具体实施方式
此后将参考附图更全面地描述各种示范性实施例，在附图中示出了某些示范性实施例。但是，本发明可以用很多不同的形式具体实施，并且不应该被理解为局限于这里给出的示范性实施例。相反，提供这些示范性实施例以使本公开将会透彻和完整，并且将把本发明的范围全面地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰可能夸大层和区域的大小和相对大小。
将会理解，当元件或者层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，其可能直接地在所述另一个元件或层上、连接到或耦合到所述另一个元件或层，或者，可能存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，不存在居间的元件或者层。相似的参考数字通篇指示相似的元件。如这里所使用的那样，术语“和/或”包括相关联的被列项目中的一个或更多个的任意和全部组合。
将会理解，尽管这里可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些件、部件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语只被用来把一个元件、部件、区域、层或部分从另一元件、部件、区域、层或部分区分。因此，下面描述的第一元件、部件、区域、层或部分可以被叫做第二元件、部件、区域、层或部分而不偏离本发明的教导。
这里使用的术语仅是为了描述具体示范性实施例的目的，并非旨在限制本发明。如这里所使用的，预期单数形式“一”、“一个”和“该”也包括复数形式，除非上下文明确地另有指示。还将会理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或者添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
除非另外定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有和本发明所属技术领域的技术人员通常所理解的相同的含义。还将会理解，例如在通常使用的字典中定义的那些术语，应该被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或者过于正式的意义解释，除非在这里清楚地如此定义。
此后将参考附图详细地说明示范性实施例。
图1是示出依据某些示范性实施例的用于测量电阻存储器器件的电阻的系统的框图。
参考图1，用于测量电阻存储器器件D的电阻的系统100a可以包括脉冲产生器102、示波器106、连接组件104和数据处理组件108。尽管这里描述中的很多提到示波器在测量参数时使用，但是可以使用任何等效的测试设备。
在某些示范性实施例中，可以在半导体衬底上形成电阻存储器器件D。半导体衬底可以被置于载物台上。电阻存储器器件D可以具有根据时间可变的电阻。具体来说，电阻存储器器件D可以包括相变存储器器件、磁存储器器件、氧化物存储器器件等等。测试元件组(test element group，TEG)可以具有大致和单元中的单位元件以及电阻存储器器件D的外围电路的结构相同的结构。TEG可以用于测试单元和外围电路的电气特性。可以在TEG测量电阻。
连接组件104可以被连接在电阻存储器器件D和脉冲产生器102的端子之间、以及电阻存储器器件D和示波器106的端子之间。在某些示范性实施例中，连接组件104可以包括被配置成直接和电阻存储器器件D的端子接触的探针。
脉冲产生器102可以产生脉冲信号，例如脉冲电压、脉冲电流等等。脉冲产生器102可以以期望的周期把脉冲电压或者脉冲电流施加于电阻存储器器件D。在某些示范性实施例中，脉冲产生器102可以把具有时间延迟的两个不同脉冲施加到电阻存储器器件D。
