(57)【要約】  【課題】  強誘電体メモリ装置のリテンション特性を評価する温度加速試験における試験時間を確実に決定し、リテンション特性寿命を評価するための信頼性試験を実施可能とする。【解決手段】  強誘電体容量を有する強誘電体メモリ装置の実使用条件（保証温度Ｔ1 、保証時間ｔ1 ）下でのリテンション特性による寿命が保証されるか否かを、加速条件（加速温度Ｔ2 、試験時間ｔ2 ）下で評価する強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出す際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するために必要な試験時間ｔ2 を決定する工程を備える。【選択図】  図１
2006139866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体容量を有する強誘電体メモリ装置の実使用条件（保証温度Ｔ1 、保証時間ｔ1 ）下でのリテンション特性による寿命が保証されるか否かを、加速条件（加速温度Ｔ2 、試験時間ｔ2 ）下で評価する強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法であって、
前記強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出す際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、前記リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するために必要な試験時間ｔ2 を決定する工程を備えることを特徴とする強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項２】
前記強誘電体メモリ装置にデータを書き込む工程と、
前記試験時間ｔ2 を決定する工程において得られた前記試験時間ｔ2 の間、前記加速温度Ｔ2 で、前記強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを保存する工程と、
前記データを保存する工程の後に、前記強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータの読み出し動作が可能であるかを否かを検査する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項３】
前記ビット線電圧は、
前記強誘電体メモリ装置を構成する前記強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量を用いて、前記強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータに相当する保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定した後に、
前記分極−電圧ヒステリシス曲線と前記強誘電体メモリ装置のビット線容量負荷直線との交点に基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項４】
前記試験時間ｔ2 は、
前記保証温度Ｔ1 および前記加速温度Ｔ2 の各々における前記ビット線電圧の経時変化に基づいて決定されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項５】
前記試験時間ｔ2 は、
前記保証温度Ｔ1 における前記ビット線電圧の経時変化に基づいて、前記保証温度Ｔ1 での前記保証時間ｔ1 経過後の前記ビット線電圧の値を求めた後、
前記加速温度Ｔ2 における前記ビット線電圧の経時変化に基づいて、前記加速温度Ｔ2での前記ビット線電圧が、前記保証温度Ｔ1 での前記保証時間ｔ1 経過後の前記ビット線電圧の値に到達するまでの時間を求めることによって決定されることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項６】
前記試験時間ｔ2 は、
前記ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて導出された、前記試験時間ｔ2 が前記加速温度Ｔ2 の関数として記述された加速モデル式を用いて決定されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項７】
前記加速モデル式は、下記式で表されることを特徴とする請求項６に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
ｌｎ［ｔ2 ］＝［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ・ｌｎ［ｔ1 ］
＋｛１−［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ｝・（Ｖ0 ／Ｒ0 ）
（ただし、ＴC はキュリー温度、Ｖ0 およびＲ0 は定数である。）
【請求項８】
前記加速モデル式におけるＴC の値は、
前記強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの温度依存性を測定することによって決定されることを特徴とする請求項７に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項９】
前記加速モデル式におけるＴC の値は、
前記強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの２乗を温度に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きと切片とから決定されることを特徴とする請求項７に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１０】
前記加速モデル式におけるＶ0 およびＲ0 の値は、
前記ビット線電圧の経時変化の温度依存性を測定することによって決定されることを特徴とする請求項７に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１１】
前記加速モデル式におけるＶ0 の値は、
前記ビット線電圧の経時変化の温度依存性を時間の対数に対してプロットすることによって得られる複数の温度毎の回帰直線の切片を、前記複数の温度毎での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値（ただし、ＴC はキュリー温度、Ａは定数である。）に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きから決定されることを特徴とする請求項７に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１２】
前記加速モデル式におけるＲ0 の値は、
前記ビット線電圧の経時変化の温度依存性を時間の対数に対してプロットすることによって得られる複数の温度毎の回帰直線の傾きの大きさを、前記複数の温度毎での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値（ただし、ＴC はキュリー温度、Ａは定数である。）に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きから決定されることを特徴とする請求項７に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１３】
前記ＴC およびＡの値は、
前記強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの２乗を温度に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きと切片とから決定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する容量素子を備えた強誘電体メモリ装置の信頼性を評価するための試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の進展に伴い、大容量の情報を高速に処理又は保存する傾向が高まる中で、電子機器に使用される半導体メモリ装置の高集積化および高性能化が要求されている。このような状況の中で、半導体メモリ装置を構成する容量素子として、自発分極特性を有する強誘電体容量を用いた強誘電体メモリ装置が盛んに研究開発されている。強誘電体メモリ装置とは、強誘電体容量の分極方向が比較的小さな外部電圧の印加により容易に反転するという性質を利用することにより、ある分極方向をデータ“０”として、また、その反対の分極方向をデータ“１”として情報を記憶するメモリ装置のことである。このような強誘電体メモリ装置は、従来にない低電圧でかつ高速での書き込み読み出し動作が可能であるという特徴を有している。また、強誘電体容量が有する分極は外部電圧を除去しても消失しない残留分極として保持される。このような性質を利用することにより、電源が切れた状態であっても記憶されたデータを長時間保持することができる不揮発性メモリを実現することができる。
【０００３】
一般に、このような強誘電体メモリ装置の信頼性試験においては、強誘電体容量の物理的性質を考慮した幾つかの特性試験が行なわれる。その中のひとつに、強誘電体容量の減極特性と呼ばれる性質を考慮したリテンション特性試験がある。
【０００４】
強誘電体容量の減極特性とは、強誘電体容量が一方向の分極を保持した状態で保存された際に、その保持分極が経時的に減少していくという性質である。この性質は、強誘電体メモリ装置が一方向のデータを長期間保持した際に、そのデータを読み出せるか否かというデータ保持特性（リテンション特性）に影響を与える。強誘電体容量の減極が極端に大きい場合にはデータ保持が不可能となり、データを読み出した際に読み出し不良が発生してしまう。
【０００５】
強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験は、以上のような強誘電体容量の性質を考慮して、強誘電体メモリ装置がデータ保持保証時間に相当する期間だけ一方向のデータを保持した後に、そのデータの読み出しが可能であるか否かを試験するものである。リテンション特性試験は強誘電体メモリ装置の不揮発性メモリとしての性能を評価する最も基本的な信頼性試験であり、一般に広く実施されている。
【０００６】
ところで、このような信頼性試験を限られた時間内で実施するためには、実際の使用条件よりも過度のストレスが印加された条件下で行なわれるいわゆる加速試験が採用される。前述の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験においても、データ保持時間として通常１０年を保証する必要があるので、１０年相当の間データを保持した場合のリテンション特性を、過度のストレスを印加した条件下で短時間で行なう加速試験が実施されている。この際のストレスとしては、一般に過度の温度を印加する温度ストレスが広く用いられている。
【０００７】
