(57)【要約】【課題】強誘電体メモリ装置の加速試験に必要な温度加速係数の導出を短時間に完了させると共に、加速試験全体に要する時間を大幅に短縮できるようにする。【解決手段】強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、強誘電体容量素子における逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定する。その後、測定された温度依存性に基づいて温度加速係数を導出する。その後、導出された温度加速係数を用いて逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を行なう。尚、Ｐｗは、強誘電体メモリ装置における逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いを示す。【選択図】      図７
2004310823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、前記強誘電体メモリ装置における所定のメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータの経時変化の温度依存性を測定する第１の工程と、
前記第１の工程で測定された前記温度依存性に基づいて温度加速係数を導出する第２の工程と、
前記第２の工程で導出された前記温度加速係数を用いて前記所定のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なう第３の工程とを備えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項２】
前記所定のメモリ特性は逆データの書き込み読み出し特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子における逆方向保持分極の読み出し電荷量であ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加速試験方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、第１の関数Ｐ＝Ｐ０  ・ｅｘｐ［−（Ｒ・ｔ）ｎ  ］（Ｐは前記パラメータを、Ｒは減衰速度を、ｔは時間を、Ｐ０  はｔの値が０のときの前記Ｐを、ｎは温度に依存しない定数を表す）を、前記温度依存性を測定した各温度での前記パラメータの経時変化にフィッティングさせることにより得られる前記Ｒの温度依存性に基づいて、又は第２の関数Ｐ＝Ｐ１  −ｍ・ｌｎ［ｔ］（Ｐは前記パラメータを、Ｐ１  は単位時間経過後の前記Ｐを、ｔは時間を、ｍは温度に依存しない定数を表す）を、前記温度依存性を測定した各温度での前記パラメータの経時変化にフィッティングさせることにより得られるＰ１  ／ｍの温度依存性に基づいて、前記温度加速係数を導出する工程を含む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加速試験方法。
【請求項４】
前記第２の工程は、前記Ｒの対数又は前記Ｐ１  ／ｍを、前記各温度の逆数に対してプロットすることにより得られる回帰直線の傾きから算出される活性化エネルギーを用いて前記温度加速係数を導出する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項５】
前記第２の工程は、前記パラメータの経時変化が時間の対数に対して実質的に直線的な変化でない場合には、前記パラメータの経時変化に前記第１の関数をフィッティングさせる一方、前記パラメータの経時変化が時間の対数に対して実質的に直線的な変化である場合には、前記パラメータの経時変化に前記第２の関数をフィッティングさせる工程を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項６】
前記所定のメモリ特性はエンデュランス特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子に保持された残留分極量であ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加速試験方法。
【請求項７】
前記所定のメモリ特性はデータ保持特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量であ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加速試験方法。
【請求項８】
強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、前記強誘電体メモリ装置における所定のメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータが所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定する第１の工程と、
前記第１の工程で測定された前記温度依存性に基づいて温度加速係数を導出する第２の工程と、
前記第２の工程で導出された前記温度加速係数を用いて前記所定のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なう第３の工程とを備えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項９】
前記所定のメモリ特性は逆データの書き込み読み出し特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子における逆方向保持分極の読み出し電荷量であることを特徴とする請求項８に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１０】
前記所定のメモリ特性はエンデュランス特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子に保持された残留分極量であることを特徴とする請求項８に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１１】
前記所定のメモリ特性はデータ保持特性であり、
前記パラメータは、前記強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量であることを特徴とする請求項８に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１２】
前記第１の工程において、前記所定の閾値は、前記温度依存性が測定された各温度において前記パラメータが前記所定の閾値に達するまでの時間を求めることができる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１３】
前記第２の工程は、
前記パラメータが前記所定の閾値に達するまでの時間の対数を、前記温度依存性を測定した各温度の逆数に対してプロットする工程と、
前記時間の対数を前記各温度の逆数に対してプロットすることにより得られた回帰直線の傾きから活性化エネルギーを算出する工程と、
算出された前記活性化エネルギーを用いて前記温度加速係数を導出する工程とを含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１４】
前記第１の工程において、前記強誘電体容量素子と同一構造の単一の測定用容量素子又は該測定用容量素子が複数個２次元的に配列された測定用容量素子群を用いることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【請求項１５】
前記測定用容量素子は前記強誘電体メモリ装置と同じ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の強誘電体メモリ装置の加速試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強誘電体材料から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加速試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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及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素子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、強誘電体材料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且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、強誘電体容量素子が有する分極は、基本的に外部電圧を除去しても消失しない残留分極として残存する。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情報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、強誘電体容量素子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。
【０００４】
例えば、一つの特性試験は、記憶されたデータを連続的に反転書換えした後、正常動作が可能であるか否かを試験するエンデュランス特性試験である。強誘電体容量素子には、分極方向を連続的に反転させると残留分極量が徐々に減少していくという分極反転疲労と呼ばれる性質がある。エンデュランス特性試験はこの性質を考慮した信頼性試験である。ただし、強誘電体容量素子の分極反転疲労は強誘電体材料又は電極材料の改良によって大幅に向上してきているため、エンデュランス特性が強誘電体メモリ装置の信頼性を決定づける要因になることは少なくなってきている。
【０００５】
また、別の特性試験は、データを記憶した状態が長期間継続された後に、記憶されたデータが有効に保持されているか否かを試験するデータ保持特性試験である。強誘電体容量素子には分極状態が続いた場合に保持分極量が徐々に減少する減極と呼ばれる性質がある。データ保持特性試験はこの性質を考慮した信頼性試験である。ただし、強誘電体容量素子には分極状態が続くとその分極方向が安定化して固定化されるというインプリントと呼ばれる性質がある。このため、強誘電体容量素子に保持された分極は基本的には安定化されるため、その減極量は通常極めて小さくなる。よって、データ保持特性が強誘電体メモリ装置の信頼性を決定づける要因となることは少ない。
【０００６】
しかしながら、前述のインプリントと呼ばれる性質は、保持された分極方向を安定化して固定化させる性質であることからも容易に分かるように、分極方向を逆方向へ反転させる動作を阻害する。つまり、ある記憶データ（例えばデータ“０”）を長期間保持した後、その逆データ（データ“１”）を書き込んだり又は読み出したりする動作に多大な影響を及ぼすことになる。したがって、この点を考慮した第３の特性試験、すなわち、強誘電体メモリ装置がデータを保持する過程において、そのデータとは逆の分極方向を持つデータの書き込み読み出し特性を評価する試験（逆データの書き込み読み出し特性試験）が非常に重要となる。以上述べた３種類の信頼性試験の中では、逆データの書き込み読み出し特性が強誘電体メモリ装置の信頼性を決定づける要因になることが多いため、逆データの書き込み読み出し特性試験が最も重要な信頼性試験になっている。
【０００７】
一方、前述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、一般に、実際の使用条件よりも過度のストレス条件のもとで行なわれるいわゆる加速試験が採用される。加速試験の一つとして、過度の温度条件のもとで行なわれる温度加速試験は極めて有効である。したがって、温度加速試験は最も頻繁に用いられる加速試験方法になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
温度加速試験は、ある実使用温度Ｔ１  に対して必要になる試験時間ｔ１  を、この実使用温度Ｔ１  よりも高温の加速温度Ｔ２  で行なうことにより、試験時間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。このためには、実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  に対応する加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  を決定するための温度加速係数Ｋ、すなわち試験時間ｔ１  と試験時間ｔ２  との関係を表す係数を予め導出しておく必要がある。温度加速係数Ｋが導出されれば、加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  は次式（１）で決定される。
【０００９】
ｔ２  ＝ｔ１  ／Ｋ                                            ・・・（１）
このような温度加速係数Ｋを導出することは温度加速試験の実施において必須となる極めて重要な工程になっている。具体的に、従来の強誘電体メモリ装置の温度加速試験方法においては、強誘電体メモリ装置の寿命時間の温度依存性を測定し、その結果に基づいて温度加速係数Ｋを導出するという方法が用いられてきた。
【００１０】
以下、従来の強誘電体メモリ装置の加速試験方法について詳しく説明する。
【００１１】
まず、第１の工程として、強誘電体メモリ装置を用いて所定のメモリ特性に動作不良が起こるまでの時間、すなわち寿命時間の温度依存性を測定する。
【００１２】
次に、第２の工程として、測定された寿命時間の温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出する。具体的には、まず温度依存性が測定された各温度での寿命時間の対数を温度の逆数に対してグラフ上にプロットする。これにより得られる関係は、次式（２）により表されるアーレニウスモデルに従うことがよく知られている。
【００１３】
ｌｎ［Ｌ］＝Ｃ＋（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ）                  ・・・（２）
ただし、Ｌは寿命時間を、Ｔは温度（絶対温度）を、Ｅａは活性化エネルギーを、ｋはボルツマン定数を、Ｃは定数を表す。
【００１４】
このため、前記のプロットを直線回帰して得られる回帰直線の傾きから寿命時間Ｌの温度依存性を支配する活性化エネルギーＥａを算出することができる。その後、算出された活性化エネルギーＥａを用いることにより、実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  と、加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  との関係を表す温度加速係数Ｋを次式（３）を用いて導出する。
【００１５】
Ｋ＝ｅｘｐ［（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ１  −１／Ｔ２  ）］        ・・・（３）
最後に、第３の工程として、導出された温度加速係数Ｋを用いて、強誘電体メモリ装置の所定のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なう。具体的には、導出された温度加速係数Ｋの値を式（１）に代入して、実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  に対応する加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  を算出する。その後、加速温度Ｔ２  にて温度加速試験を開始する。試験時間ｔ２  を経過後、強誘電体メモリ装置に動作不良が発生していなければ、実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  に相当する信頼性を保証することができる。