例如，脉冲产生器102可以包括多个用于施加脉冲的通道CH1和CH2。因此，从通道CH1和CH2可以产生不同的脉冲电压。不同的脉冲电压可被施加于电阻存储器器件D。
示波器106可以监测来自脉冲产生器102的脉冲通过电阻存储器器件D的单元而输出的脉冲波形。可以使用脉冲波形测量脉冲电压。在某些示范性实施例中，当电阻读脉冲可以被施加到电阻存储器器件D时，使用示波器106的脉冲波形可以测量可在电阻存储器器件D中产生的下降电压。
数据处理组件108可以使用从示波器106输出的脉冲波形和示波器106的内阻测量电阻存储器器件D的电阻。
具体来说，数据处理组件108可以根据由示波器106测量的下降电压和示波器106的内阻获取可以流过电阻存储器器件D的全部电流。此外，数据处理组件108可以使用所述全部电流和电阻读脉冲的电压获取电阻存储器器件D电阻。
根据本示范性实施例，使用所述系统，可以恰在数据可以被写入电阻存储器器件的单元中以后准确地测量单元的电阻。
图2是示出依据某些示范性实施例的用于测量电阻存储器器件的电阻的系统的框图。
参考图2，本示范性实施例的系统100b可以包括示波器106、连接组件104和数据处理组件108。两个脉冲产生器101a和101b可以连接到电阻存储器器件D。脉冲产生器101a和101b可以周期性地产生两个脉冲电压。因此，可以带有时间延迟地把两个不同的脉冲电压施加于电阻存储器器件D。
图3是示出依据某些示范性实施例的用于测量电阻存储器器件的电阻的系统的框图。
参考图3，本示范性实施例的系统100c可以包括示波器106、连接组件104和数据处理组件108。任意脉冲产生器102b可以被连接到电阻存储器器件D。在某些示范性实施例中，任意脉冲产生器102b可以具有用于周期性地产生至少两个脉冲电压的单个通道。因此，可以带有时间延迟地把两个不同的脉冲电压施加于电阻存储器器件D。
根据这些示范性实施例，使用所述系统，可以恰在数据可以被写入电阻存储器器件的单元中以后准确地测量单元的电阻。
这里，考虑到确定电阻存储器器件的工作特性和可靠性，可能期望恰在把数据写入单元中以后准确地测量单元的电阻。具体来说，当恰在把数据写入单元中以后测量的电阻可能与把数据写入单元中之后很久测量的电阻不同时，可能更期望恰在把数据写入单元中以后准确地测量单元的电阻。
当电阻存储器器件可以包括相变存储器器件时，在数据“1”可能被写入单元以便给该单元提供复位状态，即高电阻的状况下，随着时间的流逝所述相变存储器器件可能具有渐增的电压。因此，可能期望恰在把数据写入单元中以后准确地测量相变存储器器件中的单元的电阻。
图4是根据某些示范性实施例示出相变存储器器件的框图。
参考图4，本示范性实施例的相变存储器器件150可以包括存储器单元阵列10、列选择电路20、行选择电路30、读电路40、控制偏置产生电路50和钳位控制信号产生电路(clamp control signal generating circuit，CCSGS)60。
在某些示范性实施例中，存储器单元阵列10可以包括多个按矩阵排列的相变存储器单元MC。相变存储器单元MC可以包括可变电阻电容器和存取电容器。可变电阻电容器可以包括相变材料，所述相变材料依据结晶态和无定形态具有不同的两个电阻。存取电容器可以控制流过所述可变电阻电容器的电流。
在某些示范性实施例中，存取电容器可以包括串联耦合到可变电阻电容器的二极管、晶体管，等等。相变材料可以包括GaSb、InSb、InSe、Sb2Te3、GeTe、GeSbTe、GaSeTe、InSbTe、SnSb2Te4、InSbGe、AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)、Te81Ge15Sb2S2等等。
