(57)【要約】【課題】  一方向凝固シリコンを用いた機能性構造物素子、機能性構造物素子の製造方法及び機能性構造物製造用基板を提供する。【解決手段】  まず、図１（ａ）に示すように、一方向凝固シリコンからなる基板１２を用意する。次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２上に、機能性材料の構造物（機能性膜）１４を形成して、機能性構造物素子１０を製造する。図１（ｂ）において、機能性膜１４を形成する方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法等がある。なお、基板１２と機能性膜１４の間に、バッファ層を設けてもよい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板と、
前記基板上に機能性材料を用いて形成された機能性構造物と、
を備えることを特徴とする機能性構造物素子。
【請求項２】
前記基板の表面の面方位が（００１）であることを特徴とする請求項１記載の機能性構造物素子。
【請求項３】
前記基板と前記機能性構造物との間に形成されたバッファ層を更に備え、
前記機能性構造物は、前記機能性材料を前記バッファ層上にエピタキシャル成長させることにより形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の機能性構造物素子。
【請求項４】
前記バッファ層は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうち少なくとも１つを含む物質であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の機能性構造物素子。
【請求項５】
前記機能性材料は、圧電性材料、焦電性材料又は強誘電性材料のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の機能性構造物素子。
【請求項６】
前記機能性材料は、超伝導材料を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の機能性構造物素子。
【請求項７】
前記機能性材料は、磁性材料を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の機能性構造物素子。
【請求項８】
前記機能性材料は、半導体材料を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の機能性構造物素子。
【請求項９】
少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板を形成するステップと、
前記基板上に機能性材料を用いて機能性構造物を形成するステップと、
を備えることを特徴とする機能性構造物素子の製造方法。
【請求項１０】
少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板を形成するステップと、
前記基板上にバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層上に機能性材料をエピタキシャル成長させて機能性構造物を形成するステップと、
を備えることを特徴とする機能性構造物素子の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板と、
前記基板と前記機能性構造物との間に形成されたバッファ層と、
を備えることを特徴とする機能性構造物製造用基板。
【請求項１２】
前記バッファ層は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうち少なくとも１つを含む物質であることを特徴とする請求項１１記載の機能性構造物製造用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性構造物素子、機能性構造物素子の製造方法及び機能性構造物製造用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子セラミックス等の機能性材料を用いて形成された機能性膜素子を利用する研究が盛んである。一般に、機能性膜素子の機能を十分に発揮させるためには、比較的高温（例えば、５００℃〜１０００℃程度）での熱処理が必要であるため、機能性材料が成膜される基板には耐熱性が要求される。耐熱性を有する比較的安価な基板としては、単結晶シリコンウエハがよく用いられる。単結晶シリコンウエハはチョクラルスキー（ＣＺ）法により作製されるが、ＣＺ法ではシリコンインゴットの大型化が困難であった。ＣＺ法により作製されたシリコンインゴットの直径は、最大で約３００ｍｍ程度であった。
【０００３】
ところで、大型化が可能な基板材料としては、一方向凝固させた多結晶シリコン（一方向凝固シリコン、柱状晶シリコン）が提案されている（特許文献１参照）。一方向凝固シリコンは、大型化が可能で、かつ、安価であるという利点を有する。
