用于检查STT-MRAM中的有缺陷的MTJ单元的方法和系统与流程

本公开涉及一种用于检查自旋转移矩磁性随机存取存储器(spin-transfertorque magnetic random access memory，stt-mram)中的有缺陷的磁性隧道结(mtj)单元的方法及系统，更具体地，涉及检查stt-mram的mtj单元。

背景技术：

1、近来，自旋转移矩磁性随机存取存储器(stt-mram)作为替代动态随机存取存储器(dram)和静态ram(sram)的下一代存储器而被强调。因此，半导体公司正在进行对stt-mram的研究和开发，并且正在开发stt-mram作为嵌入式存储器解决方案。

2、为了成功地生产stt-mram，筛选有缺陷的磁性隧道结(mtj)单元的特性是非常重要的。有缺陷的mtj单元的失败的原因之一可能是易损电介质薄膜的膜质量中涉及的缺陷。

3、然而，在工艺开发或生产的现有阶段中不检查mtj单元的膜质量，并且在最终制造单元之后，根据单元特性来确定薄膜是好的还是坏的。可在可靠性评估的阶段中检查mtj单元的膜质量，在可靠性评估的阶段中，通过基于具有双向驱动能力的mtj单元的双极性周期估计耐久性特性来执行检查。

4、然而，使用上述每个阶段的检查方法对于根据电介质薄膜的膜质量确定开发的成功或失败以及潜在缺陷具有限制，并且有效地检查具有约1nm厚度的薄膜的质量的技术被期望。

技术实现思路

1、技术问题

2、提供了一种基于在周期期间的驱动方案的比较评估来检查具有约1nm厚度的薄膜的质量的技术。

3、提供了一种将双极性信号和单极性信号同时施加到同一磁性隧道结(mt j)单元并基于周期间隙的分析来检查好的薄膜或坏的薄膜的技术，单极性信号包括单极性空穴(正极性)和单极性电子(负极性)。

4、提供了一种通过在筛选有缺陷的mtj单元时将具有不同脉冲条件和前置时间的增量步进脉冲应力(isps)方案施加到自旋转移矩磁性随机存取存储器(stt-mram)的安全区、筛选区和标称击穿区中的每个而减少筛选时间并提高筛选准确度来有效地筛选有缺陷的mtj单元的技术。

5、提供了一种用于检查有缺陷的mtj单元的方法和系统，通过所述方法和所述系统，使用mtj单元的电阻变化来筛选有缺陷的mtj单元，从而提供准确的筛选结果而不影响好的mtj单元。

6、技术方案

7、根据本公开的一方面，一种检查磁性隧道结(mtj)单元的电介质膜质量的可靠性的系统的检查方法包括：将单极性信号和双极性信号施加到自旋转移矩磁性随机存取存储器(stt-mram)的mtj单元；比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙，所述特性从mtj单元被生成；以及基于比较结果来检查mtj单元的电介质薄膜。

8、施加单极性信号和双极性信号的步骤可包括：将单极性信号和双极性信号同时施加到包括具有磁性材料的多个mtj单元的stt-mram的mtj单元，单极性信号包括单极性空穴(正极性)和单极性电子(负极性)。

9、单极性信号和双极性信号可包括指示不同信号之间的时间的间隔时间信息和指示信号的时间的信号时间信息。

10、比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙的步骤可包括：从关于间隔时间信息的周期的数量获得单极性信号的特性和双极性信号的特性，并且比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙，间隔时间信息从被施加单极性信号和双极性信号的mtj单元生成。

11、检查mtj单元的电介质薄膜的步骤可包括：在间隔时间信息等于信号时间信息的点处，根据比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙的结果，检查好的薄膜或坏的薄膜。

12、检查mtj单元的电介质薄膜的步骤可包括：当周期间隙大于或等于预设值时将mtj单元的薄膜检查为好的，并且当周期间隙小于预设值时将mtj单元的薄膜检查为坏的。

13、根据本公开的另一方面，一种用于检查mtj单元的电介质膜质量的可靠性的检查系统包括：

14、信号施加单元，被配置为将单极性信号和双极性信号施加到stt-mram的mtj单元；比较单元，被配置为比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙，所述特性从mtj单元被生成；以及检查单元，被配置为基于比较结果来检查mtj单元的电介质薄膜。

15、信号施加单元可被配置为：将单极性信号和双极性信号同时施加到包括具有磁性材料的多个mtj单元的stt-mram的mtj单元，单极性信号包括单极性空穴(正极性)和单极性电子(负极性)。

