相變存儲器的測試方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及半導體集成電路的技術領域，具體而言，涉及一種相變存儲器的測試方法。
【背景技術】
[0002]相變存儲器(Phase Change Memory, PCM)是一種非易失性存儲器件，它是利用相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)時的導電性差異來存儲數(shù)據(jù)。相變存儲器具有讀取速度高、可擦寫次數(shù)高、元器件尺寸小、抗強震動和抗輻射等優(yōu)點，廣泛應用于數(shù)碼相機、音樂播放器和電話機等領域，成為取代閃速存儲器的最主流產品。
[0003]在非晶態(tài)下，相變材料具有短距離的原子能級和較低的自由電子密度，使其具有較高的電阻(可超過1兆歐)。由于這種狀態(tài)通常出現(xiàn)在RESET(擦操作)之后，因此一般將非晶態(tài)稱其為RESET態(tài)。在晶態(tài)下，相變材料具有長距離的原子能級和較高的自由電阻密度，從而具有較低的電阻(通常為1?10千歐)。由于這種狀態(tài)通常出現(xiàn)在SET (寫操作)之后，因此一般將晶態(tài)稱為SET態(tài)。
[0004]相變存儲器的工作原理是利用脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)和晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻和晶態(tài)時的低阻實現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。其中，擦操作(RESET)的具體過程為:當施加一個短且強的脈沖信號使器件單元中的相變材料溫度升高至熔化溫度以上，再經過快速冷卻，從而實現(xiàn)相變材料由晶態(tài)轉為非晶態(tài)。寫操作(SET)的具體過程為:當施加一個長且中等強度的脈沖信號使相變材料溫度升至熔化溫度之下，結晶溫度之上以后，保持一段時間促使晶核生長，從而實現(xiàn)相變材料由非晶態(tài)到晶態(tài)的轉換。讀操作的具體過程為:當施加一個對相變材料的狀態(tài)不會產生影響的很弱的脈沖信號后，通過測量器件單元的電阻值來讀取它的狀態(tài)。
[0005]目前，相變存儲器的發(fā)展方向是降低功耗，而相變存儲器的功耗與相變材料的相轉變(相轉變所需的能耗，例如RESET電流等)密切相關。因此，獲取相變材料的電阻能夠為設計人員降低相變存儲器的功耗提供理論支持。在相變存儲器的工作過程中，相變材料的相轉變(RESET態(tài)和SET態(tài)之間的轉變)有時會發(fā)生失效，即相變材料由RESET態(tài)轉向SET態(tài)的工作不正常，或相變材料由SET態(tài)轉向RESET態(tài)的工作不正常，從而使得相變存儲器無法正常工作。針對上述問題，目前還沒有有效的解決方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本申請旨在提供一種相變存儲器的測試方法，以檢測出相變存儲器中的相轉變工作是否正常。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N相變存儲器的測試方法，該測試方法包括以下步驟:讀取相變存儲器中的相變材料的相狀態(tài)，并記為第一相態(tài)；向相變存儲器施加第一組脈沖信號，第一組脈沖信號包括信號幅度遞增的第1次至第η次脈沖信號，設定第一組脈沖信號的信號幅度的參考上限值為Ka，設定第1次脈沖信號的信號幅度為Kb，并讀取每次施加第一組脈沖信號之后的相變材料的相狀態(tài)；向相變存儲器施加信號幅度κη =Kb+c (n-1) Kb的第n次脈沖信號，其中c為常數(shù)，如果Kn < Ka且相變材料的相狀態(tài)轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常，如果Kn > Ka且相變材料的相狀態(tài)未轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作不正常；其中，第一相態(tài)為RESET態(tài)，第二相態(tài)為SET態(tài)；或第一相態(tài)為SET態(tài)，第二相態(tài)為RESET態(tài)。
[0008]進一步地，相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常時，測試方法還包括以下步驟:向相變存儲器施加第二組脈沖信號，第二組脈沖信號包括信號幅度遞增的第1次至第m次脈沖信號，設定第二組脈沖信號的信號幅度的參考上限值為Kd，設定第1次脈沖信號的信號幅度為&，并讀取每次施加第二組脈沖信號之后的相變材料的相狀態(tài)；向相變存儲器施加信號幅度L = Ke+f(m-l)Ke的第m次脈沖信號，其中f為常數(shù)，如果I < Kd且相變材料的相狀態(tài)轉變?yōu)榈谝幌鄳B(tài)，說明相變材料由第二相態(tài)轉向第一相態(tài)的工作正常，如果& > Kd且相變材料的相狀態(tài)未轉變?yōu)榈谝幌鄳B(tài)，說明相變材料由第二相態(tài)轉向第一相態(tài)的工作不正常。
[0009]進一步地，測試方法在以下時段之后終止:相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作不正常；或相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常；或相變材料由第二相態(tài)轉向第一相態(tài)的工作正常；或相變材料由第二相態(tài)轉向第一相態(tài)的工作不正常。