【特許文献１】特開２００３−２８６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１は、太陽電池基板以外の一方向凝固シリコンの用途を提供するものではなかった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、一方向凝固シリコンを用いた機能性構造物素子、機能性構造物素子の製造方法及び機能性構造物製造用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に係る機能性構造物素子は、少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板と、前記基板上に機能性材料を用いて形成された機能性構造物とを備えることを特徴とする。なお、請求項１では、基板と機能性構造物との間に、別の物質層が含まれるように構成してもよい。
【０００７】
請求項１に係る機能性構造物素子によれば、大型化が容易な一方向凝固シリコンの基板を用いることにより、機能性構造物素子の大型化を図ることができる。また、一方向凝固シリコンの基板の単位面積当たりの価格は安価であるため、機能性構造物素子の低コスト化を図ることができる。さらに、一方向凝固シリコンの基板の大型化により、１枚の一方向凝固シリコンの基板から１回の製造工程で大量の機能性構造物素子を製造できるため、機能性構造物素子の単価の低コスト化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に係る機能性構造物素子は、請求項１において、前記基板の表面の面方位が（００１）であることを特徴とする。請求項２は、基板表面におけるシリコン結晶の面方位について限定したものである。
【０００９】
請求項３に係る機能性構造物素子は、請求項１又は２において、前記基板と前記機能性構造物との間に形成されたバッファ層を更に備え、前記機能性構造物は、前記機能性材料を前記バッファ層上にエピタキシャル成長させることにより形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る機能性構造物素子によれば、一方向凝固シリコンの基板と機能性構造物との間にバッファ層を形成することで、一方向凝固シリコンの基板表面に機能性材料を直接成膜する場合に比べ、酸素や機能性材料の元素の基板表面への拡散を抑制できるため、機能性材料をより安定して成膜でき、また、機能性構造物の品質を向上できる。更に、一方向凝固シリコンの基板と、機能性構造物の格子定数が異なる場合に、一方向凝固シリコンと機能性材料の中間的な性質を有する物質（例えば、格子定数が一方向凝固シリコンと機能性材料の中間の物質）により形成されたバッファ層を設けた場合は、更に機能性構造物の品質を向上させることができる。
【００１１】
請求項４に係る機能性構造物素子は、請求項１から３において、前記バッファ層は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうち少なくとも１つを含む物質であることを特徴とする。請求項４は、バッファ層の材料物質を限定したものである。
【００１２】
請求項５に係る機能性構造物素子は、請求項１から４において、前記機能性材料は、圧電性材料、焦電性材料又は強誘電性材料のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。請求項６に係る機能性構造物素子は、請求項１から４において、前記機能性材料は、超伝導材料を含むことを特徴とする。請求項７に係る機能性構造物素子は、請求項１から４において、前記機能性材料は、磁性材料を含むことを特徴とする。請求項８に係る機能性構造物素子は、請求項１から４において、前記機能性材料は、半導体材料を含むことを特徴とする。請求項５から８は、機能性材料を限定したものである。
【００１３】
請求項９に係る機能性構造物素子の製造方法は、少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板を形成するステップと、前記基板上に機能性材料を用いて機能性構造物を形成するステップとを備えることを特徴とする。なお、請求項９では、基板と機能性構造物との間に、別の物質層が含まれるように構成してもよい。
【００１４】
請求項９に係る機能性構造物素子の製造方法によれば、大型化が容易な一方向凝固シリコンの基板を用いることにより、機能性構造物素子の大型化を図ることができる。また、一方向凝固シリコンの基板の単位面積当たりの価格は安価であるため、機能性構造物素子の低コスト化を図ることができる。さらに、一方向凝固シリコンの基板の大型化により、１枚の一方向凝固シリコンの基板から１回の製造工程で大量の機能性構造物素子を製造できるため、機能性構造物素子の単価の低コスト化を図ることができる。
【００１５】
