JP2001298164A

JP2001298164A - ヒステリシス特性の改善したＢｉ系強誘電体素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001298164A
Application number: JP2000109685A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Sato; 善美佐藤; Yoshiyuki Takeuchi; 義行竹内; Atsushi Kawakami; 敦史川上
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】特に不揮発性の強誘電体メモリ等に好適に利
用される、ヒステリシス特性の改善したＢｉ系強誘電体
素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板上に下部電極、Ｂｉ系強誘電体薄
膜、および上部電極が順次積層したＢｉ系強誘電体素子
であって、（i）電圧印加開始後の印加電圧１Ｖにおけ
る分極量（Ｐｒ）が４．５μＣ・ｃｍ^-2以上、（ii）飽
和時分極量（Ｐｒ）が８．０μＣ・ｃｍ^-2以上、および
（iii）電圧印加開始後、印加電圧２〜５Ｖ間における
１Ｖあたりの分極量の平均変動量が１．０μＣ・ｃｍ^-2
／Ｖ以下である特性を有するＢｉ系強誘電体素子、およ
び該強誘電体素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒステリシス特性の
改善したＢｉ系強誘電体素子およびその製造方法に関す
る。本発明は特に不揮発性の強誘電体メモリ等に好適に
利用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、（Ｂｉ₂Ｏ₂）²⁺（Ａ_m-1Ｂ
_mＯ_3m+1）^2-〔ただし、Ａは１、２、３価のイオン（例
えば、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ、およ
び希土類元素）およびこれらのイオンの組み合わせを示
し；Ｂは４、５、６価のイオン（例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ等の金属元素）およ
びこれらのイオンの組み合わせを示し；ｍ＝１〜５の整
数である〕の一般式で表される層状構造を有するＢｉ系
強誘電体（ＢＬＳＦ）薄膜は、Ｐ−Ｅヒステリシスの抗
電界が小さく、分極反転に伴う膜の疲労性が少ないなど
の特性を有することから、半導体メモリ用およびセンサ
用の材料として脚光を浴びている（竹中正「ビスマス
層状構造強誘電体と粒子配向」；（社）応用物理学会
応用電子物性分科会研究報告、1994年11月22日、pp.1-
8；「セラミックス」Vol.30、No.6、pp.499-503（199
5））。中でも、Ａ金属元素としてＳｒを用い、Ｂ金属
元素としてＴａを用いたＳＢＴＯ型；Ａ金属元素として
Ｓｒを用い、Ｂ金属元素してＮｂを用いたＳＢＮＯ型；
Ａ金属元素としてＳｒを用い、Ｂ金属元素としてＴａお
よびＮｂを用いたＳＢＴＮＯ型；Ａ金属元素としてＬａ
を用い、Ｂ金属元素としてＴｉを用いたＢＬＴＯ型など
のＢｉ系強誘電体薄膜は、上記の特性をよく示す材料と
して注目されており、近年、活発に研究が行われてい
る。

【０００３】このようなＢｉ系強誘電体薄膜を用いた素
子、およびその製造方法が、種々報告されている。

【０００４】例えば特表平７−５０２１４９号公報で
は、下部電極を設けた基板上に、Ｂｉ系強誘電体薄膜形
成用塗布液を塗布、乾燥後、加熱処理（結晶化処理）し
て薄膜を形成した後、該薄膜上に上部電極を設け、続い
て７５０℃で３０分間の加熱処理（第二次焼成）を行う
方法が開示されている。

【０００５】また、特開平１０−２７０６４６号公報で
は、下部電極を設けた基板上に、Ｂｉ系強誘電体薄膜形
成用塗布液を塗布、乾燥後、加熱処理（結晶化処理）を
行って薄膜を形成した後、該薄膜上に上部電極を形成
し、続いて昇温速度２０℃／ｓ以上、５００〜８５０℃
で３分間以内の急速加熱処理（RTA：Rapid Thermal Ann
ealing）を行う方法が開示されている。そして、熱処理
を昇温速度２０℃／ｓ以上の急速加熱処理で、かつ短時
間で行うことにより、下部電極やトランジスタなどに悪
影響を及ぼさずに、膜構造が緻密で微細加工に非常に有
利なＢｉ系強誘電体薄膜を形成することができるとして
いる。

【０００６】このように従来、Ｂｉ系強誘電体素子にお
いては、下部電極−Ｂｉ系強誘電体薄膜上に上部電極を
形成した後、加熱処理や急速加熱処理を行うことによっ
て素子の特性向上を図る方法が提案されている。

【０００７】しかしながら、技術の進展が著しい今日の
Ｂｉ系強誘電体メモリの実用化のためには、さらなる飽
和特性の向上が望まれ、角形比のよいヒステリシス曲線
を有し、分極値（Ｐｒ値）が高い、ヒステリシス特性の
改善したＢｉ系強誘電体素子が要求されている。

【０００８】また、飽和特性等の強誘電体素子特性の向
上のために、上部電極形成後、８００℃程度の温度で
０．５〜２時間程度加熱する方法も提案されているが、
このような高温、長時間の加熱処理は、実際の半導体デ
バイスの製造には適用が難しいことから、できるだけ低
温または短時間の加熱処理で、特性のよいＢｉ系強誘電
体素子を製造可能な方法が望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、飽和
特性に優れ、角形比の良いヒステリシス曲線を有し、分
極値（Ｐｒ値）が高い、ヒステリシス特性の改善したＢ
ｉ系強誘電体素子を提供することにある。また、当該Ｂ
ｉ系強誘電体素子を効率よく製造する方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、基板上に下部電
極、Ｂｉ系強誘電体薄膜、および上部電極を順次積層し
た後、加熱処理（リカバリーアニール）を行い、次いで
昇温速度１０℃／ｓ以上の急速加熱処理（ＲＴＡ）を行
うという２段階加熱処理を行うことにより、飽和特性に
優れ、角形比のよいヒステリシス曲線を有し、分極値
（Ｐｒ値）が高い、ヒステリシス特性の改善したＢｉ系
強誘電体素子を効率よく製造できることを見出し、本発
明を完成するに至った。

