(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】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】圧電体膜利用装置
(51)【国際特許分類】
H10N 30/87 20230101AFI20241018BHJP
H10N 30/20 20230101ALI20241018BHJP
H10N 30/06 20230101ALI20241018BHJP
B41J 2/14 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
H10N30/87
H10N30/20
H10N30/06
B41J2/14 305
B41J2/14 611
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021515854
(86)(22)【出願日】2020-03-05
(86)【国際出願番号】 JP2020009520
(87)【国際公開番号】W WO2020217734
(87)【国際公開日】2020-10-29
【審査請求日】2023-01-20
(31)【優先権主張番号】P 2019083070
(32)【優先日】2019-04-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【前置審査】
(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】弁理士法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】黒川 英太郎
(72)【発明者】
【氏名】下地 規之
(72)【発明者】
【氏名】藤森 敬和
【審査官】脇水 佳弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０１６７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０５４２８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１８４８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／１２９５３２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１０９４７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１１１９３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ３０／８７
Ｈ１０Ｎ ３０／２０
Ｈ１０Ｎ ３０／０６
Ｂ４１Ｊ ２／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、
前記可動膜の前記キャビティとは反対側の表面に接して形成され、平面視において前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有する圧電素子とを含み、
前記圧電素子は、前記可動膜形成層の前記キャビティとは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、
前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた圧電体膜とを含んでおり、
前記上部電極は、周縁部の少なくとも一部に薄肉部を有しており、
前記上部電極は、前記圧電素子の上面に形成された下層と、前記下層の上面に形成され、前記下層とは材料が異なる上層とからなり、
前記上層は、周縁部全体の少なくとも一部に上層薄肉部を有しており、
前記薄肉部は、前記上層に前記上層薄肉部が形成されることによって形成されており、
前記上層薄肉部は、前記圧電体膜上面との距離が外方に向かって徐々に小さくなるテーパ状上面を有しており、
前記薄肉部の外方縁部において、前記下層は、前記圧電体膜の上面に平行な平坦状上面と、前記平坦状上面に対して垂直な側面とを有しており、
前記平坦状上面において前記上層が存在していない領域が存在する、圧電体膜利用装置。
【請求項2】
前記上層は、その周縁部全体に前記上層薄肉部を有している、請求項１に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項3】
前記上層は、平面視で一方向に長い矩形状であり、前記上層は、前記上層の２つの長辺それぞれに沿う両側部に前記上層薄肉部を有している、請求項１に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項4】
前記上層は、前記上層の２つの短辺それぞれに沿う両端部にも前記上層薄肉部を有している、請求項３に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項5】
前記圧電体膜の上面に対する前記テーパ状上面の傾斜角度が、１度以上８度以内である、請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項6】
前記下層がＩｒＯ２膜からなり、前記上層がＩｒ膜からなる、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項7】
前記圧電体膜は、ＰＺＴを主成分とする材料から構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
【請求項8】
前記下部電極は、Ｐｔを主成分とする材料から構成されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、圧電体膜を用いたアクチュエータ、センサ等の圧電体膜利用装置に関する。
【背景技術】
【0002】
