一种磁存储阵列的测试结构及测试方法技术

本发明专利技术提供了一种磁存储阵列的测试结构及测试方法，测试结构包括下金属层、上金属层、磁隧道结阵列、原位磁场结构，磁隧道结阵列中包含有待测磁存储器件。原位磁场结构包括环绕待测磁存储器件的至少一匝金属线圈。通过在磁隧道结阵列的上下两个进行层的至少一个金属层内设置原位磁场结构，能够通过向至少一匝金属线圈通电流，以给作为单个或几个磁隧道结组成的待测磁存储器件施加垂直磁场，测试待测磁存储器件在读写过程中抗外磁场的干扰性能。且还能够通过原位磁场，计算出待测磁存储器件的热稳定因子等重要参数，以在WAT测试中能够获取到待测磁存储器件的部分磁性能参数，使测试结果能够反映磁隧道结阵列特性。结果能够反映磁隧道结阵列特性。结果能够反映磁隧道结阵列特性。

【技术实现步骤摘要】
一种磁存储阵列的测试结构及测试方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种磁存储阵列的测试结构及测试方法。

技术介绍

[0002]磁隧道结(Magnetic Tunnel Junctions，简称MTJ)的核心材料是由磁性材料制备而成的。在测试磁隧道结时，一般都是在磁场下测试其工作状态及性能。而当前工业界的作法主要有两种。其中一种采用是采用晶圆磁性测试仪，将磁场通过电磁铁和探针卡施加到待测的MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory，非易失性磁性随机存储器)单元上，但是晶圆磁性测试仪造价昂贵，成本高；且晶圆磁性测试仪施加在MRAM单元上的是一块区域面积较大的磁场，无法实现具体到MRAM单元中的一个MTJ原位的磁化。另一种方式是采用铁磁共振、振动样品磁强计等设备，这类设备是将做好的晶圆切成小片，置于两铁磁体中间，利用缠绕在铁磁体上的通电线圈产生磁场来测试。显然，将晶圆切成小片的过程破坏了晶圆，获取的参数只能反映薄膜样品的特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种磁存储阵列的测试结构及测试方法，通过在MRAM的制造工艺中加入原位磁场结构，在测试时不仅能通过原位磁场结构施加的原位磁场，测试单个磁隧道结在读写过程中抗外磁场的干扰性能，而且还能够通过原位磁场结构施加的原位磁场，计算出单个磁隧道结的热稳定因子等重要参数，以在WAT测试中能够获取到待测磁存储器件的部分磁性能参数。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种磁存储阵列的测试结构，该测试结构包括下金属层、以及位于下金属层上方的上金属层，在下金属层与上金属层之间设置有磁隧道结阵列，其中，磁隧道结阵列中包含有待测磁存储器件。该测试结构还包括原位磁场结构，该原位磁场结构包括环绕待测磁存储器件的至少一匝金属线圈，该至少一匝金属线圈位于下金属层和/或上金属层内。
[0005]在上述的方案中，通过在MRAM的制造工艺中，在磁隧道结阵列的上下两个进行层的至少一个金属层内设置原位磁场结构，在测试时，能够通过向至少一匝金属线圈通电流，以给作为单个或几个磁隧道结组成的待测磁存储器件施加垂直磁场，测试待测磁存储器件在读写过程中抗外磁场的干扰性能。且还能够通过原位磁场结构施加的原位磁场，计算出待测磁存储器件的热稳定因子等重要参数，以在WAT测试中能够获取到待测磁存储器件的部分磁性能参数，使测试结果能够反映磁隧道结阵列特性。另外，由于本专利技术在现有的磁隧道结阵列的结构和工艺基础上添加原位磁场结构，完全不需要增加掩膜版或者额外工艺步骤，就可以得到本专利技术的测试结构，从而便于加工制造。
[0006]在一个具体的实施方式中，该至少一匝金属线圈位于下金属层或上金属层的一个金属层内，且至少一匝金属线圈呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其中。即仅在一个金属层内添加金属线圈，简化结构，便于制造。
[0007]在一个具体的实施方式中，该至少一匝金属线圈中的部分金属线圈位于下金属层内，布线金属线圈位于上金属层内。位于同一金属层内的部分金属线圈均呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其内。且上金属层内的金属线圈与下金属层内的金属线圈，通过贯穿在下金属层与上金属层之间的导电结构电连接。在上金属层和下金属层都添加金属线圈，以给待测磁存储器件周围施加足够大的磁场空间，提高测试结果的准确性和可靠性。
[0008]在一个具体的实施方式中，导电结构包括位于磁隧道结阵列中的并联的至少两个磁隧道结，且该至少两个磁隧道结中的每个磁隧道结的顶电极均通过第一导电柱连接上金属层内的部分金属线圈，该至少两个磁隧道结中的每个磁隧道结的底电极均通过第二导电柱连接下金属层内的部分金属线圈。通过采用此隧道结作为贯穿上金属层和下金属层的一部分，从而可以利用现有的掩膜版或者额外工艺步骤，就可以得到本专利技术的测试结构，便于加工制造。
[0009]在一个具体的实施方式中，每个金属层内的金属线圈均沿着磁隧道结阵列的横向或纵向呈螺旋线状走线；且金属线圈中横向走线或纵向走线的每个金属线段，均位于磁隧道结阵列中的一列或一行磁隧道结的正上方或正下方，无需对现有的掩膜版做较大的尺寸调整，减少制造过程中的对准难度。