列选择电路20可以在多个字线WL0-WLm中选择字线WL0。行选择电路30可以在多个位线BL0-BLn中选择位线BL0。
读电路40可以读取从存储器单元阵列10选择的非易失存储器单元MC中的数据。在某些示范性实施例中，读电路40可以通过控制偏置VBIAS向被选择的非易失存储器单元MC提供读偏置Icell以读取相变存储器单元MC的电阻。
这里，恰在把数据写入相变存储器器件的单元中以后测量的电阻可能与把数据写入相变存储器器件的单元中之后很久测量的电阻不同。具体来说，恰在数据“1”可能被写入单元中以后，该单元可能具有低电阻，因为该单元的电阻可能未被充分增大。因此，当可以读取该单元中的数据时，该单元可能被确定异常。相反，在数据“1”可能被写入单元中以后很久，该单元可能具有高电阻，因为该单元的电阻可以被充分增大。因此，当可以读取该单元中的数据时，该单元可以被确定是正常的。因此，为了准确确定相变存储器器件的工作特性，可能期望恰在把数据“1”写入单元中以后准确地测量电阻。
图5是依据数据的写入和时间延迟示出图4中相变存储器器件的电阻的曲线。
在图5中，参考数字可以按下列表1代表电阻。
表1
参考数字
10a
10b
12a
12b
14a
14b
数据
0
1
0
1
0
1
Toff
500纳秒
500纳秒
1秒
1秒
10年
10年
参考图1，当数据“1”可能被写入相变存储器器件的单元中时，随着时间的流逝电阻可能增大(见10b、12b和14b)。相反，当数据“0”可能被写入相变存储器器件的单元中以便为该单元提供置位状态时，电阻可能不变(见10a、12a和14a)。因此，可能需要恰在写入数据“1”以后随着时间的流逝的电阻。
图6是示出当相变材料是无定形态时图4中的相变存储器器件中的相变材料的电阻的曲线。
参考图6，在相变材料可能被转换为无定形态以后，相变材料的电阻可以被逐渐增大。这里，无定形相变材料的电阻可以被表示为下列公式1。
公式1
R(t)＝R0Td
在公式中，R0可以指示恰在相变材料可以被转换为无定形态以后的初始电阻，并且d可以代表迁移系数。
在相变材料可能被转换为无定形态以后，相变材料的电阻可能随着时间的流逝增大。因此，可以注意到当数据“1”可以被写入相变存储器器件的单元中时，电阻可以随着时间的流逝增大。
这里，当可以使用DC电压测量相变存储器器件的电阻时，可测量从把数据“1”写入相变存储器器件中起不超过大约0.1秒以后的电阻。这可能由单元的端子中的DC电压的不超过大约0.1秒的输入/输出时间导致。
此外，尽管通过常规方法测量的单元电阻可能如期望那样高，但是相变存储器器件可能发生故障。例如，在从把数据“1”写入相变存储器器件中大约0.1秒之前单元的电阻可能低于测量的电阻。因此，在从写入数据“1”大约0.1秒之前可以读取所写入的数据时，该单元可能发生故障。
结果，考虑到确定电阻存储器器件的可靠性和工作特性，可能期望恰在把数据写入电阻存储器器件中之后准确地测量电阻存储器器件的电阻。具体来说，可能期望准确地测量复位的电阻存储器器件的电阻。
此后，可以详细说明测量电阻存储器器件的电阻的方法。这里，所述方法可以使用图1到图3中的系统。
图7是流程图，依据某些示范性实施例示出了测量电阻存储器器件的电阻的方法，图8是定时图，示出了数据写脉冲和数据读脉冲，并且图9是示出电阻测量方案的等效电路图。
在这个示范性实施例中，电阻存储器器件可以包括相变存储器器件。在把数据“1”写入相变存储器器件以便为该相变存储器器件提供复位状态时，可以测量单元的电阻。
或者，当恰在写数据“0”以便为该相变存储器器件提供置位状态之后可以测量单元的电阻时，这种方法可以包括大致和图7中的方法相同的过程，只不过数据写脉冲可以被控制成写数据“0”。