圧電体膜を用いたアクチュエータとして、インクジェットプリントヘッドが知られている。このようなインクジェットプリントヘッドの一例は、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているインクジェットプリントヘッドは、ノズル基板と、圧力室基板と、可動膜（振動膜）と、可動膜に接合された圧電素子とを備えている。圧力室基板には、インクが導入される圧力室が形成されており、この圧力室に可動膜が臨んでいる。圧電素子は、可動膜側から、下部電極、圧電体膜および上部電極を積層して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１３－２１５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された構成では、上部電極は、一様な厚さで形成されている。可動膜の変位量を大きくするためには、上部電極の厚さは薄い方が好ましい。しかしながら、上部電極の厚さを薄くすると、電気抵抗が大きくなり、圧電体膜に電界が均一に印加されなくなるおそれがある。そこで、印加電圧を高くすると、圧電体膜は変位量が減少したり、応答が遅くなったりする、いわゆる疲労（Fatigue）の状態になるおそれがある。
【0005】
この発明の目的は、圧電体膜に正常な電界を印加することができるとともに、可動膜の変位量を大きくすることができる圧電体膜利用装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明による圧電体膜利用装置は、キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜の前記キャビティとは反対側の表面に接して形成され、平面視において前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有する圧電素子とを含み、前記圧電素子は、前記可動膜形成層の前記キャビティとは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記可動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた圧電体膜とを含んでおり、前記上部電極は、周縁部の少なくとも一部に薄肉部を有している。
【0007】
この構成では、上部電極における周縁部以外の中央部分と、周縁部における薄肉部以外の部分とが、厚肉部となる。厚肉部は薄肉部に比べて電気抵抗値が小さいので、大きな電圧降下を起こすことなく電荷を圧電体膜に注入させることができる。一方、薄肉部は厚肉部に比べて電気抵抗値は大きいが、上部電極の周縁までの距離が短く、電荷が通る距離が短いため、周縁部に流れる電流量が少ない。このため、薄肉部においても、大きな電圧降下が生じない。
【0008】
この結果、上部電極全体が厚肉部と同じ厚さである場合に比べて、平均的な厚さを減らしても、圧電体膜に正常な電界を印加することが可能となる。上部電極全体が厚肉部と同じ厚さである場合に比べて、平均的な厚さを減らすことができるので、可動膜の変位量を大きくすることができる。
【0009】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、周縁部全体に薄肉部を有している。
【0010】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、平面視で一方向に長い矩形状であり、前記上部電極は、両側部に薄肉部を有している。
【0011】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、両端部にも薄肉部を有している。
【0012】
この発明の一実施形態では、前記薄肉部は、前記圧電体膜上面との距離が外方に向かって徐々に小さくなるテーパ状上面を有している。
【0013】
この発明の一実施形態では、平面視において前記薄肉部の内外方向の長さが０．５μｍ以上である。
【0014】
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜の上面に対する前記テーパ状上面の傾斜角度が、１度以上８度以内である。
【0015】
この発明の一実施形態では、前記テーパ状上面の外方縁部が外方に向かって凸の湾曲面に形成されている。
【0016】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜の上面に形成されたＩｒＯ２膜と、前記ＩｒＯ２膜上に積層されたＩｒ膜との積層膜からなり、前記薄肉部の外方縁部において、前記ＩｒＯ２膜上に前記Ｉｒ膜が存在している。
【0017】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜の上面に形成されたＩｒＯ２膜と、前記ＩｒＯ２膜上に積層されたＩｒ膜との積層膜からなり、前記薄肉部の外方縁部において、前記ＩｒＯ２膜上に前記Ｉｒ膜が存在していない。
【0018】
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜の上面に形成されたＩｒＯ２膜と、前記ＩｒＯ２膜上に積層されたＩｒ膜との積層膜からなる。
【0019】
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴを主成分とする材料から構成されている。
【0020】
この発明の一実施形態では、前記下部電極は、Ｐｔを主成分とする材料から構成されている。
【0021】
この発明の一実施形態では、前記薄肉部の厚さが一定であり、前記薄肉部が前記圧電体膜の上面に対して平行な上面を有している。
【0022】
この発明の一実施形態では、平面視において前記薄肉部の内外方向の長さが０．５μｍ以上である。
【0023】