【００１６】
【特許文献１】
特許第２８８０６９５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の強誘電体メモリ装置の加速試験方法には以下のような問題があった。
【００１８】
従来の強誘電体メモリ装置の加速試験方法では、加速試験に必要な温度加速係数Ｋは、実際の強誘電体メモリ装置を用いて該強誘電体メモリ装置の寿命時間Ｌの温度依存性を測定することにより導出されてきた。ところが、この方法では強誘電体メモリ装置が寿命に達する時点までは温度加速係数Ｋを導出するために必要な温度依存性に関する情報を得ることができない。このため、温度加速係数Ｋを導出する工程に長期の時間が必要になっていた。その結果、加速試験全体に必要な時間もまた極めて長期化するという問題があった。この問題は特に強誘電体メモリ装置が長寿命を有している場合に顕在化する。
【００１９】
例えば、所定のメモリ特性に関して実使用温度７０℃の条件下で５０年の寿命を有する強誘電体メモリ装置の温度加速試験において、温度加速係数Ｋを導出するために１７５℃、１５０℃、及び１２５℃の３つの温度条件下における寿命時間Ｌの温度依存性を測定する場合を考えてみる。寿命時間Ｌの温度依存性を支配する活性化エネルギーＥａが０．８ｅＶであるとき、強誘電体メモリ装置の寿命時間は７０℃の温度条件下では５０年であるから、式（２）を用いて各温度条件下における寿命時間Ｌをそれぞれ概算すると、１７５℃では７７０時間（約１ヶ月）に、１５０℃では約２６２０時間（約３ヶ月半）に、１２５℃では約１０４００時間（約１年２ヶ月）になる。温度加速係数Ｋを導出するために必要な温度依存性に関する知見を完全に得るためには各温度条件下における寿命時間Ｌの測定を全て完了させる必要があるため、実際の温度加速試験が完了するまでの時間を、最も温度が低い１２５℃における寿命時間よりも短くすることができない。したがって、寿命時間Ｌの温度依存性を測定することにより温度加速係数Ｋを導出するという工程のみに、実に１年以上の時間が必要になってしまうことになる。
【００２０】
以上の説明からも分かるように、従来の強誘電体メモリ装置の加速試験方法における問題の本質は、温度加速係数Ｋを導出するために必要な温度依存性を、強誘電体メモリ装置の寿命時間Ｌの温度依存性を測定するという方法で導き出しているところにある。言い換えると、従来の方法では動作が正常か否かという二者択一的な判断によって決まる寿命時間Ｌを測定していたため、寿命時間Ｌに到達するまでの途中状態に関する情報を得ることができなかったところにある。その結果、寿命時間Ｌに達しなければ、温度加速係数Ｋを導出するために必要な温度依存性に関する情報を何一つ得ることができなかった。よって、温度加速係数Ｋの導出に要する時間は、必然的に強誘電体メモリ装置の有する寿命時間Ｌに依存することになる。したがって、強誘電体メモリ装置が長寿命を有している場合は温度加速係数Ｋの導出に極めて長期の時間が必要になるため、加速試験全体に多大な時間が必要になる状況に陥ってしまう。
【００２１】
前記問題を解決する一つの手段として、寿命時間Ｌの温度依存性を測定する際の温度を更に高温化して寿命時間Ｌに達する時点を早めるという方法が考えられる。ところが、実使用温度Ｔ１  からあまりに逸脱した過度の高温条件下における測定は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子以外の部分に影響を及ぼす可能性がある。また、強誘電体容量素子にはキュリー温度と呼ばれる温度（通常２５０℃〜３５０℃）に達すると自発分極特性が失われる性質がある。このため、強誘電体容量素子の性質そのものを考慮しても測定温度の高温化には限界がある。したがって、高温条件下での温度加速試験は適切な方法であるとは言い難い。
【００２２】
一方で、強誘電体メモリ装置を用いて温度加速係数Ｋに関する温度依存性を導出するために、正常動作可能な動作下限電圧の経時変化を測定することによって寿命時間Ｌに達する時点までの途中状態に関する情報を得るという考え方が特開２００１−６７８９６号公報に開示されている。この方法によると、寿命時間Ｌに達する以前に、温度加速係数Ｋを導出するための温度依存性に関する知見を確かに得ることが可能ではある。しかしながら、動作下限電圧の経時変化から温度依存性を支配する活性化エネルギーＥａを算出して更に温度加速係数Ｋを導出するために必要な理論モデルの構築は、極めて複雑なため実用的ではない。また、前記の公報においても、その具体的方法は開示されてはいない。
【００２３】
前記に鑑み、本発明は、強誘電体メモリ装置の加速試験に必要な温度加速係数Ｋの導出を短時間に完了させると共に、加速試験全体に要する時間を大幅に短縮できるようにすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明者は、従来のように動作が正常か否かという二者択一的な判断によって決まる強誘電体メモリ装置の寿命時間を測定するのではなく、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を用いて、寿命時間Ｌの経過以前における強誘電体容量素子の特定パラメータの経時変化を測定することにより温度加速係数を現実的に導出できる方法を着想した。この方法によると、強誘電体メモリ装置の有する寿命時間を一切待つことなく温度加速試験を容易に且つ確実に終了させることができる。
【００２５】
本発明は、以上の発想に基づきなされたものであって、具体的に本発明の第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、強誘電体メモリ装置における所定のメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータの経時変化の温度依存性を測定する第１の工程と、第１の工程で測定された温度依存性に基づいて温度加速係数を導出する第２の工程と、第２の工程で導出された温度加速係数を用いて所定のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なう第３の工程とを備えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の加速試験方法である。
【００２６】
第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法によると、強誘電体メモリ装置自体ではなく、それを構成する強誘電体容量素子を用いてメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータ（特定パラメータ）の経時変化の温度依存性を測定した後、測定結果に基づいて温度加速係数を導出する。すなわち、強誘電体メモリ装置の寿命時間とは無関係に温度加速係数を導出することができる。言い換えると、寿命時間を測定しなければ温度加速係数を導出することができないという従来の加速試験方法の問題点を本質的に解決することができる。したがって、温度加速係数を導出するための工程を短時間で終了させることができるので、加速試験の全工程に費やされる時間を大幅に短縮させることができる。
【００２７】
第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性は逆データの書き込み読み出し特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子における逆方向保持分極の読み出し電荷量であることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、逆方向保持分極の読み出し電荷量（強誘電体容量素子に保持された分極を反転させてからの読み出し電荷量）の経時変化の温度依存性を測定できる。ここで、逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子におけるインプリントの進行挙動により決定づけられているため、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化を測定することにより逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、強誘電体メモリ装置の信頼性試験の中で最も重要な逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００２９】
第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、第２の工程は、第１の関数Ｐ＝Ｐ０  ・ｅｘｐ［−（Ｒ・ｔ）ｎ  ］（Ｐは特定パラメータを、Ｒは減衰速度を、ｔは時間を、Ｐ０  はｔの値が０のときのＰを、ｎは温度に依存しない定数を表す）を、温度依存性を測定した各温度での特定パラメータの経時変化にフィッティングさせることにより得られるＲの温度依存性に基づいて、又は第２の関数Ｐ＝Ｐ１  −ｍ・ｌｎ［ｔ］（Ｐは特定パラメータを、Ｐ１  は単位時間経過後のＰを、ｔは時間を、ｍは温度に依存しない定数を表す）を、温度依存性を測定した各温度での特定パラメータの経時変化にフィッティングさせることにより得られるＰ１  ／ｍの温度依存性に基づいて、温度加速係数を導出する工程を含むことが好ましい。この場合、第２の工程は、Ｒの対数又はＰ１  ／ｍを、各温度（絶対温度）の逆数に対してプロットすることにより得られる回帰直線の傾きから算出される活性化エネルギーを用いて温度加速係数Ｋを導出する工程を含むことが好ましい。
【００３０】
このようにすると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐの経時変化の温度依存性についての測定結果に基づいて、温度加速係数Ｋを容易に且つ高精度に算出することができる。したがって、容易で且つ高精度な加速試験を行なうことができる
また、この場合、第２の工程は、特定パラメータの経時変化が時間の対数に対して実質的に直線的な変化でない場合には、特定パラメータの経時変化に第１の関数をフィッティングさせる一方、特定パラメータの経時変化が時間の対数に対して実質的に直線的な変化である場合には、特定パラメータの経時変化に第２の関数をフィッティングさせる工程を含むことが好ましい。
【００３１】
このようにすると、特定パラメータＰの経時変化にフィッティングさせる関数を正確に且つ容易に選択することができる。このため、温度加速係数Ｋを正確に且つ容易に導出することができる。
【００３２】
第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性はエンデュランス特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子に保持された残留分極量であることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、残留分極量の経時変化の温度依存性を測定できる。ここで、エンデュランス特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子における分極反転疲労の進行挙動により決定づけられているため、分極反転疲労の進行挙動を示す残留分極量の経時変化を測定することによりエンデュランス特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、エンデュランス特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００３４】
第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性はデータ保持特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量であることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量（強誘電体容量素子に保持された分極の読み出し電荷量）の経時変化の温度依存性を測定できる。ここで、データ保持特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子における減極の進行挙動により決定づけられているため、減極の進行挙動を示す保持分極の読み出し電荷量の経時変化を測定することによりデータ保持特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、データ保持特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００３６】
本発明の第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法は、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、強誘電体メモリ装置における所定のメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータが所定の閾値に達するまでの時間（閾値到達時間）の温度依存性を測定する第１の工程と、第１の工程で測定された温度依存性に基づいて温度加速係数を導出する第２の工程と、第２の工程で導出された温度加速係数を用いて所定のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なう第３の工程とを備えていることを特徴とする強誘電体メモリ装置の加速試験方法である。
【００３７】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法によると、第１の工程において強誘電体メモリ自体ではなく、それを構成する強誘電体容量素子を用いてメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータ（特定パラメータ）が所定の閾値に達するまでの閾値到達時間の温度依存性を測定した後、測定結果に基づいて温度加速係数を導出する。すなわち、強誘電体メモリ装置の寿命時間とは無関係に温度加速係数を導出することができる。言い換えると、寿命時間を測定しなければ温度加速係数を導出できなかった従来の加速試験方法の問題点を本質的に解決することができる。また、閾値到達時間の温度依存性を測定しているため、特定パラメータの温度依存性に対応する詳細な理論モデルが不明な場合であっても、温度加速係数を極めて容易に導出することができる。したがって、温度加速係数を極めて容易に導出することができると共に、温度加速係数を導出するための工程を短時間で終了させることができるので、加速試験の全工程に費やされる時間を大幅に短縮させることができる。
