用于MRAM晶片测试的磁场增强背板的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月26日在美国专利商标局提交的非临时申请no.14/836,860的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开一般涉及测试电子设备，并且更具体地涉及用于测试磁阻随机存取存储器(mram)器件的磁场增强背板。

背景技术：

各种类型的电子设备已经成为日常生活中的重要部分。用户越来越依赖移动电话、计算机、平板和类似设备进行通信、工作和娱乐。随着电子设备的使用和功能的增加，这些设备中使用的存储器已经演进以增加存储并提高性能。随着时间的推移，存储器已经演进成高度复杂的设备，需要大量的测试来确保它们一旦被安装在最终使用设备中就按照所期望的那样执行。

大多数设备包含存储大量指令并保留用于执行多个功能的值和指令串的基本存储器。存储复杂值和指令的这种增长的需求导致了磁阻随机存取存储器(mram)的发展。mram器件可以用作许多设备的主存储器或高速缓存存储器，因为它们提供了许多好处，诸如非易失性、高速度和低功耗。mram通过使用磁隧道结(mtj)提供存储。垂直磁隧道结被用作高性能自旋转移力矩mram器件中的基本存储元件。

测试这些存储器器件提出了许多重大挑战。测试挑战之一是mram器件必须利用电磁体进行测试。通常，测试是在将各器件分开并将芯片封装之前在晶片上完成的。一个300mm的探针台用于测试晶片。偶极磁体不能与300mm探针台上的晶片卡盘一起使用，因为只能使用偶极磁体的一个极点，这提供了实质上较低且较不均匀的磁场。也已经使用了带有集成磁体的定制探针卡，然而成本增加了，并且对待测器件的任何改变都需要重新设计探针卡。

改进的mram器件需要更高的磁场用于测试，并且开关器件所需的磁场非常高。常规电磁体是不够的，因为磁场将被mram器件的矫顽磁场超越。投影场磁体是用于mram的晶片级磁表征的选项之一。现代垂直磁隧道结器件具有改善的磁矫顽力，并且需要大于3koe量级的大的磁场来表征。用于测试常规存储器(诸如sram、dram、闪存)的大多数300mm探针台没有任何磁场能力。将磁体改装到常规的300mm探针台上并不有效，因为大多数可用的磁体不能产生足够大或均匀的磁场。使用具有大磁场的可用的探针台仍然不能解决问题，因为具有大磁场的探针台具有较差的场均匀性，并且通常只能支持较小的晶片或试片晶片，这使得测试对于较大的晶片和批次来说耗时。

本领域存在用于mram晶片测试的磁场增强背板的需求，以允许使用现有的电磁测试装置针对面内和垂直mram测试两者进行测试。

技术实现要素：

本文描述的实施例提供了一种用于测试存储器器件的方法。存储器件可以是mram器件，或者包含磁存储装置的其他器件。该方法开始于在测试夹具中安装磁场增强背板。磁场增强背板可以安装在晶片测试探针台的晶片卡盘中。然后将磁存储器件安装在测试夹具中并且将磁场施加到磁存储器件。可以在磁存储器件的面内或垂直于磁存储器件施加磁场。可以基于施加到器件的磁场来确定磁存储器件的性能。

另一实施例提供了一种用于测试存储器器件的装置。装置包括被适配以适合测试夹具的磁场增强背板。通常，磁场增强背板被适配以适合晶片测试的晶片卡盘或探针台。磁场增强背板由较高磁导率的磁性材料制成，诸如低碳钢。取决于被测试的mram或磁器件以及彻底测试所需的磁场水平，可以适配磁场增强背板的厚度。

又一实施例提供了一种用于测试存储器器件的装置。装置包括：用于将磁场增强背板安装在测试夹具中的部件；用于在测试夹具中安装磁存储器件的部件；用于向磁存储器件施加磁场的部件；以及用于基于所施加的磁场来确定磁存储器件的性能的部件。

