JPH09232398A - Ferroelectric film evaluator and its method - Google Patents

Ferroelectric film evaluator and its method

Info

Publication number
JPH09232398A
JPH09232398A JP8032228A JP3222896A JPH09232398A JP H09232398 A JPH09232398 A JP H09232398A JP 8032228 A JP8032228 A JP 8032228A JP 3222896 A JP3222896 A JP 3222896A JP H09232398 A JPH09232398 A JP H09232398A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferroelectric film
transfer gate
capacitor
electrode
ferroelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8032228A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nishihara
利幸 西原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP8032228A priority Critical patent/JPH09232398A/en
Publication of JPH09232398A publication Critical patent/JPH09232398A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • For Increasing The Reliability Of Semiconductor Memories (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the deterioration property of a dielectric film by enabling the deterioration test of polarization of the dielectric film to be performed easily and quickly. SOLUTION: A transfer gate TG1 is set to on-condition and a transfer gate TG2 is set to off-condition by control signals applied to input terminals T1 and T2 , and a fixed voltage is applied to a measurement terminal T3 , and pulse signals generated by a ring oscillator ROSC in which a plurality of inverters are connected in series and besides in circular form on the same semiconductor substrate are applied in a specified time to the electrode of the ferroelectric capacitor C1 connected to a node ND2 through a buffer BUF and a transfer gate TG1 , and then the transfer gate TG1 is switched to off condition and the transfer gate TG2 to on condition so as to stop the application of the pulse signal to the ferroelectric capacitor C1 , and the property of the ferroelectric capacitor C1 is measured through a measurement terminal T3 and an output terminal TOUT.

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、たとえば、強誘電
体半導体記憶装置の記憶素子を構成する強誘電体膜の評
価装置およびその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 an apparatus and method for evaluating a ferroelectric film constituting a memory element of a ferroelectric semiconductor memory device, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、不揮発性半導体記憶装置として強
誘電体膜の分極をデータ記憶に用いた強誘電体膜記憶装
置が脚光を浴びている。一般的に、強誘電体膜の分極速
度は数十ナノ秒(10-9秒)と高速であるため、強誘電
体膜を用いた不揮発性半導体記憶装置はDRAMなみの
アクセス速度を持ちつつ、不揮発性の半導体記憶装置を
実現できる万能素子として期待が高い。
2. Description of the Related Art In recent years, a ferroelectric film memory device using polarization of a ferroelectric film for data storage has attracted attention as a nonvolatile semiconductor memory device. In general, the polarization speed of a ferroelectric film is as fast as several tens of nanoseconds (10 −9 seconds), so a nonvolatile semiconductor memory device using a ferroelectric film has an access speed comparable to that of a DRAM, It is highly expected as a universal element that can realize a nonvolatile semiconductor memory device.

【0003】図3は強誘電体膜を用いた半導体記憶装置
のメモリセルの構成を示す回路図である。図3におい
て、C1 ,C2 は強誘電体キャパシタ、TR1 ,TR2
は選択トランジスタ、WLはワード線、DLはドライブ
線、BL1 ,BL2 はビット線、SAMPはセンスアン
プをそれぞれ示している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the structure of a memory cell of a semiconductor memory device using a ferroelectric film. In FIG. 3, C 1 and C 2 are ferroelectric capacitors, and TR 1 and TR 2 are
Is a selection transistor, WL is a word line, DL is a drive line, BL 1 and BL 2 are bit lines, and SAMP is a sense amplifier.

【0004】本例における強誘電体キャパシタC1 ,C
2 は金属電極で強誘電体膜を挟んで構成されたキャパシ
タである。金属電極はたとえば、Ptによって構成さ
れ、強誘電体膜はたとえば、PZT(Pb(Zr0.4
0.6 )O3 )またはY1 (SrBi2 Ta2 9 )な
どによって構成されている。本例においては、強誘電体
キャパシタと選択トランジスタによって構成された1対
のメモリセルによって一つの記憶ユニットが構成され、
このような一つの記憶ユニットによって1ビットのデー
タが記憶される。そして、データの記憶を行うとき、同
一の記憶ユニットの中の二つのメモリセルが常に反対の
分極が発生し、相反するデータがそれぞれ記憶される。
Ferroelectric capacitors C 1 and C in this example
Reference numeral 2 is a capacitor formed by sandwiching a ferroelectric film between metal electrodes. The metal electrode is made of, for example, Pt, and the ferroelectric film is made of, for example, PZT (Pb (Zr 0.4 T
i 0.6 ) O 3 ) or Y 1 (SrBi 2 Ta 2 O 9 ). In this example, one storage unit is composed of a pair of memory cells composed of a ferroelectric capacitor and a selection transistor,
One bit of data is stored by such one storage unit. Then, when data is stored, two memory cells in the same storage unit always have opposite polarizations, and contradictory data are stored respectively.

【0005】図示のように、選択トランジスタTR1
TR2 のゲート電極がワード線WLに接続され、強誘電
体キャパシタC1 ,C2 の一方の電極が選択トランジス
タTR1 ,TR2 の一方の拡散層に接続され、他方の電
極がドライブ線DLに接続されている。そして、選択ト
ランジスタTR1 ,TR2 の他方の拡散層がそれぞれビ
ット線BL1 ,BL2 に接続され、ビット線BL1 ,B
2 がセンスアンプSAMPに接続されている。また、
図示していないが、ワード線WLがロウデコーダに接続
され、ドライブ線DLがドライブ線ドライバに接続され
ている。
As shown, the select transistors TR 1 ,
The gate electrode of TR 2 is connected to the word line WL, one electrode of the ferroelectric capacitors C 1 and C 2 is connected to one diffusion layer of the select transistors TR 1 and TR 2 , and the other electrode is the drive line DL. It is connected to the. The selection other diffusion layer of the transistor TR 1, TR 2 is connected to the bit lines BL 1, BL 2, respectively, the bit lines BL 1, B
L 2 is connected to the sense amplifier SAMP. Also,
Although not shown, the word line WL is connected to the row decoder and the drive line DL is connected to the drive line driver.

