(57)【要約】  【課題】  強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験におけるインプリント特性による寿命を過大評価することを防止して、適正な評価を実現する。  【解決手段】  強誘電体メモリ装置の信頼性試験方は、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程Ｓ２００と、加速係数Ｋを用いて算出された加速試験時間ｔ2 の間、加速温度Ｔ2 で、第１のデータを保存する工程Ｓ３００と、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程Ｓ５００と、第２のデータの読み出し動作が可能か否かを検査する工程Ｓ６００とを備える。加速係数Ｋは、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮されたインプリント特性の温度依存性に基づいて導出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体容量素子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 ）下でのインプリント特性による寿命を、加速条件（加速温度Ｔ2 、加速試験時間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、
強誘電体容量素子に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程又は強誘電体容量素子に前記任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程を含み、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された前記インプリント特性の温度依存性に基づいて、前記インプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを導出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任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程と、
前記加速係数Ｋを導出する工程において得られた前記加速係数Ｋを用いて算出される前記加速試験時間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前記第１のデータを保存する工程と、
前記第１の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前記任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程と、
前記強誘電体メモリ装置に書き込まれた前記第２のデータの読み出し動作が可能か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】
前記第１のデータを書き込む工程よりも前に、
前記強誘電体メモリ装置に保持されるデータを保証書き換え回数Ｎ1 だけ書き換える工程をさらに備えることを特徴とする請求項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】
強誘電体容量素子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 、保証書き換え回数Ｎ1 ）下でのインプリント特性による寿命を、加速条件（加速温度Ｔ2 、加速試験時間ｔ2 、加速書き換え回数Ｎ2 ）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、
強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された前記インプリント特性の温度依存性と、前記インプリント特性の書き換え回数依存性とに基づいて、前記インプリント特性を評価するために必要な加速係数Ｋを導出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５】
前記強誘電体メモリ装置に保持されるデータを前記加速書き換え回数Ｎ2 だけ書き換える工程と、
前記データを書き換える工程の後に、前記強誘電体メモリ装置に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程と、
前記加速係数Ｋを導出する工程において得られた前記加速係数Ｋを用いて算出される前記加速試験時間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前記第１のデータを保存する工程と、
前記第１の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前記任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程と、
前記強誘電体メモリ装置に書き込まれた前記第２のデータの読み出し動作が可能か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】
前記データを書き換える工程は、
前記データを書き換える際に前記強誘電体容量素子に印加する電圧又は前記データの書き換えを行なう際の温度を増大させて前記データの書き換えを行なうことを特徴とする請求項３又は５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】
前記加速係数Ｋを導出する際に用いる強誘電体容量素子は、前記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ていることを特徴とする請求項１、２、４又は５に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項８】
前記加速係数Ｋを導出する際に用いる強誘電体容量素子は、前記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する単一の評価用容量素子であることを特徴とする請求項１、２、４又は５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】
前記加速係数Ｋは、
下記モデル式を用いて導出されることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋（１／２）・ｌｎ［（ＴC −Ｔ2 ）／（ＴC −Ｔ1 ）］
＋[（Ｐth −Ｐ´）・［（ＴC −Ｔ2 ）1/2 −（ＴC −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2 ・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ]
（但し、Ｅａは前記インプリント特性の活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、ＴC はキュリー温度、Ｐth は前記インプリント特性の経時変化が保存時間の対数に対して実質的に直接的な変化でない第１の領域から実質的に直線的な変化である第２の領域へ移行する境界点における逆方向保持分極、Ｐ´は前記保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極、Ｃ2 は前記第２の領域における前記インプリント特性の進行速度定数、及び、Ａはキュリー・ワイスの法則における比例定数である。）
【請求項１０】
前記加速係数Ｋは、
下記モデル式を用いて算出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋Ｓ・ｌｎ（Ｎ2 ／Ｎ1 ）
＋（１／２）・ｌｎ［（ＴC −Ｔ2 ）／（ＴC −Ｔ1 ）］
＋[（Ｐth −Ｐ´）・［（ＴC −Ｔ2 ）1/2−（ＴC −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2 ・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ]
（但し、Ｅａは前記インプリント特性の活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｓは書き換え回数依存係数、ＴC はキュリー温度、Ｐth は前記インプリント特性の経時変化が保存時間の対数に対して実質的に直接的な変化でない第１の領域から実質的に直線的な変化である第２の領域へ移行する境界点における逆方向保持分極、Ｐ´は前記保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極、Ｃ2 は前記第２の領域における前記インプリント特性の進行速度定数、及び、Ａはキュリー・ワイスの法則における比例定数である。）
【請求項１１】
前記モデル式におけるＡ及びＴC の値は、
前記強誘電体容量素子に前記第１のデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される書き込み方向保持分極ＰSSの保存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９又は１０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】
前記モデル式におけるＡ及びＴC の値は、
前記強誘電体容量素子に前記第１のデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される書き込み方向保持分極ＰSSの２乗を保存温度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と切片とから決定されることを特徴とする請求項９又は１０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】
前記モデル式におけるＰth、Ｅａ、Ｃ2 及びＰ´の値は、
前記強誘電体容量素子に前記第２のデータ書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存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９又は１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１４】
前記モデル式におけるＰthの値は、
前記強誘電体容量素子に前記第２のデータ書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化を保存時間の対数に対してプロットすることによって決定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１５】
前記モデル式におけるＥａの値は、
前記第１の領域において、
式：ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]（但し、ＰOSは前記強誘電体容量素子に前記第２のデータ書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極であり、Ｐ0 はＰOSの初期値）
の経時変化を保存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回帰直線の傾きと切片とから、前記第１の領域における前記インプリント特性の進行速度Ｒ1 を求め、
前記進行速度Ｒ1 の値から、
式：ｒ1 ＝Ｒ1 ／［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2（但し、Ｔは保存温度）
で定義される前記第１の領域における前記インプリント特性の本質的な進行速度ｒ1 を求め、
前記進行速度ｒ1 を前記保存温度の逆数に対してアーレニウスプロットすることにより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９又は１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１６】
前記モデル式におけるＣ2 の値は、
前記第２の領域において、前記強誘電体容量素子に前記第２のデータを書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化を保存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回帰直線の傾きから、前記第２の領域での前記インプリント特性の進行速度Ｒ2 を求め、
前記進行速度Ｒ2 の値から、
式：ｒ2 ＝Ｒ2 ／［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2（但し、Ｔは保存温度）
で定義される前記第２の領域での前記インプリント特性の本質的な進行速度ｒ2 を求め、
前記保存温度の各々に対して求められた前記進行速度ｒ2 の平均値から決定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１７】
前記モデル式におけるＰ´の値は、
式：Ｒ1 ＝Ｃ1 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ1 ）］
と
式：Ｒ2 ＝Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）］1/2
とを用いて、
前記保証温度Ｔ1 における前記第１の領域での前記インプリント特性の進行速度Ｒ1 及び前記第２の領域での前記インプリント特性の進行速度Ｒ2 を求め、
式：Ｐ´＝Ｐth＋（Ｒ2 ／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]−Ｒ2 ・ｌｎ［Ｒ1 ］−Ｒ2 ・ｌｎ［ｔ1 ］
に、前記保証温度Ｔ1における前記進行速度Ｒ1 及び前記進行速度Ｒ2を代入することによって決定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１８】
前記モデル式におけるＳの値は、
前記強誘電体容量素子に前記第２のデータ書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数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１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項１９】
前記モデル式におけるＳの値は、
前記第１の領域において、
式：ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]（但し、ＰOSは前記強誘電体容量素子に前記第２のデータ書き込んだ際に前記強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極であり、Ｐ0 はＰOSの初期値）
の経時変化を保存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回帰直線の傾きと切片とから前記第１の領域でのインプリント特性の進行速度Ｒ1 を求め、
前記進行速度Ｒ1 の対数を書き換え回数の対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決定されることを特徴とする請求項１０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項２０】
強誘電体容量素子を有する強誘電体メモリ装置の実使用条件（保証書き換え回数Ｎ1 ）下におけるインプリント特性による寿命を、加速条件（加速書き換え回数Ｎ2 ）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、
前記インプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて、前記インプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを導出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２１】
前記書き換え回数依存性を測定する際に行なうデータの書き換えは、
前記データを書き換える際に前記強誘電体容量素子に印加する電圧又は前記データの書き換えを行なう際の温度を増大させて前記データの書き換えを行なうことを特徴とする請求項２０に記載の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法。
【請求項２２】
前記加速係数Ｋは、
モデル式：ｌｎ［Ｋ］＝Ｓ・ｌｎ（Ｎ2 ／Ｎ1 ）
（但し、Ｓは書き換え回数依存係数）
を用いて導出されることを特徴とする請求項２０又は２１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、強誘電体容量のインプリント特性と呼ばれる性質を考慮したインプリント特性試験がある。
【０００４】
強誘電体容量のインプリント特性とは、強誘電体容量をある一方向に分極させて保存した際に、強誘電体中に発生する内部電界の影響によって、分極−電圧曲線（ヒステリシス曲線）が電圧軸方向にシフトすると共に、保存中の分極方向が安定化されるという性質である。この性質は、ある一方向の分極状態が持続された後に、その分極方向を逆方向へと反転させる動作を阻害し、逆方向での保持可能な分極量（以下、逆方向保持分極と称する）を減少させてしまう。
【０００５】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、前述のインプリントと呼ばれる性質を模式的に説明するための図である。
【０００６】
図２０（ａ）に示すように、強誘電体容量に正方向の分極（＋ＰSS）を書き込んで保存すると、ヒステリシス曲線は点線で示した保存前の曲線から実線で示した曲線へと電圧軸の負方向へシフトする。このとき、書き込み方向の分極（＋ＰSS）は安定化され、保存を続けてもほとんど減少することはない。しかし、ヒステリシス曲線がシフトすることによって分極方向を逆方向へ反転させる動作が困難となり、逆方向保持分極は初期の−ＰOSから−ＰOS´へとその大きさが減少してしまう。
【０００７】
同様に、強誘電体容量に負方向の分極（−ＰSS）を書き込んだ場合にも、図２０（ｂ）に示すように、ヒステリシス曲線が電圧軸の正方向にシフトする。このとき、書き込み方向の分極（−ＰSS）が安定化され、逆方向保持分極は＋ＰOSから＋ＰOS´へとその大きさが減少する。
【０００８】
これによって、強誘電体メモリ装置では、ある一方向の記憶データ（例えばデータ“０”）を長期間保持した後に、その逆方向データ（データ“１”）を書き込んだり又は読み出したりする動作が困難となり、極端な場合、逆方向データの書き込み又は読み出し不良が発生することになる。
