(57)【要約】【課題】  強誘電体キャパシタを構成する電極の加工寸法のばらつきによる影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することを目的とする。【解決手段】  強誘電体キャパシタの評価方法は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価方法であって、強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と、残留分極値から短時間の分極緩和による減衰成分が減少されてなる不揮発分極値（Ｐｎｖ）とを測定する工程と、残留分極値及び不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出する工程と、分極緩和率又は不揮発分極率に基づいて、強誘電体キャパシタの特性を評価する工程とを備える。【選択図】  図１
2005045179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価方法であって、
前記強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と、前記残留分極値から短時間の分極緩和による減衰成分が減少されてなる不揮発分極値（Ｐｎｖ）とを測定する工程と、
前記残留分極値及び前記不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出する工程と、
前記分極緩和率又は前記不揮発分極率に基づいて、前記強誘電体キャパシタの特性を評価する工程とを備えることを特徴とする強誘電体キャパシタの評価方法。
【請求項２】
強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する複数個の強誘電体キャパシタの評価方法であって、
前記複数個の強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）をそれぞれ測定する工程と、
前記残留分極値及び前記不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率をそれぞれ算出する工程と、
前記分極緩和率に基づいて、前記複数個の強誘電体キャパシタ間の特性の優劣を評価する工程とを備えることを特徴とする強誘電体キャパシタの評価方法。
【請求項３】
前記特性の優劣を評価する工程は、前記分極緩和率が小さいほど前記強誘電体キャパシタの特性が優れていると評価することを特徴とする請求項２に記載の強誘電体キャパシタの評価方法。
【請求項４】
強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する複数個の強誘電体キャパシタの評価方法であって、
前記複数個の強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）をそれぞれ測定する工程と、
前記残留分極値及び前記不揮発分極値から、式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率をそれぞれ算出する工程と、
前記不揮発分極率に基づいて、前記複数個の強誘電体キャパシタ間の特性の優劣を評価する工程とを備えることを特徴とする強誘電体キャパシタの評価方法。
【請求項５】
前記特性の優劣を評価する工程は、前記不揮発分極率が大きいほど前記強誘電体キャパシタの特性が優れていると判定することを特徴とする請求項４に記載の強誘電体キャパシタの評価方法。
【請求項６】
強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価装置であって、
前記強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と、前記残留分極値から短時間の分極緩和による減衰成分が減少されてなる不揮発分極値（Ｐｎｖ）とを測定する手段と、
前記残留分極値及び前記不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出する手段とを備えていることを特徴する強誘電体キャパシタの評価装置。
【請求項７】
前記分極緩和率又は前記不揮発分極率のうちの少なくとも一方を表示する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の強誘電体キャパシタの評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価方法及びその評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の進展に伴って、大容量のデータを保存又は高速に処理する傾向が高まる中で、電子機器に使用される半導体記憶装置の高集積化及び高性能化が要求されている。そこで、半導体記憶装置を構成するキャパシタとして自発分極特性を有する強誘電体キャパシタを有する強誘電体記憶装置の研究開発が盛んに行なわれている。
【０００３】
強誘電体記憶装置は、比較的小さい外部電圧を印加することによって強誘電体キャパシタの分極方向が容易に反転するという性質を利用して、一の分極方向をデータ“０”とする一方、その反対の分極方向をデータ“１”として情報を記憶するものでり、従来にない低動作電圧であって且つ高速での書き込み及び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、強誘電体記憶装置は、強誘電体キャパシタの分極が外部電圧の切断によっても基本的に消失することなく残留分極として残存するという性質を有しているので、電源を切っても記憶情報を長時間保持する不揮発性メモリを実現できるという特徴も有している。
【０００４】
このような強誘電体記憶装置のさらなる大容量化を実現するためには、データの記憶単位であるセルを縮小化することが不可欠である。セルサイズを縮小するためには、セルの構成要素のうち、強誘電体キャパシタのサイズを小さくすることが最も有効であり、サブミクロンオーダーの寸法を有する強誘電体キャパシタを有する大容量化された強誘電体記憶装置の研究開発が盛んに行なわれている。この研究開発に伴って、微小サイズの強誘電体キャパシタの分極特性を正しく評価する方法が重要となっている。
【０００５】
従来における強誘電体キャパシタの分極特性の評価は、一般にソーヤタワー回路を用いて、分極ヒステリシス特性を測定することによって行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、従来における強誘電体キャパシタの評価方法について図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図５は、強誘電体キャパシタの分極特性を評価するために用いるソーヤタワー回路の構成例を示している。
【０００８】
図５に示すソーヤタワー回路は、強誘電体キャパシタ１と、容量値が既知であるリファレンス用キャパシタ２と、任意の電圧波形を発生させる電圧パルス発生器３と、オシロスコープ４とを有している。尚、オシロスコープ４には、第１の入力端子及び第２の入力端子が設けられている。
【０００９】
まず、電圧パルス発生器３は、図６(a)に示すような２つの不連続な電圧パルスａ及びｂよりなる第１の不連続電圧パルス（電圧、パルス幅及びパルス間隔は任意）を発生させて強誘電体キャパシタ１に印加する。この場合において、オシロスコープ４は、第１の入力端子４ａにより、電圧パルスｂが印加された時の強誘電体キャパシタ１への印加電圧の変化を測定し、第２の入力端子４ｂにより、リファレンス用キャパシタ２の電圧変化を測定する。
【００１０】