附图说明

图1图示了根据本公开的实施例的具有电磁体的典型的300mm测试装置。

图2示出了根据本公开的实施例的用于测试mram器件的电磁体的样本场强轮廓。

图3是根据本公开的实施例的两个极片的有限元模型。

图4图示了根据本公开的实施例的磁场的横截面图。

图5描绘了根据本公开的实施例的当使用磁场增强背板时产生的磁场。

图6示出了根据本公开的实施例的当使用磁场增强背板时与没有背板时相比所产生的磁场。

图7图示了根据本公开的实施例的当使用磁场增强背板时和当不使用磁场增强背板时磁场的差异与提供给电磁体的电流的幅值之间的关系。

图8是根据本公开的实施例的使用磁场增强背板来测试mram器件的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而不是旨在表示可以实践本发明的仅有的实施例。贯穿本说明书使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不应当被解释为比其他示例性实施例优选或有利。为了提供对本发明的示例性实施例的全面理解，详细描述包括具体细节。对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的示例性实施例。在一些情况下，以框图形式示出公知的结构和设备，以避免模糊本文所呈现的示例性实施例的新颖性。

如在本申请中所使用的，术语“部件”、“模块”、“系统”等旨在指示与计算机相关的实体，不论是硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于是在处理器上运行的进程、集成电路、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。作为说明，运行在计算设备上的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可以驻留在执行的线程和/或进程内，并且部件可以位于一台计算机上和/或分布在两台或多台计算机之间。另外，这些部件可以从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。这些部件可以通过本地和/或远程进程诸如根据具有一个或多个数据分组的信号进行通信(诸如，来自一个部件的数据与本地系统、分布式系统中的另一个部件进行交互，和/或跨越网络，诸如互联网，通过信号的方式与其他系统交互)。

此外，本文结合接入终端和/或接入点来描述各个方面。接入终端可以指示向用户提供语音和/或数据连接性的设备。接入无线终端可以连接到诸如膝上型计算机或桌面计算机之类的计算设备，或者其可以是诸如蜂窝电话之类的自包含设备。接入终端也可以称为系统、订户单元、订户站、移动站、移动台、远程站、远程终端、无线接入点、无线终端、用户终端、用户代理、用户装置或用户设备。无线终端可以是订户站、无线设备、蜂窝电话、pcs电话、无绳电话、会话发起协议(sip)电话、无线本地环路(wll)站、个人数字助理(pda)、具有无线连接能力的手持设备或连接到无线调制解调器的其他处理设备。接入点(或者称为基站或基站控制器(bsc))可以指接入网络中通过空口通过一个或多个扇区与无线终端进行通信的设备。通过将接收到的空口帧转换为ip分组，接入点可以充当无线终端与接入网络的其余部分之间的路由器，接入网络可以包括互联网协议(ip)网络。接入点还协调空口属性的管理。

此外，本文描述的各个方面或特征可以使用标准编程和/或工程技术实施为方法、装置或制品。这里使用的术语“制品”旨在包含可从任何计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条...)、光盘(例如，压缩盘(cd)、数字多功能盘(dvd)等)、智能卡和闪存设备(例如卡、棒、键驱动等)以及诸如只读存储器、可编程只读存储器和电可擦除可编程只读存储器的集成电路。

将根据可以包括多个设备、部件、模块等的系统来呈现各个方面。应当理解和认识到，各种系统可以包括附加的设备、部件、模块等和/或可以不包括结合附图所讨论的所有设备、部件、模块等。也可以使用这些方法的组合。

通过考虑随后的描述、附图和所附的权利要求，本发明的其他方面以及各种方面的特征和优势对本领域技术人员来说将变得显而易见。

mram器件是非易失性随机存取存储器技术。与常规随机存取存储器(ram)芯片不同，mram器件中的数据存储在磁存储元件中，而不是被存储成电荷或电流流动。元件由两个铁磁层形成。每个铁磁层可以保持磁化，其由薄绝缘层隔开。两层中的一层是被设置成特定极性的永磁体(基准层)。另一层(自由层)的磁化可以通过施加通过器件的电流或通过外部磁场而相对于基准层改变。该配置被称为磁隧道结，并且是mram位的基本结构。存储器件包括这种单元的阵列。