温度ストレスを用いた加速試験（以下、温度加速試験と称する）は、保証温度Ｔ1 に対して要求される保証時間ｔ1 に相当する試験を、この保証温度Ｔ1 よりも高温の加速温度Ｔ2 で行なうことにより、保証時間ｔ1 よりも短い試験時間ｔ2 に短縮することを目的とするものである。このような加速試験を実施するためには、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 に相当する加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 を予め決定しておく必要がある。このとき、保証時間ｔ1 と試験時間ｔ2 との関係は試験対象となる信頼性特性の温度依存性によって支配されるので、試験時間ｔ2 を決定する際には、信頼性特性に係わる何らかのパラメータを選択してその温度依存性を測定し、これに基づいて決定するという方法が一般的に用いられる。
【０００８】
その一例としては、試験対象となっている信頼性特性によって強誘電体メモリ装置が不良となる時間、すなわち「寿命」をパラメータとして選択し、その温度依存性に基づいて決定する方法がある。しかし、この方法は、強誘電体メモリ装置の寿命をパラメータとして用いているため、強誘電体メモリ装置が寿命に至るまでは温度依存性に関する何らの知見も得られないので、試験時間の決定に多大の時間が必要となる場合が多い。
【０００９】
そこで、強誘電体メモリ装置においては、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に、強誘電体容量に保持される「保持分極」をパラメータとして選択し、その経時変化の温度依存性に基づいて決定する方法がよく用いられる（例えば特許文献１参照）。この方法では、強誘電体メモリ装置の寿命とは無関係に、測定開始直後から保持分極の経時変化を得ることができる。従って、その温度依存性に基づいて試験時間を比較的短時間に決定することが可能である。
【００１０】
以下、従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図２３は、従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法を示すフローチャートを示す図である。
【００１２】
まず、データ書き込み工程Ｓ１０において、強誘電体メモリ装置に一方向のデータを書き込む。
【００１３】
次に、高温保存工程Ｓ２０において、保証温度Ｔ1 よりも高温である加速温度Ｔ2 にて所定の試験時間ｔ2 だけ強誘電体メモリ装置を保存する。
【００１４】
この際に必要となる所定の試験時間ｔ2 は、別途実施する試験時間決定工程Ｓ３０において、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極の経時変化の温度依存性に基づいて決定する。
【００１５】
最後に、データ読み出し工程Ｓ４０において、強誘電体メモリ装置に保持されているデータの読み出し検査を実施して試験が終了する。
【００１６】
ここで、前記従来の試験フローにおける試験時間決定工程Ｓ３０について、詳細に説明する。
【００１７】
すでに述べたように、温度加速試験における試験時間の決定は、試験対象となっている信頼性特性に係わるある特定のパラメータを選択し、その温度依存性に基づいて決定する。前述の試験時間決定工程Ｓ３０においては、強誘電体メモリ装置のリテンション特性が、この強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量の減極特性（保持分極の経時的減少）の影響を受けるという考え方に基づいて、保持分極をパラメータとして選択し、この保持分極の経時変化の温度依存性に基づいて試験時間ｔ2 を決定する。
【００１８】
例えば、保証温度Ｔ1 と加速温度Ｔ2 において保持分極ＰSSの経時変化が得られた場合には、図２４に示すように、まず保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 での保持分極ＰSS´を求め、続いて、加速温度Ｔ2 において保持分極ＰSSがＰSS´に等しくなる時間を求め、この時間を試験時間ｔ2 として決定すればよい。このようにすると、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 経過後での状態が、加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 によって短時間に再現されることになるので、リテンション特性の温度加速試験を実施することができる。
【００１９】
以上の方法によって、読み出し検査工程Ｓ４０おいて、保持されたデータの読み出し不良が発生しなければ、保証温度Ｔ1 にて少なくとも保証時間ｔ1 の間リテンション特性を保証できるという結果を得ることができる。
【特許文献１】特開平１１−１０２６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法には以下のような問題がある。
【００２１】
すでに説明したように、従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法では、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極をパラメータとして選択し、保持分極の経時変化の温度依存性に基づいて試験時間を決定する方法が採用されている。ここで、この方法において最も重要な点は、選択したパラメータが経時変化を示すことが必要条件であるという点である。すなわち、パラメータとして選択された保持分極が減極特性によって実際に経時的に減少し、経時変化を示すことが必要である。
【００２２】
ところが、強誘電体容量は、すでに説明した減極特性以外に、一方向の分極を保持した状態で保存された際に、その方向の保持分極が安定化されるというインプリント特性と呼ばれる性質も有している。つまり、強誘電体容量の保持分極は、減極特性による減少とインプリント特性による安定化という相反する二つの傾向を持つことになる。保持分極が経時的に減少するか否かは、この二つの傾向のどちらが強いかによって定まるが、一般的には後者の傾向が圧倒的に強い。従って、強誘電体容量の保持分極はインプリント特性による安定化効果によって経時変化をほとんど示さない。
【００２３】
図２５は、保証温度Ｔ1 が８５℃、加速温度Ｔ2 が１２５℃の場合に、それぞれの温度にて保存した場合の保持分極ＰSSの経時変化を実際に測定した結果を示している。図２５に示すように、保持分極ＰSSは高温ほどその大きさは減少するものの、経時的な減少はほとんど見られず、実際には経時変化を示さないことが分かる。
【００２４】
このような状況においては、前述したように、選択したパラメータが経時変化を示すことという必要条件が満たされなくなるので、試験時間を決定することが不可能になる。つまり、保持分極ＰSSは保存による経時変化を示さないので、前述した図２４で説明した方法によっては、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 に相当する加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2を決定することができない。
【００２５】
以上のように、従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法では、試験時間決定工程Ｓ３０において、強誘電体容量の保持分極をパラメータとして選択しているために、保持分極の経時変化が得られないことにより、試験時間を決定することが不可能である。従って、強誘電体メモリ装置のリテンション特性の温度加速試験を実施することができないという問題がある。
【００２６】
前記に鑑み、本発明の目的は、強誘電体メモリ装置のリテンション特性の温度加速試験に必要な試験時間を確実に決定することにより、強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験を実施可能とする信頼性試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記目的を達成するために、本発明に係る第１の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、強誘電体容量を有する強誘電体メモリ装置の実使用条件（保証温度Ｔ1 、保証時間ｔ1 ）下でのリテンション特性による寿命が保証されるか否かを、加速条件（加速温度Ｔ2 、試験時間ｔ2 ）下で評価する強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法であって、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出す際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するために必要な試験時間ｔ2 を決定する工程を備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、試験時間ｔ2 を決定する工程において、強誘電体メモリ装置のリテンション特性に係わるパラメータとしてビット線電圧が用いられていることにより、強誘電体メモリ装置のリテンション特性の温度加速試験を実施する上で必要となるパラメータの経時変化、すなわち、ビット線電圧の経時変化を確実に得ることができる。このため、ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて試験時間ｔ2 を確実に決定することができる。
【００２９】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、強誘電体メモリ装置にデータを書き込む工程と、試験時間ｔ2 を決定する工程において得られた試験時間ｔ2 の間、加速温度Ｔ2 で、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを保存する工程と、データを保存する工程の後に、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータの読み出し動作が可能であるかを否かを検査する工程とをさらに備えることが好ましい。
【００３０】
このようにすると、試験時間ｔ2 を決定する工程において確実に決定される試験時間ｔ2 の間、加速温度Ｔ2 で、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを保存することによって、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 経過後の状態が確実に再現される。従って、リテンション特性による寿命を保証できるか否かを評価するための信頼性試験を確実に実施することができる。
【００３１】
