CN104464801B - 一种有效提高阻变存储器耐久性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，该方法是在对阻变存储器进行编程操作时，对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲。利用本发明，可以防止编程过程中，由于脉冲宽度过大，而造成硬击穿，从而提高RRAM耐久性。本方法操作方法简单，降低成本低，有利于本发明的广泛推广与应用。

Description

一种有效提高阻变存储器耐久性的方法
技术领域
本发明涉及半导体存储器测试技术领域，尤其涉及一种有效提高阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)耐久性的方法。
背景技术
基于过渡金属氧化物的存储器由于以下特征被认为是作为下一代存储器的候选者：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。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、阻变功能层和下电极构成。
图2是现有的测试RRAM器件的耐久性参数的测试平台的示意图。由于较低的耐久性不利于RRAM的实际应用，主要因为耐久性是判断存储器性能的重要指标，较低的耐久性说明器件的性能容易退化。基于上述现有技术，由于阻变存储器转变时间参数的波动较大，传统测试方法只进行一次编程，因而选择一个较宽的编程脉冲，来确保一次性编程成功。但是脉冲宽度过大，而造成硬击穿，从而降低RRAM的耐久性，因此急需找到一种简单有效的提高RRAM的耐久性的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提供了一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，以解决测试过程RRAM器件上的编程脉冲宽度过大，而容易造成硬击穿，从而提高RRAM耐久性的目的。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，该方法是在对阻变存储器进行编程操作时，对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲。
上述方案中，所述对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲的步骤中，所述编程小脉冲的宽度和数量是根据加载小电流读取阻变存储器的组态来确定的。
上述方案中，所述根据加载小电流读取阻变存储器的组态来确定编程小脉冲的宽度和数量，具体包括：加载脉冲宽度为TP0编程脉冲后，通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若为改变则第二次加载脉冲幅度不变，脉冲宽度为TP0*α编程脉冲，再次通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若仍未改变，再次循环进行，直到阻变存储器的状态发生改变，则进行擦除操作，其中第n次加载编程脉冲宽度为TP0*αn-1，其中α为脉冲宽度变化的幅度，用户可根据实际情况设置。
上述方案中，所述通过读取电流判断阻变存储器所处状态是否改变，具体包括：将半导体参数分析仪通过开关矩阵与阻变存储器的上电极连接，通过阻变存储器的上电极向阻变存储器的阻变功能层施加恒定的小电压，小电压的大小在0.1V，通过读取电流大小，计算出阻变存储器的阻值，进而判断组态是否改变。
上述方案中，该方法还包括：采用传统的擦除操作方法对阻变存储器进行擦除操作，编程操作和擦除操作交替进行，直到阻变存储器失效，记录交替次数，即为测试得到的阻变存储器的耐久性次数。
上述方案中，所述传统的擦除操作方法，是采用脉冲宽度相对较大的擦除脉冲，每次擦除过程对阻变存储器只加载一次擦除脉冲。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，由于现有编程操作需要足够长的脉冲宽度才能保证一次编程成功，所以解决了测试过程RRAM器件上的编程脉冲宽度过大，而容易造成硬击穿，可以发现RRAM的耐久性明显提高。
2、本发明提供的一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，操作简单，降低存储器外围电路设计成本低，实用性强，有利于本发明的广泛推广与应用。
附图说明
图1是阻变存储器的结构示意图；
图2是现有的测试RRAM器件的耐久性参数的测试平台的示意图；
图3是传统方法采用的一个编程和擦除脉冲波形图的示意图；
图4是本发明所采用的一个编程和擦除脉冲波形图的示意图；
图5是本发明提供的一个提高阻变存储器耐久性的实例。
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是传统方法采用的一个编程和擦除脉冲波形图的示意图。由于阻变存储器转变时间参数的波动较大，并且传统方法只进行一次编程，因而选择一个较宽的编程脉冲，来确保一次性编程成功。但是脉冲宽度过大，而造成硬击穿，从而降低RRAM的耐久性。
如图4所示，图4是本发明所采用的一个编程和擦除脉冲波形图的示意图。和图3对比可以发现，本发明提供的这种有效提高阻变存储器耐久性的方法，是在对阻变存储器进行编程操作时，对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲。在对阻变存储器进行擦除操作时，仍采用传统的擦除操作方法对阻变存储器进行擦除操作，传统的擦除操作方法是采用脉冲宽度相对较大的擦除脉冲，每次擦除过程对阻变存储器只加载一次擦除脉冲。编程操作和擦除操作交替进行，直到阻变存储器失效，记录交替次数，即为测试得到的阻变存储器的耐久性次数。
其中，对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲的步骤中，所述编程小脉冲的宽度和数量是根据加载小电流读取阻变存储器的组态来确定的，具体确定过程包括：加载脉冲宽度为TP0编程脉冲后，通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若为改变则第二次加载脉冲幅度不变，脉冲宽度为TP0*α编程脉冲，再次通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若仍未改变，再次循环进行，直到阻变存储器的状态发生改变，则进行擦除操作，其中第n次加载编程脉冲宽度为TP0*αn-1，其中α为脉冲宽度变化的幅度，用户可根据实际情况设置。
其中，所述通过读取电流判断阻变存储器所处状态是否改变，具体包括：如图2所示，将半导体参数分析仪通过开关矩阵与阻变存储器的上电极连接，通过阻变存储器的上电极向阻变存储器的阻变功能层施加恒定的小电压，小电压的大小约在0.1V，通过读取电流大小，计算出阻变存储器的阻值，进而判断组态是否改变。
本发明提供的是一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，操作简单，降低存储器外围电路设计成本低，实用性强，有利于本发明的广泛推广与应用。
实施例
如图5所示，图5是本发明提供的一个提高阻变存储器耐久性的实例。该实例是针对新制备的Ti/ZrO2/Pt器件，上电极为Ti，下电极为Pt，阻变功能层为ZrO2；采用图4所示的编程和擦除脉冲波形进行测试。从图5中可以看出，传统方法测得耐久性次数为104时，器件失效。而利用本发明方法测得耐久性次数为107时，器件失效。由次可以看出，本发明可以明显的提高RRAM器件的耐久性。
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 (3)

