CN103987680A - 功能性设备的制造方法及功能性设备的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种功能性设备的制造方法包括模压工艺、功能性固体材料层形成工艺。模压工艺中，在对以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，以使对所述功能性固体材料前驱体层供应热量的热源的第一温度高于所述功能性固体材料前驱体层的第二温度的方式，对所述功能性固体材料前驱体层实施模压加工的模压工艺。另外，功能性固体材料层形成工艺中，在所述模压工艺后，在含氧气氛中通过用高于所述第一温度的第三温度对所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，从而由所述功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层。

Description

功能性设备的制造方法及功能性设备的制造装置
技术领域
本发明涉及一种功能性设备的制造方法及功能性设备的制造装置。
背景技术
在现有技术中，公开有如下一种薄膜晶体管：以由低驱动电压进行高速整流(switching)为目的，作为栅绝缘层采用了铁电体材料(例如，BLT(Bi4-XLaXTi3O12)、PZT(Pb(ZrX、Ti1-X)O3))的薄膜晶体管。另外，还公开了如下一种薄膜晶体管：以提高载流子浓度为目的，将氧化物导电材料(例如，铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、或LSCO(LaXSr1-XCuO4))作为通道(channel)层而采用的薄膜晶体管(专利文献1)。
在此，若观察一下上述薄膜晶体管的制造方法，则可知，首先，作为栅电极，Ti和Pt的层叠膜通过电子束蒸镀法形成。在该栅电极上，通过溶胶-凝胶法形成由上述BLT或者PZT构成的栅绝缘层。进一步地，在其栅绝缘层上，通过RF溅射法形成由ITO构成的通道层。接着，在其通道层上，Ti和Pt通过电子束蒸镀法形成，从而形成源电极和漏电极。之后，通过RIE法和湿式蚀刻法(HF和HCl的混合溶液)，元件区域从其他元件区域分离(专利文献1)。
现有技术文献：
专利文献
专利文献1:日本国特开2006-121029号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在现有的薄膜晶体管中，存在一些栅绝缘层或者通道(channel)通过复合氧化物形成的示例，但是作为实现薄膜晶体管的高特性的材料及用于该材料的适当的制造方法的选定还未成功。
另外，在现有技术中，使用真空工序或光刻法的工序等、需要较长时间、和/或高价格设备的工序是常见的，因此，原材料或制造能源的使用效率变得非常差。采用了如上所述的制造方法的情况下，需要很多处理和长时间以制造薄膜晶体管，因此，从工业性或量产性的观点来看，并不优选。另外，在现有技术中，存在比较难以实现大面积化的问题。
此外，上述诸多问题，不仅仅是在制造薄膜晶体管的方法时才会出现的问题。例如，作为功能性设备的一种类型的MEMS设备等的制造方法的整体上也存在该问题，其中，MEMS设备包括：以闪存、铁电存储器(FeRAM)、磁性存储器(MRAM)为代表的存储型晶体管、或电容器、压电式喷墨头、光学设备、或者驱动器、喷墨头、驱动器、压力传感器、加速度传感器、流道模块。
本发明，通过解决上述诸多问题中的至少一个，从而实现上述薄膜晶体管或电容器等功能性设备的高性能化、或者这种功能性设备的制造工序的简便化和节能化。其结果，本发明对于工业性或量产性优异的功能性设备的提供作出了很大的贡献。
解决课题的方法
本案发明者为了实现通过还称为“纳米压印”的“模压”加工法来形成能够用于薄膜晶体管或电容器等功能性设备的氧化物层，重复了锐意研究和分析。在其研究的过程中，发明者发现，当向作为模压加工对象的材料供应热量时，通过予以特殊的处理，可以形成准确度更高、和/或精度更高的模压结构。其结果，发明者得知，与现有设备相比，通过可以大幅度地简便化或节能化，并且也容易实施大面积化的工序，由此可以形成这些材料的氧化物膜、进而制造具备这些氧化物层的功能性设备。本发明是根据上述观点创造出来的。
本发明的一个功能性设备的制造方法，包括模压工艺和功能性固体材料层形成工艺。具体而言，该功能性设备的制造方法的模压工艺是如下一种工艺：在对以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层、推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，以使对该功能性固体材料前驱体层供应热量的热源的第一温度高于该功能性固体材料前驱体层的第二温度的方式，对该功能性固体材料前驱体层实施模压加工的工艺。另外，该功能性设备的制造方法的功能性固体材料层形成工艺是如下一种工艺：在所述模压工艺后，在含氧气氛中，通过用高于所述第一温度的第三温度对所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，从而由该功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层的工艺。
根据该功能性设备的制造方法，在模压加工中的至少一部分时间内，从高于功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)的温度(第一温度)的热源，对该功能性固体材料前驱体层供应热量。发明者得知，虽然在现阶段中具体的模压加工的成型机理不明确，但积极地进行向该模压工艺中的功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量，则有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及以良好的再现性在相对较低温的成型。此后，通过用高于所述第一温度的第三温度对所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，与不顾虑热量而对功能性固体材料前驱体层实施模压加工的情况相比，可以形成：形成有准确度非常高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层。其结果，能够制造具备形成有这种模压结构的功能性固体材料层的功能性设备。另外，根据该功能性设备的制造方法，不需要采用真空工序或光刻法的工序、或用于进行紫外线的照射工序等需要较长时间、和/或高价格设备的工序。另外，不需要上述各工序，而通过较低温的加热处理和模压加工处理来形成功能性固体材料层，因此，工业性或量产性优异。
另外，本发明的一个功能性设备的制造装置具备：控制部、模压部、及热处理部。具体而言，该功能性设备的制造装置的控制部以如下方式进行控制：在对以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，使对该功能性固体材料前驱体层供应热量的热源的第一温度高于该功能性固体材料前驱体层的第二温度。另外，该功能性设备的制造装置的模压部对所述功能性固体材料前驱体层实施模压加工。进一步地，该功能性设备的制造装置的热处理部，在含氧气氛中，通过用高于所述第一温度的第三温度对形成有模压结构的所述的功能性固体材料前驱体层进行热处理，从而由该功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层。
根据该功能性设备的制造装置，通过控制部和模压部，在模压加工中的至少一部分时间内，从高于功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)的温度(第一温度)的热源，对该功能性固体材料前驱体层供应热量。正如已经提到的，发明者得知，虽然在现阶段中具体的机理不明确，但积极地进行向该模压工艺中的功能性固体材料前驱体层的热量的供应或者移动，则有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及在较低温的成型得到良好的再现性。另外，热处理部通过用高于所述第一温度的第三温度对所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，与不顾虑热量而对功能性固体材料前驱体层实施模压加工的情况相比，可以形成：形成有准确度非常高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层。其结果，能够制造具备形成有这种模压结构的功能性固体材料层的功能性设备。另外，根据该功能性设备的制造装置，不需要用于实施真空工序或光刻法所需的装置、用于进行紫外线的照射所需的装置等需要较长时间、和/或高价格设备。另外，通过较低温的模压部和热处理部来形成功能性固体材料层，因此，工业性或量产性优异。
在此，对上述各个发明的“热源”没有特殊的限定，但具有代表性的可以举出如下示例：将实施模压加工时的模具在内部或者从外部加热的加热器；或将用于载置具备功能性固体材料前驱体层的基板的基台，在内部或者从外部加热的加热器。另外，作为用于向其他功能性固体材料前驱体层供应热量的“热源”，举例示出了利用辐射热量的公知手法、或利用微波的公知手法。
另外，本申请的“功能性固体材料前驱体溶液”，具有代表性的是，包括以下组群中的至少一种的溶液：包含金属醇盐的溶液；包含金属有机酸盐的溶液；包含金属无机酸盐的溶液；包含金属卤化物的溶液；包含含有金属、氮、及氢的无机化合物的溶液；包含金属氢化物的溶液；包含金属纳米颗粒的溶液；及陶瓷微粒。并且，将这些各溶液的溶质或者各溶液以层状形成时可变质的溶质是，本申请的“功能性固体材料前驱体”。从而，本申请的“功能性固体材料前驱体层”的含义是“功能性固体材料前驱体”的层或者膜(本申请中，统称为“层”)。
另外，本申请的“功能性固体材料前驱体层”，具有代表性的是，在正式烧成后，选自以下的至少一种的层的前驱体层：薄膜晶体管或存储型晶体管的栅电极层、栅绝缘层(铁电体层)、源电极层、漏电极层、通道层、及配线层；选自压电式喷墨头等执行器的压电体层、及电极层中的至少一种的层的前驱体层；由电容器的电介质层和/或电极层而形成的前驱体层；或由光学设备的光栅层而形成的前驱体层。从而，“功能性固体材料层”，具有代表性的是，选自以下的至少一种的层：薄膜晶体管或存储型晶体管的栅电极层、栅绝缘层(铁电体层)、源电极层、漏电极层、通道层、及配线层；选自压电式喷墨头等驱动器的压电体层、及电极层的至少一种的层；电容器的电介质层；或光学设备的光栅层。但是，正如已经提到的，作为功能性设备的一种类型可以举出以下示例：薄膜晶体管、存储型晶体管、压电式喷墨头、电容器、光学设备、或者MEMS设备(包括执行器)，因此，可以采用于这些的一部分的前驱体层、或者固体材料层也能够包括在上述“功能性固体材料前驱体层”或者“功能性固体材料层”。
此外，上述各个“功能性固体材料前驱体溶液”、各个“功能性固体材料前驱体”、及由这些形成的各个“功能性固体材料”均可能包含不可避免的杂质。在下面的各实施方案的说明中，为了简化说明，省略关于不可避免的杂质的说明。
