(57)【要約】  【課題】  良好な圧電特性や焦電特性等を有する機能性薄膜を成長基板からの分離の際に膜の損傷による特性劣化を抑制すること。  【解決手段】  機能性薄膜の製造方法において、成長基板１１上に界面分離膜１２を形成する工程と、界面分離膜１２の上に機能膜１３を形成して機能積層膜１０を形成する工程と、水を含んだ（水分子を含む）雰囲気中に機能積層膜１０を配置して、界面分離膜１２と成長基板１１とを分離する工程とを有し、界面分離膜１２はアルカリ金属を含む化合物で構成する。【選択図】  図２
2005252130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に界面分離膜を形成する工程と、
前記界面分離膜の上に機能膜を形成する工程と、
水を含んだ（水分子を含む）雰囲気中に上記基板上に堆積した界面分離膜および機能膜とを配置して、界面分離膜と基板とを分離する工程とを有し、
前記界面分離膜はアルカリ金属を含む化合物からなることを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項２】
第１の基板上に界面分離膜を形成する工程と、
前記界面分離膜の上に機能膜を形成する工程と、
前記機能膜を第２の基板に接着する工程と、
水分子を含む雰囲気中に上記第１の基板及び第２の基板とを配置して、界面分離膜と第１の基板とを分離し、第２の基板上に機能膜を転写する工程とを有し、
前記界面分離膜はアルカリ金属を含む化合物からなること特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記請求項１および２に記載の界面分離膜が層状構造をもつことを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の界面分離膜はA1-xM2O4からなる層状構造であって、Ａはアルカリ金属より選ばれた少なくとも１種類の元素から構成され、ＭはＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏより選ばれた少なくとも１種類の元素から構成されることを特徴とする機能性薄膜の製造方法。ここでｘは−１以上０．８以下の範囲の値を示す。
【請求項５】
請求項１から４に記載の前記界面分離膜に接する基板がサファイア基板であることを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の機能膜が金属元素を含む複合酸化物材料からなることを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の機能膜がペロブスカイト構造を有することを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の機能膜が圧電性を有することを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の機能膜がＰｂを主成分に含むことを特徴とする機能性薄膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の機能性薄膜の製造方法を用いて作製された、高誘電性、圧電性、焦電性の少なくとも一つの機能を用いた用途に供される機能素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性を発現する薄膜材料の膜の分離や転写を行う製造方法に関し、特に圧電素子やそれを備えたインクジェットヘッドに用いる圧電性などの機能性の酸化膜、焦電型赤外センサやイメージセンサ等に用いられる焦電性を有する機能性膜や高誘電率特性を用いた高容量キャパシタ等の誘電性機能膜の分離方法および転写方法の製造法およびそれらを用いた機能性素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体材料としてはＡＢＯ3で構成されるペロブスカイト型構造を有するものがあり、これらは優れた強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学特性等を示す。これらの諸特性を利用した各種センサやフィルタなどの種々の機能性デバイスが開発されている。
【０００３】
圧電性を利用した機能性デバイスとしては圧電素子が挙げられ、これはパソコン等からによる印刷装置としてインクジェット記録装置に圧電素子が組み込まれている。この装置は圧電素子のような振動子による圧力波を利用してインク液を吐出して印刷する。
