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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-19
(45)【発行日】2022-07-27
(54)【発明の名称】圧電素子
(51)【国際特許分類】
H01L 41/319 20130101AFI20220720BHJP
H01L 41/047 20060101ALI20220720BHJP
H01L 41/318 20130101ALI20220720BHJP
H01L 41/09 20060101ALI20220720BHJP
B41J 2/14 20060101ALI20220720BHJP
【ＦＩ】
H01L41/319
H01L41/047
H01L41/318
H01L41/09
B41J2/14 613
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2018152009
(22)【出願日】2018-08-10
(65)【公開番号】P2019047114
(43)【公開日】2019-03-22
【審査請求日】2021-07-16
(31)【優先権主張番号】P 2017171445
(32)【優先日】2017-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野村 幸治
(72)【発明者】
【氏名】松尾 伸史
(72)【発明者】
【氏名】伊達 智洋
【審査官】西出 隆二
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／０２４６９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／１６４９５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／０６４３４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－０７９９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３５３７４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１７３６０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２２７３４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ４１／３１９
Ｈ０１Ｌ ４１／０４７
Ｈ０１Ｌ ４１／３１８
Ｈ０１Ｌ ４１／０９
Ｂ４１Ｊ ２／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成され、ＰＬＴを主成分とするスパッタ膜からなるシード層と、前記シード層上に形成され、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを主成分とする圧電体膜とを含み、前記下部電極は、前記基板側のＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に積層されたＰｔ膜との積層膜からなる圧電素子であって、前記Ｐｔ膜を構成するＰｔの（１１１）配向のピーク強度をＰｔ（１１１）ピーク強度として横軸にとり、前記シード層を構成するＰＬＴの（１００）配向のピーク強度をＰＬＴ（１００）ピーク強度として縦軸にとり、前記下部電極形成時の基板設定温度別のＰｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）ピーク強度の点を結んだ曲線をピーク特性曲線とすると、前記Ｐｔ（１１１）ピーク強度と前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度との関係が、前記ピーク特性曲線における前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度が最大となるピーク点から前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下するまでの範囲内にあり、かつ前記シード層を構成するＰＬＴの（１００）配向率が８５％以上である、圧電素子。
【請求項2】
基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成され、ＰＬＴを主成分とするスパッタ膜からなるシード層と、前記シード層上に形成され、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを主成分とする圧電体膜とを含み、前記下部電極は、前記基板側のＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に積層されたＰｔ膜との積層膜からなる圧電素子であって、前記Ｐｔ膜を構成するＰｔの（１１１）配向のピーク強度が１７×１００００ counts～３５×１００００ countsであり、かつ前記シード層を構成するＰＬＴの（１００）配向のピーク強度が７０×１０００ counts以上である、圧電素子。
【請求項3】
前記シード層の膜厚が２０ｎｍ～１００ｎｍであり、前記Ｐｔ膜の膜厚が５０ｎｍ～２００ｍｍであり、
前記Ｔｉ膜の膜厚が１０ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項4】
前記圧電体膜が、ゾルゲル法によって形成された圧電体膜である、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項5】
前記シード層は、前記下部電極側寄りに、Ｐｂ濃度の高いＰｂリッチ層を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項6】
圧電体膜上に形成された上部電極をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項7】
前記基板と前記下部電極との間に、ＳｉＯ２からなる絶縁膜が介在している、請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項8】
前記絶縁膜と前記下部電極との間に、Ａｌ２Ｏ３からなる鉛バリア膜が介在している、請求項７に記載の圧電素子。
【請求項9】
前記絶縁膜の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍである、請求項７に記載の圧電素子。
【請求項10】
前記絶縁膜の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍあり、前記鉛バリア膜の膜厚は、５０ｎｍ～１００ｎｍである、請求項８に記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、基板上に配置された下部電極と、下部電極上に形成されたシード層と、シード層上に形成された圧電体膜とを含む、圧電素子に関する。
【背景技術】
【0002】
基板上に配置された下部電極と、下部電極上に形成された圧電体膜と、圧電体膜上に形成された上部電極とを含む圧電素子が知られている。代表的な圧電体膜として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒｘＴｉ１－ｘＯ３）がある。ＰＺＴは、ベロブスカイト型の強誘電体であり、優れた圧電特性を有している。このような圧電体膜は、スパッタ法、ゾルゲル法等によって形成される。このような圧電素子では、ＰＺＴが（１１１）方向に配向するよりも、（１００）方向に配向している方が、圧電特性が高くなることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－２２９５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述したような圧電素子では、下部電極としては、高温での安定性および高い導電性を有する白金（Ｐｔ）が用いられることが多い。Ｐｔは（１１１）方向に自己配向しやすい特性を有している。ＰＺＴからなる圧電体膜は、（１００）配向となるときに圧電特性が高くなるが、圧電体膜はその下地のＰｔの影響を受けるため、（１１１）配向のＰｔ上には、ＰＺＴは（１００）配向で形成されにくい。圧電体膜が（１１１）配向で形成されると、その圧電特性が低下する。
【0005】
この発明の目的は、高い圧電特性を有する圧電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明による第１の圧電素子は、基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成され、ＰＬＴを主成分とするスパッタ膜からなるシード層と、前記シード層上に形成され、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを主成分とする圧電体膜とを含み、前記下部電極は、前記基板側のＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に積層されたＰｔ膜との積層膜からなる。そして、前記Ｐｔ膜を構成するＰｔの（１１１）配向のピーク強度をＰｔ（１１１）ピーク強度として横軸にとり、前記シード層を構成するＰＬＴの（１００）配向のピーク強度をＰＬＴ（１００）ピーク強度として縦軸にとり、前記下部電極形成時の基板設定温度別のＰｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）ピーク強度の点を結んだ曲線をピーク特性曲線とすると、前記Ｐｔ（１１１）ピーク強度と前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度との関係が、前記ピーク特性曲線における前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度が最大となるピーク点から前記ＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下するまでの範囲内にあり、かつ前記シード層を構成するＰＬＴの（１００）配向率が８５％以上である。