また、本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法におけるビット線電圧は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量を用いて、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータに相当する保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定した後に、この分極−電圧ヒステリシス曲線と強誘電体メモリ装置のビット線容量負荷直線との交点に基づいて決定されることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、強誘電体メモリ装置を用いて測定することが困難であるビット線電圧を、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量を用いて極めて容易に測定することができる。つまり、単独の評価用強誘電体容量を用いて、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータに相当する保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定し、この曲線と強誘電体メモリ装置のビット線容量負荷直線との交点に基づいて、例えば、この交点から作図的に測定することにより、ビット線電圧を極めて容易に決定することができる。従って、このようにして測定されたビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、試験時間ｔ2 を容易かつ確実に決定することができる。なお、ここで、単独の評価用強誘電体容量とは、実際の試験対象である強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有し、トランジスタ等の他の素子が接続されていない強誘電体容量を意味する。
【００３３】
また、本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における試験時間ｔ2 は、保証温度Ｔ1 および加速温度Ｔ2 の各々におけるビット線電圧の経時変化に基づいて決定されることが好ましい。
【００３４】
このようにすると、加速温度Ｔ2 が予め設定されている場合において、試験時間ｔ2 を確実に決定することができる。
【００３５】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における試験時間ｔ2 は、保証温度Ｔ1 におけるビット線電圧の経時変化に基づいて、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 経過後のビット線電圧の値を求めた後、加速温度Ｔ2 におけるビット線電圧の経時変化に基づいて、加速温度Ｔ2 でのビット線電圧が、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 経過後のビット線電圧の値に到達するまでの時間を求めることによって決定されることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、保証温度Ｔ1 と加速温度Ｔ2 とにおけるビット線電圧の経時変化の測定結果に基づいて、試験時間ｔ2 を正確に決定することができる。
【００３７】
また、本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における試験時間ｔ2 は、ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて導出された、試験時間ｔ2 が加速温度Ｔ2 の関数として記述された加速モデル式を用いて決定されることが好ましい。
【００３８】
このように、ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて導出された加速モデル式を用いることにより、加速温度Ｔ2 が予め設定されていない場合であっても、適切な加速温度Ｔ2 と、これに対する試験時間ｔ2 とを同時決定することができる。
【００３９】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における加速モデル式は、下記式で表されることが好ましい。
【００４０】
ｌｎ［ｔ2 ］＝［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ・ｌｎ［ｔ1 ］
＋｛１−［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ｝・（Ｖ0 ／Ｒ0 ）
（ただし、ＴC はキュリー温度、Ｖ0 およびＲ0 は定数である。）
このような加速モデル式を用いることにより、任意の加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 を決定することができると共に、適切な加速温度Ｔ2 と該加速温度Ｔ2 に対応する試験時間ｔ2 とを確実に同時決定することができる。
【００４１】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＴC の値は、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの温度依存性を測定することによって決定されることが好ましい。
【００４２】
このようにすると、加速モデル式におけるＴC の値を容易かつ確実に決定することができると共に、加速モデル式を用いて試験時間ｔ2 を確実に決定できる。
【００４３】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＴC の値は、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの２乗を温度に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きと切片とから決定されることが好ましい。
【００４４】
このようにすると、保持分極ＰSSの温度依存性の測定結果に基づいて、加速モデル式におけるＴCの値を正確に決定することができる。
【００４５】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＶ0 およびＲ0 の値は、ビット線電圧の経時変化の温度依存性を測定することによって決定されることが好ましい。
【００４６】
このようにすると、加速モデル式におけるＶ0 およびＲ0 の値を容易かつ確実に決定することができると共に、加速モデル式を用いて試験時間ｔ2 を確実に決定できる。
【００４７】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＶ0 の値は、ビット線電圧の経時変化の温度依存性を時間の対数に対してプロットすることによって得られる複数の温度毎の回帰直線の切片を、複数の温度毎での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値（ただし、ＴC はキュリー温度、Ａは定数である。）に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きから決定されることが好ましい。
【００４８】
このようにすると、ビット線電圧の経時変化の温度依存性の測定結果に基づいて、加速モデル式におけるＶ0 の値を正確に決定することができる。
【００４９】
本発明に係わる強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＲ0 の値は、ビット線電圧の経時変化の温度依存性を時間の対数に対してプロットすることによって得られる複数の温度毎の回帰直線の傾きの大きさを、複数の温度毎での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値（ただし、ＴC はキュリー温度、Ａは定数である。）に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きから決定されることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、ビット線電圧の経時変化の温度依存性の測定結果に基づいて、加速モデル式におけるＲ0 の値を正確に決定することができる。
【００５１】
本発明に係わる強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる加速モデル式におけるＶ0 およびＲ0 を決定する際に必要となるＴC およびＡの値は、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの２乗を温度に対してプロットすることによって得られる回帰直線の傾きと切片とから決定されることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、加速モデル式におけるＶ0 およびＲ0 の値を決定する際に必要となるＴC およびＡの値を正確に決定することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、試験時間ｔ2 を決定する工程において、強誘電体装置のリテンション特性に係わるパラメータとしてビット線電圧が用いられていることにより、強誘電体装置のリテンション特性の温度加速試験を実施する上で必要となるパラメータの経時変化、すなわち、ビット線電圧の経時変化を確実に得ることができる。このため、ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて試験時間ｔ2 を確実に決定することができる。
【００５４】
また、本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法においては、強誘電体メモリ装置を用いて測定することが困難であるビット線電圧を、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量を用いて極めて容易に測定することができる。つまり、単独の評価用強誘電体容量を用いて、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータに相当する保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定し、この曲線と強誘電体メモリ装置のビット線容量負荷直線との交点に基づいて、例えば、この交点から作図的に測定することにより、ビット線電圧を極めて容易に決定することができる。従って、このようにして測定されたビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、試験時間ｔ2 を容易かつ確実に決定することができる。その結果、リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するための信頼性試験を容易かつ確実に実施することができる。
【００５５】
また、本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法においては、加速温度Ｔ2 が予め設定されている場合において、試験時間ｔ2 を確実に決定することができる。従って、リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するための信頼性試験を確実かつ高精度に実施することができる。
【００５６】
本発明に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法においては、ビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて導出された加速モデル式を用いることにより、加速温度Ｔ2 が予め設定されていない場合であっても、適切な加速温度Ｔ2 と、これに対する試験時間ｔ2 とを同時決定することができる。従って、加速温度Ｔ2 の設定不具合が未然に防止され、リテンション特性による寿命が保証されるか否かを評価するための信頼性試験をより確実かつ高精度に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法について図面を参照しながら説明する。