【００３８】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性は、逆データの書き込み読み出し特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子における逆方向保持分極の読み出し電荷量であることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、逆方向保持分極の読み出し電荷量（強誘電体容量素子に保持された分極を反転させてからの読み出し電荷量）が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定できる。ここで、逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子におけるインプリントの進行挙動により決定づけられているため、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間を測定することにより逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、強誘電体メモリ装置の信頼性試験の中で最も重要な逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００４０】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性はエンデュランス特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子に保持された残留分極量であることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、残留分極量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定できる。ここで、エンデュランス特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子における分極反転疲労の進行挙動により決定づけられているため、分極反転疲労の進行挙動を示す残留分極量が所定の閾値に達するまでの時間を測定することによりエンデュランス特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、エンデュランス特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００４２】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、所定のメモリ特性はデータ保持特性であり、特定パラメータは、強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量であることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の工程において、強誘電体容量素子を分極状態に保ちながら、保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定できる。ここで、データ保持特性の劣化の度合いは、強誘電体容量素子における減極の進行挙動により決定づけられているため、減極の進行挙動を示す保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間を測定することによりデータ保持特性の劣化の度合いを知ることができる。したがって、データ保持特性を評価するための温度加速試験においても、前述の効果が確実に得られる。
【００４４】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法における第１の工程において、所定の閾値は、温度依存性が測定された各温度において特定パラメータが所定の閾値に達するまでの時間を求めることができる範囲内の値に設定されることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、温度依存性を測定した全測定温度で閾値到達時間を求めることができるため、温度加速係数をより正確に導出することができる。したがって、強誘電体メモリ装置の信頼性をより正確に評価することができる。
【００４６】
第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法における第２の工程は、特定パラメータが所定の閾値に達するまでの時間の対数を、温度依存性を測定した各温度（絶対温度）の逆数に対してプロットする工程と、前記時間の対数を各温度の逆数に対してプロットすることにより得られた回帰直線の傾きから活性化エネルギーを算出する工程と、算出された活性化エネルギーを用いて温度加速係数を導出する工程とを含むことが好ましい。
【００４７】
このようにすると、時間の対数を温度（絶対温度）の逆数に対してプロットし、そのプロットを直線回帰して得られた回帰直線の傾きから、活性化エネルギーを容易に且つ高精度に算出することができる。このため、温度加速係数を容易に且つ高精度に導出することができる。
【００４８】
第１及び第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法における第１の工程において、強誘電体容量素子と同一構造の単一の測定用容量素子又は該測定用容量素子が複数個２次元的に配列された測定用容量素子群を用いることが好ましい。
【００４９】
このようにすると、第１の工程において用いる測定用容量素子として、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子と同一構造のものを用いている。又は、その測定用容量素子が複数個２次元的に配列した測定用容量素子群を用いている。このため、測定用容量素子として前記の強誘電体容量素子以外のものを用いた場合のように、温度依存性つまり温度加速係数が実際の強誘電体メモリ装置の値から変化してしまうことがない。このため、高精度な加速試験を実施することができる。
【００５０】
この場合、測定用容量素子は強誘電体メモリ装置と同じ基板上に形成されていることが好ましい。
【００５１】
このようにすると、製造ロット又はウェハ間で温度依存性つまり温度加速係数がばらつく場合であっても、加速試験の対象となる実際の強誘電体メモリ装置の温度依存性に合致する温度依存性すなわち温度加速係数を導出することができる。このため、高精度な加速試験を実施することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法、特に強誘電体メモリ装置の信頼性試験の中で最も重要な逆データの書き込み読み出し特性を評価するための加速試験方法について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図１は、第１の実施形態で加速試験の対象となる強誘電体メモリ装置を構成する２トランジスタ／２キャパシタ（２Ｔ／２Ｃ）型の強誘電体メモリセルの回路図である。
【００５４】
図１に示すように、強誘電体メモリセル１００は、第１の強誘電体容量素子１０１ａと、第２の強誘電体容量素子１０１ｂと、第１の強誘電体容量素子１０１ａにアクセスするためのトランスファーゲートになる第１のｎＭＯＳトランジスタ１０２ａと、第２の強誘電体容量素子１０１ｂにアクセスするためのトランスファーゲートになる第２のｎＭＯＳトランジスタ１０２ｂとから構成される。第１のｎＭＯＳトランジスタ１０２ａ及び第２のｎＭＯＳトランジスタ１０２ｂは、それぞれのゲートに接続されたワード線１０３に印加される電圧によりＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。
【００５５】
また、第１のｎＭＯＳトランジスタ１０２ａにはビット線１０４ａが接続され、一方、第２のｎＭＯＳトランジスタ１０２ｂには反ビット線１０４ｂが接続されている。第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにはプレート線１０５が接続されている。ビット線１０４ａ、反ビット線１０４ｂ、及びプレート線１０５には、ワード線１０３に印加される電圧に連動して、それぞれに所定の電圧が印加される。これにより、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにそれぞれ特定の方向を持つ分極が保持されて、強誘電体メモリセル１００にデータが保存される。第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにデータの書き込み読み出し動作があると、ビット線１０４ａ及び反ビット線１０４ｂに取り出された電荷が、ビット線１０４ａ及び反ビット線１０４ｂに接続されたセンスアンプ１０６により電位差として検出される。このような動作によりデータが書き込まれ又は読み出される強誘電体メモリセル１００から強誘電体メモリ装置は構成されている。
【００５６】
図２は、図１に示す強誘電体メモリセル１００からなる強誘電体メモリ装置の逆データの書き込み読み出し特性を評価するための３つの工程からなる加速試験方法のフローチャートを示す図である。以下、図２に示すフローチャートに従い各工程の概略を初めに説明してから、詳しい説明に入る。
【００５７】
図２に示す１番目の温度依存性測定工程Ｓ１０では、強誘電体メモリ装置自体ではなく、それを構成する強誘電体メモリセル１００（以下、測定用メモリセルと称する）を用いる。そして、このような測定用メモリセルを用いて、まず、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにそれぞれ特定の分極方向を持つ分極を保持させると共に、その分極状態を保ちながら逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性を測定する。具体的には、強誘電体メモリセル１００を構成する第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持させた分極を反転させた後におけるそれぞれの分極状態を読み出したときに検出される電荷量の差分（つまり逆方向保持分極の読み出し電荷量）の経時変化の温度依存性を測定する。
【００５８】
次に、２番目の温度加速係数導出工程Ｓ２０では、温度依存性測定工程Ｓ１０において測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性に基づいて、温度加速係数Ｋを導出する。
【００５９】
最後に、３番目のメモリ特性評価工程Ｓ３０では、温度加速係数導出工程Ｓ２０において導出された温度加速係数Ｋを用いて加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  を算出し、図１に示す強誘電体メモリセル１００から構成される強誘電体メモリ装置における逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を、算出された試験時間ｔ２  に基づいて行なう。
【００６０】
以下、１番目の温度依存性測定工程Ｓ１０について詳しく説明する。
【００６１】
前述の通り、温度依存性測定工程Ｓ１０では、図１に示す第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにそれぞれ互いに異なる方向を持つ分極を保持させると共に、その分極状態を保ちながら逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性を測定する。
【００６２】
図３は、温度依存性測定工程Ｓ１０において行なわれる７つのステップのフローチャートを示す図である。具体的に温度依存性測定工程Ｓ１０は、逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化の初期値を測定する第１〜第３のステップ（Ｓ１１〜Ｓ１３）と、逆方向保持分極の読み出し電荷量の経時変化を測定するために繰り返して行なわれる第４〜第７のステップ（Ｓ１４〜Ｓ１７）とから構成される。
【００６３】
図３に示すように、第１〜第３のステップ（Ｓ１１〜Ｓ１３）では、まず、第１のステップＳ１１として、第１の強誘電体容量素子１０１ａに正極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに負極性の単発パルス電圧を印加する。このとき、それぞれの強誘電体容量素子に保持される分極方向を初期方向とする。
【００６４】
その直後、第２のステップＳ１２として、第１の強誘電体容量素子１０１ａに負極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに正極性の単発パルス電圧を印加する。
【００６５】
その直後、第３のステップＳ１３として、第１の強誘電体容量素子１０１ａに再度正極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂにも再度正極性の単発パルス電圧を印加する。このとき、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂからそれぞれの分極状態が読み出される。すなわち、負方向の分極状態の第１の強誘電体容量素子１０１ａから検出される電荷量と、正方向の分極状態の第２の強誘電体容量素子１０１ｂから検出される電荷量との差分（逆方向保持分極の読み出し電荷量）を測定する。
【００６６】
図４は、第１〜第３のステップ（Ｓ１１〜Ｓ１３）における第１の強誘電体容量素子１０１ａの分極ヒステリシス曲線（実線）と、第１の強誘電体容量素子１０１ａに正方向の分極を保持させたためにインプリントの影響を受けて電圧軸の負方向にシフトしたヒステリシス曲線（破線）とを示す図である。
【００６７】
図５は、第１〜第３のステップ（Ｓ１１〜Ｓ１３）における第２の強誘電体容量素子１０１ｂの分極ヒステリシス曲線（実線）と、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに負方向の分極を保持させたためにインプリントの影響を受けて電圧軸の正方向にシフトしたヒステリシス曲線（破線）とを示す図である。
【００６８】
図６は、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持されたそれぞれの分極を反転させた後、その反転した分極状態を読み出したときに検出された電荷量（逆方向保持分極の読み出し電荷量）を示すグラフである。
【００６９】
図４に示すように、正極性の単発パルス電圧を印加する第１のステップＳ１１により、実線で示す分極−電圧曲線（ヒステリシス曲線）におけるＡ点に相当する正方向の分極が第１の強誘電体容量素子１０１ａに保持される。その後、負極性の単発パルス電圧を印加する第２のステップＳ１２により、実線で示すヒステリシス曲線におけるＢ点に相当する反転した負方向の分極が保持される。その後、正極性の単発パルス電圧を印加する第３のステップＳ１３により、第１の強誘電体容量素子１０１ａに保持された分極量が、実線で示すヒステリシス曲線上を高電圧側に進む。この軌跡を、図６の曲線Ｇ（ヒステリシス曲線の一部）に示す。尚、図６に示す曲線Ｇの始点（左端の点）は、図４に示すＢ点である。ここで、正極性の単発パルス電圧の印加により、Ｂ点に相当する分極状態の第１の強誘電体容量素子１０１ａから検出された電荷量は、図６に示すＰｓの大きさで定義される。
【００７０】
一方、図５に示すように、負極性の単発パルス電圧を印加する第１のステップＳ１１により、実線で示すヒステリシス曲線におけるＤ点に相当する負方向の分極が第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持される。その後、正極性の単発パルス電圧を印加する第２のステップＳ１２により、実線で示すヒステリシス曲線におけるＥ点に相当する反転した正方向の分極が保持される。その後、正極性の単発パルス電圧を印加する第３のステップＳ１３により、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持された分極量が、実線で示すヒステリシス曲線上を高電圧側に進む。この軌跡を、図６の曲線Ｈ（ヒステリシス曲線の一部）に示す。尚、図６に示す曲線Ｈの始点（左端の点）は、図５に示すＥ点である。ここで、正極性の単発パルス電圧の印加により、Ｅ点に相当する分極状態の第２の強誘電体容量素子１０１ｂから検出された電荷量は、図６に示すＰｎの大きさで定義される。
【００７１】
このように、第１のステップＳ１１から第３のステップＳ１３までの一連の手順により、負方向の分極状態の第１の強誘電体容量素子１０１ａから検出された電荷量はＰｓになり、一方、正方向の分極状態の第２の強誘電体容量素子１０１ｂから検出された電荷量はＰｎになる。このため、２Ｔ／２Ｃ型の強誘電体メモリセル１００（測定用メモリセル）における逆方向保持分極の読み出し電荷量は、負方向の分極状態の第１の強誘電体容量素子１０１ａから検出された電荷量Ｐｓと正方向の分極状態の第２の強誘電体容量素子１０１ｂから検出された電荷量Ｐｎとの差分Ｐｗで定義される。また、最初に測定した逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを初期値Ｐ０  （つまりインプリントが進行する以前におけるＰｗの値）とする。また、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂのそれぞれが初期方向と同じ分極方向を保持した累積時間を累積保持時間ｔとする。尚、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの初期値Ｐ０  を測定したときの累積保持時間ｔを初期値ｔ０  （＝０）する。