【００１１】すなわち本発明は、基板上に下部電極、Ｂ
ｉ系強誘電体薄膜、および上部電極が順次積層したＢｉ
系強誘電体素子であって、該強誘電体素子が、（i）電
圧印加開始後の印加電圧１Ｖにおける分極量（Ｐｒ）が
４．５μＣ・ｃｍ^-2以上であり、（ii）飽和時分極量
（Ｐｒ）が８．０μＣ・ｃｍ^-2以上であり、および（ii
i）電圧印加開始後、印加電圧２〜５Ｖ間における１Ｖ
あたりの分極量の平均変動量が１．０μＣ・ｃｍ^-2／Ｖ
以下である特性を有することを特徴とするヒステリシス
特性の改善したＢｉ系強誘電体素子に関する。

【００１２】また本発明は、上記Ｂｉ系強誘電体素子を
効率よく製造できる方法であって、該方法は（I）基板
上に下部電極を設ける工程、（II）下部電極上にＢｉ系
強誘電体薄膜形成用材料を適用後、加熱処理してＢｉ系
強誘電体薄膜を形成する工程、および（III）Ｂｉ系強
誘電体薄膜上に上部電極を設ける工程を含み、かつ、上
記（III）工程が、Ｂｉ系強誘電体薄膜上に上部電極を
設けた後、加熱処理（リカバリーアニール）を行う工程
と、次いで急速加熱処理法により１０℃／ｓ以上の昇温
速度で、４００℃以上の温度まで昇温する工程を含むこ
とを特徴とするＢｉ系強誘電体素子の製造方法に関す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について添付図面を
参照しながら詳述する。

【００１４】本発明において、ヒステリシス特性とは、
おもに飽和特性、分極値の高さ、および角形比を総合し
て評価されるものを意味する。

【００１５】ここで飽和特性とは、印加電圧に対し、素
子が飽和分極値に達するまでの立ち上がりの早さをい
い、低い印加電圧時において高い分極値で飽和する性質
をいう。なお、低い印加電圧時に高い分極値を示して
も、印加電圧量に比例して分極値が大きく変化するよう
な素子は飽和特性に劣る。例えば図１６において、の
ケースは飽和分極値に達するまでの立ち上がりが早く、
低い印加電圧で飽和分極値に達し、かつ該飽和分極値を
維持し続け、飽和特性に優れる。これに対しのケース
では、飽和分極値が低く、飽和分極値に達するまでの立
ち上がりが遅く、飽和分極値に達する印加電圧がに比
べ高く、飽和特性に劣る。またのケースでは、に比
べ飽和分極値に達するまでの立ち上がりが早く、飽和分
極値に達する印加電圧が低いが、印加電圧が上昇するに
つれ分極量が変化し一定せず、飽和特性に劣る。

【００１６】角形比とは、ヒステリシス曲線がどれだけ
長方形に近い形状を呈しているかを表すものであり、ヒ
ステリシス曲線が長方形に近い形状ほど角形比がよいと
される。例えば図１７において、のケースは角形比が
良好であるが、のケースは角形比が悪い。

【００１７】本発明のヒステリシス特性の改善したＢｉ
系強誘電体素子は、（i）電圧印加開始後の印加電圧１
Ｖにおける分極量（Ｐｒ）が４．５μＣ・ｃｍ^-2以上、
好ましくは５．０μＣ・ｃｍ^-2以上であり、（ii）飽和
時分極量（Ｐｒ）が８．０μＣ・ｃｍ^-2以上、好ましく
は９．０μＣ・ｃｍ^-2以上であり、および（iii）電圧
印加開始後、印加電圧２〜５Ｖ間における１Ｖあたりの
分極量の平均変動量が１．０μＣ・ｃｍ^-2／Ｖ以下、好
ましくは０．５μＣ・ｃｍ^-2／Ｖ以下である特性を有す
ることを特徴とする。

【００１８】このようにヒステリシス特性に優れる本発
明Ｂｉ系強誘電体素子は、下記に示す製造方法、すなわ
ち（I）基板上に下部電極を設ける工程、（II）下部電
極上にＢｉ系強誘電体薄膜形成用材料を適用後、加熱処
理してＢｉ系強誘電体薄膜を形成する工程、および（II
I）Ｂｉ系強誘電体薄膜上に上部電極を設ける工程を含
み、かつ、上記（III）工程が、Ｂｉ系強誘電体薄膜上
に上部電極を設けた後、加熱処理（リカバリーアニー
ル）を行う工程と、次いで急速加熱処理法により１０℃
／ｓ以上の昇温速度で、４００℃以上の温度まで昇温す
る工程を含むＢｉ系強誘電体素子の製造方法により好ま
しく得られる。

【００１９】なお、本発明でいう急速加熱処理法とは、
昇温速度をコントロールし、所定の温度まで直線的かつ
急速に昇温する手段をいう。

【００２０】図１は本発明製造方法により得られるＢｉ
系強誘電体素子の構成の一例を示す模式図である。

【００２１】図１に示すように、本発明製造方法ではま
ず、（I）工程として、基板２上に下部電極４を設け
る。

【００２２】基板２は、通常、半導体装置や集積回路等
の基板として使用できるものであれば特に限定されるも
のではない。例えば、シリコン等の半導体基板、ガラス
基板等、形成しようとする素子の種類、用途等により適
宜、選択することができる。

【００２３】下部電極４は、基板２上に直接設けてもよ
く、あるいは、例えばシリコンウェーハ等の基板上部を
酸化してＳｉ酸化膜３等を形成して、その上に設けても
よい。あるいは、絶縁層、下層配線、層間絶縁層等を形
成した基板上に設けてもよい。

【００２４】下部電極４はスパッタリング、蒸着等の公
知の方法により形成することができ、またその膜厚も特
に限定されるものではない。下部電極材料としては、導
電性を示す材料であればよく、特に制限されるものでな
く、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ等の金属、お
よびその金属酸化物である導電性金属酸化物等を用いる
ことができる。

【００２５】次に（II）工程として、下部電極４上にＢ
ｉ系強誘電体薄膜形成用材料を適用後、加熱処理してＢ
ｉ系強誘電体薄膜５を形成する。

【００２６】当該Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用材料として
は、各種のＣＶＤ材料や塗布液型の材料が用いられ得る
が、金属組成比の制御のしやすさなどから、塗布液型が
好ましい。

【００２７】Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液として
は、下記一般式（I）

【００２８】

【化３】（Ｂｉ₂Ｏ₂）²⁺（Ａ_m-1Ｂ_mＯ_3m+1）^2- （I）（式中、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、
Ｋ、および希土類金属元素の中から選ばれる少なくとも
１種の金属元素を表し；ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣｒの中から選ばれる少なくと
も１種の金属元素を表し；ｍは１〜５の整数を表す）で
表されるＢｉ層状化合物を含む強誘電体薄膜を形成する
ための塗布液が好ましい。