請求項１０に係る機能性構造物素子の製造方法は、少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板を形成するステップと、前記基板上にバッファ層を形成するステップと、前記バッファ層上に機能性材料をエピタキシャル成長させて機能性構造物を形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に係る機能性構造物素子の製造方法によれば、一方向凝固シリコンの基板と機能性構造物との間にバッファ層を形成することで、一方向凝固シリコンの基板表面に機能性材料を直接成膜する場合に比べ、酸素や機能性材料の元素の基板表面への拡散を抑制できるため、機能性材料をより安定して成膜でき、また、機能性構造物の品質を向上できる。更に、一方向凝固シリコンの基板と、機能性構造物の格子定数が異なる場合に、一方向凝固シリコンと機能性材料の中間的な性質を有する物質（例えば、格子定数が一方向凝固シリコンと機能性材料の中間の物質）により形成されたバッファ層を設けた場合は、更に機能性構造物の品質を向上させることができる。
【００１７】
請求項１１に係る機能性構造物製造用基板は、少なくとも一方向凝固シリコンからなる表面を有する基板と、前記基板と前記機能性構造物との間に形成されたバッファ層とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に係る機能性構造物製造用基板は、請求項１１において、前記バッファ層は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうち少なくとも１つを含む物質であることを特徴とする。請求項１２は、請求項１１のバッファ層の材料物質を限定したものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大型化が容易な一方向凝固シリコンの基板を用いることにより、機能性構造物素子の大型化を図ることができる。また、一方向凝固シリコンの基板の単位面積当たりの価格は安価であるため、機能性構造物素子の低コスト化を図ることができる。さらに、一方向凝固シリコンの基板の大型化により、１枚の一方向凝固シリコンの基板から１回の製造工程で大量の機能性構造物素子を製造できるため、機能性構造物素子の単価の低コスト化を図ることができる。また、一方向凝固シリコンの基板と、機能性構造物の格子定数が大きく異なる場合に、一方向凝固シリコンと機能性材料の中間的な性質を有する物質（例えば、格子定数が一方向凝固シリコンと機能性材料の中間の物質）により形成されたバッファ層を設けることにより、機能性構造物の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明に係る機能性構造物素子、機能性構造物素子の製造方法及び機能性構造物製造用基板の好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る機能性構造物素子の製造方法を示す図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、機能性構造物素子の製造工程の各段階における断面図である。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示すように、一方向凝固シリコンからなる基板１２を用意する。基板１２は、例えば、ジェムコ（ＪＥＭＣＯ）社製の一方向凝固シリコン（柱状晶シリコン）から形成することができる。
【００２３】
ここで、一方向凝固シリコンからなる基板１２の製造工程の例について、図２を参照して説明する。図２は、一方向凝固シリコンからなる基板１２の製造工程を模式的に示す図である。
【００２４】
図２に示すシリコンインゴットの製造装置２０は、水平断面積が大きいルツボ２１と、ルツボ２１の上方に配置された天井ヒータ２２と、ルツボ２１の下方に配置された床下ヒータ２３と、ルツボ２１と床下ヒータ２３の間に配置されたチルプレート２４と、ルツボ２１の周囲を包囲する断熱材２５とを備える。天井ヒータ２２及び床下ヒータ２３は、ルツボ２１を平面状に加熱するヒータであり、例えば、カーボン発熱体を平面状に加工した構造のヒータである。上記したシリコンインゴットの製造装置２０は、シリコン原料２６の溶解中の酸化を防止できるように、内部の気体を制御することができるチャンバー（図示せず）内に設置される。なお、例えば、断熱材２５として繊維質カーボンからなる断熱材を用いた場合には、シリカ製のルツボで溶解すると、ＳｉＣが溶解シリコン中に残留することがあるため、ルツボ２１内に不活性ガスを供給する装置を設けて、シリコンが溶解している期間中にルツボ２１内を不活性ガス雰囲気に保持することが好ましい。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、ルツボ２１にはシリコン原料２６が底に敷き詰めるように装入され、天井ヒータ２２及び床下ヒータ２３に通電することによりシリコン原料２６を加熱溶解する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン原料２６が完全に溶解し溶解シリコン２６′となると、床下ヒータ２３への通電を停止あるいは通電量を低下するとともに、チルプレート２４に冷媒（例えば、水のほか、不活性ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス）を流してルツボ２１の底部を冷却する。これにより、溶解シリコン２６′がルツボ２１の底部から冷却され、一方向凝固組織が生成される。
【００２７】
