JP3361268B2 - Method for evaluating polarization characteristics of ferroelectric capacitor - Google Patents

Method for evaluating polarization characteristics of ferroelectric capacitor

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JP3361268B2
JP3361268B2 JP05831998A JP5831998A JP3361268B2 JP 3361268 B2 JP3361268 B2 JP 3361268B2 JP 05831998 A JP05831998 A JP 05831998A JP 5831998 A JP5831998 A JP 5831998A JP 3361268 B2 JP3361268 B2 JP 3361268B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体キャパシ
タの分極特性評価方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating polarization characteristics of a ferroelectric capacitor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、強誘電体キャパシタの分極ヒステ
リシス特性を利用した強誘電体不揮発性メモリーの開発
が盛んに行われており、それに伴い半導体基板上に形成
された強誘電体キャパシタの分極特性評価装置及び分極
特性評価方法が重要となっている。現在、強誘電体キャ
パシタの分極特性評価装置としてソーヤタワー回路が一
般的に用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, a ferroelectric non-volatile memory utilizing the polarization hysteresis characteristic of a ferroelectric capacitor has been actively developed, and with this, the polarization characteristic of a ferroelectric capacitor formed on a semiconductor substrate. Evaluation devices and polarization characteristics evaluation methods are important. At present, a Sawyer tower circuit is generally used as a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor.

【0003】図29は、従来の強誘電体キャパシタの分
極特性評価装置の構成を示す図である。図29におい
て、1は半導体基板、2は強誘電体キャパシタ、3及び
4は配線、5及び6はパッドである。また、2aは強誘
電体キャパシタ2の第1の電極、2bは強誘電体キャパ
シタ2の第2の電極である。強誘電体キャパシタ2、配
線3及び4、パッド5及び6は半導体基板1上に形成さ
れている。7はリファレンス用キャパシタ、8は任意波
形パルス発生器、9はオシロスコープ、10、11及び
12は配線ケーブルである。また、7aはリファレンス
用キャパシタ7の第1の電極、7bはリファレンス用キ
ャパシタ7の第2の電極、8aは任意波形パルス発生器
8の出力端子、9aはオシロスコープ9の第1の入力端
子、9bはオシロスコープ9の第2の入力端子である。
リファレンス用キャパシタ7の容量は既知である。
FIG. 29 is a diagram showing the structure of a conventional polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor. In FIG. 29, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a ferroelectric capacitor, 3 and 4 are wirings, and 5 and 6 are pads. Further, 2 a is a first electrode of the ferroelectric capacitor 2 and 2 b is a second electrode of the ferroelectric capacitor 2. The ferroelectric capacitor 2, the wirings 3 and 4, and the pads 5 and 6 are formed on the semiconductor substrate 1. Reference numeral 7 is a reference capacitor, 8 is an arbitrary waveform pulse generator, 9 is an oscilloscope, and 10, 11 and 12 are wiring cables. Further, 7a is a first electrode of the reference capacitor 7, 7b is a second electrode of the reference capacitor 7, 8a is an output terminal of the arbitrary waveform pulse generator 8, 9a is a first input terminal of the oscilloscope 9, and 9b. Is a second input terminal of the oscilloscope 9.
The capacitance of the reference capacitor 7 is known.

【0004】図30は従来の強誘電体キャパシタの分極
特性評価装置による分極特性評価方法の工程を示すフロ
ーチャートである。図31は従来の強誘電体キャパシタ
の分極特性評価装置を用いて分極特性を評価する時の電
圧パルスとオシロスコープにより測定される電圧波形を
示した図である。図31において、(a)および(d)
は任意波形パルス発生器8から出力される電圧パルスの
波形であり、(b)および(e)はオシロスコープ9の
第1の入力端子9aで測定される電圧波形であり、
(c)および(f)はオシロスコープ9の第2の入力端
子9bで測定される電圧波形である。ここで(c)およ
び(f)の縦軸のスケールは、(a)および(d)、
(b)および(e)の縦軸のスケールに比べて十分に小
さいものとする。図31において、51、52、53は
任意波形パルス発生器8により発生される電圧パルス、
54、55はオシロスコープ9の第1の入力端子9aで
測定される電圧波形、56、57はオシロスコープ9の
第2の入力端子9bで測定される電圧波形である。また
図31において、t1は電圧波形54が変化し始める時
刻、t2は電圧波形55が変化し始める時刻である。
FIG. 30 is a flow chart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a conventional polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor. FIG. 31 is a diagram showing a voltage pulse and a voltage waveform measured by an oscilloscope when a polarization characteristic is evaluated using a conventional ferroelectric capacitor polarization characteristic evaluation apparatus. In FIG. 31, (a) and (d)
Is a waveform of a voltage pulse output from the arbitrary waveform pulse generator 8, (b) and (e) are voltage waveforms measured at the first input terminal 9a of the oscilloscope 9,
(C) and (f) are voltage waveforms measured at the second input terminal 9b of the oscilloscope 9. Here, the scales of the vertical axes of (c) and (f) are (a) and (d),
It is assumed to be sufficiently smaller than the scales of the vertical axes in (b) and (e). In FIG. 31, 51, 52 and 53 are voltage pulses generated by the arbitrary waveform pulse generator 8,
54 and 55 are voltage waveforms measured at the first input terminal 9a of the oscilloscope 9, and 56 and 57 are voltage waveforms measured at the second input terminal 9b of the oscilloscope 9. Further, in FIG. 31, t1 is the time when the voltage waveform 54 starts to change, and t2 is the time when the voltage waveform 55 starts to change.

【0005】図32は従来の強誘電体キャパシタの分極
特性評価装置により測定される分極特性の図である。図
32において、71、72は分極ヒステリシス曲線、7
3は時刻t1における分極、74は時刻t2における分
極である。以下に、図29〜32を用いて、従来の強誘
電体キャパシタの分極特性評価装置による分極特性評価
方法について示す。
FIG. 32 is a diagram showing polarization characteristics measured by a conventional polarization characteristics evaluation apparatus for ferroelectric capacitors. In FIG. 32, 71 and 72 are polarization hysteresis curves, and 7
3 is the polarization at time t1, and 74 is the polarization at time t2. The polarization characteristic evaluation method by the conventional polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor will be described below with reference to FIGS.

【0006】まず、工程P1において、任意波形パルス
発生器8により電圧パルス51を強誘電体キャパシタ2
に印加する。工程P1により強誘電体キャパシタ2の分
極状態は第1の所定の状態に整えられる。工程P2にお
いて、任意波形パルス発生器8により電圧パルス52を
強誘電体キャパシタ2に印加すると共に、オシロスコー
プ9の第1の入力端子9aで電圧波形54、オシロスコ
ープ9の第2の入力端子9bで電圧波形56を測定す
る。工程P3において、強誘電体キャパシタ2の容量薄
膜の膜厚及び電圧波形54から強誘電体キャパシタ2に
印加された電界の時間変化を算出すると共に、リファレ
ンス用キャパシタ7の容量及び電圧波形56から、電圧
パルス52印加時の強誘電体キャパシタ2の第2の電極
2bにおける電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キ
ャパシタ2に印加された電界と強誘電体キャパシタ2の
第2の電極2bにおける電荷量との関係を求め、電荷量
の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点として、電界
と分極との関係すなわち分極ヒステリシス曲線71を求
める。
First, in step P1, the arbitrary waveform pulse generator 8 applies a voltage pulse 51 to the ferroelectric capacitor 2.
Apply to. The polarization state of the ferroelectric capacitor 2 is adjusted to the first predetermined state by the step P1. In step P2, the arbitrary waveform pulse generator 8 applies the voltage pulse 52 to the ferroelectric capacitor 2, and the voltage waveform 54 is applied at the first input terminal 9a of the oscilloscope 9 and the voltage is applied at the second input terminal 9b of the oscilloscope 9. Waveform 56 is measured. In step P3, the time change of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 2 is calculated from the film thickness of the capacitive thin film of the ferroelectric capacitor 2 and the voltage waveform 54, and the capacitance and voltage waveform 56 of the reference capacitor 7 is calculated. The time change of the charge amount in the second electrode 2b of the ferroelectric capacitor 2 when the voltage pulse 52 is applied is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 2 and the second electrode 2b of the ferroelectric capacitor 2 are calculated. Then, the relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 71 is calculated with the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization.

【0007】工程P4において、任意波形パルス発生器
8により電圧パルス53を強誘電体キャパシタ2に印加
する。工程P4により強誘電体キャパシタ2の分極状態
は第2の所定の状態に整えられる。工程P5において、
任意波形パルス発生器8により電圧パルス52を強誘電
体キャパシタ2に印加すると共に、オシロスコープ9の
第1の入力端子9aで電圧波形55を、オシロスコープ
9の第2の入力端子9bで電圧波形57を測定する。工
程P6において、強誘電体キャパシタ2の容量薄膜厚及
び電圧波形55から強誘電体キャパシタ2に印加された
電界の時間変化を算出すると共に、リファレンス用キャ
パシタ7の容量及び電圧波形57から、電圧パルス52
印加時の強誘電体キャパシタ2の第2の電極2bにおけ
る電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キャパシタ2
に印加された電界と強誘電体キャパシタ2の第2の電極
2bにおける電荷量との関係を求め、電荷量の最大値と
最小値の中間点を分極のゼロ点として、電界と分極との
関係すなわち分極ヒステリシス曲線72を求める。工程
P7において分極74から分極73を差し引き、不揮発
分極を算出する。
In step P4, the voltage pulse 53 is applied to the ferroelectric capacitor 2 by the arbitrary waveform pulse generator 8. The polarization state of the ferroelectric capacitor 2 is adjusted to the second predetermined state by the step P4. In process P5,
A voltage pulse 52 is applied to the ferroelectric capacitor 2 by the arbitrary waveform pulse generator 8, and a voltage waveform 55 is applied to the first input terminal 9a of the oscilloscope 9 and a voltage waveform 57 is applied to the second input terminal 9b of the oscilloscope 9. taking measurement. In step P6, the time variation of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 2 is calculated from the thickness thin film of the ferroelectric capacitor 2 and the voltage waveform 55, and the voltage pulse is calculated from the capacitance of the reference capacitor 7 and the voltage waveform 57. 52
The time change of the charge amount in the second electrode 2b of the ferroelectric capacitor 2 at the time of application is calculated to calculate the ferroelectric capacitor 2
The relation between the electric field and the polarization is determined by finding the relation between the electric field applied to the capacitor and the amount of charge in the second electrode 2b of the ferroelectric capacitor 2, and setting the midpoint between the maximum and minimum values of the charge as the zero point of polarization. That is, the polarization hysteresis curve 72 is obtained. In step P7, the polarization 73 is subtracted from the polarization 74 to calculate the non-volatile polarization.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では以下のような欠点がある。図29に示す測定
系において、配線ケーブル10は浮遊容量が数10pF
以上ある。従って、この浮遊容量を無視し、正確な測定
を行うことができるのは、1nF程度の強誘電体キャパ
シタであった。
However, the above-mentioned conventional structure has the following drawbacks. In the measurement system shown in FIG. 29, the wiring cable 10 has a stray capacitance of several tens pF.
There is more. Therefore, it is a ferroelectric capacitor of about 1 nF that can ignore this stray capacitance and perform accurate measurement.

【0009】同図に示した測定系を用いて、強誘電体不
揮発性メモリーの動作の解析において必要であるパルス
幅が100ns以下の電圧パルスによる強誘電体キャパ
シタ2の分極の変化を評価する場合、配線の浮遊容量が
大きいためにスイッチングに時間を要し、リンギングす
なわち波形の乱れが発生して正確な電圧パルスを印加す
ることができず、不揮発分極を正確に評価することがで
きない。従って、短パルスを測定に使用することができ
ないという問題があった。
When the change in polarization of the ferroelectric capacitor 2 due to a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less, which is necessary for analyzing the operation of the ferroelectric non-volatile memory, is evaluated using the measurement system shown in FIG. However, since the wiring has a large stray capacitance, it takes a long time to perform switching, ringing, that is, waveform disturbance occurs, an accurate voltage pulse cannot be applied, and the nonvolatile polarization cannot be accurately evaluated. Therefore, there is a problem that the short pulse cannot be used for measurement.

【0010】また、同図に示す測定系において、リファ
レンス用キャパシタ7は、容量に周波数特性があり、数
MHz以上の周波数で一定の容量を得るのは困難であ
り、100ns以下の電圧パルスによる強誘電体キャパ
シタ2の分極の変化を正確に評価することができない。
また、強誘電体不揮発性メモリーの動作の解析において
必要である、任意の分極状態からの電圧パルスによる分
極の変化を評価できない。また、交流電圧パルスのパル
ス幅と強誘電体不揮発性メモリーで強誘電体キャパシタ
に印加されるパルス幅が異なると正確な信頼性模擬試験
を行うことができない。
Further, in the measurement system shown in the same figure, the reference capacitor 7 has a frequency characteristic in capacitance, and it is difficult to obtain a constant capacitance at a frequency of several MHz or more. The change in polarization of the dielectric capacitor 2 cannot be evaluated accurately.
In addition, it is not possible to evaluate the change in polarization due to a voltage pulse from an arbitrary polarization state, which is necessary in the analysis of the operation of the ferroelectric nonvolatile memory. Further, if the pulse width of the AC voltage pulse and the pulse width applied to the ferroelectric capacitor in the ferroelectric non-volatile memory are different, an accurate reliability simulation test cannot be performed.

【0011】また、同図の測定系を用いて強誘電体キャ
パシタ2に交流電圧パルスを印加することにより、書き
換え動作の繰り返しによる強誘電体不揮発性メモリー内
の強誘電体キャパシタの分極特性の劣化の信頼性模擬試
験を行う際に、パルス幅は100nsより大きくする必
要があり、試験時間が長くなる。さらに、この信頼性模
擬試験において任意波形パルス発生器を長時間使用する
ために、多数の評価設備が必要となり、多額の費用が必
要となる。
Further, by applying an AC voltage pulse to the ferroelectric capacitor 2 by using the measurement system shown in the same figure, the polarization characteristic of the ferroelectric capacitor in the ferroelectric nonvolatile memory is deteriorated due to repeated rewriting operation. When performing the reliability simulation test of, the pulse width needs to be larger than 100 ns, and the test time becomes long. Furthermore, since the arbitrary waveform pulse generator is used for a long time in this reliability simulation test, a large number of evaluation equipments are required and a large amount of cost is required.

【0012】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、短時間で信頼性の高い分極特性評価を行なうことを
目的とする。すなわち、本発明では、パルス幅が100
ns以下の電圧パルスによる分極の変化を評価できる強
誘電体キャパシタの分極特性評価方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to perform highly reliable polarization characteristic evaluation in a short time. That is, in the present invention, the pulse width is 100
It is an object of the present invention to provide a polarization characteristic evaluation method for a ferroelectric capacitor that can evaluate the change in polarization due to a voltage pulse of ns or less.