【００５８】
図１は、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 のリテンション特性寿命が保証されるか否かを評価するために実施される強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験のフローチャートを示す図である。
【００５９】
まず、データ書き込み工程Ｓ１００において、強誘電体メモリ装置に一方向のデータを書き込む。
【００６０】
次に、高温保存工程Ｓ２００において、温度Ｔ1 よりも高温の加速温度Ｔ2 において所定の試験時間ｔ2 だけ強誘電体メモリ装置を保存する。
【００６１】
この際に必要となる所望の試験時間ｔ2 は、試験時間決定工程Ｓ３００において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出した際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて決定する。
【００６２】
次に、読み出し検査工程Ｓ４００において、データの読み出し検査を実施して試験が終了する。すなわち、データの読み出しができれば、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 のリテンション特性寿命が保証されると評価できる一方、データの読み出し不良が発生すれば、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 のリテンション特性寿命が保証されないと評価できる。
【００６３】
本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、試験時間決定工程Ｓ３００において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出した際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性に基づいて、試験時間ｔ2 を決定することを特徴としている。
【００６４】
まず、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出す際の読み出し動作、およびその動作の際に発生するビット線電圧について、図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図２（ａ）は、強誘電体メモリ装置の構成を示す図である。
【００６６】
図２（ａ）に示すように、強誘電体メモリ装置は、強誘電体容量１０１と、強誘電体容量１０１にアクセスするためのトランスファーゲートとなるＭＯＳトランジスタ１０２とからなるメモリセル１００をその基本単位としている。ＭＯＳトランジスタ１０２のソース（又はドレイン）にはビット線１０３が接続されており、ビット線１０３の端部にはセンスアンプ１０６が接続されている。さらに、ＭＯＳトランジスタ１０２のゲートにはワード線１０４が接続されており、強誘電体容量１０１にはプレート線１０５が接続されている。
【００６７】
強誘電体容量１０１は印加される電圧の大きさに応じてその分極状態が変化する性質を有している。印加される電圧の大きさと分極との関係は、図３（ａ）に示すような分極−電圧ヒステリシス曲線によって表される。ここで、強誘電体容量１０１に正電圧を印加した後に電圧をゼロに戻すと、図３（ｂ）に示すように、正方向の分極が残存し、これに対応した保持分極＋ＰSSが保持される。逆に、強誘電体容量１０１に負電圧を印加した後に電圧をゼロに戻すと、図３（ｃ）に示すように、負方向の分極が残存し、これに対応した保持分極−ＰSSが保持される。このように、強誘電体メモリ装置は、強誘電体容量１０１に保持された逆方向の保持分極を、それぞれデータ「０」又はデータ「１」に対応させて情報を記憶するメモリである。（以下、便宜上、保持分極の値が＋ＰSSである場合をデータ「０」、保持分極の値が−ＰSSである場合をデータ「１」とする。）
強誘電体メモリ装置にこのようにして記憶されたデータを読み出す際には、ビット線１０３の電圧を一旦ゼロにした後にフローティングとし、ワード線１０４に所定の電圧を印加してＭＯＳトランジスタ１０２をＯＮ状態とし、プレート線１０５に電圧＋ＶCCを印加する。このとき、強誘電体メモリ装置がデータ「０」を保持していた場合、すなわち強誘電体容量１０１が保持分極＋ＰSSの電荷を保持していた場合には、強誘電体容量１０１の分極状態は、図４（ａ）における太線で示すように、保持分極＋ＰSSを起点とする読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線に従って変化していく。同様に、強誘電体メモリ装置がデータ「１」を保持していた場合、すなわち強誘電体容量１０１が保持分極−ＰSSの電荷を保持していた場合には、強誘電体容量１０１の分極状態は、図４（ｂ）における太線で示すように、保持分極−ＰSSを起点とするヒステリシス曲線に従って変化していくことになる。このような分極状態の変化によって、強誘電体容量１０１に保持されていた分極電荷はトランスファーゲートであるＭＯＳトランジスタ１０２を介してビット線１０３に放出される。このとき、ビット線１０３は、ある一定の大きさのビット線容量ＣB を持つ容量として働くので、放出された分極電荷が蓄積されることによってビット線電圧ＶB が発生する。
【００６８】
このとき、プレート線１０５に印加された電圧ＶCCは、図２（ｂ）に示すように、ビット線１０３に発生するビット線電圧ＶB と強誘電体容量１０１に加わる電圧ＶF とに直列的に分割されているので、電圧ＶCCは、下記式（１）
ＶCC＝ＶB ＋ＶF                                               ・・・（１）
で表される。（なお、図２（ｂ）ではビット線容量１０７を付加的に示している。）また、強誘電体容量１０１から放出された分極電荷量ＱF は、印加電圧ＶF による分極状態変化に対応するので、図４（ａ）又は図４（ｂ）における太線で示された読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線を、保持分極Ｐが電圧Ｖの関数であるという意味でＰ（Ｖ）として表すと、分極電荷量ＱF は、下記式（２）
ＱF ＝Ｐ（ＶF ）                                              ・・・（２）
で表される。一方、ビット線１０３に蓄積された分極電荷量ＱB は、下記式（３）
ＱB ＝ＣB ＶB                                                 ・・・（３）
で表される。ここで、電荷保存の法則より、強誘電体容量１０１から放出された電荷量ＱF とビット線１０３に蓄積された電荷量ＱB とは等しいので、下記式（４）
ＱF ＝ＱB                                                     ・・・（４）
が成立する。従って、式（１）〜式（４）から、下記式（５）を得ることができる。
【００６９】
Ｐ（ＶF ）＝ＣB （ＶCC−ＶF ）                                ・・・（５）
式（５）は、前述のような読み出し動作を行なった場合に、強誘電体容量１０１に加わる電圧ＶF が、下記式（６）
Ｑ＝Ｐ（Ｖ）                                                  ・・・（６）
で表される読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線と、下記式（７）
Ｑ＝ＣB （ＶCC−Ｖ）                                          ・・・（７）
で表されるビット線容量負荷直線との交点として定まることを意味している。
【００７０】
このように、強誘電体容量１０１に加わる電圧ＶF が、読み出し時の分極ー電圧ヒステリシス曲線を示す式（６）とビット線容量負荷直線を示す式（７）との交点として定まるという状況を、データ「０」およびデータ「１」を読み出した場合について表現したものを、それぞれ図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。
【００７１】
図５（ａ）に示すように、データ「０」を読み出した場合には、強誘電体容量１０１への印加電圧ＶF0は、保持分極＋ＰSSを起点とする分極状態変化を表す読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線Ａ0 と、式（７）で表されるビット線容量負荷直線Ｂとの交点として定まる。ここで、式（１）を変形した下記式（８）
ＶB ＝ＶCC−ＶF                                               ・・・（８）
により、図５（ａ）中に示すビット線電圧ＶB0が発生することになる。
【００７２】
同様に、図５（ｂ）に示すように、データ「１」を読み出した場合についても、強誘電体容量１０１への印加電圧ＶF1は、保持分極−ＰSSを起点とする状態変化を表す読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線Ａ1 と、ビット線容量負荷直線Ｂとの交点として定まり、ビット線電圧ＶB1が発生することになる。
【００７３】
このようにして発生したビット電圧ＶB はセンスアンプ１０６に入力される。センスアンプ１０６は、このビット線電圧ＶB と別途入力される一定の基準電圧ＶR との差分を検出し、その大小関係に応じて読み出した記憶データが「０」か「１」かを判定する。
【００７４】
基準電圧ＶR は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、ビット線電圧ＶB0とビット線電圧ＶB1との間に設定される。このように基準電圧ＶR を設定すると、データ「０」を読み出した場合には、図６（ａ）に示すように、ＶB0＜ＶR となる。逆に、データ「１」を読み出した場合には、図６（ｂ）に示すように、ＶB1＞ＶR となる。つまり、データ方向によってビット線電圧と基準電圧との大小関係が逆転するので、センスアンプ１０６によって読み出したデータが「０」であるか「１」であるかの判定を行なうことができる。
【００７５】
このとき、もしも保存中にビット線電圧ＶB0又はＶB1が変化して、ＶB0＞ＶR 又はＶB1＜ＶR となった場合には、データ「０」がデータ「１」として読み出され、逆に、データ「１」がデータ「０」として読み出されてしまうので、読み出し不良、すなわちリテンション特性不良が発生することになる。
【００７６】
次に、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを保存した際におけるビット線電圧ＶB の経時変化について説明する。
【００７７】
前述したように、ビット線電圧ＶB は、読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線との交点に基づいて定まる。このうち、ビット線容量負荷直線は、ビット線容量ＣB が変化しない限り変動しない。保存中にビット線容量ＣB が変化することはないので、結局、ビット線電圧ＶB の変化は読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線の変化に支配される。従って、ビット線電圧ＶB の経時変化は、強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線がどのように変動するかによって決まることになる。