【0007】
この構成では、Ｐｔ膜上に形成されるシード層を構成するＰＬＴの結晶性および（１００）配向性が良好な圧電素子が得られる。これにより、シード層上に形成される圧電体膜を構成するＰＺＴまたはＰＬＺＴの（１００）配向性を高くできるので、高い圧電特性を有する圧電素子が得られる。
この発明による第２の圧電素子は、基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成され、ＰＬＴを主成分とするスパッタ膜からなるシード層と、前記シード層上に形成され、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを主成分とする圧電体膜とを含み、前記下部電極は、前記基板側のＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に積層されたＰｔ膜との積層膜からなる。そして、前記Ｐｔ膜を構成するＰｔの（１１１）配向のピーク強度が１７×１００００ counts～３５×１００００ countsであり、かつ前記シード層を構成するＰＬＴの（１００））配向率が８５％以上である。
この発明による第２の圧電素子は、基板上に配置された下部電極と、前記下部電極上に形成され、ＰＬＴを主成分とするスパッタ膜からなるシード層と、前記シード層上に形成され、ＰＺＴまたはＰＬＺＴを主成分とする圧電体膜とを含み、前記下部電極は、前記基板側のＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に積層されたＰｔ膜との積層膜からなる。そして、前記Ｐｔ膜を構成するＰｔの（１１１）配向のピーク強度が１７×１００００ counts～３５×１００００ countsであり、かつ前記シード層を構成するＰＬＴの（１００））配向率が８５％以上である。
【0008】
この構成では、Ｐｔ膜上に形成されるシード層を構成するＰＬＴの（１００）配向性を向上させることができる。これにより、シード層上に形成される圧電体膜を構成するＰＺＴまたはＰＬＺＴの（１００）配向性を高くできるので、高い圧電特性を有する圧電素子が得られる。
この発明の一実施形態では、前記シード層の膜厚が２０ｎｍ～１００ｎｍであり、前記Ｐｔ膜の膜厚が５０ｎｍ～２００ｍｍであり、前記Ｔｉ膜の膜厚が１０ｎｍ以下である。
この発明の一実施形態では、前記シード層の膜厚が２０ｎｍ～１００ｎｍであり、前記Ｐｔ膜の膜厚が５０ｎｍ～２００ｍｍであり、前記Ｔｉ膜の膜厚が１０ｎｍ以下である。
【0009】
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜が、ゾルゲル法によって形成された圧電体膜である。
この発明の一実施形態では、前記シード層は、前記下部電極側寄りに、Ｐｂ濃度の高いＰｂリッチ層を有する。
この発明の一実施形態では、圧電体膜上に形成された上部電極をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記シード層は、前記下部電極側寄りに、Ｐｂ濃度の高いＰｂリッチ層を有する。
この発明の一実施形態では、圧電体膜上に形成された上部電極をさらに含む。
【0010】
この発明の一実施形態では、前記基板と前記下部電極との間に、ＳｉＯ２からなる絶縁膜が介在している。
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜と前記下部電極との間に、Ａｌ２Ｏ３からなる鉛バリア膜が介在している。
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍである。
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜と前記下部電極との間に、Ａｌ２Ｏ３からなる鉛バリア膜が介在している。
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍである。
【0011】
この発明の一実施形態では、前記絶縁膜の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍであり、前記鉛バリア膜の膜厚は、５０ｎｍ～１００ｎｍである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電素子の模式的な断面図である。
圧電素子１０は、この実施形態では、基板１上に形成された鉛バリア膜３の表面に接して形成されている。より具体的には、基板１の表面には、絶縁膜２が形成されており、この絶縁膜２の表面に鉛バリア膜３が形成されている。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電素子の模式的な断面図である。
圧電素子１０は、この実施形態では、基板１上に形成された鉛バリア膜３の表面に接して形成されている。より具体的には、基板１の表面には、絶縁膜２が形成されており、この絶縁膜２の表面に鉛バリア膜３が形成されている。
【0014】
基板１は、この実施形態では、シリコン基板からなる。シリコン基板１の厚さは、１００μｍ～１０００μｍ程度である。絶縁膜２は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなる。絶縁膜２の膜厚は、３００ｎｍ～２０００ｎｍ程度である。鉛バリア膜３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる。鉛バリア膜３の膜厚は、５０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。
圧電素子１０は、鉛バリア膜３上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成されたシード層１２と、シード層１２上に形成された圧電体膜１３と、圧電体膜１３上に形成された上部電極１４とを含んでいる。
圧電素子１０は、鉛バリア膜３上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成されたシード層１２と、シード層１２上に形成された圧電体膜１３と、圧電体膜１３上に形成された上部電極１４とを含んでいる。
【0015】
下部電極１１は、鉛バリア膜３上に形成されたＴｉ（チタン）膜２１と、Ｔｉ膜２１上に形成されたＰｔ（白金）膜２２との積層膜（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）からなる。Ｔｉ膜２１は、鉛バリア膜３とＰｔ膜２２との密着性を向上させるために形成されている。Ｐｔ膜２２は、自己配向性を有しており、基板１に対して（１１１）方向に配向している。Ｔｉ膜２１の厚さは数ｎｍ～１０ｎｍ程度であり、Ｐｔ膜２２の厚さは５０ｎｍ～２００ｎｍ程度である。この実施形態では、Ｔｉ膜２１の厚さは５ｎｍであり、Ｐｔ膜２２の厚さは２００ｎｍである。Ｔｉ膜２１の厚さは１０ｎｍ以下であることが好ましい。Ｔｉ膜２１およびＰｔ膜２２は、スパッタ法によって形成されている。
【0016】
シード層１２は、シード層１２上に形成される圧電体膜１３の結晶配向性を向上させるために設けられた層である。シード層１２は、この実施形態では、ベロブスカイト型のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ：ＰｂＬａＯ３）から構成されている。ＰＬＴは、基板１の面（積層面）に平行な（１００）方向に配向している。シード層１２の厚さは、２０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。この実施形態では、シード層１２の厚さは、５０ｎｍ程度である。シード層１２は、スパッタ法によって形成されている。シード層１２内における下部電極１１側寄りには、Ｐｂ濃度の高いＰｂリッチ層が２０ｎｍ程度形成されている。
【0017】
シード層１２は、ＰＬＴに、Ｍｎ（マンガン），Ｍｇ（マグネシウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｃｏ（コバルト），Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｚｎ（亜鉛），Ａｌ（アルミニウム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン），Ｔｉ（チタン）等が添加されたものであってもよい。つまり、シード層１２は、ＰＬＴを主成分とする材料から構成されていればよい。
【0018】
圧電体膜１３は、この実施形態では、ベロブスカイト型のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒｘＴｉ１－ｘＯ３）から構成されている。圧電体膜１３の厚さは、１０００ｎｍ～３０００ｎｍ程度である。この実施形態では、圧電体膜１３は、ゾルゲル法によって形成されている。