【0013】またパルス幅が100ns以下の交流電圧
パルスにより分極反転を繰り返すことによる分極特性の
劣化の信頼性模擬試験を行うことができる強誘電体キャ
パシタの分極特性評価用装置及び分極特性評価方法を提
供することを目的とする。さらに分極特性の劣化の信頼
性模擬試験に使用する電圧パルスの波形と同じ波形の電
圧パルスを利用して分極特性の評価を行うことができる
強誘電体キャパシタの分極特性用評価装置及び分極特性
評価方法を提供することを目的とする。
Further, there is provided a device for evaluating polarization characteristics of a ferroelectric capacitor and a method for evaluating polarization characteristics capable of performing a reliability simulation test of deterioration of polarization characteristics by repeating polarization reversal with an AC voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less. The purpose is to provide. Further, a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor capable of evaluating polarization characteristics by using a voltage pulse having the same waveform as that of the voltage pulse waveform used in the reliability simulation test for deterioration of polarization characteristics, and polarization characteristic evaluation The purpose is to provide a method.

【0014】また、従来の強誘電体キャパシタの分極特
性評価方法では、電圧パルスを印加したときの分極反転
量の評価をおこなっていた。しかし、分極特性は履歴を
もっており、分極反転量はそれ以前の分極状態によって
異なり、FeRAM(強誘電体不揮発性メモリ)の動作状態
を高精度に解析することはできなかった。そこで本発明
では、それ以前の分極状態の影響を受けることなく、電
圧パルスを印加したときの分極反転量の評価を行うこと
ができる評価方法を提供することを目的とする。
Further, in the conventional method of evaluating the polarization characteristic of the ferroelectric capacitor, the polarization inversion amount when the voltage pulse is applied is evaluated. However, the polarization characteristics have a history, and the amount of polarization reversal differs depending on the polarization state before that, and it was not possible to analyze the operating state of FeRAM (ferroelectric non-volatile memory) with high accuracy. Therefore, it is an object of the present invention to provide an evaluation method capable of evaluating the polarization inversion amount when a voltage pulse is applied without being affected by the polarization state before that.

【0015】また、不十分な書き込み状態からの読み出
しに対応することのできる、すなわち、中間的な分極状
態から電圧パルスを印加したときの分極反転量の評価を
行うことのできる評価方法を提供することを目的とす
る。
Further, there is provided an evaluation method capable of coping with reading from an insufficient written state, that is, capable of evaluating the polarization inversion amount when a voltage pulse is applied from an intermediate polarized state. The purpose is to

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明によれば、半導体基板上に、強誘電体キャパ
シタと、前記強誘電体キャパシタに接続されたパルス発
生器と、第1の電極が前記強誘電体キャパシタの第2の
電極に切断可能に接続された容量既知のリファレンス用
キャパシタとを備え、前記強誘電体キャパシタの第1の
電極と任意波形パルス発生器とが切断可能に接続された
分極特性評価用装置を用いた強誘電体キャパシタの分極
特性評価方法であって、前記強誘電体キャパシタの前記
パルス発生器から第1の電圧パルスを印加して分極状態
を所定状態とする第1の分極初期化工程と、前記強誘電
体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器および前記
リファレンス用キャパシタとを接続し、前記リファレン
ス用キャパシタの第2の電極に一定の電圧を印加した状
態で、前記強誘電体キャパシタの第1の電極に前記任意
波形パルス発生器から第2の電圧パルスを印加した時
の、前記リファレンス用キャパシタの第1の電極での電
位変化を測定する第1の電位変化測定工程と、前記強誘
電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器および前
記リファレンス用キャパシタとを切断し、前記第1の電
位変化測定工程において測定された電位変化および前記
リファレンス用キャパシタの容量に基いて、前記第1の
電位変化測定工程における前記強誘電体キャパシタの第
2の電極での電荷量の変化を算出する第1の電荷量変化算
出工程と、前記第1の分極初期化工程と同様の分極初期
化を行なう第2の分極初期化工程と、前記強誘電体キャ
パシタに前記パルス発生器から第3の電圧パルスを印加
して分極状態を反転させる分極反転工程と、前記第1の
電位変化測定工程と同様の電位変化測定を行なう第2の
電位変化測定工程と、前記第1の電荷量変化算出工程と
同様にして前記第2の電位変化測定工程における前記強
誘電体キャパシタの第2の電極での電荷量の変化を算出
する第2の電荷量変化算出工程と、前記第1および第2の
電荷量変化算出工程で得られた各電荷量から不揮発性分
極を算出する不揮発性分極算出工程とを有することを特
徴とする。
In order to solve this problem, according to the present invention, a ferroelectric capacitor, a pulse generator connected to the ferroelectric capacitor, and a first capacitor are provided on a semiconductor substrate. Has a reference capacitor whose capacity is known and which is detachably connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor, and the first electrode of the ferroelectric capacitor and the arbitrary waveform pulse generator can be disconnected. A polarization characteristic evaluation method for a ferroelectric capacitor using a polarization characteristic evaluation device connected to, wherein a first voltage pulse is applied from the pulse generator of the ferroelectric capacitor to set a polarization state to a predetermined state. And the first polarization initialization step, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are connected, the second of the reference capacitor With a first electrode of the reference capacitor when a second voltage pulse is applied from the arbitrary waveform pulse generator to the first electrode of the ferroelectric capacitor with a constant voltage applied to the electrode. The first potential change measurement step of measuring the potential change of, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are cut off, and measured in the first potential change measurement step. Based on the potential change and the capacitance of the reference capacitor, the first of the ferroelectric capacitors in the first potential change measurement step.
A first charge amount change calculation step of calculating a change in charge amount at the second electrode; a second polarization initialization step of performing polarization initialization similar to the first polarization initialization step; A polarization reversal step of applying a third voltage pulse from the pulse generator to the body capacitor to invert the polarization state, and a second potential change measurement step of performing the same potential change measurement as the first potential change measurement step. And a second charge amount change calculation for calculating the change in the charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the second potential change measurement process in the same manner as the first charge amount change calculation process. It is characterized by including a step and a non-volatile polarization calculation step of calculating non-volatile polarization from the respective charge amounts obtained in the first and second charge amount change calculation steps.

【0017】望ましくは、前記不揮発性分極算出工程の
後、前記第3のパルスのパルス幅を変更して、前記第2
の分極初期化工程から前記不揮発性分極算出工程までの
各工程と同様の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前
記パルス幅依存性を求めるようにしたことを特徴とす
る。
Preferably, after the step of calculating the non-volatile polarization, the pulse width of the third pulse is changed to change the pulse width of the second pulse.
The process similar to each process from the polarization initialization step to the non-volatile polarization calculation step is repeated to obtain the pulse width dependence of the non-volatile polarization.

【0018】また望ましくは、前記不揮発性分極算出工
程の後、前記第3のパルスのパルス電圧を変更して、前
記第2の分極初期化工程から前記不揮発性分極算出工程
までの各工程と同様の工程を繰り返し、前記不揮発性分
極の前記パルス電圧依存性を求めるようにしたことを特
徴とする。
Further preferably, after the nonvolatile polarization calculating step, the pulse voltage of the third pulse is changed to be the same as each step from the second polarization initializing step to the nonvolatile polarization calculating step. Is repeated to obtain the pulse voltage dependence of the non-volatile polarization.

【0019】望ましくは、少なくとも前記第3のパルス
はパルス幅が100ns以下の電圧パルスであることを
特徴とする。
Preferably, at least the third pulse is a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less.

【0020】本発明の第2によれば、半導体基板上に、
強誘電体キャパシタと、前記強誘電体キャパシタに接続
されたパルス発生器と、第1の電極が前記強誘電体キャ
パシタの第2の電極に切断可能に接続された容量既知の
リファレンス用キャパシタとを備え、前記強誘電体キャ
パシタの第1の電極と任意波形パルス発生器とが切断可
能に接続された分極特性評価用装置を用いた強誘電体キ
ャパシタの分極特性評価方法であって、前記強誘電体キ
ャパシタの前記パルス発生器から第1の電圧パルスを印
加して分極状態を所定状態とした後、前記パルス発生器
から第2の電圧パルスを印加して分極量がゼロ付近の分
極状態となるようにする第1の分極初期化工程と、前記
強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器およ
び前記リファレンス用キャパシタとを接続し、前記リフ
ァレンス用キャパシタの第2の電極に一定の電圧を印加
した状態で、前記強誘電体キャパシタの第1の電極に前
記任意波形パルス発生器から第3の電圧パルスを印加し
た時の、前記リファレンス用キャパシタの第1の電極で
の電位変化を測定する第1の電位変化測定工程と、前記
強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器およ
び前記リファレンス用キャパシタとを切断し、前記第1
の電位変化測定工程において測定された電位変化および
前記リファレンス用キャパシタの容量に基いて、前記第
1の電位変化測定工程における前記強誘電体キャパシタ
の第2の電極での電荷量の変化を算出する第1の電荷量変
化算出工程と、前記第1の分極初期化工程と同様の分極
初期化を行なう第2の分極初期化工程と、前記強誘電体
キャパシタに前記パルス発生器から第4の電圧パルスを
印加して分極状態を反転させる分極反転工程と、前記第
1の電位変化測定工程と同様の電位変化測定を行なう第2
の電位変化測定工程と、前記第1の電荷量変化算出工程
と同様にして前記第2の電位変化測定工程における前記
強誘電体キャパシタの第2の電極での電荷量の変化を算
出する第2の電荷量変化算出工程と、前記第1および第2
の電荷量変化算出工程で得られた各電荷量から不揮発性
分極を算出する不揮発性分極算出工程とを有することを
特徴とする。
According to the second aspect of the present invention, on the semiconductor substrate,
A ferroelectric capacitor, a pulse generator connected to the ferroelectric capacitor, and a reference capacitor with a known capacitance in which a first electrode is disconnectably connected to a second electrode of the ferroelectric capacitor. A method for evaluating a polarization characteristic of a ferroelectric capacitor using a device for evaluating a polarization characteristic, wherein the first electrode of the ferroelectric capacitor and an arbitrary waveform pulse generator are detachably connected. After applying a first voltage pulse from the pulse generator of the body capacitor to bring the polarization state to a predetermined state, a second voltage pulse is applied from the pulse generator to bring the polarization state to near zero. The first polarization initialization step to do, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are connected, and the reference capacitor The first voltage of the reference capacitor when the third voltage pulse is applied from the arbitrary waveform pulse generator to the first electrode of the ferroelectric capacitor with a constant voltage applied to the second electrode. A first potential change measuring step of measuring a potential change at the electrode of, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are cut off, the first
Based on the potential change measured in the potential change measurement step and the capacitance of the reference capacitor,
A first charge amount change calculation step of calculating a change in the charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the potential change measurement step of 1, and a polarization initialization similar to the first polarization initialization step. A second polarization initialization step for performing the above step; a polarization reversal step for reversing the polarization state by applying a fourth voltage pulse from the pulse generator to the ferroelectric capacitor;
The second procedure for measuring potential changes similar to the potential change measurement step 1
Second step of calculating the change in the charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the second potential change measuring step in the same manner as the potential change measuring step and the first charge amount changing calculating step. And the charge amount change calculation step of
And a non-volatile polarization calculating step of calculating non-volatile polarization from the respective charge amounts obtained in the charge amount change calculating step.

【0021】望ましくは、前記不揮発性分極算出工程の
後、前記第4のパルスのパルス幅を変更して、前記第2
の分極初期化工程から前記不揮発性分極算出工程までの
各工程と同様の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前
記パルス幅依存性を求めるようにしたことを特徴とす
る。
Preferably, after the nonvolatile polarization calculating step, the pulse width of the fourth pulse is changed to change the second pulse to the second pulse.
The process similar to each process from the polarization initialization step to the non-volatile polarization calculation step is repeated to obtain the pulse width dependence of the non-volatile polarization.

【0022】また望ましくは、前記不揮発性分極算出工
程の後、前記第4のパルスのパルス電圧を変更して、前
記第2の分極初期化工程から前記不揮発性分極算出工程
までの各工程と同様の工程を繰り返し、前記不揮発性分
極の前記パルス電圧依存性を求めるようにしたことを特
徴とする。
Further preferably, after the nonvolatile polarization calculating step, the pulse voltage of the fourth pulse is changed to be the same as each step from the second polarization initializing step to the nonvolatile polarization calculating step. Is repeated to obtain the pulse voltage dependence of the non-volatile polarization.

【0023】望ましくは、少なくとも前記第4のパルス
はパルス幅が100ns以下の電圧パルスであることを
特徴とする。
Preferably, at least the fourth pulse is a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less.

