一种具有保持力测试功能的相变存储器的制造方法

文档序号:10654593阅读:236来源:国知局
一种具有保持力测试功能的相变存储器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具有保持力测试功能的相变存储器,包括:对行地址信号进行译码以开启存储阵列相应字线的行译码器单元;对列地址信号进行译码的列译码器单元;输出测试电压/电流信号的电压源/电流源单元;开启存储阵列中相应位线,并将测试电压/电流信号加载到相应存储单元上的列选择器单元;读取加载有测试电压/电流信号的存储单元上的电流/电压的电流/电压读出单元,以测试保持力特性。本发明在进行保持力测试时,对存储单元施加电压/电流,外部监控设备通过电流/电压读出模块对存储单元的电流/电压变化情况进行记录,统计存储状态失效的时间,从而得到相变存储器的保持力特性,操作简单、准确性高。
【专利说明】
一种具有保持力测试功能的相变存储器
技术领域
[0001]本发明涉及微电子领域,特别是涉及一种具有保持力测试功能的相变存储器。
【背景技术】
[0002]相变存储器单元是基于20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的,是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器单元可以做在硅晶片衬底上,其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材,其研究热点也就围绕器件工艺展开。器件的物理机制研究包括如何减小器件料等。相变存储器单元的基本原理是用电脉冲信号作用于器件单元上,使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变,通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻实现信息的写入、擦除和读出操作。
[0003]相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点,被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
[0004]相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号:擦操作(RESET),当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到熔化温度以上后,再经过快速冷却从而实现相变材料多晶态到非晶态的转换,即“I”态至Γ0”态的转换;写操作(SET),当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后,并保持一段时间促使晶核生长,从而实现非晶态到多晶态的转换,即“O”态到“I”态的转换;读操作,当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]存储器的保持力是指存储单元保持数据的能力。存储器的保持力测试通常的模式是在温度125°C以上对存储器进行加热,检测存储单元存储数据在高温下的保持时间。但是由于相变存储器在高温下会发生结晶从而导致采用此种方法测试的保持力性能不够精准。因此采用在温度25?125°C对相变存储器施加小电压或电流,测试在电压或电流作用下相变单元的保持时间。为此,在相变存储器芯片的外围电路中加入小电压源/电流源电路以及对应的电流/电压读出电路,用于测试相变存储器的保持力特性。
[0006]鉴于此,如何设计相变存储器的外围电路,实现准确的存储单元保持力性能评估是目前亟待解决的关键问题。

【发明内容】

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种具有保持力测试功能的相变存储器,用于解决现有技术中相变存储器芯片的保持力测试的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种具有保持力测试功能的相变存储器,所述具有保持力测试功能的相变存储器至少包括:
[0009]存储阵列、行译码器单元、列译码器单元、列选择器单元、电压源单元及电流读出单元;
[0010]所述行译码器单元接收行地址信号,对所述行地址信号进行译码得到行地址选择信号,并根据所述行地址选择信号开启所述存储阵列中相应的字线;
[0011]所述列译码器单元接收列地址信号,对所述列地址信号进行译码得到列地址选择信号;
[0012]所述电压源单元输出保持力测试电压信号;
[0013]所述列选择器单元连接于所述列译码器单元及所述电压源单元的输出端,根据所述列地址选择信号开启所述存储阵列中相应的位线,并将保持力测试电压信号加载到相应的存储单元上;
[0014]所述电流读出单元连接于所述列选择器单元的输出端,读取加载有所述保持力测试电压信号的存储单元上的电流,以测试所述存储单元的保持力特性。
[0015]优选地,还包括数据缓冲锁存单元、驱动电路单元以及敏感放大器单元;
[0016]所述数据缓冲锁存单元连接数据总线,用于传递数据信号;