【００７２】
以上のように、第１のステップＳ１１から第３のステップＳ１３までの一連の手順を踏むことにより逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの初期値Ｐ０  を測定し、その後、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を測定するために第４〜第７のステップ（Ｓ１４〜Ｓ１７）を繰り返して行なう。
【００７３】
以下、第４〜第７のステップ（Ｓ１４〜Ｓ１７）について説明する。
【００７４】
まず、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂのそれぞれの分極方向を初期方向に戻すために、第４のステップＳ１４として、第１のステップＳ１１と同じように、第１の強誘電体容量素子１０１ａに正極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに負極性の単発パルス電圧を印加する。
【００７５】
その後、第５のステップＳ１５として、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂの分極方向（つまり初期方向）を所定の時間そのまま維持する。
【００７６】
その後、第６のステップＳ１６として、第２のステップＳ１２と同じように、第１の強誘電体容量素子１０１ａに負極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに正極性の単発パルス電圧を印加する。
【００７７】
その直後、第７のステップＳ１７として、第３のステップＳ１３と同じように、第１の強誘電体容量素子１０１ａに再度正極性の単発パルス電圧を印加すると同時に、第２の強誘電体容量素子１０１ｂにも再度正極性の単発パルス電圧を印加する。このとき、負方向の分極状態の第１の強誘電体容量素子１０１ａから検出される電荷量と、正方向の分極状態の第２の強誘電体容量素子１０１ｂから検出される電荷量との差分（逆方向保持分極の読み出し電荷量）を測定する。
【００７８】
第１の強誘電体容量素子１０１ａには、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの初期値Ｐ０  を測定する第３のステップＳ１３の直後、第４のステップＳ１４として正極性の単発パルス電圧が印加されるため、図４のＡ点に相当する正方向の分極が第１の強誘電体容量素子１０１ａに再度保持される。これにより、第１の強誘電体容量素子１０１ａに保持された分極が初期方向に戻る。その後、第５のステップＳ１５として、所定の時間、例えば累積保持時間ｔがｔ０  からｔ’になるまで第１の強誘電体容量素子１０１ａの分極方向をそのまま維持する。その結果、図４の破線で示すように、ヒステリシス曲線が電圧軸の負方向にシフトする。ヒステリシス曲線がシフトするのは、累積保持時間ｔがｔ０  からｔ’になるまでの間、第１の強誘電体容量素子１０１ａに一定方向の分極が保持された結果である。すなわち、一定時間一定方向の分極が保持されることにより、その分極がインプリントの影響を受けるためである。また、ヒステリシス曲線が電圧軸の負方向にシフトするのは、一定時間正方向の分極が保持されるからである。このため、第６のステップＳ１６として負極性の単発パルス電圧が印加されると、第１の強誘電体容量素子１０１ａに保持された分極量が破線で示すヒステリシス曲線上をたどるため、第１の強誘電体容量素子１０１ａには分極反転したＣ点に相当する分極が保持される。図４に示す実線のヒステリシス曲線と破線のヒステリシス曲線とを比較すると明らかなように、インプリントが進行した後は、負方向のＣ点に相当する分極量の絶対値がＢ点に相当する分極量の絶対値よりも小さくなる。これは、Ａ点に相当する正方向の分極を保持する第１の強誘電体容量素子１０１ａが一定時間インプリントの影響を受けることで、正方向の分極が安定化されるため、正方向の分極が逆方向へ反転しにくくなるからである。その結果、第７のステップＳ１７として正極性の単発パルス電圧が印加されると、第１の強誘電体容量素子１０１ａに保持された分極量の軌跡は、図６に示す曲線Ｉ（始点は図４のＣ点）になる。ここで、正極性の単発パルス電圧の印加により、Ｃ点に相当する分極状態を読み出して検出された電荷量は、図６に示すＰｓ’の大きさで定義される。初期値Ｐ０  を測定したとき検出された電荷量ＰｓよりもＰｓ’が小さくなっているのは、第５のステップＳ１５で正方向の分極を保持している間に第１の強誘電体容量素子１０１ａがインプリントの影響を受けて、負方向の残留分極として保持できる分極量が少なくなったからである。
【００７９】
一方、第２の強誘電体容量素子１０１ｂには、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの初期値Ｐ０  を測定する第３のステップＳ１３の直後、第４のステップＳ１４として負極性の単発パルス電圧が印加されるため、図５のＤ点に相当する負方向の分極が第２の強誘電体容量素子１０１ｂに再度保持される。これにより、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持された分極が初期方向に戻る。その後、第５のステップＳ１５として、累積保持時間ｔがｔ０  からｔ’になるまで第２の強誘電体容量素子１０１ｂの分極方向をそのまま維持する。その結果、図５の破線で示すように、ヒステリシス曲線が電圧軸の正方向にシフトする。ヒステリシス曲線がシフトするのは、前述のように、累積保持時間ｔがｔ０  からｔ’になるまでの間、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに一定方向の分極が保持されることにより、Ｄ点に相当する分極を保持する第２の強誘電体容量素子１０１ｂがインプリントの影響を受けるためである。また、ヒステリシス曲線が電圧軸の正方向にシフトするのは、一定時間負方向の分極が保持されるからである。このため、第６のステップＳ１６として正極性の単発パルス電圧が印加されると、第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持された分極量が破線で示すヒステリシス曲線上をたどるので、第２の強誘電体容量素子１０１ｂには分極反転したＦ点に相当する分極が保持される。図５に示す実線のヒステリシス曲線と破線のヒステリシス曲線とを比較すると明らかなように、インプリントが進行した後は、正方向のＦ点に相当する分極量の絶対値がＥ点に相当する分極量の絶対値よりも小さくなる。これは、Ｄ点に相当する負方向の分極を保持する第２の強誘電体容量素子１０１ｂが一定時間インプリントの影響を受けることで、負方向の分極が安定化されるため、負方向の分極が逆方向へ反転しにくくなるからである。その結果、第７のステップＳ１７として正極性の単発パルス電圧が印加されることにより第２の強誘電体容量素子１０１ｂに保持された分極量の軌跡が、図６に示す曲線Ｊ（始点は図５のＦ点）になる。ここで、正極性の単発パルス電圧の印加により、Ｆ点に相当する分極状態を読み出して検出された電荷量は、図６に示すＰｎ’の大きさで定義される。初期値Ｐ０  を測定したときに検出された電荷量ＰｎよりもＰｎ’が大きくなっているのは、第５のステップＳ１５で負方向の分極を保持している間に第２の強誘電体容量素子１０１ｂがインプリントの影響を受けて、正方向の残留分極として保持できる分極量が少なくなったからである。
【００８０】
したがって、前述のように、累積保持時間ｔがｔ’の場合における逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗは、Ｐｓ’とＰｎ’との差分で表されるので、図６に示すＰｗ’の大きさになる。このときのＰｗ’は、Ｐｓ’がＰｓよりも小さく且つＰｎ’がＰｎよりも大きいために、Ｐｗの初期値Ｐ０  よりも小さくなる。言い換えると、インプリントが進行するに従い、測定される逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが減少する。すなわち、累積保持時間ｔと共に減少する逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を測定することにより、インプリントの進行挙動を容易に測定することができる。また、第７のステップＳ１７の後、第４のステップＳ１４から第７のステップＳ１７までの手順を、目的の測定時間まで目的の測定回数だけ同様に繰り返して逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定すれば（Ｓ１８）、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を測定することができる。
【００８１】
また、以上説明した各ステップは、一定の温度条件下で行なわれるため、別途準備した同じ測定用メモリセルを用いて複数の温度条件下で同様に測定することにより、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定することができる。
【００８２】
尚、温度依存性測定工程Ｓ１０において、繰り返して行なわれる第６〜第７のステップ（Ｓ１６〜Ｓ１７）によりＰｗの測定が行なわれる累積保持時間ｔの値は、後述する温度加速係数導出工程Ｓ２０において適切なフィッティングを行なえる範囲内において任意に設定できる。また、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定するための各測定温度も、温度加速係数導出工程Ｓ２０において適切なフィッティングを行なえる範囲内において任意に設定できる。
【００８３】
以下、温度加速係数導出工程Ｓ２０について詳しく説明する。
【００８４】
温度加速係数導出工程Ｓ２０は、温度依存性測定工程Ｓ１０において測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性に基づいて、本願発明者により見出された理論モデルを用いて温度加速係数Ｋを導出する工程である。
【００８５】
すなわち、温度依存性測定工程Ｓ１０の測定結果に基づいて温度加速係数Ｋを導出するためには、Ｐｗの経時変化の温度依存性に基づいて活性化エネルギーＥａを導出するための理論モデルが必要である。このため、本願発明者は、かかる理論モデルについての詳細な解析結果から、Ｐｗの経時変化に関して次式（４）及び（６）で表される関数が成立すると共に、Ｐｗの温度依存性に関しては次式（５）及び（７）で表される関数が成立することを見出した。
（Ｉ）    Ｐｗ≧Ｐｘのとき
Ｐｗの経時変化    Ｐｗ＝Ｐ０  ・ｅｘｐ［−（Ｒ・ｔ）ｎ  ］    ・・・（４）
Ｐｗの温度依存性  Ｒ＝Ｒ０  ・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］  ・・・（５）
（ＩＩ）Ｐｗ＜Ｐｘのとき
Ｐｗの経時変化    Ｐｗ＝Ｐ１  −ｍ・ｌｎ［ｔ］              ・・・（６）
Ｐｗの温度依存性  ｍ＝（一定）                            ・・・（７）
ただし、式（４）において、Ｒは減衰速度を、ｔは累積保持時間を、ｎは温度によって変化しない定数を表す。尚、式（４）は通常の指数関数減衰式の一種の変形式であって、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ関数と呼ばれていると共に、式（４）に含まれるｎはｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒと呼ばれている。また、式（５）において、Ｒ０  は定数を、Ｅａは活性化エネルギーを、ｋはボルツマン定数を、Ｔは温度（絶対温度）を表す。また、式（６）において、Ｐ１  は単位時間経過後のＰｗを、ｍは減衰速度を表す。尚、減衰速度ｍは式（７）に示すように、温度によって変化しない定数である。
【００８６】
図７は、温度依存性測定工程Ｓ１０において測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化及びその温度依存性の理論モデルの概略を示す図である。
【００８７】
図７に示すように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化に関しては、Ｐｗが境界値Ｐｘに減衰するまでは式（４）で表されるｓｔｒｅｔｃｈｅｄｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ関数に従うと共に、それ以降は式（６）で表されるような累積保持時間ｔの対数に対して直線的に変化する関数（以下、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ関数と称する）に従う。すなわち、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化には、境界値Ｐｘを境に互いに異なる変化（挙動）を示す２つの領域、具体的にはｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域とｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域とがある。尚、境界値Ｐｘはｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域に含まれていてもよいし、又はｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域に含まれていてもよい。
【００８８】
また、図７に示すように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの温度依存性に関しては、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域では、式（５）に示すように、減衰速度Ｒがアーレニウス因子（ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］）に比例する関数で表されることが見出された。一方、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域では、式（７）に示すように、減衰速度ｍ（すなわち図７に示すグラフでは累積保持時間ｔの対数に対する勾配）が温度に対して一定であること、言い換えると減衰速度ｍが温度依存性を持たないことが見出された。また、測定した温度が低いほどｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域からｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域へ移行するまでの累積保持時間ｔが短くなるにもかかわらず、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域からｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域へ移行する境になる境界値Ｐｘの値は温度により変化しない。
【００８９】
このように、本願発明者により、インプリントの進行挙動を示すＰｗの経時変化の温度依存性に基づいて、Ｐｗの温度依存性を支配する活性化エネルギーＥａを容易に算出することができる理論モデルが見出された。
【００９０】
かかる理論モデルに基づき活性化エネルギーＥａを算出する具体的な方法について、以下説明する。
【００９１】
ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域のＰｗの経時変化から活性化エネルギーＥａを算出する場合、まずＰｗを測定した各温度条件下でのＰｗの経時変化に式（４）に示す関数をフィッティングさせることにより、各温度条件下での減衰速度Ｒを求める。具体的には式（４）を変形した次式（８）に従って、累積保持時間ｔの対数に対してｌｎ［−ｌｎ（Ｐｗ／Ｐ０  ）］をグラフ上にプロットする。
【００９２】
ｌｎ［−ｌｎ（Ｐｗ／Ｐ０  ）］＝ｎ・ｌｎ［ｔ］＋ｎ・ｌｎ［Ｒ］・・・（８）