【0024】なお、その他の本発明の例として以下のよ
うなものも考えられる。すなわち、第1の分極特性評価
用装置は、半導体基板上に形成された強誘電体キャパシ
タと、前記半導体基板上に形成された第1のパルス発生
器と、前記半導体基板上に形成された第2のパルス発生
器と、 前記半導体基板上に形成された容量既知のリフ
ァレンス用キャパシタと、 前記半導体基板上に形成さ
れたスイッチとを具備し、 前記強誘電体キャパシタの
第1および第2の電極と、前記第1および第2のパルス発
生器の出力電極がそれぞれ電気的に接続されるととも
に、前記強誘電体キャパシタの第2の電極と、前記容量
既知のリファレンス用キャパシタの第1電極とが前記ス
イッチを介して電気的に接続されていることを特徴とす
る。これにより、パルス発生器と強誘電体キャパシタの
間の配線の浮遊容量が減少し、パルス幅が100ns以
下の電圧パルスを強誘電体キャパシタに印加することが
できる。従って高精度の分極特性評価を行うことが可能
となる。また、第2による分極特性評価用装置は、前記
第1および第2のパルス発生器から出力される電圧パルス
のうち少なくとも一方の電圧パルスについて、パルス幅
が調整可能なように構成されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、極めて容易に、適切なパルス幅を
持つパルスを印加することができ、またリンギングもな
く短波長のパルスを印加することができるため、極めて
高精度の評価を行うことが可能となる。第3による分極
特性評価用装置は、さらに、前記半導体基板上に形成さ
れた発振器を具備し、前記発振器の第1および第2の出力
電極は、前記強誘電体キャパシタの第1および第2の電
極にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とす
る。第4による分極特性評価用装置は、請求項3の装置に
おいて、前記第1のパルス発生器の出力と発振器の第1
の出力、前記第2のパルス発生器の出力と前記発振器の
第2の出力は、それぞれ共通のバッファを介して強誘電
体キャパシタに接続されていることを特徴とする。これ
により、分極特性の劣化の信頼性模擬試験に使用する電
圧パルスの波形と同じ波形の電圧パルスを利用して分極
特性の評価を行うことができるので、正確な信頼性模擬
試験を行うことができる。第5による分極特性評価用装
置は、請求項1または2の装置において、 さらに発振器
を具備し、前記第1および第2のパルス発生器のトリガ信
号入力電極は、それぞれ前記発振器の第1および第2の出
力電極に電気的に接続されていることを特徴とする。こ
れにより、任意波形パルス発生器を占有せずに交流電圧
パルスによる信頼性模擬試験を行うことができるととも
に、発振器と強誘電体キャパシタの間の配線の浮遊容量
が減少しパルス幅が100ns以下の電圧パルスを強誘
電体キャパシタに印加することができるので、交流電圧
パルスによる信頼性模擬試験を短時間で正確にできる。
第6による分極特性評価用装置は、第5の装置におい
て、前記発振器は、前記半導体基板外に形成されている
ことを特徴とする。かかる構成によれば、発振器が分極
特性評価用装置を構成する集積回路とは別の基板上に配
設されているため、発振器の発熱による温度変化に伴う
測定誤差をを防ぐことができる。第7による分極特性評
価用装置は、前記第6の装置において、前記半導体基板
および前記発振器が、同一パッケージ内に収納せしめら
れていることを特徴とする。かかる構成によれば、発振
器と、分極特性評価用装置を構成する集積回路とを、同
一パッケージ内に収納しているため、発振器の出力電極
とパルス発生器野トリガ信号入力電極の間の配線容量を
低減することができ、より高周波の交流電圧を印加する
ことができるとともに、装置全体としての小型化が可能
となる。第8による分極特性評価用装置は、前記第3乃
至7のいずれかの装置において、前記発振器は発振周波
数を変化させることができるように構成されていること
を特徴とする。第9による分極特性評価方法は、半導体
基板上に形成された強誘電体キャパシタと、前記半導体
基板上に形成された第1のパルス発生器と、前記半導体
基板上に形成された第2のパルス発生器と、前記半導体
基板上に形成された容量既知のリファレンス用キャパシ
タとを具備してなる強誘電体キャパシタの分極特性評価
用装置とを具備した評価用装置を用意する工程と、前記
強誘電体キャパシタの第1の電極又は第2の電極の少な
くとも一方に第1の電圧パルスを印加する分極反転工程
と、前記強誘電体キャパシタの第2の電極と前記容量既
知のリファレンス用キャパシタの第1の電極とを電気的
に接続する接続工程と、前記リファレンス用キャパシタ
の第2の電極に一定の電圧を印加した状態で、前記強誘
電体キャパシタの第1の電極に第2の電圧パルスを印加
したときの前記リファレンス用キャパシタの第1の電極
の電位変化を測定する電位変化測定工程と、電位変化測
定工程において測定された電位変化及び前記リファレン
ス用キャパシタの容量を基に前記電位変化測定工程にお
ける前記強誘電体キャパシタの第2の電極における電荷
量の変化を算出する電荷量変化算出工程とを備えている
ことを特徴とする。これにより、リファレンス用キャパ
シタの容量の周波数特性の影響を受けることなく、10
0ns以下の電圧パルスによる分極特性の変化を評価す
ることができる。第10によれば、強誘電体キャパシタ
の第1の電極又は第2の電極の少なくとも一方に第1の
電圧パルスを印加する分極反転工程と、前記強誘電体キ
ャパシタの第2の電極と容量既知のリファレンス用キャ
パシタの第1の電極とを電気的に接続する接続工程と、
前記キャパシタの第2の電極に一定の電圧を印加した状
態で、前記強誘電体キャパシタの第1の電極に第2の電
圧パルスを印加したときの前記キャパシタの第1の電極
の電位変化を測定する電位変化測定工程と、電位変化測
定工程において測定された電位変化及び前記キャパシタ
の容量を基に前記電位変化測定工程における前記強誘電
体キャパシタの第2の電極における電荷量の変化を算出
する電荷量変化算出工程とを備え、さらに、前記分極反
転工程に先立ち、前記強誘電体キャパシタの第1の電極
又は第2の電極の少なくとも一方に第3の電圧パルスを
印加する分極初期化工程を備えていることを特徴とす
る。
The following may be considered as other examples of the present invention. That is, the first device for evaluating polarization characteristics includes a ferroelectric capacitor formed on a semiconductor substrate, a first pulse generator formed on the semiconductor substrate, and a first pulse generator formed on the semiconductor substrate. A second pulse generator, a reference capacitor having a known capacitance formed on the semiconductor substrate, and a switch formed on the semiconductor substrate, wherein the first and second electrodes of the ferroelectric capacitor are provided. And the output electrodes of the first and second pulse generators are electrically connected to each other, and the second electrode of the ferroelectric capacitor and the first electrode of the reference capacitor of known capacitance are connected to each other. It is characterized in that it is electrically connected through the switch. As a result, the stray capacitance of the wiring between the pulse generator and the ferroelectric capacitor is reduced, and a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less can be applied to the ferroelectric capacitor. Therefore, it is possible to evaluate the polarization characteristics with high accuracy. Further, the second polarization characteristic evaluation device is configured such that the pulse width of at least one of the voltage pulses output from the first and second pulse generators can be adjusted. Is characterized by.
With this configuration, a pulse having an appropriate pulse width can be applied very easily, and a pulse having a short wavelength can be applied without ringing, so that highly accurate evaluation can be performed. Becomes The third polarization property evaluation apparatus further comprises an oscillator formed on the semiconductor substrate, wherein the first and second output electrodes of the oscillator are the first and second output electrodes of the ferroelectric capacitor. It is characterized in that the electrodes are electrically connected to each other. A fourth aspect of the present invention is a polarization characteristic evaluation apparatus according to the third aspect, wherein the first pulse generator output and the oscillator first
, The output of the second pulse generator and the second output of the oscillator are connected to a ferroelectric capacitor via a common buffer, respectively. As a result, the polarization characteristic can be evaluated by using the voltage pulse having the same waveform as the voltage pulse waveform used for the reliability simulation test of the deterioration of the polarization characteristic, so that an accurate reliability simulation test can be performed. it can. The device for evaluating polarization characteristics according to a fifth aspect is the device according to claim 1 or 2, further comprising an oscillator, wherein trigger signal input electrodes of the first and second pulse generators are respectively the first and the first of the oscillator. It is characterized in that it is electrically connected to the second output electrode. As a result, the reliability simulation test by the AC voltage pulse can be performed without occupying the arbitrary waveform pulse generator, and the stray capacitance of the wiring between the oscillator and the ferroelectric capacitor is reduced, and the pulse width is 100 ns or less. Since the voltage pulse can be applied to the ferroelectric capacitor, the reliability simulation test using the AC voltage pulse can be accurately performed in a short time.
A polarization characteristic evaluation apparatus according to a sixth aspect is characterized in that, in the fifth apparatus, the oscillator is formed outside the semiconductor substrate. According to such a configuration, the oscillator is arranged on a substrate different from the integrated circuit which constitutes the polarization characteristic evaluation device, and therefore it is possible to prevent a measurement error due to a temperature change due to heat generation of the oscillator. A polarization characteristic evaluation device according to a seventh aspect is characterized in that, in the sixth device, the semiconductor substrate and the oscillator are housed in the same package. According to this configuration, since the oscillator and the integrated circuit that constitutes the device for evaluating the polarization characteristics are housed in the same package, the wiring capacitance between the output electrode of the oscillator and the trigger signal input electrode of the pulse generator field. Can be reduced, a higher frequency AC voltage can be applied, and the size of the entire apparatus can be reduced. An eighth polarization characteristic evaluation apparatus is characterized in that, in any one of the third to seventh apparatus, the oscillator is configured so that the oscillation frequency can be changed. A polarization characteristic evaluation method according to a ninth aspect is directed to a ferroelectric capacitor formed on a semiconductor substrate, a first pulse generator formed on the semiconductor substrate, and a second pulse formed on the semiconductor substrate. A step of preparing an evaluation device comprising a generator and a device for evaluating polarization characteristics of a ferroelectric capacitor, which comprises a reference capacitor of known capacity formed on the semiconductor substrate; Polarization reversal step of applying a first voltage pulse to at least one of the first electrode and the second electrode of the body capacitor, the second electrode of the ferroelectric capacitor and the first of the reference capacitor of known capacitance. And a second step of electrically connecting the second electrode of the reference capacitor to the first electrode of the ferroelectric capacitor with a constant voltage applied to the second electrode of the reference capacitor. A potential change measuring step of measuring a potential change of the first electrode of the reference capacitor when the voltage pulse of is applied, and the potential change measured in the potential change measuring step and the capacitance of the reference capacitor And a charge amount change calculating step of calculating a change in the charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the potential change measuring step. As a result, the capacitance of the reference capacitor is not affected by the frequency characteristic, and
It is possible to evaluate the change in polarization characteristics due to the voltage pulse of 0 ns or less. According to the tenth aspect, a polarization reversal step of applying a first voltage pulse to at least one of the first electrode and the second electrode of the ferroelectric capacitor, and the second electrode of the ferroelectric capacitor and the known capacitance. Connection step of electrically connecting the first electrode of the reference capacitor of
Measuring a potential change of the first electrode of the capacitor when a second voltage pulse is applied to the first electrode of the ferroelectric capacitor while a constant voltage is applied to the second electrode of the capacitor And a charge for calculating a change in the amount of charge in the second electrode of the ferroelectric capacitor in the potential change measuring step based on the potential change measured in the potential change measuring step and the capacitance of the capacitor. And a polarization initialization step of applying a third voltage pulse to at least one of the first electrode and the second electrode of the ferroelectric capacitor prior to the polarization inversion step. It is characterized by

【0025】かかる方法によれば、分極初期化工程を具
備しているため、それ以前の分極状態の影響を受けるこ
となく、電圧パルスを印加したときの分極反転量の評価
を行うことができる。
According to this method, since the polarization initializing step is provided, it is possible to evaluate the polarization inversion amount when the voltage pulse is applied, without being affected by the polarization state before that.

【0026】第11によれば、第10の方法において、
前記分極初期化工程と前記分極反転工程との間に、前記
強誘電体キャパシタの第1の電極又は第2の電極の少な
くとも一方に第4の電圧パルスを印加する分極設定工程
をさらに備えていることを特徴とする。かかる方法によ
れば、分極設定工程を設けているため、FeRAMの動作に
おいて重要な不十分な書き込み状態からの読み出しに対
応することのできる、すなわち、中間的な分極状態から
電圧パルスを印加したときの分極反転量の評価を行うこ
とが可能となる。
According to the eleventh method, in the tenth method,
A polarization setting step of applying a fourth voltage pulse to at least one of the first electrode and the second electrode of the ferroelectric capacitor is further provided between the polarization initialization step and the polarization inversion step. It is characterized by According to this method, since the polarization setting step is provided, it is possible to cope with reading from an insufficient write state, which is important in the operation of FeRAM, that is, when a voltage pulse is applied from an intermediate polarization state. It is possible to evaluate the polarization inversion amount of.

【0027】第12によれば、第10または第11のい
ずれかの方法において、前記第1の電圧パルスのパルス
幅を変更するパルス幅変更工程をさらに備えていること
を特徴とする。本発明の第13によれば、第10乃至第
12のいずれかの方法において、前記第1の電圧パルス
のパルス電圧を変更するパルス電圧変更工程をさらに備
えていることを特徴とする。
According to a twelfth aspect, in any one of the tenth and eleventh methods, the method further comprises a pulse width changing step of changing the pulse width of the first voltage pulse. According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to twelfth methods, the method further comprises a pulse voltage changing step of changing the pulse voltage of the first voltage pulse.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施例に係
る強誘電体キャパシタの分極特性評価装置の構成を示す
図である。この装置は、半導体基板99上に、測定すべ
き強誘電体キャパシタ100を形成するとともに、この
同一半導体基板99上に、第1のパルス発生器102お
よび、第2のパルス発生器103と、容量既知のリファ
レンス用キャパシタ101と、電気スイッチ107,1
08とを形成してなるもので、前記強誘電体キャパシタ
100の第1および第2の電極100a、100bと、
前記第1および第2のパルス発生器102,103の出力
電極102a,103aがそれぞれ電気的に接続される
とともに、前記強誘電体キャパシタの第2の電極100
bと、前記容量既知のリファレンス用キャパシタの第1
電極101aとが前記電気スイッチ108を介して電気
的に接続されており、 前記第1および第2のパルス発生
器102,103から出力される電圧パルスのうち少な
くとも一方の電圧パルスについて、パルス幅が調整可能
なように構成されている。
1 is a diagram showing the configuration of a polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to a first embodiment of the present invention. In this device, a ferroelectric capacitor 100 to be measured is formed on a semiconductor substrate 99, and a first pulse generator 102, a second pulse generator 103, and a capacitance are formed on the same semiconductor substrate 99. Known reference capacitor 101 and electric switches 107, 1
08 are formed to form the first and second electrodes 100a and 100b of the ferroelectric capacitor 100,
The output electrodes 102a and 103a of the first and second pulse generators 102 and 103 are electrically connected to each other, and the second electrode 100 of the ferroelectric capacitor is provided.
b and the first of the reference capacitors of known capacitance
The electrode 101a is electrically connected via the electric switch 108, and at least one of the voltage pulses output from the first and second pulse generators 102, 103 has a pulse width of It is configured to be adjustable.

【0029】ここでオシロスコープ122、任意波形パ
ルス発生器121、トリガ発生器600、第1および第
2のパルス発生器102,103はそれぞれ、コントロ
ーラ500によって制御されるように構成されている。
図1において、104及び105はバッファ、106は
インピーダンス変換器、109、110、111、11
2、113、114、115及び116は配線、11
7、118、119及び120はパッドである。
Here, the oscilloscope 122, the arbitrary waveform pulse generator 121, the trigger generator 600, and the first and second pulse generators 102 and 103 are each controlled by the controller 500.
In FIG. 1, 104 and 105 are buffers, 106 is an impedance converter, 109, 110, 111, 11
2, 113, 114, 115 and 116 are wirings, 11
7, 118, 119 and 120 are pads.

【0030】強誘電体キャパシタ100、リファレンス
用キャパシタ101、パルス発生器102及び103、
バッファ104及び105、インピーダンス変換器10
6、電気スイッチ107及び108は配線109、11
0、111、112、113、114、115及び11
6、パッド117、118、119及び120は同一半
導体基板99上に形成されている。
Ferroelectric capacitor 100, reference capacitor 101, pulse generators 102 and 103,
Buffers 104 and 105, impedance converter 10
6, electrical switches 107 and 108 are wirings 109 and 11
0, 111, 112, 113, 114, 115 and 11
6, the pads 117, 118, 119 and 120 are formed on the same semiconductor substrate 99.

【0031】リファレンス用キャパシタ101の容量は
既知である。121は任意波形パルス発生器、122は
オシロスコープ、123、124、125及び126は
配線ケーブルである。また、121aは任意波形パルス
発生器121の出力端子、122aはオシロスコープ1
22の第1の入力端子、122bはオシロスコープ12
2の第2の入力端子、122cはオシロスコープ122
の第3の入力端子、122dはオシロスコープ122の
第4の入力端子である。
The capacitance of the reference capacitor 101 is known. 121 is an arbitrary waveform pulse generator, 122 is an oscilloscope, and 123, 124, 125 and 126 are wiring cables. Further, 121a is an output terminal of the arbitrary waveform pulse generator 121, and 122a is an oscilloscope 1.
22 is a first input terminal 22 and 122b is an oscilloscope 12
2nd input terminal, 122c is oscilloscope 122
Is a third input terminal of the oscilloscope 122, and 122d is a fourth input terminal of the oscilloscope 122.