【００７８】
図７（ａ）および（ｂ）は、強誘電体メモリ装置にデータ「０」を書き込んで保存した際における、強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線の変動を示した図である。
【００７９】
まず、図７（ａ）は、データ保存開始時点における初期状態を示している。強誘電体容量は、初期状態の分極−電圧ヒステリシス曲線に従ってデータ「０」に対応する保持分極＋ＰSSを保持している。
【００８０】
次に、図７（ｂ）は、ある時間だけ保存が経過した後の状態を示している。この状態では、すでに説明したインプリント特性が非常に重要な影響を及ぼしている。インプリント特性は、一方向の分極を保持した状態で保存した際に、その方向の保持分極が安定化される性質である。この安定化効果は減極効果に比べて圧倒的に強いので、保持分極＋ＰSSは、保存が経過した状態であっても初期状態と同じ大きさのままで保持される。しかし、この場合に重要なことは、よく知られているように、インプリントによってヒステリシス曲線が電圧軸方向にシフトする現象が発生することである。ヒステリシス曲線がシフトする方向は保持された分極の方向によって定まっており、正方向の分極＋ＰSSを保持している場合には、図７（ｂ）に示すように、ヒステリシス曲線は負電圧方向へシフトする。
【００８１】
一方、図８（ａ）および（ｂ）は、強誘電体メモリ装置にデータ「１」を書き込んで保存した際における、強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線の変動を示した図である。
【００８２】
まず、図８（ａ）は、データ保存開始時点における初期状態を示している。強誘電体容量は、初期状態の分極−電圧ヒステリシス曲線に従ってデータ「１」に対応する分極−ＰSSを保持している。
【００８３】
次に、図８（ｂ）は、ある時間だけ保存が経過した後の状態を示している。図７（ｂ）と同様に、インプリント特性による安定化効果により、保持分極−ＰSSは、初期状態と同じ大きさで保持されるが、やはりインプリントによってヒステリシス曲線が電圧軸方向にシフトする現象が発生する。負方向の分極−ＰSSを保持している場合には、ヒステリシス曲線がシフトする方向が図７（ｂ）の場合とは逆になり、正電圧の方向へシフトする。
【００８４】
次に、図７（ａ）および（ｂ）並びに図８（ａ）および（ｂ）で説明したデータ保存開始時点の状態とある時間だけ保存が経過した後の状態とにおけるデータ読み出し動作を考え、ビット線電圧の経時変化について説明する。
【００８５】
まず、強誘電体メモリ装置にデータ「０」を書き込んだ場合について、図９（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００８６】
図９（ａ）は、図７（ａ）に示したデータ「０」の初期状態におけるデータ読み出し動作を示した図である。
【００８７】
図９（ａ）に示すように、データ「０」を読み出した場合に発生するビット線電圧ＶB0は、保持分極＋ＰSSを起点とする分極状態変化を表す読み出し時ヒステリシス曲線Ａ0 とビット線容量負荷直線Ｂとの交点から、図中に示したように定まる。
【００８８】
また、図９（ｂ）は、図７（ｂ）に示したある時間だけ保存が経過した後の状態におけるデータ読み出し動作を示した図である。
【００８９】
図９（ｂ）に示すように、読み出し時ヒステリシス曲線は、インプリントによって負電圧の方向にシフトしてヒステリシス曲線Ａ0´ となるので、ビット線電圧ＶB0´は、このヒステリシス曲線Ａ0´ とビット線容量負荷直線Ｂとの交点から、図中に示したよう定まることになる。
【００９０】
図９（ａ）と図９（ｂ）とを比較すると、保持分極ＰSSの大きさは、すでに説明したインプリントによる安定化効果によって保存が経過しても変化しない。つまり、図９（ｃ）に示すように、保持分極ＰSSには経時変化が現れない。一方、ビット線電圧ＶB0は、インプリントによってヒステリシス曲線が負電圧の方向へシフトしているものの、データ「０」の読み出しが分極方向が反転しない非反転読み出しとなるため、ある時間だけ保存が経過した後における読み出し時ヒステリシス曲線Ａ0´ は、初期状態のヒステリシス曲線Ａ0 と比べてほとんど変動しない。このため、ビット線電圧ＶB には、図９（ｄ）に示すように経時変化が現れないことになる。従って、強誘電体メモリ装置にデータ「０」を書き込んだ場合には、図９（ｄ）に示すように、保存によってビット線電圧ＶB が基準電圧ＶR を上回ることはなく、読み出し不良が発生する可能性はない。
【００９１】
しかしながら、強誘電体メモリ装置にデータ「１」を書き込んだ場合の状況は、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、強誘電体メモリ装置にデータ「０」を書き込んだ場合と比べて大きく異なっている。
【００９２】
図１０（ａ）は、図８（ａ）に示したデータ「１」の初期状態におけるデータ読み出し動作を示した図である。
【００９３】
図１０（ａ）に示すように、データ「１」を読み出した場合に発生するビット線電圧ＶB1は、保持分極−ＰSSを起点とする分極状態変化を表す読み出し時ヒステリシス曲線Ａ1 とビット線容量負荷直線Ｂとの交点から、図中に示したように定まる。
【００９４】
また、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）に示したある時間だけ保存が経過した後の状態におけるデータ読み出し動作を示した図である。
【００９５】
図１０（ｂ）に示すように、読み出し時ヒステリシス曲線は、インプリントによって正電圧の方向にシフトしてヒステリシス曲線Ａ1´ となるので、ビット線電圧ＶB1´は、このヒステリシス曲線Ａ1´ とビット線容量負荷直線Ｂとの交点から、図中に示したようにが定まることになる。
【００９６】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを比較すると、保持分極ＰSSの大きさは、インプリントによる安定化効果によって保存が経過してもやはり変化しない。つまり、図１０（ｃ）に示すように、データ「１」の場合であっても、保持分極ＰSSには経時変化が現れない。しかしながら、ビット線電圧ＶB1は、データ「１」の読み出しが分極方向の反転を伴う反転読み出しとなり、かつインプリントによってヒステリシス曲線が正電圧の方向にシフトしているので、ある時間だけ保存が経過した後の読み出し時ヒステリシス曲線Ａ1´ は、初期状態のヒステリシス曲線Ａ1 よりも正電圧の方向に変動することになる。その結果、読み出し時ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線との交点に基づいて定まるビット線電圧は、保存が経過すると明らかに小さくなる。このため、ビット線電圧ＶB には、図１０（ｄ）に示すように、経時的に減少する経時変化が現れる。従って、強誘電体メモリ装置にデータ「１」を書き込んだ場合には、図９（ｄ）に示すように、保存が経過してビット線電圧ＶB が基準電圧ＶR を下回るとデータの読み出しが不可能になるので、リテンション特性不良が発生する可能性がある。
【００９７】
以上に説明したように、強誘電体メモリ装置においてリテンション特性不良が発生する可能性がある場合には、保持分極には経時的変化は発生せずに、ビット線電圧に経時的減少が発生している。従って、図１に示した試験時間決定工程Ｓ３００においては、ビット線電圧をパラメータとして選択し、その経時変化を測定することが適切である。なぜなら、従来のように保持分極をパラメータとして選択すると、リテンション特性不良が発生する可能性がある場合であっても、リテンション特性に係わるパラメータの経時変化を得ることができず、その結果、試験時間の決定が不可能になるからである。このように、ビット線電圧をパラメータとして選択することにより、リテンション特性に係わるパラメータの経時変化を得ることが可能となるので、試験時間を確実に決定することができる。
【００９８】
以下、試験時間決定工程Ｓ３００において、ビット線電圧をパラメータとして選択した上で、試験時間ｔ2 を決定するための具体的方法について説明する。
【００９９】
図１１は、試験時間決定工程Ｓ３００において行なう３つのステップのフローチャートを示す図である。
【０１００】
まず、第１のステップＳ３１０において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出した際に発生するビット線電圧の経時変化を、保証温度Ｔ1 および加速温度Ｔ2 において測定する。
【０１０１】
次に、第２のステップＳ３１１において、第１のステップＳ３１０にて測定された保証温度Ｔ1 でのビット線電圧の経時変化から、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後のビット線電圧ＶB´ を算出する。
【０１０２】
最後に、第３のステップＳ３１２において、第１のステップＳ３１０にて測定された加速温度Ｔ2 でのビット線電圧の経時変化から、加速温度Ｔ2 にてビット線電圧がＶB´ に到達するまでの時間を算出し、算出した時間を試験時間ｔ2 として決定する。
【０１０３】
ここで、第１のステップＳ３１０において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出す際に発生するビット線電圧の測定を、実際の試験対象である強誘電体メモリ装置を用いて実施することは通常困難である。なぜならば、強誘電体メモリ装置の読み出し動作では、発生するビット線電圧によってデータの読み出しを行なうが、その結果、外部に出力されるのは「０」又は「１」のデータ判定結果のみであり、具体的なビット線電圧の値は出力されないからである。
【０１０４】
この問題を解消するためには、実際の試験対象である強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量（ここで言う単独とは、トランジスタ等の他の素子が接続されていないという意味である。）を用いて、実際の強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータに相当する保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定し、測定された分極ー電圧ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線との交点から、ビット線電圧を作図的に決定する方法が極めて有効である。
【０１０５】
具体的には、図１２に示すように、まず、第１のステップＳ３１０ａにおいて、評価用強誘電体容量に一方向の分極を保持させる。
【０１０６】
次に、第２のステップＳ３１０ｂにおいて、目的の温度で所望の時間だけの保存を行なう。
【０１０７】
次に、第３のステップＳ３１０ｃにおいて、目的の温度で所望の時間だけ保存された後の保持分極を読み出した際における分極−電圧ヒステリシス曲線を測定する。ただし、この際の読み出しは分極状態が反転する反転読み出し方向でなければならない。図９（ａ）〜（ｄ）および図１０（ａ）〜（ｄ）を用いて説明したように、リテンション特性不良は反転読み出し方向でのみ発生するので、その方向に読み出さなければリテンション特性に係わるビット線電圧の経時変化が得られないからである。