【0006】図4はこのメモリセルにおけるデータの書
き込みおよびデータの読み出し時のメモリセルのバイア
ス状態を示す回路図である。図4(a)はメモリセルの
書き込み時のバイアス状態を示す回路図であり、図4
(b)はメモリセルの読み出し時のバイアス状態を示す
回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the bias state of the memory cell at the time of writing and reading data in this memory cell. FIG. 4A is a circuit diagram showing a bias state at the time of writing to the memory cell.
(B) is a circuit diagram showing a bias state at the time of reading the memory cell.

【0007】図4(a)に示すように、たとえば、図示
の記憶ユニットが選択され、それにデータ“1”を書き
込むとき、ワード線WLがロウデコーダによって選択さ
れ、選択トランジスタTR1 ,TR2 がともに導通状態
に設定され、ドライブ線DLが2Vに設定される。ビッ
ト線BL1 に5Vの電圧が印加されるので、ノードND
1 が約4Vに持ち上げられる。一方、ビット線BL2
は0Vの電圧が印加されているため、反対側のメモリセ
ルにおいては、ノードND2 が0Vに保持されている。
As shown in FIG. 4A, for example, when the storage unit shown in the figure is selected and data "1" is written to it, the word line WL is selected by the row decoder and the selection transistors TR 1 and TR 2 are selected. Both are set to the conductive state, and the drive line DL is set to 2V. Since a voltage of 5V is applied to the bit line BL 1 , the node ND
1 is raised to about 4V. On the other hand, since the voltage of 0V is applied to the bit line BL 2 , the node ND 2 is held at 0V in the memory cell on the opposite side.

【0008】このため、強誘電体キャパシタC1 には2
Vの電圧が印加され、強誘電体膜はその電界を緩和する
ように分極し、データ“1”が書き込まれる。一方、強
誘電体キャパシタC2 においては、−2Vの電圧が印加
され、これによって、強誘電体キャパシタC1 とは反対
の分極が発生し、データ“0”が書き込まれる。
[0008] Therefore, in the ferroelectric capacitor C 1 2
A voltage of V is applied, the ferroelectric film is polarized so as to relax the electric field, and data "1" is written. On the other hand, in the ferroelectric capacitor C 2, the voltage of -2V is applied, thereby, the strength opposite polarization is generated between the dielectric capacitor C 1, the data "0" is written.

【0009】データの読み出し時には、図4(b)に示
すように、ワード線WLがロウデコーダによって選択さ
れ、選択トランジスタTR1 ,TR2 がともに導通状態
に設定される。そして、ドライブ線DLがドライブ線ド
ライバによって0Vに保持される。ビット線BL1 ,B
2 がともに0Vにイコライズされる。
At the time of reading data, as shown in FIG. 4B, the word line WL is selected by the row decoder, and the selection transistors TR 1 and TR 2 are both set to the conductive state. Then, the drive line DL is held at 0V by the drive line driver. Bit line BL 1 , B
Both L 2 are equalized to 0V.

【0010】ここで、ビット線BL1 ,BL2 がともに
浮遊状態に設定され、ドライブ線DLが2Vに引き上げ
られる。このため、強誘電体キャパシタC1 ,C2 を介
したカップリングによってビット線BL1 ,BL2 の電
位が上昇する。そして強誘電体膜の分極によって生じた
ヒステリシスによりデータ“1”が書き込まれたメモリ
セル側の実行的なキャパシタ容量が他方より大きくな
り、その分ビット線BL 1 の電位がデータ“0”が書き
込まれたメモリセル側のビット線BL2 より高くなる。
このビット線BL1 ,BL2 の電位差がセンスアンプS
AMPによって検知され、記憶ユニットに記憶されたデ
ータが読み出される。
Here, the bit line BL1, BLTwoTogether
Set to floating state, drive line DL is raised to 2V
Can be Therefore, the ferroelectric capacitor C1, CTwoThrough
Bit line BL due to coupling1, BLTwoNo electricity
The rank will rise. And caused by the polarization of the ferroelectric film
Memory in which data "1" is written due to hysteresis
The effective capacitor capacity on the cell side is larger than the other
Bit line BL 1Data of "0" is written as the potential of
Bit line BL on the embedded memory cell sideTwoHigher.
This bit line BL1, BLTwoIs the sense amplifier S
The data detected by the AMP and stored in the storage unit.
Data is read.

【0011】なお、ここで読み出しの際“1”側のデー
タが破壊され、両方のメモリセルが“0”状態になる
が、センスアンプSAMPの増幅によって、“1”側の
ビット線BL1 が5Vまで引き上げられ、当該メモリセ
ルに再書き込みが行われることによって、読み出し前の
データ“1”が保持される。
Incidentally, at the time of reading, the data on the "1" side is destroyed and both memory cells are in the "0" state. However, due to the amplification of the sense amplifier SAMP, the bit line BL 1 on the "1" side is changed. By raising the voltage to 5 V and rewriting the memory cell, the data “1” before reading is held.