【0032】図2及び3は本発明の第1の実施例に係る
強誘電体キャパシタの分極特性評価装置による分極特性
評価方法の工程を示すフローチャートである。図4は本
発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシタの分極特
性評価装置を用いて強誘電体キャパシタに電圧パルスを
印加した時の電子ビームテスタによる電圧波形の観測結
果の一例を示した図である。図4の電圧波形は、パルス
発生器103により発生させた電圧パルスを強誘電体キ
ャパシタ100に印加した時に強誘電体キャパシタ10
0の第2の電極100bで観測したものである。
2 and 3 are flow charts showing steps of a polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows an example of an observation result of a voltage waveform by an electron beam tester when a voltage pulse is applied to the ferroelectric capacitor by using the polarization characteristic evaluation device for the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. It is a figure. The voltage waveform of FIG. 4 shows that when the voltage pulse generated by the pulse generator 103 is applied to the ferroelectric capacitor 100.
It is observed with the second electrode 100b of 0.

【0033】図5は本発明の第1の実施例に係る強誘電
体キャパシタの分極特性評価装置を用いて分極特性を評
価する時の電圧パルスとオシロスコープにより測定され
る電圧波形の一例とを示した図である。図5において、
(a)および(d)はパルス発生器102及び103と
任意波形パルス発生器121から出力される電圧パルス
の波形であり、(b)および(e)はオシロスコープ1
22の第1の入力端子122aで測定される電圧波形で
あり、(c)および(f)はオシロスコープ122の第
4の入力端子122dで測定される電圧波形である。図
5において、151はパルス発生器103により発生さ
れる電圧パルス、152はパルス発生器102により発
生される電圧パルス、153は任意波形パルス発生器1
21により発生される電圧パルス、154、155はオ
シロスコープ122の第1の入力端子122aで測定さ
れる電圧波形、156、157はオシロスコープ122
の第4の入力端子122dで測定される電圧波形であ
る。また図5において、t3は電圧波形154が変化し
始める時刻、t4は電圧波形155が変化し始める時刻
である。
FIG. 5 shows a voltage pulse and an example of a voltage waveform measured by an oscilloscope when the polarization characteristic is evaluated by using the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. It is a figure. In FIG.
(A) and (d) are waveforms of voltage pulses output from the pulse generators 102 and 103 and the arbitrary waveform pulse generator 121, and (b) and (e) are oscilloscopes 1.
22 is a voltage waveform measured at the first input terminal 122a of 22 and (c) and (f) are voltage waveforms measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. In FIG. 5, 151 is a voltage pulse generated by the pulse generator 103, 152 is a voltage pulse generated by the pulse generator 102, and 153 is an arbitrary waveform pulse generator 1.
21 is a voltage pulse generated by 21; 154, 155 are voltage waveforms measured at the first input terminal 122a of the oscilloscope 122; 156, 157 are oscilloscope 122.
3 is a voltage waveform measured at a fourth input terminal 122d of. Further, in FIG. 5, t3 is the time when the voltage waveform 154 starts to change, and t4 is the time when the voltage waveform 155 starts to change.

【0034】図6は本発明の第1の実施例に係る強誘電
体キャパシタの分極特性評価装置により測定される分極
特性の一例を示した図である。図6において、171、
172は分極ヒステリシス曲線、173は時刻t3にお
ける分極、174は時刻t4における分極である。図7
は本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシタの分
極特性評価装置により測定される不揮発分極のパルス幅
依存性及びパルス電圧依存性の一例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the polarization characteristics measured by the polarization characteristics evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, 171,
172 is the polarization hysteresis curve, 173 is the polarization at time t3, and 174 is the polarization at time t4. Figure 7
FIG. 3 is a diagram showing an example of the pulse width dependency and the pulse voltage dependency of the non-volatile polarization measured by the polarization characteristic evaluation device for the ferroelectric capacitor according to the first example of the present invention.

【0035】以下に、図1〜7を用いて、本発明の第1
の実施例に係る強誘電体キャパシタの分極特性評価装置
による分極特性評価方法について示す。まず、工程Pa
1において、トリガ発生器600を駆動することによ
り、パルス発生器103により電圧パルス151を出力
せしめ、強誘電体キャパシタ100に印加する。工程P
a1により強誘電体キャパシタ100の分極状態は所定
の状態に整えられる。なお工程Pa1において、電気ス
イッチ107及び108は切った状態である。工程Pa
2において、電気スイッチ107及び108を入れる。
工程Pa3において、任意波形パルス発生器121によ
り電圧パルス153を強誘電体キャパシタ100に印加
すると共に、オシロスコープ122の第1の入力端子1
22aで電圧波形154、オシロスコープ122の第4
の入力端子122dで電圧波形156を測定する。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
A polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the example will be described. First, the process Pa
In No. 1, by driving the trigger generator 600, the voltage pulse 151 is output by the pulse generator 103 and is applied to the ferroelectric capacitor 100. Process P
The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by a1. In step Pa1, the electric switches 107 and 108 are turned off. Process Pa
At 2, the electrical switches 107 and 108 are turned on.
In step Pa3, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 153 to the ferroelectric capacitor 100 and the first input terminal 1 of the oscilloscope 122.
22a, the voltage waveform 154, the fourth oscilloscope 122
The voltage waveform 156 is measured at the input terminal 122d of.

【0036】工程Pa4において、電気スイッチ107
及び108を切る。工程Pa5において、強誘電体キャ
パシタ100の容量薄膜厚及び電圧波形154から強誘
電体キャパシタ100に印加された電界の時間変化を算
出すると共に、リファレンス用キャパシタ101の容量
及び電圧波形156から、電圧パルス153印加時の強
誘電体キャパシタ100の第2の電極100bにおける
電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キャパシタ10
0に印加された電界と強誘電体キャパシタ100の第2
の電極100bにおける電荷量との関係を求め、電荷量
の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点として、電界
と分極との関係すなわち分極ヒステリシス曲線171を
求める。工程Pa6において、パルス発生器103によ
り電圧パルス151を強誘電体キャパシタ100に印加
する。工程Pa6により強誘電体キャパシタ100の分
極状態は所定の状態に整えられる。工程Pa7におい
て、パルス発生器102により電圧パルス152を強誘
電体キャパシタ100に印加する。工程Pa7により強
誘電体キャパシタ100の分極状態は電圧パルス152
のパルス幅及びパルス電圧に依存して変化する。
In step Pa4, the electric switch 107
And 108. In step Pa5, the time change of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 154, and the voltage pulse is calculated from the capacitance and voltage waveform 156 of the reference capacitor 101. The time change of the charge amount in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when 153 is applied is calculated to calculate the ferroelectric capacitor 10
Electric field applied to 0 and the second of the ferroelectric capacitor 100.
The relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 171 is obtained with the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization. In step Pa6, the voltage pulse 151 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. In step Pa6, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state. In step Pa7, the voltage pulse 152 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 102. In step Pa7, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is changed to the voltage pulse 152.
Changes depending on the pulse width and pulse voltage of the.

【0037】工程Pa8において、電気スイッチ107
及び108を入れる。工程Pa9において、任意波形パ
ルス発生器121により電圧パルス153を強誘電体キ
ャパシタ100に印加すると共に、オシロスコープ12
2の第1の入力端子122aで電圧波形155を、オシ
ロスコープ122の第4の入力端子122dで電圧波形
157を測定する。工程Pa10において、電気スイッ
チ107及び108を切る。工程Pa11において、強
誘電体キャパシタ100の容量薄膜厚及び電圧波形15
5から強誘電体キャパシタ100に印加された電界の時
間変化を算出すると共に、リファレンス用キャパシタ1
01の容量及び電圧波形157から、電圧パルス153
印加時の強誘電体キャパシタ100の第2の電極100
bにおける電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キャ
パシタ100に印加された電界と強誘電体キャパシタ1
00の第2の電極100bにおける電荷量との関係を求
め、電荷量の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点と
して、電界と分極との関係すなわち分極ヒステリシス曲
線172を求める。工程Pa12において分極174か
ら分極173を差し引き、不揮発分極を算出する。
In step Pa8, the electric switch 107
And 108. In step Pa9, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 153 to the ferroelectric capacitor 100 and the oscilloscope 12
The voltage waveform 155 is measured at the first input terminal 122a of No. 2 and the voltage waveform 157 is measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. In step Pa10, the electric switches 107 and 108 are turned off. In step Pa11, the thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 15
5, the time change of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated, and the reference capacitor 1
From the capacity and voltage waveform 157 of 01, the voltage pulse 153
Second electrode 100 of ferroelectric capacitor 100 during application
The change over time in the amount of charge in b is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the ferroelectric capacitor 1 are calculated.
The relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 172 is determined with the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization. In step Pa12, the polarization 173 is subtracted from the polarization 174 to calculate the non-volatile polarization.

【0038】図1の強誘電体キャパシタの分極特性評価
装置の構成では、配線110及び111は集積回路とし
て半導体基板99の上に形成されているために浮遊容量
が小さい。その結果、図4に示したように、パルス発生
器102及び103により発生されたパルス幅が100
ns以下の電圧パルスを印加することができる。また、
電圧パルス152のパルス幅及びパルス電圧を変化させ
て不揮発分極を測定することにより、強誘電体不揮発性
メモリーの動作の解析に必要である、図7に示すような
不揮発分極のパルス幅依存性及びパルス電圧依存性を評
価することができる。
In the structure of the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor shown in FIG. 1, the wirings 110 and 111 are formed on the semiconductor substrate 99 as an integrated circuit, so that the stray capacitance is small. As a result, as shown in FIG. 4, the pulse width generated by the pulse generators 102 and 103 is 100.
A voltage pulse of ns or less can be applied. Also,
By measuring the non-volatile polarization by changing the pulse width and the pulse voltage of the voltage pulse 152, it is necessary to analyze the operation of the ferroelectric non-volatile memory. The pulse voltage dependence can be evaluated.

【0039】なお、図5の電圧パルス151は矩形波電
圧パルスを用いているが、台形波電圧パルス、三角波電
圧パルス、サイン電圧パルスを用いても同様の効果が得
られる。また、図5の電圧パルス153は台形波電圧パ
ルスを用いているが、三角波電圧パルス、サイン電圧パ
ルス、矩形波電圧パルスを用いても同様の効果が得られ
る。
Although the voltage pulse 151 of FIG. 5 is a rectangular wave voltage pulse, the same effect can be obtained by using a trapezoidal wave voltage pulse, a triangular wave voltage pulse, or a sine voltage pulse. Further, although the trapezoidal wave voltage pulse is used as the voltage pulse 153 in FIG. 5, the same effect can be obtained by using a triangular wave voltage pulse, a sine voltage pulse, or a rectangular wave voltage pulse.

【0040】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャ
パシタの分極特性評価装置の構成は第1の実施例に係る
強誘電体キャパシタの分極特性評価装置の構成と全く同
じものである。図8〜13は本発明の第2の実施例に係
る強誘電体キャパシタの分極特性評価装置による分極特
性評価方法の工程を示すフローチャートである。
The construction of the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention is exactly the same as the construction of the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment. 8 to 13 are flowcharts showing the steps of the polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention.

【0041】図14〜16は本発明の第2の実施例に係
る強誘電体キャパシタの分極特性評価装置を用いて分極
特性を評価する時の電圧パルスとオシロスコープにより
測定される電圧波形の一例を示した図である。図14〜
16において、(a)および(d)はパルス発生器10
2及び103と任意波形パルス発生器121から出力さ
れる電圧パルスの波形であり、(b)および(e)はオ
シロスコープ122の第1の入力端子122aで測定さ
れる電圧波形であり、(c)および(f)はオシロスコ
ープ122の第4の入力端子122dで測定される電圧
波形である。
14 to 16 show examples of voltage pulses and voltage waveforms measured by an oscilloscope when the polarization characteristics are evaluated by using the polarization characteristics evaluation apparatus for ferroelectric capacitors according to the second embodiment of the present invention. It is the figure shown. 14-
In FIG. 16, (a) and (d) are pulse generators 10.
2 and 103 and waveforms of voltage pulses output from the arbitrary waveform pulse generator 121, (b) and (e) are voltage waveforms measured at the first input terminal 122a of the oscilloscope 122, and (c). And (f) are voltage waveforms measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122.

【0042】図14〜16において、181はパルス発
生器103により発生される電圧パルス、182はパル
ス発生器102により発生される電圧パルス、183は
任意波形パルス発生器121により発生される電圧パル
ス、184、185はオシロスコープ122の第1の入
力端子122aで測定される電圧波形、186、187
はオシロスコープ122の第4の入力端子122dで測
定される電圧波形、188、189はパルス発生器10
2により発生される電圧パルス、190、191はオシ
ロスコープ122の第1の入力端子122aで測定され
る電圧波形、192、193はオシロスコープ122の
第4の入力端子122dで測定される電圧波形、194
はパルス発生器102により発生される電圧パルス、1
95はパルス発生器103により発生される電圧パル
ス、196、197はオシロスコープ122の第1の入
力端子122aで測定される電圧波形、198、199
はオシロスコープ122の第4の入力端子122dで測
定される電圧波形である。
14 to 16, 181 is a voltage pulse generated by the pulse generator 103, 182 is a voltage pulse generated by the pulse generator 102, 183 is a voltage pulse generated by the arbitrary waveform pulse generator 121, 184, 185 are voltage waveforms measured at the first input terminal 122a of the oscilloscope 122, 186, 187
Are voltage waveforms measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122, 188 and 189 are pulse generators 10.
2, 190, 191 are voltage waveforms measured at the first input terminal 122a of the oscilloscope 122, 192, 193 are voltage waveforms measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122, 194
Is a voltage pulse generated by the pulse generator 102, 1
95 is a voltage pulse generated by the pulse generator 103, 196 and 197 are voltage waveforms measured at the first input terminal 122a of the oscilloscope 122, 198 and 199.
Is a voltage waveform measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122.

【0043】また図14〜16において、t5は電圧波
形184が変化し始める時刻、t6は電圧波形185が
変化し始める時刻、t7は電圧波形190が変化し始め
る時刻、t8は電圧波形191が変化し始める時刻、t
9は電圧波形196が変化し始める時刻、t10は電圧
波形197が変化し始める時刻である。図17〜19は
本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパシタの分極
特性評価装置により測定される分極特性の一例を示した
図である。図17において、201、202は分極ヒス
テリシス曲線、203は時刻t5における分極、204
は時刻t6における分極である。図18において、20
5、206は分極ヒステリシス曲線、207は時刻t7
における分極、208は時刻t8における分極である。
図19において、209、210は分極ヒステリシス曲
線、211は時刻t9における分極、212は時刻t1
0における分極である。
14 to 16, t5 is the time when the voltage waveform 184 starts to change, t6 is the time when the voltage waveform 185 starts to change, t7 is the time when the voltage waveform 190 starts to change, and t8 is the voltage waveform 191 changes. Time to start, t
9 is the time when the voltage waveform 196 starts to change, and t10 is the time when the voltage waveform 197 starts to change. 17 to 19 are diagrams showing an example of polarization characteristics measured by the polarization characteristics evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 17, 201 and 202 are polarization hysteresis curves, 203 is polarization at time t5, and 204
Is the polarization at time t6. In FIG. 18, 20
5, 206, polarization hysteresis curve, 207, time t7
, And 208 is the polarization at time t8.
In FIG. 19, 209 and 210 are polarization hysteresis curves, 211 is polarization at time t9, and 212 is time t1.
Polarization at 0.