【０１０８】
次に、第４のステップＳ３１０ｄにおいて、測定した読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線との交点から、すでに図５で示したように、ビット線電圧を作図的に決定する。以上の工程を保存時間を変えて複数回実施することにより、第１のステップＳ３１０におけるビット線電圧の経時変化の測定を極めて容易に実施することができる。
【０１０９】
以上のような方法によって試験時間決定工程Ｓ３００を実施することにより、選択したパラメータであるビット線電圧には経時変化が現れるので、加速温度Ｔ2 におけるビット線電圧が保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 でのビット線電圧と等価になる時間を求めることができる。従って、このようにして求められた時間を高温保存工程Ｓ２００における試験時間ｔ2 として決定すれば、加速温度Ｔ2 における試験時間ｔ2 の保存によって保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 後の状態が短時間に再現された温度加速試験を確実に実施することが可能となる。
【０１１０】
ただし、この方法では、第１のステップＳ３１０において保証温度Ｔ1 と共に加速温度Ｔ2 におけるビット線電圧の経時変化をも測定するため、加速温度Ｔ2 が予め設定されている必要があるので、加速温度Ｔ2 と試験時間ｔ2 とを同時に決定することができないという問題点がある。
【０１１１】
この問題点を解消するために、本願発明者は、以下に示す解析に基づいて、試験時間ｔ2 を加速温度Ｔ2 の関数として記述した加速モデル式を導出した。
【０１１２】
まず、本願発明者は、ある温度Ｔにおけるビット線電圧の経時変化が、下記式（９）に従うことを見出した。
【０１１３】
ＶB（ｔ，Ｔ）＝ＶB（ｔ0 ，Ｔ）−Ｒ（Ｔ）・ｌｎ［ｔ／ｔ0 ］    ・・・（９）
ただし、式（９）において、ＶB（ｔ，Ｔ） は、時間ｔおよび温度Ｔの関数として表されるビット線電圧を表し、ＶB（ｔ0 ，Ｔ） は、温度Ｔにおける任意の時間ｔ0 でのビット線電圧を表し、Ｒ（Ｔ）は、温度Ｔにおけるビット線電圧の減少速度を表す。
【０１１４】
式（９）に示すように、ビット線電圧の経時変化は、時間ｔの対数に対して直線的である。
【０１１５】
さらに、本願発明者は、式（９）の右辺のＶB（ｔ0 ，Ｔ）およびＲ（Ｔ）が、それぞれ下記式（１０）および(１１）に従うことを見出した。
【０１１６】
ＶB（ｔ0 ，Ｔ）＝Ｖ0 ・ＰSS（Ｔ）＋Ｖ1                        ・・・（１０）
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ0 ・ＰSS（Ｔ）                                    ・・・（１１）
ただし、式（１０）および式（１１）において、ＰSS（Ｔ）は、温度Ｔにおける保持分極ＰSSの大きさを表し、Ｖ0 、Ｖ1 およびＲ0 は定数を表す。
【０１１７】
式（１０）に示すように、任意時間ｔ0 におけるビット線電圧ＶB（ｔ0 ，Ｔ） は、その温度Ｔにおける保持分極の大きさＰSS（Ｔ）と線形関係にある。また、式（１１）に示すように、ビット線電圧の減少速度Ｒ（Ｔ）は、その温度Ｔにおける保持分極の大きさＰSS（Ｔ）に比例する。
【０１１８】
ここで、温度Ｔにおける保持分極の大きさＰSS（Ｔ）は、強誘電体容量の一般的性質であるキュリー・ワイスの法則によって、下記式（１２）に従うことが知られている。
【０１１９】
ＰSS（Ｔ）＝［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2                             ・・・（１２）
ただし、式（１２）において、ＴC はキュリー温度を表し、Ａは定数を表す。なお、キュリー温度とは、強誘電体材料が結晶構造の変化によって保持分極を完全に消失してしまう温度のことである。式（１２）は、キュリー温度よりも低い温度領域において、温度Ｔが上昇するほど保持分極ＰSSが減少することを表している。
【０１２０】
式（１２）を式（１０）および式（１１）に代入することにより、ＶB（ｔ0 ，Ｔ） およびＲ（Ｔ）の温度依存性は、それぞれ下記式（１３）および（１４）によって表される。
【０１２１】
ＶB（ｔ0 ，Ｔ）＝Ｖ0 ・［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 ＋Ｖ1            ・・・（１３）
Ｒ（Ｔ）＝Ｒ0 ・［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2                         ・・・（１４）
よって、式（１３）および式（１４）を式（９）に代入して整理すると、ビット線電圧の経時変化と温度依存性とを表す数式として下記式（１５）が得られる。
【０１２２】
ＶB（ｔ，Ｔ）＝［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 ・｛Ｖ0 −Ｒ0 ・ｌｎ［ｔ／ｔ0 ］｝＋Ｖ1
・・・（１５）
式（１５）を用いることにより、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 に相当する加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 を表す式は、以下のようにして導出される。
【０１２３】
まず、式（１５）により、保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 においては、下記式（１６）が成立する。
【０１２４】
ＶB（ｔ1 ，Ｔ1 ）＝［Ａ（ＴC −Ｔ1 ）］1/2 ・｛Ｖ0 −Ｒ0・ｌｎ［ｔ1 ／ｔ0 ］｝
＋Ｖ1                                 ・・・（１６）
同様に、加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 においては、下記式（１７）が成立する。
【０１２５】
ＶB（ｔ2 ，Ｔ2 ）＝［Ａ（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ・｛Ｖ0 −Ｒ0・ｌｎ［ｔ2 ／ｔ0 ］｝
＋Ｖ1                                 ・・・（１７）
ここで、加速温度Ｔ2 での保存時間ｔ2 が保証温度Ｔ1 での保証時間ｔ1 に相当する場合には、下記式（１８）
ＶB（ｔ1 ，Ｔ1 ）＝ＶB（ｔ2 ，Ｔ2 ）                          ・・・（１８）
となるので、式（１６）〜式（１８）から、下記式（１９）が成立する。
【０１２６】
［Ａ（ＴC −Ｔ1 ）］1/2・｛Ｖ0 −Ｒ0 ・ｌｎ［ｔ1 ／ｔ0 ］｝＋Ｖ1
＝［Ａ（ＴC −Ｔ2 ）］1/2・｛Ｖ0 −Ｒ0 ・ｌｎ［ｔ2 ／ｔ0 ］｝＋Ｖ1
・・・（１９）
従って、式（１９）をｌｎ［ｔ2 ］について解くと、下記式（２０）が得られる。
【０１２７】
ｌｎ［ｔ2 ］＝［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ・ｌｎｔ1
＋｛１−［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2｝・（Ｖ0 ／Ｒ0 ＋ｌｎｔ0）
・・・（２０）
ここで、式（２０）の右辺の定数Ｖ0 は、式（１０）より、ある任意時間ｔ0 におけるビット線電圧ＶB（ｔ0 ，Ｔ） に対応する定数として定義されているので、ｔ0 を単位時間、すなわちｔ0 ＝１として、Ｖ0 を単位時間におけるビット線電圧ＶB（１，Ｔ） に対して、下記式（２１）
ＶB（１，Ｔ）＝Ｖ0・ＰSS（Ｔ）                                ・・・（２１）
と定義し直せば、式（２０）はｔ0 ＝１の場合にも成立する。それゆえ、最終的には、下記式（２２）が導出される。
【０１２８】
ｌｎ［ｔ2 ］＝［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ・ｌｎｔ1
＋｛１−［（ＴC −Ｔ1 ）／（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ｝・（Ｖ0 ／Ｒ0 ）
・・・（２２）
式（２２）は、試験時間ｔ2 が加速温度Ｔ2 の関数として記述された加速モデル式である。
【０１２９】
従って、式（２２）を用いることによって、任意の加速温度Ｔ2 における試験時間ｔ2 を決定することができるので、加速温度Ｔ2 と試験時間ｔ2 とを同時に決定することが可能となる。ただし、式（２２）を用いて試験時間ｔ2 を決定するためには、加速パラメータであるキュリー温度ＴC と定数Ｖ0 およびＲ0 との値を予め決定しておかなければならない。
【０１３０】
図１３は、試験時間決定工程Ｓ３００において、前述の加速パラメータの値を決定して試験時間ｔ2 を決定するための５つのステップを示すフローチャートである。
【０１３１】
まず、図１３に示すように、第１のステップＳ３２０において、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの温度依存性を測定する。
【０１３２】
次に、第２のステップＳ３２１において、保持分極ＰSSの温度依存性の測定結果を用いて、キュリー温度ＴC および定数Ａを決定する。
【０１３３】
具体的には、まず、各温度における保持分極ＰSSの２乗を温度（絶対温度）に対してプロットし、その近似直線の傾きａおよび切片ｂの値を求める。
【０１３４】
次に、式（１２）に基づいて、下記式（２３）および（２４）より、キュリー温度ＴC および定数Ａの値を決定する。
【０１３５】
ＴC ＝−ｂ／ａ                                                ・・・（２３）
Ａ＝−ａ                                                      ・・・（２４）
次に、第３のステップＳ３２２において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出した際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性を測定する。
【０１３６】
次に、第４のステップＳ３２３において、ビット線電圧の経時変化の温度依存性の測定結果を用いて、定数Ｖ0 およびＲ0 の値を決定する。
【０１３７】
具体的には、まず、各温度におけるビット線電圧の経時変化を時間ｔの対数に対してプロットし、それぞれの近似直線式である下記式（２５）
ＶB ＝ｃ−ｄ・ｌｎ［ｔ］                                      ・・・（２５）
における切片ｃおよび傾きの大きさｄの値を求める。ここで、式（９）と式（２５）とを対比すると明らかなように、ｃの値は、式（９）における任意時間ｔ0 が単位時間、すなわちｔ0 ＝１の場合のビット線電圧の値ＶB （１，Ｔ）であり、ｄの値は各温度でのビット線電圧の減衰速度Ｒ（Ｔ）である。従って、式（１３）および式（１４）に基づいて、下記式（２６）および（２７）が成り立つ。
【０１３８】
ｃ＝Ｖ0・［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 ＋Ｖ1                          ・・・（２６）