【０００９】
次に、強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験について説明する。
【００１０】
強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、前述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、その逆方向のデータの書き込み又は読み出しが可能であるか否かを試験するものである。このインプリント特性試験は、強誘電体メモリ装置の信頼性を決定づける特性試験として最も重要であり、一般に広く実施されている。
【００１１】
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。前述した強誘電体メモリ装置のインプリント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インプリント特性を、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、インプリント特性が保存温度が高いほど速く進行するという性質を考慮して、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。
【００１２】
温度ストレスを用いた加速試験は、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 における保証時間ｔ1 に相当する加速温度Ｔ2 での試験時間ｔ2 を決定するための加速係数Ｋ、すなわち保証時間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。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。
【００１３】
ｔ2 ＝ｔ1 ／Ｋ                                                    ・・・（１）
一般に、この加速係数Ｋは、温度加速性を支配する因子である活性化エネルギーＥａを別途測定することによって決定し、決定した活性化エネルギーＥａを次式（２）のいわゆるアーレニウスモデル式にあてはめることによって導出されることが多い。
【００１４】
Ｋ＝ｅｘｐ［（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）］                ・・・（２）
従来、温度ストレスを用いた強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験においても、前述したアーレニウスモデル式に基づく試験時間の決定を経て、加速試験が実施されている（例えば特許文献１参照）。
【００１５】
以下、従来に係る強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法について、図２１を参照しながら説明する。
【００１６】
図２１は、従来に係る強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法を示すフローチャートを示す図である。
【００１７】
まず、ステップＳ２０において、強誘電体メモリ装置に任意の方向の第１のデータを書き込む（第１のデータ書き込み工程）。
【００１８】
次に、ステップＳ３０において、データ保持保証温度Ｔ1 よりも高温の加速温度Ｔ2 において所定の保存時間ｔ2 だけ強誘電体メモリ装置を保存する（温度ストレス印加工程）。ここで、保存時間ｔ2 は、別途実施されるステップＳ４０において、ある任意の測定によって得られた活性化エネルギーＥａの値を用いて、前述した式（２）のアーレニウスモデル式を使用して加速係数Ｋを決定した後、この加速係数Ｋの値を用いて前述した式（１）に従って決定する（保存時間決定工程）。
【００１９】
次に、ステップＳ５０において、強誘電体メモリ装置に保持されている第１のデータを反転させて、第１のデータとは逆方向の第２のデータを書き込む（第２のデータ書き込み工程）。
【００２０】
次に、ステップＳ６０において、第２のデータの読み出し検査を実施する（読み出し検査工程）。このようにして、従来に係る強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は行なわれている。
【００２１】
ここで、図２１のステップＳ４０に示した保存時間決定工程において、保存時間ｔ2 をアーレニウスモデル式を使用して決定することについて、以下に詳細に説明する。
【００２２】
本願発明者は、すでに、強誘電体容量のインプリント特性の進行に伴って減少する逆方向保持分極ＰOSの詳細な解析結果から、インプリント特性の経時変化及びインプリント特性の本質的な温度依存性が次式（３）から（６）に従うことを見出している。
（領域Ｉ）     ＰOS≧Ｐthのとき
ＰOSの経時変化    ＰOS＝Ｐ0・ｅｘｐ［−（Ｒ1・ｔ）n ］            ・・・（３）
ＰOSの温度依存性  Ｒ1＝Ｃ1・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］          ・・・（４）
（領域II）     ＰOS＜Ｐthのとき
ＰOSの経時変化    ＰOS＝Ｐth−Ｒ2・ｌｎ［ｔ／ｔth］               ・・・（５）
ＰOSの温度依存性  Ｒ2＝Ｃ2                                        ・・・（６）
但し、式（３）において、Ｐ0 はインプリント特性進行前のＰOSの初期値、Ｒ1 は進行速度、ｔは保存時間、及び、ｎは温度によって変化しない定数を表している。なお、式（３）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（３）に含まれるｎはstretching factor と呼ばれている。また、式（４）において、Ｃ1 は定数、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度（絶対温度）を表している。また、式（５）において、Ｐthはインプリント特性の経時変化が領域I（非線形的な変化、つまり実質的に直線的でない変化を示す領域）から領
域II（線形的な変化、つまり実質的に直線的である変化を示す領域）に変化する領域変化点におけるＰOSの値、Ｒ2 は進行速度、ｔthはＰOSがＰthに到達する保存時間を表している。また、式（６）において、Ｃ2 は温度によって変化しない定数である。なお、ＰOS＝Ｐthにおいては、式（３）と（５）とが同時に成立するので、この場合、式（５）は、次のようにｔthが消去された形の式（７）でも表すことができる。
【００２３】
ＰOS＝Ｐth＋（Ｒ2／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]
−Ｒ2・ｌｎ［Ｒ1］−Ｒ2・ｌｎ［ｔ］                       ・・・（７）
図２２は、前述の式（３）から（６）によって記述されるＰOSの経時変化及び温度依存性を、保証温度Ｔ1と加速温度Ｔ2 との場合について概略的に図示したものである。
【００２４】
図２２に示すように、ＰOSの経時変化、すなわちインプリント特性の経時変化に関しては、ＰOSが境界値Ｐthに進行するまでの間は、前述の式（３）で表されるstretched exponential 関数に従うと共に、それ以降は式（５）で表されるような保存時間ｔの対数に対して線形的に変化する関数（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ＰOSの経時変化には、境界値Ｐth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。なお、境界値Ｐth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。
【００２５】
また、図２２に示すように、逆方向保持分極の読み出し電荷量ＰOSの温度依存性に関しては、stretched exponential 領域では、式（４）に示すように、進行速度Ｒ1 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。一方、logarithmic 領域では、式（６）に示すように、進行速度Ｒ2 （すなわち図２２に示すグラフでは保存時間ｔの対数に対する勾配）は温度に対して一定である、言い換えると進行速度Ｒ2 は温度依存性を持たない。また、保存温度が高いほどstretched exponential 領域からlogarithmic 領域へ移行するまでの保存時間ｔthが短くなるにもかかわらず、stretched exponential 領域からlogarithmic 領域へ移行へ移行する境になる境界値Ｐthの値は温度によって変化しない。
【００２６】
この場合、温度ストレスを用いたインプリント特性の加速試験において必要となる加速係数Ｋは式（１）から次式（８）によって定義される。
【００２７】
ｌｎ［Ｋ］＝  ｌｎ［ｔ1／ｔ2］                                    ・・・（８）
但し、式（８）において、ｔ1 は保証温度Ｔ1 における保証時間、ｔ2 は保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後のＰOS／Ｐ0 の値と同じ値を加速温度Ｔ2 において得るための試験時間を表している。
【００２８】
保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後のＰOSの値をＰ´とし、図２２に示すように、Ｐ´がlogarithmic 領域内にあるとすると、式（５）を変形した式（７）から、次式（９）及び（１０）が成立する。
【００２９】
ｌｎ［ｔ1］＝（Ｐth−Ｐ´）／Ｒ21 ＋（１／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]
−ｌｎ［Ｒ11］                                    ・・・（９）
ｌｎ［ｔ2］＝（Ｐth−Ｐ´）／Ｒ22＋（１／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]
−ｌｎ［Ｒ12］                                  ・・・（１０）
但し、式（９）において、Ｒ11は保証温度Ｔ1におけるstretched exponential 領域の進行速度、Ｒ21は保証温度Ｔ1 におけるlogarithmic 領域の進行速度を表している。また、式（１０）において、Ｒ12は加速温度Ｔ2におけるstretched exponential 領域の進行速度、Ｒ22は加速温度Ｔ2におけるlogarithmic 領域の進行速度を表している。
【００３０】
式（９）及び式（１０）を式（８）に代入すると、加速係数Ｋの基本式として、次式（１１）が得られる。
【００３１】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｐth−Ｐ´）・（Ｒ22−Ｒ21）／（Ｒ21・Ｒ22）
＋ｌｎ［Ｒ12／Ｒ11］                              ・・・（１１）
また、式（１１）におけるＲ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22は、式（４）及び式（６）より、それぞれ次式（１２）から式（１５）で表される。
【００３２】
Ｒ11＝Ｃ1・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ1 ）］                       ・・・（１２）
Ｒ12＝Ｃ1・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ2 ）］                       ・・・（１３）
Ｒ21＝Ｃ2                                                       ・・・（１４）
Ｒ22＝Ｃ2                                                       ・・・（１５）
式（１２）から式（１５）を式（１１）に代入すると、式（１４）及び式（１５）からＲ21とＲ22とが等しいので、式（１１）の右辺第一項は０となり、最終的に次式（１６）が得られる。
【００３３】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）                ・・・（１６）
式（１６）は、式（２）を参照すると明らかなように、いわゆるアーレニウスモデルの一般式である。このことは、温度ストレスを用いたインプリント特性の加速試験において、インプリント特性がその本質的な温度依存性に従っている限りにおいては、アーレニウスモデル式に従って加速係数Ｋを決定してよいことを意味している。
【００３４】
以上の方法によって、前述した図２１におけるステップＳ６０に示す読み出し検査工程において、第２のデータの読み出し不良が発生しなければ、データ保持保証温度Ｔ1 において保証時間ｔ1 を越えるインプリント特性による寿命を保証することができる。
【００３５】
なお、強誘電体メモリ装置の信頼性保証項目には、データ保持温度又はデータ保持時間以外にデータ書き換え回数が含まれることが多い。このような場合には、一般に所定の書き換え保証回数Ｎ1 回だけのデータ書き換えを実施した後のインプリント特性による寿命を保証しなければならない。したがって、この場合の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、図２１におけるステップＳ２０に示す第１のデータ書き込み工程の前に、書き換え保証回数Ｎ1 回のデータを書き換えるデータ書き換え工程が付加された図２３に示すフローチャートに従って実施されている（例えば非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１０２６００号公報
【非特許文献１】Y.Nagano 他２３名、“0.18μm SBT-Based Enbedded FeRAM Operating at a Low Voltage of 1.1V"、2003 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
しかしながら、従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法によると、以下のような問題があった。
【００３７】
前述で説明したように、強誘電体容量素子のインプリント特性は、強誘電体容量素子にある一方向の分極を保持させた状態（書き込んだ状態）を持続させることによって発生する。このとき、はじめに書き込まれた方向の分極量（以下、書き込み方向保持分極と称する）は、強誘電体材料に特有のキュリー・ワイスの法則と呼ばれる温度依存性に従って、高温になるほど減少するという性質を有している。
【００３８】
一方で、インプリント特性の進行速度は書き込み方向保持分極の大きさによって変化し、書き込み方向保持分極が小さくなるにつれて進行速度が遅くなるという性質を有している。
【００３９】
したがって、従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法において、第１のデータ書き込み工程（図２１のステップＳ２０参照）で任意の方向の第１のデータを書き込んだ後に、温度ストレス印加工程（同ステップＳ３０参照）で第１のデータを高温の加速温度Ｔ2 で保存すると、温度が上昇することによって第１のデータに相当する書き込み方向保持分極が減少する。このとき、インプリント特性の進行速度は、本質的には温度ストレスによって加速されるが、その一方で、書き込み方向保持分極の減少によって減速される。すなわち、インプリント特性の進行速度には、本質的な温度ストレスによる加速成分とキュリー・ワイスの法則に基づいて書き込み方向保持分極が減少するという減速成分（以下、キュリー・ワイスの法則による減速成分と称する）とが同時に存在することになる。
【００４０】
このような状況について、図２４を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００４１】
図２４は、図２２に示した逆方向保持分極ＰOSの本質的な経時変化及び温度依存性と、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む経時変化及び温度依存性とを概略的に比較した図である。
【００４２】
図２４に示すように、保証温度Ｔ1 でのインプリント特性の進行を表す逆方向保持分極ＰOSの経時変化（図２４では細い実線で示している）は、加速温度Ｔ2 において、本質的には図中の太い点線で示したように加速される挙動を示す。しかしながら、実際には、前述したように、本質的な温度ストレスによる加速成分が存在する一方で、書き込み方向保持分極の減少に起因するキュリー・ワイスの法則による減速成分が同時に発生するので、加速温度Ｔ2 での経時変化は、本質的な温度ストレスによる加速のみが考慮された場合よりも遅くなり、図中の太い実線で示した程度までしか加速されない挙動を示す。
【００４３】
その結果、インプリント特性の温度加速性をアーレニウスモデルによって取り扱うことは現実的ではない。なぜならば、書き込み方向保持分極の減少をもたらすキュリー・ワイスの法則と呼ばれる温度依存性は、後述するように、アーレニウス因子（ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］）とは全く異なる形の温度関数となる。したがって、本質的な温度ストレスによる加速成分が存在する一方で、キュリー・ワイスの法則による減速成分が同時に発生する場合の温度加速性は、アーレニウスモデル式（２）ではもはや記述することができないからである。
【００４４】
このような状況を考慮すると、従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法のように、保存時間決定工程（図２１のステップＳ４０参照）においてアーレニウスモデル式（２）を使用して保存時間ｔ2 を決定すると、図２４に示すように、減速成分が発生する実際の経時変化から必要とされる保存時間ｔ2´ よりも短い試験時間が決定されてしまうことになる。保存時間ｔ2 での試験時間では、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後のインプリント特性の進行状態を正確に再現することは不可能である。
【００４５】