读取mram可以通过测量单元的电阻来完成。通常，通过给关联的晶体管供电来选择特定单元，该晶体管将电流从电源线经过该单元切换至地。由于隧穿磁阻(tmr)效应，单元的电阻根据rl与fl之间的磁化的相对取向而改变。通过测量所产生的电流，可以确定任何特定单元内的电阻，并由此确定自由层的磁化极性。如果两个层具有相同的磁取向，则电阻为低，而如果两个层具有相反的磁取向，则电阻更高。

使用各种方法向单元写入数据。在stt-mram的情况下，通过器件的电流变得自旋极化并引起自由层磁极性的重定向。可以通过反转电流的方向来反转这一取向。

mram器件依赖磁隧道结来存储数据。隧道磁阻是发生在磁隧道结(mtj)中的磁阻效应。磁隧道结由通过薄的绝缘体分开的两个铁磁体组成。如果绝缘层足够薄(在几纳米的数量级上)，电子可以从一个铁磁体隧穿到另一个铁磁体中。这种隧穿是量子力学现象。采用薄膜技术制造磁隧道结。

铁磁膜的两个磁化的方向可以通过外部磁场或通过使电流流过该器件来单独地切换。如果磁化处于平行取向，则电子更有可能隧穿绝缘膜。如果磁化在相反取向或在反平行取向，则电子不太可能隧穿绝缘膜。结果，这种结可以在两种电阻状态之间切换，一种具有低电阻，且另一种具有非常高的电阻。

磁隧道结依赖自旋转移力矩。当隧道势垒夹在两个铁磁电极之间时，自旋转移扭矩效应就会出现，使得在一个电极上有可自由旋转的磁化，而另一个电极(其具有固定磁化)充当自旋极化器。

图1图示了300mm的探针台。这种探针台不包括磁场能力。改造磁体不会产生足够大的磁场，而如上所述，具有磁能力的探针台不能够处理生产运行所需的较大晶片。随着mram器件的发展和进步，测试所需的磁场增大。目前，切换mram器件所需的磁场非常高，并且可能在3koe的数量级上。由于产生的磁场不够高，常规的电磁体将无法工作。在图1中还示出了适于常规的300mm探针台的电磁体。器件晶片也相对于电磁体而示出。

mram器件已从“面内”的磁取向改变为“垂直”对准。在这些mram器件中，磁取向垂直于晶片。这种配置产生了改进的磁场容限、更高的保持率、更低的切换功率以及更高的可扩展性。随着mram器件的不断发展，利用更大的磁场和更好的场均匀性进行测试可能变得必要。随着器件复杂性的增加，也可能使用400mm大小的晶片。这些未来的设备可能需要利用额外的磁场进行测试。

图2提供了现有的电磁体的示例轮廓。也在图2中示出了电磁体。图中示出了面内配置的和垂直配置的磁场。图2还包括针对具有最小面内贡献的最大垂直磁场的被测器件(dut)的相对位置。mram应当在该点处进行测试。使用更大的磁体需要更大的驱动电流和大量的磁体重新设计，以便耐受由这种大的驱动电流生成的热负载。

图3描绘了用于测试mram器件的电磁体的两个极片的有限元模型。由于无效的感应路径以闭合磁通量，所以存在磁场泄漏。大部分磁通量泄漏到被测设备周围的空气中，结果被浪费了。

图4提供了在没有背板的情况下磁场的横截面图。这示出了磁场中的损耗，其中磁场在mram器件周围消散到空气中。

一个实施例提供了增加到300mm晶片卡盘的磁场增强背板。该磁场增强背板可以被增加到探针台上的卡盘的表面。在备选的实施例中，可以将磁性材料添加到卡盘的表面。磁场增强背板由放置在磁极附近的高磁导率材料形成。这种高磁导率材料可以通过在dut附近提供高感应磁通量闭合路径来减少磁场的浪费。