次に、オシロスコープ４は、第２の入力端子４ｂで測定されたリファレンス用キャパシタ２の電圧変化をその既知の容量値を用いて強誘電体キャパシタ１に対して出入りした電荷量変化に換算し、この電荷量変化と第１の入力端子４ａで測定された強誘電体キャパシタ１への印加電圧の変化とを組み合わせて処理することにより、図６(b)に示すような第１の分極ヒステリシス曲線ｃを得る。
【００１１】
ここで、図６(b)に示した第１の分極ヒステリシス曲線ｃにおいて、強誘電体キャパシタ１の分極状態は、図６(a)における電圧パルスａが印加された際には分極値Ｐ１の状態になっているが、その後図６(a)における電圧パルスｂが印加されるまでの短時間の待機時間において分極値Ｐ２まで減衰する。したがって、図６(a)における電圧パルスｂが強誘電体キャパシタ１に印加された時の第１の分極ヒステリシス曲線ｃは、図６(b)に示すように、分極値Ｐ２を始点として分極値Ｐ１を終点とした曲線となる。尚、このように、強誘電体キャパシタ１の分極値が短時間で減衰する現象は、強誘電体キャパシタに一般的に見られる性質であり、分極緩和又はリラクゼーション等と呼ばれている。
【００１２】
次に、電圧パルス発生器３は、図７(a)に示すような２つの不連続な電圧パルスｄ及びｅよりなる第２の不連続電圧パルス（電圧、パルス幅及びパルス間隔は任意）を発生させて強誘電体キャパシタ１に印加する。この場合において、オシロスコープ４は、第１の入力端子４ａにより、電圧パルスｅが印加された時の強誘電体キャパシタ１への印加電圧の変化を測定し、第２の入力端子４ｂにより、リファレンス用キャパシタ２の電圧変化を測定する。この後は、第１の不連続パルスが強誘電体キャパシタ１に印加された場合と同様に処理を行なうことによって、図７(b)に示すような第２の分極ヒステリシス曲線ｆを得る。
【００１３】
ここで、図７(b)に示した第２の分極ヒステリシス曲線ｆにおいて、強誘電体キャパシタ１の分極状態は、図７(a)における電圧パルスｄが印加された際には分極値Ｐ３の状態になっているが、その後図７(a)における電圧パルスｅが印加されるまでの短時間の待機時間において分極値Ｐ４まで減衰する。したがって、図７(a)における電圧パルスｄが強誘電体キャパシタ１に印加された時の第２の分極ヒステリシス曲線ｆは、図７(b)に示すように、分極値Ｐ４を始点として分極値Ｐ３を終点とした曲線となる。
【００１４】
次に、第１の分極ヒステリシス曲線ｃと第２の分極ヒステリシス曲線ｆとに基づいて、強誘電体キャパシタ１の分極特性を表す以下で説明する第１の値及び第２の値を求める。第１及び第２の値が意味するところは、図６(b)に示した第１の分極ヒステリシス曲線ｃと図７(b)に示した第２のヒステリシス曲線ｆとが合成された図８を参照すれば容易に理解される。
【００１５】
まず、第１の値は、図８に示した分極値Ｐ１から分極値Ｐ３が差し引かれた分極値であり、残留分極値（２Ｐｒ）と呼ばれる値である。すなわち、残留分極値（２Ｐｒ）とは、強誘電体キャパシタ１に電圧を印加して再び電圧を０に戻した際に、強誘電体キャパシタ１に最大限残留できる分極値の大きさを表す値である。
【００１６】
次に、第２の値は、図８に示した分極値Ｐ２から分極値Ｐ４が差し引かれた分極値であり、不揮発分極値（Ｐｎｖ）と呼ばれる値である。すなわち、不揮発分極値（Ｐｎｖ）とは、残留分極値（２Ｐｒ）から前述した短時間の分極緩和によって減衰した成分が差し引かれた値であり、実際の強誘電体記憶装置の不揮発性動作に寄与する分極値であると解釈されている。
【００１７】
以上のように、従来の強誘電体キャパシタの評価方法は、ソーヤタワー回路を用いて得られる分極ヒステリシス特性に基づいて、残留分極値又は不揮発分極値を求めることにより、強誘電体キャパシタの分極特性を数値化して評価することができる。また、残留分極値又は不揮発分極値は強誘電体キャパシタの分極特性の劣化に応じて減少することが広く知られているので、この残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて強誘電体キャパシタの分極特性を表すことにより、複数個の強誘電体キャパシタ間の特性の優劣を評価することができる。
【００１８】
【特許文献１】特開平１１−２２３６５０号公報（第３−４頁、第２９〜３２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の強誘電体キャパシタの評価方法には以下のような問題点がある。
【００２０】
従来の強誘電体キャパシタの評価方法は、前述のように、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という強誘電体キャパシタの分極を表す絶対値を測定することにより、強誘電体キャパシタの特性を評価するものである。残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値は、当然のことながら強誘電体キャパシタのサイズ（面積）に比例して変動する。ほとんどの場合、強誘電体キャパシタのサイズは強誘電体キャパシタを構成する電極のサイズで決定されるが、電極のサイズは製造工程における加工時のエッチングのばらつきによって僅かではあるが変動することが多い。したがって、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という強誘電体キャパシタの分極を表す絶対値は、電極の加工寸法のばらつきによる強誘電体キャパシタのサイズ変動に応じて変化してしまう。
【００２１】
このように、強誘電体キャパシタのサイズ変動に応じた残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）の変動は、電極の加工寸法のばらつきが電極の設計寸法にかかわらず一定であると仮定すると、強誘電体キャパシタのサイズが微小化すればするほど顕在化する。
【００２２】
図９は、強誘電体キャパシタを構成する電極の実際の仕上がり寸法（加工寸法）が電極の設計寸法に対して±０．０５μｍの範囲でばらつく場合を例として、この場合における強誘電体キャパシタの最小面積に対する最大面積の比について、電極の設計寸法（μｍ）に対して計算した結果をグラフにしたものである。
【００２３】
図９から明らかなように、強誘電体キャパシタを構成する電極の仕上がり寸法のばらつきによる強誘電体キャパシタの面積の変動は、電極の設計寸法が小さいほど大きく、特に、設計寸法が１μｍ以下のサブミクロンオーダーの領域では急激に大きくなる。前述の通り、強誘電体キャパシタの面積の変動に比例して残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値が変動するので、この絶対値の変動量は強誘電体キャパシタのサイズが微小になるほど大きくなることが容易に理解できる。
【００２４】
図９においては、強誘電体キャパシタを構成する電極の実際の仕上がり寸法（加工寸法）が電極の設計寸法に対して±０．０５μｍの範囲でばらつく場合を例としたが、この±０．０５μｍの範囲での電極の仕上がり寸法のばらつきは、例えば電極の設計寸法が１．００μｍである場合には±５％の範囲でのばらつきが生じることになるが、実際の製造工程においては、この程度の範囲でのばらつきは許容されるレベルである。しかしながら、この許容されるレベルでの仕上がり寸法のばらつきに応じた強誘電体キャパシタの面積の変動の影響によって、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値は約２０％も変動してしまうことになる。
【００２５】