圧電体膜１３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）における鉛の一部をランタンで置換したチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）から構成されていてもよい。また、圧電体膜１３は、ＰＺＴまたはＰＬＺＴに、Ｍｎ（マンガン），Ｍｇ（マグネシウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｃｏ（コバルト），Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｚｎ（亜鉛），Ａｌ（アルミニウム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン），Ｔｉ（チタン）等が添加されたものであってもよい。つまり、圧電体膜１３は、ＰＺＴを主成分とする材料またはＰＬＺＴを主成分とする材料から構成されていればよい。
圧電体膜１３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）における鉛の一部をランタンで置換したチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）から構成されていてもよい。また、圧電体膜１３は、ＰＺＴまたはＰＬＺＴに、Ｍｎ（マンガン），Ｍｇ（マグネシウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｃｏ（コバルト），Ｆｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｚｎ（亜鉛），Ａｌ（アルミニウム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン），Ｔｉ（チタン）等が添加されたものであってもよい。つまり、圧電体膜１３は、ＰＺＴを主成分とする材料またはＰＬＺＴを主成分とする材料から構成されていればよい。
【0019】
上部電極１４は、この実施形態では、圧電体膜１３上に形成されたＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜３１と、ＩｒＯ２膜３１上に形成されたＩｒ（イリジウム）膜３２との積層膜（Ｉｒ／ＩｒＯ２積層膜）からなる。上部電極１４の厚さは、５０ｎｍ～２００ｎｍ程度である。ＩｒＯ２膜３１およびＩｒ膜３２は、スパッタ法によって形成されている。なお、上部電極１４は、Ｐｔ（白金）の単膜から構成されていてもよい。
【0020】
図２は、圧電素子の製造工程を示すフローチャートである。
表面に、絶縁膜２を介して鉛バリア膜３が形成されたシリコン基板１が準備される(ステップＳ１)。このようなシリコン基板１は、次のようにして得られる。すなわち、まず、熱酸化法によって、シリコン基板１上に、熱酸化膜（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜２が形成される。続いて、絶縁膜２上に、スパッタ法によって、鉛バリア膜３が形成される。
表面に、絶縁膜２を介して鉛バリア膜３が形成されたシリコン基板１が準備される(ステップＳ１)。このようなシリコン基板１は、次のようにして得られる。すなわち、まず、熱酸化法によって、シリコン基板１上に、熱酸化膜（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜２が形成される。続いて、絶縁膜２上に、スパッタ法によって、鉛バリア膜３が形成される。
【0021】
次に、鉛バリア膜３上に、下部電極１１が形成される(ステップＳ２)。具体的には、まず、鉛バリア膜３上に、スパッタ法によって、Ｔｉ膜２１（たとえば５ｎｍ）が形成される。続いて、Ｔｉ膜２１上に、スパッタ法によって、Ｐｔ膜２２（たとえば２００ｎｍ）が形成される。Ｐｔ／Ｔｉ積層膜をスパッタ法で形成する際の、基板１の温度は、５１５℃～５７５℃であることが好ましい。この理由については後述する。Ｐｔ膜２２を構成するＰｔは、自己配向性を有するため、基板１に対して（１１１）方向に配向する。
【0022】
次に、下部電極１１（Ｐｔ膜２２）上に、スパッタ法によって、ＰＬＴからなるシード層１２が形成される(ステップＳ３)。この際、酸素分圧が低いほど、また、スパッタガス圧が低いほど、Ａｒイオンのエネルギーの増大によるＰｂ（鉛）のスパッタ率が上昇する。このため、シード層１２における下部電極１１側寄りには、Ｐｂ濃度の高いＰｂリッチ層が形成される。
【0023】
次に、シード層１２上に、ゾルゲル法によって、ＰＺＴからなる圧電体膜１３が形成される(ステップＳ４)。
最後に、圧電体膜１３上に、上部電極１４が形成される(ステップＳ５)。具体的には、まず、圧電体膜１３上に、スパッタ法によって、ＩｒＯ２膜３１が形成される。続いて、ＩｒＯ２膜３１上に、スパッタ法によって、Ｉｒ膜３２が形成される。これにより、下部電極１１、シード層１２、圧電体膜１３および上部電極１４からなる圧電素子１０が得られる。
最後に、圧電体膜１３上に、上部電極１４が形成される(ステップＳ５)。具体的には、まず、圧電体膜１３上に、スパッタ法によって、ＩｒＯ２膜３１が形成される。続いて、ＩｒＯ２膜３１上に、スパッタ法によって、Ｉｒ膜３２が形成される。これにより、下部電極１１、シード層１２、圧電体膜１３および上部電極１４からなる圧電素子１０が得られる。
【0024】
Ｔｉ膜２１上にＰｔ膜２２をスパッタ法で形成する際には、Ｔｉ膜２１中のＴｉがＰｔ膜２２内に拡散する。Ｐｔ膜２２におけるＴｉ膜２１とは反対側の表面にＴｉが拡散すると、Ｐｔ膜２２の当該表面に一酸化チタン（ＴｉＯ）が生成される。Ｐｔ膜２２の前記表面にＴｉＯが生成されると、Ｔｉ膜２１上にシード層１２をスパッタ法によって形成する際に、ＴｉＯがＰＬＴのＰｂと結合して、ＰｂＴｉＯ３が形成され、ＰＬＴ結晶の核となって、ＰＬＴが結晶成長すると考えられる。したがって、Ｔｉ膜２１の前記表面にＴｉＯを適正な密度で形成することができれば、ＰＬＴの結晶性が向上し、シード層１２を構成するＰＬＴの（１００）配向性を高くできると考えられる。
【0025】
本実施形態では、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜（下部電極１１）をスパッタ法で形成する際のシリコン基板１の温度を適切な温度に設定することにより、Ｔｉ膜２１の表面にＴｉＯを適正な密度で形成し、Ｐｔ膜２２上に形成されるＰＬＴの（１００）配向性を高くしている。これにより、シード層１２上に形成される圧電体膜１３を構成するＰＺＴの（１００）配向性を高くできるので、高い圧電特性を有する圧電素子が得られる。Ｐｔ／Ｔｉ積層膜（下部電極１１）をスパッタ法で形成する際のシリコン基板１の適正な温度範囲等については、後述する。
【0026】
図３は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度に対する、Ｐｔ（１１１）ピーク強度、ＰＬＴピーク強度およびＰＬＴ（１００）配向率を示すグラフである。
図３のグラフは、次のようにして作成されている。下部電極形成時の基板設定温度を変えて、下部電極１１およびシード層１２からなる複数のサンプルを作成した。各サンプルは、シリコン基板１に絶縁膜２を介して形成された鉛バリア膜３上に形成される。そして、各サンプルについて、ＸＲＤ（ X-ray diffraction ；Ｘ線回析）の２θ／θ測定を行い、Ｐｔ（１１１）ピーク強度［counts］、ＰＬＴ（１００）ピーク強度［counts］、ＰＬＴ（１１１）ピーク強度［counts］およびＰＬＴ（１００）配向率［％］を測定した。
図３のグラフは、次のようにして作成されている。下部電極形成時の基板設定温度を変えて、下部電極１１およびシード層１２からなる複数のサンプルを作成した。各サンプルは、シリコン基板１に絶縁膜２を介して形成された鉛バリア膜３上に形成される。そして、各サンプルについて、ＸＲＤ（ X-ray diffraction ；Ｘ線回析）の２θ／θ測定を行い、Ｐｔ（１１１）ピーク強度［counts］、ＰＬＴ（１００）ピーク強度［counts］、ＰＬＴ（１１１）ピーク強度［counts］およびＰＬＴ（１００）配向率［％］を測定した。
【0027】
Ｐｔ（１１１）ピーク強度は、下部電極１１内のＰｔ膜２２を構成するＰｔの（１１１）配向を示すピーク強度である。
ＰＬＴ（１００）ピーク強度は、シード層１２を構成するＰＬＴの（１００）配向を示すピーク強度である。
ＰＬＴ（１１１）ピーク強度は、シード層１２を構成するＰＬＴの（１１１）配向を示すピーク強度である。
ＰＬＴ（１００）ピーク強度は、シード層１２を構成するＰＬＴの（１００）配向を示すピーク強度である。
ＰＬＴ（１１１）ピーク強度は、シード層１２を構成するＰＬＴの（１１１）配向を示すピーク強度である。
【0028】
ＰＬＴ（１００）配向率Ｄは、シード層１２を構成するＰＬＴの（１００）配向性を表す値であり、次式（１）に基づいて、算出される。
Ｄ＝｛ PLT(100)ピーク強度／(PLT(100)ピーク強度＋PLT(111)ピーク強度）｝×１００
…（１）
図３から、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲は、ＰＬＴ（１００）配向率Ｄが８５％以上でありかつＰＬＴ（１００）ピーク強度がその最大ピークから例えば５％低下するまでの範囲内にある範囲であると考えることができる。図３のＰＬＴ（１００）ピーク強度曲線の例では、ＰＬＴ（１００）ピーク強度の最大ピークからＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下したところのピーク強度は、７０×１０００countsであるとする。
Ｄ＝｛ PLT(100)ピーク強度／(PLT(100)ピーク強度＋PLT(111)ピーク強度）｝×１００
