一種對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，包括：探針臺，用于承載待測阻變存儲器陣列；探針卡，用于實現(xiàn)硬件地址電路與待測阻變存儲器陣列的良好連接；硬件地址選擇電路，用于完成待測阻變存儲器陣列指定端口的地址譯碼和選通工作；恒壓源表，用于向硬件地址選擇電路提供直流電壓；測量源表，用于提供器件測試所需要的操作電壓；控制主機，用于控制整個系統(tǒng)進行不同類型的測試操作，并完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。針對具有特殊結(jié)構(gòu)阻變存儲器陣列的性能無法評估的問題，本發(fā)明利用現(xiàn)有實驗設(shè)備，不僅低成本地實現(xiàn)了器件性能的測試和評估，而其為后續(xù)其它陣列結(jié)構(gòu)器件的測試和檢測提供了一種思路和方法。
【專利說明】一種對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子學中的半導體測試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種對具有如CrossBar、 1T1R結(jié)構(gòu)的新型阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 大容量存儲時代的來臨，使得存儲技術(shù)已經(jīng)成為了半導體工藝進步的主要驅(qū)動力 并左右了全球的半導體市場。半導體存儲器產(chǎn)品在我國也具有不可替代的地位，占據(jù)了整 個集成電路工業(yè)的最大市場份額。
[0003] 阻變存儲器作為一種采用非電荷存儲機制的存儲器在32nm工藝節(jié)點以下將有很 大的發(fā)展空間，而設(shè)計滿足大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用需求的阻變存儲器陣列則顯得極為關(guān)鍵，同 時如何針對阻變存儲器陣列進行測試也是需要不斷研究和探索的問題。
[0004] 現(xiàn)在市場上針對阻變存儲器陣列進行測試的陣列測試機價格昂貴，而且沒有專門 針對研制的具有特殊結(jié)構(gòu)的新型阻變存儲器陣列的綜合測試方法，所面臨的主要技術(shù)問題 有：如何滿足新型存儲技術(shù)從材料、器件到陣列的多功能綜合測試的需求；如何在軟硬件 控制中將設(shè)計軟件嵌入到系統(tǒng)中完成存儲陣列中存儲單元的自動尋址和陣列測試模式的 自動轉(zhuǎn)換等。
[0005] 因此，需要針對阻變存儲器陣列，建立一套行之有效的測試和測量方法，以保證對 其進行可靠地性能分析和評估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (-）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明為了滿足上述存儲陣列器件測試的需求，特別公開了一種對阻變存儲器陣 列進行測試的系統(tǒng)，特別是關(guān)于對具有特殊結(jié)構(gòu)的阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括：探針臺，用于承載待測阻變存儲器陣列；探針卡，用于實現(xiàn)硬件地址電路與待測阻變 存儲器陣列的良好連接；硬件地址選擇電路，用于完成待測阻變存儲器陣列指定端口的地 址譯碼和選通工作；恒壓源表，用于向硬件地址選擇電路提供直流電壓；測量源表，用于提 供器件測試所需要的操作電壓；以及控制主機，用于控制整個系統(tǒng)進行不同類型的測試操 作，并完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。
[0010] 上述方案中，所述探針臺內(nèi)部具有承片臺，外部配套有真空泵、CCD相機和探針臺 控制機，其中，承片臺用于承載待測阻變存儲器陣列；真空泵用于實現(xiàn)對待測阻變存儲器陣 列的良好吸附接觸；CCD相機用于將探針卡與待測阻變存儲器陣列接觸的圖像信息傳遞給 控制主機，方便對待測阻變存儲器陣列進行定位和調(diào)整；探針臺控制機用于實現(xiàn)對探針臺 內(nèi)部承片臺進行X、Y和Z方向的移動和微調(diào)。所述承片臺的定位精度小于2. 5 μ m。
[0011] 上述方案中，所述探針卡滿足測試過程中的1〇ηΑ級的漏電要求。
[0012] 上述方案中，所述硬件地址選擇電路是具有多行多列地址的陣列結(jié)構(gòu)，能夠?qū)χ?定端口進行選通和操作。
[0013] 上述方案中，所述恒壓源表向硬件地址選擇電路提供的直流電壓為±6V至±25V 之內(nèi)的直流電壓，同時用于防止電流過大，能夠進行限流保護。
[0014] 上述方案中，所述測量源表在提供器件測試所需要的操作電壓的同時，還測量通 過阻變存儲器陣列本身的電流，進行電學I-V特性測試，且能夠進行限流保護。
[0015] 上述方案中，所述控制主機利用其安裝的軟件自行編寫控制程序，實現(xiàn)控制測量 源表輸出電壓、測量電流、輸出電流、測量電壓、控制測量源表輸出邏輯高低電平，并控制整 個系統(tǒng)進行不同類型的測試操作，同時完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。
[0016] (三）有益效果
[0017] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益結(jié)果：