另外，本申请的“体积收缩率”是指，“在模压工艺后的收缩前的体积减去功能性固体材料层形成工艺的收缩后的体积的值”除以“在模压工艺后的收缩前的体积”的值。即，体积收缩率越大收缩得越好。
发明的效果
根据本发明的一个功能性设备的制造方法或者本发明的一个功能性设备的制造装置，可以形成：形成有准确度非常高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层。另外，根据本发明的一个功能性设备的制造方法或者本发明的一个功能性设备的制造装置，能够实现较低温的成型。其结果，能够制造具备形成有这种模压结构的功能性固体材料层的功能性设备。进而，根据该功能性设备的制造方法，通过较低温的加热处理和模压加工处理形成功能性固体材料层，因此，工业性或量产性优异。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方案的功能性设备的制造装置的结构的图。
图2A是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2B是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2C是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2D是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2E是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2F是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2G是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2H是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2J是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2K是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图2L是示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管的制造方法的一个过程的剖视示意图。
图3是示出本发明第一实施方案的功能性设备的制造工艺的一部分的、即模压工艺的流程图。
图4是示出本发明第一实施方案的功能性设备的制造工艺的一部分的、即模压工艺时的第一加热器及第二加热器的温度随时间变化的图表。
图5是本发明第一实施方案的变形例的功能性设备的制造工艺的一部分的、即模压工艺的流程图。
图6是本发明第一实施方案的变形例(3)的存储型晶体管的剖视示意图。
图7是在本发明第一实施方案的变形例(7)中，已图案形成的功能性固体材料前驱体层、和正式烧成后的功能性固体材料层的基于AFM(原子力显微镜)的测量结果的一个示例。
图8是在本发明第一实施方案的变形例(7)中，已图案形成的其他功能性固体材料前驱体层，和正式烧成后的其他功能性固体材料层的基于AFM(原子力显微镜)的测量结果的一个示例。
图9是示出基于通常的凝胶状态及最终氧化物的前驱体材料的不同的反应过程机理的设想图。
图10是示出本发明第一实施方案的变形例(8)的功能性设备的制造装置的结构的图。
图11是示出用于说明本发明第二实施方案的压电式喷墨头的图。
图12是示出用于说明本发明第二实施方案的压电式喷墨头的制造方法的一部分的图。
图13是示出用于说明本发明第二实施方案的压电式喷墨头的制造方法的一部分的图。
图14是示出为了说明本发明第二实施方案的压电式喷墨头的制造方法的一部分的图。
附图标记说明
10    基板
20    栅电极层
20a   栅电极用前驱体层
30a   栅绝缘层用前驱体层
30    栅绝缘层
40    通道用氧化物层
50    漏电极用氧化物层
50a   漏电极用前驱体层，
52    漏电极
54    源电极
100   薄膜晶体管
120   栅电极层
130   铁电体层
200   存储型晶体管
300   压电式喷墨头
320   压电元件
322   第一电极
324   压电体层
326   第二电极
326’ 功能性固体材料(LNO)前驱体层
330   喷嘴板
332   喷嘴孔
340   空腔构件
340’ 功能性固体材料(石英玻璃)前驱体层
350   振动板
352   供墨口
360   墨水室
700、800 功能性设备的制造装置
710      上部模压部
712、812 基台
714      第一加热器
716、816 吸引部
718      预烧成部
720      下部模压部
722      固定部
724      第二加热器
726      石英玻璃
738      正式烧成用加热器
760、860  控制部
762、862  计算机
811       装置设置台
814       基台用加热器
817       升降机
818       移动台
819       模具保持部
822       滚筒
823       滚筒保持部
824       滚筒用加热器
825       5模具保持用台架
M1        栅电极用模具
M2        源/漏电极用模具
M3、M4、M5、M6     模具
具体实施方式
根据附图对作为本发明实施方案的功能性设备的一个示例的薄膜晶体管100及其制造方法、以及作为本发明实施方案的功能性设备的制造装置700，进行详细的说明。此外，在该说明中，在全部附图中，只要没有特别说明，在共同的部分标以共同的参照附图标记。另外，在图中，本实施方案的要素并不是保持互相的缩尺而画出的。进一步地，为了便于看各附图，可能省略了一部分的附图标记。
＜第一实施方案＞
图1是示出本实施方案的功能性设备的制造装置700的结构的图。另外，图2A-图2J分别是，示出本实施方案的薄膜晶体管100的制造方法的一个过程的剖视示意图。此外，考虑到文字的清晰度，图2H的后的附图编号作为图2J。另外，本实施方案的薄膜晶体管采用所谓的底栅结构，但本实施方案并不限定于该结构。从而，若是本领域技术人员，通过以通常的技术常识参照本实施方案的说明，并通过改变工艺的顺序，能够形成顶栅结构。另外，为简化附图，省略对从各个电极的引出电极的图案形成的说明。
[功能性设备的制造装置700的结构]
如图1所示，本实施方案的功能性设备的制造装置700大致分为三个构成部分，即，包括：上部模压部720、下部模压部710、及这些的控制部760。
具体而言，首先，在上部模压部720中，被固定部722固定的石英玻璃726保持用于对功能性固体材料前驱体层实施模压加工的、例如栅电极用模具M1。另外，在本实施方案中，作为在模压加工时对功能性固体材料前驱体层供应热量的一个热源的、用于加热栅电极用模具M1等的第二加热器724与固定部722连接。此外，上部模压部720具备压力传感器，该压力传感器用于监测栅电极用模具M1等对未图示的公知的升降机构及实施模压加工时的功能性固体材料前驱体层的推压力。此外，该压力传感器也可以具备后述的下部模压部710。
接着，下部模压部710中，在基台712上载置有具备成为处理对象的功能性固体材料前驱体层(例如，栅电极用前驱体层20a)的SiO2/Si基板(下面，也简称为“基板”)10。此外，通过由未图示的泵被吸引部716吸引，基板10吸附在基台712。另外，在本实施方案中，作为在模压加工时对功能性固体材料前驱体层供应热量的其他热源的、用于加热基板10和功能性固体材料前驱体层的第一加热器714与基台712连接。另外，在本实施方案中，第一加热器714还可以兼作进行功能性固体材料前驱体层的预烧成(还称之为“干燥工艺”)的预烧成部718。从而，在本实施方案中，包括预烧成部718的下部模压部710承担功能性设备的制造装置700的预烧成部。此外，预烧成部718与第一加热器714分开设置也是可以采用的另一方案。
另外，本实施方案的功能性设备的制造装置700具备：控制部760，其承担模压加工时的各种控制，该各种控制包括利用基于公知反馈控制的上部模压部720的模具升降移动的控制、模具的推压力的控制、第一加热器714的温度控制、及第二加热器724的温度控制；和计算机762，其与控制部760连接。该计算机762，通过用于实行采用了上述各个构成部分的本实施方案的一系列处理的功能性设备的制造程序，监视或者以统合的方式控制上述各个构成部分的处理。此外，在本实施方案中，该功能性设备的制造方程序保存在插入于计算机内的硬盘驱动器、或者设置在计算机的光盘驱动器等的光盘等的公知记录媒介，但该功能性设备的制造程序的保存为止并不限定于此。例如，该功能性设备的制造程序的一部分或者全部也可以保存在本实施方案的控制部760内。另外，该功能性设备的制造程序能够经由局域网或因特网线路等的公知技术来监视或控制上述各个工序。
[薄膜晶体管100的制造工艺]
接着，对作为功能性设备的一个示例的薄膜晶体管100的制造工艺进行说明。图2A-图2J是分别示出本发明第一实施方案的薄膜晶体管100的制造方法的一个过程的剖视示意图。此外，下面的各实施方案的功能性固体材料层是，通过烧成以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层来形成的。在本申请中，如上所述，为方便起见，将以前驱体溶液作为起始材料，并通过烧成该前驱体溶液形成功能性固体材料层的方法，称为“溶液法”。
(1)栅电极的形成
[预烧成工艺]
在本实施方案中，首先，如图2A所示，在基板10上，通过公知的旋涂法形成栅电极用前驱体层20a，其是将作为功能性固体材料前驱体溶液的、包含铟(In)的前驱体(例如，氯化铟或乙酰丙酮铟)及包含锡(Sn)的前驱体(例如，氯化锡)作为溶质的前驱体溶液(在此，栅电极用前驱体溶液)作为起始材料。此后，作为预烧成，控制部760使用预烧成部718，将栅电极用前驱体层20a在大气中以150℃加热约5分钟。预烧成温度优选在80℃以上且250℃以下。此外，除了所述各前驱体的示例以外，例如作为包含铟(In)的前驱体也可以采用异丙醇铟、醋酸铟、2-乙基己酸铟。另外，作为包含锡(Sn)的前驱体的示例，可以采用乙酰丙酮锡、2-乙基己酸酯。
在此，将预烧成温度设在80℃以上且250℃以下是基于如下理由。首先，在预烧成温度不足80℃的情况下，由于不能使栅电极用前驱体层20a充分地干燥，从而难以在模压工艺中对栅电极用前驱体层20a实施均匀的模压加工。另一方面，在预烧成温度超过250℃的情况下，由于栅电极用前驱体层20a的固化反应过度进行，从而不能使模压工艺的栅电极用前驱体层20a充分地软化(使栅电极用前驱体层20a的塑性变形能力充分地变高)。其结果，难以获得充分的模压加工的效果。从而，从使前驱体层的固化反应进行到某一程度而预先降低前驱体层的流动性的观点来看，优选使预烧成温度在120℃以上且250℃以下。此外，预烧成的所述适宜的各温度范围不仅能够适用于栅电极用前驱体层20a，而且还能够适用于后述的其他前驱体层，因此，省略重复的说明。