これにより直線回帰して得られる回帰直線の傾きから、定数ｎを求めることができる。このため、定数ｎと切片の値から更に減衰速度Ｒを求めることができる。
【００９３】
次に、求められた各温度条件下における減衰速度Ｒを、式（５）を変形した次式（９）に従って、温度Ｔの逆数に対してｌｎ［Ｒ］をグラフ上にプロットする（いわゆるアーレニウスプロットをする）。
【００９４】
ｌｎ［Ｒ］＝ｌｎ［Ｒ０  ］−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）                ・・・（９）
これにより直線回帰して得られる回帰直線の傾きから活性化エネルギーＥａを算出することができる。
【００９５】
一方、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域のＰｗの経時変化から活性化エネルギーＥａを算出する場合には、まずＰｗを測定した各温度条件下でのＰｗの経時変化を式（６）に従って、累積保持時間ｔの対数に対してＰｗをグラフ上にプロットする。これにより直線回帰して得られる回帰直線の傾きと切片とから、各温度条件下での減衰速度ｍとＰ１  を求めることができる。これにより求められた減衰速度ｍには温度依存性がないのに対して、Ｐ１  には温度依存性があるため、Ｐ１  の温度依存性に基づいて活性化エネルギーＥａを以下のようにして算出することができる。
【００９６】
逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化がｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域からｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域へ移行するときの累積保持時間ｔをｔｘ  とした場合、累積保持時間ｔ＝ｔｘ  を式（８）に代入した式は次式（１０）になる。また、累積保持時間ｔ＝ｔｘ  を式（６）に代入した式は式（１１）になる。
【００９７】
2004310823.tif 000003
式（１０）及び式（１１）からｔｘ  を消去した後、更に式（９）のＲを代入して変形すると、Ｐ１  の温度依存性を表す次式（１２）が得られる。
【００９８】
2004310823.tif 000004
式（１２）の右辺の初めの３項は全て温度によって変化しない定数であるので、式（１２）におけるＰ１  ／ｍと温度Ｔの逆数とが直線関係になる。すなわち、その傾きが活性化エネルギーＥａ（正確にはＥａ／ｋ）になることを示している。したがって、各温度条件下において求められたＰ１  及びｍの値から計算されたＰ１  ／ｍを用いて活性化エネルギーＥａを算出することができる。
【００９９】
次に、算出された活性化エネルギーＥａを例えば公知の式（３）（「従来の技術」参照）に代入することによって、保証すべき実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  と、加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  との関係を表す温度加速係数Ｋを導出する。
【０１００】
以下、３番目のメモリ特性評価工程Ｓ３０について詳しく説明する。
【０１０１】
尚、メモリ特性評価工程Ｓ３０における強誘電体メモリ装置は、強誘電体メモリセル１００から構成される強誘電体メモリ装置に対して行なわれる。
【０１０２】
メモリ特性評価工程Ｓ３０については、前述の通り、温度加速係数導出工程Ｓ２０で導出された温度加速係数Ｋを用いて加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  を算出し、強誘電体メモリ装置における逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を、算出された試験時間ｔ２  に基づいて行なう。
【０１０３】
具体的に、保証すべき実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  に相当する加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  は、温度加速係数導出工程Ｓ２０で導出した温度加速係数Ｋを用いて例えば公知の式（１）（「従来の技術」参照）から算出することができる。その後、算出されたｔ２  に基づいて、特定方向の分極に相当するデータを強誘電体メモリ装置に書き込んだ状態で加速温度Ｔ２  での温度加速試験を開始する。その後、試験時間ｔ２  が経過した時点で温度加速試験を終了して、書き込んだデータとは逆の分極方向を持つデータの書き込み読み出し動作（逆データの書き込み読み出し動作）が正常に行なえるかどうかを評価する。このとき、逆データの書き込み読み出し動作に異常がなければ、実使用温度Ｔ１  での試験時間ｔ１  に相当する信頼性が保証される。
【０１０４】
以上説明したように、第１の実施形態によると、温度依存性測定工程Ｓ１０において、強誘電体メモリ装置自体ではなく、それを構成する強誘電体メモリセル１００（測定用メモリセル）を用いて逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いを示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定し、その後、測定結果に基づいて温度加速係数Ｋを導出する。すなわち、強誘電体メモリ装置の寿命時間とは無関係に温度加速係数Ｋを導出することができる。言い換えると、寿命時間を測定しなければ温度加速係数Ｋを導出することができないという従来の加速試験方法の問題点を本質的に解決することができる。したがって、温度加速係数Ｋを導出するための工程を短時間で終了させることができるので、加速試験の全工程に費やされる時間を大幅に短縮させることができる。
【０１０５】
また、第１の実施形態によると、上記の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの測定結果に基づいて温度加速係数Ｋを導出するために、本願発明者により見出された理論モデル、つまり式（４）及び（６）で表される関数を用いている。このため、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性の測定結果に基づいて、温度依存性がより具体的になったＲ及びＰ１  ／ｍの温度依存性を算出することができる。
【０１０６】
また、第１の実施形態によると、上記の関係式（４）又は（６）を用いて具体的に導き出されたＲ又はＰ１  ／ｍの温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出するために、本願発明者により見出された理論モデル、つまり式（５）及び（７）で表される関数を用いている。このため、式（４）又は（６）を用いて導出された温度依存性に基づいて、活性化エネルギーＥａを容易に且つ高精度に算出することができる。よって、算出された活性化エネルギーＥａに基づいて温度加速係数Ｋを容易に且つ高精度に導出することができる。よって、温度加速係数Ｋを導出する温度加速係数導出工程Ｓ２０を短期間で終了させることができるため、加速試験全体に要する時間を大幅に短縮することができる上に、容易で高精度な加速試験を実現することができる。
【０１０７】
また、第１の実施形態によると、温度加速係数導出工程Ｓ２０において、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの経時変化及びその温度依存性を示す式（４）及び式（５）に基づいた場合であっても、又はｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの経時変化及びその温度依存性を示す式（６）及び式（７）に基づいた場合であっても、いずれの場合にも活性化エネルギーＥａを算出することができる。ただしこの場合、いずれの関数を用いて活性化エネルギーＥａを算出するかは、Ｐｗを測定した測定時間の範囲内におけるＰｗの経時変化が累積保持時間ｔの対数に対して実質的に直線的な変化であるか否かによって判断することが好ましい。なぜならば、Ｐｗの測定時間のうちの一定の時間範囲内におけるＰｗの経時変化が累積保持時間ｔの対数に対して実質的に直線的に変化するか否かは測定条件等によって変動する場合があるからである。このような場合、正確なフィッティングをするためには、いずれの関数を用いるのかを判断するための基準が必要になる。そこで、第１の関数が曲線的な変化を示すのに対して、第２の関数が直線的な変化を示すことを利用する。すなわち、Ｐｗの経時変化が実質的に直線的な変化ではない場合には前述のｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域のＰｗの経時変化から算出する方法、すなわち式（４）に示す関数をフィッティングさせる方法を選択する。一方、直線的な変化である場合には前述のｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域のＰｗの経時変化から算出する方法、すなわち式（６）に示す関数をフィッティングさせる方法を選択する。これにより、いかなる場合においても高精度な活性化エネルギーＥａを容易に算出することができる。
【０１０８】
また、第１の実施形態によると、測定用メモリセルとして、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体メモリセル１００（１０１ａ及び１０１ｂ）を用いている。このため、測定用メモリセルとして強誘電体メモリセル１００以外のものを用いた場合のように、温度依存性つまり温度加速係数Ｋが実際の強誘電体メモリ装置の値から変化してしまうことがない。この場合、すなわち測定用メモリセルを用いる場合、測定用メモリセルを構成する測定用容量素子（第１及び第２の強誘電体容量素子１０１ａ及び１０１ｂ）は、強誘電体メモリ装置と同一の基板上に形成されていることが好ましい。このようにすると、製造ロット又はウェハ間で温度依存性つまり温度加速係数Ｋがばらつくような場合であっても、加速試験の対象となる実際の強誘電体メモリ装置の温度依存性に合致する温度依存性すなわち温度加速係数Ｋを導出することができる。したがって、高精度な加速試験を実施することができる。
【０１０９】
尚、第１の実施形態において、温度依存性測定工程Ｓ１０で逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定するために用いたのは２Ｔ／２Ｃ型の測定用メモリセルであったが、例えば１Ｔ／１Ｃ型の強誘電体メモリセル等の他の型を持つ測定用メモリセルであってもよい。また、測定用メモリセルではなく、それを構成する強誘電体容量素子のみから構成される測定用容量素子だけを用いて温度加速係数Ｋを導出してもよい。このような場合であっても、本実施形態において使用した各式を用いて温度加速係数Ｋを導出することができる。尚、１Ｔ／１Ｃ型の測定用メモリセルを用いる場合は、単一の強誘電体容量素子の測定結果に基づいて温度加速係数Ｋを導出できる。
【０１１０】
また、第１の実施形態における温度依存性測定工程Ｓ１０において、測定用メモリセルは、単体であってもよいし、又はメモリセルアレイを構成していてもよい。
【０１１１】
また、第１の実施形態において、強誘電体メモリ装置の逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を行なうために、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定した。しかし、インプリントの進行挙動を示す他の特定パラメータ、例えばインプリントの進行挙動を示すヒステリシス曲線の電圧軸方向シフト量、又は所定の電流若しくは電圧を測定した場合にも、前述の効果が確実に得られる。また、強誘電体メモリ装置の他のメモリ特性の劣化の度合いを示すパラメータの経時変化の温度依存性を測定すれば、その強誘電体メモリ装置の他のメモリ特性を評価するための温度加速試験を行なうことができる。
【０１１２】
例えば、強誘電体メモリ装置のエンデュランス特性を評価するための加速試験を行なう場合には、エンデュランス特性の劣化の度合いを示す例えば第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂの残留分極量の経時変化の温度依存性を測定すればよい。すなわち、エンデュランス特性の劣化の度合いが強誘電体容量素子の分極反転疲労により決定づけられているため、分極反転疲労の進行挙動を示す残留分極量の経時変化の温度依存性を測定すればよい。そして、このような残留分極量の経時変化の温度依存性を測定すると共に、これにより得られた測定結果を式（４）〜（７）に示すような関数を用いて解析すれば、温度加速係数Ｋを導出するために費やされる時間を大幅に短縮することができるため、第１の実施形態により得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１１３】
また、例えば、強誘電体メモリ装置のデータ保持特性を評価するための温度加速試験を行なう場合には、データ保持特性の劣化の度合いを示す例えば第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂにおける保持分極の読み出し電荷量を測定すればよい。すなわち、データ保持特性の劣化の度合いが強誘電体容量素子の減極の進行挙動により決定づけられるため、減極の進行挙動を示す保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性を測定すればよい。そして、このような保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性を測定すると共に、これにより得られた測定結果を式（４）〜（７）に示すような関数を用いて解析すれば、温度加速係数Ｋを導出するために費やされる時間を大幅に短縮することができるため、第１の実施形態により得られる効果と同様の効果が得られる。
【０１１４】
（第１実施例）
以下、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第１実施例について図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
本実施例は、強誘電体メモリ装置を構成する２Ｔ／２Ｃ型の強誘電体メモリセル１００の動作、具体的には、強誘電体メモリセル１００に保持させたデータを１０８  回書き換えた後、且つデータを７０℃の温度条件下で１０年間保持させた後における動作を保証するために、データを１０８  回書き換えた後における逆データの書き込み読み出し特性を評価する温度加速試験を、加速温度１５０℃で実施したものである。
【０１１６】
尚、温度依存性測定工程Ｓ１０において用いた測定用メモリセルを構成する測定用容量素子は、メモリ特性評価工程Ｓ３０において用いる強誘電体メモリ装置と同じ基板上に形成され、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子と同一の構造を有し、且つ測定用メモリセルがメモリセルアレイで形成された測定用容量素子群からなる。測定用容量素子のサイズは０．７μｍ×１．０μｍで、１アレイ当たりの測定用容量素子数は２５００個である。また、測定に先立ち、測定用容量素子群には±１．８Ｖの両極性連続パルス電圧を印加することにより、１０８  回のデータ書換に相当する分極反転処理を前処理として行なっている。また、分極の保持、反転、及び読み出しに用いた正極性の単発パルス電圧は＋１．８Ｖであり、一方、負極性の単発パルス電圧は−１．８Ｖである。
【０１１７】
図８は、第１の実施形態の第１実施例において、温度依存性測定工程Ｓ１０において測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフである。尚、図８に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗは、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂの単位面積（１ｃｍ２  ）当たりの電荷量に換算している。
【０１１８】