【0012】上述した例においては、強誘電体キャパシ
タと選択トランジスタによって構成されたメモリセルが
1対によって、一つのデータ記憶ユニットが構成され、
1ビットのデータが記憶されるが、差動型センスアンプ
の一端にダミーセルを接続するなどの処置により、1メ
モリセルによって1ビットのデータを記憶することも可
能であり、強誘電体記憶装置の集積度をさらに高めるこ
とができる。
In the above-mentioned example, one data storage unit is composed of a pair of memory cells composed of a ferroelectric capacitor and a selection transistor.
Although 1-bit data is stored, it is also possible to store 1-bit data by one memory cell by a measure such as connecting a dummy cell to one end of the differential sense amplifier. The degree of integration can be further increased.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の強誘電体記憶装置においては、データを読み出す際
に元のデータを保持するためかならず再書き込みが必要
であり、本来データを書き換える必要のないプログラム
コードの格納用途などの場合でも常時に書き換えが行わ
れ、分極反転が繰り返されることになる。しかし、強誘
電体膜が分極反転によってわずかずつ疲労して、データ
の保持能力が低下していくという問題がある。このた
め、何らかの保証が必要となる。たとえば、通常のプロ
グラムの読み出し周期は200ナノ秒程度なので、10
年間の使用を保証するには、1015回程度の書き換えを
保証する必要がある。
By the way, in the above-mentioned conventional ferroelectric memory device, since the original data is held when the data is read, it is necessary to rewrite the data, and it is not necessary to rewrite the data. Even in the case of storing the program code, rewriting is always performed and the polarization inversion is repeated. However, there is a problem that the ferroelectric film is slightly fatigued due to polarization reversal, and the data retention capability is reduced. Therefore, some guarantee is required. For example, since the read cycle of a normal program is about 200 nanoseconds, 10
In order to guarantee the annual use, it is necessary to guarantee rewriting about 10 15 times.

【0014】従来の開発段階におけるこのような強誘電
体膜の疲労の保証を行うための試験では、強誘電体キャ
パシタのテストパターンに外部からパルスジェネレータ
によってパルスを与え、分極反転を繰り返し発生させ、
強誘電体膜の劣化特性を測定する。しかし、この場合、
プローバや配線に多くの寄生容量がつく上、パルスジェ
ネレータ自体のクロック信号にも限界があるので、その
パルス幅は最小でも1マイクロ秒(1μs)程度であ
る。したがって、試験期間の問題から十分な制度の保証
は困難である。
In the conventional test for guaranteeing the fatigue of the ferroelectric film in the development stage, a pulse is externally applied to the test pattern of the ferroelectric capacitor by a pulse generator to repeatedly generate polarization inversion,
The deterioration characteristic of the ferroelectric film is measured. But in this case,
Since the prober and wiring have a lot of parasitic capacitance and the clock signal of the pulse generator itself has a limit, the pulse width thereof is at least about 1 microsecond (1 μs). Therefore, it is difficult to guarantee a sufficient system due to the problem of the examination period.

【0015】一方、実際のメモリチップを作製して、メ
モリセル内においてテストを行う場合、サンプルの製造
に時間がかかる上、出力結果は正誤の2値でのみ判定す
るため劣化の度合いを正確に見積もることができない問
題がある。さらにこの場合でも書き換えの速度は加速で
きないので、10年もの長時間の見積もりは困難であ
る。
On the other hand, when an actual memory chip is manufactured and tested in a memory cell, it takes time to manufacture a sample, and the output result is judged only by correct / incorrect binary values, so that the degree of deterioration is accurately determined. There is a problem that cannot be estimated. Furthermore, even in this case, the rewriting speed cannot be accelerated, so it is difficult to estimate a long time of 10 years.

【0016】また、強誘電体膜の劣化は温度依存性が小
さいので、高温状態で加速試験を行っても劣化を見積も
ることが困難である。
Further, since the deterioration of the ferroelectric film has a small temperature dependency, it is difficult to estimate the deterioration even if an accelerated test is performed in a high temperature state.

【0017】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、簡易にしかも高速に強誘電体膜
の分極劣化試験を行え、強誘電体膜の劣化特性を見積も
ることができる強誘電体膜評価装置およびその方法を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to easily and rapidly perform a polarization deterioration test of a ferroelectric film and to estimate the deterioration characteristic of the ferroelectric film. It is to provide a ferroelectric film evaluation apparatus and a method thereof.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、強誘電体膜を第1および第2の電極で挟
んだキャパシタと、上記キャパシタと同一の半導体基板
上に形成されたパルス発振器とを有し、上記キャパシタ
の第1の電極が上記パルス発振器の出力端子に接続され
ている。
In order to achieve the above object, the present invention is formed on the same semiconductor substrate as a capacitor having a ferroelectric film sandwiched between first and second electrodes. A pulse oscillator, and the first electrode of the capacitor is connected to the output terminal of the pulse oscillator.

【0019】また、本発明では、上記パルス発振器は直
列かつ環状に接続された奇数個のインバータによって構
成されている。
Further, in the present invention, the pulse oscillator is composed of an odd number of inverters connected in series and annularly.

【0020】また、本発明では、上記キャパシタの第1
の電極と上記パルス発振器の出力端子との間に設けら
れ、外部信号によって導通状態が制御される転送ゲート
を有する。
Further, according to the present invention, the first capacitor
And a transfer gate whose conduction state is controlled by an external signal, the transfer gate being provided between the electrode and the output terminal of the pulse oscillator.

【0021】また、本発明では、上記キャパシタの第1
の電極と測定端子との間に設けられ、外部信号によって
導通状態が制御される転送ゲートを有する。
Further, according to the present invention, the first capacitor
And a transfer gate whose conduction state is controlled by an external signal, the transfer gate being provided between the electrode and the measurement terminal.

【0022】また、本発明では、上記キャパシタの第1
の電極が一の端子が測定端子に接続されたトランジスタ
のゲート電極に接続されている。
In the present invention, the first capacitor of the above
Is connected to the gate electrode of the transistor whose one terminal is connected to the measurement terminal.