此外，电阻存储器单元的单元可以被置于半导体衬底上的TEG中，可以在所述半导体衬底上形成所述电阻存储器器件。
参考图7到图9，脉冲产生器可以连接到相变存储器器件的单元。相变存储器器件可以连接到示波器以显示从相变存储器器件输出的脉冲。
在步骤S10中，数据写脉冲P1可以被施加到相变存储器器件的单元。在某些示范性实施例中，数据写脉冲P1可以包括用于把数据“1”写入单元中的电压脉冲。数据写脉冲P1的电压可以是大约3V到大约5V。
在步骤S12中，在从施加数据写脉冲P1起一段时间延迟以后，电阻读脉冲P2可被施加到相变存储器器件的单元。电阻读脉冲P2可以用于读取单元的电阻。因此，可能需要防止单元中的数据被电阻读脉冲P2改变或重写。在某些示范性实施例中，电阻读脉冲P2可以具有比数据写脉冲P1的电压更低的电压。例如，电阻读脉冲P2可以是大约1.3V到大约1.5V。
这里，通过控制数据写脉冲P1和电阻读脉冲P1之间的时间延迟，可以测量按照把数据写入相变存储器器件的单元中之后的时间的电阻。
在某些示范性实施例中，数据写脉冲P1的终点和电阻读脉冲P2中的稳定时段P3的起点之间的时间可以对应于从把数据写入单元中到测量电阻的时间。此后，数据写脉冲P1的终点和电阻读脉冲P2中的稳定时段P3的起点之间的时间可以被称为延迟时间Toff。
即，为了测量从把数据写入单元中特定时间以后的电阻，延迟时间Toff可以被设置为所述特定时间。例如，为了从把数据写入单元中起大约100纳秒进行测量，可以调整电阻读脉冲P2的施加时间以便把延迟时间Toff设置为大约100纳秒。
这里，电阻读脉冲P2中的稳定时段P3可以对应于稳定的脉冲电压可以被施加而没有电阻读脉冲P2中的过冲的噪声的时段。例如，在电阻读脉冲P2中的初始时段中可能产生噪声。因此，稳定时段P3可以被界定在电阻读脉冲P2的半程点和终点之间。或者，稳定时段P3的起点可以在电阻读脉冲P2中的半程点之前或者之后。
在某些示范性实施例中，延迟时间Toff可以是大约10纳秒到大约1秒。因此，在把数据“1”写入相变存储器器件的单元中以后，可以在大约10纳秒以后测量单元的电阻。
或者，当延迟时间Toff是大约1秒时，可以使用本示范性实施例的方法准确地测量单元的电阻。这里，当延迟时间Toff可以足够长时，可以使用DC电压测量单元的电阻。但是，当延迟时间Toff可能在数百纳秒之内时，只有使用本示范性实施例的方法才可以测量单元的电阻。
在某些示范性实施例中，可以使用下列过程以延迟时间Toff来施加数据写脉冲P1和电阻读脉冲P2。
图1中单个脉冲产生器中的通道可以产生数据写脉冲P1和电阻读脉冲P2。
或者，图2中的两个脉冲产生器可以分别产生数据写脉冲P1和电阻读脉冲P2。
此外，图3中的任意脉冲产生器的单个通道可以产生包括数据写脉冲P1和电阻读脉冲P2的合并脉冲(incorporated pulse)。
当可以以延迟时间Toff顺序地施加数据写脉冲P1和电阻读脉冲P2时，示波器可以显示单元的脉冲波形。
在步骤S14中，当可以施加电阻读脉冲P2时，可以从相变存储器器件的单元输出的脉冲波形来测量由电压降导致的下降电压ΔV。这里，下降电压ΔV可以对应于通过其中写入数据“1”的单元的电阻读脉冲P2的电压差。即，下降电压ΔV可以对应于当施加数据写脉冲P1时输出的脉冲波形和当施加电阻读脉冲P2时输出的脉冲波形之间的脉冲电压差。
在某些示范性实施例中，下降电压ΔV可以对应于在示波器两端间测量的电压。因此，可以从示波器直接获取下降电压ΔV。
在步骤S16中，可以根据下降电压ΔV和示波器的内阻Rosc获取流过相变存储器器件的单元的总电流Itot。总电流Itot可以由下列公式2计算。
公式2
Itot＝ΔV/Rosc