【００２９】中でも下記一般式（II）

【００３０】

【化４】Ｓｒ_1-xＢｉ_2+y（Ｔａ_2-z、Ｎｂ_z）Ｏ₉₊ _α （II）（ｘ、ｙ、αは、それぞれ独立に０以上１未満の数を表
し；ｚは０以上２未満の数を表す）で表されるＢｉ層状
化合物を含む強誘電体薄膜を形成するための塗布液がよ
り好ましい。

【００３１】本発明では、Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗
布液として、上記Ｂｉ系強誘電体薄膜を構成する金属元
素を含む有機金属化合物を含有するものが好ましく用い
られる。このようなＢｉ系強誘電体薄膜を構成する金属
元素を含む有機金属化合物としては、２−エチルヘキサ
ン酸などの中鎖炭化水素基を有するカルボン酸と該Ｂｉ
系強誘電体薄膜の構成金属元素との塩や、エタノール、
メトキシエタノール、メトキシプロパノールなどのアル
コールと該Ｂｉ系強誘電体薄膜の構成金属元素とからな
る金属アルコキシド化合物等の有機金属化合物が挙げら
れる。本発明では、少なくとも１つのアルコキシル基が
結合されている金属アルコキシド化合物のほうが、アル
コキシドの交換等により、種々の変性がより容易である
ことから好ましく用いられる。

【００３２】このような金属アルコキシド化合物として
は、Ｂｉアルコキシド、Ａ金属アルコキシド（ただし、
ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ、および
希土類金属元素の中から選ばれる少なくとも１種の金属
元素を表す）、およびＢ金属アルコキシド（ただし、Ｂ
はＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣ
ｒの中から選ばれる少なくとも１種の金属元素を表す）
を含むものが好ましいものとして挙げられる。

【００３３】該金属アルコキシド化合物は、その金属元
素にアルコキシル基以外の複数の異なる基が結合してい
てもよく、例えばカルボキシル基等が結合していてもよ
い。

【００３４】本発明では特に、上記Ａ金属アルコキシ
ド、Ｂ金属アルコキシド、Ｂｉアルコキシドのうち、少
なくとも２種の異種金属アルコキシドが複合金属アルコ
キシドを形成しているのが好ましい。このように２種以
上の異種金属アルコキシドを複合化することにより、単
独の金属元素の析出（偏析）、焼失を抑制することがで
き、もってリーク電流の発生をより効果的に抑制するこ
とができる。

【００３５】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液に含
有される金属アルコキシドの態様は、具体的には以下の
（ａ）〜（ｅ）が例示される。（ａ）Ａ−Ｂｉ複合金属アルコキシド、およびＢ金属ア
ルコキシド。（ｂ）Ｂｉ−Ｂ複合金属アルコキシド、およびＡ金属ア
ルコキシド。（ｃ）Ａ−Ｂ複合金属アルコキシド、およびＢｉ金属ア
ルコキシド。（ｄ）Ａ−Ｂｉ−Ｂ複合金属アルコキシド。（ｅ）Ａ金属アルコキシド、Ｂ金属アルコキシド、およ
びＢｉアルコキシド。

【００３６】本発明でいう複合金属アルコキシドは、例
えば異種金属アルコキシドどうしを溶媒中で２０〜１０
０℃程度の温度条件下で、１〜１５時間程度反応させる
ことにより得られる。このようにして得られた複合金属
アルコキシドは、「ゾル・ゲル法によるガラス・セラミ
ックスの製造技術とその応用」（応用技術出版（株）、
1989年6月4日発行）のpp.46〜47に定義されているもの
であると考えられ、具体的には、ＡＢｉ（ＯＲ²）_k（Ｏ
Ｒ³）₃、ＢＢｉ（ＯＲ⁴）_n（ＯＲ³）₃、ＡＢ（ＯＲ²）_k
（ＯＲ⁴）_n、ＡＢＢｉ（ＯＲ²）_k（ＯＲ⁴）_n（Ｏ
Ｒ³）₃、（ここで、Ａ、Ｂは上記で定義したとおりであ
り；ｋはＡ金属元素の原子価であり；ｎはＢ金属元素の
原子価であり；Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴はそれぞれ独立に炭素原
子数１〜６のアルキル基を表す）で表されるものである
と考えられる。中でも、昇華性が高いといわれるＢｉを
複合化したＡＢｉ（ＯＲ²）_k（ＯＲ³）₃、ＢＢｉ（ＯＲ
⁴）_n（ＯＲ³）₃、ＡＢＢｉ（ＯＲ²）_k（ＯＲ⁴）_n（ＯＲ
³）₃、すなわち、上記例示した態様のうち（ａ）、
（ｂ）、および（ｄ）のものを用いるのが好ましい。

【００３７】なお、上記金属アルコキシド、複合金属ア
ルコキシドを形成するアルコールとしては、下記一般式
（III）

【００３８】

【化５】Ｒ⁵ＯＨ（III）（式中、Ｒ⁵は炭素原子数１〜６の飽和または不飽和の
炭化水素基を表す）が好ましく用いられる。これらアル
コール類としては、具体的には、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、シ
クロヘキサノール等が例示される。

【００３９】また、上記のアルコール以外のアルコール
類としては、Ｒ⁵がさらに炭素原子数１〜６のアルコキ
シル基で置換されたものが挙げられ、具体的には、メト
キシメタノール、メトキシエタノール、エトキシメタノ
ール、エトキシエタノール、メトキシプロパノール、エ
トキシプロパノール等が例示される。

【００４０】本発明では、上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成
用塗布液が、上記複合金属アルコキシドと、無水カルボ
ン酸類、ジカルボン酸モノエステル類、β−ジケトン
類、およびグリコール類の中から選ばれる少なくとも１
種の化合物（安定化剤）とを反応させて得られる生成物
を含有するものが好ましく用いられる。

【００４１】また、上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布
液が、水、または水と触媒を用いて加水分解・部分重縮
合処理されたゾル−ゲル液であるものが好ましく用いら
れる。

【００４２】さらに、上記安定化剤との反応と、上記加
水分解・部分縮重合処理の両者を併用してもよい。

【００４３】すなわち本発明では、（1）上記塗布液
（前駆体溶液）を、水、または水と触媒を用いて加水分
解・部分重縮合処理することによってゾル−ゲル液とす
る、（2）上記塗布液を、水、または水と触媒を用いて
加水分解・部分重縮合処理してゾル−ゲル液とした後、
安定化剤を加えて液中の複合金属アルコキシドと反応さ
せる、（3）上記複合金属アルコキシドを、安定化剤と
反応させる、（4）上記塗布液中の複合金属アルコキシ
ドを安定化剤と反応させた後、水、または水と触媒を用
いて加水分解・部分重縮合処理してゾル−ゲル液とす
る、等の態様が好ましい例として挙げられる。