[0018] 1、本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，針對具有特殊結(jié)構(gòu)(如 CrossBarUTIR結(jié)構(gòu)）的新型阻變存儲器陣列的性能無法評估的情況下，利用現(xiàn)有的實驗設(shè) 備，結(jié)合設(shè)計的外圍電路和軟件，成功地地實現(xiàn)了新型阻變存儲器陣列器件性能的測試和 評估。
[0019] 2、現(xiàn)行條件下購置國外的專業(yè)陣列測試機，不僅價格及其昂貴，而且在開發(fā)其特 定的應(yīng)用上，周期較長；而本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，則很好地滿足 了新型存儲陣列的測試要求。
[0020] 3、本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，可以針對特殊結(jié)構(gòu)(如 CrossBarUTIR結(jié)構(gòu)）的新型存儲陣列器件進行電學性能測試和評估，如器件的I-V特性、 Id-Vd特性、Id-Vg特性、阻態(tài)變化特性等。
[0021] 4、本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，也為后續(xù)其它陣列結(jié)構(gòu)器件 的測試和檢測提供了一種思路和方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是圖1所示系統(tǒng)的工作流程圖；
[0024] 圖3是依照本發(fā)明實施例的探針卡的示意圖；
[0025] 圖4是依照本發(fā)明實施例的硬件地址選擇電路的示意圖；
[0026] 圖5是依照本發(fā)明實施例的軟件控制界面圖；
[0027] 圖6是依照本發(fā)明實施例的lkb RRAM陣列高阻態(tài)電阻值的bitsmap分布圖；
[0028] 圖7是依照本發(fā)明實施例的代表'I'，'Μ'，?'字符的二進制代碼分布；
[0029] 圖8是依照本發(fā)明實施例的寫入'I'，'Μ'，?'字符的二進制代碼后讀出的結(jié)果。

【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0031] 本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，是通過設(shè)計軟件控制界面、硬 件地址選擇電路及探針卡，在軟件控制測量源表的基礎(chǔ)上，協(xié)同硬件地址選擇電路，集成探 針卡于探針臺，完成整個測試過程，從而達到對存儲器陣列的性能評估。
[0032] 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖，該系統(tǒng)包括半自動探針臺（配套有真空泵、CCD相機和探針臺控制機)、探針卡、硬件地址 選擇電路、恒壓源表、測量源表和控制主機，其中：探針臺，用于承載待測阻變存儲器陣列； 探針卡，用于實現(xiàn)硬件地址電路與待測阻變存儲器陣列的良好連接；硬件地址選擇電路，用 于完成待測阻變存儲器陣列指定端口的地址譯碼和選通工作；恒壓源表，用于向硬件地址 選擇電路提供直流電壓；測量源表，用于提供器件測試所需要的操作電壓；以及控制主機， 用于控制整個系統(tǒng)進行不同類型的測試操作，并完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。
[0033] 探針臺內(nèi)部具有承片臺，外部配套有真空泵、CCD相機和探針臺控制機，其中，承 片臺用于承載待測阻變存儲器陣列；真空泵用于實現(xiàn)對待測阻變存儲器陣列的良好吸附接 觸；CCD相機用于將探針卡與待測阻變存儲器陣列接觸的圖像信息傳遞給控制主機，方便 對待測阻變存儲器陣列進行定位和調(diào)整；探針臺控制機用于實現(xiàn)對探針臺內(nèi)部承片臺進行 X、Y和Z方向的移動和微調(diào)。承片臺的定位精度小于2. 5μπι。探針卡滿足測試過程中的 ΙΟηΑ級的漏電要求。硬件地址選擇電路是具有多行多列地址的陣列結(jié)構(gòu)，能夠?qū)χ付ǘ丝?進行選通和操作。恒壓源表向硬件地址選擇電路提供的直流電壓為±6V至±25V之內(nèi)的 直流電壓，同時用于防止電流過大，能夠進行限流保護。測量源表在提供器件測試所需要的 操作電壓的同時，還測量通過阻變存儲器陣列本身的電流，進行電學I-V特性測試，且能夠 進行限流保護。控制主機利用其安裝的軟件自行編寫控制程序，實現(xiàn)控制測量源表輸出電 壓、測量電流、輸出電流、測量電壓、控制測量源表輸出邏輯高低電平，并控制整個系統(tǒng)進行 不同類型的測試操作，同時完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。
[0034] 基于圖1所示的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2示出了圖 1所示系統(tǒng)的工作流程圖。首先，放置待測阻變存儲器陣列至探針臺內(nèi)部的承片臺，需保持 水平，打開真空泵吸附器件，保持承片臺和器件良好接觸且不四處移動，其次前后或者左右 方向移動承片臺平面，直至使待測阻變存儲器陣列與探針卡良好接觸，然后通過恒壓源表 提供硬件地址選擇電路工作所需的外接電壓，再次打開測試軟件界面并配置需要的參數(shù)， 通過主機控制硬件地址選擇電路完成地址的選擇，控制測試儀表完成測試工作，最終實現(xiàn) 對存儲陣列性能的評估。
