CN116018046A - 一种磁存储阵列的测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种磁存储阵列的测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种磁存储阵列的测试结构及测试方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

第一方面，本发明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。

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，由于本发明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，就可以得到本发明的测试结构，从而便于加工制造。

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。

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。

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，就可以得到本发明的测试结构，便于加工制造。

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。

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。

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。

第二方面，本发明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。

第三方面，本发明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。

第四方面，本发明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。

第五方面，本发明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；在垂直磁场下，通过待测磁存储器件的底电极与顶电极测试待测磁存储器件，以获得待测磁存储器件的所需参数。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，计算出待测磁存储器件的P态(平行态)/AP态(反平行态)阻值、TMR(隧道磁阻)、翻转电压和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。

附图说明

图1、图2分别为本发明实施例提供的一种磁存储阵列的测试结构的俯视及剖视结构示意图；

图3、图4分别为本发明实施例提供的另一种磁存储阵列的测试结构的俯视及剖视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种测试方法获取到的MRAM工作时的Vc～Heff关系曲线。

附图标记：

10-衬底11-下金属层12-上金属层13-介质层

20-磁隧道结21-顶电极22-底电极

31-第一焊盘32-第二焊盘33-第三焊盘34-第四焊盘

40-金属线圈51-第一导电柱52-第二导电柱

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解本发明实施例提供的磁存储阵列的测试结构，下面首先说明一下本发明实施例提供的测试结构的应用场景，该测试结构应用于MRAM中，以对MRAM中的磁存储阵列进行测试，其中的MRAM可以为STT-MRAM。下面结合附图对该磁存储阵列的测试结构进行详细的叙述。

参考图1、图2、图3及图4，本发明实施例提供的磁存储阵列的测试结构包括下金属层11、以及位于下金属层11上方的上金属层12，在下金属层11与上金属层12之间设置有磁隧道结20阵列，其中，磁隧道结20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40，该至少一匝金属线圈40位于下金属层11和/或上金属层12内，即该至少一匝金属线圈40可以全部位于上金属层12，也可以全部位于下金属层11，还可以至少一匝金属线圈40中的部分金属线圈40位于下金属层11内，部分金属线圈40位于上金属层12内。

在上述的方案中，通过在MRAM的制造工艺中，在磁隧道结20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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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20阵列特性。另外，由于本发明在现有的磁隧道结20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，就可以得到本发明的测试结构，从而便于加工制造。下面结合附图对上述各个结构进行详细的介绍。

参考图1及图2，下金属层11及上金属层12为MRAM中的两层不同金属层，其中的下金属层11可以为MRAM中的第N金属层，即图1～图4示出的Mn，上金属层12可以为MRAM中的第N+1金属层，即图1～图4示出的Mn+1。其中的n可以为1、2、3等任意正整数。当然，下金属层11及上金属层12均位于MRAM的衬底10(如图2及图4示出的Silicon)的上方，且衬底10、上金属层12及下金属层11的导电金属线、导电柱等导电结构之间均填充有绝缘的介质层13(如图2及图4示出的Dielectric)。

如图1、图2、图3及图4所示，在下金属层11与上金属层12之间设置有磁隧道结20阵列，即磁隧道结20阵列中包含有多行磁隧道结20和多列磁隧道结20。待测磁存储器件的底电极22(图2及图4中的BE，Bottom Electrode)和顶电极21(图2及图4中的TE，TopElectrode)分别电连接有第一焊盘31和第二焊盘32，且第一焊盘31及第二焊盘32位于下金属层11或上金属层12内，即第一焊盘31可以位于下金属层11内，也可以位于上金属层12内；第二焊盘32同样也可以位于下金属层11内，也可以位于上金属层12内，便于测试待测磁存储器件的底电极22和顶电极21之间的电学参数。如图2及图4所示，在每个磁隧道结20的底部设置有底电极22，每个磁隧道结20的顶部设置有顶电极21，即每个磁隧道结20的底电极22朝向下金属层11，顶电极21朝向上金属层12。

参考图1及图2，在磁隧道结20阵列中包含有待测磁存储器件，待测磁存储器件可以为磁隧道结20阵列中的单个磁隧道结20，也可以为由磁隧道结20中的多个磁隧道结20组成的待测磁隧道结20阵列。如图1～4示出的待测磁存储器件为磁隧道结20阵列中的一个待测磁隧道结20，且该待测磁隧道结20的底电极22和顶电极21分别电连接第一焊盘31和第二焊盘32，以在测试时能够通过第一焊盘31和第二焊盘32扫描待测磁隧道结20内的电流或电压变化，或向待测磁隧道结20中通电流或电压，同时便于给作为单个的待测磁存储器件施加垂直磁场。

