(57)【要約】  【課題】  成膜基板上に形成された機能性膜を成膜基板から容易に剥離することができる機能性膜の製造方法を提供する。  【解決手段】  所定の温度に対して耐熱性を有する材料を含む基板上に、無機材料を用いて分離層を形成する工程（ａ）と、分離層上に、機能性材料を用いて形成される機能性膜を含む被剥離層を形成する工程（ｂ）と、基板と分離層と被剥離層とを含む構造体を該所定の温度で熱処理することにより、被剥離層を基板から剥離させる、又は、被剥離層と基板との接合強度を低下させる工程（ｃ）とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に無機材料を用いて形成された分離層と、
前記分離層上に配置され、機能性材料を用いて形成された機能性膜を含む被剥離層と、
を具備する機能性膜含有構造体であって、
前記被剥離層が、前記分離層を加熱することにより前記基板から剥離される、又は、前記被剥離層と前記基板との接合強度が、前記分離層を加熱することにより低下する、前記機能性膜含有構造体。
【請求項２】
前記分離層が、加熱されることにより分解してガスを発生する材料を含む、請求項１記載の機能性膜含有構造体。
【請求項３】
前記分離層が、炭酸塩と、硫酸塩と、硝酸塩との内の少なくとも１つを含む、請求項２記載の機能性膜含有構造体。
【請求項４】
前記分離層が、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）、硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）、硫酸ビスマス（Ｂｉ（ＳＯ４）３）、硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ３）の内の少なくとも１つを含む、請求項３記載の機能性膜含有構造体。
【請求項５】
前記分離層が、加熱されることにより、雰囲気中の気体、又は、前記基板若しくは前記被剥離層に含まれる材料と反応してガスを発生する材料を含む、請求項１記載の機能性膜含有構造体。
【請求項６】
前記分離層が、金属窒化物と、金属炭化物と、金属硫化物との内の少なくとも１つを含む、請求項５記載の機能性膜含有構造体。
【請求項７】
前記基板が、酸化物単結晶基板と、半導体単結晶基板と、セラミックス基板と、ガラス基板と、金属基板との内のいずれか１つを含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項８】
前記機能性膜が、圧電性材料と、焦電性材料と、強誘電性材料との内の少なくとも１つを含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項９】
前記機能性膜が、超伝導材料を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１０】
前記機能性膜が、磁性材料を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１１】
前記機能性膜が、半導体材料を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１２】
前記被剥離層が、前記分離層上に形成された電極層と、該電極層上に形成された機能性膜とを有する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１３】
少なくとも前記被剥離層に所定のパターンが形成されている、請求項１〜１２のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項１４】
所定の温度に対して耐熱性を有する材料を含む基板上に、無機材料を用いて分離層を形成する工程（ａ）と、
前記分離層上に、機能性材料を用いて形成される機能性膜を含む被剥離層を形成する工程（ｂ）と、
前記基板と前記分離層と前記被剥離層とを含む構造体を該所定の温度で熱処理することにより、前記被剥離層を前記基板から剥離させる、又は、前記被剥離層と前記基板との接合強度を低下させる工程（ｃ）と、
を具備する機能性膜の製造方法。
【請求項１５】
前記分離層が、加熱されることにより分解してガスを発生する材料を含む、請求項１４記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１６】
前記分離層が、炭酸塩と、硫酸塩と、硝酸塩との内の少なくとも１つを含む、請求項１５記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１７】
前記分離層が、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）、硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）、硫酸ビスマス（Ｂｉ（ＳＯ４）３）、硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ３）の内の少なくとも１つを含む、請求項１６記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１８】
前記分離層が、加熱されることにより、雰囲気中の気体、及び／又は、前記基板若しくは前記被剥離層に含まれる材料と反応してガスを発生する材料を含む、請求項１４記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１９】
