相变存储器的测试方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及半导体集成电路的技术领域，具体而言，涉及一种相变存储器的测试方法。
【背景技术】
[0002]相变存储器(Phase Change Memory, PCM)是一种非易失性存储器件，它是利用相变材料在晶态和非晶态时的导电性差异来存储数据。相变存储器具有读取速度高、可擦写次数高、元器件尺寸小、抗强震动和抗辐射等优点，广泛应用于数码相机、音乐播放器和电话机等领域，成为取代闪速存储器的最主流产品。
[0003]在非晶态下，相变材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使其具有较高的电阻(可超过1兆欧)。由于这种状态通常出现在RESET(擦操作)之后，因此一般将非晶态称其为RESET态。在晶态下，相变材料具有长距离的原子能级和较高的自由电阻密度，从而具有较低的电阻(通常为1?10千欧)。由于这种状态通常出现在SET (写操作)之后，因此一般将晶态称为SET态。
[0004]相变存储器的工作原理是利用脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态和晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻和晶态时的低阻实现信息的写入、擦除和读出操作。其中，擦操作(RESET)的具体过程为:当施加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高至熔化温度以上，再经过快速冷却，从而实现相变材料由晶态转为非晶态。写操作(SET)的具体过程为:当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升至熔化温度之下，结晶温度之上以后，保持一段时间促使晶核生长，从而实现相变材料由非晶态到晶态的转换。读操作的具体过程为:当施加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。
[0005]目前，相变存储器的发展方向是降低功耗，而相变存储器的功耗与相变材料的相转变(相转变所需的能耗，例如RESET电流等)密切相关。因此，获取相变材料的电阻能够为设计人员降低相变存储器的功耗提供理论支持。在相变存储器的工作过程中，相变材料的相转变(RESET态和SET态之间的转变)有时会发生失效，即相变材料由RESET态转向SET态的工作不正常，或相变材料由SET态转向RESET态的工作不正常，从而使得相变存储器无法正常工作。针对上述问题，目前还没有有效的解决方法。
【发明内容】
[0006]本申请旨在提供一种相变存储器的测试方法，以检测出相变存储器中的相转变工作是否正常。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供了一种相变存储器的测试方法，该测试方法包括以下步骤:读取相变存储器中的相变材料的相状态，并记为第一相态；向相变存储器施加第一组脉冲信号，第一组脉冲信号包括信号幅度递增的第1次至第η次脉冲信号，设定第一组脉冲信号的信号幅度的参考上限值为Ka，设定第1次脉冲信号的信号幅度为Kb，并读取每次施加第一组脉冲信号之后的相变材料的相状态；向相变存储器施加信号幅度κη =Kb+c (n-1) Kb的第n次脉冲信号，其中c为常数，如果Kn < Ka且相变材料的相状态转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常，如果Kn > Ka且相变材料的相状态未转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作不正常；其中，第一相态为RESET态，第二相态为SET态；或第一相态为SET态，第二相态为RESET态。
[0008]进一步地，相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常时，测试方法还包括以下步骤:向相变存储器施加第二组脉冲信号，第二组脉冲信号包括信号幅度递增的第1次至第m次脉冲信号，设定第二组脉冲信号的信号幅度的参考上限值为Kd，设定第1次脉冲信号的信号幅度为&，并读取每次施加第二组脉冲信号之后的相变材料的相状态；向相变存储器施加信号幅度L = Ke+f(m-l)Ke的第m次脉冲信号，其中f为常数，如果I < Kd且相变材料的相状态转变为第一相态，说明相变材料由第二相态转向第一相态的工作正常，如果& > Kd且相变材料的相状态未转变为第一相态，说明相变材料由第二相态转向第一相态的工作不正常。
[0009]进一步地，测试方法在以下时段之后终止:相变材料由第一相态转向第二相态的工作不正常；或相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常；或相变材料由第二相态转向第一相态的工作正常；或相变材料由第二相态转向第一相态的工作不正常。
