(57)【要約】      （修正有）【課題】トータルに強誘電体膜の電気特性を評価可能にする。【解決手段】強誘電体膜評価装置１は、強誘電体膜を有する試料１２を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージ１０と、試料を加熱及び冷却する加熱・冷却手段１１と、強誘電体膜の表面上に接触し、強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブ２０と、導電プローブを介して直流電圧を印加し、強誘電体膜のリーク電流を検出するリーク電流検出手段３２と、交流電圧を印加し、強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段２８と、直流電圧を変化させながら印加し、強誘電体膜の電荷を検出して、印加電界に対する分極状態のヒステリシス特性を検出するヒステリシス特性検出手段３６とを有する。そして、加熱・冷却手段により試料を所定の温度に加熱又は冷却した状態で、各検出手段により各電気特性を取得する。【選択図】図１
2005069976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記試料を加熱及び冷却を行う加熱・冷却手段と、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して直流電圧を印加し、当該強誘電体膜のリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記導電プローブを介して直流電圧を変化させながら印加し、当該強誘電体膜の電荷を検出して、印加電界に対する分極状態のヒステリシス特性を検出するヒステリシス特性検出手段とを有し、
前記加熱・冷却手段により前記試料を所定の温度に加熱又は冷却した状態で、前記検出手段により対応する電気特性を取得することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記試料は共通の下部電極と強誘電体膜とその上に形成された上部電極とを有し、
更に、前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜の上部電極表面を走査して、前記分極特性検出手段により各点で検出した前記振動の大きさと位相を二次元の分極像として出力する分極像出力手段を有することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記導電プローブを介して前記上部電極に直流電圧を所定時間印加した後で、前記導電プローブが前記上部電極上を走査しながら検出した前記振動の大きさと位相が前記二次元の分極像として出力されることを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【請求項４】
強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜の表面上を走査して、前記分極特性検出手段により各点で検出した前記振動の大きさと位相を分極像として出力する分極像出力手段とを有することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【請求項５】
強誘電体膜の評価方法において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段とを有する評価装置を使用し、
前記評価方法は、
Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージ上に下部電極と強誘電体膜とその上に形成された上部電極とを有する誘電体膜試料を載置し、
前記ステージを移動させて前記導電プローブで前記強誘電体膜の上部電極表面を走査しながら、前記分極特性検出手段により各点で検出した振動の大きさと位相を二次元の分極像として出力することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体メモリのセルキャパシタに利用される強誘電体膜の評価装置及びその評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体膜をセルキャパシタの誘電体に利用した半導体メモリ、ＦｅＲＡＭが実用化されている。ＦｅＲＡＭは、普及型のＤＲＡＭと同様に高速読み書きが可能であると共に、電源をオフにしてもデータを保持することができ、普及型のＤＲＡＭのようにリフレッシュ動作を必要としないので、将来の半導体メモリとして注目されている。
【０００３】
このＦｅＲＡＭは、１９６３年ごろにその原理が提案され、１９８８年ごろに集積化された半導体メモリデバイスとして発表され、その後約１０年を経て実用化されている。このように実用化に時間を要した理由の１つは、強誘電体キャパシタの特性の不安定、既存のシリコンＬＳＩプロセスとの非整合性、データ保持特性の信頼性の低さなどにあり、これらの障害を乗り越えることが困難であったことにある。