前記分離層が、金属窒化物と、金属炭化物と、金属硫化物との内の少なくとも１つを含む、請求項１８記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２０】
前記基板が、酸化物単結晶基板と、半導体単結晶基板と、セラミックス基板と、ガラス基板と、金属基板との内のいずれか１つを含む、請求項１４〜１９のいずれか１項記載の機能性膜含有構造体。
【請求項２１】
前記機能性膜が、圧電性材料と、焦電性材料と、強誘電性材料との内の少なくとも１つを含む、請求項１４〜２０のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２２】
前記機能性膜が、超伝導材料を含む、請求項１４〜２０のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２３】
前記機能性膜が、磁性材料を含む、請求項１４〜２０のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２４】
前記機能性膜が、半導体材料を含む、請求項１４〜２０のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２５】
工程（ｂ）が、前記分離層上に電極層を形成することと、該電極層上に機能性膜を形成することとを含む、請求項１４〜２４のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２６】
工程（ｂ）が、前記分離層上に直接又は間接的に形成された機能性膜上に電極層を形成することを含む、請求項１４〜２５のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２７】
工程（ｃ）が、前記基板と前記分離層と前記被剥離層とを含む構造体を５００℃以上で熱処理することを含む、請求項１４〜２６のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【請求項２８】
工程（ｂ）の後に、少なくとも前記被剥離層に、エッチングによりパターンを形成する工程をさらに具備する請求項１４〜２７のいずれか１項記載の機能性膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体、圧電体、焦電体、磁性体、半導体等を含む機能性膜の製造方法、及び、機能性膜の製造過程において用いられる機能性膜含有構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスの小型化、高速化、集積化、多機能化等のニーズに伴い、誘電体、圧電体、磁性体、焦電体、半導体のように、電界や磁界を印加することにより所定の機能を発現する電子セラミックス等の機能性材料を含む素子を、様々な成膜技術を用いて製造する研究が盛んに進められている。
【０００３】
例えば、インクジェットプリンタにおいて高精細且つ高画質の印字を可能とするためには、インクジェットヘッドのインクノズルを微細化すると共に高集積化する必要がある。そのため、各インクノズルを駆動する圧電アクチュエータについても、同様に、微細化及び高集積化することが求められる。そのような場合に、バルク材よりも薄い層を形成でき、且つ、微細なパターン形成が可能な成膜技術が望まれており、スパッタ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法等の成膜技術が研究されている。
【０００４】
ところが、成膜によって形成された機能性材料の膜（単に、「機能性膜」ともいう）は、成膜後の状態では十分に機能を発揮しておらず、バルク材に比較して性能が劣ることが問題となっている。
機能性膜の機能を十分に発現させるためには、成膜後に比較的高温（例えば、５００℃〜１０００℃程度）で熱処理することが必要となる。その際には、成膜時に使用された基板（成膜基板）も同時に熱処理されることになるので、成膜基板の材料に高い耐熱性が要求される。一方、作製された機能性膜を利用する場合には、例えば、樹脂を用いたフレキシブル基板のように、機器に応じて様々な種類の基板を使用したいという要望がある。そのため、成膜基板上に形成された機能性膜を、その機能を損なうことなく成膜基板から剥離できる方法が検討されている。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、耐熱性基体、炭素及び／又は炭素化合物を主体とする離型層及び機能性薄膜を主たる構成要素とする薄膜転写用積層体が開示されている（第１、３頁）。また、特許文献１には、上記離型層は酸化（燃焼）により除去できるので、機能性薄膜を耐熱性基体から剥離して別の基体に転写することが可能となることが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、被剥離物の物性や条件等にかかわらず、容易に剥離することができ、特に、種々の転写体への転写を可能とするための剥離方法が開示されている。この方法は、基板上に複数の層の積層体よりなる分離層を介して存在する被剥離物を上記基板から剥離する剥離方法であって、上記分離層に照射光を照射して、上記分離層の層内及び／又は界面において剥離を生ぜしめ、上記被剥離物を上記基板から離脱させる剥離方法が開示されている（第１、２頁）。
【０００７】
特許文献３には、機能性薄膜構造と分離層の界面で容易且つ完全に剥離させることにより、欠陥の少ない機能性薄膜を得るための機能性薄膜の転写方法が開示されている。即ち、この方法は、第１基板上に形成した機能性薄膜を第２基板上に転写する転写方法であって、第１基板上に金属窒化物層を含む分離層を形成し、引き続いて分離層上に、直接、酸素を含む機能性薄膜構造を形成し、機能性薄膜構造上に第２基板を設け、加熱により機能性薄膜構造側の分離層を酸化して酸化層を形成し、酸化層と機能性薄膜構造との界面で剥離して第１基板上に形成した機能性薄膜構造を第２基板上に転写する（第１頁）。