[模压工艺]
此后，如图2B所示，进行模压工艺，以进行栅电极的图案形成。在本实施方案中，如图1所示，通过与计算机762连接的控制部760，进行上部模压部720的移动和温度控制、及下部模压部710的温度控制，同时实施模压加工。在下面，示出图3所示的功能性设备(在本实施方案中，薄膜晶体管100)的制造工艺的一部分的、即模压工艺的流程图，同时对具体的处理进行说明。
如图3所示，首先，在步骤S101中，使具备成为模压工艺的处理对象的功能性固体材料前驱体层(例如，栅电极用前驱体层20a)的基板10吸附在基台712。另外，通过固定部722，例如经由石英玻璃726保持栅电极用模具M1。
之后，在步骤S102中，控制部760使上部模压部720向下方移动。并且，例如，对栅电极用前驱体层20a推压栅电极用模具M1。此外，在本实施方案中，使用模具以8MPa的压力实施模压加工。
在步骤S103中，在步骤S102中模具向功能性固体材料前驱体层推压的同时，或在模具向功能性固体材料前驱体层推压后的下一刻，控制部760开始进行第一加热器714和第二加热器724的加热。另外，控制部760加热第一加热器714和第二加热器724，并且开始监测第一加热器714和第二加热器724的温度。在此，如上所述，通过第一加热器714的加热，基板10和功能性固体材料前驱体层被加热。另外，通过第二加热器724加热模具(例如，栅电极用模具M1)。从而，在本实施方案中，只要没有特别说明，将向基台712供应热量的第一加热器714的温度以基台712的温度来表示。另外，只要没有特别说明，将向模具供应热量的第二加热器724的温度以模具的温度来表示。此外，步骤S102和步骤S103的顺序交换也是可以采用的另一方案。
图4是，作为本实施方案功能性设备的制造工艺的一部分的、即模压工艺时的第一加热器714及第二加热器724的温度随时间变化的图表。在图4中，虚线表示第一加热器714的温度变化，实线表示第二加热器724的温度变化。在本实施方案的模压工艺中，充分冷却第一加热器714和第二加热器724的温度时，模具从功能性固体材料前驱体层分离。从而，在本实施方案的模压工艺中，模具向功能性固体材料前驱体层推压的时间是用图4的Tx表示的时间。
如图4所示，最初，第一加热器714的温度(T1)比第二加热器724的温度(T2)升温升得快，因此，形成第一加热器714的温度(T1)时间段高于第二加热器724的温度(T2)的时间段(图4的Ta)。但是，在本实施方案中，预先设定的第二加热器724(T2)的最高温度是180℃、第一加热器714的最高温度(T1)是150℃，因此，形成第二加热器724的温度(T2)时间段高于第一加热器714的温度(T1)的时间段(图4的Tb)。从而，在本实施方案中，在图4的Ta的时间段中，从基台712侧更加积极地向功能性固体材料前驱体层(例如，栅电极用前驱体层20a)供应热量。另一方面，在图4的Tb的时间段中，从模具侧更加积极地向功能性固体材料前驱体层供应热量。
在步骤S104中，控制部760监测第一加热器714和第二加热器724的温度，同时在对功能性固体材料前驱体层推压模具的期间，判断对功能性固体材料前驱体层供应热量的温度(第一温度)是否高于功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)。
此后，若控制部760认定第一温度比第二温度更高，则在步骤S105中，控制部760经过某一段时间后，使模具从功能性固体材料前驱体层分离。此外，在本实施方案中，“某一段时间”与后述的“一部分时间”实质上是一致的。另外，如本实施方案，能够在使模具从功能性固体材料前驱体层分离前，可以适当地实施使模具的温度迅速冷却或缓冷的工艺。
在本实施方案中，对功能性固体材料前驱体层推压模具的期间(Tx)中的一部分时间(Ta和Tb之和)内，在对功能性固体材料前驱体层供应热量的温度(第一温度)高于功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)的状态下，实施模压加工。更具体而言，在Ta的时间段中，在第一加热器714的温度(第一温度)高于被模具加热的功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)的状态下，实施模压加工。但是，在Tb的时间段中，在模具的温度(第一温度)高于用第一加热器714加热的功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)的状态下，实施模压加工。即，对本实施方案的“热源”而言，在Ta的时间段中是基台(第一加热器714)、在Tb的时间段中是模具(第二加热器724)。如此地，通过产生第一加热器714的温度(T1)和第二加热器724的温度(T2)之差，积极地促进从热源向功能性固体材料前驱体层供应或移动热量。其结果，有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及以良好的再现性在较低温的成型。
此外，在本实施方案中，对在对功能性固体材料前驱体层推压模具的期间(Tx)中的上述一部分时间(Ta和Tb之和)的比例而言，在将推压模具的期间(Tx)作为100时为95以上，但该比例并不限定该值。例如，优选地，一部分时间在将推压模具的期间作为100时为20以上。若该一部分时间不足20，则导致热传递不充分，因此不优选。另外，上述一部分时间优选地是60秒以上。若一部分时间不足60秒，则因时间短难以对功能性固体材料前驱体层形成模压结构。
如上所述，使用栅电极用模具M1而实施模压加工的结果，如图2C所示，形成具备层厚为约100nm-约300nm的厚层部、和层厚为约10nm-约100nm的薄层部的栅电极用前驱体层20a。
其后，如图2D所示，通过对栅电极用前驱体层20a进行全面蚀刻，从与栅电极所对应的区域以外的区域去除栅电极用前驱体层20a(对栅电极用前驱体层20a的全面的蚀刻工艺)。此外，本实施方案的蚀刻工艺是使用未采用真空工序的湿法蚀刻技术而进行，但是不妨碍使用采用了等离子体的、所谓的干法蚀刻技术的蚀刻。此外，也可以采用将等离子体处理在大气压下进行的技术。
[热处理(正式烧成)工艺]
此后，作为正式烧成，将栅电极用前驱体层20a在氧气气氛中(例如是100体积％，但不限定于此。对下面的“氧气气氛”也相同)加热约15分钟。其结果，如图2E所示，在基板10上，作为功能性固体材料层的栅电极层20，形成由铟(In)和锡(Sn)构成的氧化物层。此外，由铟(In)和锡(Sn)构成的氧化物层还称为ITO(indium tinoxide)层。
在本实施方案中，通过控制部760来加热还承担正式烧成用加热器738的作用的第一加热器714，对基板10上的栅电极用前驱体层20a进行正式烧成。从而，在本实施方案中，包括正式烧成用加热器738的下部模压部710将承担功能性设备的制造装置700的热处理部。此外，将正式烧成用加热器738与第一加热器714分开设置也是可以采用的另一方案。此外，代替正式烧成用加热器738，而使用RTA(rapidthermal anealing)装置对栅电极用前驱体层20a进行加热处理也是可以采用的一方案。另外，该RTA装置是也可以在其他正式烧成时利用的装置。
另外，本实施方案的正式烧成时的第一加热器714的温度是500℃。从而，正式烧成时的第一加热器714的温度(本实施方案的第三温度)比模压工艺的第二加热器724的最高温度(本实施方案的第一温度)高320℃至350℃。
如上所述，使用栅电极用模具M1来实施模压加工，然后进行正式烧成，由此可以形成：形成有准确度高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层。
并且，将用于形成功能性固体材料前驱体层的预烧成温度设定在80℃以上且250℃以下，并且使所述第一温度高于预烧成温度且设定在90℃以上且300℃以下是，上述预烧成工艺和模压工艺的更优选的一方案。通过所述温度范围的预烧成，能够使功能性固体材料前驱体层中的溶剂蒸发，并且能够形成对体现最终可以塑性变形的特性而言优选的凝胶状态(可以看作在热分解前残留有机链的状态)。在这一基础上，通过采用所述温度范围内的第一温度，有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及以良好的再现性在较低温的成型。在上述观点中最为适宜的预烧成温度在100℃以上且200℃以下，最为适宜的第一温度在150℃以上且300℃以下。从而，优选具备实现上述各条件的预烧成部和控制部。
另一方面，在上述预烧成工艺和模压工艺中，从提高对功能性固体材料前驱体层的模压加工的容易实现度的观点来看，满足如下(1)和(2)的条件是可以采用的适宜的一方案。
(1)在预烧成工艺中，用于形成功能性固体材料前驱体层的预烧成温度设定成低于功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点。
(2)将模压工艺的第一温度设定成高于功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点。
而且，上述包含铟(In)的前驱体的示例可以采用醋酸铟、硝酸铟、氯化铟、或各种铟醇盐(例如，异丙醇铟、丁醇铟、乙醇铟、甲氧基乙醇铟)。另外，作为包含锡(Sn)的前驱体的示例可以采用醋酸锡、硝酸锡、氯化锡、或各种的锡醇盐(例如，异丙醇锡、丁醇锡、乙醇锡、甲氧基乙醇锡)。
另外，在本实施方案中，采用了由铟(In)和锡(Sn)构成的氧化物的栅电极层20，但栅电极层20并不限定于该组分。例如，作为其他栅电极层20可以使用氧化铟(In2O3)、掺锑二氧化锡(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺铝氧化锌(Al-ZnO)、掺镓氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡(SnO)、掺铌二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料。另外，对本发明另一方案的薄膜晶体管而言，作为所述栅电极层20可以使用氧化铟镓锌(IGZO)、掺镓氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺铟的氧化锌(In-Zn-O(IZO))等非晶导电性氧化物。另外，对本发明的另一方案的薄膜晶体管而言，作为所述的栅电极层20可以使用钛酸锶(SrTiO3)、掺铌钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrCaO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍斓(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)、其他钙钛矿型导电性氧化物、或者烧绿石型导电性氧化物。