ｄ＝Ｒ0・［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2                                ・・・（２７）
従って、各温度でのｃおよびｄの値を、それぞれ各温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 に対してプロットすれば、それらの回帰直線の傾きの値をそれぞれ定数Ｖ0 およびＲ0 として決定することができる。
【０１３９】
次に、第５のステップＳ３２４において、求められた加速パラメータＴC 、Ｖ0 およびＲ0 の値と、保証温度Ｔ1 、加速温度Ｔ2 および保証時間ｔ1 の値とを、加速モデル式  （２２）に代入して試験時間ｔ2 を決定する。
【０１４０】
なお、第３のステップＳ３２２におけるビット線電圧の測定は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する単独の評価用強誘電体容量を用いて、図１２で説明したＳ３１０ａ〜Ｓ３１０ｄと全く同様のステップで行なうことが好ましい。また、同様に、第１のステップＳ３２０における保持分極の測定も、実際に試験の対象となる強誘電体メモリ装置を用いて測定することが困難であるので、評価用強誘電体容量を用いて実施されることが好ましい。
【０１４１】
以上のような方法によって試験時間決定工程Ｓ３００を実施することにより、予め加速温度Ｔ2 を設定していなくても、任意の加速温度Ｔ2 における試験時間ｔ2 を決定することができ、適切な加速温度Ｔ2 と、それに対応する試験時間ｔ2 とを同時に決定することが可能となる。従って、このように決定された加速温度Ｔ2 と試験時間ｔ2 とを用いて高温保存工程Ｓ２００を実施することにより、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 後の状態を短時間に再現することができる加速試験を確実に実施することが可能となる。
【０１４２】
（第１の実施例）
以下、本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法の第１の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【０１４３】
本実施例における強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験は、保証温度８５℃における保証時間１０年のリテンション特性寿命を保証できるか否かを評価するための試験を、加速温度を予め１２５℃に設定して実施したものである。
【０１４４】
本実施例における強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験は、すでに説明した図１のフローチャートに従って実施した。
【０１４５】
まず、データ書き込み工程Ｓ１００において、強誘電体メモリ装置に一方向のデータを書き込んだ。なお、データの書き込みは、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量に大きさ１．８Ｖの単極性電圧パルスを印加されるように動作させて行なった。また、データの書き込み方向は、読み出し動作時に強誘電体容量の分極方向が反転する反転読み出しになるような方向（リテンション特性不良が発生する可能性のある方向）に書き込んだ。
【０１４６】
次に、高温保存工程Ｓ２００において、強誘電体メモリ装置を加速温度１２５℃で９時間保存した。この高温保存工程Ｓ２００における保存時間は、すでに説明した図１１の試験時間決定工程Ｓ３００のフローチャートに従って、以下のようにして決定した。
【０１４７】
まず、第１のステップＳ３１０において、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量を用いて保証温度８５℃および加速温度１２５℃におけるビット線電圧の経時変化を測定した。なお、この工程におけるビット線電圧の経時変化の測定は、すでに説明した図１２のフローチャートに従って、以下のように実施した。
【０１４８】
具体的には、まず、第１のステップＳ３１０ａにおいて、強誘電体容量に−１．８Ｖの負極性電圧パルスを印加して負方向の分極を保持させた。
【０１４９】
次に、第２のステップＳ３１０ｂにおいて、保持した負方向の分極を８５℃で２時間保存を行なった。
【０１５０】
次に、第３のステップＳ３１０ｃにおいて、強誘電体容量に＋１．８Ｖの正極性電圧パルスを印加して分極状態が反転する反転読み出しを行なって、その際の分極−電圧ヒステリシス曲線を測定した。
【０１５１】
次に、第４のステップＳ３１０ｄにおいて、測定した分極−電圧ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線との交点からビット線電圧を作図的に決定した。
【０１５２】
図１４は、第４のステップＳ３１０ｄにおいて、ビット線電圧を作図的に決定したグラフである。曲線Ａは、第３のステップＳ３１０ｃにおいて＋１．８Ｖの正極性電圧パルスを印加して測定された読み出し時ヒステリシス曲線である。また、直線Ｂはビット線容量負荷直線である。本実施例に用いた強誘電体メモリ装置では、読み出し時にプレート線に印加される電圧ＶCCは１．８Ｖ、ビット線容量ＣB は３２．４μＦ／ｃｍ2 であったので、直線Ｂは電圧軸切片が１．８Ｖで傾きの大きさが３２．４μＦ／ｃｍ2 となるように作図した。図１４に示すように、これらの曲線Ａと直線Ｂとの交点における電圧値は１．２Ｖとなったので、ビット線電圧は０．６Ｖと決定された。
【０１５３】
次に、以上までの工程で用いた強誘電体容量とは異なる新たな強誘電体容量を準備し、それぞれ第２のステップＳ３１０ｂにおける保存時間のみを２４時間、１２０時間および５４０時間に変えて同様の工程を実施して、保証温度８５℃におけるビット線電圧の経時変化を測定した。さらに、第２のステップＳ３１０ｂにおける保存温度を１２５℃として同様の工程を実施して、加速温度１２５℃における経時変化も測定した。
【０１５４】
次に、第２のステップＳ３１１において、第１のステップＳ３１０で測定した保証温度８５℃でのビット線電圧の経時変化から、保証温度８５℃における保証時間１０年経過後のビット線電圧を以下に説明するようにして求めた。
【０１５５】
図１５は、本実施例において測定された保証温度８５℃および加速温度１２５℃でのビット線電圧の経時変化を時間の対数に対してプロットした図である。
【０１５６】
図１５に示すように、ビット線電圧ＶB の経時変化は時間の対数に対して直線的である。この回帰直線を表す式は、８５℃および１２５℃に対して、それぞれ、下記式（２８）および（２９）
ＶB＝０．６０３−０．００５５８・ｌｎ［ｔ］  （８５℃）      ・・・（２８）
ＶB＝０．５５０−０．００４８３・ｌｎ［ｔ］  （１２５℃）    ・・・（２９）
となった。従って、８５℃における１０年（８７６００時間）経過後のビット線電圧ＶB´は、式（２８）の近似直線式を用いて、下記式（３０）
ＶB´＝０．６０３−０．００５５８・ｌｎ［８７６００］＝０．５３９（Ｖ）
・・・（３０）
と求められた。
【０１５７】
次に、第３のステップＳ３１２において、第１のステップＳ３１０で測定した加速温度１２５℃でのビット線電圧の経時変化から、加速温度１２５℃においてビット線電圧がＶB´ に到達する時間を以下に説明するようにして求めた。
【０１５８】
１２５℃におけるビット線電圧ＶB の経時変化は、式（２９）の回帰直線式で表され、ＶB´ の値は式（３０）において０．５３９Ｖと求められている。従って、１２５℃におけるビット線電圧の経時変化がＶB´ に到達する時間は、下記式（３１）
ｔ＝ｅｘｐ［（０．５５０−０．５３９）／０．００４８３］≒ ９（ｈ）
・・・（３１）
と算出されることになるので、この時間を高温保存工程Ｓ２００における試験時間ｔ2 として決定した。
【０１５９】
最後に、データ読み出し工程Ｓ４００において、データの読み出し検査を実施した。本実施例においてはデータの読み出し不良は発生しなった。従って、保証温度８５℃において保証時間１０年のリテンション特性寿命が保証されると評価することができる。
【０１６０】
従来の強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法では、試験時間決定工程Ｓ３００において、保持分極の経時変化の温度依存性に基づいて試験時間を決定する方法を用いていた。しかし、この方法では、リテンション特性に係わるパラメータとして保持分極を選択したことが不適切であり、従来例で用いた図２５に示したように、保持分極の経時変化が現れないために、試験時間を決定することが不可能であったので、リテンション特性寿命を評価するための信頼性試験を実施することができなかった。
【０１６１】
しかし、本実施例のリテンション試験方法によれば、リテンション特性に係わるパラメータとして適切なビット線電圧を選択したことにより、図１５に示したように、その経時変化を得ることができるので、加速温度Ｔ2 における試験時間ｔ2 を確実かつ容易に決定することができる。この結果、強誘電体メモリ装置のリテンション特性寿命を評価するための信頼性試験を確実に実施することが可能となる。
【０１６２】
（第２の実施例）
以下、本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験方法の第２の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【０１６３】
本実施例における強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験は、保証温度８５℃における保証時間１０年のリテンション特性寿命を保証することができるか否かを評価するための試験を、加速温度を予め設定することなく実施したものである。
【０１６４】
本実施例における強誘電体メモリ装置のリテンション特性試験は、すでに説明した図１のフローチャートに従って実施した。
【０１６５】
まず、データ書き込み工程Ｓ１００において、強誘電体メモリ装置に一方向のデータを書き込んだ。なお、データの書き込みは、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量に大きさ１．８Ｖの単極性電圧パルスが印加されるように動作させて行なった。また、データの書き込み方向は、読み出し動作時に強誘電体容量の分極方向が反転する反転読み出しになるような方向（リテンション特性不良が発生する可能性のある方向）に書き込んだ。
【０１６６】
次に、高温保存工程Ｓ２００において、強誘電体メモリ装置を加速温度１２５℃で９時間保存した。
【０１６７】
この高温保存工程Ｓ２００における試験時間は、すでに説明した図１３の試験時間決定工程Ｓ３００のフローチャートに従って、以下のようにして決定した。
【０１６８】
まず、第１のステップＳ３２０において、強誘電体メモリ装置にデータを書き込んだ際に強誘電体容量に保持される保持分極ＰSSの温度依存性を測定した。本実施例では、この工程を以下に説明するようにして実施した。
【０１６９】
図１６は、本実施例における第１のステップＳ３２０において実施した４つのステップのフローチャートを示す図である。
【０１７０】