また、天井ヒータ２２に対する通電量を段階的又は連続的に減少させることにより、天井ヒータ２２の温度を段階的または連続的に下げると、一方向凝固組織は上方向に向かってさらに成長する。これにより、図２（ｃ）に示すように、水平断面積の大きい一方向凝固組織を有するシリコンインゴット２７を製造することができる。上記のようにして製造されたシリコンインゴット２７により、図１（ａ）に示す複数枚の一方向凝固シリコンの基板１２が形成される。上記のようにして製造された一方向凝固シリコン基板１２は、一方向凝固された柱状晶であって、結晶粒界が一方向に制御されているとともに、合計の不純物濃度が約１０ｐｐｍ以下である。上記のようにして製造された基板１２の表面では、シリコン結晶の面方位が（００１）にそろっている。なお、一方向凝固シリコンの基板１２の製造方法は、上記の方法に限定されるものではない。
【００２８】
図１の機能性構造物素子の製造工程の説明に戻ると、次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２上に、機能性材料の構造物（機能性膜）１４を形成して、機能性構造物素子１０を製造する。図１（ｂ）において、機能性膜１４を形成する方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法等がある。ここで、ＡＤ法とは、機能性材料の粉体（原料粉）を含む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粉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。
【００２９】
本実施形態の機能性構造物素子の製造方法によれば、次のような機能性材料を用いて機能性膜１４を形成することにより、下記に列挙する機能性構造物素子１０を製造することができる。なお、機能性材料の種類は、下記に列挙したものに限定されるものではない。
【００３０】
メモリー素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２等がある。
【００３１】
アクチュエータ等の圧電素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等やこれらの固溶体がある。
【００３２】
赤外線センサ等の焦電素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等がある。
【００３３】
コンデンサ等の受動部品の製造に用いる機能性材料としては、ＢａＳｒＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等がある。
【００３４】
光スイッチ等の光学素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３等がある。
【００３５】
超伝導磁束量子干渉計（ＳＱＵＩＤ：superconducting quantum interference device）等の超伝導素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０等がある。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。
【００３６】
太陽電池等の光電変換素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、アモルファスシリコンや化合物半導体がある。
【００３７】
磁気ヘッド等のマイクロ磁気素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、ＰｄＰｔＭｎ、ＣｏＰｔＣｒ等がある。
【００３８】
ＴＦＴ等の半導体素子の製造に用いる機能性材料としては、例えば、アモルファスシリコン等がある。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示す機能性構造物素子１０に対して熱処理を施してもよい。この熱処理は、機能性膜１４の粒成長を促進したり、結晶性を向上させることによって、機能性膜１４の機能を向上させるために行われる。例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＢａＳｒＴｉ３等の機能性膜１４を製造する場合には、約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１４を製造する場合には、約７００℃以上で熱処理される。
【００４０】
本実施形態の機能性構造物素子の製造方法によれば、大型化が容易な一方向凝固シリコンの基板１２を用いることにより、上記に列挙した機能性構造物素子１０の大型化を図ることができる。例えば、上記の機能性構造物素子１０の製造方法により製造された圧電素子やＴＦＴ等の半導体素子を用いることにより、大型のインクジェットヘッドやディスプレイを製造することができる。
【００４１】
また、一方向凝固シリコンの基板１２の単位面積当たりの価格は安価であるため、機能性構造物素子１０の低コスト化を図ることができる。さらに、一方向凝固シリコンの基板１２の大型化により、１枚の一方向凝固シリコンの基板１２から１回の製造工程で大量の機能性構造物素子１０を製造できるため、機能性構造物素子１０の単価の低コスト化を図ることができる。