另外，为了确切地发挥本实施方案的效果，栅电极用前驱体溶液的溶剂优选是如下的(1)至(3)中的任意溶剂。
(1)选自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、及2-丁氧基乙醇中的两种酒精的混合溶剂。
(2)选自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、及2-丁氧基乙醇中的一种酒精溶剂。
(3)选自醋酸、丙酸、及辛酸中的种或两种的含羟酸溶剂：。
此外，关于栅电极用前驱体溶液的上述适宜的溶剂的示例，不仅仅适用于栅电极用前驱体溶液，也可以适用于作为后述的其他功能性固体材料前驱体层的起始材料的功能性固体材料前驱体溶液，因此省略重复的说明。
(2)栅绝缘层的形成
接着，如图2F所示，在基板10和已图案形成的栅电极层20上，与栅电极用前驱体层20a的形成方法相同地，形成将以包含硅(Si)的前驱体作为溶质的、前驱体溶液作为起始材料的栅绝缘层用前驱体层30a。此后，作为预烧成，控制部760使用预烧成部718，将栅绝缘层用前驱体层30a在大气中以150℃加热约5分钟。预烧成温度优选在80℃以上且250℃以下。并且，进行预烧成后，作为正式烧成，将栅绝缘层用前驱体层30a在氧气气氛中以550℃加热约20分钟，由此形成图2G所示的栅绝缘层30。此外，本实施方案的栅绝缘层30的厚度约为170nm。
此外，在本实施方案中，为了进行栅绝缘层的图案形成，在对栅绝缘层用前驱体层30a进行预烧成后，与栅电极的图案形成相同地，使用栅绝缘层的专用模具(未图示)实施模压加工也是可以采用的另一方案。即，将以栅绝缘层用前驱体溶液作为起始材料的的栅绝缘层用前驱体层30a在形成栅绝缘层30之前，在氧气气氛中或者大气中(下面，还统称为“含氧气氛”)，与栅电极层20的形成方法相同地，在加热第一加热器714和第二加热器724的状态下实施模压加工，进一步包括如上所述工艺也是可以采用的另一方案。另外，对用于形成栅绝缘层的模压加工，也可以适用与栅电极的图案形成相同的适宜的加热温度范围或压力等的诸多条件。
(3)通道(channel)的形成
此后，在栅绝缘层30上，与栅电极用前驱体层20a的形成方法相同地，形成将以包含铟(In)的前驱体和包含锌(Zn)的前驱体作为溶质的、通道用前驱体溶液作为起始材料的通道用前驱体层。其后，与上述栅电极的形成方法相同地，与第一实施方案相同地进行预烧成和正式烧成。其结果，在栅绝缘层30上，形成由铟(In)和锌(Zn)构成的通道用氧化物层40(可能包含不可避免的杂质，下同)。此外，本实施方案的通道用氧化物层40的厚度约为20nm。
此外，在本实施方案中，为了进行通道的图案形成，在对通道用前驱体层进行预烧成后，与栅电极的图案形成相同地，使用通道的专用模具(未图示的)实施模压加工也是可以采用的另一方案。即，将以通道用前驱体溶液作为起始材料的通道用前驱体层在形成通道用氧化物之前，在含氧气氛中，与栅电极层20的形成方法相同地，在加热第一加热器714和第二加热器724的状态下实施模压加工，进一步包括如上所述的工艺也是可以采用的另一方案。另外，对用于形成通道的模压加工，也可以适用与栅电极的图案形成相同的适宜的加热温度范围或压力等的诸多条件。
(4)源电极和漏电极的形成
在本实施方案中，之后，通过在采用溶液法的基础上实施模压加工，由此形成作为由镧(La)和镍(Ni)构成的氧化物层的、即源电极54和漏电极52(但是，均可能包含不可避免的杂质，下同)。此外，由镧(La)和镍(Ni)构成的氧化物层还称为LNO层。具体而言，如下所述。
首先，在通道用氧化物层40上，通过公知的旋涂法，形成以包含镧(La)的前驱体(例如，异丙醇镧)和包含镍(Ni)的前驱体(例如，醋酸镍)作为溶质的、并以源/漏电极用前驱体溶液(下面，对于源/漏电极用前驱体的溶液相同)作为起始材料的源/漏电极用前驱体层50a。
此后，作为预烧成，将源/漏电极用前驱体层50a在大气中以120℃加热约1分钟。之后，为了进行源/漏电极的图案形成，如图2J所示，使用源/漏电极用模具M2以8MPa的压力实施模压加工。
在此，即使在进行对源/漏电极用前驱体层50a的模压加工时，也与栅电极用前驱体层20a的模压工艺相同地，在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。其中，在该示例中，第一加热器714的最高温度是150℃，第二加热器724的最高温度是180℃。
其结果，在最终成为源电极和漏电极的区域(图2K的(a))上，形成约100nm-约300nm的层厚的源/漏电极用前驱体层50a。另外，在最终残留通道用氧化物层40的区域(图2K的(b))上，形成约10nm-约100nm的层厚的源/漏电极用前驱体层50a。另一方面，在最终去掉通道用氧化物层40的区域(图2K的(c))上，形成约10nm-约100nm的层厚的源/漏电极用前驱体层50a。此外，使用源/漏电极用模具M2以1MPa以上且20MPa以下的压力实施模压加工，由此可以发挥本实施方案的至少一部分的效果。
此后，作为正式烧成，将源/漏电极用前驱体层50a，在大气中以550℃以上且650℃以下加热约5分钟，由此形成源/漏电极用氧化物层50。
此后，对源/漏电极用氧化物层50的全面，进行基于氩(Ar)等离子体的干式蚀刻。其结果，最薄区域(图2K的(c))的源/漏电极用氧化物层50最先被蚀刻，之后继续地，暴露的通道用氧化物层40被蚀刻。接着，第二个薄区域(图2K的(b))的源/漏电极用氧化物层50被完全蚀刻，并且最薄区域(图2K的(c))的通道用氧化物层40完全被蚀刻时，停止等离子体处理。如此地，在本实施方案中，通过调整上述区域(b)和区域(c)的各个层厚，在保留了区域(b)的通道用氧化物层40的状态下，去除区域(c)的通道用氧化物层40。其结果，如图2L所示，以实现通道区域自身的分离，并且源电极54和漏电极52经由通道区域完全分离的方式形成。
在本实施方案中，进一步地，在氮气气氛中以500℃加热约15分钟，由此制造本实施方案的薄膜晶体管100。通过该加热处理，ITO中的氧缺损，该缺损成为导电性的氧缺损载流体，因此实现导电性的提高。通过本实施方案的模压工艺，能够实现亚微米级(具体而言，约500nm)的通道区域的分离。另外，在本实施方案中所形成的源电极54和漏电极52的电阻率是10-3Ωcm级以下。
此外，本实施方案的蚀刻工艺是通过基于氩(Ar)等离子体的干法蚀刻进行蚀刻的，但不妨碍进行使用未采用真空工序的湿法蚀刻技术。
另外，根据发明者的研究和分析，为了形成在模压加工中形成有准确度高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层，上述实施方案的热源的第一温度的优选范围是100℃以上且200℃以下，并且各功能性固体材料前驱体层的第二温度的优选范围是90℃以上且190℃以下。另外，更加适宜的热源的第一温度的范围是160℃以上且180℃以下，并且各功能性固体材料前驱体层的更加适宜的第二温度的适宜范围是150℃以上且170℃以下。若属于上述各温度范围，则在各功能性固体材料前驱体层的塑性变形能力可以变高，并且能够充分地去除主溶剂。
此外，第一温度和第二温度的适宜的差在10℃以上。这是因为：若其差不足10℃，则难以促进从热源对功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量。从而，例如，如本实施方案，模具的温度预先设定成比基台的温度高10℃以上、或者控制部760以成为这种温度差的方式进行控制，由此使从热源对各功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量更加提高准确度，并更积极地使其促进，从而有助于形成准确度高、和/或精度高的模压结构。另外，虽然在目前，机理尚不明确，但是为了形成：形成有准确度高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层，优选地在模压加工中将模具的温度设定或者控制成比基台的温度高。
将模具的适宜的温度设定在90℃以上且300℃以下是基于如下理由。首先，在不足90℃的情况下，由于各前驱体层的温度降低，因此使各前驱体层的塑性变形能力降低。并且，在超过300℃的情况下，由于各前驱体层的固化反应过度进行，因此使各前驱体层的塑性变形能力降低。从上述观点来看，在模压工艺中，更优选使用加热到100℃以上且250℃以下的模具而实施模压加工。
进一步地，如本实施方案，在进行了模压工艺后，在含氧气氛中，通过用高于作为热源的第一温度(更具体而言，热源的最高温度)的正式烧成温度(第三温度)对功能性固体材料前驱体层进行热处理，由此从功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层也是适宜的一方案。这是因为：在通过用高于第一温度的第三温度进行正式烧成来进行固化反应，并且假设功能性固体材料层是结晶材料的情况下，促进其结晶化而体现充分的功能性。
如上所述，在本实施方案中采用了：通过对至少一部分的氧化物层实施模压加工来形成模压结构的“模压工艺”。通过采用该模压工艺，不需要使用真空工序或光刻法的工序、或用于进行紫外线的照射工序等需要较长时间、和/或高价格设备的工序。另外，在本实施方案中特别值得一提的是：构成栅电极、栅绝缘膜、通道、源电极、及漏电极的设备的所有的层是通过溶液法形成的。从而，本实施方案的薄膜晶体管100在工业性或量产性上极为优异。
而且，在本实施方案中，采用了作为由镧(La)和镍(Ni)构成的氧化物的源/漏电极用氧化物层50，但源/漏电极用氧化物层50并不限定于该组分。例如，可以使用：铟锡氧化物(ITO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡锑(Sb-SnO2)、氧化锌(ZnO)、掺铝氧化锌(Al-ZnO)、掺镓氧化锌(Ga-ZnO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化锡(SnO2)、一氧化锡(SnO)、掺铌二氧化钛(Nb-TiO2)等氧化物导电材料。另外，对本发明另一方案的薄膜晶体管而言，作为所述源/漏电极用氧化物层50可以使用：氧化铟镓锌(IGZO)、掺镓氧化铟(In-Ga-O(IGO))、掺铟氧化锌(In-Zn-O(IZO))等非晶导电性氧化物。另外，对本发明的另一方案的薄膜晶体管而言，作为所述的源/漏电极用氧化物层50可以使用：钛酸锶(SrTiO3)、掺铌钛酸锶(Nb-SrTiO3)、锶钡复合氧化物(SrBaO2)、锶钙复合氧化物(SrCaO2)、钌酸锶(SrRuO3)、氧化镍斓(LaNiO3)、氧化钛镧(LaTiO3)、氧化铜镧(LaCuO3)、氧化镍钕(NdNiO3)、氧化镍钇(YNiO3)、氧化镧钙锰复合氧化物(LCMO)、铅酸钡(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-xSrx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)、其他钙钛矿型导电性氧化物、或者烧绿石型导电性氧化物。