16、比较单元可被配置为：从关于间隔时间信息的周期的数量获得单极性信号的特性和双极性信号的特性，并且比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙，间隔时间信息从被施加的单极性信号和双极性信号的mtj单元生成。

17、检查单元可被配置为：在间隔时间信息等于信号时间信息的点处，根据比较单极性信号的特性与双极性信号的特性之间的周期间隙的结果，检查好的薄膜或坏的薄膜。

18、检查单元可被配置为：当周期间隙大于或等于预设值时将mtj单元的薄膜检查为好的，并且当周期间隙小于预设值时将mtj单元的薄膜检查为坏的。

19、根据本公开的又一方面，一种筛选有缺陷的mtj单元的有缺陷的单元检查系统的检查方法包括：将包括不同脉冲条件和不同前置时间的增量步进脉冲应力(isps)方案施加到stt-mram的安全区、筛选区和标称击穿区中的每个；以及使用isps方案筛选stt-mram的有缺陷的mtj单元。

20、施加isps方案的步骤可包括：将isps方案不同地施加到安全区、筛选区和标称击穿区中的每个，筛选区具有存在有缺陷的单元的可能性，标称击穿区具有发生正常单元的击穿的可能性。

21、施加isps方案的步骤还可包括：使用将相对快的斜升速度施加到安全区的isps方案并使用将相对慢的斜升速度施加到筛选区的isps方案来执行斜升，并且在施加恒定电压并增加时间变量的同时将isps方案施加到标称击穿区。

22、施加isps方案的步骤还可包括：利用使用包括预设脉冲条件、电压和前置时间的不同斜升速度的isps方案对安全区和筛选区中的每个执行斜升。

23、筛选有缺陷的mtj单元的步骤可包括：使用对安全区、筛选区和标称击穿区中的每个执行斜升所通过的不同isps方案，来筛选stt-mram的有缺陷的mtj单元。

24、根据本公开的又一方面，一种筛选有缺陷的mtj单元的有缺陷的单元检查系统的检查方法包括：将预设脉冲条件的电压作为起始电压施加到stt-mram的安全区、筛选区和标称击穿区中的每个；将包括不同脉冲条件和不同前置时间的isps方案施加到安全区、筛选区和标称击穿区中的每个；以及使用isps方案筛选stt-mram的有缺陷的mtj单元。

25、根据本公开的又一方面，一种用于筛选有缺陷的mtj单元的有缺陷的单元检查系统包括：施加单元，被配置为：将包括不同脉冲条件和不同前置时间的isps方案施加到stt-mram的安全区、筛选区和标称击穿区中的每个；以及筛选单元，被配置为：使用isps方案筛选stt-mram的有缺陷的mtj单元。

26、施加单元可包括：安全区施加单元，被配置为使用将相对快的斜升速度施加到安全区的isps方案来执行斜升；筛选区施加单元，被配置为使用将相对慢的斜升速度施加到筛选区的isps方案来执行斜升；以及标称击穿区施加单元，被配置为在施加恒定电压并增加时间变量的同时将isps方案施加到标称击穿区。

27、安全区施加单元和筛选区施加单元可被配置为：使用分别使用包括预设脉冲条件、电压和前置时间的不同斜升速度的isps方案对安全区和筛选区分别执行斜升。

28、筛选单元可被配置为：使用对安全区、筛选区和标称击穿区中的每个执行斜升所通过的不同isps方案，来筛选stt-mram的有缺陷的mtj单元。

29、根据本公开的另一方面，一种筛选有缺陷的mtj单元的有缺陷的单元检查系统的检查方法包括：读取mtj单元的存储的数据；根据读取存储的数据的结果检测mtj单元的电阻变化，并对mtj单元执行筛选；以及基于筛选结果确定mtj单元是否是有缺陷的。

30、检测电阻变化并对mtj单元执行筛选的步骤可包括：检测mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化。

31、确定mtj单元是否是有缺陷的步骤可包括：将mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化同有缺陷的单元判定值进行比较；以及当mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化大于或等于有缺陷的单元判定值时，将mtj单元确定为有缺陷的；或者当mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化小于有缺陷的单元判定值时，将mtj单元确定为无缺陷的。