すなわち、従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法では、加速係数Ｋがアーレニウスモデル式を使用して算出されていたために、実際に必要となる試験時間よりも短い試験時間が決定されてしまう。その結果、正しい加速試験を実施することができず、インプリント特性による強誘電体メモリ装置の寿命を過大に評価してしまうという問題点があった。
【００４６】
また、インプリント特性の温度加速性において温度ストレスによる加速成分とキュリー・ワイスの法則による減速成分とが同時に発生する場合、その必然的な結果として、温度ストレスによる加速の大きさに限界点が発生する。つまり、ある温度以上に加速温度を上昇させると、キュリー・ワイスの法則による減速成分が温度ストレスによる加速成分を上回り、それ以上に温度を上昇させても試験時間を短縮することができなくなる。
【００４７】
その結果、従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法における温度ストレスのみを用いた加速試験では、保証温度の値によっては、極めて長時間の試験時間が必要になってしまうという問題も生じていた。
【００４８】
前記に鑑み、本発明は、強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験に必要な試験時間を正しく決定することにより、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を適正に行なうことを実現することを目的とする。また、本発明は、この適正な寿命の評価を短時間で行なうことができる試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
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、強誘電体容量素子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 ）下でのインプリント特性による寿命を、加速条件（加速温度Ｔ2 、加速試験時間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、強誘電体容量素子に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程又は強誘電体容量素子に任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程を含み、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された前記インプリント特性の温度依存性に基づいて、インプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを導出する工程を備えることを特徴とする。
【００５０】
第１の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質を考慮して決定するため、強誘電体メモリ装置の保証温度において保証時間ｔ1 が経過した後の状態を確実に再現することが可能となるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。
【００５１】
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において、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程と、加速係数Ｋを導出する工程において得られた加速係数Ｋを用いて算出される加速試験時間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第１のデータを保存する工程と、第１のデータを保存する工程の後に、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程と、強誘電体メモリ装置に書き込まれた第２のデータの読み出し動作が可能か否かを検査する工程とをさらに備えることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された正確な加速係数に基づいて、加速試験に必要な正しい加速試験時間ｔ2 を決定できるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。
【００５３】
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において、第１のデータを書き込む工程よりも前に、強誘電体メモリ装置に保持されるデータを保証書き換え回数Ｎ1 だけ書き換える工程をさらに備えることが好ましい。
【００５４】
このようにすると、強誘電体メモリ装置に保持されるデータを保証書き換え回数Ｎ1 だけ書き換えた後における強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００５５】
本発明に係る第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、強誘電体容量素子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 、保証書き換え回数Ｎ1 ）下でのインプリント特性による寿命を、加速条件（加速温度Ｔ2 、加速試験時間ｔ2 、加速書き換え回数Ｎ2 ）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、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮されたインプリント特性の温度依存性と、インプリント特性の書き換え回数依存性とに基づいて、インプリント特性を評価するために必要な加速係数Ｋを導出する工程を備えることを特徴とする。
【００５６】
第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質を考慮して決定するため、強誘電体メモリ装置の保証温度において保証時間ｔ1 が経過した後の状態を確実に再現することが可能となるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。さらに、加速係数Ｋは、インプリント特性の書き換え回数依存性にも基づいて決定されているので、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質に起因した温度加速性の限界によって温度ストレスのみの加速試験では試験時間が長時間化する場合であっても、試験時間を効率良く短縮することが可能となる加速係数Ｋを算出することができる。したがって、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を短時間で完了できる。
【００５７】
本発明に係る第２の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保持されるデータを加速書き換え回数Ｎ2 だけ書き換える工程と、データを書き換える工程の後に、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向を有する第１のデータを書き込む工程と、加速係数Ｋを導出する工程において得られた加速係数Ｋを用いて算出される加速試験時間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第１のデータを保存する工程と、第１のデータを保存する工程の後に、強誘電体メモリ装置に任意の分極方向とは逆の分極方向を有する第２のデータを書き込む工程と、強誘電体メモリ装置に書き込まれた第２のデータの読み出し動作が可能か否かを検査する工程とをさらに備えることが好ましい。
【００５８】
このようにすると、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された正確な加速係数Ｋに基づいて、加速試験に必要な正しい加速試験時間ｔ2 を決定できるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。さらに、書き換えストレスを併用しているので、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質に基づく温度加速性の限界によって温度ストレスのみの加速試験では試験時間が長時間化する場合であっても、試験時間を効率良く短縮することが可能である。したがって、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を短時間で完了できる。
【００５９】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、データを書き換える工程は、データを書き換える際に強誘電体容量素子に印加する電圧又はデータの書き換えを行なう際の温度を増大させてデータの書き換えを行なうことが好ましい。
【００６０】
このようにすると、温度ストレスに加えて書き換えストレスを併用したインプリント特性試験を実施する際に、書き換えストレスを印加する際に要する時間を効率良く短縮することが可能になる。したがって、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価をさらに短時間で完了することができる。
【００６１】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、加速係数Ｋを導出する際に用いる強誘電体容量素子は、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ていることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、強誘電体メモリ装置を用いた測定では決定することが困難である、加速係数Ｋを算出するために必要となるパラメータの値を、強誘電体メモリ装置を構成する容量素子と同一の構造を有している容量素子を用いて容易に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数Ｋを容易且つ確実に算出することが可能になり、適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を実現できる。
【００６３】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、加速係数Ｋを導出する際に用いる強誘電体容量素子は、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する単一の評価用容量素子であることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、例えばトランジスタ等からなる周辺回路をはじめとする強誘電体容量素子以外の他の構成要素の影響を防止して、より正確な加速係数Ｋを容易且つ確実に算出し、適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を実現できる。
【００６５】
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において、加速係数Ｋは、下記モデル式を用いて導出されることを特徴とする。
【００６６】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋（１／２）・ｌｎ［（ＴC −Ｔ2 ）／（ＴC −Ｔ1 ）］
＋[（Ｐth −Ｐ´）・［（ＴC −Ｔ2 ）1/2 −（ＴC −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2 ・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ]
（但し、Ｅａはインプリント特性の活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、ＴC はキュリー温度、Ｐth はインプリント特性の経時変化が保存時間の対数に対して実質的に直接的な変化でない第１の領域から実質的に直線的な変化である第２の領域へ移行する境界点における逆方向保持分極、Ｐ´は保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極、Ｃ2 は第２の領域におけるインプリント特性の進行速度定数、及び、Ａはキュリー・ワイスの法則における比例定数である。）
このモデル式を用いると、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された正しい加速係数を確実に算出することができる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００６７】
本発明に係る第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、加速係数Ｋは、下記モデル式を用いて算出されることを特徴とする。
【００６８】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋Ｓ・ｌｎ（Ｎ2 ／Ｎ1 ）
＋（１／２）・ｌｎ［（ＴC −Ｔ2 ）／（ＴC −Ｔ1 ）］
＋[（Ｐth −Ｐ´）・［（ＴC −Ｔ2 ）1/2−（ＴC −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2 ・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ]
（但し、Ｅａはインプリント特性の活性化エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｓは書き換え回数依存係数、ＴC はキュリー温度、Ｐth はインプリント特性の経時変化が保存時間の対数に対して実質的に直接的な変化でない第１の領域から実質的に直線的な変化である第２の領域へ移行する境界点における逆方向保持分極、Ｐ´は保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極、Ｃ2 は第２の領域における前記インプリント特性の進行速度定数、及び、Ａはキュリー・ワイスの法則における比例定数である。）
このモデル式を用いると、書き換えストレスを併用した場合においても、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された正しい加速係数を確実に算出することができる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００６９】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＡ及びＴC の値は、強誘電体容量素子に第１のデータを書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される書き込み方向保持分極ＰSSの保存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。
【００７０】
このようにすると、モデル式におけるＡ及びＴC の値を容易に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。なお、モデル式におけるＡ及びＴC の値を強誘電体メモリ装置を用いた測定では決定することが困難である場合には、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用の容量素子を用いることで容易に決定できる。
【００７１】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＡ及びＴC の値は、強誘電体容量素子に第１のデータを書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される書き込み方向保持分極ＰSSの２乗を保存温度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と切片とから決定されることが好ましい。
【００７２】
このようにすると、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＡ及びＴC の値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００７３】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体容量素子の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＰth、Ｅａ、Ｃ2 及びＰ´の値は、強誘電体容量素子に第２のデータ書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存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。
【００７４】
このようにすると、モデル式におけるＰth、Ｅａ、Ｃ2 及びＰ´の値を容易に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００７５】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＰthの値は、強誘電体容量素子に第２のデータ書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化を保存時間の対数に対してプロットすることによって決定されることが好ましい。
【００７６】
このようにすると、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＰthの値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。なお、モデル式におけるＰth、Ｅａ、Ｃ2 及びＰ´の値を強誘電体メモリ装置を用いた測定では決定することが困難である場合には、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用の容量素子を用いることで容易に決定できる。
【００７７】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＥａの値は、第１の領域において、式：ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]（但し、ＰOSは強誘電体容量素子に第２のデータ書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極であり、Ｐ0 はＰOSの初期値）の経時変化を保存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回帰直線の傾きと切片とから、第１の領域におけるインプリント特性の進行速度Ｒ1 を求め、進行速度Ｒ1 の値から、式：ｒ1 ＝Ｒ1 ／［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2（但し、Ｔは保存温度）で定義される第１の領域におけるインプリント特性の本質的な進行速度ｒ1 を求め、進行速度ｒ1 を保存温度の逆数に対してアーレニウスプロットすることにより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。