【０００４】
そこで、強誘電体膜の電気的特性を評価する評価装置が種々提案されている。例えば、以下の特許文献に示される通りである。
【０００５】
特許文献１には、強誘電体膜への印加電圧を変化させたときの局所的な誘電率の変化の割合を測定するために、誘電体膜の表面にカンチレバーを接触させた状態で、カンチレバーから印加電圧を変化させ、それに伴って誘電率が変化することに伴う膜厚の変化をカンチレバーの変位から検出する装置が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、強誘電体膜の分極の均一性をチェックし、強誘電体膜をメモリとして用いる際のスイッチング挙動を解析するために、直流バイアスを印加した導電プローブチップで強誘電体膜の測定領域を走査して強誘電体膜を分極させ、分極前後のヒストグラム解析によって分極領域の圧電応答イメージを求めることが記載されている。具体的には、導電性プローブチップを介して交流電界を印加し、圧電効果による強誘電体膜の振動を検出し、その振幅の位相をモニタリングすることが記載されている。
【０００７】
更に、特許文献３には、強誘電体膜のヒステリシス特性を取得するために、強誘電体膜にカンチレバーを接触させて印加電圧を変化させ、その印加電圧の変化に応答する強誘電体膜の膜厚変化をカンチレバーに照射したレーザ光の反射光の位置の変位により検出することが記載されている。そして、膜厚の変位と分極電荷との関係から、ヒステリシス特性を求めている。
【特許文献１】特開平１１−１０８９７６号公報（平成１１年４月２３日公開）
【特許文献２】特開２０００−２１４０６５号公報（平成１２年８月４日公開）
【特許文献３】特開２００１−１６０５７５号公報（平成１３年６月１２日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の強誘電体膜の評価装置では、強誘電体膜の電気特性を断片的に評価できるに過ぎず、種々の観点からトータルに強誘電体膜の電気特性を評価することができない。更に、半導体メモリとして利用される場合は、そのデバイスの動作保証温度範囲での電気特性を評価することが必要になるが、そのような評価を可能にする評価装置は提案されていない。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体メモリの強誘電体膜の電気的特性を種々の観点からトータルに評価可能にした評価装置及びその評価方法を提供することにある。
【００１０】
更に、本発明は、半導体メモリの動作保証温度範囲での電気特性を評価することができる評価装置及びその評価方法を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明は、強誘電体膜の分極特性の分布を示す画像を所定の書き込み電圧を印加する前後において取得することを可能にできる評価装置及びその評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の１つの側面は、強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記試料を加熱及び冷却を行う加熱・冷却手段と、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して直流電圧を印加し、当該強誘電体膜のリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記導電プローブを介して直流電圧を変化させながら印加し、当該強誘電体膜の電荷を検出して、印加電界に対する分極状態のヒステリシス特性を検出するヒステリシス特性検出手段とを有し、
前記加熱・冷却手段により前記試料を所定の温度に加熱又は冷却した状態で、前記検出手段により対応する電気特性を取得することを特徴とする。
【００１３】
更に、上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜の表面上を走査して、前記分極特性検出手段により各点で検出した前記振動の大きさと位相を分極像として出力する分極像出力手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の本発明の側面によれば、強誘電体膜を所定の温度範囲に加熱又は冷却した状態で、前記リーク電流と分極特性とヒステリシス特性とを検出することができるので、半導体メモリのセルキャパシタに使用される強誘電体膜について動作保証温度範囲内での電気特性を評価することができる。
【００１５】