【００４２】
次に、機能性構造物素子の製造方法の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る機能性構造物素子の製造方法を示す図である。図３（ａ）から図３（ｃ）は、機能性構造物素子の製造工程の各段階における断面図である。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示すように、一方向凝固シリコンからなる基板３２を用意する。なお、一方向凝固シリコンの基板３２の製造工程については、上記第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、一方向凝固シリコンの基板３２上にバッファ層３４を形成する。バッファ層３４は、基板３２上に機能性材料をエピタキシャル成長させるのに適した格子定数の材料により形成される。ここで、バッファ層３４の材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミン酸マグネシウム（ＭｇＡｌ２Ｏ４）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、又はこれらのうち少なくとも１つを含む化合物、混合物又は合金である。上記に列挙した材料によりバッファ層３４を形成する方法としては、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法等がある。なお、バッファ層３４は、通常の積層温度よりもやや低い温度で形成することが好ましい。
【００４５】
次に、図３（ｃ）に示すように、基板１２上に、機能性材料の構造物（機能性膜）３６を形成して、機能性構造物素子３０を製造する。図３（ｃ）において、機能性膜３６を形成する方法及び機能性材料の種類については、上記第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。次に、図３（ｃ）に示す機能性構造物素子３０に対して熱処理が施されて、機能性構造物素子３０が完成する。
【００４６】
本実施形態の機能性構造物素子の製造方法によれば、一方向凝固シリコンの基板３２と、機能性膜３６の格子定数が大きく異なる場合に、一方向凝固シリコンと機能性材料の中間的な性質を有する物質（例えば、格子定数が一方向凝固シリコンと機能性材料の中間の物質）でバッファ層３４を形成することにより、機能性膜３６の品質を向上させることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態において、基板１２、３２は、一方向凝固シリコンからなるものとしたが、例えば、機能性材料の膜（機能性材料膜）が成膜される面のみを一方向凝固シリコンで形成した基板であってもよい。
【００４８】
次に、本発明の機能性構造物素子の製造方法により圧電アクチュエータを製造する方法について、図４を参照して説明する。図４は、圧電アクチュエータの製造方法を示す図である。図４（ａ）から図４（ｈ）は、圧電アクチュエータの製造工程の各段階における断面図である。なお、実際には、１枚の基板から複数の液体吐出ヘッドが作成されるが、図４では１つに省略されている。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、ジェムコ（ＪＥＭＣＯ）社製の一方向凝固シリコン（柱状晶シリコン）からなる基板５２が形成される。基板５２は、一例で５０ｍｍ角で厚さが１ｍｍである。この基板５２上には、図４（ｂ）に示す振動板５４が形成される。振動板５４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、基板５２の表面に酸化シリコンの層を貼り付けるか、又は基板５２の表面に熱酸化処理を施すことにより形成される。そして、振動板５４の表面は、表面粗さ（Ｒａ）が約５０ｎｍ以下となるように研磨される。研磨後の振動板５４の厚さは、一例で５００ｎｍである。なお、上記の基板５２及び振動板５４を構成するシリコン及び酸化シリコンは、それぞれ耐熱性及び耐食性を有する。ここで、耐熱性を有する材料とは、のちのアニール工程において、変形や変質、組成変化が生じない材料をいう。また、耐食性を有する材料とは、液体吐出ヘッドに用いる液体（インク）に腐食性があっても溶解や変質しない材料をいう。
【００５０】
次に、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように、振動板５４上にスパッタリング法により約２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）密着層５６が形成され、このチタン密着層５６上にスパッタリング法により約２００ｎｍの白金（Ｐｔ）層からなる下部電極５８が形成される。
【００５１】
この下部電極５８上には、図４（ｅ）に示すように圧電膜６０が形成される。圧電膜６０は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ＰｂＺｒ０．５２Ｔｉ０．４８Ｏ３であり、ゾルゲル法により室温において厚さが約１μｍとなるように成膜される。