したがって、従来の強誘電体キャパシタの評価方法のように、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という強誘電体キャパシタの分極の絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの特性を評価する方法では、特に、微小サイズの強誘電体キャパシタを評価する場合には不適切である。なぜなら、強誘電体キャパシタの分極特性に全く変化が生じていない場合であっても、上述の通り、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値は製造工程において発生し得る強誘電体キャパシタのサイズ変動によって変化してしまうので、強誘電体キャパシタの分極特性を正確に評価するための数値としてもはや適用できないからである。
【００２６】
また、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性としての特性差が発生している場合であっても、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値が強誘電体キャパシタのサイズ変動によって変化し、発生している特性差がその変化の範囲内に埋没することにより、その特性差を検出できない可能性がある。一方、複数個の強誘電体キャパシタ間に発生している特性差を検出することができるとしても、その特性差が強誘電体キャパシタの本来の分極特性の違いに基づくものか、又は強誘電体キャパシタのサイズの違いに基づくものなのかを判断することが不可能であるので、複数個の強誘電体キャパシタの分極特性の優劣を正確に判定することができない。
【００２７】
前記に鑑み、本発明は、強誘電体キャパシタを構成する電極の加工寸法のばらつきによる影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することを目的とする。また、複数個の強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を正確に評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
前記の課題を解決するために、本発明に係る第１の強誘電体キャパシタの評価方法は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価方法であって、強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と、残留分極値から短時間の分極緩和による減衰成分が減少されてなる不揮発分極値（Ｐｎｖ）とを測定する工程と、残留分極値及び不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出する工程と、分極緩和率又は不揮発分極率に基づいて、強誘電体キャパシタの特性を評価する工程とを備えることを特徴とする。
【００２９】
第１の強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率又は不揮発分極率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。
【００３０】
本発明に係る第２の強誘電体キャパシタの評価方法は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する複数個の強誘電体キャパシタの評価方法であって、複数個の強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）をそれぞれ測定する工程と、残留分極値及び不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率をそれぞれ算出する工程と、分極緩和率に基づいて、複数個の強誘電体キャパシタ間の特性の優劣を評価する工程とを備えることを特徴とする。
【００３１】
第２の強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。特に、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差が生じていても、強誘電体キャパシタのサイズ変動によってその特性差を検出できない場合、又は複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差を検出できる場合であっても、その特性差が強誘電体キャパシタの本来の分極特性の違いに基づくものなのか若しくは強誘電体キャパシタのサイズ変動に基づくものなのかの判定が困難な場合に有効である。
【００３２】
第２の強誘電体キャパシタの評価方法において、特性の優劣を評価する工程は、分極緩和率が小さいほど強誘電体キャパシタの特性が優れていると評価することが好ましい。
【００３３】
このようにすると、分極緩和率が増加するにつれて残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）が減少するため強誘電体キャパシタの分極特性が劣化すると共に、分極緩和率が減少するにつれて残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は増加するため強誘電体キャパシタの分極特性が向上するので、強誘電体キャパシタの分極特性を正確に評価できる。
【００３４】
本発明の第３の強誘電体キャパシタの評価方法は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する複数個の強誘電体キャパシタの評価方法であって、複数個の強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）をそれぞれ測定する工程と、残留分極値及び不揮発分極値から、式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率をそれぞれ算出する工程と、不揮発分極率に基づいて、複数個の強誘電体キャパシタ間の特性の優劣を評価する工程とを備えることを特徴とする。
【００３５】
第３の強誘電体キャパシタの評価方法によると、不揮発分極率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。特に、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差が生じていても、強誘電体キャパシタのサイズ変動によってその特性差を検出できない場合、又は、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差を検出できる場合であっても、その特性差が強誘電体キャパシタの本来の分極特性の違いに基づくものなのか若しくは強誘電体キャパシタのサイズ変動に基づくものなのかの判定が困難な場合に有効である。
【００３６】
本発明の第３の強誘電体キャパシタの評価方法において、特性の優劣を評価する工程は、不揮発分極率が大きいほど強誘電体キャパシタの特性が優れていると判定することが好ましい。
【００３７】
このようにすると、不揮発分極率が増加するにつれて残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）が減少するため強誘電体キャパシタの分極特性が劣化すると共に、不揮発分極率が減少するにつれて残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は増加するため強誘電体キャパシタの分極特性が向上するので、強誘電体キャパシタの分極特性を正確に評価できる。
【００３８】