【0044】図20〜22は本発明の第2の実施例に係
る強誘電体キャパシタの分極特性評価装置により測定さ
れる不揮発分極のパルス幅依存性及びパルス電圧依存性
の一例を示した図である。以下に、図8〜22を用い
て、本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパシタの
分極特性評価装置による分極特性評価方法について示
す。
20 to 22 are views showing an example of the pulse width dependency and the pulse voltage dependency of the non-volatile polarization measured by the polarization characteristic evaluation apparatus of the ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention. is there. The polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0045】まず、工程Pb1において、パルス発生器
103により電圧パルス181を強誘電体キャパシタ1
00に印加する。工程Pb1により強誘電体キャパシタ
100の分極状態は所定の状態に整えられる。なお工程
Pb1において、電気スイッチ107及び108は切っ
た状態である。工程Pb2において、電気スイッチ10
7及び108を入れる。工程Pb3において、任意波形
パルス発生器121により電圧パルス183を強誘電体
キャパシタ100に印加すると共に、オシロスコープ1
22の第1の入力端子122aで電圧波形184を、オ
シロスコープ122の第4の入力端子122dで電圧波
形186を測定する。工程Pb4において、電気スイッ
チ107及び108を切る。
First, in step Pb1, the voltage pulse 181 is applied by the pulse generator 103 to the ferroelectric capacitor 1.
00 is applied. The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by the step Pb1. In the process Pb1, the electric switches 107 and 108 are turned off. In the process Pb2, the electric switch 10
Put 7 and 108. In step Pb3, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 183 to the ferroelectric capacitor 100 and the oscilloscope 1
The voltage waveform 184 is measured at the first input terminal 122a of 22 and the voltage waveform 186 is measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. In step Pb4, the electric switches 107 and 108 are turned off.

【0046】工程Pb5において、強誘電体キャパシタ
100の容量薄膜厚及び電圧波形184から強誘電体キ
ャパシタ100に印加された電界の時間変化を算出する
と共に、リファレンス用キャパシタ101の容量及び電
圧波形186から、電圧パルス183印加時の強誘電体
キャパシタ100の第2の電極100bにおける電荷量
の時間変化を算出して、強誘電体キャパシタ100に印
加された電界と強誘電体キャパシタ100の第2の電極
100bにおける電荷量との関係を求め、電荷量の最大
値と最小値の中間点を分極のゼロ点として、電界と分極
との関係すなわち分極ヒステリシス曲線201を求め
る。工程Pb6において、パルス発生器103により電
圧パルス181を強誘電体キャパシタ100に印加す
る。工程Pb6により強誘電体キャパシタ100の分極
状態は所定の状態に整えられる。工程Pb7において、
パルス発生器102により電圧パルス182を強誘電体
キャパシタ100に印加する。工程Pb7により強誘電
体キャパシタ100の分極状態は電圧パルス182のパ
ルス幅及びパルス電圧に依存して変化する。
In step Pb5, the time variation of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the capacitance thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 184, and the capacitance and voltage waveform 186 of the reference capacitor 101 is calculated. The time change of the amount of charge in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when the voltage pulse 183 is applied is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the second electrode of the ferroelectric capacitor 100 are calculated. The relationship between the electric field and the polarization at 100b is determined, and the relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 201 is determined with the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization. In step Pb6, the voltage pulse 181 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by the step Pb6. In the process Pb7,
A voltage pulse 182 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 102. By the step Pb7, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 changes depending on the pulse width and the pulse voltage of the voltage pulse 182.

【0047】工程Pb8において、電気スイッチ107
及び108を入れる。工程Pb9において、任意波形パ
ルス発生器121により電圧パルス183を強誘電体キ
ャパシタ100に印加すると共に、オシロスコープ12
2の第1の入力端子122aで電圧波形185、オシロ
スコープ122の第4の入力端子122dで電圧波形1
87を測定する。工程Pb10において、電気スイッチ
107及び108を切る。工程Pb11において、強誘
電体キャパシタ100の容量薄膜厚及び電圧波形185
から強誘電体キャパシタ100に印加された電界の時間
変化を算出すると共に、リファレンス用キャパシタ10
1の容量及び電圧波形187から、電圧パルス183印
加時の強誘電体キャパシタ100の第2の電極100b
における電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キャパ
シタ100に印加された電界と強誘電体キャパシタ10
0の第2の電極100bにおける電荷量との関係を求
め、電荷量の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点と
して、電界と分極との関係すなわち分極ヒステリシス曲
線202を求める。工程Pb12において分極204か
ら分極203を差し引き、不揮発分極を算出する。電圧
パルス182のパルス幅及びパルス電圧を変更して工程
Pb6〜12を繰り返す。なお、以上の工程Pb1〜1
2は、前記第1の実施例における工程Pa1〜12と全
く同じ工程である。
In step Pb8, the electric switch 107
And 108. In step Pb9, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 183 to the ferroelectric capacitor 100 and the oscilloscope 12
2 has a voltage waveform 185 at the first input terminal 122a and a voltage waveform 1 at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122.
87 is measured. In step Pb10, the electric switches 107 and 108 are turned off. In step Pb11, the capacitance thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 185
The time change of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the
From the capacitance and the voltage waveform 187 of No. 1, the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when the voltage pulse 183 is applied.
Of the electric charge applied to the ferroelectric capacitor 100 and the ferroelectric capacitor 10
The relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 202 is calculated with the zero point of the polarization as the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount. In step Pb12, the polarization 203 is subtracted from the polarization 204 to calculate the non-volatile polarization. The pulse width and pulse voltage of the voltage pulse 182 are changed, and steps Pb6 to 12 are repeated. The above steps Pb1 to 1
Step 2 is exactly the same as steps Pa1 to 12 in the first embodiment.

【0048】つぎに、工程Pb13において、パルス発
生器103により電圧パルス181を強誘電体キャパシ
タ100に印加する。工程Pb13により強誘電体キャ
パシタ100の分極状態は所定の状態に整えられる。工
程Pb14において、パルス発生器102により電圧パ
ルス188を強誘電体キャパシタ100に印加する。工
程Pb14により強誘電体キャパシタ100の分極状態
は分極量がゼロ付近に設定される。工程Pb15におい
て、電気スイッチ107及び108を入れる。工程Pb
16において、任意波形パルス発生器121により電圧
パルス183を強誘電体キャパシタ100に印加すると
共に、オシロスコープ122の第1の入力端子122a
で電圧波形190、オシロスコープ122の第4の入力
端子122dで電圧波形192を測定する。工程Pb1
7において、電気スイッチ107及び108を切る。
Next, in step Pb13, the voltage pulse 181 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by the step Pb13. In step Pb14, the voltage pulse 188 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 102. In step Pb14, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is set so that the polarization amount is near zero. In step Pb15, the electric switches 107 and 108 are turned on. Process Pb
16, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 183 to the ferroelectric capacitor 100, and at the same time, the first input terminal 122a of the oscilloscope 122 is input.
Then, the voltage waveform 190 is measured, and the voltage waveform 192 is measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. Process Pb1
At 7, the electrical switches 107 and 108 are turned off.

【0049】工程Pb18において、強誘電体キャパシ
タ100の容量薄膜厚及び電圧波形190から強誘電体
キャパシタ100に印加された電界の時間変化を算出す
ると共に、リファレンス用キャパシタ101の容量及び
電圧波形192から、電圧パルス183印加時の強誘電
体キャパシタ100の第2の電極100bにおける電荷
量の時間変化を算出して、強誘電体キャパシタ100に
印加された電界と強誘電体キャパシタ100の第2の電
極100bにおける電荷量との関係を求め、電荷量の最
大値と最小値の中間点を分極のゼロ点として、電界と分
極との関係すなわち分極ヒステリシス曲線205を求め
る。工程Pb19において、パルス発生器103により
電圧パルス181を強誘電体キャパシタ100に印加す
る。工程Pb19により強誘電体キャパシタ100の分
極状態は所定の状態に整えられる。工程Pb20におい
て、パルス発生器102により電圧パルス188を強誘
電体キャパシタ100に印加する。工程Pb20により
強誘電体キャパシタ100の分極状態は分極量がゼロ付
近に設定される。工程Pb21において、パルス発生器
102により電圧パルス189を強誘電体キャパシタ1
00に印加する。工程Pb21により強誘電体キャパシ
タ100の分極状態は電圧パルス189のパルス幅及び
パルス電圧に依存して変化する。
In step Pb18, the time variation of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the capacitance thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 190, and the capacitance and voltage waveform 192 of the reference capacitor 101 is calculated. The time change of the amount of charge in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when the voltage pulse 183 is applied is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the second electrode of the ferroelectric capacitor 100 are calculated. The relationship with the amount of charge at 100b is determined, and the relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 205 is determined with the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization. In step Pb19, the voltage pulse 181 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by the step Pb19. In step Pb20, the voltage pulse 188 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 102. In step Pb20, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is set so that the polarization amount is near zero. In step Pb21, the voltage pulse 189 is applied to the ferroelectric capacitor 1 by the pulse generator 102.
00 is applied. In step Pb21, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 changes depending on the pulse width and pulse voltage of the voltage pulse 189.

【0050】工程Pb22において、電気スイッチ10
7及び108を入れる。工程Pb23において、任意波
形パルス発生器121により電圧パルス183を強誘電
体キャパシタ100に印加すると共に、オシロスコープ
122の第1の入力端子122aで電圧波形191を、
オシロスコープ122の第4の入力端子122dで電圧
波形193を測定する。工程Pb24において、電気ス
イッチ107及び108を切る。工程Pb25におい
て、強誘電体キャパシタ100の容量薄膜厚及び電圧波
形191から強誘電体キャパシタ100に印加された電
界の時間変化を算出すると共に、リファレンス用キャパ
シタ101の容量及び電圧波形193から、電圧パルス
183印加時の強誘電体キャパシタ100の第2の電極
100bにおける電荷量の時間変化を算出して、強誘電
体キャパシタ100に印加された電界と強誘電体キャパ
シタ100の第2の電極100bにおける電荷量との関
係を求め、電荷量の最大値と最小値の中間点を分極のゼ
ロ点として、電界と分極との関係すなわち分極ヒステリ
シス曲線206を求める。工程Pb26において分極2
08から分極207を差し引き、不揮発分極を算出す
る。電圧パルス189のパルス幅及びパルス電圧を変更
して工程Pb19〜26を繰り返す。
In step Pb22, the electric switch 10
Put 7 and 108. In step Pb23, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 183 to the ferroelectric capacitor 100, and the first input terminal 122a of the oscilloscope 122 outputs the voltage waveform 191.
The voltage waveform 193 is measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. In step Pb24, the electric switches 107 and 108 are turned off. In step Pb25, the time variation of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the capacitance thin film thickness of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 191, and the voltage pulse is calculated from the capacitance and voltage waveform 193 of the reference capacitor 101. The time change of the charge amount in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when 183 is applied is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the charge in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 are calculated. The relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 206, is obtained by setting the midpoint between the maximum value and the minimum value of the charge amount as the zero point of the polarization. Polarization 2 in the process Pb26
The polarization 207 is subtracted from 08 to calculate the non-volatile polarization. The pulse width and pulse voltage of the voltage pulse 189 are changed, and steps Pb19 to 26 are repeated.

【0051】つぎに、工程Pb27において、パルス発
生器103により電圧パルス181を強誘電体キャパシ
タ100に印加する。工程Pb27により強誘電体キャ
パシタ100の分極状態は所定の状態に整えられる。工
程Pb28において、パルス発生器102により電圧パ
ルス194を強誘電体キャパシタ100に印加する。工
程Pb28により強誘電体キャパシタ100の分極状態
は分極量がゼロ付近に設定される。工程Pb29におい
て、電気スイッチ107及び108を入れる。工程Pb
30において、任意波形パルス発生器121により電圧
パルス183を強誘電体キャパシタ100に印加すると
共に、オシロスコープ122の第1の入力端子122a
で電圧波形196を、オシロスコープ122の第4の入
力端子122dで電圧波形198を測定する。
Next, in step Pb27, the voltage pulse 181 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. The polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is adjusted to a predetermined state by the step Pb27. In step Pb28, the voltage pulse 194 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 102. In step Pb28, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is set so that the polarization amount is near zero. In step Pb29, the electric switches 107 and 108 are turned on. Process Pb
At 30, the voltage pulse 183 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the arbitrary waveform pulse generator 121, and the first input terminal 122a of the oscilloscope 122 is displayed.
And the voltage waveform 196 is measured at the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122.

【0052】工程Pb31において、電気スイッチ10
7及び108を切る。工程Pb32において、強誘電体
キャパシタ100の容量薄膜厚及び電圧波形196から
強誘電体キャパシタ100に印加された電界の時間変化
を算出すると共に、リファレンス用キャパシタ101の
容量及び電圧波形198から、電圧パルス183印加時
の強誘電体キャパシタ100の第2の電極100bにお
ける電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キャパシタ
100に印加された電界と強誘電体キャパシタ100の
第2の電極100bにおける電荷量との関係を求め、電
荷量の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点として、
電界と分極との関係すなわち分極ヒステリシス曲線20
9を求める。
In step Pb31, the electric switch 10
Cut 7 and 108. In step Pb32, the time variation of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated from the thickness thin film of the ferroelectric capacitor 100 and the voltage waveform 196, and the voltage pulse is calculated from the capacitance and voltage waveform 198 of the reference capacitor 101. The time change of the charge amount in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 when 183 is applied is calculated, and the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the charge in the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100 are calculated. Calculate the relationship with the amount of charge, and set the midpoint between the maximum and minimum values of the amount of charge as the zero point of polarization,
Relationship between electric field and polarization, that is, polarization hysteresis curve 20
Ask for 9.

【0053】工程Pb33において、パルス発生器10
3により電圧パルス181を強誘電体キャパシタ100
に印加する。工程Pb33により強誘電体キャパシタ1
00の分極状態は所定の状態に整えられる。工程Pb3
4において、パルス発生器102により電圧パルス19
4を強誘電体キャパシタ100に印加する。工程Pb3
4により強誘電体キャパシタ100の分極状態は分極量
がゼロ付近に設定される。工程Pb35において、パル
ス発生器103により電圧パルス195を強誘電体キャ
パシタ100に印加する。工程Pb35により強誘電体
キャパシタ100の分極状態は電圧パルス195のパル
ス幅及びパルス電圧に依存して変化する。
In step Pb33, the pulse generator 10
3, the voltage pulse 181 is applied to the ferroelectric capacitor 100.
Apply to. Ferroelectric capacitor 1 by process Pb33
The polarization state of 00 is adjusted to a predetermined state. Process Pb3
4, the voltage pulse 19 is generated by the pulse generator 102.
4 is applied to the ferroelectric capacitor 100. Process Pb3
4, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 is set so that the polarization amount is near zero. In step Pb35, the voltage pulse 195 is applied to the ferroelectric capacitor 100 by the pulse generator 103. By the step Pb35, the polarization state of the ferroelectric capacitor 100 changes depending on the pulse width and pulse voltage of the voltage pulse 195.