【００５２】
次に、レーザーアニール又は電磁加熱によりこの圧電膜６０に焼成処理が施される。これにより、圧電膜６０の特性が向上し、圧電膜６０の残留応力が除去される。このレーザーアニールや電磁加熱を行う際には、光又は電磁波の照射条件を選択して、例えば、短パルス的な断続駆動方式等を用いる。これにより、振動板５４等に熱が伝導されないように、圧電膜６０を選択的に加熱することができる。例えば、レーザーアニールを用いる場合には、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーを用いることにより、ポリウレタン系の形状記憶ポリマーの耐熱温度（約数百℃）を越えない程度に、熱の発生を抑えることができる。
【００５３】
この圧電膜６０上には、図４（ｇ）に示すように上部電極６２が形成される。この上部電極６２は、例えば、白金であり、スパッタリング法又はリフトオフ法により形成される。上部電極６２の大きさは、一例で３００μｍ角であり、その厚さは、一例で２００ｎｍである。
【００５４】
続いて、基板５２の図中下面にクロム（Ｃｒ）が成膜されて、このクロム膜（不図示）にパターニングが施される。そして、このクロム膜をマスクとしてフレオンガス（商標；例えば、テトラフルオロカーボン（ＣＦ４））等を用いて、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）により基板５２のエッチングが行われる。このエッチングは、振動板５４の図中下面でストップし、平坦なエッチング面を出すことができた。すなわち、基板５２の材料（シリコン）と、エッチングストッパとしての振動板５４の材料（酸化シリコン）とのフレオンガス（商標）によるエッチング選択比が高いため、精度のよいエッチングを行うことができる。なお、エッチングにより基板５２の穿孔された部分は圧力室６４となり、基板５２の残った部分は圧力室隔壁５２′となる。これにより、振動板５４、下部電極５８、圧電膜６０及び上部電極６２を備える圧電アクチュエータが形成される。
【００５５】
なお、上記圧力室６４や圧力室隔壁５２′を形成するためのエッチング方法としては、上記ＲＩＥのドライエッチングのほか、例えば、ウエットエッチングを用いてもよい。ドライエッチングを用いる場合には、基板５２の材料と振動板５４の材料とのエッチング選択比が２：１（好ましくは５：１）となるように、エッチングガスの種類を選択することが好ましい。また、ウエットエッチングの場合を用いる場合には、エッチング選択比が５：１（好ましくは１０：１）となるように、基板５２と振動板５４の材料やエッチング液の選択をすることが好ましい。
【００５６】
最後に、図４（ｈ）に示すように、ノズル６６Ａを有するノズルプレート６６が、圧力室隔壁５２′の図中下面に接着剤により貼り付けられて、液体吐出ヘッド５０が作製される。
【００５７】
本実施形態によれば、圧電アクチュエータを製造に大面積の一方向凝固シリコンからなる基板５２を用いることにより、圧電アクチュエータの大型化を図ることができる。このような圧電アクチュエータを備える液体吐出ヘッドによれば、例えば、大きなサイズの用紙へのプリントをワンスルーで行うことができる。また、小型の圧電アクチュエータを製造する場合にも、１枚の基板５２から１回の製造工程において大量の圧電アクチュエータを製造することができ、圧電アクチュエータの低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、メモリー素子、アクチュエータ等の圧電素子、赤外線センサ等の焦電素子、コンデンサ、インダクタ等の受動部品、光スイッチ等の光学素子、ＳＱＵＩＤ等の超伝導素子、光電変換素子、磁気ヘッド等のマイクロ磁気素子、ＴＦＴ等の半導体素子等、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】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る機能性構造物素子の製造方法を示す図
【図２】一方向凝固シリコンからなる基板１２の製造工程を模式的に示す図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る機能性構造物素子の製造方法を示す図
【図４】圧電アクチュエータの製造方法を示す図
【符号の説明】
【００６０】
１０…機能性構造物素子、１２…一方向凝固シリコンからなる基板、１４…機能性材料の構造物（機能性膜）、２０…シリコンインゴットの製造装置、３０…機能性構造物素子、３２…一方向凝固シリコンからなる基板、３４…バッファ層、３６…機能性材料の構造物（機能性膜）、５０…液体吐出ヘッド、５２…一方向凝固シリコンからなる基板、５２′…圧力室隔壁、５４…振動板、５６…チタン（Ｔｉ）密着層、５８…下部電極、６０…圧電膜、６２…上部電極、６４…圧力室、６６…ノズルプレート、６６Ａ…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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