在某些示范性实施例中，示波器的内阻可能不超过大约1000欧姆，一般大约50欧姆。
在步骤S18中，使用总电流Itot和电阻读脉冲P2的电压Vread可以获取其中可能被写入数据“1”的单元的电阻RDUT。在某些示范性实施例中，电阻RDUT可以通过下列公式3计算。
公式3
RDUT＝(Vread/Itot)-Rosc
根据本示范性实施例，在从把数据写入电阻存储器器件的单元中起期望的延迟时间之后，可以准确地测量单元的电阻。
此外，可以基于相变存储器器件的电阻获取从把数据写入单元到感测所述数据的时间。因此，在把数据写入单元中以后可以准确地获取用于读取该数据的时间容限。
图10是流程图，依据某些示范性实施例示出了测量电阻存储器器件的电阻的方法。
参考图10，在步骤S20中，数据写脉冲可以被施加到相变存储器器件的单元。
在步骤S22中，在从施加数据写脉冲起一段延迟时间以后，可以把电阻读脉冲施加到相变存储器器件的单元。
在步骤S24中，从当把电阻读脉冲施加到单元时从单元输出的脉冲波形可以测量下降电压。
在步骤S26中，可以重复地执行施加数据写脉冲和施加电阻读脉冲。即，可以执行包括施加数据写脉冲和施加电阻读脉冲的循环。
在步骤S28中，通过电阻读脉冲测量的下降电压可以被平均以获取平均脉冲波形。
在步骤S30中，平均脉冲波形可以被平滑以便从所述平均脉冲波形去除噪声。在某些示范性实施例中，平滑平均脉冲波形可以起到从平均脉冲波形的趋势去除数据偏移以便显示所述趋势中的平均脉冲波形的作用。
在步骤S32中，可以扫描被平滑的平均脉冲波形的周期。扫描周期中的下降电压可以被平均以获取平均下降电压。
图11是示出平滑的平均脉冲波形的示意波形图示。
参考图11，可以确定平均脉冲波形中的第一时段A和第二时段B。第一时段A可以位于电阻读脉冲中。第二时段B可以位于电阻读脉冲两端的基电平波形中。可以扫描第一时段A以测量多个第一下降电压。第一下降电压可被平均以获取第一平均下降电压。可以扫描第二时段B以测量多个第二下降电压。第二下降电压可被平均以获取第二平均下降电压。可以计算第一平均下降电压和第二平均下降电压之间的差。该电压差可以对应于下降电压ΔV。
这里，当可能在平均脉冲波形中的一个点处测量下降电压ΔV时，测量误差可能由于噪声所致而增大。因此，通过扫描平均脉冲波形中的时段可以准确地测量下降电压ΔV。
在步骤S34中，根据下降电压ΔV和示波器的内阻Rosc，可以获取流过电阻存储器器件的单元的总电流Itot。
在步骤S36中，使用总电流Itot和电阻读脉冲P2的电压Vread可以获取其中可能写入数据的单元的电阻。在某些示范性实施例中，用于获取单元电阻的过程可以大致和参考图7所示的相同。因此，这里为了简洁省略了针对相同过程的任何进一步的说明。
根据本示范性实施例，可以注意到单元电阻可以和在把数据“1”写入相变存储器器件中以后的延迟时间成比例地增大。因此，通过按写入数据“1”以后的延迟时间测量电阻，可以准确地设置读感测容限和读确定电压。
图12是依据恰在写数据以后的时间延迟示出相变存储器器件的置位电阻和复位电阻的曲线。
参考图12，在从把数据“1”写入相变存储器器件的单元中起数百纳秒之后，该单元可以具有低复位电阻。此外，复位电阻可以和把数据“1”写入单元中之后的延迟时间成比例地增大。相反，在把数据“0”写入相变存储器器件的单元中以后，由于延迟时间所致的置位电阻之间的差可能较小。
在图12中，参考数字11a可以指示从写数据“0”起大约100纳秒以后的电阻。参考数字11b可以代表从写数据“1”起大约100纳秒以后的电阻。参考数字13a可以指示从写数据“0”起大约1秒以后的电阻。参考数字13b可以代表从写数据“1”起大约1秒以后的电阻。