【0023】また、本発明では、上記キャパシタは強誘
電体記憶装置の記憶素子である。
Further, in the present invention, the above-mentioned capacitor is a memory element of a ferroelectric memory device.

【0024】さらに、本発明では、上述した強誘電体膜
評価装置を用いて、強誘電体膜の評価を行う強誘電体膜
評価方法であって、上記パルス発振器によって得られた
パルスを第1の電極に印加して、強誘電体膜の分極を繰
り返し発生せしめ、劣化の加速試験を行う。
Further, according to the present invention, there is provided a ferroelectric film evaluation method for evaluating a ferroelectric film using the above-mentioned ferroelectric film evaluation apparatus, wherein the pulse obtained by the pulse oscillator is a first pulse. Then, the ferroelectric film is repeatedly polarized to generate the accelerated polarization deterioration test.

【0025】本発明によれば、たとえば、強誘電体キャ
パシタと同一の半導体基板上に奇数個のインバータが直
列かつ環状に接続されて構成されたリングオシレータに
よって、高速のパルス信号が発生される。そして、たと
えば、強誘電体キャパシタの劣化試験時に制御信号によ
って導通状態に設定された転送ゲートを介してパルス信
号が強誘電体キャパシタの第1の電極に印加され、か
つ、たとえば、強誘電体キャパシタの第2の電極が固定
電位に保持される。これにより、強誘電体キャパシタで
は、パルス信号に応じて強誘電体膜における分極が高速
に繰り返し行われる。
According to the present invention, for example, a high-speed pulse signal is generated by a ring oscillator constituted by connecting an odd number of inverters in series and in a ring shape on the same semiconductor substrate as a ferroelectric capacitor. Then, for example, a pulse signal is applied to the first electrode of the ferroelectric capacitor via the transfer gate set to the conductive state by the control signal during the deterioration test of the ferroelectric capacitor, and, for example, the ferroelectric capacitor is used. The second electrode of is held at a fixed potential. As a result, in the ferroelectric capacitor, polarization in the ferroelectric film is repeatedly performed at high speed according to the pulse signal.

【0026】そして、劣化試験後、制御信号によって前
記転送ゲートが導通状態から非導通状態に切り換えら
れ、強誘電体キャパシタへのパルス信号の印加が停止さ
れ、測定端子を介して強誘電体キャパシタの特性が測定
される。
After the deterioration test, the transfer gate is switched from the conducting state to the non-conducting state by the control signal, the application of the pulse signal to the ferroelectric capacitor is stopped, and the ferroelectric capacitor is turned on via the measuring terminal. The property is measured.

【0027】また、強誘電体キャパシタの第1の電極が
トランジスタのゲート電極に接続されることによって、
強誘電体キャパシタの特性がトランジスタを介して電流
として間接的に現出され、その電流を測定することによ
って強誘電体キャパシタの劣化特性が間接的に評価され
る。
Further, by connecting the first electrode of the ferroelectric capacitor to the gate electrode of the transistor,
The characteristic of the ferroelectric capacitor is indirectly expressed as a current through the transistor, and the deterioration characteristic of the ferroelectric capacitor is indirectly evaluated by measuring the current.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】第1実施形態 図1は、本発明に係る強誘電体膜評価装置の第1の実施
形態を示す回路図である。図1において、ROSCはリ
ングオシレータ、INV1 ,INV2 〜INV6…はリ
ングオシレータROSCを構成するインバータ、BUF
はバッファ回路、INVB1,INVB2はバッファBUF
を構成するインバータ、TG1 は転送ゲートを構成する
nMOSトランジスタ、TG2 は出力nMOSトランジ
スタ、C1は強誘電体キャパシタ、ND1 ,ND2 はノ
ード、T1 ,T2 は制御信号入力端子、T3 は測定端
子、TOUT は出力端子をそれぞれ示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a ferroelectric film evaluation apparatus according to the present invention. In FIG. 1, ROSC is a ring oscillator, INV 1 , INV 2 to INV 6 ... Are inverters that form the ring oscillator ROSC, and BUF.
Is a buffer circuit, INV B1 and INV B2 are buffers BUF
, TG 1 is an nMOS transistor forming a transfer gate, TG 2 is an output nMOS transistor, C 1 is a ferroelectric capacitor, ND 1 and ND 2 are nodes, T 1 and T 2 are control signal input terminals, T 3 is a measuring terminal, and T OUT is an output terminal.

【0029】図示のように、本実施形態の強誘電体膜評
価装置の回路では、奇数段、たとえば、101段のイン
バータINV1 ,INV2 〜INV6 …が直列かつ環状
に接続され、リングオシレータROSCが構成されてい
る。そして、リングオシレータROSCを構成している
たとえば、インバータINV4 の出力端子がバッファ回
路BUFを構成するインバータINVB1の入力端子と接
続され、これらの接続点によってノードND1 が構成さ
れている。
As shown in the figure, in the circuit of the ferroelectric film evaluation apparatus of this embodiment, odd-numbered stages, for example, 101 stages of inverters INV 1 , INV 2 to INV 6 ... ROSC is configured. Then, for example, the output terminal of the inverter INV 4 forming the ring oscillator ROSC is connected to the input terminal of the inverter INV B1 forming the buffer circuit BUF, and the node ND 1 is formed by these connection points.