[0035] 在本發(fā)明的一個實施例中，探針臺可放置的最大樣品尺寸為8英寸，承片臺的定 位精度小于2. 5 μ m，可以集成定制的各式探針卡。真空泵、CCD相機和探針臺控制機是配 套探針臺的設(shè)備，探針臺控制機是為了保證測試過程中陣列器件穩(wěn)定和良好接觸。探針卡 如圖3所示，可以滿足不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)陣列器件的接觸，也可以按照器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿 足條件的探針卡。硬件地址選擇電路如圖4所示，可以完成陣列器件指定端口的地址譯碼 和選通工作；器件本身是具有多行多列地址的陣列結(jié)構(gòu)，需要對指定端口進行選通和性能 評估。恒壓源表可以向系統(tǒng)中硬件地址選擇電路提供±6V，±25V之內(nèi)的任何直流電壓， 同時防止電流過大，具有限流保護功能。測量源表在提供器件測試需要操作電壓的同時，可 以測量通過器件本身的電流，進行電學I-V特性測試，且具有限流功能。測試軟件界面如圖 5所示，可以控制測量源表輸出電壓，測量電流；輸出電流，測量電壓；控制測量源表輸出邏 輯高低電平；控制整個系統(tǒng)完成不同類型的操作，同時完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分 析，保證了整個阻變存儲器陣列的測試和性能評估。
[0036] 在本發(fā)明的另一個實施例中，利用本發(fā)明提供的對阻變存儲器陣列進行測試的系 統(tǒng)，對lkb阻變存儲器（RRAM)陣列進行操作時，具體如下：
[0037] 對lkb存儲陣列的初始電阻進行讀操作，并將讀得的值輸出，電阻值大于1ΜΩ 定義為高阻值，小于l〇〇kQ定義為低阻值，圖6是32X32個RRAM單元初始電阻分布的 bitsmap圖，可以看出，此時陣列中所有的單元都為高阻值，S卩'0'狀態(tài)。
[0038] 對lkb存儲陣列進行寫操作，以寫入Τ，'Μ'，?'字符為例，其中T由 '01001001'，'M'由'01001101'，?'由'01000101'八位二進制代碼代表，在程序中指定 lkb陣列中的某一列，進行數(shù)據(jù)寫入操作，預(yù)寫入輸入如圖7所示。
[0039] 寫入完成后，對陣列中操作過的指定地址行進行讀操作，讀出各個單元的阻值，將 輸出數(shù)據(jù)做處理，把阻態(tài)大于l〇6ohm的單元標為黃，小于106ohm的標為紅，結(jié)果如下圖所 示，代表'I'，'Μ'，?'字符的二進制代碼被正確寫入，如圖8所示。
[0040] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 探針臺，用于承載待測阻變存儲器陣列； 探針卡，用于實現(xiàn)硬件地址電路與待測阻變存儲器陣列的良好連接； 硬件地址選擇電路，用于完成待測阻變存儲器陣列指定端口的地址譯碼和選通工作； 恒壓源表，用于向硬件地址選擇電路提供直流電壓； 測量源表，用于提供器件測試所需要的操作電壓；以及 控制主機，用于控制整個系統(tǒng)進行不同類型的測試操作，并完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出 和統(tǒng)計分析。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述探針 臺內(nèi)部具有承片臺，外部配套有真空泵、CCD相機和探針臺控制機，其中，承片臺用于承載待 測阻變存儲器陣列；真空泵用于實現(xiàn)對待測阻變存儲器陣列的良好吸附接觸；CCD相機用 于將探針卡與待測阻變存儲器陣列接觸的圖像信息傳遞給控制主機，方便對待測阻變存儲 器陣列進行定位和調(diào)整；探針臺控制機用于實現(xiàn)對探針臺內(nèi)部承片臺進行X、Y和Z方向的 移動和微調(diào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述承片 臺的定位精度小于2. 5 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述探針 卡滿足測試過程中的1〇ηΑ級的漏電要求。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述硬件 地址選擇電路是具有多行多列地址的陣列結(jié)構(gòu)，能夠?qū)χ付ǘ丝谶M行選通和操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述恒壓 源表向硬件地址選擇電路提供的直流電壓為±6V至±25V之內(nèi)的直流電壓，同時用于防止 電流過大，能夠進行限流保護。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量 源表在提供器件測試所需要的操作電壓的同時，還測量通過阻變存儲器陣列本身的電流， 進行電學I-V特性測試，且能夠進行限流保護。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對阻變存儲器陣列進行測試的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 主機利用其安裝的軟件自行編寫控制程序，實現(xiàn)控制測量源表輸出電壓、測量電流、輸出電 流、測量電壓、控制測量源表輸出邏輯高低電平，并控制整個系統(tǒng)進行不同類型的測試操 作，同時完成測試結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出和統(tǒng)計分析。
【文檔編號】G11C29/56GK104217766SQ201310218444
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】姚志宏, 余兆安, 呂杭炳, 霍宗亮, 謝常青, 劉明 申請人:中國科學院微電子研究所