【0054】工程Pb36において、電気スイッチ10
7及び108を入れる。工程Pb37において、任意波
形パルス発生器121により電圧パルス183を強誘電
体キャパシタ100に印加すると共に、オシロスコープ
122の第1の入力端子122aで電圧波形197、オ
シロスコープ122の第4の入力端子122dで電圧波
形199を測定する。工程Pb38において、電気スイ
ッチ107及び108を切る。工程Pb39において、
強誘電体キャパシタ100の容量薄膜厚及び電圧波形1
97から強誘電体キャパシタ100に印加された電界の
時間変化を算出すると共に、リファレンス用キャパシタ
101の容量及び電圧波形199から、電圧パルス18
3印加時の強誘電体キャパシタ100の第2の電極10
0bにおける電荷量の時間変化を算出して、強誘電体キ
ャパシタ100に印加された電界と強誘電体キャパシタ
100の第2の電極100bにおける電荷量との関係を
求め、電荷量の最大値と最小値の中間点を分極のゼロ点
として、電界と分極との関係すなわち分極ヒステリシス
曲線210を求める。工程Pb40において分極212
から分極211を差し引き、不揮発分極を算出する。電
圧パルス195のパルス幅及びパルス電圧を変更して工
程Pb33〜40を繰り返す。
In step Pb36, the electric switch 10
Put 7 and 108. In step Pb37, the arbitrary waveform pulse generator 121 applies the voltage pulse 183 to the ferroelectric capacitor 100, the voltage waveform 197 is applied to the first input terminal 122a of the oscilloscope 122, and the voltage is applied to the fourth input terminal 122d of the oscilloscope 122. Waveform 199 is measured. In step Pb38, the electric switches 107 and 108 are turned off. In process Pb39,
Capacitive thin film thickness of ferroelectric capacitor 100 and voltage waveform 1
97, the time change of the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 is calculated, and the voltage pulse 18 is calculated from the capacitance of the reference capacitor 101 and the voltage waveform 199.
Second electrode 10 of ferroelectric capacitor 100 when 3 is applied
0b, the time change of the charge amount is calculated to obtain the relationship between the electric field applied to the ferroelectric capacitor 100 and the charge amount at the second electrode 100b of the ferroelectric capacitor 100, and the maximum and minimum values of the charge amount are calculated. The relationship between the electric field and the polarization, that is, the polarization hysteresis curve 210 is determined with the midpoint of the values as the zero point of the polarization. Polarization 212 in the process Pb40
The polarization 211 is subtracted from this to calculate the non-volatile polarization. The pulse width and pulse voltage of the voltage pulse 195 are changed, and steps Pb33 to 40 are repeated.

【0055】図1の強誘電体キャパシタの分極特性評価
装置の構成では、第1および第2のパルス発生器102及
び103、測定すべき強誘電体キャパシタ100および
リファレンス用キャパシタ101、およびこれらを接続
する配線110及び111は集積回路として半導体基板
99の上に形成されているために配線長が短く浮遊容量
が小さい。その結果、図4に示したように、パルス発生
器102及び103により発生されたパルス幅が100
ns以下の電圧パルスを印加することができる。また、
電圧パルス182のパルス幅及びパルス電圧を変化させ
て不揮発分極を測定することにより、強誘電体不揮発性
メモリーの動作の解析に必要である、図20に示すよう
な不揮発分極のパルス幅依存性及びパルス電圧依存性を
評価することができる。さらに、強誘電体不揮発性メモ
リーの書き込み状態の違いに対応させて、電圧パルス1
88及び194で分極状態を変化させた後に、電圧パル
ス189及び195のパルス幅及びパルス電圧を変化さ
せて不揮発分極を測定することにより、強誘電体不揮発
性メモリーの任意の書き込み状態からの動作の高精度な
解析に必要である、図21及び22に示すような不揮発
分極のパルス幅依存性及びパルス電圧依存性を評価する
ことができる。
In the configuration of the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor shown in FIG. 1, the first and second pulse generators 102 and 103, the ferroelectric capacitor 100 to be measured and the reference capacitor 101, and these are connected. Since the wirings 110 and 111 are formed on the semiconductor substrate 99 as an integrated circuit, the wiring length is short and the stray capacitance is small. As a result, as shown in FIG. 4, the pulse width generated by the pulse generators 102 and 103 is 100.
A voltage pulse of ns or less can be applied. Also,
By measuring the non-volatile polarization by changing the pulse width and the pulse voltage of the voltage pulse 182, it is necessary to analyze the operation of the ferroelectric non-volatile memory. The pulse voltage dependence can be evaluated. In addition, the voltage pulse 1 is applied to correspond to the difference in the writing state of the ferroelectric non-volatile memory.
After changing the polarization state at 88 and 194, the pulse width and pulse voltage of the voltage pulses 189 and 195 are changed to measure the non-volatile polarization, so that the operation of the ferroelectric non-volatile memory from an arbitrary writing state can be performed. It is possible to evaluate the pulse width dependency and the pulse voltage dependency of the non-volatile polarization as shown in FIGS. 21 and 22, which are necessary for highly accurate analysis.

【0056】以上説明したように、かかる構成によれ
ば、パルス発生器と強誘電体キャパシタとは同一半導体
基板上に形成されているため、これらの間の配線の浮遊
容量が減少し、パルス幅が100ns以下の電圧パルス
を強誘電体キャパシタに印加することができる。なお、
強誘電体キャパシタ100のあらゆる分極状態は、分極
が一方向に揃った分極状態と分極量がゼロの分極状態の
中間的状態にあるので、工程Pb1〜40により得られ
る図20〜22に示すような不揮発分極のパルス幅依存
性及びパルス電圧依存性を評価することが、強誘電体不
揮発性メモリーの動作の高精度な解析に効果的である。
As described above, according to this structure, since the pulse generator and the ferroelectric capacitor are formed on the same semiconductor substrate, the stray capacitance of the wiring between them is reduced and the pulse width is reduced. A voltage pulse of 100 ns or less can be applied to the ferroelectric capacitor. In addition,
Since all the polarization states of the ferroelectric capacitor 100 are intermediate between the polarization state in which the polarization is aligned in one direction and the polarization state in which the polarization amount is zero, as shown in FIGS. Evaluating the pulse width dependence and pulse voltage dependence of the non-volatile polarization is effective for highly accurate analysis of the operation of the ferroelectric non-volatile memory.

【0057】なお、図14〜16の電圧パルス181は
矩形波電圧パルスを用いているが、台形波電圧パルス、
三角波電圧パルス、サイン電圧パルスを用いても同様の
効果が得られる。また、図14〜16の電圧パルス18
3は台形波電圧パルスを用いているが、三角波電圧パル
ス、サイン電圧パルス、矩形波電圧パルスを用いても同
様の効果が得られる。
The voltage pulse 181 in FIGS. 14 to 16 uses a rectangular wave voltage pulse, but a trapezoidal wave voltage pulse,
The same effect can be obtained by using a triangular wave voltage pulse or a sine voltage pulse. Also, the voltage pulse 18 of FIGS.
Although 3 uses a trapezoidal wave voltage pulse, the same effect can be obtained by using a triangular wave voltage pulse, a sine voltage pulse, and a rectangular wave voltage pulse.

【0058】なお、前記実施例では、トリガ発生器60
0(図1参照)を配設しているが、必ずしもトリガ発生
器を配設する必要はなく、第1および第2のパルス発生器
を適切にスイッチングするようにすればよい。次に本発
明の第3の実施例について説明する。図23は本発明の
第3の実施例に係る強誘電体キャパシタの分極特性評価
装置の構成を示す図である。この例では、図1に示した
本発明の第1の実施例の装置を構成する半導体基板99
上に、さらに、発振器300を配設し、発振器300の
第1および第2の出力電極300a,300bを、強誘電
体キャパシタの第1および第2の電極100a、100
bにそれぞれ電気的に接続し、前記発振器300の第1
の出力電極300aから出力される信号の反転信号を前
記発振器の第2の出力電極300bから出力させること
ができるようにしたことを特徴とするものである。さら
にパルス発生器102及び103で発生させた電圧パル
スと発振器で発生させた電圧パルスはバッファ301及
び302を介して強誘電体キャパシタ100に印加され
るように構成され、不揮発分極の評価に使用する電圧パ
ルスの波形と交流電圧パルスによる分極特性の劣化の評
価に使用する電圧パルスの波形をほぼ同じものにするこ
とができるようにしたことを特徴とする。他の構成につ
いては前記第1の実施例を全く同様であり、同一部位に
は同一符号を付した。ちなみに、図23において、99
は半導体基板、100は強誘電キャパシタ、101はリ
ファレンス用キャパシタ、102及び103はパルス発
生器、104及び105はバッファ、106はインピー
ダンス変換器、107及び108は電気スイッチ、10
9、112、113、114、115及び116は配
線、117、118、119及び120はパッドであ
る。また、100aは強誘電体キャパシタ100の第1
の電極、100bは強誘電体キャパシタ100の第2の
電極、101aはリファレンス用キャパシタ101の第
1の電極、101bはリファレンス用キャパシタ101
の第2の電極、102aはパルス発生器102の出力電
極、103aはパルス発生器103の出力電極である。
In the above embodiment, the trigger generator 60
Although 0 (see FIG. 1) is provided, the trigger generator is not necessarily provided, and the first and second pulse generators may be appropriately switched. Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 23 is a diagram showing the configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the third embodiment of the present invention. In this example, the semiconductor substrate 99 that constitutes the device of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
An oscillator 300 is further disposed on the first and second output electrodes 300a and 300b of the oscillator 300 and the first and second electrodes 100a and 100 of the ferroelectric capacitor.
b are electrically connected to the
The inversion signal of the signal output from the output electrode 300a of (1) can be output from the second output electrode 300b of the oscillator. Further, the voltage pulse generated by the pulse generators 102 and 103 and the voltage pulse generated by the oscillator are configured to be applied to the ferroelectric capacitor 100 via the buffers 301 and 302, and used for evaluation of non-volatile polarization. It is characterized in that the waveform of the voltage pulse and the waveform of the voltage pulse used for evaluating the deterioration of the polarization characteristics due to the AC voltage pulse can be made substantially the same. The other structure is exactly the same as that of the first embodiment, and the same parts are designated by the same reference numerals. By the way, in FIG. 23, 99
Is a semiconductor substrate, 100 is a ferroelectric capacitor, 101 is a reference capacitor, 102 and 103 are pulse generators, 104 and 105 are buffers, 106 is an impedance converter, 107 and 108 are electrical switches, 10
9, 112, 113, 114, 115 and 116 are wirings, 117, 118, 119 and 120 are pads. Further, 100a is the first of the ferroelectric capacitor 100.
Electrode, 100b is the second electrode of the ferroelectric capacitor 100, 101a is the first electrode of the reference capacitor 101, and 101b is the reference capacitor 101.
2 is an output electrode of the pulse generator 102, and 103a is an output electrode of the pulse generator 103.

【0059】強誘電体キャパシタ100、リファレンス
用キャパシタ101、パルス発生器102及び103、
バッファ104及び105、インピーダンス変換器10
6、電気スイッチ107及び108は配線109、11
2、113、114、115及び116、パッド11
7、118、119及び120は半導体基板99上に形
成されている。
Ferroelectric capacitor 100, reference capacitor 101, pulse generators 102 and 103,
Buffers 104 and 105, impedance converter 10
6, electrical switches 107 and 108 are wirings 109 and 11
2, 113, 114, 115 and 116, pad 11
7, 118, 119 and 120 are formed on the semiconductor substrate 99.

【0060】リファレンス用キャパシタ101の容量は
既知である。121は任意波形パルス発生器、122は
オシロスコープ、123、124、125及び126は
配線ケーブルである。また、121aは任意波形パルス
発生器121の出力端子、122aはオシロスコープ1
22の第1の入力端子、122bはオシロスコープ12
2の第2の入力端子、122cはオシロスコープ122
の第3の入力端子、122dはオシロスコープ122の
第4の入力端子である。また、図23において、300
は発振器、301及び302はバッファ、303及び3
04は電気スイッチ、305、306、307、30
8、309及び310は配線である。発振器300、バ
ッファ301及び302、電気スイッチ303及び30
4、配線305、306、307、308、309及び
310は半導体基板99上に形成されている。また、3
00aは発振器300の第1の出力電極、300bは発
振器300の第2の出力電極である。
The capacitance of the reference capacitor 101 is known. 121 is an arbitrary waveform pulse generator, 122 is an oscilloscope, and 123, 124, 125 and 126 are wiring cables. Further, 121a is an output terminal of the arbitrary waveform pulse generator 121, and 122a is an oscilloscope 1.
22 is a first input terminal 22 and 122b is an oscilloscope 12
2nd input terminal, 122c is oscilloscope 122
Is a third input terminal of the oscilloscope 122, and 122d is a fourth input terminal of the oscilloscope 122. Also, in FIG.
Is an oscillator, 301 and 302 are buffers, 303 and 3
04 is an electric switch, 305, 306, 307, 30
Reference numerals 8, 309 and 310 are wirings. Oscillator 300, buffers 301 and 302, electric switches 303 and 30
4, wirings 305, 306, 307, 308, 309 and 310 are formed on the semiconductor substrate 99. Also, 3
00a is a first output electrode of the oscillator 300, and 300b is a second output electrode of the oscillator 300.

【0061】図23の強誘電体キャパシタの分極特性評
価装置の構成では、配線305、306、307、30
8、309及び310は集積回路として半導体基板99
の上に形成されているために浮遊容量が小さい。その結
果、図24に示したように、パルス幅が100ns以下
の交流電圧パルスによる不揮発分極の劣化の信頼性模擬
試験を行うことができる。さらに、パルス発生器102
及び103、発振器300、バッファ301及び302
を半導体基板99上に備え、パルス発生器102及び1
03で発生させた電圧パルスと発振器で発生させた電圧
パルスはバッファ301及び302を介して強誘電体キ
ャパシタ100に印加されるので、不揮発分極の評価に
使用する電圧パルスの波形と交流電圧パルスによる分極
特性の劣化の評価に使用する電圧パルスの波形をほぼ同
じものにすることができ、不揮発分極の劣化の信頼性模
擬試験を正確に行うことができる。
In the configuration of the polarization characteristic evaluation apparatus for the ferroelectric capacitor shown in FIG. 23, the wirings 305, 306, 307, 30 are used.
8, 309 and 310 are semiconductor substrates 99 as integrated circuits.
The stray capacitance is small because it is formed on top. As a result, as shown in FIG. 24, it is possible to perform a reliability simulation test of deterioration of nonvolatile polarization due to an AC voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less. Further, the pulse generator 102
And 103, oscillator 300, buffers 301 and 302
On a semiconductor substrate 99, and pulse generators 102 and 1
Since the voltage pulse generated in 03 and the voltage pulse generated in the oscillator are applied to the ferroelectric capacitor 100 via the buffers 301 and 302, it depends on the waveform of the voltage pulse used for the evaluation of the non-volatile polarization and the AC voltage pulse. The waveform of the voltage pulse used to evaluate the deterioration of the polarization characteristics can be made substantially the same, and the reliability simulation test of the deterioration of the non-volatile polarization can be accurately performed.