在具体实现待测磁隧道和第一焊盘31及第二焊盘32的电连接时，如图1及图3示出的两种方式。首先，参考图1及图2示出的一种设置方式。第一焊盘31(图1及图3中的PAD A)位于下金属层11内，第二焊盘32(图1及图3中的PAD B)同样也位于下金属层11内。参考图1及图2，其中的第二焊盘32通过下金属层11内的走线以及下金属层11与底电极22之间的导电柱，直接电连接待测磁隧道结20的底电极22。而第一焊盘31需要依次通过下金属层11内的走线、贯穿下金属层11与上金属层12之间的导电结构(如图1及图3中的Via)、上金属层12内的走线、以及上金属层12与待测磁隧道结20的顶电极21之间的导电柱，实现与待测磁隧道结20的顶电极21的电连接。

参考图2，贯穿下金属层11与上金属层12之间的导电结构可以包括位于磁隧道结20阵列中的并联的至少两个磁隧道结20，且该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的顶电极21均通过第一导电柱51连接上金属层12内的走线，该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的底电极22均通过第二导电柱52连接下金属层11内的走线。通过采用此隧道结作为贯穿上金属层12和下金属层11的一部分，从而可以利用现有的掩膜版或者额外工艺步骤，就可以得到本发明的测试结构，便于加工制造。应当理解的是，导电结构的设置方式并不限于上述示出的采用磁隧道结20的方式，除此之外，还可以采用其他的方式。例如，可以直接采用贯穿下金属层11及上金属层12的导电柱作为导电结构。

其次，参考图3及图4示出的另一种设置方式。第一焊盘31位于上金属层12内，第二焊盘32位于下金属层11内，其中的第一焊盘31依次通过上金属层12内的走线、以及上金属层12与待测磁隧道结20的顶电极21之间的导电柱，实现与待测磁隧道结20的顶电极21的电连接。其中的第二焊盘32依次通过下金属层11的走线、以及下金属层11与待测磁隧道结20的底电极22之间的导电柱，实现与待测磁隧道结20的底电极22的电连接。

应当注意的是，实现待测磁隧道和第一焊盘31及第二焊盘32的电连接的方式并不限于上述示出的方式，除此之外，还可以采用其他的设置方式。

另外，该待测磁存储器件的设置方式也并不限于上述示出的采用单个的磁隧道结20作为待测磁隧道结20的方式，除此之外，还可以采用其他的方式。例如，待测磁存储器件可以为磁隧道结20阵列中的一个待测磁隧道结20阵列，该待测磁隧道结20阵列包含有串联的至少两个待测磁隧道结20。且至少两个待测磁隧道结20的一端的底电极22与第一焊盘31电连接，另一端的顶电极21与第二焊盘32电连接。以便于给作为几个磁隧道结20组成的待测磁存储器件施加垂直磁场。其中，上述至少两个待测磁隧道结20的串联方式可以采用至少两个待测磁隧道结20的底电极22和顶电极21依次串联的方式实现，具体串联不同的待测磁隧道结20的底电极22和顶电极21的结构可以设置在下金属层11和底电极22之间的导电柱、上金属层12和顶电极21之间的导电柱、以及上下金属层11内的走线实现。

在设置原位磁场结构时，该原位磁场结构中包含的金属线圈40的匝数可以为1匝、2匝、3匝、4匝等至少一匝。当然，金属线圈40的匝数并不限于上述示出的整数倍匝数，还可以为1.5匝、5.5匝等非整数倍的匝数，即只要金属线圈40能够环绕待测磁存储器件至少一圈即可。该至少一匝金属线圈40可以全部位于上金属层12，也可以全部位于下金属层11，还可以至少一匝金属线圈40中的部分金属线圈40位于下金属层11内，部分金属线圈40位于上金属层12内。

参考图1及图3，在至少一匝金属线圈40的两端分别电连接有第三焊盘33(图1及图3中的PAD 1)和第四焊盘34(图1及图3中的PAD 2)。其中的第三焊盘33可以位于下金属层11内，也可以位于上金属层12内；第四焊盘34同样也可以位于下金属层11内，也可以位于上金属层12内。以便于给至少一匝金属线圈40通电流。