【０００４】
焦電性を利用した機能性デバイスとしては、例えば人体から発生する赤外線を検知する焦電型赤外線センサやイメージセンサ等に用いられている。赤外線センサは、焦電性をもつ誘電体からなり、この誘電体が赤外線を受けるとその熱エネルギーを吸収して温度変化を生じ、その温度変化に比例して表面に電荷を発生する焦電効果を利用したものであり、発生する電圧や電流により赤外線量を検出することができる。
【０００５】
従来の機能性薄膜を用いた圧電素子や焦電素子の性能向上を図るには、圧電振動を効率よく実施するため、あるいは焦電素子の受光部の感度を上げるため、成長に用いた基板の全体あるいは一部分を除去することが望まれる。
【０００６】
また、焦電薄膜を用いた焦電素子においては、基板への熱拡散による焦電特性の低下や、成長基板を含めた素子の熱容量が大きくなることによる感度の低下などが生ずるという課題を有していた。
【０００７】
圧電あるいは焦電性能に優れている鉛を含むペロブスカイト型強誘電体の薄膜の場合には、同様の４角格子配列を持つ酸化マグネシウム単結晶等が成長基板としてよく用いられ、素子加工プロセスにおいて成長基板を除去するやり方として、燐酸で除去する方法、あるいは紫外線照射により除去する方法が提案されている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２８６９５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７８０号公報
【特許文献３】特開２００２−３１６８９８号公報（特に実施例２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の圧電・焦電等の機能性薄膜の製造方法によると、機能膜を成長基板から分離する際に機能膜に損傷が生じやすく、特に燐酸などの溶液で基板を溶解させる場合には機能膜も少なからず損傷を受け、その結果として耐電圧性の低下や電圧印加時の絶縁破壊等の素子の特性劣化を招く恐れが発生するという課題を有していた。
【０００９】
また紫外光による基板の剥離では溶解性溶液による機能膜の損傷はある程度抑えられるものの均質な剥離に難があり、部分的な剥がれによる損傷が素子性能不良を招いていた。
【００１０】
さらに、高価な単結晶基板を溶解除去する、あるいは紫外レーザーの照射という工程を用いているため、コストが大きくなるという課題と同時にスループットも悪くなるという課題も有していた。
【００１１】
以上のように、圧電性や焦電性といった様々な諸特性を有するペロブスカイト型構造の酸化物を薄膜化して優れた機能性素子を得るには、酸化膜を単結晶基板上にエピタキシャルさせることが重要である。酸化膜薄膜そのものの諸特性を最大限有効に利用するには、その成長基板を除去する必要性が生じるが、一般的に成長基板から機能性薄膜を除去するには、膜の損傷等による特性劣化という課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、良好な圧電特性や焦電特性等の諸特性を有する良質な機能性薄膜の簡便で安価な製造方法を提供するものであり、またその結果、機能性薄膜を用いた性能に優れた圧電素子や焦電素子等の機能性素子の簡便で安価な製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の機能性薄膜の製造方法は、基板上に界面分離膜を形成する工程と、前記界面分離膜の上に機能膜を形成する工程と、水を含んだ（水分子を含む）雰囲気中に上記基板上に堆積した界面分離膜および機能膜とを配置して、界面分離膜と基板とを分離する工程とを有し、前記界面分離膜はアルカリ金属を含む化合物で構成する。
【００１４】