…（１）
図３から、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲は、ＰＬＴ（１００）配向率Ｄが８５％以上でありかつＰＬＴ（１００）ピーク強度がその最大ピークから例えば５％低下するまでの範囲内にある範囲であると考えることができる。図３のＰＬＴ（１００）ピーク強度曲線の例では、ＰＬＴ（１００）ピーク強度の最大ピークからＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下したところのピーク強度は、７０×１０００countsであるとする。
【0029】
したがって、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度は、５１５℃～５７５℃に設定することが好ましい。言い換えれば、図３の例では、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が、１７×１００００counts～３５×１００００countsであり、かつＰＬＴ（１００）ピーク強度が７０×１０００counts以上であり、かつＰＬＴ（１００）配向率が８５％以上であることが好ましい。
【0030】
図４は、Ｐｔ（１１１）ピーク強度に対する、ＰＬＴ（１００）ピーク強度およびＰＬＴ（１００）配向率の関係を示すグラフである。
図４のグラフは、図３で説明したようなＰｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度が異なる複数のサンプルから得られたデータに基づいて作成されている。各サンプルから得られるデータは、Ｐｔ（１１１）ピーク、ＰＬＴ（１００）ピーク強度、ＰＬＴ（１１１）ピーク強度およびＰＬＴ（１００）配向率である。
図４のグラフは、図３で説明したようなＰｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度が異なる複数のサンプルから得られたデータに基づいて作成されている。各サンプルから得られるデータは、Ｐｔ（１１１）ピーク、ＰＬＴ（１００）ピーク強度、ＰＬＴ（１１１）ピーク強度およびＰＬＴ（１００）配向率である。
【0031】
図４において、曲線Ｑ１は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度毎（サンプル毎）のＰｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）ピーク強度を表す点をプロットし、これらの複数の点を通るように描かれた曲線（ピーク特性曲線）である。
図４において、曲線Ｑ２は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度毎（サンプル毎）のＰｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）配向率を表す点をプロットし、これらの複数の点を通るように描かれた曲線である。
図４において、曲線Ｑ２は、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度毎（サンプル毎）のＰｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）配向率を表す点をプロットし、これらの複数の点を通るように描かれた曲線である。
【0032】
曲線Ｑ１は、Ｐｔ（１１１）ピーク強度がほぼ２４×１００００ countsであるときに、ＰＬＴ（１００）ピーク強度が最大となるピーク点（極大点）Ｐを有している。曲線Ｑ１において、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が８０×１００００ countsから２４×１００００ countsまでの区間を第１区間といい、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が２４×１００００ counts以下の区間を第２区間ということにする。
【0033】
第１区間においては、矢印Ａで示すように、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が小さくなるにしたがって、ＰＬＴ（１００）ピーク強度は増加している。この理由について説明する。Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度が高いほど、Ｐｔ膜２２に拡散されるＴｉの拡散量が大きくなるから、Ｐｔ（１１１）ピーク強度は小さくなる。したがって、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が８０×１００００ countsから小さくなるにつれて、Ｐｔ膜２２表面に形成される一酸化チタン（ＴｉＯ）の密度が高くなり、ＰＬＴシード層１２のＰＬＴの結晶性が高くなっていく。このため、第１区間では、ＰＬＴ（１００）ピーク強度は、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が小さくなるにつれて増加する。
【0034】
第２区間においては、矢印Ｂで示すように、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が小さくなるにしたがって、ＰＬＴ（１００）ピーク強度は急激に減少している。この理由について説明する。Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度が高いほど、Ｐｔ膜に拡散されるＴｉの拡散量は大きくなる。しかしながら、Ｐｔ膜２２表面に拡散されるＴｉ量がある一定量を超えると、Ｐｔ膜２２の表面に、ＰＬＴ結晶の核とはならない二酸化チタン（ＴｉＯ２）が生成され、ＴｉＯ２によってＰＬＴの結晶成長が阻害されると考えられる。このため、第２区間においては、ＰＬＴ（１００）ピーク強度は、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が小さくなるにつれて、急激に減少する。以下において、曲線Ｑ１におけるＰＬＴ（１００）ピーク強度が最大となる点を、ピーク点Ｐということにする。
【0035】
図４から、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲は、ＰＬＴ（１００）配向率が高くかつＴｉＯ２によるＰＬＴの結晶成長阻害によるＰＬＴ（１００）ピーク強度の急激低下の影響の小さい範囲であると考えることができる。
ＰＬＴ（１００）ピーク強度の急激低下の影響の小さい範囲は、図４から、Ｐｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）ピーク強度の関係が、曲線Ｑ１のピーク点ＰからＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下するまでの範囲内(図４の例では、７０×１０００ counts以上の範囲内)の範囲である。そして、この範囲のうち、ＰＬＴ（１００）配向率が８５％以上の範囲を、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲であると考えることができる。したがって、図４において、Ｐｔ（１１１）ピーク強度がα～βの範囲（図４の例では、１７×１００００ counts～３５×１００００ countsの範囲）が、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲となる。言い換えれば、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が図４のα～βの範囲内になるように、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度を設定することが好ましい。
ＰＬＴ（１００）ピーク強度の急激低下の影響の小さい範囲は、図４から、Ｐｔ（１１１）ピーク強度に対するＰＬＴ（１００）ピーク強度の関係が、曲線Ｑ１のピーク点ＰからＰＬＴ（１００）ピーク強度が５％低下するまでの範囲内(図４の例では、７０×１０００ counts以上の範囲内)の範囲である。そして、この範囲のうち、ＰＬＴ（１００）配向率が８５％以上の範囲を、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲であると考えることができる。したがって、図４において、Ｐｔ（１１１）ピーク強度がα～βの範囲（図４の例では、１７×１００００ counts～３５×１００００ countsの範囲）が、ＰＬＴ（１００）の結晶性および配向率の良好な範囲となる。言い換えれば、Ｐｔ（１１１）ピーク強度が図４のα～βの範囲内になるように、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜形成時の基板設定温度を設定することが好ましい。
【0036】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、絶縁膜２上に鉛バリア膜３が形成され、鉛バリア膜３の表面に接するように圧電素子１０が形成されている。しかし、絶縁膜２上に鉛バリア膜３は形成されていなくてもよい。つまり、絶縁膜２の表面に接するように圧電素子１０が形成されてもよい。
【0037】
前述の実施形態では、圧電体膜１３は、ゾルゲル法によって形成されているが、スパッタ法によって形成されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
次に、図５Ａ、図５Ｂ、図６～図１１を参照して、図１の圧電素子１０の応用例について説明する。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