本発明に係る強誘電体キャパシタの評価装置は、強誘電体材料よりなる容量絶縁膜を有する強誘電体キャパシタの評価装置であって、強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と、残留分極値から短時間の分極緩和による減衰成分が減少されてなる不揮発分極値（Ｐｎｖ）とを測定する手段と、残留分極値及び不揮発分極値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出する手段とを備えていることを特徴する。
【００３９】
本発明に係る強誘電体キャパシタの評価装置によると、強誘電体キャパシタの分極緩和率又は不揮発分極率という相対値を算出するので、この相対値を用いて強誘電体キャパシタの分極特性を評価すれば、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することができる。
【００４０】
本発明に係る強誘電体キャパシタの評価装置において、分極緩和率又は不揮発分極率のうちの少なくとも一方を表示する手段をさらに備えていることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、分極緩和率又は不揮発分極率のうちの少なくとも一方が表示されるので、強誘電体キャパシタの分極特性をより効率的に評価することができる。
【発明の効果】
【００４２】
前記第１の強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率又は不揮発分極率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。
【００４３】
前記第２の強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。
【００４４】
前記第３の強誘電体キャパシタの評価方法によると、不揮発分極率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。
【００４５】
前記強誘電体キャパシタの評価装置によると、強誘電体キャパシタの分極緩和率又は不揮発分極率という相対値を算出するので、この相対値を用いて強誘電体キャパシタの分極特性を評価すれば、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の各実施形態について説明する前提として、本発明の技術的思想について説明する。
【００４７】
すなわち、本発明は、強誘電体キャパシタの特性の評価に用いる尺度として、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いた式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を用いるが、この分極緩和率又は不揮発分極率が強誘電体キャパシタの分極特性を評価する尺度として適切であると判断するに至った理由について以下に説明する。
【００４８】
まず、本件発明者らは、従来例と同様に、評価対象となる強誘電体キャパシタに対してソーヤタワー回路を構成し、第１及び第２の分極ヒステリシス曲線を得ることにより、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を測定した（以上、図５〜８参照）。ここで、評価対象となる強誘電体キャパシタとして、半導体基板上に形成された白金よりなる上部電極、タンタル酸ビスマスストロンチウムの強誘電体材料よりなる容量絶縁膜及び白金よりなる下部電極から構成される強誘電体キャパシタを用いている。尚、強誘電体キャパシタを構成する上部電極及び下部電極の設計寸法は１．００μｍ×１．００μｍ角である。
【００４９】
次に、測定した強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値を用いて、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出した。
【００５０】
次に、４％の水素が含まれた水素と窒素との混合雰囲気中において４００℃で且つ１０分間、強誘電体キャパシタに対して熱処理を施して、強誘電体キャパシタの分極特性を強制的に劣化させた。尚、タンタル酸ビスマスストロンチウム等の金属酸化物系の強誘電体材料は水素を含む雰囲気中での熱処理によって容易に還元されて、強誘電体キャパシタの分極特性が劣化することが広く知られている。
【００５１】
次に、ソーヤタワー回路によって、分極特性が劣化された後の強誘電体キャパシタの分極ヒステリシス曲線を得ることにより、分極特性が劣化された後の強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を再び測定した後、さらに、これらの値を用いて、分極特性が劣化された後の強誘電体キャパシタの分極緩和率及び不揮発分極率を算出した。
【００５２】
このようにして、本件発明者らは、同一の強誘電体キャパシタに対する水素雰囲気中での熱処理の前後、すなわち強誘電体キャパシタの分極特性が劣化する前後における残留分極値（２Ｐｒ）、不揮発分極値（Ｐｎｖ）、分極緩和率及び不揮発分極率を測定及び算出した。
【００５３】
図１(a)は、このようにして測定された残留分極値（２Ｐｒ）と不揮発分極値（Ｐｎｖ）とについて、水素雰囲気中での熱処理の前後における比較を示しており、図１(b)はこのようにして算出された分極緩和率と不揮発分極値とについて、水素雰囲気中での熱処理の前後における比較を示している。
【００５４】
図１(a)に示すように、水素雰囲気中での熱処理によって残留分極値（２Ｐｒ）は１５５ｆＣから１３９ｆＣに減少しており、また、不揮発分極値（Ｐｎｖ）は１２６ｆＣから１０７ｆＣに減少している。このように、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）はいずれも減少しており、強誘電体キャパシタの分極特性が劣化していることを示している。この場合、図１(b)に示すように、分極緩和率は０．１８７から０．２３０へ増大しており、不揮発分極率は０．８１３から０．７７０へ減少していることが分かる。
【００５５】
したがって、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）以外に、残留分極値（２Ｐｒ）のうち短時間の分極緩和によって減衰する成分の割合を示す分極緩和率、及び残留分極値（２Ｐｒ）のうち不揮発分極値（Ｐｎｖ）の割合を示す不揮発分極率は、強誘電体キャパシタの分極特性を表す数値として適用可能であることが明らかである。
【００５６】
また、図１(a)と図１(b)とから明らかなように、分極緩和率が増加するほど残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）が減少するので、分極緩和率が増加するほど強誘電体キャパシタの分極特性が劣化していると評価できると共に、不揮発分極率が減少するほど残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は増加するので、不揮発分極率が減少するほど強誘電体キャパシタの分極特性が優れていると評価できる。また、不揮発分極率が増加するほど残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）が増加するので、不揮発分極率が増加するほど強誘電体キャパシタの分極特性が優れている評価できると共に、不揮発分極率が減少するほど残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は減少するので、不揮発分極率が減少するほど強誘電体キャパシタの分極特性が劣化していると評価できる。
【００５７】