また、本発明の側面によれば、強誘電体膜に上部電極を形成し、直流電圧を上部電極全体に印加すると共に、上部電極上を導電プローブで走査しながら交流電圧を印加して、分極特性の分布を示す二次元の分極像を直流電圧印加後に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲は以下の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物にまで及ぶものである。
【００１７】
図１は、本実施の形態における強誘電体膜の評価装置の構成図である。この評価装置１は、パソコンなどからなる制御部２６と表示装置３０とを有し、評価対象の試料１２を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージ１０を有する。このステージ１０は、真空チャックにより試料１２の裏面を密着することができ、更に、液体窒素を流して試料を液体窒素温度程度まで冷却し、またヒータに電流を流して試料を＋１２０℃程度まで加熱することができる加熱・冷却手段１１を有する。
【００１８】
強誘電体膜の試料１２は、下部電極１６と上部電極１８とを有する。好ましくは、試料１２は、直流電圧を印加した後の分極像を取得可能にするために、共通の下部電極と、それぞれ分離して下部電極上に設けられた強誘電体膜と上部電極とを有する。上部電極は、例えば１００ｎｍ以下程度に薄く形成された白金であることが好ましい。この点については後述する。
【００１９】
評価装置１は、強誘電体膜の表面上、好ましくは上部電極１８の表面に接触する導電性プローブとしてカンチレバー２０を有する。カンチレバー２０の上面は、光を反射する反射構造を有し、レーザーダイオード２２から照射されるレーザ光がカンチレバー２０の上面で反射され、上部に設けられた光検出センサ２４で受光され、カンチレバー２０の上下振動が光検出センサ２４での受光位置の変位として検出される。
【００２０】
更に、評価装置１は、カンチレバー２０を介して強誘電体膜１４に直流電圧ＤＣを印加し、強誘電体膜１４に流れる電流値を検出して、電圧・電流特性を検出するＩ−Ｖメータ３２を有する。このＩ−Ｖメータ３２は、所定の直流電圧を印加した時の強誘電体膜に流れるリーク電流を検出することができるリーク電流検出手段であると共に、印加した直流電圧を変化させて強誘電体膜に流れる電流の変化を検出することもできる。
【００２１】
また、ロックインアンプ２８は、カンチレバー２０を介して強誘電体膜１４に交流電圧ＡＣを印加し、光検知センサ２４により検出される強誘電体膜１４の膜厚振動信号Ａを入力し、ノイズを除去するために、膜厚振動信号Ａから印加交流電圧ＡＣの周波数に同期した成分のみを抽出して振動の大きさＲと位相θとを出力する。スイッチ３４は、Ｉ−Ｖメータ３２からの直流電圧ＤＣとロックインアンプ２８からの交流電圧ＡＣとを切り換える機能を有する。
【００２２】
評価装置１は、更に、強誘電体膜テスター３６を有する。このテスター３６は、Ｉ−Ｖメータ３２から印加される直流電圧ＤＣが変化するときに、強誘電体膜１４から出力される電荷量を検出して、強誘電体膜の電界の変化に対応する分極の変化を示すヒステリシス特性を検出する。また、ステージ温度制御部３８は、加熱・冷却手段１１を制御して、試料１２の温度を制御する。
【００２３】
上記の強誘電体膜の評価装置１を利用して、強誘電体膜の電気特性を検出する方法について以下に説明する。
【００２４】
［リーク電流のマッピング像］
Ｉ−Ｖメータ３２からカンチレバー２０を介して強誘電体膜１４に直流電圧ＤＣを印加する。この場合、試料の上部電極１８は形成されておらず、カンチレバー２０は強誘電体膜１４の表面に接触している。また、ステージ１０はＸ、Ｙ方向に移動して、カンチレバー２０は強誘電体膜１４の表面を走査する。この時、Ｉ−Ｖメータ３２は、強誘電体膜１４を流れるリーク電流を検出する。
【００２５】
具体的には、直流電圧ＤＣを所定の電圧に固定し、カンチレバーで強誘電体膜１４の表面を走査しながら検出されるリーク電流をマッピングしていく。強誘電体膜１４の表面の走査が終わってリーク電流のマッピングが終了したら、印加直流電圧ＤＣを上昇させて固定し、同様に表面を走査しながらリーク電流をマッピングする。直流バイアスを徐々に上昇させて、リーク電流のマッピング検出工程を繰り返す。
【００２６】
図２は、リーク電流のマッピング像の一例を示す図である。右側から左側に沿って直流電圧値が徐々に増加していて（４Ｖ、６Ｖ、８Ｖ、１０Ｖ）、マッピング像の各画素は、リーク電流が低ければより暗色に、リーク電流が高ければより明るい色になるように画像処理されている。直流バイアスが増加するにつれて、リーク電流が発生している白色のスポットの数が増加しているのが理解される。このようにリーク電流の二次元のマッピング像を表示装置３０から出力することで、強誘電体膜１４のリーク電流分布を出力することができる。このマッピング像は、ステージ温度制御部３８により、半導体メモリの動作温度範囲内の種々の温度条件にして、それぞれ出力することが望ましい。