[0010]进一步地，读取相变材料的相状态的步骤包括:对相变存储器执行读操作，以获得相变材料的真实电阻；将真实电阻和参考电阻进行比较，如果真实电阻大于参考电阻，则相变材料的相状态为RESET态，如果真实电阻小于参考电阻，则相变材料的相状态为SET态。
[0011]进一步地，对相变存储器执行读操作的步骤包括:在相变材料上施加测试电压和测试电流；根据测试电压和测试电流计算得出真实电阻。
[0012]进一步地，相变材料为硫GeSbTe合金，参考电阻为50?200ΚΩ。
[0013]进一步地，第一组脉冲信号为脉冲电压，第一组脉冲信号的信号幅度为第一组脉冲信号的脉冲宽度，且第一组脉冲信号中，Ka = 3?5V，Kb = 1?3V，c = 0.05?0.3。
[0014]进一步地，第一组脉冲信号中，Ka = 5V, Kb = 2V，c = 0.1。
[0015]进一步地，第二组脉冲信号为脉冲电压，第二组脉冲信号的信号幅度为所第二组脉冲信号的脉冲宽度，且第二组脉冲信号中，Kd = 3?5V，Ke = 1?3V，f = 0.05?0.3。
[0016]进一步地，第二组脉冲信号中，Kd = 5V, Ke = 2V，f = 0.1。
[0017]应用本申请的技术方案，通过读取相变存储器中的相变材料的相状态，并记为第一相态，然后向相变存储器施加第一组脉冲信号，其中向相变存储器施加信号幅度κη =Kb+c (n-1) Kb的第n次脉冲信号时，如果Kn < Ka且相变材料的相状态转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常，如果Kn >匕且相变材料的相状态未转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作不正常。因此，上述测试方法能够检测出相变材料由第一相态转向第二相态的工作是够正常。进一步地，通过在读取每次施加第一组脉冲信号之后的相变材料的相状态的步骤中，对相变存储器执行读操作以获得相变材料的真实电阻，从而实现了获取相变材料的电阻的目的。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0019]图1示出了本申请实施方式所提供的相变存储器的测试方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0023]正如【背景技术】中所介绍的，现有技术中无法检测出相变存储器中的相转变工作是否正常。针对上述问题，本申请的发明人进行了研究，提出了一种相变存储器的测试方法。如图1所示，该该测试方法包括以下步骤:读取相变存储器中的相变材料的相状态，并记为第一相态；向相变存储器施加第一组脉冲信号，第一组脉冲信号包括信号幅度递增的第1次至第η次脉冲信号，设定第一组脉冲信号的信号幅度的参考上限值为Ka，设定第1次脉冲信号的信号幅度为Kb，并读取每次施加第一组脉冲信号之后的相变材料的相状态；向相变存储器施加信号幅度Kn = Kb+c(n-l)Kb的第η次脉冲信号，其中c为常数，如果Kn < Ka且相变材料的相状态转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常，如果Kn > Ka且相变材料的相状态未转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作不正常；其中，第一相态为RESET态，第二相态为SET态；或第一相态为SET态，第二相态为RESET态。
[0024]上述测试方法通过读取相变存储器中的相变材料的相状态，并记为第一相态，然后向相变存储器施加第一组脉冲信号，其中向相变存储器施加信号幅度Kn = Kb+c (n-l)Kb的第η次脉冲信号时，如果Kn < Ka且相变材料的相状态转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作正常，如果Kn > Ka且相变材料的相状态未转变为第二相态，说明相变材料由第一相态转向第二相态的工作不正常。因此，上述测试方法能够检测出相变材料由第一相态转向第二相态的工作是够正常。进一步地，通过在读取每次施加第一组脉冲信号之后的相变材料的相状态的步骤中，对相变存储器执行读操作以获得相变材料的真实电阻，从而实现了获取相变材料的电阻的目的。
[0025]下面将更详细地描述根据本申请提供的测试方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
[0026]首先，读取相变存储器中的相变材料的相状态，并记为第一相态。在该步骤中，第一相态可以为RESET态或RESET态。优选地，该步骤包括:对相变存储器执行读操作，以获得相变材料的真实电阻；将真实电阻和参考电阻进行比较，如果真实电阻大于参考电阻，则相变材料的相状态为RESET态，如果真实电阻小于参考电阻，则相变材