図１６に示すように、まず、第１のステップＳ３２０ａにおいて、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する評価用強誘電体容量を２個１組として準備し、その一方には＋１．８Ｖの正極性電圧パルスを印加して正方向分極を保持させると共に、他方には−１．８Ｖの負極性電圧パルスを印加して負方向分極を保持させた。
【０１７１】
次に、第２のステップＳ３２０ｂにおいて、このような分極を保持させた２個１組の強誘電体容量を保存温度８５℃で２４時間保存した。
【０１７２】
次に、第３のステップＳ３２０ｃにおいて、これらの強誘電体容量にそれぞれ＋１．８Ｖの正極性電圧パルスを印加して保持分極の読み出しを行ない、読み出し分極量を測定した。図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、それぞれ正方向分極＋ＰSSおよび負方向分極−ＰSSを保持している強誘電体容量での読み出し分極量を示した図である。正方向分極＋ＰSSを保持している強誘電体容量では、図１７（ａ）に示すように、読み出しは分極非反転読み出しとなり、測定される読み出し分極量はＰSSNSとなる。一方、負方向分極−ＰSSを保持している強誘電体容量では、図１７（ｂ）に示すように、読み出しは分極反転読み出しとなり、測定される読み出し分極量はＰSSSWとなる。
【０１７３】
次に、第４のステップＳ３２０ｄにおいて、第３のステップで測定された読み出し電荷量を用いて、保持電荷ＰSSを算出した。このとき、図１７（ｃ）に示すように、保持分極の正負対称性を考慮すると、ＰSSSWとＰSSNSと差分はＰSSの２倍に等しくなる。従って、下記式（３２）によって保持分極ＰSSを算出することができる。
【０１７４】
ＰSS＝（ＰSSSW−ＰSSNS）／２                                ・・・（３２）
次に、以上までの工程で用いた強誘電体容量とは異なる新たな評価用強誘電体容量を２個１組として準備し、それぞれ第２のステップＳ３２０ｂにおける保存温度のみを１１０℃、１２５℃および１５０℃に変えて同様の工程を実施して、保持分極ＰSSの温度依存性を測定した。
【０１７５】
次に、図１３に示した第２のステップＳ３２１において、保持分極ＰSSの温度依存性の測定結果を用いて、キュリー温度ＴC および定数Ａを以下のように決定した。
【０１７６】
図１８は、本実施例における各温度における保持分極ＰSSの２乗を温度に対してプロットした図である。図１８に示すように、保持分極ＰSSの２乗と温度との関係は直線関係となり、その回帰直線の傾きａおよび切片ｂの値は、それぞれ−０．３３８および１７２．１となった。従って、式（２３）および式（２４）より、キュリー温度ＴC および定数Ａは、それぞれ５０８．６（Ｋ）および０．３３８（μＣ2／ｃｍ4・Ｋ）と決定された。
【０１７７】
次に、第３のステップＳ３２２において、強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータを読み出した際に発生するビット線電圧の経時変化の温度依存性を測定した。なお、この工程におけるビット線電圧の測定は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量と同一の構造を有する評価用強誘電体容量を用いて、すでに図１２で説明したＳ３１０ａ〜Ｓ３１０ｄのフローチャートに従って、具体的には第１の実施例の図１１における第１のステップＳ３１０で説明した手順と同様の手順で実施した。ただし、第２のステップＳ３１０ｂにおける保存温度は、第１実施例の８５℃および１２５℃に加えて、１１０℃および１５０℃を追加した。
【０１７８】
次に、第４のステップＳ３２３において、ビット線電圧の経時変化の温度依存性の測定結果を用いて、定数Ｖ0 およびＲ0 の値を以下に説明するようにして決定した。
【０１７９】
図１９は、第３のステップＳ３２２で測定した各温度でのビット線電圧の経時変化を時間の対数に対してプロットした図である。各温度での回帰直線式における切片ｃおよび傾きの大きさｄの値は、８５℃でｃ＝０．６０３（Ｖ）、ｄ＝０．００５５８（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）、１１０℃でｃ＝０．５７１（Ｖ）、ｄ＝０．００５１３（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）、１２５℃でｃ＝０．５５０（Ｖ）、ｄ＝０．００４８３（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）、１５０℃でｃ＝０．５１３（Ｖ）、ｄ＝０．００４２２（Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）となった。
【０１８０】
このうち、各温度での切片ｃの値を各温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値に対してプロットしたものを図２０に示す。なお、各温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値は、第２のステップＳ３２１で決定したキュリー温度ＴC および定数Ａの値を用いて算出した。図２０に示すように、両者は線形関係となり、式（２６）に基づいて、その傾きの値０．０５１３（Ｖ・ｃｍ2 ／μＣ）をＶ0 の値として決定した。
【０１８１】
同様に、各温度での傾きの大きさｄの値を各温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 の値に対してプロットしたものを図２１に示す。図２１に示すように、両者はほぼ比例関係となり、式（２７）に基づいて、その傾きの値０．０００７７４（Ｖ・ｃｍ2 ／μＣ・ｄｅｃａｄｅ）をＲ0 の値として決定した。
【０１８２】
次に、第５のステップＳ３２４において、求められた加速パラメータＴC 、Ｖ0 およびＲ0 の値と、保証温度８５℃および保証時間１０年（８７６００時間）を加速モデル式（２２）に代入した上で、加速温度Ｔ2 を変えて試験時間ｔ2 を算出した結果、図２２に示す結果が得られた。図２２より加速温度を１２５℃、試験時間を９時間に決定した。
【０１８３】
最後に、図１に示したデータ読み出し工程Ｓ４００において、データの読み出し検査を実施した。本実施例においてはデータの読み出し不良は発生しなった。従って、保証温度８５℃において保証時間１０年のリテンション特性寿命が保証されるということを評価することができる。
【０１８４】
本実施例におけるリテンション試験方法では、保存時間決定工程Ｓ３００において、試験時間ｔ2 が加速温度Ｔ2 の関数として記述された加速モデル式を用いているため、図２２に示したように、任意の加速温度Ｔ2 に対して試験温度ｔ2 を決定することができる。従って、第１の実施例の場合のように、加速温度Ｔ2 を試験開始前に予め設定しておく必要がなく、加速温度Ｔ2 の設定ミスによる試験の不具合（加速温度が高すぎることによって試験時間が極端に短くなってしまうなど）を未然に防止することができる。この結果、強誘電体メモリ装置のリテンション特性寿命を評価するための信頼性試験をさらに確実に実施することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
以上説明したように、本発明の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、強誘電体メモリ装置のリテンション特性寿命を保証するための信頼性試験を確実かつ高精度に実施するための方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における各工程のフローチャートを示す図である。
【図２】強誘電体メモリ装置の構成、および強誘電体メモリ装置の読み出し動作における電圧関係を示す図である。
【図３】強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線、および分極保持状態を示す図である。
【図４】強誘電体メモリ装置に書き込まれたデータの読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線を示す図である。
【図５】読み出し時の分極−電圧ヒステリシス曲線とビット線容量負荷直線の交点からビット線電圧が決定することを示す図である。
【図６】ビット線電圧と基準電圧との関係を示す図である。
【図７】強誘電体メモリ装置にデータを書き込んで保存した時の強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線の変動を示す図である。
【図８】強誘電体メモリ装置にデータを書き込んで保存した時の強誘電体容量の分極−電圧ヒステリシス曲線の変動を示す図である。
【図９】強誘電体メモリ装置にデータを書き込んで保存した時の保持分極およびビット線電圧の変化を示す図である。
【図１０】強誘電体メモリ装置にデータを書き込んで保存した時の保持分極およびビット線電圧の変化を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における試験時間決定工程の各ステップのフローチャートを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法におけるビット線電圧測定のフローチャートを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における試験時間決定工程の各ステップのフローチャートを示す図である。
【図１４】本発明の一実施例におけるビット線電圧の作図的決定の方法を示す図である。
【図１５】本発明の一実施例における保証温度と加速温度でのビット線電圧の経時変化を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における保持分極測定のフローチャートを示す図である。
【図１７】強誘電体容量の保持分極とその読み出し分極量との関係を示す図である。
【図１８】本発明の一実施例における保持分極の温度依存性を示す図である。
【図１９】本発明の一実施例におけるビット線電圧の経時変化の温度依存性を示す図である。
【図２０】本発明の一実施例における各温度でのビット線電圧の経時変化の回帰直線の切片を、その温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 に対してプロットした図である。
【図２１】本発明の一実施例における各温度でのビット線電圧の経時変化の回帰直線の傾きの大きさを、その温度での［Ａ（ＴC −Ｔ）］1/2 に対してプロットした図である。
【図２２】本発明の一実施例における試験時間と加速温度との関係を示す図である。
【図２３】従来の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法を示す図である。
【図２４】従来の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、保持分極の経時変化の温度依存性から試験時間を決定する概念を示した図である。
【図２５】従来の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における保持分極の経時変化を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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