【００４４】上記安定化剤は、塗布液の保存安定性を向
上させるためのものであり、特に加水分解後の塗布液の
増粘、ゲル化を抑制するものである。

【００４５】上記安定化剤において、無水カルボン酸類
としては、下記一般式（IV）

【００４６】

【化６】Ｒ⁶（ＣＯ）₂Ｏ（IV）（式中、Ｒ⁶は２価の炭素原子数１〜６の飽和または不
飽和の炭化水素基を表す）で表される無水カルボン酸の
中から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。

【００４７】このような無水カルボン酸類としては、具
体的には、例えば無水マレイン酸、無水シトラコン酸、
無水イタコン酸、無水コハク酸、無水メチルコハク酸、
無水グルタル酸、無水α−メチルグルタル酸、無水α，
α−ジメチルグルタル酸、無水トリメチルコハク酸等を
挙げることができる。

【００４８】また、ジカルボン酸モノエステル類として
は、下記一般式（V）

【００４９】

【化７】Ｒ⁷ＯＣＯＲ⁸ＣＯＯＨ（V）（式中、Ｒ⁷は炭素原子数１〜６の飽和または不飽和の
炭化水素基を表し；Ｒ⁸は２価の炭素原子数１〜６の飽
和または不飽和の炭化水素基を表す）で表されるジカル
ボン酸モノエステル類の中から選ばれる少なくとも１種
が好ましく用いられる。

【００５０】このようなジカルボン酸モノエステル類と
しては、具体的には、例えば２塩基酸のカルボン酸とア
ルコールとを反応させてハーフエステル化したものを用
いることができ、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グル
タル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼリ
ン酸、セバシン酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコ
ン酸、メチルコハク酸、α−メチルグルタル酸、α，α
−ジメチルグルタル酸、トリメチルグルタル酸等の２塩
基酸のカルボン酸の少なくとも１種と、メチルアルコー
ル、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルア
ルコール、アミルアルコール、ヘキシルアルコール、エ
チレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリ
コールモノメチルエーテル等の少なくとも１種とを公知
の方法によりエステル化反応させて合成することができ
る。

【００５１】β−ジケトン類としては、下記一般式（V
I）

【００５２】

【化８】Ｒ⁹ＣＯＣＲ¹⁰ＨＣＯＲ¹¹ （VI）（式中、Ｒ⁹は炭素原子数１〜６の飽和または不飽和の
炭化水素基を表し；Ｒ¹⁰はＨまたはＣＨ₃を表し；Ｒ¹¹
は炭素原子数１〜６のアルキル基またはアルコキシル基
を表す）で表されるβ−ケトエステルを含むβ−ジケト
ンの中から選ばれる少なくとも１種が好適に用いられ
る。

【００５３】本発明で用いられるβ−ジケトン類として
は、具体的には、例えばアセチルアセトン、３−メチル
−２、４−ペンタンジオン、ベンゾイルアセトン等を挙
げることができる。またβ−ケトエステルとしては、例
えばアセト酢酸エチル、マロン酸ジエチル等を挙げるこ
とができる。これ以外の錯体形成剤も適用可能ではある
が、焼成後、金属ハロゲン化物を形成するヘキサフルオ
ロアセチルアセトンなどの錯体形成剤は、昇華性または
揮発性の高い金属錯体を形成するため、本発明の塗布液
への使用は不適当である。

【００５４】グリコール類としては、下記一般式（VI
I）

【００５５】

【化９】ＨＯＲ¹²ＯＨ（VII）（式中、Ｒ¹²は２価の炭素原子数１〜６の飽和または不
飽和の炭化水素基を表す）で表されるグリコールの中か
ら選ばれる少なくとも１種が好適に用いられる。

【００５６】本発明で用いられるグリコール類として
は、具体的には、１，２−エタンジオール、１，３−プ
ロパンジオール、１，２−プロパンジオール、２，３−
ブタンジオール、ジエチレングリコール、１，５−ペン
タンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジ
オール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、１，
４−シクロヘキサンジオール、ジプロピレングリコー
ル、２，２−ジエチル−１，３−プロパンジオール、
２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、２−エ
チル−１，３−ヘキサンジオール、テトラエチレングリ
コール等を例示的に挙げることができる。

【００５７】以上の安定化剤は、いずれも炭素原子数が
１〜６の短鎖のものであることが、金属化合物の極性、
塗布後の無機性を高める点で好ましい。

【００５８】なお、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸
等の低級モノカルボン酸類も、所望により安定化剤とし
て用いることができる。

【００５９】また、上記Ｂｉ系強誘電体形成用塗布液を
加水分解・部分重縮合させる場合において、加水分解・
部分重縮合反応は、塗布液中に水、または水と触媒を添
加し、２０〜５０℃で数時間〜数日間撹拌して行われ
る。触媒としては、金属アルコキシドの加水分解反応用
として公知のもの、例えば塩酸、硫酸、硝酸等の無機
酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸などの酸触媒
や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、
モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド等の無機・有機アルカリ
触媒などを挙げることができるが、本発明では、被膜特
性の点から酸触媒を用いることが特に好ましい。

【００６０】上述のように複合金属アルコキシドを安定
化剤と反応させてカルボキシル化、β−ジケトン化、キ
レート化等の処理をすることにより、極性を有し、しか
も安定性に優れた生成物（有機金属化合物）を得ること
ができ、加水分解性が向上するとともに、実用的な極性
溶媒の適用が可能となる。その結果、塗布液中でゾル−
ゲル法による縮合重合反応を十分に進行させることがで
き、Ｂｉ−Ｏ−Ｂｉ、Ｂｉ−Ｏ−Ｔａ、Ｂｉ−Ｏ−Ｓ
ｒ、Ｔａ−Ｏ−Ｂｉ−Ｏ−Ｓｒ等の無機結合（メタロキ
サン結合）の生成により、さらにＢｉ等の特定の金属元
素の析出（偏析）量、焼失量を低減することができると
ともに、塗布液全体の無機化を高めることができる。