本発明は、これまで損傷無く剥離することが困難であった機能性薄膜に関して鋭意検討を重ねた結果、水という普遍的な物質と特定の界面分離層の組み合わせを用いることにより、簡便で再現性よく剥離が進行することの知見に基づき成された。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の機能性薄膜の製造方法によれば、優れた圧電特性や焦電特性等を有する結晶性に優れた機能性薄膜を、容易に基板から剥離して得ることが可能になり、圧電性、焦電性、電気光学特性、高誘電率、相変化物質、分極反転特性および磁性などの様々な機能を有する化合物薄膜を、その成長基板から分離して様々な機能性デバイスを提供・作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１、２は、本発明の実施の形態１における、各種機能を有する薄膜の成長基板から分離する方法を説明する図である。図１は機能膜の成長基板から分離する製造工程図であり、図２は製造途中における機能積層膜１０の断面図である。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、成長基板１１上に、アルカリ金属を含む化合物からなる界面分離膜１２を形成する（工程１）。この界面分離膜１２上に、図２（ｂ）に示すように機能性を有する機能膜１３を形成して（工程２）、機能積層膜１０が得られる。
【００１９】
ここで界面分離膜１２としては、単純ペロブスカイトＡＭＯ3、層状ペロブスカイトＡ2ＭＯ4等のアルカリ金属を含む化合物であれば後の工程が可能であることを見出したが、特にA1-xM2O4の層状構造をもつ酸化物である場合に好結果が得られた（ここで、Ａはアルカリ金属より選ばれた少なくとも１種類の元素から構成され、ＭはＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏより選ばれた少なくとも１種類の元素から構成されることが好ましい。またｘは−１以上０．８以下の範囲の値を示す）。この理由として、アルカリ金属を含む層状酸化物は通常比較的安定に存在し、水分を含む雰囲気になると層間に水分子を急激に浸透させるためと考えられる。
【００２０】
成長基板１１の材料としては界面分離膜１２が成長する素材なら特に規定されるものではないが、サファイア基板を用いるとエピタキシャル成長した良質の界面分離膜１２が得やすいことと、成長基板１１が化学的に安定なため、剥離後も何回も使用可能となり適していることを確認した。
【００２１】
各機能性を有する機能膜１３としては、ペロブスカイト構造である場合、多様な特性を有するので機能に富み望ましい。例えば圧電性、焦電性、高誘電率等の強誘電性関係の特性を有する(Ｐｂ,Ｌａ)(Ｚｒ,Ｔｉ)Ｏ3，Ｐｂ(Ｍｇ,Ｎｂ)Ｏ3，Ｐｂ(Ｚｎ,Ｎｂ)Ｏ3，等あるいはこれらの多元複合体からなる鉛を含む酸化物や、(Ｂａ,Ｓｒ)ＴｉＯ3，ＫＮｂＯ3，ＫＴａＯ3，ＮａＮｂＯ3等の高機能物質が種々挙げられる。またペロブスカイト以外にもＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3，ＺｎＯ等の機能物質を用いて構成しても好ましい結果となる。さらに機能膜１３として、酸化物以外でも前記界面分離膜１２と結晶的に整合のとれるものであれば同様に用いることが可能である。
【００２２】
これら機能膜１３は、アルカリ金属を含む酸化物からなる界面分離膜１２上に良好に薄膜成長することが可能であり、バルクの酸化物と同等の特性を有することが特徴である。なお、界面分離膜１２の膜厚は、特に限定されるものではないが、成長基板１１との界面に水分が入って基板から分離すればよいので１００ｎｍ以上あればよい。
【００２３】
界面分離膜１２および機能膜１３の形成にはスパッタリング法、レーザーアブレーション法、スピンコート法、ＣＶＤ（化学的気相成長）法、ＰＶＤ（物理的気相成長）法、イオンプレーティング法等などの公知の方法を特に制限なく使用することができる。特に、良質な酸化物薄膜を作成するにはスパッタリング法、レーザーアブレーション法などが有効である。また、スピンコート法やメッキ法などを用いても容易に作成することが可能であり、コストを低減できるという特徴がある。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、１１、１２、１３からなる機能積層膜１０を密閉容器２５の中に水２１とともに封入する（工程３）。図２（ｃ）では機能積層膜１０と水２１が直接触れないように土台２４の上に機能積層膜１０を設置し、水２１を土台２４の高さを超えないように入れている。この状態で、２〜３日放置するか、もしくは７０℃〜８０℃の恒温槽の中で２〜３時間暖めると、水分子が界面分離膜１２の中に浸透して、図２（ｄ）に示すように界面分離膜１２と成長基板１１が分離する（工程４）。成長基板１１から分離した機能膜１３を密閉容器２５から取り出すことで、単体の機能性薄膜を得ることができる。さらに、分離して残った成長基板１１は、再度、機能性を有する機能積層膜１０を得るのに利用することが可能であるため、高価な単結晶基板の再利用によるコスト低減の効果もある。