【００７８】
このようにすると、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＥａの値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００７９】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＣ2 の値は、第２の領域において、強誘電体容量素子に第２のデータを書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化を保存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回帰直線の傾きから、第２の領域でのインプリント特性の進行速度Ｒ2 を求め、進行速度Ｒ2 の値から、式：ｒ2 ＝Ｒ2 ／［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2（但し、Ｔは保存温度）で定義される第２の領域でのインプリント特性の本質的な進行速度ｒ2 を求め、保存温度の各々に対して求められた進行速度ｒ2 の平均値から決定されることが好ましい。
【００８０】
このようにすると、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＣ2 の値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００８１】
本発明に係る第１又は第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いる各々のモデル式におけるＰ´の値は、式：Ｒ1 ＝Ｃ1 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ1 ）］と式：Ｒ2 ＝Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）］1/2とを用いて、保証温度Ｔ1 における第１の領域でのインプリント特性の進行速度Ｒ1 及び第２の領域でのインプリント特性の進行速度Ｒ2 を求め、式：Ｐ´＝Ｐth＋（Ｒ2 ／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]−Ｒ2 ・ｌｎ［Ｒ1 ］−Ｒ2 ・ｌｎ［ｔ1 ］に、保証温度Ｔ1における進行速度Ｒ1 及び進行速度Ｒ2を代入することによって決定されることが好ましい。
【００８２】
このようにすると、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＰ´の値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【００８３】
本発明に係る第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いるモデル式におけるＳの値は、強誘電体容量素子に第２のデータ書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数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。
【００８４】
このようにすると、モデル式における加速パラメータＳの値を容易に決定することができる。このため、モデル式を用いて書き換えストレスを併用した場合の正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を高精度且つ短時間で評価できる。なお、モデル式におけるＳの値を強誘電体メモリ装置を用いた測定では決定することが困難である場合には、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用の容量素子を用いることで容易に決定できる。
【００８５】
本発明に係る第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法で用いるモデル式におけるＳの値は、第１の領域において、式：ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]（但し、ＰOSは強誘電体容量素子に第２のデータ書き込んだ際に強誘電体容量素子に保持される逆方向保持分極であり、Ｐ0 はＰOSの初期値）の経時変化を保存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回帰直線の傾きと切片とから第１の領域でのインプリント特性の進行速度Ｒ1 を求め、進行速度Ｒ1 の対数を書き換え回数の対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決定されることが好ましい。
【００８６】
このようにすると、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性の測定結果に基づいて、モデル式におけるＳの値を正確に決定することができる。このため、モデル式を用いて書き換えストレスを併用した場合の正しい加速係数を容易且つ確実に算出できる。したがって、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を高精度且つ短時間で評価できる。
【００８７】
本発明に係る第３の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法は、強誘電体容量素子を有する強誘電体メモリ装置の実使用条件（保証書き換え回数Ｎ1 ）下におけるインプリント特性による寿命を、加速条件（加速書き換え回数Ｎ2 ）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、インプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて、インプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを導出する工程を備えることを特徴とする。
【００８８】
第３の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、データの書き換えの際のインプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて決定するので、強誘電体メモリ装置の保証書き換え回数のデータの書き換えを行なった後の状態を確実に再現することが可能となる。これにより、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。
【００８９】
本発明に係る第３の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、書き換え回数依存性を測定する際に行なうデータの書き換えは、データを書き換える際に強誘電体容量素子に印加する電圧又はデータの書き換えを行なう際の温度を増大させてデータの書き換えを行なうことが好ましい。
【００９０】
このようにすると、書き換えストレスを印加する際に要する時間を効率良く短縮することが可能になる。したがって、インプリント特性による寿命の評価をさらに短時間で完了することができる。
【００９１】
本発明に係る第３の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、加速係数Ｋは、モデル式：ｌｎ［Ｋ］＝Ｓ・ｌｎ（Ｎ2 ／Ｎ1 ）（但し、Ｓは書き換え回数依存係数）を用いて導出されることを特徴とする、
このモデル式を用いると、正しい加速係数を確実に算出することができるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価できる。
【発明の効果】
【００９２】
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によると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、強誘電体容量素子に保持される分極量がキュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質を考慮して決定するため、強誘電体メモリ装置の保証温度において保証時間ｔ1 が経過した後の状態を確実に再現することが可能となるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。つまり、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命が過大評価されることを防止した適正な信頼性試験を実現することができる。
【００９３】
本発明に係る第２の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、第１の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法による効果に加え、加速係数Ｋは、インプリント特性の書き換え回数依存性にも基づいて決定されているので、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質に起因した温度加速性の限界によって温度ストレスのみの加速試験では試験時間が長時間化する場合であっても、試験時間を効率良く短縮することが可能となる加速係数Ｋを算出することができる。したがって、キュリー・ワイスの法則に起因して温度上昇に応じて減少するという性質が考慮された適正な強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命の評価を短時間で完了できる。つまり、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命が過大評価されることを防止した適正な信頼性試験を高精度且つ短時間で完了することが実現できる。
【００９４】
第３の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法によると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、データの書き換えの際のインプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて決定するので、強誘電体メモリ装置の保証書き換え回数のデータの書き換えを行なった後の状態を確実に再現することが可能となるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。つまり、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命が過大評価されることを防止した適正な信頼性試験を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９５】
（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インプリント特性試験方法について図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図１は、本発明の第１の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ステップを示すフローチャートである。具体的には、図１は、データ書き換え回数Ｎ1 回後での温度（保証温度）Ｔ1 における時間（保証時間 ）ｔ1 のインプリント特性寿命を保証するために実施される強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法を示している。
【００９７】
図１に示すように、まず、ステップＳ１００Ａにおいて、強誘電体メモリ装置に対してＮ1 回だけデータの書き換えを行なう（データ書き換え工程）。
【００９８】
次に、ステップＳ２００において、強誘電体メモリ装置に任意の方向の第１のデータを書き込む（第１のデータ書き込み工程）。
【００９９】
次に、ステップＳ３００において、温度Ｔ1 よりも高温の加速温度Ｔ2 において保存時間（加速試験時間）ｔ2 だけ強誘電体メモリ装置を保存する（温度ストレス印加工程）。
【０１００】
また、このステップＳ３００において必要となる保存時間ｔ2 の決定は、ステップＳ４００（保存時間決定工程）において、次にのように決定する。すなわち、別途測定された加速パラメータの値を用いて、前述したように、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した温度加速性が記述された加速モデル式（後述で説明する）を使用して加速係数Ｋを算出した後、この加速係数Ｋの値を用いて式（１）（背景技術を参照）に従って保存時間ｔ2 を決定する。
【０１０１】
次に、ステップＳ５００において、強誘電体メモリ装置に保持されている第１のデータを反転させて、第１のデータとは逆方向の第２のデータを書き込む（第２のデータ書き込み工程）。
【０１０２】
次に、ステップＳ６００において、強誘電体メモリ装置から第２のデータを読み出すことができるか否かを検査して（読み出し検査工程）、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験を終了する。
【０１０３】
ここで、前述したステップＳ４００における保存時間決定工程に必要となる加速モデル式について、詳細に説明する。
【０１０４】
Ｓ４００で保存時間ｔ2 を決定するためには、キュリー・ワイスの法則に起因する書き込み方向保持分極の減少による減速成分を含めた温度加速性が記述されたインプリント特性試験に用いる新たな加速モデル式が必要である。そこで、種々の検討を加えた結果、以下に示す解析過程によって新たな加速モデル式が見出された。
【０１０５】
まず、書き込み方向保持分極が保存温度に対してどのように変化するかについては、次式（１７）のように表せる。
【０１０６】
ＰSS ＝［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2                                  ・・・（１７）
但し、式（１７）において、ＰSS は書き込み方向保持分極、Ｔは保存温度、ＴC はキュリー温度、Ａは定数を表している。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。
【０１０７】
式（１７）は、キュリー温度よりも低い温度領域における保持分極の温度依存性を表しており、キュリー・ワイスの法則と呼ばれている。式（１７）に示すように、キュリー・ワイスの法則における温度依存性は、アーレニウス因子（ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］）で記述される温度依存性とは全く異なるものである。
【０１０８】
次に、インプリント特性の進行速度は書き込み方向保持分極の大きさによって変化するが、このとき、進行速度と書き込み方向保持分極との間には、次式（１８）のように比例関係が成立する。
【０１０９】
Ｒ＝Ｒ´・ＰSS                                              ・・・（１８）
但し、式（１８）において、Ｒはインプリントの進行速度、Ｒ´は比例定数を表している。
【０１１０】
したがって、式（１７）及び式（１８）より、次式（１９）が得られる。
【０１１１】
Ｒ＝Ｒ´・［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2                            ・・・（１９）
式（１９）は、キュリー・ワイスの法則に起因する書き込み方向保持分極の減少によって、保存温度が高いほどインプリントの進行速度が減少するようすを示しているが、式（１９）における比例定数Ｒ´は、このようにインプリントの進行速度を減速させる成分が含まれないインプリントの本質的な進行速度を意味している。したがって、インプリントの本質的な進行速度の温度依存性を表す式（４）又は式（６）（背景技術を参照）を、式（１９）のＲ´に代入すると、次式（２０）及び（２１）が得られる。
【０１１２】
Ｒ1 ＝Ｃ1・［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］・・・（２０）
Ｒ2 ＝Ｃ2・［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2                              ・・・（２１）
つまり、式（２０）及び式（２１）は、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含んだインプリントの進行速度の温度依存性を、stretched exponential 領域とlogarithmic 領域とについてそれぞれ記述したものである。
【０１１３】
この場合の加速係数Ｋは、加速係数Ｋの基本式（１１）（背景技術を参照）に、式（２０）及び式（２１）より得られる次式（２２）から（２５）を代入することによって与えられる。
【０１１４】
Ｒ11 ＝Ｃ1・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ1 ）］
・・・（２２）
Ｒ12 ＝Ｃ1・［Ａ・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ2 ）］
・・・（２３）
Ｒ21 ＝Ｃ2・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）］1/2                           ・・・（２４）
Ｒ22 ＝Ｃ2・［Ａ・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2                           ・・・（２５）
代入した式を整理すると、保証温度Ｔ1 と加速温度Ｔ2 との間の加速係数Ｋを与える式として、最終的に次式（２６）が得られる。
【０１１５】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋（１／２）・ｌｎ［（ＴC −Ｔ2 ）／（ＴC −Ｔ1 ）］
＋[（Ｐth−Ｐ´）・［（ＴC −Ｔ2 ）1/2−（ＴC −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2・［Ａ・（ＴC −Ｔ1 ）・（ＴC −Ｔ2 ）］1/2 ]