在设置上述至少一匝金属线圈40时，如图1及图2示出的一种方式，该至少一匝金属线圈40全部位于上金属层12内，且至少一匝金属线圈40呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其中。即仅在上金属层12内添加金属线圈40，简化结构，便于制造。其中的第三焊盘33设置在下金属层11内，第四焊盘34设置在上金属层12内。第四焊盘34直接与金属线圈40的一端引出的走线电连接。但是，第三焊盘33需要依次通过下金属层11内的走线、贯穿下金属层11与上金属层12之间的导电结构，与全部位于上金属层12内的至少一匝金属线圈40的一端电连接。其中的导电结构同样可以采用上述示出的采用磁隧道结20的方式。即导电结构包括位于磁隧道结20阵列中的并联的至少两个磁隧道结20，且该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的顶电极21均通过第一导电柱51连接上金属层12内的至少一匝金属线圈40的端部，该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的底电极22均通过第二导电柱52连接下金属层11内的走线。通过采用此隧道结作为贯穿上金属层12和下金属层11的一部分，从而可以利用现有的掩膜版或者额外工艺步骤，就可以得到本发明的测试结构，便于加工制造。当然，也可以将第三焊盘33设置在上金属层12内，直接与至少一匝金属线圈40一端引出的走线电连接。另外，需要注意的是，至少一匝金属线圈40还可以全部设置在下金属层11内，同样使至少一匝金属线圈40呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其中，具体的设置方式与图1及图2示出的设置方式类似，在此不再赘述。

当然，还可以使该至少一匝金属线圈40中的部分金属线圈40位于下金属层11内，布线金属线圈40位于上金属层12内。位于同一金属层内的部分金属线圈40均呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其内。即位于下金属层11内的部分金属线圈40同样呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其内，位于上金属层12内的部分金属线圈40同样呈螺旋线状将待测磁存储器件环绕在其内，使待测磁存储器件的上方和下方都能够形成原位磁场。通过在上金属层12和下金属层11都添加金属线圈40，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。且上金属层12内的金属线圈40与下金属层11内的金属线圈40，通过贯穿在下金属层11与上金属层12之间的导电结构电连接，从而使上金属层12内的部分金属线圈40和下金属层11内的部分金属线圈40均直接或间接的与第三焊盘33及第四焊盘34电连接，从而在外部只需通过一对焊盘(第三焊盘33及第四焊盘34)通电流即可完成给所有的金属线圈40通电流。

在具体实现不同金属层内的金属线圈40之间的电连接时，贯穿下金属层11与上金属层12之间的导电结构可以包括位于磁隧道结20阵列中的并联的至少两个磁隧道结20，且该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的顶电极21均通过第一导电柱51连接上金属层12内的部分金属线圈40，该至少两个磁隧道结20中的每个磁隧道结20的底电极22均通过第二导电柱52连接下金属层11内的部分金属线圈40。通过采用此隧道结作为贯穿上金属层12和下金属层11的一部分，从而可以利用现有的掩膜版或者额外工艺步骤，就可以得到本发明的测试结构，便于加工制造。

如图3及图4示出的一种下金属层11及上金属层12均具有金属线圈40的设置方式，参考图3，至少一匝金属线圈40从第三焊盘33作为一端，在上金属层12内环绕待测磁存储器件至大约3/4圈，之后通过上述示出的导电结构引入到下金属层11内，并在下金属层11内环绕待测磁存储器件至大约1/2圈，之后再通过上述示出的导电结构再次引入到上金属层12内，并在上金属层12内继续环绕待测磁存储器件大于1/2圈，之后引出到第四焊盘34位置，与第四焊盘34电连接。应当注意的是，在上下金属层11均设置金属线圈40的方式并不限于图3及图4示出的一种方式，除此之外，还可以采用其他的设置方式。

另外，参考图1及图3，可以使每个金属层内的金属线圈40均沿着磁隧道结20阵列的横向或纵向呈螺旋线状走线，即金属线圈40有多段横向或纵向走线的金属线段首尾连接拼接而成，以便于加工出金属线圈40。当然，还可以使金属线圈40中横向走线或纵向走线的每个金属线段，均位于磁隧道结20阵列中的一列或一行磁隧道结20的正上方或正下方，即横向或纵向走线的金属线段均位于磁隧道结20阵列中的一列或一行磁隧道结20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。需要注意的是，金属线圈40的设置方式并不限于上述示出的沿着磁隧道结20阵列的横向或纵向呈螺旋线状走线的方式，除此之外，还可以采用其他呈螺旋线状走线的方式。