【００２５】
なお、ここで、成長基板１１から機能膜１３を分離する工程３および４において、界面分離層１２は成長基板１１との界面から分離するだけでなく、機能膜１３の材料によっては機能膜１３からも分離させることが可能であり、必ずしも、機能膜１３は界面分離層１２と一体となって成長基板１１から分離することに限定されない。
【００２６】
また、水２１を含む密閉容器２５に成長基板１１を入れる工程３において、上記では機能積層膜１０は水につけない手法を例に挙げたが、必ずしも、水につけないことに限定されるものではなく、水２１に浸してもよい。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示したように、成長基板１１上に積層された機能膜１３は界面分離膜１２上に直接形成されることに必ずしも限定されるものではなく、図２（ｅ）に示すように、界面分離膜１２と機能膜１３との間に電極膜１４を形成した構成としてもよい。さらに、機能膜１３上にさらに電極膜１７を形成した構成（図示せず）としてももちろんよい。
【００２８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では機能膜１３を堆積する第１の基板（成長基板、以降成長基板と記す）１１上から、第２の基板（転写基板、以降転写基板と記す）２７に機能膜１３を転写する方法について図３、４を用いて説明する。図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、成長基板１１上（例えばサファイア基板等の単結晶基板）にアルカリ金属を含む化合物からなる界面分離膜１２を形成する（工程１１）。次に、図４（ｂ）に示すように、界面分離膜１２上に機能膜１３を形成して（工程１２）、機能積層膜２０が得られる。この機能積層膜２０の成長基板１１とは反対側の界面に接着樹脂２６を介して転写基板２７に接合する（工程１３）。この工程１３において、必ずしも上記のように接着樹脂２６を用いることに限定されるものではなく、機能積層膜２０と転写基板２７とが接合されればよく、例えば、成長基板１１と転写基板２７に圧力を加えることで、これらを直接、圧着して接合するという手法を用いてもよい。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、機能積層膜２０を密閉容器２５の中に水２１とともに封入する（工程１４）。このとき機能積層膜２０と水２１が直接触れないように土台２４の上に機能積層膜２０を設置し、水２１を土台２４の高さを超えないように入れている。この状態で、２〜３日放置するか、もしくは７０℃〜８０℃の恒温槽の中で２〜３時間暖めると、水分子が界面分離膜１２の中に浸透して、図４（ｄ）に示すように界面分離膜１２と成長基板１１が分離し（工程１５）、機能膜１３が転写基板２７に転写される。成長基板１１から分離して、機能膜１３を密閉容器２５から取り出すことで、転写基板２７に転写された機能膜１３を得ることができる。さらに、機能膜１３が分離されて残った成長基板１１は、再度、機能性を有する機能積層膜２０を得るのに利用することが可能であるため、高価な単結晶基板の再利用によるコスト低減の効果もある。
【００３１】
なお、実施の形態１および２において、成長基板１１から機能膜１３を分離する前に、機能膜１３（もしくは、成長基板１１上に形成された各種の膜）をフォトリソグラフィ法やＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）法等による微細加工技術を用いて所望の形状に加工してももちろんよい。
【実施例１】
【００３２】
本発明のより具体的な実施の形態について、次に説明する。
【００３３】
（実施例１）
本発明の実施例１では圧電性を有する機能素子４０及びインクジェットヘッド４１を以下のように製造した。図２および図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図９は実施例１の圧電機能素子の製造工程図、図１０は製造途中における圧電機能素子とインクジェットヘッドの断面図である。
【００３４】