【００２７】
［Ｉ−Ｖ特性］
カンチレバーを強誘電体膜１４の任意の位置に固定した状態で、Ｉ−Ｖメータ３２から印加する直流電圧ＤＣをプラスからマイナスに変化させ、その時に検出される強誘電体膜１４の膜厚方向に流れる電流値をプロットして、強誘電体層１４の任意の点での電流・電圧特性を取得する。この場合も、試料の上部電極は除去されている。
【００２８】
図３は、Ｉ−Ｖ特性の一例を示す図である。横軸が直流電圧Ｖで縦軸が電流値Ｉである。前述のリーク電流のマッピング像で特にリーク電流が大きい点などにカンチレバーを接触させて、図３のようなＩ−Ｖ特性を取得することで強誘電体膜が評価される。図３では、特性５０はリーク特性が良い点のＩ−Ｖ特性であり、特性５２はリーク特性が悪い点のＩ−Ｖ特性である。リーク特性が悪い点では、直流電圧が所定値を超えると検出電流Ｉは急激に増加する。このＩ−Ｖ特性も、ステージ温度制御部３８により、半導体メモリの動作温度範囲内の種々の温度条件にして、それぞれ取得することが望ましい。
【００２９】
［分極特性］
図４は、分極特性の評価方法の各工程を説明するフローチャート図である。分極特性の評価を行うにあたり、評価対象の試料として、下部電極上にそれぞれ分離された強誘電体膜と上部電極とを有するサンプルを生成する（Ｓ１０）。図５は、そのサンプルの一例を示す平面図及び断面図である。下部電極１６の上に、それぞれ分離された強誘電体膜１２Ａ〜１２Ｄと上部電極１８Ａ〜１８Ｈが形成されている。平面図に示されるとおり、下部電極１６上にマトリクス状に強誘電体膜による微少キャパシタが並べられている。
【００３０】
次に、強誘電体膜と上部電極を形成した状態で、カンチレバー２０を任意の上部電極上に接触させ、ステージをＸ、Ｙ方向に移動させて上部電極上を走査しながら、ロックインアンプ２８から交流電圧ＡＣを印加する。印加される交流電圧ＡＣに応答して、強誘電体膜の逆圧電効果によりその膜の自発分極状態より伸びたり縮んだりして、その膜厚方向と面内走査方向に変位が発生する。この膜厚方向の変位による振動は、強誘電体膜１２の分極状態に応じて異なることが知られている。この膜厚方向の振動は、カンチレバー２０の上面の反射面を振動させ、照射されているレーザ光の反射方向も振動し、光検出センサ２４への受光位置が振動し、その振動信号Ａがロックインアンプ２８に与えられる。
【００３１】
ロックインアンプ２８では、振動信号Ａから交流電圧ＡＣの周波数に同期する成分のみを抽出してノイズ成分を除去し、交流電圧ＡＣの印加に対応する膜厚振動波形Ａ＝Ｒcosθを抽出する。この振幅Ｒは強誘電体膜の圧電常数や誘電率を反映した値であり、分極の大きさの絶対値を知ることができ、位相θから強誘電体膜の分極の方向を知ることができる。そこで、これら振幅Ｒと位相θとは、ロックインアンプ２８から制御部２６に与えられ、画像処理されて、微少キャパシタの分極状態の分布を示す二次元画像として表示装置３０から表示される（Ｓ１２）。この工程Ｓ１２は、各微少キャパシタの上部電極に対してそれぞれ行われる。
【００３２】
次に、図４に示されるとおり、所定の上部電極にＩ−Ｖメータ３２から直流電圧ＤＣ、例えば数Ｖを、カンチレバー２０を介して数秒間印加する（Ｓ１４）。この直流電圧ＤＣの印加は、ＦｅＲＡＭにおける書き込み動作と同じである。直流電圧ＤＣを上部電極に接触したカンチレバーを介して印加することで、上部電極下の強誘電体膜に均一に直流電圧ＤＣが印加され、強誘電体膜の分極方向と大きさが理想的には一定の方向と大きさにそろえられる。
【００３３】
そして、上記の書き込みを行った微少キャパシタに対して、上部電極上をカンチレバーで走査しながらロックインアンプから交流電圧ＡＣを印加し、各点での振動波形の振幅Ｒと位相θを取得し、分極画像を出力する（Ｓ１６）。上記の工程Ｓ１２，Ｓ１６で取得した振幅Ｒと位相θの分極像を、表示装置３０に出力する（Ｓ１８）。
【００３４】
図６は、上記の分極特性の評価方法により得られた分極画像の一例を示す図である。図６には４つの分極画像６０〜６６が示され、各分極画像は、４つの微少キャパシタの分極画像を含んでいる。画像６０，６２は、直流電圧を印加する前の強誘電体膜と上部電極をデポジションした状態で取得した振幅Ｒと位相θについての画像である。また、画像６４，６６は、右下の１つの微少キャパシタにのみ直流電圧を印加した後に取得した振幅Ｒと位相θについての画像である。振幅Ｒの画像は、振幅Ｒが小さいと黒色、大きいと白色になるように画像処理されている。また、位相θの画像は、分極の向きが膜厚の上方向で黒色、下方向で白色になるように画像処理されている。
【００３５】