図８に示すように、第１の実施形態の第１実施例における温度依存性測定工程Ｓ１０において、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの測定を行なった累積保存時間ｔは、２時間、２４時間、１２０時間、及び３３６時間である。また、８５℃、１１０℃、１２５℃、及び１５０℃の温度条件下で測定を行なった。図８からも分かるように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗは時間の経過と共に減少する。これは、測定用容量素子を用いても、逆データの書き込み読み出し特性の劣化の度合いを示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を測定することにより、インプリントの進行挙動に関する途中経過についての情報を容易に得ることができることを意味している。
【０１１９】
また、図８に示すように、測定された２時間から３３６時間までの範囲におけるＰｗの経時変化が、累積保持時間ｔの対数に対して実質的に直線的な変化ではないことが分かる。すなわち、この測定時間の範囲内では、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域のＰｗの経時変化が主に観測されていると判断することができる。したがって、温度加速係数導出工程Ｓ２０において温度加速係数Ｋを導出するための活性化エネルギーＥａの算出方法として、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の経時変化から算出する方法、すなわち式（４）に示す関数をフィッティングさせる方法を選択した。その結果を図９に示す。
【０１２０】
図９は、図８に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化に基づいてｌｎ［−ｌｎ（Ｐｗ／Ｐ０  ）］を累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフを示す図である。また、直線回帰することにより得られた回帰直線も併せて破線で示す。
【０１２１】
図９に示すように、温度加速係数導出工程Ｓ２０においては、測定されたＰｗの経時変化の温度依存性に基づいて、ｌｎ［−ｌｎ（Ｐｗ／Ｐ０  ）］を累積保持時間ｔの対数に対してグラフ上にプロットすると共に、そのプロットに式（８）に示す関数をフィッティングさせる。これにより得られた回帰直線の傾きから定数ｎを、また切片からは［ｎ・ｌｎ（Ｒ）］を各温度条件下で算出する。
【０１２２】
図１０は、図９の回帰直線の傾き及び切片から算出した定数ｎ及び減衰速度Ｒの温度依存性を示す表である。
【０１２３】
図１０に示すように、定数ｎ及び［ｎ・ｌｎ（Ｒ）］から、各温度条件下での減衰速度Ｒを算出することができる。
【０１２４】
図１１は、図１０に示す減衰速度Ｒを温度（絶対温度）の逆数（１／Ｔ）に対してプロットしたグラフと、そのプロットを直線回帰して得られた回帰直線とを示す図である。尚、横軸である温度の逆数（１／Ｔ）は１０３  倍にしてある。
【０１２５】
図１１に示すように、図１０に示す各温度条件下での算出結果に基づいて、温度の逆数（１／Ｔ）に対してＲの対数をグラフ上にアーレニウスプロットすると共に、式（９）に示す関数をフィッティングさせる。この際、フィッティングさせることにより得られた回帰直線の傾きから、０．８４ｅＶの活性化エネルギーＥａが算出された。
【０１２６】
次に、算出された活性化エネルギーＥａ＝０．８４ｅＶ、保証すべき実使用温度Ｔ１  ＝７０℃、及び加速温度Ｔ２  ＝１５０℃を例えば公知の式（３）に代入する。これにより得られた次式（１３）から、温度加速係数Ｋは２１５．５と算出された。
【０１２７】
2004310823.tif 000005
最後に、メモリ特性評価工程Ｓ３０として、算出された温度加速係数Ｋの値を用いて強誘電体メモリ装置のデータ保持過程での逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を行なった。
【０１２８】
具体的には、まず、強誘電体メモリ装置に対して１０８  回のデータ書換処理を行なった後、特定方向の分極に相当するデータを書き込んだ状態で加速温度Ｔ２  ＝１５０℃での温度加速試験を開始した。実使用温度７０℃で１０年間保存することを想定した場合、温度加速試験を終了するまでの試験時間ｔ２  は、式（１）を用いた次式（１４）に従って４０６．５時間になるため、４０７時間経過した時点でデータの保存を終了した。
【０１２９】
ｔ２  ＝８７６００／２１５．５＝４０６．５／（時間）      ・・・（１４）
保存終了後、初めに書き込んだデータとは逆方向の分極方向を持つデータの書き込み読み出し動作（逆データの書き込み読み出し動作）が正常に行なえるかどうかを評価したところ、動作不良は発生していないことが確認された。したがって、データを１０８  回書き換えた後のデータ保持過程における逆データの書き込み読み出し特性に関して、７０℃の温度条件下で１０年間の信頼性が保証された。
【０１３０】
以上説明したように、第１実施例によると、強誘電体メモリ装置の加速試験に必要な温度加速係数Ｋを導出するために必要な時間は、温度依存性測定工程Ｓ１０におけるＰｗの経時変化の温度依存性を測定するのに必要な時間、すなわちＰｗの経時変化の温度依存性を測定するのに必要な時間でほぼ決定される。よって、温度加速係数Ｋを導出するために必要な時間は、４０６．５時間になる。
【０１３１】
一方、従来の強誘電体メモリ装置の加速試験方法を用いて温度加速係数Ｋを導出するために必要な時間は、強誘電体メモリ装置の寿命時間の温度依存性を測定するのに必要な時間により決定される。そこで、強誘電体メモリ装置の寿命時間を測定するため、本実施例におけるメモリ特性評価工程Ｓ３０において、１５０℃の高温条件下での保存を更に継続したところ、逆データの書き込み読み出し動作の動作不良が発生するデータ保持時間、すなわち実際の強誘電体メモリ装置の１５０℃での寿命時間が、約２０００時間であることが確認された。つまり、強誘電体メモリ装置の寿命時間の温度依存性を測定する場合、その測定温度として１５０℃を含む設定にすると、測定完了までに少なくとも２０００時間が必要になる。また、測定温度として１５０℃よりも低い温度を設定してしまうと、温度加速係数Ｋを導出するために更に長い時間が必要になってしまう。したがって、従来の加速試験方法では、温度加速係数Ｋを導出するためだけであっても極めて長期の時間が必要になってしまうことが明らかに分かる。
【０１３２】
これに対して、本実施例では、温度依存性測定工程Ｓ１０において用いているのが測定用メモリセルを構成する測定用容量素子である。また、強誘電体メモリ装置の逆データ書き込み読み出し特性の劣化を決定づけているインプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを、寿命時間に達する前に温度依存性測定工程Ｓ１０において測定することができる。このため、温度加速係数Ｋを導出するために必要な時間は、もはや強誘電体メモリ装置の寿命時間とは無関係である。すなわち、温度加速係数Ｋを導出するための測定を短時間で確実に完了させることができると共に、その測定結果から具体的な温度加速係数Ｋを容易に且つ高精度に導出することができるため、短時間で容易且つ高精度な加速試験を実施できることが分かる。
【０１３３】
（第２実施例）
以下、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第２実施例について図面を参照しながら説明する。
【０１３４】
本実施例は、強誘電体メモリ装置を構成する２Ｔ／２Ｃ型の強誘電体メモリセル１００の動作、具体的には、強誘電体メモリセル１００に保持させたデータを１０１０回書き換えた後、且つデータを７０℃の温度条件下で１０年間保持させた後における動作を保証するために、データを１０１０回書き換えた後における逆データの書き込み読み出し特性を評価する温度加速試験を、加速温度１５０℃で実施したものである。
【０１３５】
尚、温度依存性測定工程Ｓ１０において用いた測定用メモリセルを構成する測定用容量素子は、メモリ特性評価工程Ｓ３０において用いる強誘電体メモリ装置と同じ基板上に形成され、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量素子と同一の構造を有し、且つ測定用メモリセルがメモリセルアレイで形成された測定用容量素子群からなる。測定用容量素子のサイズは０．７μｍ×１．０μｍで、１アレイ当たりの測定用容量素子数は２５００個である。また、測定に先立ち、測定用容量素子群には±１．８Ｖの両極性連続パルス電圧を印加することにより、１０１０回のデータ書換に相当する分極反転処理を前処理として行なっている。また、分極の保持、反転、及び読み出しに用いた正極性の単発パルス電圧は＋１．８Ｖであり、一方、負極性の単発パルス電圧は−１．８Ｖである。
【０１３６】
図１２は、第１の実施形態の第２実施例における温度依存性測定工程Ｓ１０において測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを、累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフである。尚、図１２に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗは、第１の強誘電体容量素子１０１ａ及び第２の強誘電体容量素子１０１ｂの単位面積（１ｃｍ２  ）当たりの電荷量に換算している。
【０１３７】
図１２に示すように、第１の実施形態の第２実施例における温度依存性測定工程Ｓ１０において、Ｐｗの測定を行なった累積保存時間ｔは、２時間、２４時間、１２０時間、及び３３６時間である。また、８５℃、１１０℃、１２５℃、及び１５０℃の温度条件下で測定を行なった。
【０１３８】
また、図１２に示すように、測定された２時間から３３６時間までの範囲におけるＰｗの経時変化が、累積保持時間ｔの対数に対して実質的に直線的な変化であることが分かる。すなわち、この測定時間の範囲内では、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の経時変化が主に観測されていると判断することができる。したがって、温度加速係数導出工程Ｓ２０において温度加速係数Ｋを導出するための活性化エネルギーＥａの算出方法として、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域のＰｗの経時変化から算出する方法、すなわち式（６）に示す関数をフィッティングさせる方法を選択する。その結果を図１３に示す。
【０１３９】
図１３は、図１２に示すグラフと、そのグラフのプロットを直線回帰して得られた回帰直線とを示す図である。尚、回帰直線は破線で示している。
【０１４０】
図１３に示すように、温度加速係数導出工程Ｓ２０においては、各温度におけるＰｗの経時変化に式（６）に示す関数をフィッティングさせる。尚、図１３に示すように、８５℃の温度条件下では、２〜２４時間において、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域に移行する以前のｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域のＰｗの経時変化が観測されている。このため、累積保持時間ｔが２時間のときのデータを除いてフィッティングを行なった。これにより得られた各温度条件下での回帰直線の傾きからはｍが、切片からはＰ１  が算出される。これにより、Ｐ１  ／ｍを算出することができる。
【０１４１】
図１４は、図１３に示す回帰直線の傾き及び切片から算出された減衰速度ｍ及びＰ１  の温度依存性を示す表である。
【０１４２】
図１５は、図１４に示すＰ１  ／ｍを温度（絶対温度）の逆数（１／Ｔ）に対してプロットしたグラフと、そのプロットを直線回帰して得られた回帰直線とを示す図である。尚、横軸である温度の逆数（１／Ｔ）は１０３  倍にしてある。
【０１４３】
図１５に示すように、図１４に示す各温度条件下での算出結果に基づいて、温度Ｔの逆数に対してＰ１  ／ｍをグラフ上にアーレニウスプロットすると共に、式（１２）に示す関数をフィッティングさせる。この際、フィッティングから得られた回帰直線の傾きから、０．８７ｅＶの活性化エネルギーＥａが算出された。
【０１４４】
次に、メモリ特性評価工程Ｓ３０において、算出された活性化エネルギーＥａ＝０．８７、保証すべき実使用温度Ｔ１  ＝７０℃、及び加速温度Ｔ２  ＝１５０℃を例えば公知の式（３）に代入する。これにより得られた次式（１５）から、温度加速係数Ｋは２６１．１と算出された。
【０１４５】
2004310823.tif 000006
最後に、メモリ特性評価工程Ｓ３０として、算出された温度加速係数Ｋの値を用いて強誘電体メモリ装置のデータ保持過程での逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を行なった。
【０１４６】
具体的には、まず、強誘電体メモリ装置に対して１０１０回のデータ書換処理を行なった後、特定方向の分極に相当するデータを書き込んだ状態で加速温度Ｔ２  ＝１５０℃での保存を開始した。実使用温度７０℃で１０年間保存することを想定した場合、保存を終了するまでの試験時間ｔ２  は、例えば公知の式（１）を用いた次式（１６）に従って３３５．５時間になるため、３３６時間経過した時点でデータの保存を終了した。
【０１４７】
ｔ２  ＝８７６００／２６１．１＝３３５．５／（時間）        ・・・（１６）
保存終了後、逆データの書き込み読み出し動作が正常に行なえるかどうかを評価したところ、動作不良は発生していないことが確認された。したがって、データを１０１０回書き換えた後のデータ保持過程における逆データの書き込み読み出し特性に関して、７０℃の温度条件下で１０年間の信頼性が保証された。
【０１４８】
第２の実施例によると、分極反転動作を１０１０回行なった後にＰｗの経時変化の測定を開始したため、温度依存性測定工程Ｓ１０において測定されたＰｗの経時変化は、累積保持時間ｔの対数に対して曲線的なｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の変化ではなく、直線的なｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の変化として観測された。ところが、前述の第１実施例では、分極反転動作を１０８  回行なった後に測定を開始したため、測定された２時間〜３３６時間の時間範囲におけるＰｗの経時変化の実質的な変化は、累積保持時間ｔの対数に対して直線的なｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の変化ではなく、曲線的なｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の変化として観測された。
【０１４９】
このように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの一定の時間範囲における経時変化がｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の経時変化であるかｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の経時変化であるかは事前の分極反転動作などの付帯的測定条件によって変化する場合がある。しかし、前述の理論モデルに基づいて、その経時変化に対応した活性化エネルギーＥａの算出方法を適切に選択することによって、いずれの経時変化であったとしても温度加速係数Ｋを容易に導出することができると共に、導出された温度加速係数Ｋを用いることにより高精度な加速試験を実施できることが分かる。
【０１５０】
尚、本実施例においても、温度加速係数Ｋの導出が短時間で完了できると共に、従来の加速試験方法と比較して加速試験全体に要する時間が大幅に短縮できていることは言うまでもない。