【００６１】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液の溶
媒としては、飽和脂肪族系溶媒、芳香族系溶媒、アルコ
ール系溶媒、グリコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケト
ン系溶媒、エステル系溶媒等を挙げることができる。中
でも、酸素原子を分子中に有するアルコール系溶媒、グ
リコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エス
テル系溶媒等は、加水分解型のゾル−ゲル液を調製する
場合に好適に用いられる。

【００６２】アルコール系溶媒としては、メタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール、アミルアルコ
ール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール
等が例示される。

【００６３】グリコール系溶媒としては、エチレングリ
コールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノア
セテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、
ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリ
コールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノ
エチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテ
ル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピ
レングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコー
ルモノエチルエーテル、３−メトキシ−１−ブタノー
ル、３−メトキシ−３−メチルブタノール、３，３’−
ジメチルブタノール等が例示される。

【００６４】エーテル系溶媒としては、メチラール、ジ
エチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテ
ル、ジアミルエーテル、ジエチルアセタール、ジヘキシ
ルエーテル、トリオキサン、ジオキサン等が例示され
る。

【００６５】ケトン系溶媒としては、アセトン、メチル
エチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、メチルアミルケトン、メチルシクロヘキシル
ケトン、ジエチルケトン、エチルブチルケトン、トリメ
チルノナノン、アセトニトリルアセトン、ジメチルオキ
シド、ホロン、シクロヘキサノン、ダイアセトンアルコ
ール等が例示される。

【００６６】エステル系溶媒としては、ギ酸エチル、酢
酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシ
ル、プロピオン酸メチル、酪酸エチル、オキシイソ酪酸
エチル、アセト酢酸エチル、乳酸エチル、メトキシブチ
ルアセテート、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、
クエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル等が例示され
る。

【００６７】これら溶媒は、単独若しくは２種以上を混
合した形で用いることができる。

【００６８】本発明製造方法の（II）工程では上記Ｂｉ
系強誘電体薄膜形成用材料を下部電極上に適用、乾燥し
て被膜を形成し、これを加熱処理（結晶化処理）して被
膜中の有機物を焼成除去し、酸化膜を形成する。（II）
工程は結晶化されたＢｉ系強誘電体薄膜の形成を行うこ
とができる限り、本発明では特に方法が限定されるもの
でなく、従来からの方法を任意に適用することが可能で
ある。

【００６９】したがって（II）工程における加熱手段と
しては特に制限されるものでなく、赤外線照射などによ
り、昇温速度をコントロールし、所定の温度まで直線的
かつ急速に昇温することのできるいわゆるＲＴＡ（急速
加熱処理）法や、それ以外のホットプレートやファーネ
ス（炉）を用いた加熱処理法などを適用することができ
る。なお、加熱処理中の雰囲気は、酸素中、大気中、窒
素等の不活性ガス中等、いずれも適用可能で、目的に応
じて適宜、選択することが可能である。

【００７０】（II）工程ではこの塗布→乾燥→加熱処理
を数回繰り返して所望の膜厚のＢｉ系強誘電体薄膜を形
成するのが好ましい。良好な電気特性を得るために必要
な膜厚は、８０〜３００ｎｍ程度であり、その膜厚に達
するまで、塗布から加熱処理までの操作を繰り返し行う
（通常２〜５回）。本発明ではこの加熱処理を、ファー
ネス法やホットプレート法により、例えば１回につき４
００〜８００℃程度、より好ましくは５００〜７５０℃
程度の温度で、それぞれ１〜９０分間程度、より好まし
くは３〜６０分間程度行ってもよい。あるいは、ＲＴＡ
法により、例えば昇温温度１０℃／ｓ程度以上、好まし
くは２０℃／ｓ程度以上の昇温速度で４００〜８００℃
程度まで昇温する処理を行ってもよく、さらにその温度
範囲で３０分間以内程度の加熱処理、好ましくはその温
度範囲で１０〜３００秒間程度の加熱処理をしてもよ
い。

【００７１】その後、所望により、さらなる薄膜結晶化
のために、加熱処理を行ってもよい。この場合の加熱温
度は、ファーネス法の場合、６００〜８００℃程度、特
には６５０〜７５０℃程度加熱処理を行うのが好まし
い。

【００７２】続いて、（III）工程として、Ｂｉ系強誘
電体薄膜５上に上部電極７を設ける。上部電極７として
は、下部電極用材料として挙げた金属、金属酸化物等を
用いることができ、これら材料をスパッタ法、蒸着法等
の公知の方法により強誘電体薄膜５上に形成し、強誘電
体素子１０を作製する。このとき、上部電極７として
は、下部電極４と異なる材料を用いてもよく、例えば、
下部電極４にＩｒを用い、上部電極７にＲｕを用いても
よい。

【００７３】本発明では、この（III）工程において、
上部電極を設けた後、加熱処理（リカバリーアニール）
を行う工程と、次いで急速加熱処理法により１０℃／ｓ
以上昇温速度で、４００℃以上の温度まで昇温する工程
の２段階加熱処理を行う工程を含む点に特徴がある。

【００７４】上記リカバリーアニールは、上部電極形成
後、上部電極形成時にＢｉ系強誘電体薄膜に与えたダメ
ージを回復させるため、また上部電極とＢｉ系強誘電体
薄膜との界面を安定化させ、素子の特性を向上させるた
めに行う加熱処理である。またこの加熱処理により、結
晶粒子の成長や、Ｂｉ系強誘電体薄膜と上部電極との界
面が安定化するなどして、Ｂｉ系強誘電体素子の電気特
性が向上される。

【００７５】この加熱処理を行わないと、ヒステリシス
曲線の形状が著しく劣ったものとなり、十分な強誘電体
特性を示し得ない。

【００７６】リカバリーアニール後の強誘電体素子は、
形状が改善したヒステリシス曲線となり、強誘電体とし
ての特性を示すことができる。

【００７７】リカバリーアニールの手段としては、上記
したように、Ｂｉ系強誘電体薄膜のダメージを回復する
に十分な温度、時間であれば特に方法は問うものでな
く、ＲＴＡ法、ファーネス法、ホットプレート法等、従
来からの加熱手段を用いることができる。

【００７８】本発明では、上記ダメージ回復の点から、
リカバリーアニールを、ファーネス法やホットプレート
法により６００〜８００℃程度の温度で５〜６０分間程
度行うのが好ましい。