直流電圧が印加される前の画像では、４つの微少キャパシタは全て分極状態がそろっていない。工程Ｓ１２では、カンチレバー２０を上部電極１８に接触させて交流電圧を印加しているが、上部電極１８の材料を白金にし、その膜厚を１００ｎｍ以下程度になるように制御することで、印加される交流電圧の影響をカンチレバー２０が接触している微少な領域内に限定することができる。その結果、カンチレバー２０が導電材料の上部電極１８に接触しているにもかかわらず、逆圧電効果による膜厚の振動を微少領域に限定させ、二次元分布を取得することができる。
【００３６】
一方、４つの微少キャパシタの右下のキャパシタに直流電圧、この実験では５Ｖ、３秒間、印加した後に、その微少キャパシタの分極画像を取得すると、振幅Ｒ（分極の大きさ）と位相θ（分極の方向）はほぼ均一になっている。振幅Ｒの画像は全面白色になり分極の大きさが大きくなったことが示され、位相θの画像は全面黒色になり分極の方向が上向きにそろっていることが示されている。直流電圧ＤＣは、３秒間と交流電圧に比較すると長い期間印加されるので、カンチレバーが接触している上部電極の下の強誘電体膜全面にほぼ均一に直流電圧が印加されるのである。このように、上部電極１８の材料と厚さをコントロールすることで、メモリの書き込み後の分極状態の分布を示す画像を取得することができる。
【００３７】
この圧電特性も、ステージ温度制御部３８により、半導体メモリの動作温度範囲内の種々の温度状態にして、それぞれ出力することが望ましい。
【００３８】
［インプリント特性］
インプリント特性とは、書き込み処理を繰り返すと、強誘電体膜のヒステリシス特性がシフトして、データの「１」または「０」のいずれか一方がより書き込み易くなり、いずれか他方がより書き込みにくくなる特性である。当然にシフト量が少ないほうが、強誘電体メモリとして特性が良いことになる。
【００３９】
図７は、インプリント特性を評価する時の工程を示すフローチャート図である。評価サンプルは、分極特性の場合と同じように、図５に示した共通の下部電極上にそれぞれ分離された強誘電体膜と上部電極とからなる（Ｓ２０）。そこで、所定の上部電極に直流電圧を所定時間印加して書き込みを行い、その後直流電圧をゼロからプラス、ゼロ、マイナス、ゼロと変化させてその時にキャパシタから出力される電荷量の変化を検出する（Ｓ２２）。電荷量の検出は、強誘電体膜テスタ３６により行われる。その結果、あるキャパシタの強誘電体膜のヒステリシス特性を取得することができる。
【００４０】
次に、試料を所定時間高温状態にして強誘電体膜にストレスをかける（Ｓ２４）。この工程は、ステージの加熱・冷却手段１１を利用することにより行われる。その後、工程Ｓ２２で取得した微少キャパシタと同じキャパシタに対して、上部電極に直流電圧を所定時間印加して書き込みを行い、その後直流電圧をゼロからプラス、ゼロ、マイナス、ゼロと変化させてその時にキャパシタから出力される電荷量の変化を検出する（Ｓ２６）。それにより、ストレス印加後のヒステリシス特性を取得することができる。
【００４１】
図８は、２つのヒステリシス特性を重ねて出力した例を示す図である。実線が工程Ｓ２２で取得した特性、破線が工程Ｓ２６で取得した特性である。このように、工程Ｓ２２とＳ２６で取得した２つのヒステリシス特性が表示装置に重ねて表示される（Ｓ２８）。この重ねて表示することにより、ヒステリシス特性がどの程度シフトしたかを評価することができ、インプリント特性を評価することができる。シフト量が少なければ、強誘電体膜の披露特性が良く分極が劣化しないと評価することができる。
【００４２】
このインプリント特性の評価も、サンプルをメモリの動作温度範囲内の異なる温度状態で行うことが望ましい。
【００４３】
以上説明した実施の形態をまとめると以下の付記の通りである。
【００４４】
（付記１）強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記試料を加熱及び冷却を行う加熱・冷却手段と、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して直流電圧を印加し、当該強誘電体膜のリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記導電プローブを介して直流電圧を変化させながら印加し、当該強誘電体膜の電荷を検出して、印加電界に対する分極状態のヒステリシス特性を検出するヒステリシス特性検出手段とを有し、
前記加熱・冷却手段により前記試料を所定の温度に加熱又は冷却した状態で、前記検出手段により対応する電気特性を取得することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００４５】
（付記２）付記１において、