【0062】次に本発明の第4の実施例について説明す
る。図25は、本発明の第4の実施例に係る強誘電体キ
ャパシタの分極特性評価装置の構成を示す図である。こ
の例では図23において、使用されているバッファ30
1及び302を用いることなく、直接パルス発生器から
のパルスを強誘電体キャパシタ100に印加するように
したものである。ここではトリガ発生器600のトリガ
信号入力電極と発振器300の第1および第2の電極3
00a、300bとが第1および第2のパルス発生器1
02,103を介して強誘電体キャパシタ100に印加
される。発振器の出力は第1および第2のパルス発生器
を介して強誘電体キャパシタに入力される。前記実施例
と同様、同一部位には同一符号を付した。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the fourth example of the present invention. In this example, the buffer 30 used in FIG.
The pulse from the pulse generator is directly applied to the ferroelectric capacitor 100 without using 1 and 302. Here, the trigger signal input electrode of the trigger generator 600 and the first and second electrodes 3 of the oscillator 300 are used.
00a and 300b are the first and second pulse generators 1
It is applied to the ferroelectric capacitor 100 via 02 and 103. The output of the oscillator is input to the ferroelectric capacitor via the first and second pulse generators. Like the above-described embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals.

【0063】従ってかかる構成によっても、発振器の出
力はパルス発生器を介して強誘電体キャパシタ100に
印加されるため、発振器の出力はパルス発生器でパルス
幅を制御せしめられ、不揮発分極の評価に使用する電圧
パルスの波形と交流電圧パルスによる分極特性の劣化の
評価に使用する電圧パルスの波形をほぼ同じものにする
ことができ、不揮発分極の劣化の信頼性模擬試験を正確
に行うことができる。すなわちストレス波形と測定波形
とを同一にすることができ、信頼性試験と分極特性評価
のための測定とを同一条件で行うことが可能となる。
Therefore, also with this configuration, the output of the oscillator is applied to the ferroelectric capacitor 100 via the pulse generator, so that the pulse width of the output of the oscillator is controlled by the pulse generator, and the evaluation of the non-volatile polarization is performed. The waveform of the voltage pulse used and the waveform of the voltage pulse used to evaluate the deterioration of the polarization characteristics due to the AC voltage pulse can be made almost the same, and the reliability simulation test of the deterioration of the nonvolatile polarization can be performed accurately. . That is, the stress waveform and the measurement waveform can be the same, and the reliability test and the measurement for evaluating the polarization characteristic can be performed under the same condition.

【0064】また、この構造によっても、前記第3の実
施例と同様、パルス発生器も発振器もリファレンス用キ
ャパシタもすべて被測定強誘電体キャパシタと同一半導
体基板上に形成されている。すなわち、図25の強誘電
体キャパシタの分極特性評価装置の構成では、配線30
5、306、307、308、309及び310は集積
回路として半導体基板99の上に形成されているために
浮遊容量が小さい。その結果、図24に示したように、
パルス幅が100ns以下の交流電圧パルスによる不揮
発分極の劣化の信頼性模擬試験を行うことができる。配
線による浮遊容量はさらに低減され、より高周波のパル
スを正確に付与することが出来、より高精度の測定が可
能となる。
Also with this structure, as in the third embodiment, the pulse generator, the oscillator, and the reference capacitor are all formed on the same semiconductor substrate as the ferroelectric capacitor to be measured. That is, in the configuration of the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor shown in FIG.
Since 5, 306, 307, 308, 309 and 310 are formed on the semiconductor substrate 99 as an integrated circuit, the stray capacitance is small. As a result, as shown in FIG.
It is possible to perform a reliability simulation test of deterioration of non-volatile polarization due to an AC voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less. The stray capacitance due to the wiring is further reduced, a higher-frequency pulse can be accurately applied, and higher-precision measurement is possible.

【0065】また、チップの占有面積をより小さくする
ことが可能となる。さらにまた、発振器も強誘電体キャ
パシタもパルス発生器も同一半導体基板上に形成されて
いるため、すべてが同一温度であるため環境温度の変化
に対しても、温度依存性が少なく高精度の測定及び信頼
性試験を行うことが可能となる。次に本発明の第5の実
施例について説明する。
Further, the area occupied by the chip can be made smaller. Furthermore, because the oscillator, the ferroelectric capacitor, and the pulse generator are all formed on the same semiconductor substrate, they all have the same temperature, so they are highly accurate measurement with little temperature dependence against environmental temperature changes. And, it becomes possible to perform a reliability test. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0066】図26は、本発明の第5の実施例に係る強
誘電体キャパシタの分極特性評価装置の構成を示す図で
ある。この例では図25に示された本発明の第4の実施
例においてはパルス発生器、強誘電体キャパシタ、リフ
ァレンス用キャパシタと同一の半導体基板99上に配設
していた、発振器300を、別の半導体基板上に形成し
てなる、いわゆるマルチチップ回路を構成するものであ
る。動作や、これを用いた評価方法等に付いては前記第
4の実施例と全く同様である。かかる構成によれば、上
記第4の実施例による効果に加え、発振器が同一半導体
基板上に形成されていないため、発振器の発熱による温
度変化を避けることができ、より高精度の測定を行うこ
とが可能となる。ただし、分極特性測定用の集積回路を
構成する半導体基板とは、配線容量の低減の面からも、
測定環境を揃えるためにもできるだけ近接して設けるの
が望ましい。
FIG. 26 is a diagram showing the configuration of a polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the fifth embodiment of the present invention. In this example, the oscillator 300, which is arranged on the same semiconductor substrate 99 as the pulse generator, the ferroelectric capacitor and the reference capacitor in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. A so-called multi-chip circuit formed on the semiconductor substrate. The operation and the evaluation method using the same are the same as those in the fourth embodiment. According to such a configuration, in addition to the effect of the fourth embodiment, the oscillator is not formed on the same semiconductor substrate, so that the temperature change due to the heat generation of the oscillator can be avoided, and more accurate measurement can be performed. Is possible. However, the semiconductor substrate that constitutes the integrated circuit for measuring the polarization characteristics, in terms of reducing the wiring capacitance,
It is desirable to install them as close to each other as possible in order to arrange the measurement environment.

【0067】さらにまた、測定精度を上げるためには、
本発明の第6の実施例として、図27に断面図を示すよ
うに、マルチチップモジュールを構成するように、分極
特性測定用の集積回路を構成する半導体基板99と、発
振器用半導体基板310とを同一のパッケージ700内
に実装するようにするのが望ましい。加えて、本発明の
第7の実施例として、図28に示すように、信頼性試験
用のみに用いる場合には、パルス発生器を形成すること
なく、分極特性測定用の集積回路を構成する半導体基板
99上に、発振器300とリファレンス用キャパシタ1
01と強誘電体キャパシタ100とを形成するようにし
てもよい。ここでは、図25に示した第4の実施例にお
いて、集積回路を構成する半導体基板99上から、第1
及び第2のパルス発生器102,103を除くととも
に、トリガ発生器を除いたものであり、他の構成につい
ては前記第4の実施例と全く同様に形成されている。
Furthermore, in order to improve the measurement accuracy,
As a sixth embodiment of the present invention, as shown in a sectional view of FIG. 27, a semiconductor substrate 99 that constitutes an integrated circuit for measuring polarization characteristics, and a semiconductor substrate 310 for oscillator, so as to constitute a multichip module. Are preferably packaged in the same package 700. In addition, as a seventh embodiment of the present invention, as shown in FIG. 28, when it is used only for the reliability test, an integrated circuit for measuring polarization characteristics is configured without forming a pulse generator. On the semiconductor substrate 99, the oscillator 300 and the reference capacitor 1
01 and the ferroelectric capacitor 100 may be formed. Here, in the fourth embodiment shown in FIG. 25, from the top of the semiconductor substrate 99 forming the integrated circuit, the first
And the second pulse generators 102 and 103 are removed, and the trigger generator is removed, and the other configurations are formed in exactly the same manner as the fourth embodiment.

【0068】かかる装置によれば、コントローラ600
によって発振波長を変化させることができ、所望の波長
のパルスを発振器300を介して測定すべき強誘電体キ
ャパシタに印加し、信頼性試験を行うことが可能とな
る。
According to such an apparatus, the controller 600
Thus, the oscillation wavelength can be changed, and a pulse having a desired wavelength can be applied to the ferroelectric capacitor to be measured via the oscillator 300 to perform the reliability test.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、パルス発生器と強誘電体キャパシタとを同一基板上
に配設したため、両者をつなぐ配線の浮遊容量が小さ
く、パルス発生器で発生させた電圧パルスはリンギング
を起こすことがない。したがって、100ns以下の電
圧パルスを正確に強誘電体キャパシタの電極に印加する
ことができる。
As described above, according to the present invention, since the pulse generator and the ferroelectric capacitor are arranged on the same substrate, the stray capacitance of the wiring connecting them is small, and the pulse generator generates them. The applied voltage pulse does not cause ringing. Therefore, a voltage pulse of 100 ns or less can be accurately applied to the electrodes of the ferroelectric capacitor.

【0070】また、100ns以下の電圧パルスを用い
ることができるため、100ns以下の電圧パルスを印
加した後に、分極特性を評価することによって、100
ns以下の電圧パルスによる分極特性の変化を評価する
ことができ、ストレスをかけるための印加パルスと測定
のためのパルスとを同一のパルスとすることができるた
め、より高精度の信頼性試験が可能となる。
Further, since a voltage pulse of 100 ns or less can be used, it is possible to evaluate the polarization characteristics by applying a voltage pulse of 100 ns or less to obtain 100
Changes in polarization characteristics due to voltage pulses of ns or less can be evaluated, and the applied pulse for applying stress and the pulse for measurement can be the same pulse, so a more accurate reliability test can be performed. It will be possible.

【0071】また、発振器と強誘電体キャパシタとを同
一基板上に配設しているため、両者の電極をつなぐ配線
の浮遊容量が小さく、発振器で発生させた電圧パルスは
リンギングを起こすことがない。したがって、100n
s以下の交流電圧パルスを正確に強誘電体キャパシタの
電極に印加し、交流電圧パルスによる信頼性模擬試験を
行うことができる。また、波長を調整することができ、
任意波形パルス発生器を占有せずに交流電圧パルスによ
る信頼性模擬試験を行うことができる。
Further, since the oscillator and the ferroelectric capacitor are arranged on the same substrate, the stray capacitance of the wiring connecting the electrodes of both is small, and the voltage pulse generated by the oscillator does not ring. . Therefore, 100n
An AC voltage pulse of s or less can be accurately applied to the electrodes of the ferroelectric capacitor, and a reliability simulation test using the AC voltage pulse can be performed. You can also adjust the wavelength,
It is possible to perform a reliability simulation test using an AC voltage pulse without occupying an arbitrary waveform pulse generator.

【0072】さらに、パルス発生器の出力電極と発振器
の出力電極とが共通のバッファを介して強誘電体キャパ
シタの電極に接続されていることによって、分極特性の
劣化の信頼性模擬試験に使用する電圧パルスの波形と同
じ波形の電圧パルスを利用して分極特性の評価を行うこ
とができるので、正確な信頼性模擬試験を行うことがで
きる。
Further, since the output electrode of the pulse generator and the output electrode of the oscillator are connected to the electrode of the ferroelectric capacitor through a common buffer, it is used for a reliability simulation test of deterioration of polarization characteristics. Since the polarization characteristic can be evaluated by using the voltage pulse having the same waveform as that of the voltage pulse, an accurate reliability simulation test can be performed.

【0073】また、本発明の評価方法によれば、分極初
期化工程を具備しているため、それ以前の分極状態の影
響を受けることなく、電圧パルスを印加したときの分極
反転量の評価を行うことができる。さらに本発明の評価
方法によれば、分極設定工程を設けているため、FeRAM
の動作において重要な不十分な書き込み状態からの読み
出しに対応することのできる、すなわち、中間的な分極
状態から電圧パルスを印加したときの分極反転量の評価
を行うことが可能となる。
Further, according to the evaluation method of the present invention, since the polarization initialization step is provided, it is possible to evaluate the polarization inversion amount when the voltage pulse is applied without being affected by the polarization state before that. It can be carried out. Further, according to the evaluation method of the present invention, since the polarization setting step is provided, the FeRAM
It is possible to cope with the reading from the insufficient write state, which is important in the operation of 1), that is, it is possible to evaluate the polarization inversion amount when the voltage pulse is applied from the intermediate polarization state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程を
示すフローチャート
FIG. 2 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程を
示すフローチャート
FIG. 3 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置を用いて強誘電体キャパシタに電
圧パルスを印加した時の電子ビームテスタによる電圧波
形の観測結果の一例を示した図
FIG. 4 is an example of an observation result of a voltage waveform by an electron beam tester when a voltage pulse is applied to the ferroelectric capacitor by using the polarization characteristic evaluation device for the ferroelectric capacitor according to the first embodiment of the present invention. Figure shown

【図5】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置を用いて分極特性を評価する時の
電圧パルスとオシロスコープにより測定される電圧波形
の一例とを示した図
FIG. 5 is a diagram showing a voltage pulse and an example of a voltage waveform measured by an oscilloscope when the polarization characteristic is evaluated using the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the first example of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置により測定される分極特性の一例
を示した図
FIG. 6 is a diagram showing an example of polarization characteristics measured by a polarization characteristics evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置により測定される不揮発分極のパ
ルス幅依存性及びパルス電圧依存性の一例を示した図
FIG. 7 is a diagram showing an example of pulse width dependency and pulse voltage dependency of non-volatile polarization measured by the polarization characteristic evaluation apparatus for the ferroelectric capacitor according to the first example of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程を
示すフローチャート
FIG. 8 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパシ
タの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程を
示すフローチャート
FIG. 9 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程
を示すフローチャート
FIG. 10 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程
を示すフローチャート
FIG. 11 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程
を示すフローチャート
FIG. 12 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置による分極特性評価方法の工程
を示すフローチャート
FIG. 13 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置を用いて分極特性を評価する時
の電圧パルスとオシロスコープにより測定される電圧波
形の一例を示した図
FIG. 14 is a diagram showing an example of a voltage pulse and a voltage waveform measured by an oscilloscope when a polarization characteristic is evaluated using the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the second example of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置を用いて分極特性を評価する時
の電圧パルスとオシロスコープにより測定される電圧波
形の一例を示した図
FIG. 15 is a diagram showing an example of a voltage pulse and a voltage waveform measured by an oscilloscope when a polarization characteristic is evaluated using the polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to the second example of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置を用いて分極特性を評価する時
の電圧パルスとオシロスコープにより測定される電圧波
形の一例を示した図
FIG. 16 is a diagram showing an example of a voltage pulse and a voltage waveform measured by an oscilloscope when the polarization characteristic is evaluated by using the polarization characteristic evaluation apparatus for a ferroelectric capacitor according to the second example of the present invention.