【特許文献１】特開昭５４−９４９０５号公報（第１、３頁）
【特許文献２】特開平１０−１２５９２９号公報（第１、２頁）
【特許文献３】特開２００２−３０５３３４号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１においては、酸化反応により離型層を除去しているので、熱処理工程における雰囲気が酸素雰囲気に限定されてしまう。また、離型層として炭素又は炭素化合物を用いているので、加熱温度に上限がある。例えば、特許文献１に開示されている実施例においては、転写工程における処理温度が最高で６３０℃となっている。従って、特許文献１に開示されている発明を、比較的高温（例えば、９００℃以上）における熱処理が必要な電子セラミックスの製造に適用することはできない。
【０００９】
また、特許文献２においては、分離層に含まれる光吸収層にレーザ光を照射して、光吸収層にアブレーションを起こさせることにより、分離層内に剥離を生じさせている。その際に、基板を介して分離層に照射光を照射しているので、基板に透光性が必要とされる。そのため、基板材料が限定されてしまうので好ましくない。
【００１０】
さらに、特許文献３においては、窒化物層及び酸化物層を含む複雑な積層構造を形成しているため、工程が煩雑であり、製造コストが上昇してしまうおそれがある。また、特許文献３においては、分離層に含まれる金属窒化物層が熱処理により酸化物に変化し、それにより両者の界面に応力が生じて密着力が低下することを利用して、両者を機械的に引き剥がしているので、剥離性に問題があるとも考えられる。
【００１１】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、成膜基板上に形成された機能性膜を成膜基板から容易に剥離することができる機能性膜の製造方法を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、そのような機能性膜の製造過程において用いられる機能性膜含有構造体を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る機能性膜含有構造体は、基板と、該基板上に無機材料を用いて形成された分離層と、該分離層上に配置され、機能性材料を用いて形成された機能性膜を含む被剥離層とを具備する機能性膜含有構造体であって、上記被剥離層が、上記分離層を加熱することにより基板から剥離される、又は、上記被剥離層と基板との接合強度が、上記分離層を加熱することにより低下する。
【００１３】
また、本発明の１つの観点に係る機能性膜の製造方法は、所定の温度に対して耐熱性を有する材料を含む基板上に、無機材料を用いて分離層を形成する工程（ａ）と、分離層上に、機能性材料を用いて形成される機能性膜を含む被剥離層を形成する工程（ｂ）と、基板と分離層と被剥離層とを含む構造体を該所定の温度で熱処理することにより、被剥離層を基板から剥離させる、又は、被剥離層と基板との接合強度を低下させる工程（ｃ）とを具備する。
【００１４】
ここで、「反応」とは、物質又は物質系から組成や構造が異なる別の物質又は物質系が生成される過程のことをいい、１種の化合物が２種以上のより簡単な物質に変化する過程、及び、少なくとも一方が化合物である２種の物質に基づいて、最初とは異なる２種以上の物質が生成される過程を含む。また、前者の場合を、特に「分解」といい、加熱によりもたらされる分解のことを「熱分解」という。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、成膜基板と機能性膜との間に、加熱により除去できる無機材料を含む分離層を設けるので、成膜基板と機能性膜とを容易に剥離し、又は、両者の接合強度を低下させて、後工程において力学的に簡単に剥離することができる。そのため、熱処理により機能性膜の特性を向上させることができ、また、特性が向上した機能性膜を、比較的耐熱性の低いフレキシブル基板等に配置して利用することが可能となる。従って、優れた特性を有する素子をアプリケーションに応じて適切に機器に搭載することが可能となり、そのような素子を利用する機器全体の性能を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法を示すフローチャートである。また、図２〜図４は、本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法を説明するための図であり、その内の図２は、本発明の第１の実施形態に係る機能性含有構造体を作製する工程を示している。
【００１７】
まず、図１の工程Ｓ１において、図２の（ａ）に示すような基板１０１を用意する。基板１０１としては、例えば、酸化物単結晶基板、半導体単結晶基板、セラミックス基板、ガラス基板、又は、金属基板が用いられる。
酸化物単結晶基板材料としては、具体的に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル（アルミン酸マグネシウム、ＭｇＡｌ２Ｏ４）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、ランタンアルミネート（アルミン酸ランタン、ＬａＡｌＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等が挙げられる。これらの材料は酸化雰囲気において安定しているので、大気中において高温（例えば、酸化マグネシウムの場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。また、製造目的とする機能性膜に応じて、所定の格子定数を有する基板材料を選択することにより、エピタキシャル成長により機能性膜を形成することができる。