図１０に示すように、単結晶のサファイアからなる成長基板１１上に、アルカリ金属からなる界面分離膜１２を形成した（工程２１）。ここで界面分離膜１２としてＮａxＣｏＯ2（式中ｘはｘ＝０．５である）をスパッタリング法で作成した。ＮａＣｏＯターゲットをＡｒガスとＯ2ガスを３：１に混合した雰囲気で圧力を５Ｐａ、基板温度を７００℃に保ち、２時間スパッタリングを行った。このときの膜厚は約９００ｎｍであった。
【００３５】
次に、圧電性を有する機能膜１３を形成した（工程２２）。機能膜１３としては、ペロブスカイト構造のＰｂを主成分とするＰｂ（Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47）Ｏ3（以下ＰＺＴと呼ぶ）をスパッタリング法により形成した。ＡｒガスとＯ2ガスを３：１に混合した雰囲気で圧力を６Ｐａ、基板温度を６００℃とした。ここで、圧電特性を有する機能膜１３にはＢａＴｉＯ3、ＫＮｂＯ3、ＮａＮｂＯ3等の圧電特性を有する様々な膜を用いることができる。特にＰｂを含むペロブスカイト型構造の酸化物材料が望ましい。例えば、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎ，Ｔｉ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ，Ｔｉ）Ｏ3、（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3などが挙げられる。
【００３６】
次に、機能膜１３上に、電極および振動板を兼ねる振動板兼電極４２を形成した（工程２３および２４）。振動板兼電極４２にはＣｒを抵抗加熱蒸着により作製し、膜厚を４μｍとした。振動板兼電極４２は、Ｎｉ、Ｃｒ、またはＡｌもしくはこれらの合金、もしくは金属酸化物、もしくはシリコン酸化物、セラミックスもしくは高分子有機物等から用いればよい。
【００３７】
次に、振動板兼電極４２と転写基板２７を接着するために接着樹脂２６を用いて接合して（工程２５）、ＰＺＴからなる機能素子４０を作製した。なお、転写基板２７には予め、振動板兼電極４２の振動部分に貫通穴４３が形成された感光性のガラスを用いた。
【００３８】
次に、実施の形態１および２で説明したのと同様に、図２（ｃ）に示すような密閉容器２５の中にＰＺＴからなる機能素子４０を密閉容器２５の中に水２１とともに封入する（工程２６）。このとき機能素子４０と水２１が直接触れないように土台２４の上に機能素子４０を配置し、水２１を土台２４の高さを超えないように入れている。この状態で７０℃〜８０℃の恒温槽の中で２時間暖めた。これにより、界面分離膜１２と成長基板１１との間で分離（剥離）が起こり、成長基板１１は機能膜１３から分離された（工程２７）。以上の工程を経ることにより界面分離膜１２と圧電性を有する機能膜１３と、振動板兼電極４２とが転写基板２７に転写された。
【００３９】
その後、図１０（ｂ）に示すように、分離後の界面分離層１２の成長基板１１と接していた方の界面上に５００nｍのＰｔからなる電極１８をスパッタリング法により形成した。以上から、圧電性を有する機能膜１３の両側に電極１８および振動板兼電極４２からなる積層体を有する機能素子４０を得ることができた。
【００４０】
なお、ここで、界面分離膜１２を構成するＮａＣｏＯは電気抵抗率が１ｍΩｃｍと小さいため電極１８を兼用することも可能である。また、界面分離膜１２は工程２５および工程２６の過程において、サファイアからなる成長基板１１から分離するだけでなく、機能膜１３からも分離させることが可能であるので、図１０（ｂ）に示すように、必ずしも必要な構成要素であると限定するものではない。
【００４１】
以上のように得られた本実施例の圧電性を有する機能素子４０に対して、１００Ｖの電圧を印加して、耐電圧試験を実施して、不良の発生率を測定した。不良の発生率は１０％であった。一方、比較のために、従来技術として特許文献１に記載の方法である、ＭｇＯ基板を燐酸でエッチングして除去して作製した圧電素子について同様の耐電圧試験を行ったところ、不良の発生率は７５％であった。従って、本実施の形態で作製した圧電素子は、従来技術のように圧電膜の劣化による特性の劣化を大きく抑制することが可能であることが分かった。
【００４２】
なお、本実施例で使用したサファイアからなる成長基板１１は、その表面を研磨することにより繰り返し使用することができるため、従来技術のように、圧電素子の製造毎に高価な単結晶のＭｇＯ基板を消費するようなコストの増大を抑制することも可能であり、低製造コスト化と低環境負荷を実現できる。
【００４３】