次に、図５Ａ、図５Ｂ、図６～図１１を参照して、図１の圧電素子１０の応用例について説明する。
【0038】
図５Ａは、図１の圧電素子１０が用いられたインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。図５Ｂは、図５Ａのインクジェットプリントヘッドの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図６は、図５ＡのVI- VI線に沿う図解的な断面図である。図７は、図５ＡのVII-VII線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。図８は、図５Ａのインクジェットプリントヘッドの下部電極および圧電体膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
【0039】
図６を参照して、インクジェットプリントヘッド１０１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド１０１は、アクチュエータ基板１０２と、ノズル基板１０３と、保護基板１０４とを備えている。アクチュエータ基板１０２の表面には、可動膜形成層１１０が積層されている。アクチュエータ基板１０２は、図１の基板１に相当し、可動膜形成層１１０は図１の絶縁膜２に相当する。
インクジェットプリントヘッド１０１は、アクチュエータ基板１０２と、ノズル基板１０３と、保護基板１０４とを備えている。アクチュエータ基板１０２の表面には、可動膜形成層１１０が積層されている。アクチュエータ基板１０２は、図１の基板１に相当し、可動膜形成層１１０は図１の絶縁膜２に相当する。
【0040】
アクチュエータ基板１０２には、インク流路（インク溜まり）１０５が形成されている。インク流路１０５は、この応用例では、アクチュエータ基板１０２を貫通して形成されている。インク流路１０５は、図６に矢印で示すインク流通方向１４１に沿って細長く延びて形成されている。インク流路１０５は、インク流通方向１４１の上流側端部（図６では左端部）のインク流入部１０６と、インク流入部１０６に連通する圧力室１０７（キャビティ）とから構成されている。図６において、インク流入部１０６と圧力室１０７との境界を二点鎖線で示すことにする。
【0041】
ノズル基板１０３は、たとえばシリコン基板からなる。ノズル基板１０３は、アクチュエータ基板１０２の裏面１０２ｂに張り合わされている。ノズル基板１０３は、アクチュエータ基板１０２および可動膜形成層１１０とともにインク流路１０５を区画している。より具体的には、ノズル基板１０３は、インク流路１０５の底面部を区画している。ノズル基板１０３は、圧力室１０７に臨む凹部１０３ａを有し、凹部１０３ａの底面にインク吐出通路１０３ｂが形成されている。インク吐出通路１０３ｂは、ノズル基板１０３を貫通しており、圧力室１０７とは反対側に吐出口１０３ｃを有している。したがって、圧力室１０７の容積変化が生じると、圧力室１０７に溜められたインクは、インク吐出通路１０３ｂを通り、吐出口１０３ｃから吐出される。
【0042】
可動膜形成層１１０における圧力室１０７の天壁部分は、可動膜１１０Ａを構成している。可動膜１１０Ａ（可動膜形成層１１０）は、たとえば、アクチュエータ基板１０２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜１１０Ａ（可動膜形成層１１０）は、たとえば、アクチュエータ基板１０２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。
【0043】
この明細書において、可動膜１１０Ａとは、可動膜形成層１１０のうち圧力室１０７の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層１１０のうち、圧力室１０７の天壁部以外の部分は、可動膜１１０Ａを構成していない。
可動膜１１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ～２μｍである。可動膜１１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
可動膜１１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ～２μｍである。可動膜１１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
【0044】
圧力室１０７は、可動膜１１０Ａと、アクチュエータ基板１０２と、ノズル基板１０３とによって区画されており、この応用例では、略直方体状に形成されている。圧力室１０７の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク流入部１０６は、圧力室１０７の長手方向一端部に連通している。
可動膜１１０Ａの表面には、圧電素子１０が配置されている。圧電素子１０は、可動膜形成層１１０上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成されたシード層（図示略）と、シード層上に形成された圧電体膜１３と、圧電体膜１３上に形成された上部電極１４とを備えている。
可動膜１１０Ａの表面には、圧電素子１０が配置されている。圧電素子１０は、可動膜形成層１１０上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成されたシード層（図示略）と、シード層上に形成された圧電体膜１３と、圧電体膜１３上に形成された上部電極１４とを備えている。
【0045】
下部電極１１上に形成されたシード層は、図１のシード層１２に相当するものであるが、応用例においては図示が省略されている。この応用例では、可動膜１１０Ａの表面には、図１の鉛バリア膜３に相当するバリア膜は形成されていないが、図１の鉛バリア膜３に相当するバリア膜化が形成されていてもよい。
上部電極１４は、圧電体膜１３上に形成されたＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜と、ＩｒＯ２膜３１上に形成されたＩｒ（イリジウム）膜との積層膜（Ｉｒ／ＩｒＯ２積層膜）からなる。上部電極１４の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
上部電極１４は、圧電体膜１３上に形成されたＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜と、ＩｒＯ２膜３１上に形成されたＩｒ（イリジウム）膜との積層膜（Ｉｒ／ＩｒＯ２積層膜）からなる。上部電極１４の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
【0046】
圧電体膜１３としては、例えば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１－ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜が用いられている。このような圧電体膜１３は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜１３は、上部電極１４の下面に接した能動部１３Ａと、能動部１３Ａの側部の全周囲から可動膜形成層１１０の表面に沿って延びた非能動部１３Ｂとを含む。能動部１３Ａは、上部電極１４と平面視で同形状に形成されている。
【0047】
能動部１３Ａの厚さは、１μｍ程度である。非能動部１３Ｂの厚さは、能動部１３Ａの厚さよりも薄い。非能動部１３Ｂの厚さは、能動部１３Ａの厚さの１／２０以上１／１０以下であることが好ましい。可動膜１１０Ａの全体の厚さは、能動部１３Ａの厚さと同程度か、能動部１３Ａの厚さの２／３程度とすることが好ましい。
下部電極１１上に形成されたシード層（図示略）は、シード層上に形成される圧電体膜１３の結晶配向性を向上させるために設けられた層である。シード層は、圧電体膜１３と平面視で同形状に形成されている。シード層は、この実施形態では、ベロブスカイト型のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ：ＰｂＬａＯ３）から構成されている。
下部電極１１上に形成されたシード層（図示略）は、シード層上に形成される圧電体膜１３の結晶配向性を向上させるために設けられた層である。シード層は、圧電体膜１３と平面視で同形状に形成されている。シード層は、この実施形態では、ベロブスカイト型のチタン酸ランタン鉛（ＰＬＴ：ＰｂＬａＯ３）から構成されている。
【0048】
下部電極１１は、可動膜形成層１１０上に形成されたＴｉ（チタン）膜２１と、Ｔｉ膜２１上に形成されたＰｔ（白金）膜２２との積層膜（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）からなる。下部電極１１は、圧電体膜１３の能動部１３Ａの下面に対向する主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａの全周囲から可動膜形成層１１０の表面に沿って延びた延長部１１Ｂとを有している。下部電極１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
【0049】