[0017]所述驱动电路单元连接于所述数据缓冲锁存单元及所述列选择器单元之间,接收所述数据缓冲锁存单元输出的数据,并将数据以电流脉冲的形式通过所述列选择器单元输入到相应的存储单元中;
[0018]所述敏感放大器单元连接于所述列选择器单元及所述数据缓冲锁存单元之间,存储单元中的数据通过所述列选择器单元传输到所述敏感放大器单元中,所述敏感放大器单元将读取到的数据进行放大,并传输到所述数据缓冲锁存单元,进而实现数据的读出。
[0019]更优选地,还包括配置单元,所述配置单元连接于所述驱动电路单元以及敏感放大器单元的输入端,为所述驱动电路单元以及敏感放大器单元提供配置信号。
[0020]优选地,还包括连接于所述行译码器单元及所述列译码器单元输入端的地址缓冲锁存单元,所述地址缓冲锁存单元连接地址总线,接收外部地址信号并分别将行地址信号及列地址信号发送给所述行译码器单元及所述列译码器单元。
[0021 ] 优选地,还包括连接于各单元输入端的逻辑控制单元,所述逻辑控制单元连接控制总线,接收外部控制信号并分别对各单元进行逻辑控制。
[0022 ]优选地,所述列选择器单元由传输门或MOS晶体管组成。
[0023]优选地,用电流源单元代替所述电压源单元,用电压读出单元代替所述电流读出单元;所述电流源单元输出保持力测试电流信号;所述电压读出单元读取加载有所述保持力测试电流信号的存储单元上的电压,以测试所述存储单元的保持力特性。
[0024]如上所述,本发明的具有保持力测试功能的相变存储器,具有以下有益效果:
[0025]本发明的具有保持力测试功能的相变存储器加入电压源/电流源以及对应的电流/电压读出模块,在对存储单元进行保持力测试时,用户通过控制总线对存储单元施加电压/电流,外部监控设备通过电流/电压读出模块端口对存储单元的电流/电压变化情况进行记录,统计存储状态失效的时间,从而得到相变存储器的保持力特性;同时,内部施加电压/电流信号比从外面施加的信号的干扰和寄生因素影响小,性能好。
【附图说明】
[0026]图1显示为本发明的具有保持力测试功能的相变存储器的一种结构示意图。
[0027]图2显示为本发明的具有保持力测试功能的相变存储器的另一种结构示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]I具有保持力测试功能的相变存储器
[0030]10存储阵列
[0031]11行译码器单元
[0032]12列译码器单元
[0033]13列选择器单元
[0034]141电压源单元
[0035]142电流源单元
[0036]151电流读出单元
[0037]152电压读出单元
[0038]16地址缓冲锁存单元
[0039]17数据缓冲锁存单元
[0040]18驱动电路单元[0041 ]19敏感放大器单元
[0042]20逻辑控制单元
【具体实施方式】
[0043]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0044]请参阅图1?图2。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0045]实施例一
[0046]如图1所示,本发明提供一种具有保持力测试功能的相变存储器I,所述具有保持力测试功能的相变存储器I包括:
[0047]存储阵列10、行译码器单元11、列译码器单元12、列选择器单元13、电压源单元141、电流读出单元151、地址缓冲锁存单元16、数据缓冲锁存单元17、驱动电路单元18、敏感放大器单元19、逻辑控制单元20以及配置单元。
[0048]如图1所示,所述存储阵列10由存储单元按照一定的行和列相交叉所组成,用于对数据信息进行存储。
[0049]如图1所示,所述地址缓冲锁存单元16的输入端连接地址总线及所述逻辑控制单元20,输出端连接所述行译码器单元11及所述列译码器单元12。
[0050]具体地,如图1所示,所述地址缓冲锁存单元16受所述逻辑控制单元20的控制接收外部地址信号,并对外部地址信号进行缓存,然后分别将行地址信号及列地址信号发送到所述行译码器单元11及所述列译码器单元12。
[0051]如图1所示,所述行译码器单元11的输入端连接所述地址缓冲锁存单元16及所述逻辑控制单元20,输出端连接所述存储阵列10。
[0052]具体地,如图1所示,所述行译码器单元11受所述逻辑控制单元20的控制接收所述地址缓冲锁存单元16输出的行地址信号,对所述行地址信号进行译码得到行地址选择信号,并将所述行地址选择信号输入到所述存储阵列10中,所述行地址选择信号开启所述存储阵列10中相应的字线,即开启某一行存储单元。
[0053]如图1所示,所述列译码器单元12的输入端连接所述地址缓冲锁存单元16及所述逻辑控制单元20,输出端连接所述列选择器单元13。
[0054]具体地,如图1所示,所述列译码器单元12受所述逻辑控制单元20的控制接收所述地址缓冲锁存单元16输出的列地址信号,对所述列地址信号进行译码得到列地址选择信号,并将所述列地址选择信号输入到所述列选择器单元13中。
[0055]如图1所示,所述列选择器单元13的输入端连接所述列译码器单元12、所述电压源单元141、所述驱动电路单元18,输出端连接所述电流读出单元151、所述敏感放大器单元19,同时与所述存储阵列10双向连接。