图5描绘了使用磁场增强背板的mram器件测试。在图5中，当使用1mm厚的1006低碳钢背板时，估计dut经历的磁场的改善为45％。图5中的磁场比图3中所示的有所改进，因为磁体的两个磁极都将磁场导向dut。尽管使用1006低碳钢来产生图5中所示的磁场，本文描述的实施例不限于这种材料选择。磁增强材料可以选自增强磁场的各种各样的材料，并且可以被选择来测试具有与本文描述的典型mram不同的特性的特定器件。

图6示出了当使用磁场增强背板时产生的磁场的横截面中的改善。

图7示出了由于磁场增强背板而导致的磁场改善。在300mm的探针台上安装所制造的5mm厚的背板。磁场增强背板附接到晶片卡盘的表面。磁场增强背板可以被适配以适合各种探针台，并且可以用于各种尺寸的探针台。本文描述的实施例不限于在本申请中讨论的示例尺寸和探针台。如图7中的图图示了在有和没有磁场增强背板的情况下进行的磁场的测量。通过增加磁场增强背板，在相同的磁体驱动电流下磁场增加到2.5倍。另外，由于对面内磁场的抑制，磁场的均匀性增加。

本文描述的实施例提供对垂直磁隧道结mram器件的晶片级测试所需的更高的磁场。磁场增强背板提供了在不仅仅增加激励电流的情况下，实现更高的磁场的机制。使用磁场增强背板利用更高的磁导率磁性材料的基本性质来最小化磁通量的浪费。这允许以更模块化的方式进行测试，因为到dut的距离可以被保持并且不被减小。磁场增强背板也可以用于mram最终测试和现场设置，其中它可以用于确保芯片上的所有磁器件以正确的取向排列。

图8是在晶片测试期间使用磁场增强背板来测试诸如mram的磁器件的方法的流程图。方法800开始于在步骤802中将磁场增强背板安装在测试装置中。测试装置可以是探针测试装置，诸如上述的300mm探针台。测试装置可以接受变化尺寸的晶片，并且不限于300mm探针台。在步骤804中将待测试的器件(通常为mram晶片)与磁场增强背板一起安装。在步骤806中使用磁场进行mram测试，并且mram测试可以由mram的磁输运测试和电输运测试组成。施加到mram的磁场可以根据测试的性质而变化。

本领域技术人员将理解，信息和信号可以使用各种不同的技术和技术中的任何一种来表示。例如，可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者任何其他数据来表示可以在整个上述描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片它们的组合。

本领域技术人员将进一步认识到，结合在此公开的示例性实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上通常就其功能性描述了各种说明性的部件块、模块、电路和步骤。这样的功能性是以硬件还是软件来实施取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以各种方式实现所描述的功能，但是这样的实施决定不应当被解释为导致偏离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文公开的示例性实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以利用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件，或设计成执行本文所述功能的它们的任意组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是备选地，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实施成计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核的结合，或者任何其他这样的配置。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件实施，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体和通信媒体两者，所述通信媒体包含促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储介质可以是任何可以被计算机访问的可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括ram、romeeprom、cd-rom或其他光盘存储器或其他磁存储器件，或者可以用于携带或存储以指令或数据结构的形式存在且可以由计算机访问的期望的程序代码的任何其他介质。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光缆、双绞线、数字订户线(dsl)或无线技术(例如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输软件，则在介质的定义中包括同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或诸如红外线、无线电和微波的无线技术。这里使用的盘和碟包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多功能碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地重现数据，而碟用激光器光学重现数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

提供所揭示的示范性实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些示例性实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可将本文中定义的一般原理应用于其他实施例。因此，本发明并不旨在限于本文所示的示例性实施例，而是应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。