圧電体膜１３の非能動部１３Ｂ上および圧電素子１０上には、水素バリア膜１１４が形成されている。水素バリア膜１１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。水素バリア膜１１４の厚さは、５０ｎｍ～１００ｎｍ程度である。水素バリア膜１１４は、圧電体膜１３の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
水素バリア膜１１４上に、絶縁膜１１５が積層されている。絶縁膜１１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜１１５の厚さは、５００ｎｍ程度である。絶縁膜１１５上には、上部配線１１７、下部配線１１８およびダミー配線１１９が形成されている。これらの配線１１７，１１８，１１９は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線１１７，１１８，１１９の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ（１μｍ）程度である。
水素バリア膜１１４上に、絶縁膜１１５が積層されている。絶縁膜１１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜１１５の厚さは、５００ｎｍ程度である。絶縁膜１１５上には、上部配線１１７、下部配線１１８およびダミー配線１１９が形成されている。これらの配線１１７，１１８，１１９は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。これらの配線１１７，１１８，１１９の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ（１μｍ）程度である。
【0050】
上部配線１１７の一端部は、上部電極１４の一端部（インク流通方向１４１の下流側端部）の上方に配置されている。上部配線１１７と上部電極１４との間において、水素バリア膜１１４および絶縁膜１１５を連続して貫通するコンタクト孔１３３が形成されている。上部配線１１７の一端部は、コンタクト孔１３３に入り込み、コンタクト孔１３３内で上部電極１４に接続されている。上部配線１１７は、上部電極１４の上方から、圧力室１０７の外縁を横切って圧力室１０７の外方に延びている。
【0051】
下部配線１１８は、インク流路１０５のインク流入部１０６に対して圧力室１０７とは反対側において、下部電極１１の延長部１１Ｂの上方に配置されている。下部配線１１８と下部電極１１の延長部１１Ｂとの間において、シード層（図示略）、圧電体膜１３の非能動部１３Ｂ、水素バリア膜１１４および絶縁膜１１５を連続して貫通する複数のコンタクト孔１３４が形成されている。下部配線１１８は、コンタクト孔１３４に入り込み、コンタクト孔１３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
【0052】
ダミー配線１１９は、上部配線１１７および下部配線１１８のいずれにも、電気的に接続されておらず、電気的に絶縁された配線である。ダミー配線１１９は、上部配線１１７および下部配線１１８を形成する工程と同じ工程で形成される。
絶縁膜１１５上には、配線１１７，１１８，１１９および絶縁膜１１５を覆うパッシベーション膜１２１が形成されている。パッシベーション膜１２１は、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。パッシベーション膜１２１の厚さは、たとえば、８００ｎｍ程度であってもよい。
絶縁膜１１５上には、配線１１７，１１８，１１９および絶縁膜１１５を覆うパッシベーション膜１２１が形成されている。パッシベーション膜１２１は、たとえば、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる。パッシベーション膜１２１の厚さは、たとえば、８００ｎｍ程度であってもよい。
【0053】
パッシベーション膜１２１には、上部配線１１７の一部を露出させるパッド開口１３５が形成されている。パッド開口１３５は、圧力室１０７の外方領域に形成されており、たとえば、上部配線１１７の先端部（上部電極１４へのコンタクト部の反対側端部）に形成されている。パッシベーション膜１２１上には、パッド開口１３５を覆うパッド１４２が形成されている。パッド１４２は、パッド開口１３５に入り込み、パッド開口１３５内で上部配線１１７に接続されている。
【0054】
インク流路１０５におけるインク流入部１０６側の端部に対応する位置に、パッシベーション膜１２１、絶縁膜１１５、水素バリア膜１１４、非能動部１３Ｂ、シード層（図示略）、下部電極１１および可動膜形成層１１０を貫通するインク供給用貫通孔１２２が形成されている。非能動部１３Ｂ、シード層および下部電極１１には、インク供給用貫通孔１２２を含み、インク供給用貫通孔１２２よりも大きな貫通孔１２３が形成されている。非能動部１３Ｂ、シード層および下部電極１１の貫通孔１２３とインク供給用貫通孔１２２との隙間には、水素バリア膜１１４が入り込んでいる。インク供給用貫通孔１２２は、インク流入部１０６に連通している。
【0055】
保護基板１０４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板１０４は、圧電素子１０を覆うようにアクチュエータ基板１０２上に配置されている。保護基板１０４は、パッシベーション膜１２１に、接着剤１５０を介して接合されている。保護基板１０４は、アクチュエータ基板１０２の表面１０２ａに対向する対向面１５１に収容凹所１５２を有している。収容凹所１５２内に圧電素子１０が収容されている。さらに、保護基板１０４には、インク供給用貫通孔１２２に連通するインク供給路１５３が形成されている。インク供給路１５３は、保護基板１０４を貫通している。保護基板１０４上には、インクを貯留したインクタンク（図示略）が配置されている。
【0056】
圧電素子１０は、可動膜１１０Ａを挟んで圧力室１０７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子１０は、可動膜１１０Ａの圧力室１０７とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路１５３、インク供給用貫通孔１２２、インク流入部１０６を通って圧力室１０７にインクが供給されることによって、圧力室１０７にインクが充填される。可動膜１１０Ａは、圧力室１０７の天面部を区画していて、圧力室１０７に臨んでいる。可動膜１１０Ａは、アクチュエータ基板１０２における圧力室１０７の周囲の部分によって支持されており、圧力室１０７に対向する方向（換言すれば可動膜１１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
【0057】
上部配線１１７および下部配線１１８は、駆動回路（図示略）に接続されている。具体的には、上部配線１１７のパッド１４２と駆動回路とは、接続金属部材（図示略）を介して接続されている。後述するように下部配線１１８にはパッド１４３（図５Ａ参照）が接続されている。下部配線１１８のパッド１４３と駆動回路とは、接続金属部材（図示せず）を介して接続されている。駆動回路から圧電素子１０に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１３の能動部１３Ａが変形する。これにより、圧電素子１０とともに可動膜１１０Ａが変形し、それによって、圧力室１０７の容積変化がもたらされ、圧力室１０７内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路１０３ｂを通って、吐出口１０３ｃから微小液滴となって吐出される。
【0058】
図５Ａ～図８を参照して、インクジェットプリントヘッド１０１の構成についてさらに詳しく説明する。
アクチュエータ基板１０２には、複数のインク流路１０５（圧力室１０７）が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のインク流路１０５毎に、圧電素子１０が配置されている。インク供給用貫通孔１２２は、複数のインク流路１０５毎に設けられている。保護基板１０４の収容凹所１５２およびインク供給路１５３は、複数のインク流路１０５毎に設けられている。
アクチュエータ基板１０２には、複数のインク流路１０５（圧力室１０７）が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のインク流路１０５毎に、圧電素子１０が配置されている。インク供給用貫通孔１２２は、複数のインク流路１０５毎に設けられている。保護基板１０４の収容凹所１５２およびインク供給路１５３は、複数のインク流路１０５毎に設けられている。
【0059】
複数のインク流路１０５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ～３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各インク流路１０５は、インク流通方向１４１に沿って細長く延びている。インク流路１０５は、インク供給用貫通孔１２２に連通するインク流入部１０６とインク流入部１０６に連通する圧力室１０７とからなる。
圧力室１０７は、平面視において、インク流通方向１４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室１０７の天面部は、インク流通方向１４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向１４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。