【００１８】
半導体単結晶基板の材料としては、具体的に、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（ＧａＰ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等が挙げられる。これらの材料は還元雰囲気において安定しているので、還元雰囲気中において高温（例えば、シリコンの場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。また、製造目的とする機能性膜に応じて、所定の格子定数を有する基板材料を選択することにより、エピタキシャル成長により機能性膜を形成することができる。
【００１９】
セラミックス基板の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。これらの材料は大気中において安定していると共に高い耐熱性を有しているので、大気中において高温（例えば、アルミナの場合には、１１００℃程度）で熱処理することができる。また、安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】
ガラス基板の材料としては、具体的に、ケイ酸ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス等が挙げられる。これらの材料は酸化雰囲気において安定しているので、大気中において高温（例えば、ケイ酸ガラスの場合には、９００℃程度）で熱処理することができる。また、単結晶基板よりも安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
金属基板の材料としては、具体的に、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）等の金属、及び、ステンレス等の合金が挙げられる。これらの材料は還元雰囲気において安定しているので、還元雰囲気中において高温（例えば、白金の場合には、１０００℃程度）で熱処理することができる。また、単結晶基板よりも安価なので、製造コストの低減を図ることができる。
基板材料は、後述するように、製造目的とする機能性膜の成膜温度、熱処理（ポストアニール）温度、及び、熱処理雰囲気に応じて選択される。
【００２２】
次に、工程Ｓ２において、図２の（ｂ）に示すように、基板１０１上に分離層１０２を形成する。分離層１０２は、後の工程において形成される機能性膜を基板１０１から剥離する際に除去される犠牲層である。分離層１０２の材料としては、加熱されることにより熱分解等の反応を生じさせてガスを発生する材料が用いられる。具体的には、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）等の炭酸塩の内の少なくとも１つを含む化合物、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）、硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）、硫酸ビスマス（Ｂｉ（ＳＯ４）３）等の硫酸塩の内の少なくとも１つを含む化合物、硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）、硝酸セシウム（ＣｓＮＯ３）等の硝酸塩の内の少なくとも１つを含む化合物が用いられる。これらの化合物は、加熱されることにより分解してガスを発生させる。例えば、炭酸カルシウムを加熱することにより、分解反応（ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２↑）が生じて炭酸ガス（ＣＯ２）が発生する。
【００２３】
或いは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの内の少なくとも１つの元素を含む金属窒化物、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗの内の少なくとも１つの元素を含む金属硫化物、ＴｉＣ等の金属炭化物を用いても良い。これらの化合物は、所定の気体雰囲気中において加熱されることにより気体中の成分と反応してガスを発生させたり、加熱されることにより隣接する層、即ち、基板１０１や後述する被剥離層１０３又は１０４に含まれる材料と反応してガスを発生させる。例えば、酸化物を含む基板及び金属窒化物を含む分離層を用いる場合には、分離層が酸化物基板と反応して窒素（Ｎ２）を発生させる。
また、分離層を形成する方法としては、スピンコーティング、スパッタ法、ＣＶＤ（化学気相成長法）等の公知の方法を用いることができる。
【００２４】
ここで、工程Ｓ１において用意される基板１０１及び工程Ｓ２において形成される分離層１０２については、製造目的とする機能性膜の成膜温度、熱処理温度、及び、熱処理雰囲気や、既存の熱処理設備等に応じて適切な材料を選択することが望ましい。例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を製造する場合には、熱処理温度が５００℃程度となるので、５００℃以上の耐熱性を有する基板材料を選択すると共に、５００℃付近又はそれよりも低い温度において熱分解等の反応を示す分離層材料を選択することが望ましい。さらに、このような観点に加えて、後述する被剥離層との相互作用（拡散等）を考慮して分離層材料を選択することが望ましい。