32、可在mtj单元的隐藏时序中执行读取mtj单元的存储的数据的步骤，隐藏时序表示mtj单元不进行操作的时序。

33、当作为读取的结果存储的数据被读取为与高电阻状态对应的值时，执行检测电阻变化并对mtj单元执行筛选的步骤。

34、确定mtj单元是否是有缺陷的步骤还可包括：当mtj单元被确定为有缺陷的时，利用备用mtj单元替换mtj单元。

35、根据本公开的又一方面，一种用于检查有缺陷的mtj单元的系统包括：读取单元，被配置为读取mtj单元的存储的数据；以及筛选单元，被配置为：根据读取存储的数据的结果检测mtj单元的电阻变化，对mtj单元执行筛选，以及基于筛选结果确定mtj单元是否是有缺陷的。

36、筛选单元可被配置为：检测mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化。

37、筛选单元可被配置为：将mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化同有缺陷的单元判定值进行比较；并且当mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化大于或等于有缺陷的单元判定值时，将mtj单元确定为有缺陷的，或者当mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化小于有缺陷的单元判定值时，将mtj单元确定为无缺陷的。

38、读取单元可在mtj单元的隐藏时序中进行操作，并读取mtj单元的存储的数据，隐藏时序表示mtj单元不进行操作的时序。

39、当作为读取的结果存储的数据被读取为与高电阻状态对应的值时，筛选单元可进行操作，并检测mtj单元的电阻变化。

40、根据本公开的又一方面，一种用于检查包括多个mtj单元的stt-mram中的有缺陷的mtj单元的方法包括：顺序地读取所述多个mtj单元的存储的数据；根据读取存储的数据的结果来检测所述多个mtj单元之中的至少一个mtj单元的电阻变化，并对所述至少一个mtj单元执行筛选；以及基于筛选结果来确定所述至少一个mtj单元是否是有缺陷的。

41、检测电阻变化并对所述至少一个mtj单元执行筛选的步骤可包括：检测所述至少一个mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化。

42、确定所述至少一个mtj单元是否是有缺陷的步骤可包括：将所述至少一个mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化同有缺陷的单元判定值进行比较；以及当所述至少一个mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化大于或等于有缺陷的单元判定值时时，将所述至少一个mtj单元确定为有缺陷的，或者当所述至少一个mtj单元的电阻值与预设参考值相比的变化小于有缺陷的单元判定值时，将所述至少一个mtj单元确定为无缺陷的。

43、可在所述多个mtj单元的隐藏时序中执行顺序地读取所述多个mtj单元的存储的数据的步骤，隐藏时序表示所述多个mtj单元不进行操作的时序。

44、可对所述至少一个mtj单元执行检测电阻变化并对所述至少一个mtj单元执行筛选的步骤，所述至少一个mtj单元具有作为读取的结果被读取为与高电阻状态对应的值的存储的数据。

45、根据本公开的又一方面，一种用于检查包括多个mtj单元的stt-mram中的有缺陷的mtj单元的系统包括：读取单元，被配置为顺序地读取所述多个mtj单元的存储的数据；以及筛选单元，被配置为：根据读取存储的数据的结果来检测所述多个mtj单元之中的至少一个mtj单元的电阻变化，对所述至少一个mtj单元执行筛选；以及基于筛选结果来确定所述至少一个mtj单元是否是有缺陷的。

46、有益效果

47、根据实施例，可基于在周期期间的驱动方案的比较评估来检查具有约1nm厚度的薄膜的质量。

48、根据实施例，双极性信号和单极性信号同时被施加到同一磁性隧道结(mtj)单元，并且好的薄膜或坏的薄膜可基于周期间隙的分析来检查，单极性信号包括单极性空穴(正极性)和单极性电子(负极性)。

49、根据实施例，可在开发、生产或评估的阶段中根据mtj单元的膜质量确定开发的成功或失败以及潜在缺陷。

50、根据实施例，通过将具有不同脉冲条件和前置时间的增量步进脉冲应力(isps)方案施加到自旋转移矩磁性随机存取存储器(stt-mram)的安全区、筛选区和标称击穿区中的每个，从而减少筛选时间并提高筛选准确度来筛选有缺陷的mtj单元，使得有缺陷的mtj单元可被有效地筛选。

51、根据实施例，可通过不同地调节时间以及应力的大小来更有效地检测有缺陷的mtj单元。

52、根据实施例，可提供了一种用于检查有缺陷的mtj单元的方法和系统，通过所述方法和所述系统，使用mtj单元的电阻变化来筛选有缺陷的mtj单元，从而提供准确的筛选结果而不影响好的mtj单元。