・・・（２６）
以上のようにして、温度ストレスを用いたインプリント特性試験において実際に発生するキュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した新たな加速モデル式（２６）が導出される。式（２６）は、式（１６）（背景技術を参照）と比較すると、アーレニウスモデルの一般式である第１項に、キュリー温度ＴC を含む第２項及び第３項が付加された形となっている。この第２項及び第３項は、Ｔ2 ＞Ｔ1 であることを考慮すると、いずれも必ず負の値となる項であり、キュリー・ワイスの法則による減速成分を表している。この式（２６）を使用して加速係数Ｋを算出すれば、式（１）（背景技術を参照）によって保存時間ｔ2 を確実に決定することができる。
【０１１６】
次に、式（２６）を用いて加速係数Ｋを算出して保存時間ｔ2 を具体的に決定するためは、式（２６）に含まれる活性化エネルギーＥａ、キュリー温度ＴC 、stretched exponential 領域からlogarithmic 領域への領域変化点における逆方向保持分極Ｐth、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極Ｐ´、logarithmic 領域のインプリント進行速度定数Ｃ2 及びキュリー・ワイスの法則における比例定数Ａの６個の加速パラメータを決定しなければならない。
【０１１７】
以下、図１のステップＳ４００に示した保存時間決定工程において、前述の加速パラメータを決定した上で、加速係数Ｋを算出した後、保存時間ｔ2 を決定する方法について、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら詳細に説明する。
【０１１８】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ保存時間決定工程（ステップＳ４００）において行なわれる各工程を示すフローチャートである。
【０１１９】
まず、加速パラメータのうちの比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC の決定方法について、図２（ａ）を参照しながら説明する。
【０１２０】
図２（ａ）に示すように、ステップＳ４１０において、書き込み方向保持分極Ｐssの保存温度依存性を測定する。
【０１２１】
次に、ステップＳ４２０において、書き込み方向保持分極Ｐssの保存温度依存性の測定結果を用いて、比例定数ＴC 及びキュリー温度Ａを決定する。
【０１２２】
具体的には、まず、各保存温度におけるＰssの２乗を保存温度（絶対温度）に対してプロットし、その近似直線の傾きａ及び切片ｂの値を求める。
【０１２３】
次に、式（１７）に基づいて、次式（２７）及び（２８）より、比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC を決定する。
【０１２４】
Ａ＝  −ａ                                                      ・・・（２７）
ＴC ＝  −ｂ／ａ                                                ・・・（２８）
次に、加速パラメータのうちの逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及び逆方向保持分極Ｐ´の決定方法について、図２（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１２５】
図２（ｂ）に示すように、ステップＳ４３０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性を測定する。
【０１２６】
次に、ステップＳ４４０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果を用いて、逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及びＰ´を決定する。
【０１２７】
具体的には、まず、各保存温度における逆方向保持分極ＰOSを保存時間の対数に対してプロットし、その経時変化がstretched exponential 領域からlogarithmic 領域に移行する点におけるＰOSの値を求め、これを逆方向保持分極Ｐthとして決定する。
【０１２８】
次に、各保存温度におけるstretched exponential 領域でのＰOSの初期値Ｐ0 に対する変化率（ＰOS／Ｐ0 ）を、縦軸をｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]、横軸を保存時間の対数としてプロットし、その回帰直線の傾きｃ及び切片ｄを求める。
【０１２９】
このとき、ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]と保存時間との関係は、式（３）（背景技術を参照）で示したstretched exponential 領域での経時変化を表す式を変形すると、次式（２９）のように表すことができる。
【０１３０】
ｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]＝ｎ・ｌｎ[ｔ]＋ｎ・ｌｎ[Ｒ1 ]          ・・・（２９）
つまり、プロットして得られる回帰直線の傾きｃ及び切片ｄについては、それぞれ次式（３０）及び（３１）が成立する。
【０１３１】
ｃ＝ｎ                                                          ・・・（３０）
ｄ＝ｎ・ｌｎ[Ｒ1 ]                                              ・・・（３１）
したがって、傾きｃ及び切片ｄから、次式（３２）によって各保存温度におけるstretched exponential 領域でのインプリント進行速度Ｒ1 が求められる。
【０１３２】
Ｒ1 ＝ｅｘｐ［ｄ／ｃ］                                          ・・・（３２）
また、同様に、各保存温度におけるlogarithmic 領域での進行速度Ｒ2 を求める。進行速度Ｒ2 は、logarithmic 領域におけるＰOSの経時変化を保存時間の対数に対してプロットし、その回帰直線の傾きから直接求めることができる。
【０１３３】
次に、求められた各保存温度でのＲ1 及びＲ2 の値から、さらに次式（３３）及び（３４）で定義されるｒ1 及びｒ2 を各保存温度について求める。
【０１３４】
ｒ1 ＝Ｒ1 ／［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2                           ・・・（３３）
ｒ2 ＝Ｒ2 ／［Ａ・（ＴC −Ｔ）］1/2                           ・・・（３４）
ここで、Ｒ1 及びＲ2 は、式（２０）及び式（２１）で示したキュリー・ワイスの法則による減速成分を含んだ温度依存性に従うので、式（３３）及び式（３４）で定義したｒ1 及びｒ2 に関しては、次式（３５）及び（３６）が成立する。
【０１３５】
ｒ1 ＝Ｃ1・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］                         ・・・（３５）
ｒ2 ＝Ｃ2        ・・・（３６）
式（３５）及び式（３６）は、それぞれ式（４）及び式（６）（背景技術を参照）で示されたインプリント特性の本質的な温度依存性に他ならない。つまり、式（３３）及び式（３４）で定義したｒ1 及びｒ2 は、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含まないインプリント特性の本質的進行速度を表している。
【０１３６】
次に、各保存温度での本質的進行速度ｒ1 の対数を保存温度の逆数に対してアーレニウスプロットする。このとき、本質的進行速度ｒ1 の対数と保存温度の逆数との関係は、式（３５）を変形すると、次式（３７）で与えられる。
【０１３７】
ｌｎ[ｒ1 ]＝ｌｎ[Ｃ1 ]−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）                        ・・・（３７）
したがって、前述したアーレニウスプロットの傾きから活性化エネルギーＥａが求められる。
【０１３８】
また、式（３６）から明らかなように、本質的進行速度ｒ2 は各保存温度において一定の値となり、これはインプリント進行速度定数Ｃ2 に等しい。実際には各保存温度での本質的進行速度ｒ2 の測定値は測定誤差によるばらつきによって若干異なっているので、それらの平均値を求めることによってインプリント進行速度定数Ｃ2 を精度よく決定することができる。
【０１３９】
次に、逆方向保持分極Ｐ´は、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極ＰOSであるので、式（７）（背景技術を参照）におけるＰOS、Ｒ1 、Ｒ2 及びｔを、それぞれＰ´、Ｒ11、Ｒ21及びｔ1 に書き換えた次式（３８）によって求められる。
【０１４０】
Ｐ´＝Ｐth＋（Ｒ21／ｎ）・ｌｎ[−ｌｎ［Ｐth／Ｐ0 ］]
−Ｒ21・ｌｎ［Ｒ11］−Ｒ21・ｌｎ［ｔ1 ］                ・・・（３８）
但し、式（３８）におけるＲ11は保証温度Ｔ1 における進行速度Ｒ1 、Ｒ21は保証温度Ｔ1 における進行速度Ｒ2 を表しており、すでに決定されている加速パラメータを用いて、それぞれ式（２２）及び式（２４）から算出される。
【０１４１】
このようにして、ステップＳ４４０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定結果を用いて、逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及び逆方向保持分極Ｐ´を決定することができる。
【０１４２】
次に、ステップＳ４５０において、図２（ａ）及び（ｂ）に示すステップで求めた６個の加速パラメータの値と保証温度Ｔ1 及び加速温度Ｔ2 とを、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む温度加速性を記述した加速モデル式（２６）に代入することにより、加速係数Ｋを算出する。
【０１４３】
最後に、ステップＳ４６０において、算出した加速係数Ｋから式（１）（背景技術を参照）に従って、保存時間ｔ2 を決定する。
【０１４４】
以上のようにして、保存時間決定工程（ステップＳ４００）において、温度ストレス印加工程（ステップＳ３００）で必要な保存時間ｔ2 を確実かつ正確に決定することができる。その結果、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した適正なインプリント特性試験を実施することができる。
【０１４５】
なお、本実施形態では、データ書き換え回数Ｎ1 回後でのインプリント特性寿命を保証するために実施される強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法について説明したが、図１に示したデータ書き換え工程を省略した場合であっても同様に、本発明に係る強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法を実施できる。これは、前述の加速モデル式（２６）にも示されている通り、加速係数Ｋを決定する際に、データ書き換え回数Ｎ1 は何ら影響しないからである。
【０１４６】
また、保存時間決定工程（ステップＳ４００）は、試験の対象となる強誘電体メモリ装置自体ではなく、同装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いて実施することが好ましい。なぜならば、試験の対象となる強誘電体メモリ装置ではトランジスタ等からなる周辺回路をはじめとする強誘電体容量以外の他の構成要素が存在するので、書き込み方向保持分極ＰSS又は逆方向保持分極ＰOS等の強誘電体容量における保持分極量を直接的に測定することが困難となるからである。強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いれば、これらの保持分極量を直接容易に測定することができ、保存時間決定工程（ステップＳ４００）において保存時間ｔ2 を容易かつ正確に決定することができる。
【０１４７】
従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法では、保存時間ｔ2 をアーレニウスモデル式を使用して算出した加速係数から決定していた。この方法では、キュリー・ワイスの法則による減速成分が考慮されておらず、加速係数が現実の値よりも大きく算出される。その結果、本来必要な時間よりも短い保存時間が決定され、インプリント特性による強誘電体メモリ装置の寿命が過大評価されてしまう。
【０１４８】
これに対して、本発明の第１の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よると、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む温度加速性が記述された加速モデル式を使用して保存時間ｔ2 を決定することにより、保証温度Ｔ1 において保証時間ｔ1 が経過した後の状態を確実に再現することができる。したがって、過大評価を防止した適正なインプリント特性試験を実現することができる。
【０１４９】
＜第１の実施例＞
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インプリント特性試験方法の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【０１５０】
本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、データ書き換え回数１０8 回後での温度８５℃における１０年のインプリント特性寿命を保証するために、加速温度を１７５℃として実施したものである。
【０１５１】
本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、すでに説明した図１の試験フローに従って実施した。
【０１５２】
まず、図１に示したステップＳ１００Ａ（データ書き換え工程）において、強誘電体メモリ装置に対して１０8 回のデータ書き換えを行なった。なお、本ステップは、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の双極性連続電圧パルスが印加されるように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。なお、本ステップは、前述の通り、省略してもかまわない。
【０１５３】
次に、図１に示したステップＳ２００（第１のデータ書き込み工程）において、強誘電体メモリ装置に任意の方向の第１のデータを書き込んだ。なお、本ステップは、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と共に、１.８Ｖの単極性電圧パルスに相当する保持分極が書き込まれるように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。
【０１５４】
次に、図１に示したステップＳ３００（温度ストレス印加工程）において、保証温度である８５℃よりも高温の加速温度１７５℃において３０８５時間、強誘電体メモリ装置を保存した。
【０１５５】
なお、本ステップにおける３０８５時間の保存時間（加速試験時間）は、すでに説明したステップＳ４００（保存時間決定工程）で行なう図２（ａ）〜（ｃ）の各ステップを示すフローチャートに従って、以下のように決定した。
【０１５６】
まず、図２（ａ）に示したステップＳ４１０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性を測定した。本実施例では、本ステップを、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いて、以下に説明するように実施した。
【０１５７】
図３は、本実施例におけるステップＳ４１０で実施した５つのステップを示すフローチャートである。
【０１５８】
図３に示すように、ステップＳ４１０ａにおいて、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子に対して、±１．８Ｖの双極性連続パルスを印加して、１０8 回のデータ書き換えに相当する書き換え前処理を行なった。
【０１５９】
次に、これらの容量素子を２個１組とし、ステップＳ４１０ｂにおいて、これらの評価用容量素子の一方に室温で１．８Ｖの正極性単発電圧パルスを印加して正方向の分極を書き込み、他方には同じく室温で−１．８Ｖの負極性単発電圧パルスを印加して負方向の分極を書き込んだ。図４（ａ）及び（ｂ）は、このときに書き込まれた分極の状態を分極−電圧曲線（ヒステリシス曲線）上に示した図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれの容量素子には正方向の書きこみ分極＋ＰSSと負方向の書き込み分極−ＰSSとが保持される。
【０１６０】
次に、ステップＳ４１０ｃにおいて、これらの容量素子を保存温度８５℃で２４時間保存した。このとき、容量素子の分極は８５℃に温度を上昇させたことによってキュリー・ワイスの法則に従って減少し、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ヒステリシス曲線は、破線で示した室温での曲線から実線で示した８５℃での曲線へと変化する。これに伴って、ステップＳ４１０ｂにおいて保持されていた書き込み方向保持分極＋ＰSS及び−ＰSSの大きさは、それぞれ＋ＰSS´及び−ＰSS´へと減少する。
【０１６１】
なお、本実施例では、本ステップにおける保存時間を２４時間としたが、他の保存時間で実施してもよい。書き込み方向保持分極は、保存中のインプリントの進行によって安定化されていくため、数十分程度の保存時間を経過するとほとんど減少しなくなる。したがって、書き込み方向保持分極の減少が生じない時間であればどのような保存時間で実施してもよい。
【０１６２】
次に、ステップＳ４１０ｄにおいて、これらの容量素子を室温に戻し、それぞれに１．８Ｖの正極性単発パルス電圧を印加して書き込み方向保持分極の読み出し分極量を測定した。このとき、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、書き込み方向保持分極＋ＰSS´に対してはＰSSNS、書き込み方向保持分極−ＰSS´に対してはＰSSSWの読み出し分極量が測定される。なお、この時の分極ヒステリシス曲線は、ステップＳ４１０ｂにおける室温での曲線に回復するが、書き込み方向保持分極そのものが回復することはない。