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電体膜利用装置が適用されたインクジェットプリントヘッドの模式的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う模式的な拡大断面図である。図３は、図１のIII-III線に沿う模式的な拡大断面図である。図４Ａは、図２の主として上部電極の周縁部の実際の形状を示す部分拡大図である。ただし、図１および図４Ａにおいては、図２および図３に符号１１および１２で示される水素バリア膜および絶縁膜が省略されている。
【0026】
図２および図３を参照して、インクジェットプリントヘッド１は、シリコン基板２と、インクを吐出する吐出口３１ａを有するノズル基板３とを備えている。シリコン基板２上には、可動膜形成層１０が積層されている。シリコン基板２と可動膜形成層１０との積層体には、インク流路（インク溜まり）としての圧力室(キャビティ)５が形成されている。
【0027】
ノズル基板３は、例えばシリコンプレートからなり、シリコン基板２の裏面に張り合わされ、シリコン基板２および可動膜形成層１０とともに、圧力室５を区画している。ノズル基板３には、インク吐出通路３１が形成されている。インク吐出通路３１は、ノズル基板３を貫通しており、圧力室５とは反対側に吐出口３１ａを有している。したがって、圧力室５の容積変化が生じると、圧力室５に溜められたインクは、インク吐出通路３１を通り、吐出口３１ａから吐出される。
【0028】
圧力室５は、シリコン基板２の裏面側から、シリコン基板２（またはシリコン基板２および可動膜形成層１０）を掘りこんで形成されている。シリコン基板２（またはシリコン基板２および可動膜形成層１０）には、さらに、圧力室５に連通するインク供給路４（図１および図３を合わせて参照）が形成されている。インク供給路４は、圧力室５に連通しており、インク供給源であるインクタンク（例えばインクカートリッジ）からのインクを圧力室５に導くように形成されている。
【0029】
圧力室５は、図３の左右方向であるインク流通方向２１に沿って長く延びて形成されている。可動膜形成層１０における圧力室５の天壁部分は、可動膜１０Ａを構成している。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、例えば、シリコン基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、例えば、シリコン基板２上に形成されたシリコン（Ｓｉ）層と、シリコン層上に形成され酸化シリコン（ＳｉＯ２）層と、酸化シリコン層上に形成された窒化シリコン（ＳｉＮ）層との積層体から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜１０Ａとは、可動膜形成層１０のうち圧力室５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１０のうち、圧力室５の天壁部以外の部分は、可動膜１０Ａを構成していない。
【0030】
可動膜１０Ａの厚さは、例えば、０．４μｍ～３μｍ程度である。この実施形態では、可動膜１０Ａの厚さは、２μｍ程度である。
【0031】
圧力室５は、可動膜１０Ａと、シリコン基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室５の長さは例えば６００μｍ程度、その幅は例えば１００μｍ程度、その深さは例えば１００μｍ程度である。インク供給路４は、圧力室５の長手方向一端部（この実施形態では、吐出口３１ａとは反対側に位置する端部）に連通するように形成されている。ノズル基板３の吐出口３１ａは、この実施形態では、圧力室５の長手方向に関する他端部付近に配置されている。
【0032】
圧力室５が直方体状であるので、可動膜１０Ａは、平面視で、インク流通方向２１に長い矩形状である。可動膜１０Ａの長手方向の長さは、６００μｍ程度であり、短手方向の長さは、１００μｍ程度である。
【0033】
可動膜１０Ａの表面には、圧電素子６が配置されている。圧電素子６は、可動膜形成層１０上に形成された下部電極７と、下部電極７上に形成された圧電体膜８と、圧電体膜８上に形成された上部電極９とを備えている。言い換えれば、圧電素子６は、圧電体膜８を上部電極９および下部電極７で上下から挟むことにより構成されている。
【0034】
下部電極７は、例えば、Ｐｔ（プラチナ）層の単膜から構成されている。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極７を形成することもできる。また、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を可動膜１０Ａ側から順に積層した積層膜で下部電極７を形成してもよい。下部電極７の膜厚は、例えば、２００ｎｍ程度である。
【0035】
下部電極７は、可動膜１０Ａ上に配置され、可動膜１０Ａとほぼ同じ形状および大きさの矩形部７１と、矩形部７１の一端側から引き出された引き出し電極部７２と、複数の圧電素子６の下部電極７を共通接続する共通接続部７３とを有している。矩形部７１のうち、圧電体膜８の下面に接触している部分が、圧電素子６を構成する主電極部７１Ａである。
【0036】
図３および図１を参照して、引き出し電極部７Ｂは、矩形部７１におけるインク流通方向２１の下流側端の幅中央部から下流側に引き出されている。共通接続部７３は、矩形部７１よりも下流側において、インク流通方向２１と直交する方向に延びている。共通接続部７３には、複数の引き出し電極部７２の下流側端が連結されている。
【0037】
図２および図３に戻り、圧電体膜８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）膜を適用することができる。このような圧電体膜８は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜８の厚さは、１μｍ～５μｍ程度が好ましい。この実施形態では、圧電体膜８の厚さは、２μｍ程度である。可動膜１０Ａの全体の厚さは、圧電体膜８の厚さと同程度か、圧電体膜の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