更に、前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜表面を走査して、前記リーク電流検出手段により各点で検出したリーク電流を二次元のリーク電流像として出力するリーク電流像出力手段を有することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００４６】
（付記３）付記１において、
前記試料は共通の下部電極と強誘電体膜とその上に形成された上部電極とを有し、
更に、前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜の上部電極表面を走査して、前記分極特性検出手段により各点で検出した前記振動の大きさと位相を二次元の分極像として出力する分極像出力手段を有することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００４７】
（付記４）付記３において、
前記導電プローブを介して前記上部電極に直流電圧を所定時間印加した後で、前記導電プローブが前記上部電極上を走査しながら検出した前記振動の大きさと位相が前記二次元の分極像として出力されることを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００４８】
（付記５）付記１において、
前記試料は共通の下部電極と強誘電体膜とその上に形成された上部電極とを有し、
前記ヒステリシス特性検出手段は、前記上部電極を介して、前記強誘電体膜の第１のヒステリシス特性を検出し、前記強誘電体膜を所定の高温状態に所定時間保った後、再度、前記上部電極を介して、前記強誘電体膜の第２のヒステリシス特性を検出し、前記第１及び第２のヒステリシス特性を重ねて出力することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００４９】
（付記６）強誘電体膜の評価装置において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段と、
前記ステージを移動させながら前記導電プローブで前記強誘電体膜の表面上を走査して、前記分極特性検出手段により各点で検出した前記振動の大きさと位相を分極像として出力する分極像出力手段とを有することを特徴とする強誘電体膜の評価装置。
【００５０】
（付記７）強誘電体膜の評価方法において、
強誘電体膜を有する試料を載置し、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージと、
前記強誘電体膜の表面上に接触し、当該強誘電体膜に電圧を印加し、照射される光ビームを反射して前記強誘電体膜の膜厚変位を検出可能にする導電プローブと、
前記導電プローブを介して交流電圧を印加し、当該強誘電体膜の膜厚変位に伴う振動の大きさと位相を検出する分極特性検出手段とを有する評価装置を使用し、
前記評価方法は、
Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージ上に下部電極と強誘電体膜とその上に形成された上部電極とを有する誘電体膜試料を載置し、
前記ステージを移動させて前記導電プローブで前記強誘電体膜の上部電極表面を走査しながら、前記分極特性検出手段により各点で検出した振動の大きさと位相を二次元の分極像として出力することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【００５１】
（付記８）付記７において、
前記導電プローブを介して前記上部電極に直流電圧を印加した後、前記二次元の分極像を取得することを特徴とする強誘電体膜の評価方法。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態における強誘電体膜の評価装置の構成図である。
【図２】リーク電流のマッピング像を一例を示す図である。
【図３】Ｉ−Ｖ特性の一例を示す図である。横軸が直流電圧Ｖで縦軸が電流値Ｉである。
【図４】分極特性の評価方法の各工程を説明するフローチャート図である。
【図５】サンプルの一例を示す平面図及び断面図である。
【図６】分極特性の評価方法により得られた分極画像の一例を示す図である。
【図７】インプリント特性を評価する時の工程を示すフローチャート図である。
【図８】２つのヒステリシス特性を重ねて出力した例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：ＸＹステージ、１１：加熱・冷却手段、１２：試料、サンプル
２０：導電プローブ、カンチレバー、２６：制御部
２８：ロックインアンプ、３０：表示装置、３２：Ｉ−Ｖメータ、
３６：強誘電体膜テスター、３８：ステージ温度制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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