【０１６３】
最後に、ステップＳ４１０ｅにおいて、ステップＳ４１０ｄで測定されたＰSSSWとＰSSNSの値を用いて、書き込み方向保持分極ＰSS´を算出する。このとき、図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、分極状態の正負対称性を考慮するとＰSSSWとＰSSNSとの差分はＰSS´の２倍に等しい。したがって、次式（３９）によってＰSSを算出することができる。
【０１６４】
ＰSS´＝（ＰSSSW−ＰSSNS）／２                                  ・・・（３９）
次に、以上までの保存温度８５℃における測定で用いた容量素子とは異なる新たな容量素子を２個１組として準備し、以上までのステップと同様のステップを、ステップＳ４１０ｃにおける保存温度のみを１１０℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃に変えて実施することによってＰSSの保存温度依存性を得た。
【０１６５】
以上のようにして、図２（ａ）に示すステップＳ４１０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性を測定した。なお、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性の測定方法は本実施例の方法に限られるわけではない。その他の方法による測定が可能であればその方法を用いてもよい。
【０１６６】
次に、図２（ａ）に示す第２のステップＳ４２０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちの比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC を、以下に説明するように決定した。
【０１６７】
図６は、本実施例における各保存温度における書き込み方向保持分極ＰSSの２乗を保存温度（絶対温度）に対してプロットしたものである。
【０１６８】
図６に示すように、書き込み方向保持分極ＰSSの２乗と保存温度との関係は直線関係となり、近似直線６ａ：ｙ＝−０．３４３４ｘ＋１７８．４２で示され、その近似直線６ａの傾きａ及び切片ｂは、それぞれ−０．３４３及び１７８．４となった。したがって、式（２７）及び式（２８）より、比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC は、それぞれ０．３４３（μＣ2／ｃｍ4・Ｋ）及び５２０（Ｋ）と決定される。
【０１６９】
次に、図２（ｂ）に示すステップＳ４３０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性を測定した。本実施例では、本ステップも同様に、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いて、以下に説明するようにして実施した。
【０１７０】
図７は、本実施例における図２（ｂ）に示したステップＳ４３０で行なった各ステップを示すフローチャートである。
【０１７１】
具体的に、図７に示すように、図２（ｂ）に示したステップＳ４３０は、評価用容量素子に対してデータ書き換えに相当する書き換え前処理を施すステップＳ４３０ａと、逆方向保持分極ＰOSの初期値Ｐ0 を測定するステップＳ４３０ｂ〜Ｓ４３０ｅと、逆方向保持分極ＰOSの経時変化を測定するために繰り返して行なわれるステップＳ４３０ｆ〜Ｓ４３０ｊとを有している。なお、ステップＳ４３０ｋは、目的の累積保存時間に到達したか否かを判定するステップである。
【０１７２】
まず、図７に示すように、ステップＳ４３０ａにおいて、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子に対して、±１．８Ｖの双極性連続パルスを印加して、１０8 回のデータ書き換えに相当する書き換え前処理を行なった。
【０１７３】
次に、これらの容量素子を２個１組とし、ステップＳ４３０ｂにおいて、これらの評価用容量素子の一方に室温で＋１．８Ｖの正極性単発電圧パルスを印加して正方向の分極を書き込むと共に、他方の評価用容量素子には同じく室温で−１．８Ｖの負極性単発電圧パルスを印加して負方向の分極を書き込んだ。このとき、それぞれの容量素子には、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、正方向の書きこみ分極＋ＰSS及び負方向の書き込み分極−ＰSSが保持される。
【０１７４】
その直後、ステップＳ４３０ｃにおいて、正方向の書きこみ分極＋ＰSSが書き込まれた容量素子に室温で−１．８Ｖの負極性単発電圧パルスを印加して分極を負方向に逆転させると共に、負方向の書き込み分極−ＰSSが書き込まれた容量素子に室温で＋１．８Ｖの正極性単発電圧パルスを印加して分極を正方向に逆転させて、それぞれの容量素子に逆方向分極を書き込んだ。このとき、それぞれの容量素子には、図８（ｃ）及び（ｄ）に示すように、負方向の逆方向分極−ＰOS及び正方向の逆方向分極＋ＰOSが保持される。
【０１７５】
その直後、ステップＳ４３０ｄにおいて、それぞれの容量素子に１．８Ｖの正極性単発パルス電圧を印加して逆方向保持分極の読み出し分極量を測定した。このとき、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、負方向の逆方向分極−ＰOSに対してはＰOSSW、正方向の逆方向分極＋ＰOSに対してはＰOSNSの読み出し分極量が測定される。
【０１７６】
次に、ステップＳ４３０ｅにおいて、ステップＳ４３０ｄで測定されたＰOSSW及びＰOSNSの値を用いて、逆方向保持分極ＰOSの初期値Ｐ0 を算出した。このとき、図９（ｃ）及び（ｄ）に示すように、分極状態の正負対称性を考慮すると、ＰOSSWとＰOSNSとの差分は初期値Ｐ0 の２倍に等しい。したがって、次式（４０）によって、初期値Ｐ0 を算出することができる。
【０１７７】
Ｐ0 ＝（ＰOSSW−ＰOSNS）／２                                    ・・・（４０）
次に、ステップＳ４３０ｆにおいて、それぞれの容量素子を再び初期状態に戻すために、一方の容量素子に室温で＋１．８Ｖの正極性単発電圧パルスを印加して正方向の分極を再度書き込むと共に、他方の容量素子に同じく室温で−１．８Ｖの負極性単発電圧パルスを印加して負方向の分極を再度書き込んだ。このとき、それぞれの容量素子には、図８（ａ）及び（ｂ）と全く同様に、正方向の書きこみ分極＋ＰSSと負方向の書き込み分極−ＰSSが再び保持される。
【０１７８】
次に、ステップＳ４３０ｇにおいて、それぞれの容量素子を８５℃で所定の時間だけ保存した。
【０１７９】
次に、ステップＳ４３０ｈにおいて、これらの容量素子を室温に戻し、正方向の書きこみ分極＋ＰSSが書き込まれた容量素子に−１．８Ｖの負極性単発電圧パルスを印加して分極を負方向に逆転させると共に、負方向の書き込み分極−ＰSSが書き込まれた容量素子には室温で＋１．８Ｖの正極性単発電圧パルスを印加して分極を正方向に逆転させることにより、それぞれに逆方向分極を書き込んだ。このとき、それぞれの容量素子には、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、負方向の逆方向分極−ＰOS´と正方向の逆方向分極＋ＰOS´が保持される。但し、図２２（ａ）及び（ｂ）（背景技術を参照）を用いて説明したように、保存中のインプリントの進行によって逆方向保持分極は減少するので、それらの絶対値の大きさは、ステップＳ４３０ｃにおける初期状態（前述の図８（ｃ）及び（ｄ）を参照）よりも減少している。
【０１８０】
次に、ステップＳ４３０ｉにおいて、それぞれの容量素子に＋１．８Ｖの正極性単発パルス電圧を印加して逆方向保持分極の読み出し分極量を測定した。このとき、図１０（ｃ）及び（ｄ）に示すように、負方向の書き込み分極−ＰOS´に対してはＰOSSW´、正方向の逆方向分極＋ＰOS´に対してはＰOSNS´の読み出し分極量が測定される。
【０１８１】
次に、ステップＳ４３０ｊにおいて、ステップＳ４３０ｉで測定されたＰOSSW´及びＰOSNS´の値を用いて、各保存温度での逆方向保持分極ＰOS´を算出した。このとき、図１１に示すように、分極状態の正負対称性を考慮すると、ＰOSSW´とＰOSNS´との差分はやはりＰOS´の２倍に等しい。したがって、初期値Ｐ0 と同様に、次式（４１）によって逆方向保持分極ＰOSを算出することができる。
【０１８２】
ＰOS´＝（ＰOSSW´−ＰOSNS´）／２                              ・・・（４１）
次に、ステップＳ４３０ｋにおいて、目的の累積保存時間に到達したか否かを判定する。すなわち、目的の累積保存時間に到達した場合（ステップＳ４３０ｋにおいてＹＥＳ）にはそのまま終了し、目的の累積保存時間に到達していない場合（ステップＳ４３０ｋにおいてＮＯ）には、ステップＳ４３０ｆに戻り、このステップＳ４３０ｆからステップＳ４３０ｊまでのステップを、目的の累積保存時間に到達するまで同様に繰り返すことによって、逆方向保持分極ＰOSの経時変化を測定した。本実施例では、第１回目の測定を保存時間２０分で実施し、その後、累積保存時間として１時間、２時間、２４時間、１２０時間、３３６時間の測定を行ない、最終的に累積保存時間が１０００時間に到達するまで７回の繰り返し測定を行なった。
【０１８３】
次に、以上までの保存温度８５℃における測定で用いた容量素子とは異なる新たな容量素子を２個１組として準備し、図７に示したステップＳ４３０ａからステップ４３０ｋまでのステップを、ステップＳ４３０ｇにおける保存温度のみを１１０℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃に変えて実施することにより、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性を得た。
【０１８４】
以上のようにして、図２（ｂ）に示したステップＳ４３０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性を測定した。なお、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の保存温度依存性の測定方法は本実施例の方法に限られるわけではない。その他の方法による測定が可能であれば、その方法を用いてもよい。
【０１８５】
次に、図２（ｂ）に示したステップＳ４４０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちの逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及び逆方向保持分極Ｐ´を以下に説明する手順で決定した。
【０１８６】
図１２は、本実施例における各保存温度での逆方向保持分極ＰOSの経時変化を保存時間の対数に対してプロットしたものである。
【０１８７】
図１２に示すように、逆方向保持分極ＰOSの経時変化は、保存温度８５℃では１０００時間まで時間の対数に対して非線形な（実質的に直線的でない）変化を示すが、１１０℃では３３６時間以降、１２５℃では１２０時間以降、１５０℃および１７５℃では２４時間以降で線形的（実質的に直線的である）変化領域が現れ、stretched exponential 領域からlogarithmic 領域への移行が確認できた。これらの各温度での移行挙動から領域移行点における逆方向保持分極ＰOSの値は、図１２の点線で示したように５．６（μＣ／ｃｍ2 ）となり、この値を逆方向保持分極Ｐthとして決定した。
【０１８８】
次に、図１３は、各保存温度におけるstretched exponential 領域（８５℃では１０００時間まで、１１０℃では３３６時間まで、１２５℃では１２０時間まで、１５０℃では２４時間まで、１７５℃では２時間までの領域）での経時変化を、縦軸をｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]とし、横軸を保存時間の対数としてプロットしたものである。
【０１８９】
図１３に示すように、プロットは各保存温度ともに直線関係を示したので、これらの近似直線の傾き及び切片の値から、式（３２）に従って各保存温度におけるstretched exponential 領域でのインプリント進行速度Ｒ1 を求めることができる。このようにして求めたＲ1 の値を図１４の表に示している。
【０１９０】
また、同様に、各保存温度におけるlogarithmic 領域でのインプリント進行速度Ｒ2 は、図１３の経時変化におけるlogarithmic 領域の近似直線の傾きから直接求めた。このようにして求めたインプリント進行速度Ｒ2 の値も図１４の表に示している。
【０１９１】
次に、インプリント進行速度Ｒ1 及びＲ2 の値から、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含まない本質的進行速度ｒ1 及びｒ2 を、式（３３）及び式（３４）から求めた。この際、式（３３）及び式（３４）における比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC の値には、それぞれ図２（ａ）に示すステップＳ４２０で求めた値を用いた。このようにして求めた本質的進行速度ｒ1 及びｒ2 の値もまた図１４の表に示している。
【０１９２】
次に、図１５は、各保存温度でのstretched exponential 領域の本質的進行速度ｒ1 の対数を保存温度（絶対温度）の逆数に対してアーレニウスプロットしたものである。
【０１９３】
図１５に示すように、アーレニウスプロットは良好な直線関係を示し、近似直線１５ａ：ｙ＝４．９２Ｅ＋６ｅ-1.03E+4x で示され、その傾きは−１．０３×１０4 となった。この傾きの値から、式（３７）に従って、活性化エネルギーＥａを０．８８８（ｅＶ）と決定した。なお、式（３７）におけるボルツマン定数の値としては８．６２×１０-5（ｅＶ／Ｋ）を用いた。
【０１９４】
一方、各保存温度でのlogarithmic 領域の本質的進行速度ｒ2 は、図１４の表中に示すように、ほぼ一定の値となっているので、これらの平均値０．０７６８（１／ｄｅｃａｄｅ）をインプリント進行速度定数Ｃ2 の値として決定した。
【０１９５】
次に、以上までの手順で決定された加速パラメータである比例定数Ａ、キュリー温度ＴC 、活性化エネルギーＥａ、及びインプリント進行速度定数Ｃ2 の値を用いて、式（２０）及び式（２１）にしたがって、保証温度である８５℃における進行速度Ｒ1 及びＲ2 を求めた。なお、式（２０）における定数Ｃ1 は、式（３７）に従って、図１５に示したアーレニウスプロットの近似直線から求められる値４．９２×１０6 （ｃｍ2 ／μＣ・ｈ）を用いた。
【０１９６】
このようにして求めた８５℃における進行速度Ｒ1 及びＲ2 の値は、それぞれ１．１７×１０5 （１／ｈ）及び０．５７２（μＣ／ｃｍ2 ・ｄｅｃａｄｅ）となったので、これらの値と、すでに決定された逆方向保持分極Ｐthの値５．６（μＣ／ｃｍ2 ）を式（３８）に代入し、保証温度８５℃における保証時間１０年経過後の状態値Ｐ´を計算した。なお、式（３８）におけるｎの値は図１３に示したプロットの傾きであるが、この値としては、各保存温度での傾きの平均値０．１８４を用いた。計算結果は３．２８（μＣ／ｃｍ2 ）となり、この値をＰ´として決定した。
【０１９７】
次に、図２（ｃ）に示したステップＳ４５０において、以上の手順で求められた６個の加速パラメータの値と保証温度８５℃（３５８Ｋ）及び加速温度１７５℃（４４８Ｋ）を、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む温度加速性を記述した加速モデル式（２６）に代入した結果、加速係数Ｋが２８．４と算出された。
【０１９８】
最後に、図２（ｃ）に示したステップＳ４６０において、算出した加速係数Ｋから式（１）（背景技術を参照）に従って、保存時間が３０８５時間と決定された。
【０１９９】
以上説明したように、図１に示したステップＳ４００（保存時間決定工程）によって、ステップＳ３００（温度ストレス印加工程）に必要な保存時間を決定した。
【０２００】
次に、図１に示したステップＳ５００（第２のデータ書き込み工程）において、強誘電体メモリ装置に保持されている第１のデータを逆転させて、第１のデータとは逆方向の第２のデータを書き込んだ。なお、本ステップは、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量に１．８Ｖの単極性電圧パルスが第１のデータを書き込んだ時とは逆方向に印加されると共に、強誘電体容量の分極が逆方向に反転するように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。
【０２０１】
最後に、図１に示したステップＳ６００（読み出し検査工程）において、第２のデータの読み出し検査を実施した。本実施例においては、第２のデータの読み出し不良は発生せず、データ書き換え回数１０8 回後での８５℃における１０年のインプリント特性寿命が保証された。
【０２０２】
以上説明したように、本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法において、ステップＳ４００（保存時間決定工程）においてキュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した加速モデル式（２６）を使用して、ステップＳ３００（温度ストレス印加工程）での保存時間を３０８５時間と決定した。
【０２０３】
この保存時間を従来の試験方法におけるアーレニウスモデル式（２）（背景技術を参照）を使用して決定すると、加速係数Ｋが３２４と算出されて、保存時間が２７０時間と決定される。つまり、本実施例で決定した保存時間の１０分の１以下の時間が決定されることになる。
【０２０４】
すなわち、従来の試験方法では、決定される保存時間が、８５℃で１０年のインプリント特性による強誘電体装置の寿命を保証するために本来必要な保存時間よりも１０分の１以下に短くなる。その結果、１０年の寿命保証に対して実際には１年足らずの寿命しか保証することができず、信頼性が過大評価されることになってしまう。
【０２０５】
しかしながら、本実施例の試験方法によれば、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した温度加速性を記述した加速モデル式に基づいて保存時間を決定することによって、減速成分が考慮された正しい保存時間を決定することができる。その結果、過大評価を防止した適正な信頼性評価を実施することができる。
【０２０６】