[0056]具体地,如图1所示,所述列选择器单元13接收所述列地址选择信号,根据所述列地址选择信号开启所述存储阵列10中相应的位线,然后将输入或输出数据从相应存储单元中写入或读出。所述列选择器单元13由包括但不限于传输门或MOS晶体管的器件组成,在本实施例中,所述列选择器单元13由NMOS晶体管组成。
[0057]如图1所示,所述电压源单元141的输入端连接所述逻辑控制单元20,输出端连接所述列选择器单元13。
[0058]具体地,如图1所示,所述电压源单元141受所述逻辑控制单元20的控制,向所述列选择器单元13输出一用于保持力测试的小电压,即保持力测试电压信号。所述保持力测试电压信号通过所述列选择器单元13加载到选中的存储单元上。
[0059]如图1所示,所述电流读出单元151的输入端连接所述逻辑控制单元20、所述列选择器单元13,输出端连接测试总线。
[0060]具体地,如图1所示,所述电流读出单元151受所述逻辑控制单元20的控制,通过所述写选择器单元读取加载有所述保持力测试电压信号的存储单元上的电流,并通过所述测试总线将读取到的电流输出到外部监控设备上,以测试所述存储单元的保持力特性。
[0061]如图1所示,所述数据缓冲锁存单元17的输入端连接所述逻辑控制单元20、所述敏感放大器单元19,输出端连接所述驱动电路单元18,同时与数据总线双向连接。
[0062]具体地,如图1所示,所述数据缓冲锁存单元17受所述逻辑控制单元20的控制,将数据传入所述驱动电路单元18或从所述敏感放大器单元19读取数据,然后经过双向连接的数据总线实现与外部电路的数据传递。
[0063]如图1所示,所述驱动电路单元18的输入端连接于所述逻辑控制单元20、所述数据缓冲锁存单元17、所述配置电路单元(图中未显示),输出端连接所述列选择器单元13。
[0064]具体地,如图1所示,所述驱动电路单元18接收所述逻辑控制单元20的逻辑控制命令及所述配置电路单元的配置信息,将从所述数据缓冲锁存单元17接收到的数据通过所述列选择器单元13输入到所述所述存储阵列10,在本实施例中,以驱动电流脉冲的形式写入到所述存储阵列10中。
[0065]如图1所示,所述敏感放大器单元19的输入端连接所述逻辑控制单元20、所述配置电路单元、所述列选择器单元13,输出端连接所述数据缓冲锁存单元17。
[0066]具体地,如图1所示,所述敏感放大器单元19接收所述逻辑控制单元20的逻辑控制命令及所述配置电路单元的配置信息,在读操作时,用于接收所述列选择器单元13所选择的所述存储阵列10中需要读出的数据,并依据逻辑控制指令放大其接收到的数据,将放大后的数据输出至所述数据缓冲锁存单元17。
[0067]如图1所示,所述逻辑控制单元20的输入端连接控制总线,对所述具有保持力测试功能的相变存储器I选择、写入、读出、保持力测试等状态进行逻辑控制,包括但不限于时钟信号(CLK),片选使能信号(/CE),写入使能信号(/WE),读出使能信号(/0E),保持力测试使能信号(/AE)。
[0068]本发明的具有保持力测试功能的相变存储器加入电压源单元以及对应的电流读出模块,在对存储单元进行保持力测试时,用户通过控制总线对存储单元施加小电压,外部监控设备通过电流读出模块端口对存储单元的电流变化情况进行记录,统计存储状态失效的时间,从而得到相变存储器的保持力特性,操作简单、准确性高。
[0069]在本实施例中,本发明的具有保持力测试功能的相变存储器I集成于以芯片内,通过内部单元施加保持力测试电压信号,可有效减小干扰和寄生因素影响小,性能大大提高。
[0070]实施例二
[0071]如图2所示,本实施例提供一种具有保持力测试功能的相变存储器I,本实施例的具有保持力测试功能的相变存储器I与实施例一的结构基本相同,不同之处在于,用电流源单元142代替实施例一中的电压源单元141,用电压读出单元152代替实施例一中的电流读出单元151。
[0072]如图2所示,所述电流源单元的输入端连接所述逻辑控制单元20,输出端连接所述列选择器单元13。
[0073]具体地,如图2所示,所述电流源单元受所述逻辑控制单元20的控制,向所述列选择器单元13输出一用于保持力测试的小电流,即保持力测试电流信号。所述保持力测试电流信号通过所述列选择器单元13加载到选中的存储单元上。
[0074]如图2所示,所述电压读出单元的输入端连接所述逻辑控制单元20、所述列选择器单元13,输出端连接测试总线。
[0075]具体地,如图2所示,所述电压读出单元受所述逻辑控制单元20的控制,通过所述写选择器单元读取加载有所述保持力测试电流信号的存储单元上的电压,并通过所述测试总线将读取到的电压输出到外部监控设备上,以测试所述存储单元的保持力特性。
[0076]其他单元的连接关系和工作原理与实施例--致,在此不--赘述。
[0077]如上所述,本发明的具有保持力测试功能的相变存储器,具有以下有益效果:
[0078]本发明的具有保持力测试功能的相变存储器加入电压源/电流源以及对应的电流/电压读出模块,在对存储单元进行保持力测试时,用户通过控制总线对存储单元施加电压/电流,外部监控设备通过电流/电压读出模块端口对存储单元的电流/电压变化情况进行记录,统计存储状态失效的时间,从而得到相变存储器的保持力特性;同时,内部施加电压/电流信号比从外面施加的信号的干扰和寄生因素影响小,性能好。