【0030】バッファ回路BUFは直列に接続されたイ
ンバータINVB1,INVB2によって構成されている。
インバータINVB2の出力端子が転送ゲートTG1 の一
方の入出力端子に接続され、転送ゲートTG1 の他方の
入出力端子と転送ゲートTG 2 の一方の入出力端子とが
接続され、これらの接続点によってノードND2 が構成
され、転送ゲートTG2 の他方の入出力端子が出力端子
OUT に接続されている。なお、転送ゲートTG1 を構
成するnMOSトランジスタのゲート電極が入力端子T
1 に接続され、転送ゲートTG2 を構成するnMOSト
ランジスタのゲート電極が入力端子T2 に接続されてい
る。
The buffer circuits BUF are connected in series.
Inverter INVB1, INVB2It is constituted by.
Inverter INVB2Output terminal of transfer gate TG1One
Transfer gate TG connected to the other input / output terminal1The other of
Input / output terminal and transfer gate TG TwoOne of the input and output terminals
Connected by these connection points node NDTwoIs composed
And transfer gate TGTwoThe other input / output terminal is the output terminal
TOUTIt is connected to the. The transfer gate TG1Be composed
The gate electrode of the formed nMOS transistor is the input terminal T
1Connected to the transfer gate TGTwoNMOS transistor
The gate electrode of the transistor is the input terminal TTwoConnected to
You.

【0031】強誘電体キャパシタC1 の一方の電極がノ
ードND2 に接続され、他方の電極が測定端子T3 に接
続されている。強誘電体キャパシタC1 の劣化試験中、
測定端子T3 に定電圧、たとえば、2.5Vの電圧が印
加される。
One electrode of the ferroelectric capacitor C 1 is connected to the node ND 2 and the other electrode is connected to the measuring terminal T 3 . During the deterioration test of the ferroelectric capacitor C 1 ,
A constant voltage, for example, a voltage of 2.5V is applied to the measuring terminal T 3 .

【0032】上記構成において、電源電圧がたとえば5
Vに設定されることによって、奇数個のインバータによ
って構成されたリングオシレータROSCにより0Vか
ら5Vの間に高速に発振するパルス信号が発生される。
パルスの周期はたとえば、数ナノ秒である。そして、ノ
ードND1 から取り出されたパルス信号がバッファBU
Fを介して、転送ゲートTG1 を介して、ノードND1
に入力される。
In the above structure, the power supply voltage is, for example, 5
When set to V, the ring oscillator ROSC composed of an odd number of inverters generates a pulse signal that oscillates at a high speed between 0V and 5V.
The pulse period is, for example, several nanoseconds. Then, the pulse signal taken out from the node ND 1 is transferred to the buffer BU.
Through F, through transfer gate TG 1 and node ND 1
Is input to

【0033】強誘電体キャパシタの劣化試験時、まず、
転送ゲートTG1 のゲート電極に、入力端子T1 を介し
てハイレベルの制御信号が入力される。これによって、
転送ゲートTG1 が導通状態に設定され、リングオシレ
ータROSCによって発生された連続パルス信号が導通
状態にある転送ゲートTG1 を介してノードND2 に入
力され、強誘電体キャパシタC1 の一方の電極に印加さ
れる。
During the deterioration test of the ferroelectric capacitor, first,
A high-level control signal is input to the gate electrode of the transfer gate TG 1 via the input terminal T 1 . by this,
The transfer gate TG 1 is set in the conductive state, and the continuous pulse signal generated by the ring oscillator ROSC is input to the node ND 2 via the transfer gate TG 1 in the conductive state, and one electrode of the ferroelectric capacitor C 1 Applied to.

【0034】なお、このとき、転送ゲートTG1 のゲー
ト電極に印加された制御信号の電圧レベルはたとえば、
7Vと設定されるので、転送ゲートTG1 がフル導通状
態に設定され、リングオシレータROSCによって発生
された0Vまたは5Vのパルス信号がフルに強誘電体キ
ャパシタC1 の電極に印加される。
At this time, the voltage level of the control signal applied to the gate electrode of the transfer gate TG 1 is, for example,
Since it is set to 7V, the transfer gate TG 1 is set to the full conduction state, and the 0V or 5V pulse signal generated by the ring oscillator ROSC is fully applied to the electrode of the ferroelectric capacitor C 1 .

【0035】また、強誘電体キャパシタC1 の他方の電
極が接続された測定端子T3 にたとえば、2.5Vの定
電圧が印加され、これにより、強誘電体キャパシタC1
の両方の電極に連続的に±2.5Vの電圧が印加され、
分極が繰り返される。
Further, a constant voltage of, for example, 2.5 V is applied to the measuring terminal T 3 to which the other electrode of the ferroelectric capacitor C 1 is connected, whereby the ferroelectric capacitor C 1
A voltage of ± 2.5V is continuously applied to both electrodes of
The polarization is repeated.

【0036】さらに、転送ゲートTG1 が導通状態に設
定されている間に、転送ゲートTG 2 がゲート電極に印
加された制御信号によって非導通状態に設定されてい
る。たとえば、入力端子T2 にローレベル(0Vレベ
ル)の制御信号が入力され、すなわち、転送ゲートTG
2 のゲート電極にローレベルの電圧が印加され、転送ゲ
ートTG2 が非導通状態に設定される。
Further, the transfer gate TG1Is set to the conductive state.
Transfer gate TG TwoMark on the gate electrode
Applied non-conducting state by applied control signal
You. For example, input terminal TTwoLow level (0V level
Control signal is input, that is, the transfer gate TG
TwoA low-level voltage is applied to the gate electrode of the
TGTwoAre set to a non-conductive state.

【0037】このため、ノードND2 の容量が非常に小
さく保持されている。したがって、10ナノ秒程度の書
き換えが容易に実現でき、しかも外部から単に定電圧を
与えるだけで良いので、強誘電体キャパシタC1 の評価
が極めて簡易に行える。
Therefore, the capacity of the node ND 2 is kept very small. Therefore, rewriting for about 10 nanoseconds can be easily realized, and since it is only necessary to apply a constant voltage from the outside, the ferroelectric capacitor C 1 can be evaluated very easily.