另外，本实施方案的“功能性固体材料前驱体溶液”优选是包括选自以下组群中的至少一种的溶液：包含金属醇盐的溶液(下面，还称为“以金属醇盐作为溶质的溶液”。对于其他功能性固体材料前驱体溶液也相同)；包含金属有机酸盐的溶液；包含金属无机酸盐的溶液；包含金属卤化物的溶液；包含含有金属、氮、及氢的无机化合物的溶液；包含金属氢化物的溶液；包含金属纳米颗粒的溶液；及陶瓷微粒。
另外，本实施方案的基板10是SiO2/Si基板，但基板10并不限定于该材质。例如，可以使用绝缘基板(例如，石英玻璃(SiO2)基板、在Si基板的表面经由SiO2层和Ti层而形成了STO(SrTiO3)层的绝缘基板、氧化铝(Al2O3)基板、SRO(SrRuO3)基板、STO(SrTiO3)基板)、或者半导体基板(例如，硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板)等固体基板。
另外，上述模压工艺中，在源电极54和漏电极52的图案形成中，在正式烧成后进行源/漏电极用氧化物层50的全面蚀刻，但该全面蚀刻也可以在正式烧成前进行。即，优选地，在上述模压工艺和所述功能性固体材料层形成工艺(即，正式烧成)之间，包括如下工艺：在已实施模压加工的功能性固体材料前驱体层(例如，栅电极用前驱体层20a)中层厚最薄的区域，以该功能性固体材料前驱体层被去除的条件对该功能性固体材料前驱体层的整体进行蚀刻的工艺。这是因为：与对功能性固体材料前驱体层进行正式烧成后进行蚀刻相比，可以更容易地去除不需要的区域。
＜第一实施方案的变形例(1)＞
发明者进行了许多实验和分析之后得知：即使是与使用第一加热器714和第二加热器724的上述第一实施方案或各变形例不同的控制，也存在适宜的模压工艺的示例。并确认到：在第一实施方案中，模具向功能性固体材料前驱体层推压的同时、或模具向功能性固体材料前驱体层推压后的下一刻，进行加热第一加热器714和第二加热器724的温度控制，但第一加热器714和第二加热器724的温度控制并不限定于该示例。
具体而言，控制部760，在将模具向功能性固体材料前驱体层推压之前，预先控制成使第二加热器724的温度(T2)高于第一加热器714的温度(T1)，这也是可以采用的另一方案。图5是示出功能性设备(本实施方案也为薄膜晶体管100)的制造工艺的一部分的、即模压工艺(具有代表性的是，对栅电极用前驱体层20a的模压工艺)的其他示例的流程图。除了模压工艺以外的工艺与第一实施方案的各个工艺相同，因此省略对其的说明。
[模压工艺的变形例]
如图5所示，首先，在步骤S201中，使具备成为模压工艺的处理对象的栅电极用前驱体层20a的基板10吸附在基台712。进而，通过固定部722，例如经由石英玻璃726保持栅电极用模具M1。
在步骤S202中，控制部760开始加热第一加热器714和第二加热器724。另外，控制部760加热第一加热器714和第二加热器724，并且开始监测第一加热器714和第二加热器724的温度。此外，本实施方案中，在步骤S202中开始所述各温度的监测，但时常进行所述各温度的监测也是可以采用的另一方案。
此后，如步骤S203所示，对控制部760而言，比较第一加热器714的温度(T1)和第二加热器724的温度(T2)，调整或控制各加热器的温度直到第二加热器724的温度(T2)高于第一加热器714的温度(T1)。而且，若第二加热器724的温度(T2)高于第一加热器714的温度(T1)，则如步骤S204所示，控制部760使上部模压部720向下方移动。此外，对控制部760而言，例如，对栅电极用前驱体层20a以1MPa以上且20MPa以下的压力推压栅电极用模具M1。此外，在本实施方案中，第一加热器714的温度(T1)是100℃，第二加热器724的温度(T2)是180℃。
此后，在经过一定时间(例如，300秒)后，如步骤S205所示，控制部760使模具从功能性固体材料前驱体层分离。
在该变形例中，在对功能性固体材料前驱体层推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，对功能性固体材料前驱体层供应热量的模具温度(第一温度)，比用第一加热器714加热的功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)更高的状态下，实施模压加工。从而，与第一实施方案相同地，可以形成准确度高、和/或精度高地形成有模压结构的功能性固体材料层。其结果，能够制造具备形成有这种模压结构的功能性固体材料层的功能性设备。
＜第一实施方案的变形例(2)＞
进而，在第一实施方案中，示出了加热第一加热器714和第二加热器724双方的示例，但用于实现对功能性固体材料前驱体层供应热量或者热量的移动的方式并不限定于该一例。例如，通过仅加热第一加热器714，实现对功能性固体材料前驱体层供应热量或者热量的移动也是可以采用的变形例的一种。但是，从为实现功能性固体材料层的层压化的校准的观点来看，与仅加热第一加热器714相比，加热第一加热器714和第二加热器724双方更加优选。
＜第一实施方案的变形例(2’)＞
进一步地，作为上述第一实施方案的变形例(2)的变形的一个示例，第一加热器714的温度(T1)是固定的，但以仅仅使第二加热器724的温度(T2)上升到高于第一加热器714的温度(T1)的方式进行温度控制也是可以采用的另一方案。
具体而言，就第一加热器714的温度(T1)而言，通过控制部760来控制成在模压加工开始前呈固定温度(例如，100℃或者150℃)。其结果，基板10上的功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)是用第一加热器714的温度来稳定的。另外，在从功能性固体材料前驱体层分离的状态下的第二加热器724的温度(T2)，即模具的温度，通过控制部760加热到例如80℃。此后，在实施模压加工后的下一刻，控制部760以如下方式控制：最终地，加热第二加热器724直到第二加热器724的温度(T2)成为例如180℃后，使其温度维持一定时间。此后，控制部760冷却第一加热器714和第二加热器724，并使模具从功能性固体材料前驱体层分离。
即使经过所述模压工艺，也以使对功能性固体材料前驱体层供应热量的热源(在本实施方案中，模具)的第一温度高于功能性固体材料前驱体层的第二温度的方式，对功能性固体材料前驱体层施加模压加工，以。从而，能够实现对功能性固体材料前驱体层的热量供应或者热量移动，因此，与第一实施方案相同地，可以形成：形成有准确度高、和/或精度高的模压结构的功能性固体材料层。其结果，能够制造具备形成有这种模压结构的功能性固体材料层的功能性设备。
＜第一实施方案的变形例(3)＞
另外，以使第一实施方案的第一加热器714的最高温度和第二加热器724的最高温度相同的方式进行温度控制也是可以采用的另一方案。即使控制成这种温度的情况下，也可以如第一实施方案所述，最初第一加热器714的温度(T1)比第二加热器724的温度(T2)升温升得快，因此，形成第一加热器714的温度(T1)高于第二加热器724的温度(T2)的时间段(例如，相当于图4的Ta的时间段)。其结果，实际上产生向模压工艺中的功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量的现象，因此有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及以良好的再现性在较低温的成型。
具体示例在下面进行说明。
图6是本实施方案的存储型晶体管200的剖视示意图。对本实施方案的存储型晶体管200而言，在基板10上形成有：作为栅电极层120的、由镧(La)和镍(Ni)构成的被图案形成了的氧化物层(LNO层)。该栅电极层120的制造方法是，使用与形成第一实施方案的源电极54和漏电极52时采用的材料、且使用与栅电极层20的形成方法相同的方法而形成LNO层的。因此，省略重复说明。
接着，在栅电极层120上形成有：作为铁电体层130的PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)层。在本实施方案中，通过在采用溶液法的基础上实施模压加工，形成作为由铅(Pb)、Zr(锆)、及钛(Ti)构成的氧化物层(但是，可能包含不可避免的杂质，下同)的铁电体层130。具体而言，如下所述。
首先，在栅电极层120上，通过公知的旋涂法，形成将以包含铅(Pb)的前驱体、包含Zr(锆)的前驱体、及包含钛(Ti)的前驱体作为溶质的、铁电体层用前驱体溶液作为起始材料的的铁电体层用前驱体层。
其后，作为预烧成，将铁电体层用前驱体层在大气中以150℃加热约5分钟。此后，为了进行铁电体层的图案形成，使用未图示的铁电体层用模具，以8MPa的压力实施模压加工。
在此，对铁电体层用前驱体层的模压工艺中，控制部760加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)，使得第一加热器714的最高温度和第二加热器724的最高温度均达到180℃。在该模压工艺中，最初，第一加热器714的温度(T1)比第二加热器724的温度(T2)升温升得快，因此，形成第一加热器714的温度(T1)高于第二加热器724的温度(T2)的时间段(一部分时间)。此外，在本实施方案中，对功能性固体材料前驱体层的铁电体层用前驱体层推压模具的期间内，所述“一部分时间”的比例约为80％。
此后，作为正式烧成，与第一实施方案的栅电极用前驱体层20a的正式烧成相同地，通过将第一加热器714加热至650℃，形成PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)层。
此后，与第一实施方案的通道用氧化物层40的形成方法相同地，通道用氧化物层40形成在铁电体层130上。并在之后，使用形成第一实施方案的栅电极层20时所采用的材料、及与在源电极54和漏电极52所使用的LNO层的形成方法相同的方法而形成ITO层。因此，省略重复的说明。
如上所述，即使在第一加热器714的最高温度和第二加热器724的最高温度相同的情况下，通过实际上产生向模压工艺中的功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量的现象，也可以得到准确度高、和/或精度高地形成有模压结构的功能性固体材料层。
此外，在本实施方案的存储型晶体管中，作为所述的铁电体材料，除了PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)之外，还可以使用掺杂Nb的PZT、掺杂La的PZT、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、BTO(Bi4Ti3O12)、BLT(Bi4-xLaxTi3O12)、SBT(SrBi2Ta2O9)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7)、或铁酸铋(BiFeO3)。