また、分極緩和率又は不揮発分極率を用いた強誘電体キャパシタの評価として、算出された分極緩和率が予め定めた所望の値よりも大きい場合には、強誘電体キャパシタの分極特性が劣化していると評価することができる一方、算出された不揮発分極率が予め定めた所望の値よりも大きい場合には強誘電体キャパシタの分極特性が優れていると評価することができる。
【００５８】
以上のようにして、強誘電体キャパシタの評価方法に用いる尺度として適用可能であると見出した分極緩和率又は不揮発分極率は、強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）と不揮発分極値（Ｐｎｖ）という強誘電体キャパシタの分極を示す絶対値から、式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒ又は式Ｐｎｖ／２Ｐｒで算出される相対値であるという点が極めて重要である。
【００５９】
残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値は、前述の通り、強誘電体キャパシタの面積に比例して変動する。すなわち、強誘電体キャパシタの単位面積当たりの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）をそれぞれ２Ｐｒａ及びＰｎｖａとすると共に強誘電体キャパシタの面積をＳとすると、残留分極値（２Ｐｒ）については２Ｐｒ＝２Ｐｒａ×Ｓで表されると共に不揮発分極値（Ｐｎｖ）についてはＰｎｖ＝Ｐｎｖａ×Ｓで表されるように、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は強誘電体キャパシタの面積の影響を受けて変動することになる。
【００６０】
しかしながら、分極緩和率はその算出式から（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒ＝（２Ｐｒａ×Ｓ−Ｐｎｖａ×Ｓ）／２Ｐｒａ×Ｓ＝（２Ｐｒａ−Ｐｎｖａ）／２Ｐｒａとなるように、強誘電体キャパシタの面積Ｓによって変化しない相対値である。また、不揮発分極率についても、その算出式からＰｎｖ／２Ｐｒ＝Ｐｎｖａ×Ｓ／２Ｐｒ×Ｓ＝Ｐｎｖａ／２Ｐｒａとなるように、強誘電体キャパシタの面積Ｓの影響を受けない相対値である。したがって、分極緩和率又は不揮発分極率は、強誘電体キャパシタの評価方法に用いる尺度として極めて優れているのである。
【００６１】
以上のように、強誘電体キャパシタの分極特性を評価する尺度として、強誘電体キャパシタの分極を示す相対値である分極緩和率又は不揮発分極率を用いることにより、たとえ強誘電体キャパシタの面積が変動する場合であっても、その変動の影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタの分極特性の優劣を正確に評価することができる。
【００６２】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６３】
（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キャパシタの評価方法について図２〜図３を参照しながら説明する。
【００６４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体キャパシタの評価装置の構成例を示している。
【００６５】
図２に示すように、図２に示す強誘電体キャパシタの評価装置は、評価対象となる強誘電体キャパシタ１０と、容量が既知のリファレンス用キャパシタ１１と、任意の電圧波形を発生することができる電圧パルス発生器１２と、強誘電体キャパシタの分極ヒステリシス曲線を得るオシロスコープ１３と、強誘電体キャパシタ１０の残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を測定すると共に分極緩和率又は不揮発分極率を算出する演算手段１４と、表示装置１５とを備えている。尚、オシロスコープ１３には第１の入力端子１３ａ及び第２の入力端子１３ｂが設けられている。
【００６６】
また、第１の実施形態においては、評価対象となる強誘電体キャパシタ１０として、半導体基板上に形成された白金よりなる上部電極、タンタル酸ビスマスストロンチウムの強誘電体材料よりなる容量絶縁膜及び白金よりなる下部電極から構成される強誘電体キャパシタを用いている。尚、強誘電体キャパシタ１０を構成する上部電極及び下部電極の設計寸法は１．００μｍ×１．００μｍ角である。
【００６７】
さらに、第１の実施形態においては、一例として、半導体基板の中央部から外周部に向かって約２０ｍｍの間隔で５個の強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅが順に位置している場合について、それぞれの強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極特性をそれぞれ評価する場合について説明する。尚、この場合、以下では、図２に示す強誘電体キャパシタ１０が、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれであるとして説明していることは言うまでもない。
【００６８】
まず、従来例と同様にして、電圧パルス発生器１２から第１及び第２の不連続なパルスのそれぞれを強誘電体キャパシタ１０としての強誘電体キャパシタ１０ａに印加して、オシロスコープ１３の第１の入力端子１３ａにより強誘電体キャパシタ１０ａへの印加電圧の変化を測定すると共に、第２の入力端子１３ｂによりリファレンス用キャパシタ１１の電圧変化を測定することにより、オシロスコープ１３は第１及び第２の分極ヒステリシス曲線を得る。同様にして、強誘電体キャパシタ１０ｂ〜１０ｅについての第１及び第２の分極ヒステリシス曲線を得る（以上、図５〜８参照）。
【００６９】
次に、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の測定について説明する。すなわち、演算装置１４は、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれについての第１及び第２の分極ヒステリシス曲線に基づいて、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）を個々に測定する。
【００７０】
次に、演算装置１４によって強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極緩和率を算出する場合について説明する。すなわち、演算装置１４は、測定した５個の強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値から、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれについての式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率を個々に算出する。
【００７１】
尚、演算手段１４によって測定された残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）並びに算出された分極緩和率は、表示手段１５によって表示画面等に表示される。
【００７２】
図３は、５個の強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）、不揮発分極値（Ｐｎｖ）及び分極緩和率を示している。
【００７３】
図３から明らかなように、半導体基板の中央部に近い強誘電体キャパシタであればあるほど、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は減少している一方、分極緩和率は、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのいずれの場合であっても同一の値となっている。