【００２５】
次に、工程Ｓ３において、図２の（ｃ）に示すように、分離層１０２上に、製造目的とする機能性膜の材料（機能性材料）を含む被剥離層１０３を形成する。被剥離層１０３は、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法等の公知の方法を用いることにより形成される。ここで、ＡＤ法とは、原料の粉体をガス中に分散させたエアロゾルを生成し、それをノズルから基板に向けて噴射して原料の粉体を下層に衝突させることにより、原料を基板上に堆積させる成膜方法であり、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。
【００２６】
本実施形態においては、機能性材料として具体的に次のような材料が用いられる。
メモリー素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等が挙げられる。
アクチュエータ等の圧電素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等、及び、これらの固溶体が挙げられる。
【００２７】
赤外線センサ等の焦電素子に用いられる機能性膜の材料として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等が挙げられる。
コンデンサ等の受動部品に用いられる機能性膜の材料として、ＢａＳｒＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等が挙げられる。
光スイッチ等の光学素子に用いられる機能性膜の材料として、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３等が挙げられる。
【００２８】
超伝導磁束量子干渉計（superconducting quantum interference device：ＳＱＵＩＤ）等の超伝導素子に用いられる機能性膜の材料として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０等が挙げられる。ここで、ＳＱＵＩＤとは、超伝導を利用した高感度の磁気センサ素子のことである。
太陽電池等の光電変換素子に用いられる機能性膜の材料として、アモルファスシリコンや化合物半導体が挙げられる。
磁気ヘッド等のマイクロ磁気素子に用いられる機能性膜の材料として、ＰｄＰｔＭｎ、ＣｏＰｔＣｒ等が挙げられる。
ＴＦＴ等の半導体素子に用いられる機能性膜の材料として、アモルファスシリコン等が挙げられる。
【００２９】
或いは、工程Ｓ３において、図２の（ｃ）に示すように、機能性材料層を分離層１０２上に直接形成するのではなく、図３に示すように、電極層１０４ａを介して機能性材料層を形成しても良い。この場合には、電極層１０４ａ及び機能性材料層１０４ｂが被剥離層１０４に含まれる。電極層１０４ａは、スパッタ法や蒸着法やＡＤ法等の公知の方法により、予め分離層１０２上に形成しておけば良い。
これらの工程Ｓ１〜Ｓ３によって形成された基板１０１、分離層１０２、及び、被剥離層１０３又は１０４が、本実施形態に係る機能性膜含有構造体に含まれる。
【００３０】
次に、図１の工程Ｓ４において、機能性膜含有構造体（図２の（ｃ）又は図３）を熱処理する。この熱処理は、機能性膜において粒成長を促進したり、結晶性を向上させることによって、膜の機能を向上させると共に、被剥離層１０３又は１０４を分離層１０２から剥離し、又は、両者の接合強度を低下させることにより剥離し易くするために行われる。例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＢａＳｒＴｉ３等の機能性膜を製造する場合には、５００℃以上の温度で熱処理される。また、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０等の機能性膜を製造する場合には、７００℃以上で熱処理される。
【００３１】
先に述べたように、分離層１０２は、反応温度が機能性膜の熱処理温度と同程度、又は、それよりも低い材料によって形成されている（工程Ｓ２）。そのため、機能性膜に対して熱処理を行うことにより、分離層１０２において熱分解等の反応が生じてガスが発生する。その結果、図４に示すように、分離層１０２が消失して被剥離層１０３が基板１０１から剥離される。或いは、ガスが発生した結果、被剥離層１０３と基板１０１との接合強度が低下するので、熱処理と同時に、又は、後の工程において、被剥離層１０３を基板１０１から力学的に容易に剥離することができる。
【００３２】
さらに、図５に示すように、剥離された被剥離層１０３、即ち、機能性膜の両面に電極１０５及び１０６を形成することにより、機能性膜素子が完成する。電極１０５及び１０６は、スパッタ法や蒸着法等の公知の方法を用いることにより形成することができる。なお、被剥離層１０３の上面に形成される電極１０５については、工程Ｓ４において被剥離層１０３を基板１０１から剥離する前に形成しても良い。また、図３に示す機能性膜含有構造体を用いる場合には、電極層１０４ａの反対側に電極を形成するだけで良い。
【００３３】
（実施例１）