并且，与本实施方案不同地，假设，在第一加热器714的最高温度和第二加热器724的最高温度为相同，并且这些的升温经过相同的情况下，实际可以作出：功能性固体材料前驱体层的温度(第二温度)低于模具或者基台的温度(第一温度)的时间段。例如，通过仅在第一加热器714和基板10之间插入热传导率低的构件(例如，树脂制品的板)，使模具的升温速度大于基板10的升温速度，由此能够形成模具的温度比功能性固体材料前驱体层的温度高的时间段。因此，在这种情况下，也产生向功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量，因此，有助于得到功能性固体材料前驱体层的成型性的提高、及以良好的再现性在较低温的成型。即，对进行模压工艺中的模具的升温和/或基板10的升温而言，如上所述，能够提高向使功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量的实现性，因此是优选的一方案。
＜第一实施方案的变形例(4)＞
而且，在第一实施方案的功能性设备的制造装置700中，作为加热用于载置具备功能性固体材料前驱体层的基板10的基台712的第一加热器714、或用于向功能性固体材料前驱体层供应热量的热源，采用了用于加热在实施模压加工时的模具的第二加热器724，但第一实施方案的加热器并不限定于这些。例如，作为用于向功能性固体材料前驱体层供应热量的“热源”的其他示例，可以举出利用辐射热量的公知单元、或利用微波的公知单元。这些单元，也可以使用控制部760进行与第一实施方案的控制相同的控制。
＜第一实施方案的变形例(5)＞
另外，将用于形成功能性固体材料前驱体层的预烧成工艺中的预烧成温度，设定成低于功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点，并且将之后的正式烧成的“热源”的温度(第一温度)设定成高于其溶剂的沸点，是可以采用的其他适宜的一方案。例如，可以采用：使预烧成工艺的预烧成温度比功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点低10℃-30℃的控制。通过该温度调整，实施在功能性固体材料前驱体层中溶剂比较容易残留的状况下的模压加工。其结果，在功能性固体材料前驱体层中没有溶剂、或溶剂极其少，因此，功能性固体材料前驱体层能够避免所谓的变硬而难以进行模压的状况，从而，可以更加容易地形成模压结构。
第一实施方案及其变形例(1)-(4)中的热源和热量的供应单元的各方案及优选的温度范围，也可以适用于下面的各实施方案，因此省略重复说明。
＜第一实施方案的变形例(6)＞
另外，作为第一实施方案及其变形例的模压工艺中的更加适宜的示例，事先，对与模压表面接触的各前驱体层的表面实施脱模处理和/或对其模具的模压表面实施脱模处理，之后，对各前驱体层实施模压加工。通过实施这种处理，能够减少各前驱体层和模具之间的摩擦力，因此，可以对各前驱体层实施精度更高的模压加工。此外，作为能够用于脱模处理的脱模剂的示例可以为：界面活性剂(例如，氟系界面活性剂、硅系界面活性剂、非离子系界面活性剂等)、含氟类金刚石碳等。所述各脱模处理也可以适用于下面的各实施方案，因此，省略重复说明。
＜第一实施方案的变形例(7)＞
另外，作为第一实施方案及其变形例的模压工艺中的其他适宜的示例，当“功能性固体材料前驱体溶液”选自包含金属醇盐的溶液、包含金属有机酸盐的溶液、及包含金属无机酸盐的溶液中的至少一种时，在模压工艺中由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时的体积收缩率在20％以上且80％以下。从而，从提高模压结构的尺寸精度的观点来看，采用所述各溶液是优选的。
进而，尤其“功能性固体材料前驱体溶液”是包括选自包含金属卤化物的溶液、包含含有金属、氮、及氢的无机化合物的溶液、包含金属氢化物的溶液、包含金属纳米颗粒的溶液、及陶瓷微粒中的至少一种的溶液时，在功能性固体材料层形成工艺中由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时的体积收缩率在1％以上且30％以下。从而，从使正式烧成前后的尺寸控制容易化的观点来看，采用所述各溶液也是优选的。
此外，根据基于发明者的研究和分析确认到：若将混合包含金属醇盐的溶液和包含金属有机酸盐的溶液的复合溶液作为功能性固体材料前驱体溶液来使用而进行模压工艺，则在模压工艺中由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时的体积收缩率减小。而且，发明者得知采用所述复合溶液是，解决使模压工艺的塑性变形容易化、和使正式烧成前后的尺寸控制容易化的、难以互相兼顾的技术课题的有效方法之一。
作为具体示例，对使用以下(1)和(2)的溶液的示例进行说明。此外，溶剂均为2-甲氧基乙醇。
(1)作为金属醇盐选择了异丙醇镧、作为金属有机酸盐选择了醋酸镍的示例。
(2)作为金属有机酸盐选择了醋酸镧、作为金属有机酸盐选择了醋酸镍的示例。
上述中，采用(1)而形成以130℃进行了预烧成的功能性固体材料前驱体层，此后，与栅电极用前驱体层20a的模压工艺相同地在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。不过，在该示例中，第一加热器714的最高温度是160℃，第二加热器724的最高温度是180℃(但是，初期温度是80℃)。另外，基于模具的推压压力是8MPa，模具的推压时间是5分钟。此后，作为正式烧成，通过第一加热器714，在大气中对已图案形成的功能性固体材料前驱体层实施450℃的加热处理。
在此，若计算正式烧成的前后的体积收缩率，即由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时的体积收缩率，在(1)的示例中的体积收缩率是24％，在(2)的示例中的体积收缩率是73％。
图7是上述(1)的示例中的已图案形成的功能性固体材料前驱体层、和正式烧成后的功能性固体材料层的基于AFM(原子力显微镜)的测量结果。如图6所示，正式烧成后的功能性固体材料层的图案与正式烧成前的功能性固体材料前驱体层的图案进行比较时，没有发现在宽度和高度的尺寸上有大的收缩。
另外，图8是仅仅改变第一实施方案的变形例(6)的复合溶液的组合及预烧成温度的另一具体示例中的基于AFM的测量结果。具体而言，作为溶质的金属醇盐采用丁醇镐。另外，其溶剂是2-甲氧基乙醇。此外，作为溶质的金属有机酸盐采用了2-乙基己酸锆。另外，其溶剂是丙酸。并且，预烧成温度是150℃。
如图8所示，在该示例中，在模压工艺中由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时的体积收缩率是54％。
发明者对如上所述根据材料具有不同体积收缩率的主要机理作如下推定。图9是示出基于通常的凝胶状态及最终氧化物的、前驱体的材料的不同的反应过程机理设想图。
如图9(a)所示，可推测到：在使用以金属醇盐的前驱体溶液作为的起始材料的前驱体层的情况下，直到生成氧化物为止经过如下的反应过程。首先，通过金属醇盐的水解，烷基部分地转换为羟基，并生成酒精。此后，进行脱水，并在一部分发生缩聚反应，并形成M(金属)-O(氧)-M(金属)的网状物。并在此后，通过热分解反应来生成二氧化碳和水，同时变成氧化物。其结果，容易形成更加致密的氧化物层。另一方面，如图9(b)所示，可以想到：使用以金属有机酸盐的前驱体溶液作为起始材料的前驱体层的情况下，前驱体被直接热分解，由此生成二氧化碳和水，同时急剧地变成氧化物。其结果，容易形成更加疏松的、换言之也可称为多孔状的氧化物层。
这时，可以想到：以金属醇盐的前驱体溶液和金属有机酸盐的前驱体溶液的复合溶液作为起始材料的前驱体层，同时具有图9(a)的物理性能和图9(b)的物理性能，因此，如图9(c)所示，最终形成具有既不致密又不疏松的中间物理性能的氧化物层。其结果，可以想到：在模压工艺中，能够保持模压结构比较容易形成的状态，并且具有正式烧成后的体积收缩率也小的优异特性。因此，如上所述，采用复合溶液是，解决使模压工艺中的塑性变形的容易化、和使正式烧成前后的尺寸控制的容易化的、难以互相兼顾的技术课题的有效方法之一。
如上所述，可以确认到：虽然存在材料之间的差，但是在模压工艺中由功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层时，可以得到20％以上且80％以下的体积收缩率。另外，就使用混合了包含金属醇盐的溶液和包含金属有机酸盐的溶液的复合溶液而言，其体积收缩率收敛在20％以上且55％以下的范围，因此，从模压结构的尺寸控制的容易性或尺寸精度的稳定性的观点来看，是更优选的一方案。
＜第一实施方案的变形例(8)＞
图10是示出本实施方案功能性设备的制造装置800的结构的图。在本实施方案中，对使用作为第一实施方案功能性设备的制造装置700的、变形例的功能性设备的制造装置800的模压工艺的示例进行说明。
[功能性设备的制造装置800的结构]
如图10所示，本实施方案的功能性设备的制造装置800大致分为三个构成部分，即，包括：被固定的上部模压部；用于保持模具并载置有基板10的可进行水平移动的下部模压部；及这些的控制部860。
具体而言，首先，上部模压部具备：旋转的同时推压模具(例如，M1)的滚筒822；用于保持滚筒822的滚筒保持部823；及容纳在滚筒822内，并用于加热滚筒822的滚筒用加热器824。此外，本实施方案的模具是镍(Ni)制品。另外，滚筒用加热器824作为在模压加工时对功能性固体材料前驱体层(例如，图10所示的栅电极用前驱体层20a)供应热量的一个热源而发挥作用。此外，上部模压部具备压力传感器(未图示)：该压力传感器对用于旋转滚筒822的公知旋转机构、用于进行升降的公知升降机构(均未图示)、以及在实施模压加工时对功能性固体材料前驱体层的栅电极用模具M1的滚筒822的推压力(图10中，示意性地示出的向下的箭头)。
接着，在下部模压部中，在基台812上，载置有具备成为处理对象的功能性固体材料前驱体层(例如，栅电极用前驱体层20a)的基板10。此外，通过由未图示的泵被吸引部816吸引，基板10吸附在基台812。另外，在本实施方案中，作为在模压加工时对功能性固体材料前驱体层供应热量的其他热源的、用于加热基板10和功能性固体材料前驱体层的基台用加热器814，与基台712连接。另外，本实施方案的下部模压部具备移动台818，该移动台818用于支撑基台812和基台用加热器814，并且在装置设置台811上向水平方向移动。进一步地，移动台818具备模具保持用台架825，该模具保持用台架825具备：用于保持模具的模具保持部819；和通过公知升降机构来举起基板10而使基板10从基台离开的升降机817。从而，模具保持用台架825也随着移动台818在装置设置台811上向水平方向的移动而移动。