圧力室１０７は、平面視において、インク流通方向１４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室１０７の天面部は、インク流通方向１４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向１４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。
【0060】
インク流入部１０６は、平面視で圧力室１０７とほぼ同じ幅を有している。インク流入部１０６における圧力室１０７とは反対側の端部の内面は、平面視で半円形に形成されている。インク供給用貫通孔１２２は、平面視において、円形状である（特に図５Ｂ参照）。
圧電素子１０は、平面視において、圧力室１０７（可動膜１１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子１０の長手方向の長さは、圧力室１０７（可動膜１１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図５Ｂに示すように、圧電素子１０の短手方向に沿う両端縁は、可動膜１１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子１０の短手方向の幅は、可動膜１１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子１０の長手方向に沿う両側縁は、可動膜１１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
圧電素子１０は、平面視において、圧力室１０７（可動膜１１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子１０の長手方向の長さは、圧力室１０７（可動膜１１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図５Ｂに示すように、圧電素子１０の短手方向に沿う両端縁は、可動膜１１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子１０の短手方向の幅は、可動膜１１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子１０の長手方向に沿う両側縁は、可動膜１１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
【0061】
下部電極１１は、可動膜形成層１１０の表面のほぼ全域に形成されている（特に図８参照）。下部電極１１は、複数の圧電素子１０に対して共用される共通電極である。下部電極１１は、圧電素子１０を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室１０７の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。
【0062】
主電極部１１Ａの長手方向の長さは、可動膜１１０Ａの長手方向の長さよりも短い。主電極部１１Ａの両端縁は、可動膜１１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、主電極部１１Ａの短手方向の幅は、可動膜１１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。主電極部１１Ａの両側縁は、可動膜１１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。延長部１１Ｂは、下部電極１１の全領域のうち主電極部１１Ａを除いた領域である。
【0063】
上部電極１４は、平面視において、下部電極１１の主電極部１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極１４の長手方向の長さは、可動膜１１０Ａの長手方向の長さよりも短い。上部電極１４の両端縁は、可動膜１１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、上部電極１４の短手方向の幅は、可動膜１１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。上部電極１４の両側縁は、可動膜１１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
【0064】
圧電体膜１３は、平面視において、下部電極１１と同じパターンに形成されている（図９参照）。つまり、圧電体膜１３は、可動膜形成層１１０の表面のほぼ全域に形成されている。圧電体膜１３は、前述したように、能動部１３Ａと非能動部１３Ｂとを含む。能動部１３Ａは、平面視において、上部電極１４と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、能動部１３Ａの長手方向の長さは、可動膜１１０Ａの長手方向の長さよりも短い。能動部１３Ａの両端縁は、可動膜１１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、能動部１３Ａの短手方向の幅は、可動膜１１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。能動部１３Ａの両側縁は、可動膜１１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。能動部１３Ａの下面は下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接しており、能動部１３Ａの上面は上部電極１４の下面に接している。
【0065】
非能動部１３Ｂは、平面視において、下部電極１１の延長部１１Ｂと同じパターンに形成されている。非能動部１３Ｂは、能動部１３Ａの側壁の全周囲から圧力室１０７の周縁を超えて外側に延びている。非能動部１３Ｂの上面は、水素バリア膜１１４によって覆われている。
下部電極１１上に形成されたシード層は、平面視において、圧電体膜１３と同じパターンに形成されている。
下部電極１１上に形成されたシード層は、平面視において、圧電体膜１３と同じパターンに形成されている。
【0066】
この応用例では、圧電体膜１３は、能動部１３Ａの側部の全周囲から、可動膜形成層１１０の表面に沿う方向に引き出され、能動部１３Ａよりも厚さが薄い非能動部１３Ｂを含んでいる。このため、圧電体膜１３の外表面に沿って上部電極１４と下部電極１１とを連絡する経路の長さは、圧電体膜１３が非能動部１３Ｂを含んでいない場合に比べて、長くなる。このため、圧電体膜１３をエッチングによってパターニングする際に、圧電体膜１３の外表面に金属薄膜が形成されたとしても、リークパスが長くなるため、リーク電流の増加を抑制できる。また、圧電体膜１３をエッチングによってパターニングする際に、能動部１３Ａの側面および非能動部１３Ｂの側面に比べて、非能動部１３Ｂの上面には金属薄膜が形成されにくいので、リーク電流の増加を抑制できる。
【0067】
可動膜１１０Ａにおける可動膜１１０Ａの周縁と圧電素子１０の周縁との間の環状領域は、圧電素子１０または圧力室１０７の周囲壁によって拘束されていない領域であり、大きな変形が生じる領域である。つまり、可動膜１１０Ａの周縁部は、大きな変形が生じる領域である。
このため、圧電素子１０が駆動されると、可動膜１１０Ａの周縁部の内周縁側が圧力室１０７の厚さ方向（この応用例では下方）に変位するように可動膜１１０Ａの周縁部が屈曲し、これにより可動膜１１０Ａの周縁部に囲まれた中央部全体が圧力室１０７の厚さ方向（この応用例では下方）に変位する。このように、可動膜１１０Ａの周縁部は、大きな変形が生じる領域であるため、クラックが生じやすい。
このため、圧電素子１０が駆動されると、可動膜１１０Ａの周縁部の内周縁側が圧力室１０７の厚さ方向（この応用例では下方）に変位するように可動膜１１０Ａの周縁部が屈曲し、これにより可動膜１１０Ａの周縁部に囲まれた中央部全体が圧力室１０７の厚さ方向（この応用例では下方）に変位する。このように、可動膜１１０Ａの周縁部は、大きな変形が生じる領域であるため、クラックが生じやすい。
【0068】
この応用例では、平面視において、非能動部１３Ｂは、能動部１３Ａの側面の全周囲から可動膜１１０Ａの周縁を跨いで外方に延びている。つまり、可動膜１１０Ａの周縁部上には、圧電体膜１３の非能動部１３Ｂが介在している。このため、可動膜１１０Ａの周縁部にクラックが生じるのを抑制できる。
上部配線１１７は、圧電素子１０の一端部の上面からそれに連なる圧電素子１０の端面に沿って延び、さらに圧電体膜１３の非能動部１３Ｂの表面に沿って、インク流通方向１４１に沿う方向に延びている。上部配線１１７の先端部は、保護基板１０４のインク流通方向１４１の下流側端よりも下流側に配置されている。
上部配線１１７は、圧電素子１０の一端部の上面からそれに連なる圧電素子１０の端面に沿って延び、さらに圧電体膜１３の非能動部１３Ｂの表面に沿って、インク流通方向１４１に沿う方向に延びている。上部配線１１７の先端部は、保護基板１０４のインク流通方向１４１の下流側端よりも下流側に配置されている。
【0069】
パッシベーション膜１２１には、上部配線１１７の先端部表面の中央部を露出させるパッド開口１３５が形成されている。パッシベーション膜１２１に、パッド開口１３５を覆うようにパッド１４２が設けられている。パッド１４２は、パッド開口１３５内で上部配線１１７に接続されている。
下部配線１１８は、平面視において、インク流通方向１４１と直交する方向に長い矩形状の主配線部１１８Ａと、主配線部１１８Ａの一端部からインク流通方向１４１に沿って延びたリード部１１８Ｂとを有している。リード部１１８Ｂの先端部は、保護基板１０４のインク流通方向１４１の下流側端よりも下流側に配置されている。