【０１５１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法、特に強誘電体メモリ装置の信頼性試験の中で最も重要な逆データの書き込み読み出し特性を評価するための加速試験方法について図面を参照しながら説明する。
【０１５２】
図２は、第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法を構成する３つの工程のフローチャートを示す図である（第１の実施形態とフローが同じため併用している）。以下、図２に示すフローチャートに従い各工程の概略を初めに説明してから、詳しい説明に入る。
【０１５３】
図２に示すように、まず、１番目の温度依存性測定工程Ｓ１０では、図１に示す測定用メモリセル（強誘電体メモリセル１００）を用いて、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値に達するまでの時間（以下、閾値到達時間と称する）の温度依存性を測定する。
【０１５４】
次に、２番目の温度加速係数導出工程Ｓ２０では、温度依存性測定工程Ｓ１０で測定された閾値到達時間の温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出する。
【０１５５】
最後に、３番目のメモリ特性評価工程Ｓ３０では、温度加速係数導出工程Ｓ２０において導出された温度加速係数Ｋを用いて加速温度Ｔ２  での試験時間ｔ２  を算出し、図１に示す強誘電体メモリセル１００から構成される強誘電体メモリ装置が有する逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を、算出された試験時間ｔ２  に基づいて行なう。
【０１５６】
尚、１番目の温度依存性測定工程Ｓ１０において逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定する詳しい説明は第１の実施形態において説明したため省略する。また、３番目のメモリ特性評価工程Ｓ３０においても同様とする。
【０１５７】
以下、１番目の温度依存性測定工程Ｓ１０について説明する。
【０１５８】
前述の通り、温度依存性測定工程Ｓ１０では、測定用メモリセルを用いて、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間（ｔｆ  とする）の温度依存性を測定する。具体的には、まず、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定した後、閾値到達時間ｔｆ  を求めるために、測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗのうちの１つの値を閾値Ｐｆとして設定する。その後、設定された閾値Ｐｆに基づいて、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが測定された各温度における閾値到達時間ｔｆ  を算出する。
【０１５９】
尚、ｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの値を閾値Ｐｆに設定してもよいし、又はｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域のＰｗの値を閾値Ｐｆに設定してもよい。いずれにしても、以下説明する温度加速係数導出工程Ｓ２０において温度加速係数Ｋを正確に導出することができる。
【０１６０】
以下、温度加速係数導出工程Ｓ２０について説明する。
【０１６１】
前述の通り、温度加速係数導出工程Ｓ２０では、温度依存性測定工程Ｓ１０で算出された閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出する。
【０１６２】
具体的には、閾値Ｐｆの値が、ｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの範囲内で設定された場合と、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域におけるＰｗの範囲内で設定された場合とに分けられる。尚、ｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域とｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域との境になるＰｗの値を境界値Ｐｘとする。
【０１６３】
まず、閾値Ｐｆの値がｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの範囲内で設定された場合、すなわちＰｆ≧Ｐｘの場合、Ｐｗ＝ｆ及びｔ＝ｔｆ  を式（４）に代入すると、次式（１７）が成立する。
【０１６４】
Ｐｆ＝Ｐ０  ・ｅｘｐ［−（Ｒ・ｔｆ  ）ｎ  ］                  ・・・（１７）
更に、式（５）に示すＲを式（１７）に代入して整理すると、次式（１８）が得られる。
【０１６５】
2004310823.tif 000007
ここで、式（１８）の右辺における１項及び２項は温度に関係なく一定である。このため、閾値到達時間ｔｆ  の対数と温度Ｔの逆数とは直線関係にあることが分かる。よって、その直線の傾きが活性化エネルギーＥａ（正確にはＥａ／ｋ）になる。したがって、閾値到達時間ｔｆ  の逆数を温度Ｔの逆数に対してプロットすることにより、活性化エネルギーＥａを算出することができる。
【０１６６】
他方、閾値Ｐｆの値がｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域におけるＰｗの範囲内にある場合、すなわち、Ｐｆ＜Ｐｘの場合、Ｐｗ＝Ｐｆ及びｔ＝ｔｆ  を式（６）に代入すると、次式（１９）が成立する。
【０１６７】
Ｐｆ＝Ｐ１  −ｍ・ｌｎ［ｔｆ  ］                            ・・・（１９）
更に、式（１２）に示すＰ１  を式（１９）に代入して整理すると、次式（２０）が得られる。
【０１６８】
2004310823.tif 000008
ここで、式（２０）の右辺における１項、２項及び３項もまた温度に関係なく一定である。このため、閾値到達時間ｔｆ  の対数と温度Ｔの逆数とは直線関係にあることが分かる。よって、その直線の傾きが活性化エネルギーＥａ（正確にはＥａ／ｋ）になる。したがって、閾値到達時間ｔｆ  の逆数を温度Ｔの逆数に対してプロットすることにより、活性化エネルギーＥａを算出することができる。
【０１６９】
以上、Ｐｆ≧Ｐｘの場合と、Ｐｆ＜Ｐｘの場合とに分けて説明したが、閾値Ｐｆの値がいずれの領域におけるＰｗの値に設定されていたとしても、閾値到達時間ｔｆ  と温度Ｔとの関係は次式（２１）になることが分かる。
【０１７０】
ｌｎ［ｔｆ  ］＝Ｃ＋（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ）              ・・・（２１）
このため、いずれの場合であっても、閾値到達時間ｔｆ  の対数を温度Ｔの逆数に対してプロット（アーレニウスプロット）することにより、活性化エネルギーＥａを容易に算出することができる。よって、算出された活性化エネルギーＥａを代入した例えば公知の式（３）（「従来の技術」参照）を用いて、温度加速係数Ｋを容易に導出することができる。
【０１７１】
以上説明したように、第２の実施形態のようにすると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化又は温度依存性についての詳細な理論モデルが不明な場合であっても、Ｐｗが閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性に基づいて、式（２１）に示すアーレニウスモデルを用いることにより活性化エネルギーＥａを算出することができる。このため、第１の実施形態のように、式（４）又は（６）に示すような関数を逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化にフィッティングさせる必要がない。また、温度加速係数Ｋを導出するために、Ｒ又はＰ１  ／ｍの温度依存性を知る必要もない。したがって、温度加速係数Ｋを導出するための工程を簡略化することができると共に、短時間で且つ高精度な強誘電体メモリ装置の温度加速試験を極めて容易に且つ確実に実施することができる。
【０１７２】
また、第２の実施形態によると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化が、ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の経時変化を示す場合であっても、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の経時変化を示す場合であっても、いずれも同じ式（２１）に示すアーレニウスモデルに従う。このため、Ｐｗの経時変化の実質的な変化がｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の経時変化に従っているのか、又はｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の経時変化に従っているのかを判断する必要がない。その結果、容易に温度加速係数Ｋを導出することができる。なぜならば、本実施形態によると、閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出するという工程には、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが閾値Ｐｆに達するまでの途中変化を測定する必要がない。このため、設定された閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  さえ求めることができれば、式（２１）に示すアーレニウスモデルの関係から確実に活性化エネルギーＥａを算出することができる。その結果、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を測定した時間範囲において、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの実質的な経時変化がｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域の経時変化に従っているのか、又はｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域の経時変化に従っているのかを判断する必要がなくなる。したがって、いずれの領域の経時変化に従っていても、本実施形態においては逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の挙動とは無関係に、温度加速係数Ｋを導出することができる。
【０１７３】
尚、第２の実施形態における温度依存性測定工程Ｓ１０において、閾値Ｐｆは、温度依存性が測定された各温度において閾値到達時間ｔｆ  を求めることができる範囲内の値に設定されることが好ましい。
【０１７４】
このようにすると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性が測定された全温度において、それぞれの閾値到達時間ｔｆ  を算出することができる。このため、温度加速係数Ｋをより正確に導出することができる。したがって、強誘電体メモリ装置の信頼性をより正確に評価することができる。
【０１７５】
また、第２の実施形態において、強誘電体メモリ装置の逆データの書き込み読み出し特性を評価するための温度加速試験を行なうために、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定した。しかし、インプリントの進行挙動を示す他の特定パラメータ、例えばインプリントの進行挙動を示すヒステリシス曲線の電圧軸方向シフト量、又は所定の電流若しくは電圧を測定した場合にも、前述の効果が確実に得られる。
【０１７６】
また、第２の実施形態において、強誘電体メモリ装置の逆データの書き込み読み出し特性を評価するための加速試験方法を行なったが、強誘電体メモリ装置のエンデュランス特性又はデータ保持特性を評価するための加速試験方法も、前述と同様にして実施することができる。なぜならば、閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性が必然的に式（２１）に示すアーレニウスモデルに従うという事実は、逆データの書き込み読み出し特性の劣化を決定づけているインプリントの進行挙動を示す特定パラメータ、例えば逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを測定することにだけ限定されるものではないからである。よって、エンデュランス特性の劣化を決定づけている分極反転疲労の進行挙動を示す特定パラメータ、例えば残留分極量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性、及びデータ保持特性の劣化を決定づけている減極の進行挙動を示す特定パラメータ、例えば保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性についてもアーレニウスモデルが成立する。
【０１７７】
したがって、強誘電体メモリ装置のエンデュランス特性を評価するための加速試験を行なう場合には、エンデュランス特性の劣化が強誘電体容量素子の分極反転疲労により決定づけられているため、分極反転疲労の進行挙動を示す特定パラメータ、例えば分極反転疲労の進行に伴って減少する強誘電体容量素子における残留分極量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定すればよい。このようにすれば、測定された温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出することができる。このため、残留分極量の経時変化の温度依存性に関する理論モデルが不明な場合であっても、残留分極量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定することにより温度加速係数Ｋを容易に且つ確実に導出することができる。したがって、本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１７８】
また、強誘電体メモリ装置のデータ保持特性を評価するための加速試験を行なう場合には、データ保持特性の劣化が強誘電体容量素子に保持された分極が示す減極により決定づけられているため、減極の進行挙動を示す特定パラメータ、例えば強誘電体容量素子における保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定すればよい。このようにすれば、測定された温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出することができる。このため、保持分極の読み出し電荷量の経時変化の温度依存性に関する理論モデルが不明な場合であっても、保持分極の読み出し電荷量が所定の閾値に達するまでの時間の温度依存性を測定することにより温度加速係数Ｋを容易に且つ確実に導出することができる。したがって、本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１７９】
尚、第２の実施形態においては、境界値Ｐｘをｓｔｒｅｃｈｅｄ  ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ領域におけるＰｗの値に含めたが、ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ領域におけるＰｗの値に含めてもよい。
【０１８０】
（第１実施例）
以下、第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第１実施例について図面を参照しながら説明する。
【０１８１】