【0038】一定の時間において、強誘電体キャパシタ
1 にパルス信号を印加したあと、入力端子T1 に印加
された制御信号がハイレベルからローレベルに切り換え
られ、入力端子T2 に印加された制御信号がローレベル
からハイレベルに切り換えられる。これによって、転送
ゲートTG1 が非導通状態に切り換えられ、転送ゲート
TG2 が導通状態に切り換えられるので、リングオシレ
ータROSCによって発生された連続パルスが強誘電体
キャパシタC1 への印加が停止され、ノードND2 に接
続された強誘電体キャパシタC1 の電極が導通状態にあ
る転送ゲートTG2 を介して測定用出力端子TOUT に接
続される。
After a pulse signal is applied to the ferroelectric capacitor C 1 for a certain period of time, the control signal applied to the input terminal T 1 is switched from high level to low level and applied to the input terminal T 2 . The control signal is switched from low level to high level. As a result, the transfer gate TG 1 is switched to the non-conductive state and the transfer gate TG 2 is switched to the conductive state, so that the continuous pulse generated by the ring oscillator ROSC is stopped from being applied to the ferroelectric capacitor C 1 . The electrode of the ferroelectric capacitor C 1 connected to the node ND 2 is connected to the measurement output terminal T OUT via the transfer gate TG 2 in the conductive state.

【0039】この場合、測定端子T3 および出力端子T
OUT を介し、強誘電体キャパシタC 1 の特性を直接に測
定できるので、強誘電体キャパシタC1 の劣化特性が容
易に評価できる。
In this case, the measuring terminal TThreeAnd output terminal T
OUTThrough the ferroelectric capacitor C 1Directly measure the characteristics of
The ferroelectric capacitor C1The deterioration characteristics of
Can be easily evaluated.

【0040】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、入力端子T1 ,T2 に印加された制御信号によって
転送ゲートTG1 を導通状態、TG2 を非導通状態に設
定し、奇数個のインバータが直列かつ環状に接続して構
成されたリングオシレータROSCによって発生された
パルス信号をバッファBUF、さらに転送ゲートTG1
を介して、所定の時間でノードND2 に接続された強誘
電体キャパシタC1 の電極に印加したあと、制御信号に
よって転送ゲートTG1 を非導通状態に、転送ゲートT
2 を導通状態に切り換え、強誘電体キャパシタC1
のパルス信号の印加を停止し、測定端子T3 および出力
端子TOUT を介して、強誘電体キャパシタC1 の特性を
測定できるので、強誘電体キャパシタC1 の高速な書き
換えが実現でき、強誘電体膜の評価が容易に行える。
As described above, according to this embodiment, the transfer gate TG 1 is set to the conductive state and the TG 2 is set to the non-conductive state by the control signals applied to the input terminals T 1 and T 2 , and the odd number Of the pulse signal generated by the ring oscillator ROSC, which is configured by connecting the inverters in series and annularly, to the buffer BUF, and further to the transfer gate TG 1.
After applying the voltage to the electrode of the ferroelectric capacitor C 1 connected to the node ND 2 for a predetermined time via the transfer gate TG 1 , the transfer gate TG 1 is turned off by the control signal.
Since G 2 is switched to the conductive state, application of the pulse signal to the ferroelectric capacitor C 1 is stopped, and the characteristics of the ferroelectric capacitor C 1 can be measured via the measurement terminal T 3 and the output terminal T OUT , High-speed rewriting of the ferroelectric capacitor C 1 can be realized, and the ferroelectric film can be easily evaluated.

【0041】第2実施形態 図2は、本発明に係る強誘電体膜評価装置の第2の実施
形態を示す回路図である。図示のように、本第2の実施
形態における強誘電体膜評価装置は、図1に示す第1の
実施形態の評価装置と比べると、ノードND2 とnMO
Sトランジスタとの接続形態が異なっており、他の回路
の構成がすべて同様であるので、ここで、本第2の実施
形態と前述した第1の実施形態との相違点についてのみ
説明する。
Second Embodiment FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the ferroelectric film evaluation apparatus according to the present invention. As shown, the ferroelectric film evaluating apparatus according to the second embodiment differs from the evaluation apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, the node ND 2 and nMO
Since the connection form with the S-transistor is different and the configurations of the other circuits are all the same, only the differences between the second embodiment and the above-described first embodiment will be described.

【0042】図2に示すように、ノードND2 がnMO
SトランジスタNTRのゲート電極に接続され、nMO
SトランジスタNTRの拡散層がそれぞれ測定端子
4 ,T 5 に接続されている。
As shown in FIG. 2, the node NDTwoIs nMO
NMO connected to the gate electrode of the S-transistor NTR
The diffusion layers of the S-transistor NTR are the measurement terminals.
TFour, T FiveIt is connected to the.

【0043】この回路構成において、ノードND2 の電
位として現出された強誘電体膜の特性がnMOSトラン
ジスタNTRの拡散層間の電流によって間接的に観測さ
れるので、測定端子T4 ,T5 を用いてnMOSトラン
ジスタNTRの電流を計測することによって、強誘電体
膜の劣化特性を知ることができる。
In this circuit configuration, the characteristics of the ferroelectric film, which are expressed as the potential of the node ND 2 , are indirectly observed by the current between the diffusion layers of the nMOS transistor NTR, so that the measurement terminals T 4 and T 5 are connected to each other. By measuring the current of the nMOS transistor NTR by using it, the deterioration characteristic of the ferroelectric film can be known.