另外，本实施方案的功能性设备的制造装置800具备：控制部860，其承担模压加工时的各种控制，该各种控制包括利用基于公知反馈控制的上部模压部的滚筒822的旋转运动和升降移动的控制、滚筒822对模具的推压力的控制、移动台818的水平移动、滚筒用加热器824的温度控制、及基台用加热器814的温度控制；和计算机862，其与控制部860连接。此外，本实施方案的控制部860和计算机862也与第一实施方案的功能性设备的制造装置700相同地，通过用于实行使用了上述各构成部分的本实施方案的、一系列处理的功能性设备的制造程序，由此监视或者以统合的方式控制上述各构成部分的处理。
此外，在本实施方案中，基台用加热器814兼作进行功能性固体材料前驱体层的预烧成(也称为“干燥工艺”)的预烧成用加热器。从而，在本实施方案中，包括预烧成用加热器的下部模压部承担功能性设备的制造装置800的预烧成部。此外，预烧成用加热器与基台用加热器814分开设置也是可以采用的另一方案。另外，基台用加热器814兼作用于在模压工艺后进行的本体烧成用加热器也是可以采用的另一方案。
如上所述，在使用本实施方案的功能性设备的制造装置800而进行模压工艺的情况下，滚筒822，例如以压力为1MPa以上且20MPa以下的推压力直接推压模具，由此实施功能性固体材料前驱体层的模压加工。此时，通过控制部860进行温度控制的滚筒用加热器824和/或基台用加热器814，对功能性固体材料前驱体层供应热量。另外，配合滚筒822的旋转速度，移动台818对滚筒保持部823进行相对的水平移动。在本实施方案中，例如，以0.05mm/秒的速度对滚筒保持部823进行相对的水平移动。
如上所述，滚筒822形成为对功能性固体材料前驱体层供应热量的一个热源，在与基台用加热器814的温度的关系中，承担供应达到上述第一温度的热量的作用的情况下，能够实际上产生向模压工艺中的功能性固体材料前驱体层供应或者移动热量。其结果，能够得到准确度高、和/或精度高地形成有模压结构的功能性固体材料层。
＜第二的实施方案＞
图11是示出为说明本实施方案的压电式喷墨头300的图。此外，图11(a)是压电式喷墨头300的剖视图。另外，图11(b)和图11(c)是示出压电式喷墨头300喷出墨水时的情形的图。此外，在压电式喷墨头300的制造方法中，使用第一实施方案功能性设备的制造装置700而进行模压工艺，因此，省略与第一实施方案相重复的说明。
[压电式喷墨头300的结构]
如图11(a)所示，本实施方案的压电式喷墨头300具备：空腔构件340；振动板350，其安装在空腔构件340的一侧，并形成有压电元件320；喷嘴板330，其安装在空腔构件340的另一侧，并形成有喷嘴孔332；墨水室360，其被空腔构件340、振动板350、及喷嘴板330所划分。在振动板350设置有与墨水室360连通并用于向墨水室360供应墨水的供墨口352。
根据本实施方案的压电式喷墨头300，首先，如图11(b)和图11(c)所示，通过向压电元件320施加适当的电压，使振动板350暂时向上方弯曲并从未图示的蓄油池向墨水室360供应墨水。此后，通过使振动板350向下方弯曲，从墨水室360经由喷嘴孔332喷出墨水滴i。由此，能够在被印刷物上进行鲜明的印刷。
[本实施方案的压电式喷墨头300的制造方法]
具有上述结构的压电式喷墨头300的压电元件320(第一电极层322、压电体层324、及第二电极层326)，及空腔构件340的至少一部分均是，使用本实施方案的功能性设备的制造方法而形成的。下面，按照工艺顺序对本实施方案的压电式喷墨头300的制造方法进行说明。
图12至图14是示出用于说明本实施方案的压电式喷墨头的制造方法的图。另外，图12(a)至图12(f)、图13(a)至图13(d)、及图14(a)至图14(e)是各个工艺图。
(1)压电元件320的形成
(1-1)第一电极层322的形成
首先，通过公知的旋涂法，在虚设基板310上，形成将以包含镧(La)的前驱体(例如，异丙醇镧)及包含镍(Ni)的前驱体(例如，醋酸镍)作为溶质的、功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料(LNO)前驱体层322’(以下，简称为“前驱体层322’”)。
此后，作为预烧成，将前驱体层322’在大气中以120℃加热约1分钟。本实施方案的预烧成后的前驱体层322’的层厚是约300nm。
此后，为了进行功能性固体材料层的图案形成，如图12(b)所示，使用与承担压电元件320的一部分的第一电极层322对应的区域以凹陷的方式形成的模具M3(高低差300nm)，并以8MPa的压力对前驱体层322’实施模压加工。
在此，即使在对前驱体层322’进行模压加工时，也与第一实施方案的变形例(3)的铁电体层用前驱体层的模压工艺相同地，在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。并且，在该示例中，第一加热器714的最高温度是180℃，第二加热器724的最高温度是180℃。通过本实施方案的模压工艺，形成具备模压结构的前驱体层322’。此外，该模压结构的凸部的层厚的示例为300nm，凹部的层厚的示例为50nm。
之后，通过全面蚀刻前驱体层322’，从与第一电极层322对应的区域以外的区域去除前驱体层322’(全面蚀刻工艺)。全面蚀刻工艺是使用未采用真空工序的湿法蚀刻技术而进行的。
此后，作为正式烧成，使用RTA装置以550℃对前驱体层322’进行10分钟的热处理。其结果，如图12(c)所示，形成作为由镧(La)和镍(Ni)构成的氧化物层的第一电极层322(但是，可能包含不可避免的杂质。下面，在通过溶液法形成的其他氧化物层中也相同)。
(1-2)压电体层324的形成
接着，如图12(d)所示，通过公知的旋涂法，在虚设基板310及第一电极层322上，形成将以金属醇盐作为溶质的前驱体溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶胶凝胶溶液)作为起始材料的功能性固体材料(PZT)的前驱体层324’(下面，也简称为“前驱体层324’”)。
此后，作为预烧成，将前驱体层324’在大气中以150℃加热约5分钟。本实施方案的预烧成后的前驱体层324’的层厚是约1μm-约10μm。
此后，为了进行功能性固体材料层的图案形成，如图12(e)所示，使用与承担压电元件320的一部分的压电体层324对应的区域以凹陷的方式形成的模具M4(高低差500nm)，并以8MPa的压力对前驱体层324’实施模压加工。
在此，即使在对前驱体层324’进行模压加工时，也与第一实施方案的变形例(3)中的铁电体层用前驱体层的模压工艺相同地，在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。并且，在该示例中，第一加热器714的最高温度是180℃，第二加热器724的最高温度是180℃。通过本实施方案的模压工艺，形成有具备模压结构的前驱体层324’。此外，该模压结构的凸部的层厚的示例是1μm-10μm，凹部的层厚的示例是50nm。
此后，通过全面蚀刻前驱体层324’，从与压电体层324对应的区域以外的区域去除前驱体层322’(全面蚀刻工艺)。全面蚀刻工艺是使用未采用真空工序的湿法蚀刻技术而进行的。
此后，作为正式烧成，使用RTA装置而以650℃对前驱体层324’进行10分钟的热处理。其结果，如图12(f)所示，形成由功能性固体材料层(PZT)构成的压电体层324。
(1-3)第二电极层326的形成
首先，通过公知的旋涂法，在虚设基板310及压电体层324上，形成将以包含镧(La)的前驱体(例如，异丙醇镧)及以包含镍(Ni)的前驱体(例如，醋酸镍)作为溶质的、功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料(LNO)前驱体层326’(以下，简称为“前驱体层326’”)。
此后，作为预烧成，将前驱体层326’在大气中以120℃加热约1分钟。本实施方案的预烧成后的前驱体层326’的层厚是约300nm。
此后，为了进行功能性固体材料的图案形成，如图13(b)所示，使用与承担压电元件320的一部分的第二电极层326对应的区域以凹陷的方式形成的模具M5(高低差300nm)，并以8MPa的压力对前驱体层326’实施模压加工。
在此，即使在对前驱体层326’进行模压加工时，也与第一实施方案的变形例(3)中的铁电体层用前驱体层的模压工艺相同地，在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。并且，在该示例中，第一加热器714的最高温度是180℃，第二加热器724的最高温度是180℃。通过本实施方案的模压工艺，形成具备模压结构的前驱体层326’。此外，该模压结构的凸部的层厚的示例为300nm，凹部的层厚的示例为50nm。
此后，通过全面蚀刻前驱体层326’，从与第二电极层326对应的区域以外的区域去除前驱体层326’(全面蚀刻工艺)。全面蚀刻工艺是使用未采用真空工序的湿法蚀刻技术而进行的。
此后，作为正式烧成，使用RTA装置而以550℃对前驱体层326’进行10分钟的热处理。其结果，如图13(c)所示，形成作为由镧(La)和镍(Ni)构成的氧化物层的第二电极层326(但是，可能包含不可避免的杂质。下面，在通过溶液法形成的其他氧化物层中也相同)。经过以上工艺，形成由第一电极层322、压电体层324、及第二电极层326构成的压电元件320。
(2)振动板350和压电元件320的粘合
如图13(d)所示，使用粘接剂粘合具有供墨口352的振动板350和压电元件320。
(3)空腔构件340的形成
首先，如图14(a)所示，通过公知的旋涂法，在振动板350上，形成将以金属醇盐(正硅酸丙酯(Si(OC3H7)4)作为溶质的功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料(石英玻璃)前驱体层340’(下面，简称为“前驱体层340’”)。
此后，作为预烧成，将前驱体层340’在大气中以150℃加热约5分钟。本实施方案的预烧成后的前驱体层340’的层厚例如是10μm-20μm。
此后，为了进行功能性固体材料的图案形成，如图14(b)所示，使用具有与墨水室360等对应的形状的模具M6，并以8MPa的压力对前驱体层340’实施模压加工。
在此，即使在对前驱体层340’进行模压加工时，也与第一实施方案的变形例(3)中的铁电体层用前驱体层的模压工艺相同地，在加热第一加热器714(基台712侧)和第二加热器724(模具侧)的状态下实施模压加工。并且，在该示例中，第一加热器714的最高温度是180℃，第二加热器724的最高温度是180℃。通过本实施方案的模压工艺，形成有具备模压结构的前驱体层340’。此外，该模压结构的凸部的层厚的示例为10μm-20μm，凹部的层厚的示例为50nm。
此后，作为正式烧成，使用RTA装置而以650℃对前驱体层326’进行10分钟的热处理。其结果，如图14(c)所示，形成由功能性固体材料层(石英玻璃)构成的空腔构件340。
(4)空腔构件340和喷嘴板330的粘合
如图14(d)所示，使用粘接剂粘合空腔构件340和具有喷嘴孔332的喷嘴板330。
(5)虚设基板310的拆卸