【図17】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される分極特性の一
例を示した図
FIG. 17 is a diagram showing an example of polarization characteristics measured by a polarization characteristics evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される分極特性の一
例を示した図
FIG. 18 is a diagram showing an example of polarization characteristics measured by a polarization characteristics evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される分極特性の一
例を示した図
FIG. 19 is a diagram showing an example of polarization characteristics measured by a polarization characteristics evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される不揮発分極の
パルス幅依存性及びパルス電圧依存性の一例を示した図
FIG. 20 is a diagram showing an example of pulse width dependency and pulse voltage dependency of nonvolatile polarization measured by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second example of the present invention.

【図21】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される不揮発分極の
パルス幅依存性及びパルス電圧依存性の一例を示した図
FIG. 21 is a diagram showing an example of pulse width dependency and pulse voltage dependency of nonvolatile polarization measured by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second example of the present invention.

【図22】本発明の第2の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置により測定される不揮発分極の
パルス幅依存性及びパルス電圧依存性の一例を示した図
FIG. 22 is a diagram showing an example of pulse width dependency and pulse voltage dependency of non-volatile polarization measured by a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a second example of the present invention.

【図23】本発明の第3の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a third embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第3の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置を用いて評価した交流電圧パル
スによる不揮発分極の劣化を示す図
FIG. 24 is a diagram showing deterioration of non-volatile polarization due to an AC voltage pulse evaluated by using a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a third example of the present invention.

【図25】本発明の第4の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a fourth example of the present invention.

【図26】本発明の第5の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a fifth example of the present invention.

【図27】本発明の第6の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 27 is a diagram showing the configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第7の実施例に係る強誘電体キャパ
シタの分極特性評価装置の構成を示す図
FIG. 28 is a diagram showing the configuration of a polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図29】従来の強誘電体キャパシタの分極特性評価装
置の構成を示す図
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a conventional polarization characteristic evaluation device for a ferroelectric capacitor.

【図30】従来の強誘電体キャパシタの分極特性評価装
置による分極特性評価方法の工程を示すフローチャート
FIG. 30 is a flowchart showing steps of a polarization characteristic evaluation method by a conventional ferroelectric capacitor polarization characteristic evaluation apparatus.

【図31】従来の強誘電体キャパシタの分極特性評価装
置を用いて分極特性を評価する時の電圧パルスとオシロ
スコープにより測定される電圧波形を示した図
FIG. 31 is a diagram showing a voltage pulse and a voltage waveform measured by an oscilloscope when a polarization characteristic is evaluated using a conventional ferroelectric capacitor polarization characteristic evaluation apparatus.

【図32】従来の強誘電体キャパシタの分極特性評価装
置により測定される分極特性の図
FIG. 32 is a diagram of polarization characteristics measured by a conventional polarization characteristics evaluation device for a ferroelectric capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

99 半導体基板 100 強誘電体キャパシタ 101 リファレンス用キャパシタ 102、103 パルス発生器 104、105、301、302 バッファ 106 インピーダンス変換器 107、108、303、304 電気スイッチ 121 任意波形パルス発生器 122 オシロスコープ 123、124、125、126 配線ケーブル 300 発振器 500 コントローラ 600 トリガ発生器 99 semiconductor substrate 100 Ferroelectric capacitor 101 Reference capacitor 102, 103 pulse generator 104, 105, 301, 302 buffers 106 Impedance converter 107, 108, 303, 304 Electric switch 121 Arbitrary waveform pulse generator 122 Oscilloscope 123,124,125,126 wiring cable 300 oscillator 500 controller 600 trigger generator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/00 G01N 27/60 G01R 27/26 G01R 29/24 H01L 21/66 G11C 29/00 H01L 41/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 31/00 G01N 27/60 G01R 27/26 G01R 29/24 H01L 21/66 G11C 29/00 H01L 41 / twenty two

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に、強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタに接続されたパルス発生器と、
第1の電極が前記強誘電体キャパシタの第2の電極に切
断可能に接続された容量既知のリファレンス用キャパシ
タとを備え、前記強誘電体キャパシタの第1の電極と任
意波形パルス発生器とが切断可能に接続された分極特性
評価用装置を用いた強誘電体キャパシタの分極特性評価
方法であって、 前記強誘電体キャパシタの前記パルス発生器から第1の
電圧パルスを印加して分極状態を所定状態とする第1の
分極初期化工程と、 前記強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器
および前記リファレンス用キャパシタとを接続し、前記
リファレンス用キャパシタの第2の電極に一定の電圧を
印加した状態で、前記強誘電体キャパシタの第1の電極
に前記任意波形パルス発生器から第2の電圧パルスを印
加した時の、前記リファレンス用キャパシタの第1の電
極での電位変化を測定する第1の電位変化測定工程と、 前記強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器
および前記リファレンス用キャパシタとを切断し、前記
第1の電位変化測定工程において測定された電位変化お
よび前記リファレンス用キャパシタの容量に基いて、前
記第1の電位変化測定工程における前記強誘電体キャパ
シタの第2の電極での電荷量の変化を算出する第1の電荷
量変化算出工程と、 前記第1の分極初期化工程と同様の分極初期化を行なう
第2の分極初期化工程と、 前記強誘電体キャパシタに前記パルス発生器から第3の
電圧パルスを印加して分極状態を反転させる分極反転工
程と、 前記第1の電位変化測定工程と同様の電位変化測定を行
なう第2の電位変化測定工程と、 前記第1の電荷量変化算出工程と同様にして前記第2の電
位変化測定工程における前記強誘電体キャパシタの第2
の電極での電荷量の変化を算出する第2の電荷量変化算
出工程と、 前記第1および第2の電荷量変化算出工程で得られた各電
荷量から不揮発性分極を算出する不揮発性分極算出工程
とを有することを特徴とする強誘電体キャパシタの分極
特性評価方法。
1. A ferroelectric capacitor on a semiconductor substrate,
A pulse generator connected to the ferroelectric capacitor,
A reference capacitor having a known capacitance, the first electrode of which is detachably connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor, and the first electrode of the ferroelectric capacitor and the arbitrary waveform pulse generator A polarization characteristic evaluation method for a ferroelectric capacitor using a device for polarization characteristic evaluation that is disconnectably connected, wherein a polarization state is obtained by applying a first voltage pulse from the pulse generator of the ferroelectric capacitor. A first polarization initialization step of a predetermined state, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are connected, a constant voltage to the second electrode of the reference capacitor. The capacitor for reference when the second voltage pulse is applied from the arbitrary waveform pulse generator to the first electrode of the ferroelectric capacitor in the applied state. The first potential change measuring step of measuring the potential change at the first electrode of, the ferroelectric capacitor, the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor are cut off, the first potential change Based on the potential change measured in the measurement step and the capacitance of the reference capacitor, the first to calculate the change in the charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the first potential change measurement step A charge amount change calculating step, a second polarization initializing step that performs the same polarization initializing step as the first polarization initializing step, and a third voltage pulse is applied to the ferroelectric capacitor from the pulse generator. And a polarization reversal step of reversing the polarization state, a second potential change measurement step of performing the same potential change measurement as the first potential change measurement step, and the same as the first charge amount change calculation step. The second of the ferroelectric capacitor in the second potential change measuring step.
A second charge amount change calculating step for calculating a change in the charge amount at each electrode, and a non-volatile polarization calculating a non-volatile polarization from each charge amount obtained in the first and second charge amount change calculating steps. A method of evaluating a polarization characteristic of a ferroelectric capacitor, comprising: a calculation step.
【請求項2】前記不揮発性分極算出工程の後、前記第3
のパルスのパルス幅を変更して、前記第2の分極初期化
工程から前記不揮発性分極算出工程までの各工程と同様
の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前記パルス幅依
存性を求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記
載の強誘電体キャパシタの分極特性評価方法。
2. The third step after the nonvolatile polarization calculation step.
The pulse width of the pulse is changed, and the same steps as the steps from the second polarization initialization step to the nonvolatile polarization calculation step are repeated to obtain the pulse width dependence of the nonvolatile polarization. The method for evaluating the polarization characteristics of a ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein
【請求項3】前記不揮発性分極算出工程の後、前記第3
のパルスのパルス電圧を変更して、前記第2の分極初期
化工程から前記不揮発性分極算出工程までの各工程と同
様の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前記パルス電
圧依存性を求めるようにしたことを特徴とする請求項1
に記載の強誘電体キャパシタの分極特性評価方法。
3. After the nonvolatile polarization calculating step, the third polarization is calculated.
The pulse voltage of the pulse is changed, and the same steps as the steps from the second polarization initialization step to the non-volatile polarization calculation step are repeated to obtain the pulse voltage dependence of the non-volatile polarization. Claim 1 characterized in that
7. A method for evaluating polarization characteristics of a ferroelectric capacitor as described in.
【請求項4】少なくとも前記第3のパルスはパルス幅が
100ns以下の電圧パルスであることを特徴とする請
求項1乃至3のいずれかに記載の強誘電体キャパシタの分
極特性評価方法。
4. The method of evaluating the polarization characteristics of a ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein at least the third pulse is a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less.
【請求項5】半導体基板上に、強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタに接続されたパルス発生器と、
第1の電極が前記強誘電体キャパシタの第2の電極に切
断可能に接続された容量既知のリファレンス用キャパシ
タとを備え、前記強誘電体キャパシタの第1の電極と任
意波形パルス発生器とが切断可能に接続された分極特性
評価用装置を用いた強誘電体キャパシタの分極特性評価
方法であって、 前記強誘電体キャパシタの前記パルス発生器から第1の
電圧パルスを印加して分極状態を所定状態とした後、前
記パルス発生器から第2の電圧パルスを印加して分極量
がゼロ付近の分極状態となるようにする第1の分極初期
化工程と、 前記強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器
および前記リファレンス用キャパシタとを接続し、前記
リファレンス用キャパシタの第1の電極に一定の電圧を
印加した状態で、前記強誘電体キャパシタの第2の電極
に前記任意波形パルス発生器から第3の電圧パルスを印
加した時の、前記リファレンス用キャパシタの第1の電
極での電位変化を測定する第1の電位変化測定工程と、 前記強誘電体キャパシタと、前記任意波形パルス発生器
および前記リファレンス用キャパシタとを切断し、前記
第1の電位変化測定工程において測定された電位変化お
よび前記リファレンス用キャパシタの容量に基いて、前
記第1の電位変化測定工程における前記強誘電体キャパ
シタの第2の電極での電荷量の変化を算出する第1の電荷
量変化算出工程と、 前記第1の分極初期化工程と同様の分極初期化を行なう
第2の分極初期化工程と、 前記強誘電体キャパシタに前記パルス発生器から第4の
電圧パルスを印加して分極状態を反転させる分極反転工
程と、 前記第1の電位変化測定工程と同様の電位変化測定を行
なう第2の電位変化測定工程と、 前記第1の電荷量変化算出工程と同様にして前記第2の電
位変化測定工程における前記強誘電体キャパシタの第2
の電極での電荷量の変化を算出する第2の電荷量変化算
出工程と、 前記第1および第2の電荷量変化算出工程で得られた各電
荷量から不揮発性分極を算出する不揮発性分極算出工程
とを有することを特徴とする強誘電体キャパシタの分極
特性評価方法。
5. A ferroelectric capacitor on a semiconductor substrate,
A pulse generator connected to the ferroelectric capacitor,
A reference capacitor having a known capacitance, the first electrode of which is detachably connected to the second electrode of the ferroelectric capacitor, and the first electrode of the ferroelectric capacitor and the arbitrary waveform pulse generator A polarization characteristic evaluation method for a ferroelectric capacitor using a device for polarization characteristic evaluation that is disconnectably connected, wherein a polarization state is obtained by applying a first voltage pulse from the pulse generator of the ferroelectric capacitor. After a predetermined state, the first polarization initialization step of applying a second voltage pulse from the pulse generator so that the polarization amount is in a polarization state near zero, the ferroelectric capacitor, and The arbitrary waveform pulse generator is connected to the reference capacitor, and a second voltage of the ferroelectric capacitor is applied in a state where a constant voltage is applied to the first electrode of the reference capacitor. A first potential change measuring step of measuring a potential change at the first electrode of the reference capacitor when a third voltage pulse is applied to a pole from the arbitrary waveform pulse generator; and the ferroelectric capacitor And, disconnecting the arbitrary waveform pulse generator and the reference capacitor, based on the potential change and the capacitance of the reference capacitor measured in the first potential change measurement step, the first potential change measurement A first charge amount change calculation step of calculating a change in charge amount at the second electrode of the ferroelectric capacitor in the step, and a second polarization initialization similar to the first polarization initialization step. Polarization initialization step, polarization inversion step of inverting the polarization state by applying a fourth voltage pulse from the pulse generator to the ferroelectric capacitor, and the first potential change measurement A second potential change measurement step of performing the same potential change measurement and extent, a second of the ferroelectric capacitor in the first charge amount variation calculating step and the similarly the second potential change measurement step
A second charge amount change calculating step for calculating a change in the charge amount at each electrode, and a non-volatile polarization calculating a non-volatile polarization from each charge amount obtained in the first and second charge amount change calculating steps. A method of evaluating a polarization characteristic of a ferroelectric capacitor, comprising: a calculation step.
【請求項6】前記不揮発性分極算出工程の後、前記第4
のパルスのパルス幅を変更して、前記第2の分極初期化
工程から前記不揮発性分極算出工程までの各工程と同様
の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前記パルス幅依
存性を求めるようにしたことを特徴とする請求項5に記
載の強誘電体キャパシタの分極特性評価方法。
6. The fourth step after the nonvolatile polarization calculation step.
The pulse width of the pulse is changed, and the same steps as the steps from the second polarization initialization step to the nonvolatile polarization calculation step are repeated to obtain the pulse width dependence of the nonvolatile polarization. The method for evaluating the polarization characteristics of a ferroelectric capacitor according to claim 5, wherein
【請求項7】前記不揮発性分極算出工程の後、前記第4
のパルスのパルス電圧を変更して、前記第2の分極初期
化工程から前記不揮発性分極算出工程までの各工程と同
様の工程を繰り返し、前記不揮発性分極の前記パルス電
圧依存性を求めるようにしたことを特徴とする請求項5
に記載の強誘電体キャパシタの分極特性評価方法。
7. The fourth step after the nonvolatile polarization calculation step.
The pulse voltage of the pulse is changed, and the same steps as the steps from the second polarization initialization step to the non-volatile polarization calculation step are repeated to obtain the pulse voltage dependence of the non-volatile polarization. 6. The method according to claim 5, wherein
7. A method for evaluating polarization characteristics of a ferroelectric capacitor as described in.
【請求項8】少なくとも前記第4のパルスはパルス幅が
100ns以下の電圧パルスであることを特徴とする請
求項5乃至7のいずれかに記載の強誘電体キャパシタの
分極特性評価方法。
8. The method for evaluating the polarization characteristics of a ferroelectric capacitor according to claim 5, wherein at least the fourth pulse is a voltage pulse having a pulse width of 100 ns or less.
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