[0010]在一个具体的实施方式中，待测磁存储器件的底电极和顶电极分别电连接有第一焊盘和第二焊盘，且第一焊盘及第二焊盘位于下金属层或上金属层内。至少一匝金属线圈的两端分别电连接有第三焊盘和第四焊盘，且第三焊盘和第四焊盘位于下金属层或上金属层内。以便于给至少一匝金属线圈通电流，便于测试待测磁存储器件的底电极和顶电极之间的电学参数。
[0011]在一个具体的实施方式中，该待测磁存储器件为磁隧道结阵列中的一个待测磁隧道结，且该待测磁隧道结的底电极和顶电极分别电连接第一焊盘和第二焊盘。或，该待测磁存储器件为磁隧道结阵列中的一个待测磁隧道结阵列，其中，该待测磁隧道结阵列包含有串联的至少两个待测磁隧道结；且至少两个待测磁隧道结的一端的底电极与第一焊盘电连接，另一端的顶电极与第二焊盘电连接。以便于给作为单个或几个磁隧道结组成的待测磁存储器件施加垂直磁场。
[0012]第二方面，本专利技术还提供了一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，该测试方法包括：在至少一匝金属线圈上施加恒定电流的激励源，以在待测磁存储器件位置处产生恒定磁场强度的垂直磁场；同时扫描待测磁存储器件的底电极与顶电极之间的电压或电流，以测量待测磁存储器件在垂直磁场作用下的阻值随电压的变化关系。通过利用嵌入金属层内的原位磁场结构，在测试时，通过向至少一匝金属线圈通电流，以给作为单个或几个磁隧道结组成的待测磁存储器件施加垂直磁场，测试待测磁存储器件在读写过程中抗外磁场的干扰性能。且还能够通过原位磁场结构施加的原位磁场，获取到待测磁存储器件的阻值随电压的变化关系，以在WAT测试中能够获取到待测磁存储器件的部分磁性能参数，使测试结果能够反映磁隧道结阵列特性。
[0013]第三方面，本专利技术还提供了另一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，该测试方法包括：在至少一匝金属线圈上施加变化电流的激励源，以在待测磁存储器件位置处产生变化磁场强度的垂直磁场；同时在待测磁存储器件的底电极与顶电极上施加设定电流值的激励源，以测量待测磁存储器件的阻值随垂直磁场的变化关系。通过利用嵌入金属层
内的原位磁场结构，在测试时，通过向至少一匝金属线圈通电流，以给作为单个或几个磁隧道结组成的待测磁存储器件施加垂直磁场，测试待测磁存储器件在读写过程中抗外磁场的干扰性能。且还能够通过原位磁场结构施加的原位磁场，获取到待测磁存储器件的阻值随垂直磁场的变化关系，以在WAT测试中能够获取到待测磁存储器件的部分磁性能参数，使测试结果能够反映磁隧道结阵列特性。
[0014]第四方面，本专利技术还提供了另一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，该测试方法包括：在至少一匝金属线圈上施加恒定电流的激励源，以在待测磁存储器件位置处产生恒定磁场强度的垂直磁场；同时在待测磁存储器件的底电极与顶电极之间施加不同脉冲频率的扫描电压或电流，以测量待测磁存储器件在垂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁存储阵列的测试结构，其特征在于，包括：下金属层；位于所述下金属层上方的上金属层；设置在所述下金属层与上金属层之间的磁隧道结阵列，其中，所述磁隧道结阵列中包含有待测磁存储器件；原位磁场结构，包括：环绕所述待测磁存储器件的至少一匝金属线圈；所述至少一匝金属线圈位于所述下金属层和/或上金属层内。2.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述至少一匝金属线圈位于所述下金属层或所述上金属层的一个金属层内，且所述至少一匝金属线圈呈螺旋线状将所述待测磁存储器件环绕在其中。3.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述至少一匝金属线圈中的部分金属线圈位于所述下金属层内，部分金属线圈位于所述上金属层内；位于同一金属层内的所述部分金属线圈均呈螺旋线状将所述待测磁存储器件环绕在其中；且所述上金属层内的金属线圈与所述下金属层内的金属线圈，通过贯穿在所述下金属层与上金属层之间的导电结构电连接。4.如权利要求3所述的测试结构，其特征在于，所述导电结构包括：位于所述磁隧道结阵列中的并联的至少两个磁隧道结；且所述至少两个磁隧道结中的每个磁隧道结的顶电极均通过第一导电柱连接所述上金属层内的所述部分金属线圈；所述至少两个磁隧道结中的每个磁隧道结的底电极均通过第二导电柱连接所述下金属层内的所述部分金属线圈。5.如权利要求2～4任一项所述的测试结构，其特征在于，每个金属层内的所述金属线圈均沿着所述磁隧道结阵列的横向或纵向呈螺旋线状走线；且所述金属线圈中横向走线或纵向走线的每个金属线段，均位于所述磁隧道结阵列中的一列或一行磁隧道结的正上方或正下方。6.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，还包括：分别电连接所述待测磁存储器件的底电极和顶电极的第一焊盘和第二焊盘，且所述第一焊盘及第二焊盘位于所述下金属层或上金属层内；分别电连接所述金属线圈两端的第三焊盘和第四焊盘，且所述第三焊盘及第四焊盘位于所述下金属层或上金属层内。7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨保林，何世坤，
申请(专利权)人：浙江驰拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：