図１０（ｃ）は本実施の形態の圧電性を有する機能素子４０を用いたインクジェットヘッド４１を示す図である（なお、図１０（ｂ）からみて図１０（ｃ）では図面の上下が入れ替わっていることに留意）。インクジェットヘッド４１はインクを収容する圧力室４４、インクを吹出す吹出口４５、その吹出口４５とつながった圧力室４４に圧力を印加するための圧電性を有する機能素子４０とから主に構成されている。吹出口４５と貫通穴４３からなる圧力室４４とはインクの流れるインク流路４６とつながっており、インクの流れる区域を区別する積層板４７、４８、４９とを備える。
【００４４】
インクジェットヘッド４１における記録動作の際には、電極１８と振動板兼電極４２との間に交流の電圧を印加して、機能膜１３の圧電効果によって、振動板兼電極４２をたわませて変形させることで、圧力室４４内のインクは加圧され、インクは吹出口４５から吐出される。
【００４５】
この本実施の形態のインクジェットヘッド４１に、周波数１０ｋＨｚの駆動信号と電圧５０Ｖの交流電圧を５日間印加したところ、インクの吐出不良は発生することはなかった。一方、従来の圧電素子を用いたインクジェットヘッドでは１０％の吐出不良が発生した。
【００４６】
（実施例２）
本発明の実施例では焦電性を有する機能素子である焦電センサを以下のように製造した。図５（ａ）は実施例２の焦電センサの製造途中における素子の断面図、図５（ｂ）、（ｃ）は焦電センサの断面および平面図である。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、成長基板１１として例えば酸化マグネシウムの（１００）面単結晶を用い、その上に界面分離膜１２としてＬｉxＣｏＯ2（式中xはx=0.７である）をレーザーアブレーション法で作成した。ＬｉＣｏＯ2ターゲットにＫｒＦエキシマレーザ照射し、酸素１０Ｐａの雰囲気中で６５０℃に加熱した基板上に１００ｎｍの厚みで堆積させた。引き続いて焦電性を有する機能膜１３としてペロブスカイト構造のＰｂを主成分とする（Ｐｂ0.85Ｌａ0.15）ＴｉＯ3（以下ＰＬＴと呼ぶ）を、同じ成長条件でレーザーアブレーションにより３μｍ形成した。
【００４８】
ここで、焦電特性を有する機能膜１３にはＢａＴｉＯ3，ＬｉＮｂＯ3，ＬｉＴａＯ3等の様々な強誘電体膜を用いることができる。特にＰｂを含むペロブスカイト型構造の(Ｐｂ,Ｌａ)ＴｉＯ3、（Ｐｂ,Cａ）ＴｉＯ3などを用いると、比較的低温で良質の焦電性薄膜が得られるので、界面分離膜１２の結晶を乱すことなく優れた機能膜を得ることができ好ましい。
【００４９】
次に、機能膜１３上にＰｔ等の電極３１を２００ｎｍスパッタ蒸着した後、スピンコート法でポリイミド等の高分子膜層を５μｍ形成して支持膜３２とした。支持膜３３を用いて貫通穴３５を設けたガラス、セラミックス等でできた転写基板２７を接着した。支持膜３２は熱伝導の悪い高分子物質等で構成し、転写基板２７への熱拡散を抑制できるので焦電性を有する機能膜１３による赤外線の感知性能を維持している。
【００５０】
次に実施の形態１と同様に、前記成長基板１１を水を含む容器に封入する工程を通して水分子を界面分離膜１２中に浸透させた。その結果、界面分離膜１２の結晶構造中に水が染み込むことにより界面分離膜１２が上下界面で剥がれ、焦電特性を有する機能膜１３は成長基板１１から分離して、転写基板２７へ転写される。図５（ｂ）に示すように、焦電特性を有する機能膜１３が分離された界面側に、赤外線を受光するための１００nｍのＮｉＣｒからなる電極３３をマスクを用いた蒸着により形成した。以上により焦電素子が得られた。
【００５１】
図５（ｃ）はこのようにして作られた焦電素子の電極３３側から見た平面図であり、図５（ｂ）は図５（ｃ）に示したＡ−Ｂ線で切断した断面を示している。本焦電素子の場合、赤外線を受光する電極３３は３本のラインから構成され、３方の赤外線の検出が可能な一次元センサの構成となっており、受光部３４に入力する赤外線の感知を行う。受光部３４に赤外線を入力するにはレンズやシャッター等（図示せず）を組み合すことで可能であり、左・右・中心の３方向の情報をそれぞれ３本の電極３３に赤外線を集光させることができる。従って、３方向を同時に感知する高性能赤外センサを構成できる。
【００５２】
本実施例では、熱伝導の悪い（熱伝導の小さい）高分子膜である支持膜３２および転写基板２７に予め設けた貫通穴３５により、受光部３４に受けた赤外線による転写基板２７への熱拡散による焦電性を有する機能膜１３の感度の低下を抑制することが可能となった。