【００７９】なお、リカバリーアニールを、ＲＴＡ法に
より１０℃／ｓ以上の昇温速度で４００〜８００℃まで
昇温する処理を行ってもよいし、さらにその温度範囲で
３０分間以内の加熱処理、特にはその温度範囲で１０〜
３００秒間程度の加熱処理を行ってもよい。

【００８０】リカバリーアニール後、ＲＴＡ処理を行う
が、昇温速度は１０℃／ｓ以上であり、好ましくは３０
〜２５０℃／ｓ、特に好ましくは５０〜２００℃／ｓで
ある。

【００８１】このＲＴＡ処理において、加熱温度が高い
ほど角形比の向上がみられ、素子特性向上の点から、本
発明では少なくとも４００℃以上の温度で加熱処理を行
うが、好ましくは５００〜８００℃、特には６５０〜８
００℃が好ましい。他方、製造プロセスの点からは、近
年の高集積化に従い許容される温度が下がってきてお
り、低温であるほど有利である。素子特性向上と製造プ
ロセスの両者の観点から、許容される温度と加熱時間と
の中において高温のほうが好ましい。

【００８２】また、昇温後の加熱時間としては、０時間
でもよいが、昇温後の温度範囲において、３０分間以内
程度の加熱処理を行うのが好ましく、特には１０〜３０
０秒間程度行うことが好ましい。

【００８３】加熱雰囲気は、特に制限はなく、大気中、
窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気、酸素分圧雰囲気、酸
素雰囲気など、各種雰囲気下で行うことができる。

【００８４】このように、上部電極形成後、リカバリー
アニールを行い、その後に昇温速度１０℃／ｓ以上のＲ
ＴＡを行うという２段階加熱処理により、高い分極値
（Ｐｒ値）を維持したまま、素子の飽和特性が向上し、
角形比の良いヒステリシス曲線を有し、ヒステリシス特
性の改善したＢｉ系強誘電体素子を効率よく製造するこ
とができる。

【００８５】なお、上記の２段階加熱処理を行った後、
さらにホットプレート法、ファーネス法、ＲＴＡ法等に
よる加熱手段を所望により複数回行ってもよい。

【００８６】

【実施例】

【００８７】［合成例１］室温（２５℃）において、２
−メトキシプロパノール７００ｇをかき混ぜながら、こ
れにＳｒイソプロポキシド０．０９モル、Ｔａエトキシ
ド０．２０モル、Ｂｉブトキシド０．２１モルを添加
し、均一に溶解するまで攪拌を続けた。

【００８８】次いで、液温が６０℃になるまで加温し、
この温度を維持したまま７時間攪拌した。

【００８９】その後、加温を止め、液温が室温になるま
で攪拌を続けた後、水０．２モルを少量ずつ添加し、添
加終了後、２時間攪拌を行い複合金属アルコキシド溶液
を得た。

【００９０】次いで、２−メトキシプロパノールで希釈
して、ＳＢＴＯ酸化物換算で７重量％濃度の塗布液を調
製した。

【００９１】［実施例１］膜厚１００ｎｍのＳｉＯ₂酸
化膜が形成された直径６インチのＳｉ基板上に、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法によって、膜厚６０ｎｍの
Ｐｔ下部電極を形成した。

【００９２】スピンコーターを用いて、Ｐｔ下部電極上
に上記合成例１で調製した塗布液を２０００ｒｐｍで塗
布し、１５０℃、５分間の乾燥を行い、次いで、５００
℃、５分間の加熱処理（第一加熱処理）を行い、続いて
酸素雰囲気中、７００℃、３０分間の加熱処理（第二加
熱処理）を行った。

【００９３】上記の塗布から第二加熱処理までの工程を
５回繰り返し、最後に酸素雰囲気中、７００℃、６０分
間の加熱処理（第三加熱処理）を行って、膜厚２００ｎ
ｍのＢｉ系強誘電体薄膜を形成した。

【００９４】次いで、メタルマスクを介し、直径２００
μｍ、膜厚３００ｎｍのＰｔ上部電極を、ＲＦマグネト
ロンスパッタリング法により形成した。この時の素子の
ヒステリシス曲線を図２に示す。

【００９５】次いで、酸素雰囲気中、７００℃、３０分
間のリカバリーアニール（第四加熱処理）を行った。リ
カバリーアニール後のヒステリシス曲線を図３に示す。

【００９６】その後、１００℃／ｓの昇温速度で６００
℃まで昇温し、この温度を保持したまま、大気中、３分
間のＲＴＡ加熱処理（第五加熱処理）を行った。ＲＴＡ
加熱処理後のヒステリシス曲線を図４に示す。

【００９７】図３と図４との比較から、リカバリーアニ
ール後、ＲＴＡ加熱処理を行うことによって、分極値
（Ｐｒ値）を維持したまま飽和特性が向上し、角形比の
優れたヒステリシス曲線となることがわかる。

【００９８】［実施例２］実施例１において、ＲＴＡ加
熱処理（第五加熱処理）を６００℃から７００℃に変え
た以外は、実施例１と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を
形成した。そのヒステリシス曲線を図５に示す。

【００９９】図４と図５との比較から、リカバリーアニ
ール後、ＲＴＡ加熱処理を７００℃で行った方が、より
飽和特性が向上し、角形比の優れたヒステリシス曲線と
なることがわかる。

【０１００】［実施例３］実施例１において、ＲＴＡ加
熱処理（第五加熱処理）を６００℃から８００℃に変え
た以外は、実施例１と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を
形成した。そのヒステリシス曲線を図６に示す。

【０１０１】図４〜図６の比較から、リカバリーアニー
ル後、ＲＴＡ加熱処理を８００℃で行ったものが、最も
飽和特性が向上し、角形比の優れたヒステリシス曲線と
なることがわかる。

【０１０２】［実施例４］実施例１において、第三加熱
処理、およびリカバリーアニール（第四加熱処理）の加
熱温度を７００℃から７５０℃に変えた以外は、実施例
１と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を形成した。ＲＴＡ
加熱処理（第五加熱処理）前のヒステリシス曲線を図７
に示す。

【０１０３】次いで、実施例１と同様、１００℃／ｓの
昇温速度で、６００℃まで昇温し、この温度を保持した
まま、大気中、３分間のＲＴＡ加熱処理（第五加熱処
理）を行った。このＲＴＡ加熱処理後のヒステリシス曲
線を図８に示す。

【０１０４】図７と図８との比較から、リカバリーアニ
ール後、ＲＴＡ加熱処理を行うことによって、分極値
（Ｐｒ値）を維持したまま飽和特性が向上し、角形比の
優れたヒステリシス曲線となることがわかる。