（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インプリント特性試験方法について図面を参照しながら説明する。
【０２０７】
図１６は、本発明の第２の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ステップを示すフローチャートである。具体的には、図１６は、データ書き換え回数Ｎ1 回後での温度（保証温度）Ｔ1 における時間（保証時間）ｔ1 のインプリント特性寿命を保証するために実施される強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法を示している。
【０２０８】
図１６に示すように、まず、ステップＳ１００Ｂにおいて、強誘電体メモリ装置に対して保証書き換え回数Ｎ1 回よりも多い加速書き換え回数Ｎ2 回だけータの書き換えを行なう（書き換えストレス印加工程）。
【０２０９】
次に、ステップＳ２００において、強誘電体メモリ装置に任意の方向の第１のデータを書き込む（第１のデータ書き込み工程）。
【０２１０】
次に、ステップＳ３００において、保証温度Ｔ1 よりも高温の加速温度Ｔ2 において所定の保存時間ｔ2 だけ強誘電体メモリ装置を保存する（温度ストレス印加工程）。
【０２１１】
また、このステップＳ３００において必要となる保存時間（加速試験時間）ｔ2 は、ステップＳ７００（保存時間決定工程）において、別途測定された加速パラメータの値を用いて、前述したように、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した温度加速性と共に、書き換え加速性をさらに記述した加速モデル式を使用して加速係数Ｋを算出した後、この加速係数Ｋの値を用いて式（１）（背景技術を参照）に従って保存時間ｔ2 決定する。
【０２１２】
次に、ステップＳ５００において、強誘電体メモリ装置に保持されている第１のデータを逆転させて、第１のデータとは逆方向の第２のデータを書き込む（第２のデータ書き込み工程）。
【０２１３】
次に、ステップＳ６００において、強誘電体メモリ装置から第２のデータを読み出すことができるか否かを検査して（読み出し検査工程）、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験を終了する。
【０２１４】
本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法は、ステップＳ１００Ｂ（書き換えストレス印加工程）において、保証書き換え回数Ｎ1 回よりも多い加速書き換え回数Ｎ2 回のデータ書き換えを実施することにより、書き換えストレスを印加する点と、ステップＳ７００（保存時間決定工程）において、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮した温度加速性に加えて、書き換えストレス加速性をも記述した加速モデル式を使用するという点とにおいて、第１の実施形態と異なっている。すなわち、本発明の第２の実施形態に係るインプリント特性試験方法は、温度ストレスに加えて書き換えストレスをも併用した試験方法である。
【０２１５】
図１６に示した試験フローにおいて、ステップＳ７００（保存時間決定工程）で保存時間を決定するためには、キュリー・ワイスの法則に起因する減速成分を考慮した温度加速性と共に書き換え加速性をも記述したインプリント特性の新たな加速モデル式が必要である。そこで、種々の検討を加えた結果、以下のような解析過程によって新たな加速モデル式が見出された。
【０２１６】
新たな加速モデル式を導出するためには、stretched exponential 領域の進行速度Ｒ1とlogarithmic 領域の進行速度Ｒ2 の温度依存性及び書き換え回数依存性を明らかにする必要がある。このため、詳細な解析を行なった結果、進行速度Ｒ1 及びＲ2 の温度依存性及び書き換え回数依存性は、次式（４２）及び（４３）で記述されることが見出された。
【０２１７】
Ｒ1 ＝Ｃ1 ・ＮS ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］
・・・（４２）
Ｒ2 ＝Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2                             ・・・（４３）
但し、式（４２）において、Ｎは書き換え回数、Ｓは書き換え回数依存性係数を表している。
【０２１８】
式（４２）に示すように、stretched exponential 領域の進行速度Ｒ1 の書き換え回数Ｎに対する依存性はＮのべき乗の項で表され、両者の間にはいわゆる累乗関係が成立する。温度依存性については、式（２０）と同様に、本質的な温度依存性を示すアーレニウス因子（ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ）］）とキュリー・ワイスの法則による減速成分を示す［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2 項で表される。さらに、書き換え回数依存性と温度依存性とは互いに独立である。すなわち、書き換え回数の変化は温度依存性に何らの変化も与えず、逆に温度の変化も書き換え回数依存性に何らの変化も与えないので、両者の依存性を表す式は前述の各項の単純な積で記述される。
【０２１９】
一方、logarithmic 領域の進行速度Ｒ2 に対する式（４３）は、式（２１）と全く同じものである。つまり、進行速度Ｒ2 は書き換え回数依存性を持たず、書き換え回数を変化させても変化しない。進行速度Ｒ2 は本質的に温度依存性を持たないが、これと同様に書き換え回数依存性も持っていない。つまり、［Ａ・（Ｔc −Ｔ）］1/2 の項によってキュリー・ワイスの法則による減速成分を示す温度依存性のみが含まれることになる。
【０２２０】
この場合、保証書き換え回数Ｎ1 及び保証温度Ｔ1 と加速書き換え回数Ｎ2 及び加速温度Ｔ2 との間の加速係数Ｋは、加速係数Ｋの基本式（１１）（背景技術を参照）に、式（４２）及び式（４３）から得られる次式（４４）から（４７）を代入することによって与えられる。
【０２２１】
Ｒ11 ＝Ｃ1 ・Ｎ1S ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ1 ）］
・・・（４４）
Ｒ12 ＝Ｃ1 ・Ｎ2S ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ2 ）］1/2・ｅｘｐ［−Ｅａ／（ｋ・Ｔ2 ）］
・・・（４５）
Ｒ21 ＝Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc−Ｔ1）］1/2                            ・・・（４６）
Ｒ22 ＝Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc−Ｔ2）］1/2                            ・・・（４７）
なお、式（４６）及び式（４７）は、それぞれ式（２４）及び式（２５）と全く同じ形である。代入した式を整理すると、加速係数Ｋを与える式として最終的に次式（４８）が得られる。
【０２２２】
ｌｎ［Ｋ］＝（Ｅａ／ｋ）・（１／Ｔ1 −１／Ｔ2 ）
＋Ｓ・ｌｎ［Ｎ2 ／Ｎ1 ］
＋（１／２）・ｌｎ［（Ｔc −Ｔ2 ）／（Ｔc −Ｔ1 ）］
＋[（Ｃth −Ｃ´）・［（Ｔc −Ｔ2 ）1/2−（Ｔc −Ｔ1 ）1/2 ］]
／[Ｃ2 ・［Ａ・（Ｔc −Ｔ1 ）・（Ｔc −Ｔ2 ）］1/2 ]
・・・（４８）
以上のようにして、温度ストレスにおけるキュリー・ワイスの法則に起因した減速成分を考慮すると共に、書き換えストレスを併用する場合の書き換え加速性をも記述した新たな加速モデル式（４８）が見出された。式（４８）は、アーレニウスモデルの一般式である第１項と、キュリー・ワイスの法則による減速成分を表す第３項及び第４項によって温度加速性が記述されていると共に、第２項によって書き換え回数による加速性をも記述された形となっている。この式（４８）によって加速係数Ｋを算出すれば、式（１）（背景技術を参照）によってステップＳ３００（温度ストレス印加工程）における保存時間ｔ2 を確実に決定することができる。
【０２２３】
次に、式（４８）を用いて加速係数Ｋを算出して保存時間ｔ2 を具体的に決定するためは、式（４８）に含まれる活性化エネルギーＥａ、キュリー温度ＴC 、stretched exponential 領域からlogarithmic 領域への領域変化点における逆方向保持分極Ｐth、保証温度Ｔ1 における保証時間ｔ1 経過後の逆方向保持分極Ｐ´、logarithmic 領域のインプリント進行速度定数Ｃ2 、キュリー・ワイスの法則における比例定数Ａ及び書き換え回数依存性係数Ｓの７個の加速パラメータをあらかじめ決定しなければならない。
【０２２４】
以下、図１６のステップＳ７００に示した保存時間決定工程において、前述の加速パラメータを決定した上で、加速係数Ｋを算出した後、保存時間ｔ2 を決定する方法について、図１７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら詳細に説明する。
【０２２５】
図１７は、保存時間決定工程（Ｓ７００）において行なわれる各ステップのフローチャートである。
【０２２６】
まず、加速パラメータのうちの比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC の決定方法について、図１７（ａ）を参照しながら説明する。
【０２２７】
図１７（ａ）に示すように、ステップＳ７１０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性を測定する。
【０２２８】
次に、ステップＳ７２０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちの比例定数ＴC 及びキュリー温度Ａを決定する。具体的には、第１の実施形態におけるステップＳ４２０での説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０２２９】
また、加速パラメータのうちの逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及び逆方向保持分極Ｐ´の決定方法について、図１７（ｂ）を参照しながら説明する。
【０２３０】
図１７（ｂ）に示すように、ステップＳ７３０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性を測定する。
【０２３１】
次に、ステップＳ７４０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちのＰth、Ｅａ、Ｃ2 及びＰ´を決定する。具体的には、第１の実施形態におけるステップＳ４４０での説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０２３２】
また、加速パラメータのうちの書き換え回数依存係数Ｓの決定方法について、図１７（ｃ）を参照しながら説明する。
【０２３３】
図１７（ｃ）に示すように、ステップＳ７５０において、ある所定の保存温度において逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性を測定する。
【０２３４】
次に、ステップＳ７６０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性の測定結果から、書き換え回数係数Ｓを決定する。
【０２３５】
具体的には、まず、各書き換え回数でのＰOSの経時変化におけるstretched exponential 領域の進行速度Ｒ1を求める。この進行速度Ｒ1は、stretched exponential 領域でのＰOS／Ｐ0 の経時変化を、縦軸をｌｎ[−ｌｎ[ＰOS／Ｐ0 ]]、横軸を保存時間の対数としてプロットして得られる近似直線の傾き及び切片から求められるが、詳細な手順は第１の実施形態で説明したものと全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０２３６】
逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性の測定は、所定の同じ保存温度で行なわれるので、求められた進行速度Ｒ1 と書き換え回数Ｎとの間には、式（４２）に従って次式（４９）が成立する。
【０２３７】
Ｒ1 ＝Ｃ1´・ＮS                                                ・・・（４９）
式（４９）の両辺の対数をとると、次式（５０）が得られる。
【０２３８】
ｌｎ[Ｒ1 ]＝ｌｎ[Ｃ1´]＋Ｓ・ｌｎ[Ｎ]                           ・・・（５０）
したがって、各書き換え回数に対して求められた進行速度Ｒ1 の対数を書き換え回数Ｎの対数に対してプロットすると直線関係が得られるので、その傾きを書き換え回数依存性Ｓの値として決定することができる。
【０２３９】
次に、ステップＳ７７０において、図１７（ａ）〜（ｃ）に示すステップで求められた７個の加速パラメータの値と保証温度Ｔ1 及び加速温度Ｔ2 とを加速モデル式（４８）に代入することにより、加速係数Ｋを算出する。
【０２４０】
最後に、ステップＳ７８０において、算出した加速係数Ｋから式（１）（背景技術を参照）に従って、保存時間ｔ2 を決定する。
【０２４１】
以上のようにして、保存時間決定工程（ステップＳ７００）において、温度ストレス印加工程（ステップＳ３００）で必要な保存時間ｔ2 を確実かつ正確に決定することができる。その結果、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮しつつ、温度ストレスに加えて書き換えストレスも併用したインプリント特性の加速試験を実施することができる。
【０２４２】
なお、保存時間決定工程（ステップＳ７００）は、試験の対象となる強誘電体メモリ装置自体ではなく、同装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いて実施することが好ましい。なぜならば、試験の対象となる強誘電体メモリ装置ではトランジスタ等からなる周辺回路をはじめとする強誘電体容量以外の他の構成要素が存在するので、書き込み方向保持分極ＰSS又は逆方向保持分極ＰOS等の強誘電体容量における保持分極量を直接的に測定することが困難となるからである。強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いれば、これらの保持分極量を直接容易に測定することができ、保存時間決定工程（ステップＳ７００）において保存時間を容易かつ正確に決定することができる。
【０２４３】
従来の強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法では、温度ストレスのみによる加速試験を実施していたために、キュリー・ワイスの法則による減速成分が生じた際に温度加速性に限界点が発生し、試験時間を短縮することが困難であった。
【０２４４】
これに対して、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体装置のインプリント特性試験方法によれば、温度ストレスに加えて書き換えストレスを併用することによって、温度加速性の限界を超えた加速性を得ることが可能であり、試験時間を効率よく短縮することができる。その結果、キュリー・ワイスの法則による減速成分を考慮することにより、過大評価が防止された適正な信頼性評価を、短時間で完了することができる。
【０２４５】
なお、第１及び第２の実施形態における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法における書き込みストレス印加工程（ステップＳ１００Ａ及びＳ１００Ｂ）においては、強誘電体メモリ装置の回路構成によっては、すべてのメモリセルに対して同時に書き込みストレスを印加することができない場合がある。この場合には、ある特定のメモリセル領域に対する書き換えストレス印加を順に繰り返していくことによって全メモリセル領域に書き換えストレスを与えることになるので、強誘電体メモリ装置のメモリセル容量の規模が大きいほど書き換えストレス印加工程自体に要する時間が長時間化する。このため、温度ストレス印加工程での保存時間が短縮されても試験全体に要する時間を効果的に短時間化することができない。
【０２４６】
このような場合には、書き換えストレス印加工程において、書き換え時に強誘電体容量に印加する電圧又は書き換え時の温度を増大させることによって、書き換えストレスの印加を加速書き換え回数Ｎ2 回よりも少ない回数で実施することが好ましい。強誘電体容量を加速書き換え回数Ｎ2 回だけ書き換えた時に印加される書き換えストレスは、印加電圧が大きいほど、又は温度が高いほど強くなるという性質がある。つまり、印加電圧又は温度を増大させることによって、実質的にＮ2 回に相当する書き換えストレスをＮ2 回よりも少ない回数で印加することが可能である。このような方法によれば、書き換えストレス印加工程に要する時間を短縮することができるので、試験全体に要する時間を効率よく短縮することができる。
【０２４７】
＜第２の実施例＞
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インプリント特性試験方法の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【０２４８】
本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、データ書き換え回数１０8 回後での温度８５℃における１０年のインプリント特性寿命を保証するために、加速書き換え回数を１０9 回とし、また加速温度を１７５℃として実施したものである。
【０２４９】
本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験は、すでに説明した図１６の試験フローに従って実施した。
【０２５０】
まず、図１６に示したステップＳ１００Ｂ（書き換えストレス印加工程）において、強誘電体メモリ装置に対してデータ書き換え保証回数１０8 回よりも多い加速書き換え回数１０9 回のデータ書き換えを行なった。なお、本ステップは、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の双極性連続電圧パルスが印加されるように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。
【０２５１】