【００７４】
従来の強誘電体キャパシタの評価方法によると、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）を測定し、測定した残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値に基づいて、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を判定するものである。したがって、図３の場合では、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれの残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値の大小関係を判定して、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極特性の優劣を判定するので、半導体基板の中央部に近い強誘電体キャパシタであればあるほどその分極特性は劣っている、すなわち、強誘電体キャパシタ１０ａが最も分極特性が劣っており、強誘電体キャパシタ１０ｅが最も分極特性が優れていると判定することになる。
【００７５】
しかしながら、５個の強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれを構成する電極の一辺の仕上がり寸法は、強誘電体キャパシタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅについてそれぞれ０．９５μｍ、０．９８μｍ、１．０１μｍ、１．０３μｍ、１．０５μｍとなっていることがわかった。すなわち、半導体基板上の異なる位置に形成されたこれらの強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのサイズは、強誘電体キャパシタを構成する電極の加工の際に生じるエッチングのばらつきによって、半導体基板の中央部に近い強誘電体キャパシタであるほどそのサイズが小さくなっている。このため、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は、半導体基板の中央部に近い強誘電体キャパシタであるほど強誘電体キャパシタの面積に比例して小さくなっていたが、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの本来の分極特性は全て同一であったことが判明した。
【００７６】
したがって、従来の強誘電体キャパシタの評価方法を用いて強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅを評価する場合には、強誘電体キャパシタを構成する電極の仕上がり寸法の変動の影響を受け、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極特性の優劣について誤った判定を下してしまうことになる。このため、従来の強誘電体キャパシタの評価方法では、複数個の強誘電体キャパシタ間に電極の加工寸法のばらつきによる強誘電体キャパシタのサイズ変動が発生している場合には、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極特性の優劣を正確に評価することができない。
【００７７】
これに対して、本発明に係る強誘電体キャパシタの評価方法によると、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて、電極の加工寸法のばらつきによる強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けない分極緩和率という相対値を算出することにより、図３に示すように、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅのそれぞれの分極緩和率として全て同一の値が得られるので、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの分極特性として特性差は生じていないと容易に評価することができ、これは強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの本来の分極特性が全て同一であるという点を正確に評価していることになる。
【００７８】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。例えば、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差が生じていても、強誘電体キャパシタのサイズ変動によってその特性差を検出できない場合、又は、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差を検出できる場合であっても、その特性差が強誘電体キャパシタの本来の分極特性の違いに基づくものなのか若しくは強誘電体キャパシタのサイズ変動に基づくものなのかの判定が困難な場合に特に有効である。
【００７９】
尚、第１の実施形態においては、演算装置１４において、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率を算出して、この分極緩和率に基づいて複数個の強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を評価したが、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出して、この不揮発分極率に基づいて複数個強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を評価する場合であっても、不揮発分極率は相対値であるので、分極緩和率の場合と全く同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８０】
また、第１の実施形態において、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の測定並びに分極緩和率の算出は演算手段１４を用いて算出したが、これは強誘電体キャパシタの分極特性を極めて効率的に評価する目的であるが、いずれの値も手計算によって求めることができることは言うまでもない。さらに、第１の実施形態においては、強誘電体キャパシタの分極特性を極めて効率的に評価するため、残留分極値（２Ｐｒ）、不揮発分極値（Ｐｎｖ）及び分極緩和率を表示手段１５によって表示するようにしているが、必ずしも表示する必要がないことは言うまでもない。
【００８１】
（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キャパシタの評価方法について図２及び図４を参照しながら説明する。
【００８２】
まず、第１の実施形態と同様に、図２に示した強誘電体キャパシタの評価装置を用いて、評価対象となる強誘電体キャパシタの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の測定について説明する。
【００８３】
また、第２の実施形態においては、評価対象となる強誘電体キャパシタ１０として、第１の実施形態と同様に、半導体基板上に形成された白金よりなる上部電極、タンタル酸ビスマスストロンチウムの強誘電体材料よりなる容量絶縁膜及び白金よりなる下部電極から構成される強誘電体キャパシタを用いている。尚、強誘電体キャパシタ１０を構成する上部電極及び下部電極の設計寸法は１．００μｍ×１．００μｍ角である。