1.一种有效提高阻变存储器耐久性的方法，其特征在于，该方法是在对阻变存储器进行编程操作时，对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲；并采用传统的擦除操作方法对阻变存储器进行擦除操作，编程操作和擦除操作交替进行，直到阻变存储器失效，记录交替次数，即为测试得到的阻变存储器的耐久性次数；
其中，所述对阻变存储器加载脉冲宽度变化且脉冲高度保持不变的一系列编程小脉冲的步骤中，所述编程小脉冲的宽度和数量是根据加载小电流读取阻变存储器的组态来确定的，具体包括：加载脉冲宽度为TP0编程脉冲后，通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若未改变则第二次加载脉冲幅度不变，脉冲宽度为TP0*α编程脉冲，再次通过读取电流，判断阻变存储器所处状态是否改变，若仍未改变，再次循环进行，直到阻变存储器的状态发生改变，则进行擦除操作，其中第n次加载编程脉冲宽度为TP0*αn-1，其中α为脉冲宽度变化的幅度。
2.根据权利要求1所述的有效提高阻变存储器耐久性的方法，其特征在于，所述通过读取电流判断阻变存储器所处状态是否改变，具体包括：
将半导体参数分析仪通过开关矩阵与阻变存储器的上电极连接，通过阻变存储器的上电极向阻变存储器的阻变功能层施加恒定的小电压，小电压的大小在0.1V，通过读取电流大小，计算出阻变存储器的阻值，进而判断组态是否改变。
3.根据权利要求1所述的有效提高阻变存储器耐久性的方法，其特征在于，所述传统的擦除操作方法，是采用脉冲宽度相对较大的擦除脉冲，每次擦除过程对阻变存储器只加载一次擦除脉冲。
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