本実施例は、強誘電体メモリ装置を構成する２Ｔ／２Ｃ型の強誘電体メモリセル１００（図１参照）の動作、具体的には、強誘電体メモリセル１００に保持させたデータを１０８  回書き換えた後、且つデータを７０℃の温度条件下で１０年間保持させた後における動作を保証するために、データを１０８  回書き換えた後における逆データの書き込み読み出し特性を評価する温度加速試験を、加速温度１５０℃で実施したものである。尚、本実施例においても、第１の実施形態の第１実施例における強誘電体メモリセル１００（測定用メモリセル）と同じものを用いて、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を測定した。このため、測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性は図８に示すものと同じである。
【０１８２】
図１６は、本実施例において、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフを示す図（図８と同じ）である。また、全測定温度において閾値到達時間ｔｆ  が求められるように設定された直線、Ｐｗ（＝Ｐｆ）＝１４．５μＣ／ｃｍ２  も併せて示す。
【０１８３】
図１６に示すように、Ｐｗ＝１４．５μＣ／ｃｍ２  で示す直線が、各測定温度における逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を示す直線と交点を持つ。この各交点に対応した閾値到達時間ｔｆ  を、図１７に示す。
【０１８４】
図１７は、図１６に示す閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性を示す表である。
【０１８５】
また、図１８は、図１７に示す閾値到達時間ｔｆ  の対数を温度（絶対温度）の逆数（１／Ｔ）に対してプロット（アーレニウスプロット）したグラフを示す図である。尚、横軸である温度の逆数（１／Ｔ）は１０３  倍にしてある。
【０１８６】
図１８に示すように、図１７に示す閾値到達時間ｔｆ  の対数を各温度Ｔの逆数に対してプロットすると共に、そのプロットにより得られた回帰直線の傾きから式（２１）を用いて活性化エネルギーＥａを算出する。これにより、第１の実施形態の第１実施例と同じ０．８４ｅＶの活性化エネルギーＥａが得られた。
【０１８７】
次に、得られた活性化エネルギーＥａを代入した例えば公知の式（３）から、保証すべき実使用温度Ｔ１  （＝７０℃）での試験時間ｔ１  と加速温度Ｔ２  （＝１５０℃）での試験時間ｔ２  との間の関係を表す温度加速係数Ｋを算出する。具体的には、公知の式（３）に活性化エネルギーＥａを代入した次式（２２）から、温度加速係数Ｋは２１５．５と算出された。
【０１８８】
2004310823.tif 000009
このように、第２の実施形態の第１実施例によると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性についての理論モデルが不明な場合であっても、設定された閾値ＰｆにＰｗが達するまでの閾値到達時間ｔｆ  を各温度条件下で求めることにより、式（２１）に示すアーレニウスモデルに従って活性化エネルギーＥａを算出することができる。このため、第１の実施形態のように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化に式（４）に示すような関数をフィッティングさせる必要がない。また、温度加速係数Ｋを導出するために、Ｒの温度依存性を知る必要もない。したがって、温度加速係数Ｋを導出するための工程を簡略化することができると共に、短時間で且つ高精度な強誘電体メモリ装置の温度加速試験を更に容易に実施することができる。
【０１８９】
（第２実施例）
以下、第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第２実施例について図面を参照しながら説明する。
【０１９０】
本実施例は、強誘電体メモリ装置を構成する２Ｔ／２Ｃ型の強誘電体メモリセル１００（図１参照）の動作、具体的には、強誘電体メモリセル１００に保持させたデータを１０１０回書き換えた後、且つデータを７０℃の温度条件下で１０年間保持させた後における動作を保証するために、データを１０１０回書き換えた後における逆データの書き込み読み出し特性を評価する温度加速試験を、加速温度１５０℃で実施したものである。尚、本実施例においても、第１の実施形態の第１実施例における強誘電体メモリセル１００（測定用メモリセル）と同じものを用いて、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性を同様に測定した。このため、測定された逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性は図１２に示すものと同じである。
【０１９１】
図１９は、本第２実施例において、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフを示す図（図１２と同じ）である。また、全測定温度において閾値到達時間ｔｆ  を求めることができるように設定された直線、Ｐｗ（＝Ｐｆ）＝１２．５μＣ／ｃｍ２  も併せて示す。
【０１９２】
図１９に示すように、Ｐｗ＝１２．５μＣ／ｃｍ２  で示す直線が、各測定温度における逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を示す直線と交点を持つ。この交点に対応した閾値到達時間ｔｆ  を、図２０に示す。
【０１９３】
図２０は、図１９に示す閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性を示す表である。
【０１９４】
また、図２１は、図２０に示す閾値到達時間ｔｆ  の対数を温度（絶対温度）の逆数（１／Ｔ）に対してプロット（アーレニウスプロット）したグラフを示す図である。尚、横軸である温度の逆数（１／Ｔ）は１０３  倍にしてある。
【０１９５】
図２１に示すように、図２０に示す閾値到達時間ｔｆ  の対数を各温度Ｔの逆数に対してプロットすると共に、そのプロットにより得られた回帰直線の傾きから式（２１）を用いて活性化エネルギーＥａを算出する。これにより、第１の実施形態の第２実施例と同じ０．８７ｅＶの活性化エネルギーＥａが得られた。
【０１９６】
次に、得られた活性化エネルギーＥａを代入した例えば公知の式（３）から、保証すべき実使用温度Ｔ１  （＝７０℃）での試験時間ｔ１  と、加速温度Ｔ２  （＝１５０℃）での試験時間ｔ２  との間の関係を表す温度加速係数Ｋを導出する。具体的には、公知の式（３）に活性化エネルギーＥａを代入した次式（２３）から温度加速係数Ｋは２６１．１と算出された。
【０１９７】
2004310823.tif 000010
このように、第２の実施形態の第２実施例によると、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性についての理論モデルが不明な場合であっても、設定された閾値ＰｆにＰｗが達するまでの閾値到達時間ｔｆ  を各温度条件下で求めることにより、式（２１）に示すアーレニウスモデルに従って活性化エネルギーＥａを算出することができる。このため、第１の実施形態のように、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化に式（６）に示すような関数をフィッティングさせる必要がない。また、温度加速係数Ｋを導出するために、Ｐ１  ／ｍの温度依存性を知る必要もない。したがって、温度加速係数Ｋを導出するための工程を簡略化することができると共に、短時間で且つ高精度な強誘電体メモリ装置の温度加速試験を更に容易に実施することができる。
【０１９８】
【発明の効果】
本発明の第１の強誘電体メモリ装置の加速試験方法によると、メモリ特性の劣化の度合いを示す特定パラメータの経時変化の温度依存性を測定しているため、強誘電体メモリ装置の寿命時間とは無関係に温度加速係数を導出することができる。言い換えると、寿命時間を測定しなければ温度加速係数を導出することができないという従来の加速試験方法の問題点を本質的に解決することができる。したがって、温度加速係数を導出するための工程を短時間で終了させることができるので、加速試験の全工程に費やされる時間を大幅に短縮させることができる。
【０１９９】
本発明の第２の強誘電体メモリ装置の加速試験方法によると、閾値到達時間の温度依存性を測定しているため、パラメータの温度依存性に対応する詳細な理論モデルが不明な場合であっても、温度加速係数を確実に導出することができる。したがって、強誘電体メモリ装置が寿命に達する前であっても、任意に設定した閾値にパラメータが達するまでの閾値到達時間さえ測定すれば温度加速係数を導出することができる。このため、寿命時間を測定しなければならなかった従来の加速試験方法の問題点を本質的に解決することができる。また、加速試験に費やされる時間を大幅に短縮することができると共に、詳細な理論モデルに関係なく温度加速係数を導出することができるので、高精度な加速試験を極めて容易に且つ確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法において用いる強誘電体メモリ装置を構成する例えば２トランジスタ／２キャパシタ型の強誘電体メモリセルを示す回路図である。
【図２】本発明の第１及び第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速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３】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法における温度依存性測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４】本発明の第１及び第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法における、強誘電体容量素子の分極ヒステリシス曲線（実線）と、強誘電体容量素子に正方向の分極を保持させたためにインプリントの影響を受けて負方向の電圧軸方向にシフトしたヒステリシス曲線（破線）とを示す図である。
【図５】本発明の第１及び第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法において、強誘電体容量素子の分極ヒステリシス曲線（実線）と、強誘電体容量素子に負方向の分極を保持させたためにインプリントの影響を受けて正方向の電圧軸方向にシフトしたヒステリシス曲線（破線）とを示す図である。
【図６】本発明の第１及び第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法における、逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの定義及びその経時変化を示す図である。
【図７】本発明の第１及び第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法において用いた、インプリントの進行挙動を示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化の温度依存性に基づいて温度加速係数Ｋを導出するための理論モデルの概略を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第１実施例において、１０８  回の分極反転処理後の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を４種類の温度で測定したグラフを示す図である。
【図９】図８に示した逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化に基づいてｌｎ［−ｌｎ（Ｐｗ／Ｐ０  ）］を累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフと、そのプロットにより得られた回帰直線とを示す図である。
【図１０】図９の回帰直線の傾き及び切片から算出した定数ｎ及び減衰速度Ｒの温度依存性を示す表である。
【図１１】図１０に示すＲを温度Ｔの逆数に対してプロットしたグラフと、そのプロットにより得られた回帰直線とを示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第２実施例において、１０１０回の分極反転処理後の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化を４種類の温度で測定したグラフを示す図である。
【図１３】図１２に示すグラフと、そのグラフにおける逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗの経時変化から得られた回帰直線とを示す図である。
【図１４】図１３に示す回帰直線の傾き及び切片から算出した減衰速度ｍ及び１時間経過後の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐ１  の温度依存性を示す図である。
【図１５】図１４に示すＰ１  ／ｍを温度Ｔの逆数に対してプロットしたグラフと、そのプロットにより得られた回帰直線とを示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第１実施例において１０８  回の分極反転処理後の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフを示す図である。
【図１７】図１６に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性を示す図である。
【図１８】図１７に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  の対数を温度Ｔの逆数に対してプロットしたグラフを示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の加速試験方法の第２実施例において１０１０回の分極反転処理後の逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗを累積保持時間ｔに対してプロットしたグラフを示す図である。
【図２０】図１９に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  の温度依存性を示す表である。
【図２１】図２０に示す逆方向保持分極の読み出し電荷量Ｐｗが所定の閾値Ｐｆに達するまでの閾値到達時間ｔｆ  の対数を温度Ｔの逆数に対してプロットしたグラフを示す図である。
【符号の説明】
１００    強誘電体メモリセル
１０１ａ  第１の強誘電体容量素子
１０１ｂ  第２の強誘電体容量素子
１０２ａ  第１のｎＭＯＳトランジスタ
１０２ｂ  第２のｎＭＯＳトランジスタ
１０３    ワード線
１０４ａ  ビット線
１０４ｂ  反ビット線
１０５    プレート線
１０６    センスアンプ
【図１】
2004310823.tif 000011
【図２】
2004310823.tif 000012
【図３】
2004310823.tif 000013
【図４】
2004310823.tif 000014
【図５】
2004310823.tif 000015
【図６】
2004310823.tif 000016
【図７】
2004310823.tif 000017
【図８】
2004310823.tif 000018
【図９】
2004310823.tif 000019
【図１０】
2004310823.tif 000020
【図１１】
2004310823.tif 000021
【図１２】
2004310823.tif 000022
【図１３】
2004310823.tif 000023
【図１４】
2004310823.tif 000024
【図１５】
2004310823.tif 000025
【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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