[0010]進一步地，讀取相變材料的相狀態(tài)的步驟包括:對相變存儲器執(zhí)行讀操作，以獲得相變材料的真實電阻；將真實電阻和參考電阻進行比較，如果真實電阻大于參考電阻，則相變材料的相狀態(tài)為RESET態(tài)，如果真實電阻小于參考電阻，則相變材料的相狀態(tài)為SET態(tài)。
[0011]進一步地，對相變存儲器執(zhí)行讀操作的步驟包括:在相變材料上施加測試電壓和測試電流；根據(jù)測試電壓和測試電流計算得出真實電阻。
[0012]進一步地，相變材料為硫GeSbTe合金，參考電阻為50?200ΚΩ。
[0013]進一步地，第一組脈沖信號為脈沖電壓，第一組脈沖信號的信號幅度為第一組脈沖信號的脈沖寬度，且第一組脈沖信號中，Ka = 3?5V，Kb = 1?3V，c = 0.05?0.3。
[0014]進一步地，第一組脈沖信號中，Ka = 5V, Kb = 2V，c = 0.1。
[0015]進一步地，第二組脈沖信號為脈沖電壓，第二組脈沖信號的信號幅度為所第二組脈沖信號的脈沖寬度，且第二組脈沖信號中，Kd = 3?5V，Ke = 1?3V，f = 0.05?0.3。
[0016]進一步地，第二組脈沖信號中，Kd = 5V, Ke = 2V，f = 0.1。
[0017]應用本申請的技術方案，通過讀取相變存儲器中的相變材料的相狀態(tài)，并記為第一相態(tài)，然后向相變存儲器施加第一組脈沖信號，其中向相變存儲器施加信號幅度κη =Kb+c (n-1) Kb的第n次脈沖信號時，如果Kn < Ka且相變材料的相狀態(tài)轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常，如果Kn >匕且相變材料的相狀態(tài)未轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作不正常。因此，上述測試方法能夠檢測出相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作是夠正常。進一步地，通過在讀取每次施加第一組脈沖信號之后的相變材料的相狀態(tài)的步驟中，對相變存儲器執(zhí)行讀操作以獲得相變材料的真實電阻，從而實現(xiàn)了獲取相變材料的電阻的目的。
【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了本申請實施方式所提供的相變存儲器的測試方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本申請。
[0021]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0022]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0023]正如【背景技術】中所介紹的，現(xiàn)有技術中無法檢測出相變存儲器中的相轉變工作是否正常。針對上述問題，本申請的發(fā)明人進行了研究，提出了一種相變存儲器的測試方法。如圖1所示，該該測試方法包括以下步驟:讀取相變存儲器中的相變材料的相狀態(tài)，并記為第一相態(tài)；向相變存儲器施加第一組脈沖信號，第一組脈沖信號包括信號幅度遞增的第1次至第η次脈沖信號，設定第一組脈沖信號的信號幅度的參考上限值為Ka，設定第1次脈沖信號的信號幅度為Kb，并讀取每次施加第一組脈沖信號之后的相變材料的相狀態(tài)；向相變存儲器施加信號幅度Kn = Kb+c(n-l)Kb的第η次脈沖信號，其中c為常數(shù)，如果Kn < Ka且相變材料的相狀態(tài)轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常，如果Kn > Ka且相變材料的相狀態(tài)未轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作不正常；其中，第一相態(tài)為RESET態(tài)，第二相態(tài)為SET態(tài)；或第一相態(tài)為SET態(tài)，第二相態(tài)為RESET態(tài)。
[0024]上述測試方法通過讀取相變存儲器中的相變材料的相狀態(tài)，并記為第一相態(tài)，然后向相變存儲器施加第一組脈沖信號，其中向相變存儲器施加信號幅度Kn = Kb+c (n-l)Kb的第η次脈沖信號時，如果Kn < Ka且相變材料的相狀態(tài)轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作正常，如果Kn > Ka且相變材料的相狀態(tài)未轉變?yōu)榈诙鄳B(tài)，說明相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作不正常。因此，上述測試方法能夠檢測出相變材料由第一相態(tài)轉向第二相態(tài)的工作是夠正常。進一步地，通過在讀取每次施加第一組脈沖信號之后的相變材料的相狀態(tài)的步驟中，對相變存儲器執(zhí)行讀操作以獲得相變材料的真實電阻，從而實現(xiàn)了獲取相變材料的電阻的目的。
[0025]下面將更詳細地描述根據(jù)本申請?zhí)峁┑臏y試方法的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員。
[0026]首先，讀取相變存儲器中的相變材料的相狀態(tài)，并記為第一相態(tài)。在該步驟中，第一相態(tài)可以為RESET態(tài)或RESET態(tài)。優(yōu)選地，該步驟包括:對相變存儲器執(zhí)行讀操作，以獲得相變材料的真實電阻；將真實電阻和參考電阻進行比較，如果真實電阻大于參考電阻，則相變材料的相狀態(tài)為RESET態(tài)，如果真實電阻小于參考電阻，則相變材