通过在MRAM的制造工艺中，在磁隧道结20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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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20阵列特性。另外，由于本发明在现有的磁隧道结20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，就可以得到本发明的测试结构，从而便于加工制造。

另外，本发明实施例还提供了一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，参考图1～图4，该测试方法包括：

在至少一匝金属线圈40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22和顶电极21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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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20阵列特性。

再者，本发明实施例还提供了另一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，参考图1～图4，该测试方法包括：

在至少一匝金属线圈40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22和顶电极21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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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20阵列特性。

此外，本发明还提供了另一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，参考图1～图4，该测试方法包括：

在至少一匝金属线圈40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22和顶电极21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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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20阵列特性。

最后，本发明实施例还提供了另一种基于上述任意一种测试结构的测试方法，参考图1～图4，该测试方法包括：

在至少一匝金属线圈40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；

在垂直磁场下，通过待测磁存储器件的底电极22和顶电极21测试待测磁存储器件，以获得待测磁存储器件的所需参数。

具体的，该待磁磁存储器件的所需参数可以为待测磁存储器件的P态/AP态阻值、TMR、翻转电压和热稳定因子参数。在具体获取这些参数时，可以先在垂直磁场下，通过待测磁存储器件的底电极22和顶电极21测试待测磁存储器件，以获得待测磁存储器件的DC-RV(直流信号下的电压电阻曲线)、Pulse-IV(脉冲信号影响的电压电流曲线)、Vc-PulseWidth曲线(电压分布与脉冲宽度的关系曲线)。之后，根据DC-RV、Pulse-IV、Vc-PulseWidth曲线，提取待测磁存储器件的P态/AP态阻值、TMR、翻转电压和热稳定因子参数。

其中的热稳定性是STT-MRAM中非常重要的一个参数，热稳定因子Δ与势垒高度EB及温度有关，当给垂直磁化的磁性隧道结(pMTJ)施加垂直磁场时，pMTJ的两个稳定状态间的能量势垒会发生变化，从而导致翻转电压Vc随有效磁场Heff发生变化，通过测量VC关于Heff的变化曲线，得到如下的热稳定因子Δ。

如图5是采用本发明实施例示出的测试方式测试得到的MRAM工作时的Vc～Heff关系曲线。

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40通电流，以给作为单个或几个磁隧道结20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P态/AP态阻值、TMR、翻转电压和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20阵列特性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

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6所述的测试结构，其特征在于，所述待测磁存储器件为所述磁隧道结阵列中的一个待测磁隧道结，且所述待测磁隧道结的底电极和顶电极分别电连接所述第一焊盘和第二焊盘；或，

所述待测磁存储器件为所述磁隧道结阵列中的一个待测磁隧道结阵列，其中，所述待测磁隧道结阵列包含有串联的至少两个待测磁隧道结；且所述至少两个待测磁隧道结的一端的底电极与所述第一焊盘电连接，另一端的顶电极与所述第二焊盘电连接。

8.一种基于权利要求1～7任一项所述测试结构的测试方法，其特征在于，包括：

在所述至少一匝金属线圈上施加恒定电流的激励源，以在所述待测磁存储器件位置处产生恒定磁场强度的垂直磁场；

同时扫描所述待测磁存储器件的底电极与顶电极之间的电压或电流，以测量所述待测磁存储器件在所述垂直磁场作用下的阻值随电压的变化关系。

9.一种基于权利要求1～7任一项所述测试结构的测试方法，其特征在于，包括：

在所述至少一匝金属线圈上施加变化电流的激励源，以在所述待测磁存储器件位置处产生变化磁场强度的垂直磁场；

同时在所述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，以测量所述待测磁存储器件的阻值随所述垂直磁场的变化关系。

10.一种基于权利要求1～7任一项所述测试结构的测试方法，其特征在于，包括：

在所述第三焊盘与第四焊盘上施加恒定电流的激励源，以在所述待测磁存储器件位置处产生恒定磁场强度的垂直磁场；

同时在所述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，以测量所述待测磁存储器件在所述垂直磁场作用下的阻值随电压的变化关系。

11.一种基于权利要求1～7任一项所述测试结构的测试方法，其特征在于，包括：

在所述至少一匝金属线圈上施加恒定电流的激励源，以在所述待测磁存储器件位置处产生恒定磁场强度的垂直磁场；

在所述垂直磁场下，通过所述待测磁存储器件的底电极与顶电极测试所述待测磁存储器件，以获得所述待测磁存储器件的所需参数。

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