在图12中，ΔM1可以指示从写数据起100纳秒以后置位电阻和复位电阻之间的容限。ΔM2可以指示从写数据起1秒以后置位电阻和复位电阻之间的容限。
因此，当可能从写数据起数百纳秒以后读取数据时，感测放大器可能无法准确地在置位状态和服务状态之间区分。此外，感测放大器可能把复位状态确定为置位状态。因此，可以基于相变存储器器件的电阻获取从把数据写入单元中到感测该数据的时间。因此，在把数据写入单元中以后可以准确地获取用于读取该数据的时间容限。
此外，因为恰在写数据“1”以后复位电阻可能较低，电流可能增大，所以在复位状态感测节点的电压可能降低。因此，复位状态和置位状态的电压之间的容限可以被减小。结果，基于减小的容限，可以准确地设置用于在数据“0”和“1”之间区分的验证电压。
图13是按照把数据“1”写入相变存储器器件中以后的时间延迟示出电阻的曲线。这里，可以在不同的电阻读电压下测量电阻。
在图13中，参考数字可以分别代表在下列表2中的下列电阻读电压。
表2
参考数字
150
152
154
156
158
电阻读电压
0.3V
0.4V
0.5V
0.6V
0.7V
如图13中所示，可以注意到相变存储器器件中单元的电阻可以和降低电阻读电压成比例地增大。
此外，可以注意到相变存储器器件中单元的电阻可以和增大把数据“1”写入单元中以后的延迟时间成比例地增大。
具体来说，恰在从把数据“1”写入相变存储器器件中起大约100纳秒以后，可以准确地测量电阻。
图14是示出具有不同的复位电流的相变存储器器件的电阻的曲线。
可以在延迟时间可以被设置为在把数据“1”写入单元中之后大约1微秒的条件下测量相变存储器器件的电阻。此外，可以在不同的电阻读电压下测量电阻。
在图14中，参考数字可以分别代表下列表3中的下列电阻读电压。
表3
参考数字
160
162
164
166
168
电阻读电压
0.2V
0.3V
0.4V
0.5V
0.6V
可以测量相变存储器器件的电阻，其可能分别具有大致和正常电流相同的复位电流、比正常电流多大约10％的复位电流、比正常电流多大约20％的复位电流以及比正常电流多大约30％的复位电流。如图14中所示，可以注意到比正常电流多的复位电流可以流过相变存储器器件。
相反，可以测量分别具有比正常电流少大约10％的复位电流的相变存储器器件的电阻。如图14中所示，可以注意到比正常电流少的复位电流可以流过相变存储器器件。
参考图14，具有相对较高的复位电流的相变存储器器件可以具有相对较低的电阻。因此，可以注意到使用这些示范性实施例的方法可以准确地测量相变存储器器件的电阻。此外，因为可以通过相变存储器器件的复位电流准确获取电阻，所以通过测量相变存储器器件的电阻可以确定相变存储器器件的复位电流。结果，可以获取针对相变存储器器件的工作特性的准确信息。
根据这些示范性实施例，可以恰在从把数据写入电阻存储器器件中起大约几个到数百纳秒以后准确地测量电阻。所测量的电阻可被用于确定电阻存储器器件的工作特性和可靠性，并用于设置例如相变存储器器件、磁存储器器件、铁电存储器器件等的电阻存储器器件的读感测容限和数据确定电压。
前面说明了示范性实施例，并且不要被理解为对其限制。尽管已经描述了几个示范性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，不在实质上偏离本发明的新颖教导和优点，在这些示范性实施例中很多修改是可能的。因此，预期所有这些修改被包括在如权利要求中限定的本发明的范围内。在权利要求中，预期装置加功能的条款覆盖这里描述的执行引用的功能的结构，以及结构等同物和等同的结构。因此，要理解前面说明了各种示范性实施例，并且不要被理解为局限于所公开的具体示范性实施例，并且预期对所公开的示范性实施例以及其他示范性实施例的修改被包括在所附权利要求的范围内。