【０１０５】［実施例５］実施例４において、ＲＴＡ加
熱処理（第五加熱処理）を６００℃から７００℃に変え
た以外は、実施例４と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を
形成した。そのヒステリシス曲線を図９に示す。

【０１０６】図８と図９との比較から、リカバリーアニ
ール後、ＲＴＡ加熱処理を７００℃で行った方が、より
飽和特性が向上し、角形比の優れたヒステリシス曲線と
なることがわかる。

【０１０７】［実施例６］実施例４において、ＲＴＡ加
熱処理（第五加熱処理）を６００℃から８００℃に変え
た以外は、実施例４と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を
形成した。そのヒステリシス曲線を図１０に示す。

【０１０８】図８〜図１０から、リカバリーアニール
後、ＲＴＡ加熱処理を８００℃で行ったものが、最も飽
和特性が向上し、角形比の優れたヒステリシス曲線とな
ることがわかる。

【０１０９】［実施例７］膜厚１００ｎｍのＳｉＯ₂酸
化膜が形成された直径６インチのＳｉ基板上に、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法によって、膜厚６０ｎｍの
Ｐｔ下部電極を形成した。

【０１１０】スピンコーターを用いて、Ｐｔ下部電極上
に上記合成例１で調製した塗布液を２０００ｒｐｍで塗
布し、１５０℃、５分間の乾燥を行い、次いで５００
℃、５分間の加熱処理（第一加熱処理）を行い、続いて
酸素雰囲気中、７００℃、３０分間の加熱処理（第二加
熱処理）を行った。

【０１１１】上記の塗布から第二加熱処理までの工程を
５回繰り返し、最後に酸素雰囲気中、昇温速度１００℃
／ｓで７００℃まで昇温し、その温度を維持して１８０
秒間のＲＴＡ加熱処理（第三加熱処理）を行って、膜厚
２００ｎｍのＢｉ系強誘電体薄膜を形成した。

【０１１２】次いで、メタルマスクを介し、直径２００
μｍ、膜厚３００ｎｍのＰｔ上部電極を、ＲＦマグネト
ロンスパッタリング法により形成した。

【０１１３】続いて、酸素雰囲気中、１００℃／ｓの昇
温速度で７００℃まで昇温し、この温度を保持したまま
３分間のＲＴＡ法によるリカバリーアニール（第四加熱
処理）を行った。

【０１１４】その後、１００℃／ｓの昇温速度で７００
℃まで昇温し、この温度を保持したまま、大気中、３分
間のＲＴＡ加熱処理（第五加熱処理）を行い、Ｂｉ系強
誘電体素子を得た。ＲＴＡ加熱処理後のヒステリシス曲
線を図１１に示す。

【０１１５】［実施例８］実施例７において、上部電極
形成前の、強誘電体薄膜形成時のＲＴＡ加熱処理（第三
加熱処理）を行わなかった以外は、実施例７の場合と同
様にしてＢｉ系強誘電体素子を形成した。実施例８で得
られたＢｉ系強誘電体素子のヒステリシス曲線を図１２
に示す。

【０１１６】［比較例１］実施例７において、上部電極
形成後、リカバリーアニール（第四加熱処理）を行わず
に、ＲＴＡ加熱処理（第五加熱処理）を行った以外は、
実施例７と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を形成した。
比較例１で得られた素子のヒステリシス曲線を図１３に
示す。

【０１１７】［比較例２］実施例８において、上部電極
形成後、リカバリーアニール（第四加熱処理）を行わず
に、ＲＴＡ加熱処理（第五加熱処理）を行った以外は、
実施例８と同様にしてＢｉ系強誘電体素子を形成した。
比較例１で得られた素子のヒステリシス曲線を図１４に
示す。

【０１１８】なお、実施例７、８、および比較例１、２
で得られた素子の飽和曲線を図１５に示す。図１１〜１
４に示すヒステリシス曲線、および図１５に示すグラフ
から明らかなように、上部電極形成後、リカバリーアニ
ール、ＲＴＡ処理の２段階熱処理を行った実施例７、８
では、上部電極形成後、ＲＴＡ熱処理のみを行った比較
例１、２に比べて、飽和特性に優れ、角形比のよいヒス
テリシス曲線を有し、分極値（Ｐｒ値）が高い、ヒステ
リシス特性の改善したＢｉ系強誘電体素子が得られるこ
とがわかる。

【０１１９】また、リカバリーアニールをファーネス法
で行った実施例１〜６で形成した素子のヒステリシス曲
線と、リカバリーアニールをＲＴＡ法で行った実施例
７、８で形成した素子のヒステリシス曲線との比較か
ら、リカバリーアニールをファーネス法で行ったほうが
分極値（Ｐｒ値）が高く、角形比のよいヒステリシス曲
線を有する素子が得られることがわかった。

【０１２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ヒ
ステリシス特性の改善したＢｉ系強誘電体素子およびそ
の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＢｉ系強誘電体素子の構成の一態様を
示す模式図である。

【図２】実施例１において、上部電極形成後、リカバリ
ーアニールを行う前のＢｉ系強誘電体素子のヒステリシ
ス曲線を示すグラフである。

【図３】実施例１において、リカバリーアニールを行っ
た後、ＲＴＡ処理を行う前のＢｉ系強誘電体素子のヒス
テリシス曲線を示すグラフである。

【図４】実施例１において、リカバリーアニールを行
い、続いてＲＴＡ処理を行った後のＢｉ系強誘電体素子
のヒステリシス曲線を示すグラフである。

【図５】実施例２で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒス
テリシス曲線を示すグラフである。

【図６】実施例３で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒス
テリシス曲線を示すグラフである。

【図７】実施例４において、リカバリーアニールを行っ
た後、ＲＴＡ処理を行う前のＢｉ系強誘電体素子のヒス
テリシス曲線を示すグラフである。

【図８】実施例４において、リカバリーアニールを行
い、続いてＲＴＡ処理を行った後のＢｉ系強誘電体素子
のヒステリシス曲線を示すグラフである。

【図９】実施例５で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒス
テリシス曲線を示すグラフである。