[0079]综上所述,本发明提供一种具有保持力测试功能的相变存储器,包括:存储阵列、行译码器单元、列译码器单元、列选择器单元、电压源/电流源单元及电流/电压读出单元;所述行译码器单元接收行地址信号,对所述行地址信号进行译码得到行地址选择信号,并根据所述行地址选择信号开启所述存储阵列中相应的字线;所述列译码器单元接收列地址信号,对所述列地址信号进行译码得到列地址选择信号;所述电压源/电流源单元输出保持力测试电压/电流信号;所述列选择器单元连接于所述列译码器单元及所述电压源/电流源单元的输出端,根据所述列地址选择信号开启所述存储阵列中相应的位线,并将保持力测试电压/电流信号加载到相应的存储单元上;所述电流/电压读出单元连接于所述列选择器单元的输出端,读取加载有所述保持力测试电压/电流信号的存储单元上的电流/电压,以测试所述存储单元的保持力特性。本发明的具有保持力测试功能的相变存储器加入电压源/电流源以及对应的电流/电压读出模块,在对存储单元进行保持力测试时,用户通过控制总线对存储单元施加电压/电流,外部监控设备通过电流/电压读出模块端口对存储单元的电流/电压变化情况进行记录,统计存储状态失效的时间,从而得到相变存储器的保持力特性;同时,内部施加电压/电流信号比从外面施加的信号的干扰和寄生因素影响小,性能好。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0080]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于,所述具有保持力测试功能的相变存储器至少包括: 存储阵列、行译码器单元、列译码器单元、列选择器单元、电压源单元及电流读出单元; 所述行译码器单元接收行地址信号,对所述行地址信号进行译码得到行地址选择信号,并根据所述行地址选择信号开启所述存储阵列中相应的字线; 所述列译码器单元接收列地址信号,对所述列地址信号进行译码得到列地址选择信号; 所述电压源单元输出保持力测试电压信号; 所述列选择器单元连接于所述列译码器单元及所述电压源单元的输出端,根据所述列地址选择信号开启所述存储阵列中相应的位线,并将保持力测试电压信号加载到相应的存储单元上; 所述电流读出单元连接于所述列选择器单元的输出端,读取加载有所述保持力测试电压信号的存储单元上的电流,以测试所述存储单元的保持力特性。2.根据权利要求1所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:还包括数据缓冲锁存单元、驱动电路单元以及敏感放大器单元; 所述数据缓冲锁存单元连接数据总线,用于传递数据信号; 所述驱动电路单元连接于所述数据缓冲锁存单元及所述列选择器单元之间,接收所述数据缓冲锁存单元输出的数据,并将数据以电流脉冲的形式通过所述列选择器单元输入到相应的存储单元中; 所述敏感放大器单元连接于所述列选择器单元及所述数据缓冲锁存单元之间,存储单元中的数据通过所述列选择器单元传输到所述敏感放大器单元中,所述敏感放大器单元将读取到的数据进行放大,并传输到所述数据缓冲锁存单元,进而实现数据的读出。3.根据权利要求2所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:还包括配置单元,所述配置单元连接于所述驱动电路单元以及敏感放大器单元的输入端,为所述驱动电路单元以及敏感放大器单元提供配置信号。4.根据权利要求1所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:还包括连接于所述行译码器单元及所述列译码器单元输入端的地址缓冲锁存单元,所述地址缓冲锁存单元连接地址总线,接收外部地址信号并分别将行地址信号及列地址信号发送给所述行译码器单元及所述列译码器单元。5.根据权利要求1所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:还包括连接于各单元输入端的逻辑控制单元,所述逻辑控制单元连接控制总线,接收外部控制信号并分别对各单元进行逻辑控制。6.根据权利要求1所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:所述列选择器单元由传输门或MOS晶体管组成。7.根据权利要求1?6任意一项所述的具有保持力测试功能的相变存储器,其特征在于:用电流源单元代替所述电压源单元,用电压读出单元代替所述电流读出单元;所述电流源单元输出保持力测试电流信号;所述电压读出单元读取加载有所述保持力测试电流信号的存储单元上的电压,以测试所述存储单元的保持力特性。
【文档编号】G11C13/00GK106024054SQ201610349687
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】蔡道林, 陈 峰, 陈一峰, 宋志棠, 王月青, 霍如如, 魏宏阳, 卢瑶瑶
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1