【００５３】
（実施例３）
図６は本発明の実施例３における機能性圧電薄膜を用いた圧電カンチレバーの作製を示した図である。
【００５４】
サファイアｃ面を表面に有する成長基板１１上に連続スパッタリングにより、２００ｎｍのＮａ0.3ＣｏＯ2界面分離膜１２、５００ｎｍのＰｔ電極１４，３μｍの圧電機能を有するＰｂ（Ｚｒ0.7Ｔｉ0.3）Ｏ3機能膜１３を、６５０℃の成長温度で形成した。成長時のガス圧は１Ｐａとし、雰囲気はＰｔ電極１４の作製の時はアルゴンのみ、それ以外の成長時は酸素分圧をアルゴンに対して２０％とした。この条件の下で、Ｐｔ電極１４およびＰＺＴ機能膜１３ともに（１１１）面が基板に垂直に立ってエピタキシャル成長していることが確認された。その後、電子ビーム蒸着により、３０μｍ厚のステンレス膜で構成された振動板兼電極６２の層を室温で形成し、機能積層膜６０を形成した。
【００５５】
この機能積層膜６０について界面分離膜１２へ水分子浸透を行わせるため、水を１／３満たしたシャーレ中に、水に浸らないように台を設けて図２（ｃ）と同様の状況でふたで封し、４０℃に保って水分子の界面分離膜１２中への浸透を実施した。１時間後にシャーレから取り出した積層膜は、Ｎａ0.3ＣｏＯ2界面分離膜１２の両側から剥離して、図６（ｂ）のように圧電特性を有する機能膜１３の両側に電極１４、６２が設けられた構成となった。
【００５６】
これら電極１４、６２で挟み込まれた機能膜１３を１ｍｍ×５ｍｍの短冊状に切断し、圧電カンチレバー６１を構成した。図６（ｃ）に示したように一端を固定して電極間に電圧信号を加えることにより、信号に応じて一端が上下に動くアクチュエーターとして機能することが確認された。従来は膜の損傷無く基板から再現性よく剥がすことが難しく、この種のマイクロアクチュエーターの製造に難があったが、本製法によると工業的にも製造が容易で、光学系調整や微小位置調整等の各種のアクチュエーターの用途に幅広く応用可能である。
【００５７】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４における誘電薄膜を用いた高容量キャパシタの作製を示した図である。
【００５８】
チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ3（１００）からなる成長基板１１上に、スパッタリング法によりＮａ1.2ＮｂＯ3の界面分離膜１２とＳｒＴｉＯ3の機能膜１３を、それぞれ４００ｎｍと８００ｎｍの厚みで５００℃で形成した。それぞれの膜は成長基板１１と同じ（１００）面でエピタキシャル成長することが確認された。金からなる電極７２を１５０ｎｍ形成した後、フレキシブルな樹脂フィルムとしてポリイミドからなる支持膜７３をスピンコートにより２０μｍ形成した。
【００５９】
作製された積層膜を実施の形態１および２と同様に水蒸気中で剥離を行い（図２（ｃ））、界面分離膜１２のところで機能膜１３と成長基板１１と分離し、図７（ｂ）のように界面膜分離膜１２から剥がれた側の機能膜１３の表面を５０Ｗの減圧酸素雰囲気中のプラズマ処理により３０分間クリーニングを行った。このクリーニングは界面分離膜１２を完全に除去するとともに次の工程である電極７４の付着力を向上させるために行った。図７（ｃ）に示したように金からなる電極７４を蒸着して積層キャパシタを構成した。１ｍｍ角に切断することによりチップキャパシタとして、これまでのセラミックコンデンサより性能に優れた薄膜キャパシタを容易に製造することが可能となった。
【００６０】
（実施例５）
図８は本発明の実施例５における圧電膜を用いた高周波信号を表面弾性波に変換する表面弾性波デバイスの作製を示した図である。
【００６１】
成長基板１１上としてＭｇＯ（１００）の成長基板を用意し、成長基板上にスパッタリング法によりＮａ1.2ＮｂＯ3の界面分離膜１２とＫＮｂＯ3からなる機能膜１３を、それぞれ４００ｎｍと８００ｎｍの厚みで５００℃で堆積した。成長時のガス圧は１Ｐａとし、ガスはＡｒと酸素の混合ガスを用いて、酸素分圧はＡｒ分圧に対して３０％とした。Ｎａ1.2ＮｂＯ3およびＫＮｂＯ3のそれぞれの膜は成長基板１１と同じ（１００）面でエピタキシャル成長することが確認された。
【００６２】