次に、図１６に示したステップＳ２００（第１のデータ書き込み工程）において、強誘電体メモリ装置に任意の方向の第１のデータを書き込んだ。なお、本ステップは、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と共に、１．８Ｖの単極性電圧パルスに相当する保持分極が書き込まれるように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。
【０２５２】
次に、図１６に示したステップＳ３００（温度ストレス印加工程）において、保証温度である８５℃よりも高温の加速温度１７５℃において５８８時間、強誘電体メモリ装置を保存した。
【０２５３】
なお、本ステップにおける５８８時間である保存時間（加速試験時間）は、すでに説明したステップＳ７００（保存時間決定工程）で行なう図１７（ａ）〜（ｄ）の各ステップを示すフローチャートに従って、以下のように決定した。
【０２５４】
まず、図１７（ａ）に示したステップＳ７１０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性を測定した。なお、具体的な測定手順は、第１の実施形態における第１の実施例において図２（ａ）を用いた説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０２５５】
次に、図１７（ａ）に示したステップＳ７２０において、書き込み方向保持分極ＰSSの保存温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちの比例定数Ａ及びキュリー温度ＴC を決定した。なお、具体的な決定手順は、第１の実施形態における第１の実施例において図２（ａ）を用いた説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。また、本実施例は第１の実施形態における第１の実施例で用いた評価用容量素子と同じものを用いて実施したので、得られた測定結果及び決定された加速パラメータの値は第１の実施例で示したものと全く同一である。
【０２５６】
次に、図１７（ｂ）に示したステップＳ７３０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性を測定した。なお、具体的な測定手順は、第１の実施形態における第１の実施例で図２（ｂ）を用いた説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０２５７】
次に、図１７（ｂ）に示したステップＳ７４０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性の測定結果を用いて、加速パラメータのうちの逆方向保持分極Ｐth、活性化エネルギーＥａ、インプリント進行速度定数Ｃ2 及び逆方向保持分極Ｐ´を決定した。なお、具体的な決定手順は、第１の実施形態における第１の実施例で図２（ｂ）を用いた説明と全く同様であるので、ここでは説明を省略する。また、本実施例は第１の実施形態における第１実施例で用いた評価用容量素子と同じものを用いて実施したので、得られた測定結果及び決定された加速パラメータの値も第１の実施例で示したものと全く同一である。
【０２５８】
次に、図１７（ｃ）に示したステップＳ７５０において、保存温度８５℃において逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性を測定した。本実施例では、本ステップも同様に、強誘電体メモリ装置を構成する強誘電体容量のみからなる評価用容量素子を用いて、以下に説明するようにして実施した。
【０２５９】
まず、書き換え回数１０8 回における逆方向保持分極ＰOSの経時変化を測定した。なお、具体的な測定手順は図７のフローチャートに示した手順と全く同じであるので、ここでは説明は省略する。
【０２６０】
次に、前述の書き換え回数１０8 回における測定で用いた容量素子とは異なる新たな容量素子を２個１組として準備し、前述のステップと同様のステップを、図７のフローチャートにおけるステップＳ４３０ａでの書き換え回数のみを１０9 回及び１０10回に変えて実施することによってＰOSの経時変化の書き換え回数依存性を得た。なお、書き換え回数を１０9 回とする試験素子と、１０10回とする試験素子はそれぞれ異なる試験素子とした。
【０２６１】
以上のようにして、図１７（ｃ）に示したステップＳ７５０において、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性を測定した。なお、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の温度依存性の測定方法は、本実施例の方法に限られるわけではない。その他の方法による測定が可能であれば、その方法を用いてもよい。また、本実施例では、保存温度を８５℃として実施したが、他の温度で実施されてもよい。
【０２６２】
次に、図１７（ｃ）に示したステップ７６０において、ステップＳ７５０における逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性の測定結果から、加速パラメータのうちの書き換え回数依存係数Ｓを以下に説明するように決定した。
【０２６３】
図１８は、逆方向保持分極ＰOSの経時変化の書き換え回数依存性の測定結果から得られた各書き換え回数におけるstretched exponential 領域の進行速度Ｒ1 を、縦軸に進行速度Ｒ1 の対数、横軸に書き換え回数の対数をとってプロットしたものである。なお、各書き換え回数における進行速度Ｒ1 は、図１３に示したプロットと同様のプロットを実施して得られる回帰直線の傾き及び切片から求めた。
【０２６４】
図１８に示すように、進行速度Ｒ1 の対数と書き換え回数の対数とは直線関係となり、近似直線１８ａ：ｙ＝２Ｅ−１１ｘ0.7204で示され、その傾きは０．７２０となった。したがって、式（５０）より、書き換え回数依存係数Ｓの値を０．７２０と決定した。
【０２６５】
次に、図１７（ｄ）に示したステップＳ７７０において、以上の手順で求められた７個の加速パラメータの値と保証温度８５℃（３５８Ｋ）及び加速温度１７５℃（４４８Ｋ）、さらに保証書き換え回数１０8 回及び加速書き換え回数１０9 回を、加速モデル式（４８）に代入した結果、加速係数Ｋが１４９と算出された。
【０２６６】
最後に、図１７（ｄ）に示したステップＳ７８０において、算出した加速係数Ｋから式（１）（背景技術を参照）に従って、保存時間が５８８時間と決定された。
【０２６７】
以上説明したように、図１６に示したステップＳ７００（保存時間決定工程）において、ステップＳ３００（温度ストレス印加工程）において必要な保存時間を決定した。
【０２６８】
次に、図１６に示したステップＳ５００（第２のデータ書き込み工程）において、強誘電体メモリ装置に保持されている第１のデータを逆転させて、第１のデータとは逆方向の第２のデータを書き込んだ。なお、本ステップは、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第１のデータを書き込んだ時とは逆方向に印加されると共に、強誘電体容量の分極が逆方向に反転するように、強誘電体メモリ装置を動作させて実施した。
【０２６９】
最後に、図１６に示したステップＳ６００（読み出し検査工程）において、第２のデータの読み出し検査を実施した。本実施例においては、第２のデータの読み出し不良は発生せず、データ書き換え回数１０8 回後での８５℃における１０年のインプリント特性寿命が保証された。
【０２７０】
以上説明したように、本実施例における強誘電体メモリ装置のインプリント特性試験方法では、加速温度を１７５℃とした温度ストレスに加えて、加速書き換え回数を１０9 回とした書き換えストレスをも併用した加速試験を実施している。そして、この際の保存時間は、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む温度加速性と共に書き換え加速性をも記述した加速モデル式（４８）を使用して５８８時間と決定され、第１の実施形態における第１の実施例に比べて約５分の１に短縮されている。
【０２７１】
温度ストレスのみによる加速試験方法を用いた第１の実施形態における第１の実施例では、加速温度１７５℃における保存時間が３０８５時間と決定され、４ヶ月を越える長期間の試験が必要となっていた。この時、試験時間を短縮する目的で加速温度をさらに高温にしても試験時間をこれ以上短縮することはできない。
【０２７２】
この状況をわかりやすくするために、第１の実施形態における第１の実施例において、加速温度を変えた場合の保存時間を式（２６）及び式（１）（背景技術を参照）を用いて計算した結果を図１９に示している。
【０２７３】
図１９に示すように、温度ストレスのみを用いた場合には、キュリー・ワイスの法則による減速成分による温度加速性の限界によって、加速温度を１７５℃よりも高温にしても保存時間を短縮することが不可能であり、むしろ保存時間が長時間化してしまうことが明らかである。
【０２７４】
しかしながら、本実施例の試験方法では、温度ストレスに加えて書き換えストレスをも併用することによって温度加速性の限界を超えた加速性を得ることができるので、試験時間が５８８時間（約２５日）へと効率よく短縮されている。その結果、キュリー・ワイスの法則による減速成分が考慮された適正な信頼性評価を短時間で完了させることができる。また、その際の試験時間を、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む温度加速性と共に書き換えストレスによる加速性を記述した加速モデルによって、確実かつ正確に決定することが可能である。
【０２７５】
−変形例−
また、本実施形態の変形例として、温度ストレスを印加することなく、書き換えストレスのみを用いて、強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法を実施することもできる。
【０２７６】
すなわち、強誘電体容量素子を有する強誘電体メモリ装置の保証書き換え回数Ｎ1 下におけるインプリント特性による寿命を、加速書き換え回数Ｎ2 下で評価する。
【０２７７】
この場合は、インプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて、インプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを導出することになるが、加速係数Ｋの導出は、加速モデル式（４８）から導かれる下記モデル式（５１）
ｌｎ［Ｋ］＝Ｓ・ｌｎ（Ｎ2 ／Ｎ1 ）                              ・・・（５１）
（但し、Ｓは書き換え回数依存係数）を用いればよい。
【０２７８】
このようにすると、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を評価するために必要な加速係数Ｋを、データの書き換えの際のインプリント特性の書き換え回数依存性に基づいて決定するので、強誘電体メモリ装置の保証書き換え回数のデータの書き換えを行なった後の状態を確実に再現することが可能となるので、強誘電体メモリ装置のインプリント特性による寿命を適正に評価することができる。
【０２７９】
また、本変形例においても、前述したように、加速書き換え回数Ｎ2 のデータの書き換えは、データを書き換える際に強誘電体容量素子に印加する電圧又はデータの書き換えを行なう際の温度を増大させてデータの書き換えを行なうことも可能である。この場合は、同様に、書き換えストレスを印加する際に要する時間を効率良く短縮することが可能になる。したがって、インプリント特性による寿命の評価をさらに短時間で完了することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２８０】
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インプリント特性寿命の過大評価を防止した適正なインプリント特性試験の方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２８１】
【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信頼性試験方法における各ステップを示すフローチャート図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の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存時間決定工程に含まれる各ステップを示すフローチャートである。
【図３】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信頼性試験方法の一実施例における、書き込み方向保持分極の保存温度依存性の測定工程を示すフローチャート図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、書き込み方向保持分極の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、書き込み方向保持分極の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態又は測定分極量を示す図である。
【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信頼性試験方法の一実施例おける、書き込み方向保持分極ＰSSの２乗を保存温度に対してプロットしたグラフと、そのプロットより得られた回帰直線とを示す図である。
【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信頼性試験方法の一実施例における、逆方向保持分極の経時変化の保存温度依存性の測定工程を示すフローチャート図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、逆方向保持分極の経時変化の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、逆方向保持分極の経時変化の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態又は測定分極量を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、逆方向保持分極の経時変化の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態又は測定分極量を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、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信頼性試験方法の一実施例における、逆方向保持分極の経時変化の保存温度依存性の測定工程における強誘電体容量の分極状態又は測定分極量を示す図である。
【図１２】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信頼性試験方法の一実施例おいて、逆方向保持分極ＰOSの経時変化を５種類の温度で測定したグラフを示す図である。
【図１３】図１２に示した逆方向保持分極ＰOSの経時変化に基づいてｌｎ［−ｌｎ（ＰOS／Ｐ0 ）］を保持時間の対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１４】各保存温度における進行速度Ｒ1 及びＲ2 と本質的進行速度ｒ1 及びｒ2との値を示す表である。
【図１５】図１４に示す本質的進行速度ｒ1 を保存温度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信頼性試験方法における各ステップを示すフローチャート図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の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存時間決定工程に含まれる各ステップを示すフローチャート図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法の一実施例における、進行速度Ｒ1 の対数を書き換え回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信頼性試験方法の一実施例において、保存時間の加速温度依存性を計算した結果を示すグラフを示す図である。
【図２０】従来の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法における各ステップを示すフローチャート図である。
【図２１】逆方向保持分極ＰOSの本質的な経時変化および温度依存性の概略を示す図である。
【図２２】従来の強誘電体メモリ装置の信頼性試験方法において、データ書き換え工程が付加された場合の各ステップを示すフローチャート図である。
【図２３】逆方向保持分極ＰOSの本質的な経時変化および温度依存性と、キュリー・ワイスの法則による減速成分を含む経時変化および温度依存性とを概略的に比較した図である。
【図２４】強誘電体メモリ装置におけるインプリント特性を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２８２】
６ａ、１５ａ、１８ａ  近似直線
【図１】
2005346748.tif 000003
【図２】
2005346748.tif 000004
【図３】
2005346748.tif 000005
【図４】
2005346748.tif 000006
【図５】
2005346748.tif 000007
【図６】
2005346748.tif 000008
【図７】
2005346748.tif 000009
【図８】
2005346748.tif 000010
【図９】
2005346748.tif 000011
【図１０】
2005346748.tif 000012
【図１１】
2005346748.tif 000013
【図１２】
2005346748.tif 000014
【図１３】
2005346748.tif 000015
【図１４】
2005346748.tif 000016
【図１５】
2005346748.tif 000017
【図１６】
2005346748.tif 000018
【図１７】
2005346748.tif 000019
【図１８】
2005346748.tif 000020
【図１９】
2005346748.tif 000021
【図２０】
2005346748.tif 000022
【図２１】
2005346748.tif 000023
【図２２】
2005346748.tif 000024
【図２３】
2005346748.tif 000025
【図２４】
2005346748.tif 000026