如图14(e)所示，从压电元件320拆卸虚设基板310。经过以上工艺制造了本实施方案的压电式喷墨头300。
＜其他实施方案＞
而且，在上述第一实施方案中所说明的功能性设备的制造装置700的示例、及在其变形例(8)中所说明的功能性设备的制造装置800，也可以适用于第一实施方案的其他变形例、及第二实施方案。
另外，在上述各实施方案中，将薄膜晶体管、存储型晶体管、及压电式喷墨头作为例子进行了说明，但在上述各实施方案中采用的制造方法并不限定于此。例如，作为其他功能性设备的制造方法的实施方案，制造具有在基板上氧化物陶瓷层或者金属层以网格状形成的结构的反射型偏光板的各种光学设备时、或制造电容器时，也能够适用上述各实施方案中采用的制造方法。
另外，在上述各实施方案中，当形成几个氧化物层时，进行实施模压加工的“模压工艺”。该模压工艺的压力并不限定于代表性地举例示出的8MPa。正如已经提到的，若该模压工艺的压力是在1MPa以上且20MPa以下的范围内的压力，则可以发挥上述各实施方案的至少一部分的效果。
在上述各实施方案中，对得到高塑性变形能力的各前驱体层实施模压加工。其结果，即使在实施模压加工时所施加的压力是在1MPa以上且20MPa以下的低压力，各前驱体层也随着模具的表面形状变形，从而可以以高精度形成所需的模压结构。另外，将其压力设定成1MPa以上且20MPa以下的低压力范围，则实施模压加工时模具将不易受损，并且有利于大面积化。
在此，将上述压力设定成“1MPa以上且20MPa以下”的范围内是基于如下的理由。首先，是因为：在其压力不足1MPa的情况下，存在压力过低而导致不能模压各前驱体层的情况。另一方面，是因为：若其压力达到20MPa，则能够充分地对前驱体层进行模压，因此，不需要施加20MPa以上的压力。从上述观点来看，在上述第五和第六的实施方案的模压工艺中，更优选为以在2MPa以上且10MPa以下的范围内的压力实施模压加工。
另外，上述各实施方案的模压工艺的“模压加工”包括如下两种：使用凹凸模具向功能性固体材料前驱体层的一部分实施模压加工的情况；及使用平坦模具对功能性固体材料前驱体层的全面实施模压加工的情况。
进一步地，上述各实施方案的模压工艺中，也可以代替上述功能性设备的制造装置700或者功能性设备的制造装置800，采用如下功能性设备的制造装置：在滚筒的表面安装成为处理对象的基板的基础上，对在平板上具备凹凸的模具，使该滚筒旋转，并对基板进行模压加工。另外，在滚筒的表面安装模具也是其他可以采用的一方案。在该情况下，也可以代替将模具安装在滚筒的表面，而使滚筒的表面自身具备凹凸状或者平板状的模具。
如上所述，公开的上述各实施方案是为了说明这些实施方案而所记载的，并不是为了限定本发明而记载的。并且，在包括各实施方案的其他组合的本发明的范围内存在的变形例也包括在权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种功能性设备的制造方法，其包括：
模压工艺，在对以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，以使对所述功能性固体材料前驱体层供应热量的热源的第一温度高于所述功能性固体材料前驱体层的第二温度的方式，对所述功能性固体材料前驱体层实施模压加工；和
功能性固体材料层形成工艺，在所述模压工艺后，在含氧气氛中，通过用高于所述第一温度的第三温度对所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，从而由所述功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层。
2.根据权利要求1所述的功能性设备的制造方法，其中，
使所述第一温度升温。
3.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述热源是用于加热所述模具的加热器。
4.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述热源是，用于加热所述模具的加热器及用于加热基台的加热器，所述基台用于载置具备所述功能性固体材料前驱体层的基板。
5.根据权利要求4所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述模具的温度比所述基台的温度高10℃以上。
6.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述一部分时间在将推压所述模具的时间作为100时为20以上。
7.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述预烧成温度在80℃以上且250℃以下，
所述第一温度高于所述预烧成温度，并且在90℃以上且300℃以下。
8.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
用于形成所述功能性固体材料前驱体层的预烧成工艺中的预烧成温度，低于所述功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点，并且，
所述第一温度高于所述溶剂的沸点。
9.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
在所述模压工艺中，以1MPa以上且20MPa以下的压力实施模压加工。
10.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
在所述模压工艺中，至少对所述前驱体层的表面实施脱模处理或者对所述模具的模压表面实施脱模处理后，对所述前驱体层实施模压加工。
11.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性固体材料前驱体溶液是包括选自以下组群中的至少一种的溶液：
包含金属醇盐的溶液；
包含金属有机酸盐的溶液；
包含金属无机酸盐的溶液；
包含金属卤化物的溶液；
包含含有金属、氮、及氢的无机化合物的溶液；
包含金属氢化物的溶液；
包含金属纳米颗粒的溶液；及
陶瓷微粒。
12.根据权利要求11所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性固体材料前驱体溶液是选自以下组群中的至少一种：包含所述金属醇盐溶液；包含所述金属有机酸盐的溶液；及包含所述金属无机酸盐的溶液，
在所述模压工艺中，由所述功能性固体材料前驱体层形成所述功能性固体材料层时的体积收缩率在20％以上且80％以下。
13.根据权利要求11所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性固体材料前驱体溶液是包括选自以下组群中的至少一种的溶液：
包含所述金属卤化物的溶液；
包含含有所述金属、氮、及氢的无机化合物的溶液；
包含所述金属氢化物的溶液；
包含所述金属纳米颗粒的溶液；及
所述陶瓷微粒，
在所述功能性固体材料层形成工艺中，由所述功能性固体材料前驱体层形成所述功能性固体材料层时的体积收缩率在1％以上且30％以下。
14.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
在所述模压工艺和所述功能性固体材料层形成工艺之间，
还包括：在已实施模压加工的所述功能性固体材料前驱体层中层厚最薄的区域，以所述功能性固体材料前驱体层被去除的条件，对所述功能性固体材料前驱体层进行整体蚀刻的工艺。
15.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性设备是薄膜晶体管，
所述功能性固体材料层是选自以下组群中的至少一种的层：所述薄膜晶体管的栅电极层、栅绝缘层、源电极层、漏电极层、及通道层。
16.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性设备是存储型晶体管，
所述功能性固体材料层是选自以下组群中的至少一种的层：所述存储型晶体管的栅电极层、铁电体层、源电极层、漏电极层、及通道层。
17.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性设备是电容器，
所述功能性固体材料层是电介质层和/或电极层。
18.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性设备是具备压电体层的驱动器，
所述功能性固体材料层是所述压电体层。
19.根据权利要求1或2所述的功能性设备的制造方法，其中，
所述功能性设备是在基材上具备多个光栅层的光学设备，
所述功能性固体材料层是所述光栅层。
20.一种功能性设备的制造装置，其具备：
控制部，其以如下方式进行控制：在对以功能性固体材料前驱体溶液作为起始材料的功能性固体材料前驱体层推压用于形成模压结构的模具的期间的至少一部分时间内，使对所述功能性固体材料前驱体层供应热量的热源的第一温度高于所述功能性固体材料前驱体层的第二温度；
模压部，其对所述功能性固体材料前驱体层施加模压加工；及
热处理部，其在含氧气氛中，通过用高于所述第一温度的第三温度对形成有模压结构的所述功能性固体材料前驱体层进行热处理，从而由所述功能性固体材料前驱体层形成功能性固体材料层。
21.根据权利要求20所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述控制部使所述第一温度升温。
22.根据权利要求20或21所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述热源是用于加热所述模具的加热器。
23.根据权利要求20或21所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述热源是具备加热器的滚筒，所述加热器用于推压并加热所述模具。
24.根据权利要求20或21所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述热源是用于加热所述模具的加热器及用于加热基台的加热器，所述基台用于载置具备所述功能性固体材料前驱体层的基板。
25.根据权利要求24所述的功能性设备的制造装置，其中
所述模具的温度比所述基台的温度高10℃以上。
26.根据权利要求20或21所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述制造装置进一步具备预烧成部，其使用于形成所述功能性固体材料前驱体层的预烧成温度设定在80℃以上且250℃以下，
所述控制部使所述第一温度高于所述预烧成温度，并且使所述第一温度在90℃以上且300℃以下。
27.根据权利要求20或21所述的功能性设备的制造装置，其中，
所述制造装置进一步具备预烧成部，其使用于形成所述功能性固体材料前驱体层的预烧成温度设定成低于所述功能性固体材料前驱体溶液的溶剂的沸点，
所述控制部使所述第一温度高于所述溶剂的沸点。
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