ジルコニア（ＺｒＯ２）基板上に炭酸水素カルシウム溶液をスピンコーティングにより塗布して、２００℃の雰囲気中において乾燥させることにより、分離層として、厚さが約０．２μｍの炭酸カルシウム薄膜を形成した。この炭酸カルシウム薄膜上に、蒸着により白金（Ｐｔ）電極を形成し、その上に、ＡＤ法により厚さが約５０μｍのＰＺＴ膜を形成した。その際には、基板を温度４００℃に加熱した。それにより得られたＰＺＴ膜の圧電定数ｄ３１を測定したところ、５０ｐｍ／Ｖであった。
【００３４】
このＰＺＴ膜が形成されたジルコニア基板を約９５０℃の雰囲気中において熱処理した。それにより、炭酸カルシウム薄膜が分解してガスを発生し、その結果、ＰＺＴ膜及び白金電極がジルコニア基板から剥離された。このＰＺＴ膜の圧電定数ｄ３１は、２５０ｐｍ／Ｖであった。このように、熱処理によってＰＺＴ膜の圧電性能が高められたことが確認された。また、ＰＺＴ膜及び白金電極に、ひびや剥がれ等の破損は観察されなかった。
【００３５】
（実施例２）
表面にシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されているシリコン（Ｓｉ）基板上に、反応性スパッタ法により、分離層として厚さが約０．３μｍの窒化チタン膜を形成した。次に、この窒化チタン膜上に、スパッタ法により白金（Ｐｔ）の下部電極を形成し、その上に、ＡＤ法により、厚さが約１０μｍのＢａＴｉＯ３膜を形成した。その際には、基板温度を約４００℃とした。さらに、そのＢａＴｉＯ３膜上に、スパッタ法により白金（Ｐｔ）の上部電極を形成した。それにより得られたＢａＴｉＯ３膜の誘電率εを測定したところ、ε＝４００であった。
【００３６】
次に、このようなＢａＴｉＯ３膜が形成されたシリコン基板を、約８００℃の雰囲気中において熱処理した。それにより、窒化チタン膜が反応してガスを発生し、その結果、ＢａＴｉＯ３膜及びその両面の白金電極がシリコン基板から剥離された。熱処理後のＢａＴｉＯ３膜の誘電率εを測定したところ、ε＝２０００であった。このように、熱処理によってＢａＴｉＯ３膜の誘電特性が高められたことが確認された。また、ＢａＴｉＯ３膜及びその両面の白金電極を観察したところ、ひびや剥がれ等の破損は確認されなかった。
【００３７】
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、成膜基板と機能性膜との間に分離層を設けることにより、熱処理によって機能性膜を成膜基板から容易に剥離し、又は、両者の接合強度を低下させることができる。従って、ＡＤ法により成膜され、さらに、熱処理により高い機能を付与された機能性膜を含む素子を、所望の基板に配置することが可能となる。即ち、基板として、樹脂等によって形成されたフレキシブル基板を使用することができるので、アプリケーションに応じて基板材料の選択の幅を広げることができる。また、機能性膜に対する熱処理温度や熱処理雰囲気に応じて、適切な分離層の材料を選択することにより、熱処理工程と剥離工程とを同時に行うことができるので、製造工程が簡単になり、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００３８】
本実施形態においては、基板上の全面に機能性膜を形成しているが、図６の（ａ）に示すように、少なくとも被剥離層１０３に所望のパターンを形成しても良い。その場合には、工程Ｓ３において、所望のパターンを有する開口が形成されたメタルマスクを用いてＡＤ法等による成膜を行えば良い。または、所望のパターンを有する開口が形成されたレジスト層を分離層１０２上に形成し、被剥離層１０３を形成した後でレジストを除去すれば良い。或いは、分離層１０２上の全面に被剥離層１０３を形成した後で、エッチングにより少なくとも被剥離層１０３にパターンを形成しても良い。図６の（ｂ）に示すように、そのようにしてパターンが形成された機能性膜含有構造体を加熱することにより、予め所望の形状を有する機能性膜を得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態の変形例として、図１に示す工程Ｓ４において、機能性膜含有構造体に熱処理を施すのと並行して、紫外線、赤外線、マイクロ波等の電磁波を分離層１０２（図２）に照射しても良い。例えば、分離層１０２を形成している材料の吸収帯に応じた波長を有するレーザ光を分離層に照射することにより、分離層１０２が活性化されるので、機能性膜１０３と基板１０１との剥離を促進することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、誘電体、圧電体、焦電体、磁性体、半導体、超伝導体等の機能性材料を含むメモリー素子、圧電素子、焦電素子、コンデンサ等の受動素子、光学素子、超伝導素子、光電変換素子、マイクロ磁気素子、及び、半導体素子、並びに、それらの素子が適用された機器において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】機能性膜含有構造体の別の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る機能性膜の製造方法により製造された機能性膜を含む機能性素子を示す断面図である。
【図６】図６の（ａ）は、パターンが形成された機能性膜含有構造体を示す断面図であり、図６の（ｂ）は、それを用いた機能性膜の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１  基板
１０２  分離層
１０３、１０４  被剥離層
１０４ａ  電極層
１０４ｂ  機能性材料層
１０５、１０６  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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