【００８４】
さらに、第２の実施形態においては、一例として、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成されている強誘電体キャパシタ１０ｆと４％の水素を含む水素及び窒素が混合された雰囲気中において４００℃であって且つ１０分間熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの分極特性とをそれぞれ評価する場合について説明する。尚、この場合、以下では、図２に示す強誘電体キャパシタ１０が、強誘電体キャパシタ１０ｆ又は１０ｇのそれぞれであるとして説明していることは言うまでもない。
【００８５】
まず、従来例と同様にして、電圧パルス発生器１２から第１及び第２の不連続なパルスのそれぞれを強誘電体キャパシタ１０としての強誘電体キャパシタ１０ｆに印加して、オシロスコープ１３の第１の入力端子１３ａにより強誘電体キャパシタ１０ｆへの印加電圧の変化を測定すると共に、第２の入力端子１３ｂによりリファレンス用キャパシタ１１の電圧変化を測定することにより、オシロスコープ１３は第１及び第２の分極ヒステリシス曲線を得る。同様にして、強誘電体キャパシタ１０ｇについての第１及び第２の分極ヒステリシス曲線を得る（以上、図５〜８参照）。
【００８６】
次に、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の測定について説明する。すなわち、演算装置１４は、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれについての第１及び第２の分極ヒステリシス曲線に基づいて、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）を個々に測定する。
【００８７】
次に、演算装置１４によって強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇの分極緩和率を算出する場合について説明する。すなわち、演算装置１４は、測定した２個の強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値から、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれについての式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率を個々に算出する。
【００８８】
尚、演算手段１４によって測定された残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）並びに算出された分極緩和率は、表示手段１５によって表示画面等に表示される。
【００８９】
図４は、２個の強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれについての残留分極値（２Ｐｒ）、不揮発分極値（Ｐｎｖ）及び分極緩和率を示している。
【００９０】
図４から明らかなように、まず、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）については、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの場合、及び前述の水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの場合のいずれの場合もほぼ同等の値となっている。一方、分極緩和率については、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの場合に比べて、前述の水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの場合は明らかに大きな値となっている。
【００９１】
従来の強誘電体キャパシタの評価方法によると、残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）を測定し、測定した残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値に基づいて、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を判定するものである。したがって、図４の場合では、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれの残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）の値の大小関係を判定して、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇの分極特性の優劣を判定するので、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの分極特性と水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの分極特性とは、ほぼ同等であると判定することになる。
【００９２】
しかしながら、２個の強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれを構成する電極の一辺の仕上がり寸法は、強誘電体キャパシタ１０ｆが０．９５μｍ、強誘電体キャパシタ１０ｇが１．０５μｍとなっていることがわかった。すなわち、半導体基板上の異なる位置に形成されたこれらの強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのサイズは、強誘電体キャパシタ１０ｆ及び１０ｇのそれぞれを構成する電極の加工の際に生じるエッチングのばらつきによって、水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇのサイズは大きくなっている一方、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆのサイズは小さくなっている。
【００９３】
したがって、強誘電体キャパシタ１０ｇの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は、水素雰囲気下での熱処理による強誘電体キャパシタ１０ｇの分極特性の劣化によって、強誘電体キャパシタ１０ｆの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）に比べて本来小さい値になっているはずである。しかしながら、強誘電体キャパシタ１０ｇの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）は、強誘電体キャパシタ１０ｇのサイズの増加に比例して大きくなっているために、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの残留分極値（２Ｐｒ）と水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの残留分極値（２Ｐｒ）とがほぼ同等の値になっていると共に、強誘電体キャパシタ１０ｆの不揮発分極値（Ｐｎｖ）と強誘電体キャパシタ１０ｇの不揮発分極値（Ｐｎｖ）とがほぼ同等の値になっていることが判明した。
【００９４】