下部配線１１８は、平面視において、インク流通方向１４１と直交する方向に長い矩形状の主配線部１１８Ａと、主配線部１１８Ａの一端部からインク流通方向１４１に沿って延びたリード部１１８Ｂとを有している。リード部１１８Ｂの先端部は、保護基板１０４のインク流通方向１４１の下流側端よりも下流側に配置されている。
【0070】
下部配線１１８は、複数のコンタクト孔１３４に入り込み、コンタクト孔１３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。パッシベーション膜１２１には、リード部１１８Ｂの先端部表面の中央部を露出させるパッド開口１３６が形成されている。パッシベーション膜１２１上に、パッド開口１３６を覆うようにパッド１４３が設けられている。パッド１４３は、パッド開口１３６内でリード部１１８Ｂに接続されている。
【0071】
図１１は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。
図５Ａ、図７および図１１に示すように、保護基板１０４の対向面１５１には、複数の収容凹所１５２が、インク流通方向１４１と直交する方向に間隔をおいて平行に形成されている。複数の収容凹所１５２は、平面視において、複数の圧力室１０７に対向する位置に配置されている。各収容凹所１５２に対してインク流通方向１４１の上流側にインク供給路１５３が配置されている。各収容凹所１５２は、平面視において、対応する圧電素子１０の上部電極１４のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所１５２に、対応する圧電素子１０が収容されている。
図５Ａ、図７および図１１に示すように、保護基板１０４の対向面１５１には、複数の収容凹所１５２が、インク流通方向１４１と直交する方向に間隔をおいて平行に形成されている。複数の収容凹所１５２は、平面視において、複数の圧力室１０７に対向する位置に配置されている。各収容凹所１５２に対してインク流通方向１４１の上流側にインク供給路１５３が配置されている。各収容凹所１５２は、平面視において、対応する圧電素子１０の上部電極１４のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所１５２に、対応する圧電素子１０が収容されている。
【0072】
保護基板１０４のインク供給路１５３は、平面視において、アクチュエータ基板１０２側のインク供給用貫通孔１２２と同じパターンの円形状である。インク供給路１５３は、平面視でインク供給用貫通孔１２２に整合している。
ダミー配線１１９は、平面視において、インク供給路１５３（インク供給用貫通孔１２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線１１９Ａを含んでいる。第１ダミー配線１１９Ａは、アクチュエータ基板１０２上において、保護基板１０４の対向面１５１のインク供給路１５３の周囲領域に対向する領域に配置されている。第１ダミー配線１１９Ａの幅（第１ダミー配線１１９Ａの内径と外径との差）は、インク供給路１５３の直径の１／３以上であることが好ましい。第１ダミー配線１１９Ａの上面は平坦である。第１ダミー配線１１９Ａは、保護基板１０４を支持するとともに保護基板１０４の対向面との接着性を高める台座１２０を構成している。
ダミー配線１１９は、平面視において、インク供給路１５３（インク供給用貫通孔１２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線１１９Ａを含んでいる。第１ダミー配線１１９Ａは、アクチュエータ基板１０２上において、保護基板１０４の対向面１５１のインク供給路１５３の周囲領域に対向する領域に配置されている。第１ダミー配線１１９Ａの幅（第１ダミー配線１１９Ａの内径と外径との差）は、インク供給路１５３の直径の１／３以上であることが好ましい。第１ダミー配線１１９Ａの上面は平坦である。第１ダミー配線１１９Ａは、保護基板１０４を支持するとともに保護基板１０４の対向面との接着性を高める台座１２０を構成している。
【0073】
ダミー配線１１９は、さらに、隣接する圧力室１０７の間領域の幅中央部と、複数の圧力室群の両外側の圧力室１０７の外側方とに形成され、インク流通方向１４１に沿う方向に延びた細長矩形の第２ダミー配線１１９Ｂを含む。第２ダミー配線１１９Ｂの上面は平坦である。第２ダミー配線１１９Ｂは、保護基板１０４を支持するとともに保護基板１０４の対向面との接着性を高める台座を構成している。
【0074】
アクチュエータ基板１０２に保護基板１０４を接合する際には、アクチュエータ基板１０２と保護基板１０４との接合部に接着剤１５０が塗布された状態で、保護基板１０４がアクチュエータ基板１０２に押圧される。この際、保護基板１０４の対向面１５１は、上面が平坦な台座である第１ダミー配線１１９Ａおよび第２ダミー配線１１９Ｂに、パッシベーション膜１２１を介して押し付けられる。
【0075】
このため、保護基板１０４の対向面１５１は、第１ダミー配線１１９Ａおよび第２ダミー配線１１９Ｂの上面に、パッシベーション膜１２１および接着剤１５０を介して、強固に接合される。つまり、保護基板１０４の対向面１５１とアクチュエータ基板１０２との接合部に接着不良が生じにくくなる。
この応用例では、アクチュエータ基板１０２側にインク供給路１５３（インク供給用貫通孔１２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線１１９Ａ（台座１２０）が設けられているので、保護基板１０４における収容凹所１５２とインク供給路１５３との間の壁部下面とアクチュエータ基板１０２との間に接合不良が生じるのを抑制できる。これにより、インク供給路１５３から収容凹所１５２内へのインク漏れを抑制できる。
この応用例では、アクチュエータ基板１０２側にインク供給路１５３（インク供給用貫通孔１２２）を取り囲む円形環状の第１ダミー配線１１９Ａ（台座１２０）が設けられているので、保護基板１０４における収容凹所１５２とインク供給路１５３との間の壁部下面とアクチュエータ基板１０２との間に接合不良が生じるのを抑制できる。これにより、インク供給路１５３から収容凹所１５２内へのインク漏れを抑制できる。
【0076】
図９は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。図１０は、前記インクジェットプリントヘッドのパッシベーション膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
この応用例では、絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１は、アクチュエータ基板１０２上において、平面視で保護基板１０４の収容凹所１５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１１５には、インク供給用貫通孔１２２およびコンタクト孔１３４が形成されている。この領域において、パッシベーション膜１２１には、インク供給用貫通孔１２２およびパッド開口１３５，１３６が形成されている。
この応用例では、絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１は、アクチュエータ基板１０２上において、平面視で保護基板１０４の収容凹所１５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１１５には、インク供給用貫通孔１２２およびコンタクト孔１３４が形成されている。この領域において、パッシベーション膜１２１には、インク供給用貫通孔１２２およびパッド開口１３５，１３６が形成されている。
【0077】
保護基板１０４の収容凹所１５２の内側領域においては、絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１は、上部配線１１７が存在する一端部（上部配線領域）にのみ形成されている。この領域において、パッシベーション膜１２１は、絶縁膜１１５上の上部配線１１７の上面および側面を覆うように形成されている。換言すれば、絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１には、平面視で収容凹所１５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口１３７が形成されている。絶縁膜１１５には、さらに、コンタクト孔１３３が形成されている。
【0078】
この応用例では、平面視で圧力室１０７の周縁の内側領域において、絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１は、上部配線１１７の存在する上部配線領域のみに形成されている。したがって、圧電素子１０の側面および上面の大部分は絶縁膜１１５およびパッシベーション膜１２１によって覆われていない。これにより、圧電素子１０の側面および上面の全域が絶縁膜およびパッシベーション膜によって覆われている場合に比べて、可動膜１１０Ａの変位を大きくすることができる。
【符号の説明】
【0079】
１ 基板
２ 絶縁膜
３ 鉛バリア膜
１０ 圧電素子
１１ 下部電極
１２ シード層
１３ 圧電体膜
１４ 上部電極
２１ Ｔｉ膜
２２ Ｐｔ膜
３１ ＩｒＯ２膜
３２ Ｉｒ膜
２ 絶縁膜
３ 鉛バリア膜
１０ 圧電素子
１１ 下部電極
１２ シード層
１３ 圧電体膜
１４ 上部電極
２１ Ｔｉ膜
２２ Ｐｔ膜
３１ ＩｒＯ２膜
３２ Ｉｒ膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】