次にＳｉからなる転写基板５１上に高音速膜５２としてダイヤモンド薄膜が形成された基板を用意した。ダイヤモンド薄膜はＣＶＤ法により２０μｍの厚みを転写基板５１上に堆積した後、表面を化学的機械的研磨により鏡面化して、１０μｍの厚みとした。ＭｇＯ（１００）の成長基板１１上に形成したＫＮｂＯ3からなる機能膜１３とダイヤモンドからなる高音速膜５２のそれぞれの面を貼り合わせて接合し、図８（ｂ）のような積層膜を形成した。次に、成長基板上に作製された積層膜を実施例１と同様に水蒸気中で剥離を行い、界面分離膜１２のところでＫＮｂＯ3からなる機能膜１３と成長基板１１とを分離した。
【００６３】
次に剥離した機能膜１３の表面上にＡｌ電極をスパッタリング法によりＡｒガス圧１Ｐａで形成した。その後、フォトリソグラフィー法によりこのＡｌ電極を図８（ｃ）に示すような交差指電極５３にして、表面弾性波デバイスを作製した。図８（ｄ）はデバイスの斜視図であり、図８（ｄ）のＡ−Ｂ面の断面図が図８（ｃ）となっている。
【００６４】
比較例として、本実施例で使用した、Ｓｉ基板上にダイヤモンド薄膜が堆積した基板を使用した。Ｓｉ基板上に堆積されたダイヤモンド薄膜の作成法は上記に記したものと同じ試料と基板を用いた。この基板上に圧電膜のＺｎＯを作製した。ＺｎＯ薄膜は、基板温度を２００℃で、Ａｒガスと酸素ガスの混合ガスを用いて、全圧を２Ｐａとしてスパッタリング法により８００ｎｍ形成した。酸素分圧はＡｒ分圧に対して、３０％とした。ダイヤモンド薄膜上に形成したＺｎＯ膜はＸ線構造解析により多結晶体であった。ＺｎＯ機能膜上には実施例３と同様にＡｌによる交差指電極を同様な方法で作成した。
【００６５】
本実施例により得られた２つの表面弾性波デバイスの電気機械結合係数と従来の手法により作成した比較例の表面弾性波デバイスの電気機械結合係数とを比較したところ、エピタキシャル成長したＫＮｂＯ3からなる本実施例により得られた表面弾性波デバイスの方が多結晶ＺｎＯよりなる比較例よりも１０％も大きいことがわかり、本発明の製造法を用いることで弾性表面波デバイスとして小型・広帯域化可能な特性を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、高性能な圧電素子やそれを備えたインクジェットヘッドに用いる圧電性機能性素子、焦電型赤外センサやイメージセンサ等に用いられる焦電性を有する焦電性機能性素子や高い誘電率特性を用いた高容量キャパシタ等の誘電性機能性素子の製法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における機能膜を成長基板から分離する製造工程図
【図２】本発明の実施の形態１（および２）における機能性素子の製造方法を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における機能膜を第1の基板（成長基板）から分離し、第２の基板（転写基板）に転写する製造工程図
【図４】本発明の実施の形態２における機能性素子の製造方法を示す図
【図５】本発明の実施例２における焦電センサの製造方法と製造途中における素子の断面および平面を示す図
【図６】本発明の実施例３における機能性圧電薄膜を用いた圧電カンチレバーの製造方法を示す図
【図７】本発明の実施例４におけ誘電薄膜を用いた高容量キャパシタの製造方法を示す図
【図８】本発明の実施例５における圧電膜を用いた表面弾性波デバイスの製造方法を示した図
【図９】本発明の実施例１における電機能素子とインクジェットヘッドの製造工程図
【図１０】本発明の実施例１における圧電機能素子とインクジェットヘッドの製造方法を示す図
【符号の説明】
【００６８】
１０、２０、３０、５０  機能積層膜
１１  成長基板（第１の基板）
１２  界面分離膜
１３  機能膜
１４、１７、１８  電極膜
２１  水
２２  容器
２３  ふた
２４  土台
２５  密閉容器
２６  接着樹脂
２７  転写基板（第２の基板）
３１  電極
３２  支持膜
３３  電極
３４  受光部
３５  貫通穴
４１  インクジェットヘッド
４２  振動板兼電極
４３  貫通穴
４４  圧力室
４５  吹出口
４６  インク流路
４７、４８、４９  積層板
５１  転写基板
５２  高音速膜
５３  交差指電極
６１  圧電カンチレバー
６２  振動板兼電極
７２  電極
７３  支持膜
７４  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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