このように、従来の強誘電体キャパシタの評価方法によると、複数個の強誘電体キャパシタ間に実際の仕上がり寸法のばらつきによって強誘電体キャパシタのサイズ変動が発生している場合には、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の特性差が強誘電体キャパシタのサイズ変動に埋没してしまうことにより、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を正確に評価することができない。
【００９５】
これに対して、本発明に係る強誘電体キャパシタの評価方法によると、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて、電極の加工寸法のばらつきによる強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けない分極緩和率という相対値を算出することにより、図４に示すように、水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの分極緩和率として、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの分極緩和率よりも明らかに大きな値が得られる。したがって、水素雰囲気下での熱処理が施された基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｇの分極特性の方が、水素雰囲気下での熱処理が施されていない基板上に形成された強誘電体キャパシタ１０ｆの分極特性の方よりも劣化していることを容易に判定することができる。
【００９６】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る強誘電体キャパシタの評価方法によると、分極緩和率という相対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価するため、強誘電体キャパシタの加工の際に生じる電極の加工寸法のばらつき、ひいては強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響によって値が変動する残留分極値（２Ｐｒ）又は不揮発分極値（Ｐｎｖ）という絶対値を尺度として強誘電体キャパシタの分極特性を評価する必要がなくなるので、強誘電体キャパシタの分極特性について強誘電体キャパシタのサイズ変動の影響を受けることなく正確に評価することができる。したがって、複数個の強誘電体キャパシタ間における分極特性の優劣を確実に評価することができる。例えば、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差が生じていても、強誘電体キャパシタのサイズ変動によってその特性差を検出できない場合、又は、複数個の強誘電体キャパシタ間に分極特性の特性差を検出できる場合であっても、その特性差が強誘電体キャパシタの本来の分極特性の違いに基づくものなのか若しくは強誘電体キャパシタのサイズ変動に基づくものなのかの判定が困難な場合に特に有効である。
【００９７】
尚、第２の実施形態においては、演算装置１４において、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて式（２Ｐｒ−Ｐｎｖ）／２Ｐｒで表される分極緩和率を算出して、この分極緩和率に基づいて複数個の強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を評価したが、残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）を用いて式Ｐｎｖ／２Ｐｒで表される不揮発分極率を算出して、この不揮発分極率に基づいて複数個強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を評価する場合であっても、不揮発分極率は相対値であるので、分極緩和率の場合と全く同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９８】
また、第２の実施形態において、強誘電体キャパシタ１０ａ〜１０ｅの残留分極値（２Ｐｒ）及び不揮発分極値（Ｐｎｖ）の測定並びに分極緩和率の算出は演算手段１４を用いて算出したが、これは強誘電体キャパシタの分極特性を極めて効率的に評価する目的であるが、いずれの値も手計算によって求めることができることは言うまでもない。さらに、第２の実施形態においては、強誘電体キャパシタの分極特性を極めて効率的に評価するため、残留分極値（２Ｐｒ）、不揮発分極値（Ｐｎｖ）及び分極緩和率を表示手段１５によって表示するようにしているが、必ずしも表示する必要がないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本発明の強誘電体キャパシタの評価方法によると、強誘電体キャパシタを構成する電極の加工寸法のばらつきによる影響を受けることなく、強誘電体キャパシタの本来の分極特性を正確に評価することができ、また、複数個の強誘電体キャパシタ間の分極特性の優劣を正確に評価することができる。このため、本発明は、サブミクロンオーダーの寸法を有する強誘電体キャパシタを有する大容量化された強誘電体記憶装置に適用すれば有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】(a)は残留分極値及び不揮発分極値についての水素雰囲気下での熱処理前後における関係を示す図であり、(b)は不揮発分極率及び分極緩和率についての水素雰囲気下での熱処理前後における関係を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る強誘電体キャパシタの評価装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る複数個の強誘電体キャパシタについての残留分極値、不揮発分極値及び分極緩和率を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る複数個の強誘電体キャパシタについての残留分極値、不揮発分極値及び分極緩和率を示す図である。
【図５】従来の強誘電体キャパシタの評価装置を示すブロック図であって、ソーヤタワー回路を示す図である。
【図６】(a)は従来の強誘電体キャパシタの評価方法に係る第１の不連続電圧パルスを示す図であり、(b)は第１の分極ヒステリシス曲線を示す図である。
【図７】(a)は従来の強誘電体キャパシタの評価方法に係る第２の不連続電圧パルスを示す図であり、(b)は第２の分極ヒステリシス曲線を示す図である。
【図８】従来の強誘電体キャパシタの評価方法に係る残留分極値及び不揮発分極値の定義を説明するための図である。
【図９】電極の仕上がり寸法が設計寸法に対して±０．０５μｍの範囲でばらつく場合における強誘電体キャパシタの最大面積／最小面積と電極の設計寸法との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、１０、１０ａ〜１０ｇ      強誘電体キャパシタ
２、１１      リファレンス用キャパシタ
３、１２      電圧パルス発生器
４、１３      オシロスコープ
１４      演算手段
１５      表示手段
【図１】
2005045179.tif 000003
【図２】
2005045179.tif 000004
【図３】
2005045179.tif 000005
【図４】
2005045179.tif 000006
【図５】
2005045179.tif 000007
【図６】
2005045179.tif 000008
【図７】
2005045179.tif 000009
【図８】
2005045179.tif 000010
【図９】
2005045179.tif 000011