性参数进行测试的方法，该方法包括：判断RRAM存储器当前所处的状态，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲；连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，并在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，在RRAM存储器失效时记录最后使RRAM器件失效的加载编程脉冲和擦除脉冲次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n‑1次，其中L_n＝n‑1，n为自然数。利用本发明，极大加快了待测器件耐久性参数的获取。

Description

对RRAM存储器耐久性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存储器耐久性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器件，其结构如图1所示，从上至下依次由上电极、阻变功能层、下电极构成。图2是常用的对RRAM存储器的耐久性参数进行测试的测试平台的结构示意图。由于图2的半导体参数分析仪对RRAM存储器耐久性参数进行测试时，不能自动判断RRAM器件当前所处状态，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存储器耐久性参数的测试方法，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存储器耐久性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耐久性参数，以及得到耐久性参数随循环次数的变化规律。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对RRAM存储器耐久性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，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲；

步骤2：连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，并在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，在RRAM存储器失效时记录最后使RRAM器件失效的加载编程脉冲和擦除脉冲次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次，其中L_n＝n-1，n为自然数。

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。所述小电压的范围在0.1V至0.3V之间。

上述方案中，步骤1中所述判断RRAM存储器当前所处的状态，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是擦除脉冲。

上述方案中，所述步骤2包括：在向RRAM存储器加载了10^L₁次编程脉冲和擦除脉冲后即第1个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；在向RRAM存储器加载了10^L₂次编程脉冲和擦除脉冲后即第2个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；以此类推，在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后即第n个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；如果在第n个测试周期，即向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器所处的状态，发现RRAM存储器失效，则记录最后使RRAM器件失效的次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次。

上述方案中，步骤2中所述在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，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。所述小电压的范围在0.1V至0.3V之间。

上述方案中，步骤2中所述连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，其中一个编程脉冲和一个擦除脉冲为一个脉冲周期，且编程脉冲和擦除脉冲二者的脉冲高度和脉冲宽度保持不变。

(三)有益效果

本发明提供的对RRAM存储器耐久性参数进行测试的方法，用户只需输入待测器件存储器耐久性参数测试所需的具体电压、脉冲宽度、判断RRAM器件状态的循环间隔次数10^L_n等条件，就能够自动地计算出每次加载到RRAM器件上编程和擦除脉冲的数目，当前操作达到预定的间隔次数时，可以自动地切换开关矩阵，转入直流模式，加载小电流，判断RRAM器件当前所处的状态并记录下来，一旦判断出RRAM器件失效，则测试结束，记录间隔次数10^L_n，否则继续循环测试。由于传统耐久性参数测试需要大量的时间，人为操控困难，所以本发明极大加快了待测器件耐久性参数的获取。

附图说明

图1是RRAM器结构的示意图；

图2是常用的对RRAM器件的耐久性参数进行测试平台的示意图；

图3是本发明提供的对RRAM存储器耐久性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器件器耐久性参数进行测试的方法流程图；

图5是向RRAM器件加载的编程脉冲和擦除脉冲的示意图。

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。

如图3所示，图3是本发明提供的对RRAM存储器耐久性参数进行测试的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1：判断RRAM存储器当前所处的状态，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是擦除脉冲；其中，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。

步骤2：连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，并在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，在RRAM存储器失效时记录最后使RRAM器件失效的加载编程脉冲和擦除脉冲次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次，其中L_n＝n-1，n为自然数。另外，加载脉冲次数10^Ln是作为耐久性统计常用的间隔，也可根据用户实际需要自行设置。

具体而言，在向RRAM存储器加载了10^L₁次编程脉冲和擦除脉冲后即第1个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；在向RRAM存储器加载了10^L₂次编程脉冲和擦除脉冲后即第2个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；以此类推，在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后即第n个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；如果在第n个测试周期，即向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器所处的状态，发现RRAM存储器失效，则记录最后使RRAM器件失效的次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次。

其中，步骤2中所述在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，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。

基于图3所示的对RRAM存储器耐久性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存储器耐久性参数进行测试的流程图，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：

首先用户对RRAM参数进行配置，然后对RRAM器件加载一个小电压，读出通过RRAM器件的电流，根据读出的电流计算出电阻R即可判断RRAM器件当前所处的状态是高阻态还是低阻态，针对RRAM器件的当前状态，来确定起始加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲。若R小于击穿电阻Rf，则RRAM器件已被击穿，结束操作；否则切换开关矩阵至脉冲模式，不断地向RRAM器件加载编程和擦除脉冲，记录循环次数Cycle，当循环次数大于10^L时，记录脉冲循环间隔标记L＝L+1；然后在继续判断RRAM器件当前所处的状态，直至在第10^L_n-1个测试周期RRAM器件失效，即得到耐久性参数为10^L_n-1次，测试结束。然后根据测试过程中在不同的循环次数后得到的RRAM器件的状态(即耐久性)，可得出该RRAM器件耐久性与循环次数的变化规律，流程图中的参数名称所对应的含义如下表1：

表1

图5是向RRAM器件加载的编程脉冲和擦除脉冲的示意图。一个编程脉冲和一个擦除脉冲为一个脉冲周期，并且编程脉冲和擦除脉冲的脉冲高度和脉冲宽度保持不变。

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 (6)

1.一种对RRAM存储器耐久性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，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲；

步骤2：连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，并在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，在RRAM存储器失效时记录最后使RRAM器件失效的加载编程脉冲和擦除脉冲次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次，其中L_n＝n-1，n为自然数；

其中，所述步骤2包括：在向RRAM存储器加载了10^L₁次编程脉冲和擦除脉冲后即第1个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；在向RRAM存储器加载了10^L₂次编程脉冲和擦除脉冲后即第2个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；以此类推，在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后即第n个测试周期，测试RRAM存储器所处的状态是否失效；如果在第n个测试周期，即向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器所处的状态，发现RRAM存储器失效，则记录最后使RRAM器件失效的次数10^L_n，即得到耐久性参数为10^L_n-1次；

步骤2中所述连续交替的向RRAM存储器加载编程脉冲和擦除脉冲，其中一个编程脉冲和一个擦除脉冲为一个脉冲周期，且编程脉冲和擦除脉冲二者的脉冲高度和脉冲宽度保持不变。

2.根据权利要求1所述的对RRAM存储器耐久性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。

3.根据权利要求2所述的对RRAM存储器耐久性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2所述的对RRAM存储器耐久性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，以确定起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲还是擦除脉冲，如果RRAM存储器当前所处的状态是高阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是编程脉冲；如果RRAM存储器当前所处的状态是低阻态，则起始向RRAM存储器加载的脉冲是擦除脉冲。

5.根据权利要求1所述的对RRAM存储器耐久性参数进行测试的方法，其特征在于，步骤2中所述在向RRAM存储器加载了10^L_n次编程脉冲和擦除脉冲后测试RRAM存储器的状态是否失效，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。

6.根据权利要求5所述的对RRAM存储器耐久性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。