【0044】なお、本第2の実施形態における測定装置
においては、直接的にCV評価はできないが、強誘電体
キャパシタC1 の容量が非常に小さく、直接的な容量測
定が困難な場合でも、間接的にキャパシタC1 の特性を
見積もることができる。
In the measuring apparatus of the second embodiment, CV evaluation cannot be performed directly, but even if the capacitance of the ferroelectric capacitor C 1 is very small and direct capacitance measurement is difficult, The characteristics of the capacitor C 1 can be estimated indirectly.

【0045】以上説明した第1および第2の実施形態に
おいては、劣化試験用の強誘電体キャパシタと同一の半
導体基板上に、たとえば、リングオシレータROSCを
形成し、これによって発生されたパルス信号を用いて強
誘電体キャパシタの劣化試験が行われ、強誘電体キャパ
シタの劣化特性が評価されるが、実際の強誘電体キャパ
シタを用いた半導体記憶装置において、半導体記憶装置
と同一の基板上にたとえば、リングオシレータROSC
を形成し、パルス信号を発生し、このパルス信号を用い
て半導体記憶装置を構成する各強誘電体記憶素子の劣化
特性を評価できることはいうまでもない。
In the first and second embodiments described above, for example, the ring oscillator ROSC is formed on the same semiconductor substrate as the ferroelectric capacitor for deterioration test, and the pulse signal generated by this is formed. A deterioration test of the ferroelectric capacitor is performed using the ferroelectric capacitor to evaluate the deterioration characteristic of the ferroelectric capacitor. In a semiconductor memory device using an actual ferroelectric capacitor, for example , Ring oscillator ROSC
It is needless to say that the deterioration characteristic of each ferroelectric memory element forming the semiconductor memory device can be evaluated by forming a pulse signal and generating a pulse signal.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
膜評価装置およびその方法によれば、強誘電体膜のスト
レス劣化試験期間を従来の1/10から1/100まで
に短縮でき、しかも簡易な操作により詳細な劣化特性を
見積もることができる利点がある。
As described above, according to the ferroelectric film evaluation apparatus and method of the present invention, the stress deterioration test period of the ferroelectric film can be shortened from 1/10 to 1/100 of the conventional one. Moreover, there is an advantage that a detailed deterioration characteristic can be estimated by a simple operation.

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

【図1】本発明に係る強誘電体膜評価装置の第1の実施
形態を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a ferroelectric film evaluation apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る強誘電体膜評価装置の第2の実施
形態を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the ferroelectric film evaluation apparatus according to the present invention.

【図3】強誘電体膜を用いた半導体記憶装置のメモリセ
ルの構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a memory cell of a semiconductor memory device using a ferroelectric film.

【図4】強誘電体膜を用いた半導体記憶装置の書き込み
および読み出し時のバイアス状態を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a bias state at the time of writing and reading of a semiconductor memory device using a ferroelectric film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ROSC…リングオシレータ INV1 ,INV2 〜INV6 ,INVB1,INVB2
インバータ BUF…バッファ回路 TG1 ,TG2 …転送ゲート C1 …強誘電体キャパシタ ND1 ,ND2 …ノード T1 ,T2 …制御信号入力端子 T3 ,T4 ,T5 …測定端子 TOUT …出力端子 TR1 ,TR2 …選択トランジスタ WL…ワード線 DL…ドライブ線 BL1 ,BL2 …ビット線 SAMP…センスアンプ VCC…電源電圧 GND…接地電位
ROSC ... ring oscillator INV 1, INV 2 ~INV 6, INV B1, INV B2 ...
Inverter BUF ... buffer circuit TG 1, TG 2 ... transfer gate C 1 ... ferroelectric capacitor ND 1, ND 2 ... node T 1, T 2 ... control signal input terminals T 3, T 4, T 5 ... measurement terminal T OUT ... Output terminals TR 1 , TR 2 ... Select transistor WL ... Word line DL ... Drive line BL 1 , BL 2 ... Bit line SAMP ... Sense amplifier V CC ... Power supply voltage GND ... Ground potential

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/10 491 H01L 27/10 491 27/108 651 21/8242 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location H01L 27/10 491 H01L 27/10 491 27/108 651 21/8242