【図１０】実施例６で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。

【図１１】実施例７で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。

【図１２】実施例８で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。

【図１３】比較例１で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。

【図１４】比較例２で得られたＢｉ系強誘電体素子のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。

【図１５】実施例７、８および比較例１、２で得られた
Ｂｉ系強誘電体素子の飽和曲線を示すグラフである。

【図１６】飽和特性の良否について説明するグラフであ
る。

【図１７】角形比の良否について説明するグラフであ
る。

【符号の説明】

２基板３Ｓｉ酸化膜４下部電極５Ｂｉ系強誘電体薄膜７上部電極１０Ｂｉ系強誘電体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川上敦史神奈川県川崎市中原区中丸子150番地東京応化工業株式会社内Ｆターム(参考） 4G048 AA04 AA05 AB05 AC02 AD02 5F058 BA20 BC03 BC04 BC20 BF46 BH01 BH03 BJ01 5F083 JA17 JA38 PR21 PR22 PR34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に下部電極、Ｂｉ系強誘電体薄
膜、および上部電極が順次積層したＢｉ系強誘電体素子
であって、該強誘電体素子が、（i）電圧印加開始後の印加電圧１
Ｖにおける分極量（Ｐｒ）が４．５μＣ・ｃｍ^-2以上で
あり、（ii）飽和時分極量（Ｐｒ）が８．０μＣ・ｃｍ
^-2以上であり、および（iii）電圧印加開始後、印加電
圧２〜５Ｖ間における１Ｖあたりの分極量の平均変動量
が１．０μＣ・ｃｍ^-2／Ｖ以下である特性を有すること
を特徴とする、Ｂｉ系強誘電体素子。
【請求項２】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜が、Ｂｉ系強誘
電体薄膜を構成する金属元素を含む有機金属化合物を含
有するＢｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液（前駆体溶液）
を用いて形成してなる、請求項１記載のＢｉ系強誘電体
素子。
【請求項３】上記有機金属化合物が、Ｂｉアルコキシ
ド、Ａ金属アルコキシド（ただし、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、Ｋ、および希土類金属元素の中
から選ばれる少なくとも１種の金属元素を表す）、およ
びＢ金属アルコキシド（ただし、ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣｒの中から選ばれ
る少なくとも１種の金属元素を表す）を含む、請求項２
記載のＢｉ系強誘電体素子。
【請求項４】上記Ｂｉアルコキシド、Ａ金属アルコキ
シド、およびＢ金属アルコキシドのうち、少なくとも２
種の金属アルコキシドが複合金属アルコキシドを形成す
る、請求項３記載のＢｉ系強誘電体素子。
【請求項５】Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液が、上
記複合金属アルコキシドと、無水カルボン酸類、ジカル
ボン酸モノエステル類、β−ジケトン類、およびグリコ
ール類の中から選ばれる少なくとも１種の化合物とを反
応させて得られる生成物を含有する、請求項４記載のＢ
ｉ系強誘電体素子。
【請求項６】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液
が、水、または水と触媒を用いて加水分解・部分重縮合
処理されたゾル−ゲル液である、請求項２〜５のいずれ
か１項に記載のＢｉ系強誘電体素子。
【請求項７】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液
が、下記一般式（I）【化１】（Ｂｉ₂Ｏ₂）²⁺（Ａ_m-1Ｂ_mＯ_3m+1）^2- （I）（式中、ＡはＢｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａ、
Ｋ、および希土類金属元素の中から選ばれる少なくとも
１種の金属元素を表し；ＢはＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＣｒの中から選ばれる少なくと
も１種の金属元素を表し；ｍは１〜５の整数を表す）で
表されるＢｉ層状化合物を含む強誘電体薄膜を形成する
ための塗布液である、請求項２〜６のいずれか１項に記
載のＢｉ系強誘電体素子。
【請求項８】上記Ｂｉ系強誘電体薄膜形成用塗布液
が、下記一般式（II）【化２】Ｓｒ_1-xＢｉ_2+y（Ｔａ_2-z、Ｎｂ_z）Ｏ₉₊ _α （II）（ｘ、ｙ、αは、それぞれ独立に０以上１未満の数を表
し；ｚは０以上２未満の数を表す）で表されるＢｉ層状
化合物を含む強誘電体薄膜を形成するための塗布液であ
る、請求項７記載のＢｉ系強誘電体素子。
【請求項９】（I）基板上に下部電極を設ける工程、
（II）下部電極上にＢｉ系強誘電体薄膜形成用材料を適
用後、加熱処理してＢｉ系強誘電体薄膜を形成する工
程、および（III）Ｂｉ系強誘電体薄膜上に上部電極を
設ける工程を含み、かつ、上記（III）工程が、Ｂｉ系強誘電体薄膜上に上部電極
を設けた後、加熱処理（リカバリーアニール）を行う工
程と、次いで急速加熱処理法により１０℃／ｓ以上の昇
温速度で４００℃以上の温度まで昇温する工程を含むこ
とを特徴とする、Ｂｉ系強誘電体素子の製造方法。
【請求項１０】上記(III)工程が、Ｂｉ系強誘電体薄
膜上に上部電極を設けた後、加熱処理（リカバリーアニ
ール）を行う工程と、次いで急速加熱処理法により１０
℃／ｓ以上の昇温速度で４００℃以上の温度まで昇温す
る工程と、昇温後の温度において３０分間以内の加熱処
理を行う工程を含むことを特徴とする請求項９記載のＢ
ｉ系強誘電体素子の製造方法。
【請求項１１】上記（III）工程が、Ｂｉ系強誘電体
薄膜上に上部電極を設けた後、加熱処理（リカバリーア
ニール）を行う工程と、次いで急速加熱処理法により１
０℃／ｓ以上の昇温速度で５００〜８００℃まで昇温す
る工程と、昇温後の温度において１０〜３００秒間加熱
処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項９記載の
Ｂｉ系強誘電体素子の製造方法。
【請求項１２】上記（III）工程における加熱処理
（リカバリーアニール）を、６００〜８００℃の温度範
囲で５〜６０分間行う、請求項９記載のＢｉ系強誘電体
素子の製造方法。
【請求項１３】前記（III）工程における加熱処理
（リカバリーアニール）を、急速加熱処理法により１０
℃／ｓ以上の昇温速度で４００〜８００℃まで昇温する
ことで行う、請求項９記載のＢｉ系強誘電体素子の製造
方法。
【請求項１４】前記（III）工程における加熱処理
（リカバリーアニール）を、急速加熱処理法により１０
℃／ｓ以上の昇温速度で４００〜８００℃まで昇温し、
その温度において１０〜３００秒間加熱処理することで
行う、請求項９記載のＢｉ系強誘電体素子の製造方法。