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体膜を第1および第2の電極で挟
んだキャパシタと、 上記キャパシタと同一の半導体基板上に形成されたパル
ス発振器とを有し、 上記キャパシタの第1の電極が上記パルス発振器の出力
端子に接続されている強誘電体膜評価装置。
1. A capacitor having a ferroelectric film sandwiched between first and second electrodes, and a pulse oscillator formed on the same semiconductor substrate as the capacitor, wherein the first electrode of the capacitor is A ferroelectric film evaluation device connected to the output terminal of the pulse oscillator.
【請求項2】 上記パルス発振器は直列かつ環状に接続
された奇数個のインバータによって構成されている請求
項1に記載の強誘電体膜評価装置。
2. The ferroelectric film evaluation apparatus according to claim 1, wherein the pulse oscillator is composed of an odd number of inverters connected in series and annularly.
【請求項3】 上記キャパシタの第1の電極と上記パル
ス発振器の出力端子との間に設けられ、外部信号によっ
て導通状態が制御される転送ゲートを有する請求項1に
記載の強誘電体膜評価装置。
3. The ferroelectric film evaluation according to claim 1, further comprising a transfer gate which is provided between the first electrode of the capacitor and the output terminal of the pulse oscillator and whose conduction state is controlled by an external signal. apparatus.
【請求項4】 上記キャパシタの第1の電極と測定端子
との間に設けられ、外部信号によって導通状態が制御さ
れる転送ゲートを有する請求項1に記載の強誘電体膜評
価装置。
4. The ferroelectric film evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a transfer gate which is provided between the first electrode of the capacitor and the measurement terminal and whose conduction state is controlled by an external signal.
【請求項5】 上記キャパシタの第1の電極が一の端子
が測定端子に接続されたトランジスタのゲート電極に接
続されている請求項1に記載の強誘電体膜評価装置。
5. The ferroelectric film evaluation apparatus according to claim 1, wherein the first electrode of the capacitor is connected to the gate electrode of the transistor whose one terminal is connected to the measurement terminal.
【請求項6】 上記キャパシタは強誘電体記憶装置の記
憶素子である請求項3に記載の強誘電体膜評価装置。
6. The ferroelectric film evaluation apparatus according to claim 3, wherein the capacitor is a memory element of a ferroelectric memory device.
【請求項7】 請求項1に記載の強誘電体膜評価装置を
用いて、強誘電体膜の評価を行う強誘電体膜評価方法で
あって、 上記パルス発振器によって得られたパルスを第1の電極
に印加して、強誘電体膜の分極を繰り返し発生せしめ、
劣化の加速試験を行う強誘電体膜の評価方法。
7. A ferroelectric film evaluation method for evaluating a ferroelectric film by using the ferroelectric film evaluation apparatus according to claim 1, wherein a pulse obtained by the pulse oscillator is a first pulse. Applied to the electrode of to repeatedly generate polarization of the ferroelectric film,
A method for evaluating a ferroelectric film that performs an accelerated deterioration test.
JP8032228A 1996-02-20 1996-02-20 Ferroelectric film evaluator and its method Pending JPH09232398A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8032228A JPH09232398A (en) 1996-02-20 1996-02-20 Ferroelectric film evaluator and its method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8032228A JPH09232398A (en) 1996-02-20 1996-02-20 Ferroelectric film evaluator and its method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09232398A true JPH09232398A (en) 1997-09-05

Family

ID=12353121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8032228A Pending JPH09232398A (en) 1996-02-20 1996-02-20 Ferroelectric film evaluator and its method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09232398A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114861A (en) * 1997-03-14 2000-09-05 Matsushita Electronics Corporation Apparatus for and method of evaluating the polarization characteristic of a ferroelectric capacitor
WO2001001161A1 (en) * 1999-06-24 2001-01-04 Sony Corporation Ferroelectric film property measuring device, measuring method therefor and measuring method for semiconductor memory units
KR100444316B1 (en) * 1997-12-24 2004-10-14 주식회사 하이닉스반도체 Input buffer with delay reduction part of semiconductor memory device to reduce delay of each inverter node
WO2004112248A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-23 Rohm Co., Ltd. Ring oscillator circuit
US7078978B2 (en) 2003-06-11 2006-07-18 Rohm Co., Ltd. Ring oscillator circuit
CN103412210A (en) * 2013-07-19 2013-11-27 复旦大学 Method for measuring nucleation reversible electric domain polarization intensity of ferroelectric film

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114861A (en) * 1997-03-14 2000-09-05 Matsushita Electronics Corporation Apparatus for and method of evaluating the polarization characteristic of a ferroelectric capacitor
KR100444316B1 (en) * 1997-12-24 2004-10-14 주식회사 하이닉스반도체 Input buffer with delay reduction part of semiconductor memory device to reduce delay of each inverter node
WO2001001161A1 (en) * 1999-06-24 2001-01-04 Sony Corporation Ferroelectric film property measuring device, measuring method therefor and measuring method for semiconductor memory units
US6466039B1 (en) 1999-06-24 2002-10-15 Sony Corporation Ferroelectric film property measuring device, measuring method therefor and measuring method for semiconductor memory units
WO2004112248A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-23 Rohm Co., Ltd. Ring oscillator circuit
US7078978B2 (en) 2003-06-11 2006-07-18 Rohm Co., Ltd. Ring oscillator circuit
CN103412210A (en) * 2013-07-19 2013-11-27 复旦大学 Method for measuring nucleation reversible electric domain polarization intensity of ferroelectric film
CN103412210B (en) * 2013-07-19 2017-12-29 复旦大学 A kind of measuring method of nucleation reversible electric domain polarization intensity of ferroelectric film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8472236B2 (en) Differential plate line screen test for ferroelectric latch circuits
US6728128B2 (en) Dummy cell structure for 1T1C FeRAM cell array
JP2892887B2 (en) Non-destructive reading of ferroelectric capacitors
USRE35645E (en) Semiconductor memory device having a test mode setting circuit
US6781862B2 (en) Semiconductor memory device
US6922799B2 (en) Semiconductor memory device and testing system and testing method
US20160111138A1 (en) Semiconductor memory device
JP3551858B2 (en) Semiconductor memory device
JP3866913B2 (en) Semiconductor device
JP3780713B2 (en) Ferroelectric memory, ferroelectric memory manufacturing method, and ferroelectric memory testing method
JP3775716B2 (en) Ferroelectric memory device and test method thereof
US7099182B2 (en) Static random access memory and pseudo-static noise margin measuring method
JP2003249074A (en) Circuit and method for testing ferroelectric memory device
KR100500623B1 (en) Ferroelectric random access memory
JPH09232398A (en) Ferroelectric film evaluator and its method
JP3604576B2 (en) Ferroelectric memory device
JPH04209388A (en) Semiconductor integrated circuit
JPH08195079A (en) Semiconductor memory
US6885597B2 (en) Sensing test circuit
US6574134B1 (en) Non-volatile ferroelectric capacitor memory circuit having nondestructive read capability
JPH06119773A (en) Semiconductor memory
JP2019079589A (en) Semiconductor storage device
US6535441B2 (en) Static semiconductor memory device capable of accurately detecting failure in standby mode
JP4182671B2 (en) Method for adjusting ferroelectric memory device
JPH08212771A (en) Ferroelectric memory device