【0038】
圧電体膜８は、平面視でインク流通方向２１に長い矩形状である。圧電体膜８の側面は、下方にいくほど外方に拡がる傾斜面に形成されている。圧電体膜８の長手方向の長さは、可動膜１０Ａ（圧力室５）の長手方向の長さよりも短く形成されており、その両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、所定の第１間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜８の上面の長手方向の長さは、５００μｍ程度である。
【0039】
圧電体膜８の短手方向の長さは、可動膜１０Ａ（圧力室５）の短手方向の長さよりも短く形成されており、その両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定の第２間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜８の上面の短手方向の長さは、３３μｍ程度である。
【0040】
上部電極９は、圧電体膜８の上面とほぼ同様なパターンに形成されている。つまり、上部電極９は、インク流通方向２１に長い矩形状である。上部電極９は、図４Ａに示すように、例えば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜９ＡおよびＩｒ（イリジウム）膜９Ｂを圧電体膜８側から順に積層した２層構造を有している。
【0041】
上部電極９は、平面視において、厚肉の中央部９１と、中央部９１の外側の薄肉の周縁部９２とからなる。中央部９１は、平面視において、インク流通方向２１に長い矩形状である。中央部９１の膜厚は一定であり、中央部９１の上面は、圧電体膜８の上面とほぼ平行な平坦面に形成されている。
【0042】
周縁部９２は、平面視で矩形環状である。この実施形態では、周縁部９２は、外方（外周縁）に向かって膜厚が徐々に小さくなるテーパ形状の薄肉部に形成されている。言い換えれば、周縁部９２は、圧電体膜８上面との距離が外方に向かって徐々に小さくなるテーパ状上面９２ａを有している。
【0043】
この実施形態では、中央部９１の長手方向の長さは、４９７μｍ程度であり、中央部９１の短手方向の長さは、３０μｍ程度である。また、平面視において、周縁部９２の内外方向の長さ（周縁部の幅）は、１．５μｍ程度である。周縁部９２の内外方向の長さは、０．５μｍ以上であることが好ましい。この実施形態では、圧電体膜８の上面に対するテーパ状上面９２ａの傾斜角度は４度程度である。圧電体膜８の上面に対するテーパ状上面９２ａの傾斜角度は、１度以上８度以下があることが好ましい。
【0044】
図４Ａに示すように、周縁部９２のテーパ状上面９２ａの外方縁部９２ｂは、外方に凸の湾曲面に形成されている。図４Ａでは、周縁部９２の外方縁部９２ｂにおいて、ＩｒＯ２膜９Ａ上にＩｒ膜９Ｂが存在している。しかしながら、図４Ｂに示すように、周縁部９２の外方縁部９２ｂにおいて、ＩｒＯ２膜９Ａ上にＩｒ膜９Ｂが存在していなくてもよい。
【0045】
可動膜形成層１０の表面、圧電素子６の表面および下部電極７における主電極部７１Ａ以外の部分の表面は、水素バリア膜１１によって覆われている。水素バリア膜１１は、例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）から構成されている。これにより、圧電体膜８の水素還元による特性劣化を防止することができる。水素バリア膜１１の膜厚は、１００ｎｍ程度である。
【0046】
水素バリア膜１１上には、絶縁膜１２が積層されている。絶縁膜１２は、例えば、ＳｉＯ２からなる。絶縁膜１２上には配線１３が形成されている。配線１３は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなる。
【0047】
配線１３の一端部は、上部電極９の一端部の上方に配置されている。配線１３と上部電極９との間において、水素バリア膜１１および絶縁膜１２を連続して貫通する貫通孔１４が形成されている。配線１３の一端部は、貫通孔１４に入り込み、貫通孔１４内で上部電極９に接続されている。また、水素バリア膜１１および絶縁膜１２は、上部電極９の中央部９１の表面におけるその周縁部に囲まれた領域に対応する位置に切除部１５を有している。切除部１５とは、水素バリア膜１１および絶縁膜１２が切除されている部分である。
【0048】
また、図示しないが、下部電極７の共通接続部７３上の所定領域に対応する位置には、水素バリア膜１１および絶縁膜１２を連続して貫通する開口部が形成されており、共通接続部７３の表面がその開口部を介して露出している。この露出部分は、下部電極７を外部に接続するためのパッド部を構成している。
【0049】
圧電素子６は、可動膜１０Ａを挟んで圧力室５に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子６は、可動膜１０Ａの圧力室５とは反対側の表面に接するように形成されている。圧力室５には、図示しないインクタンクからインク供給路４を通って供給されるインクが充填される。可動膜１０Ａは、圧力室５の天面部を区画していて、圧力室５に臨んでいる。可動膜１０Ａは、可動膜形成層１０とシリコン基板２との積層体における圧力室５の周囲の部分によって支持されており、圧力室５に対向する方向（換言すれば可動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
【0050】
配線１３および下部電極７の共通接続部７３は、駆動回路２０に接続されている。駆動回路２０は、シリコン基板２の圧力室５とは別の領域に形成されていてもよいし、シリコン基板２外に形成されていてもよい。駆動回路２０から圧電素子６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８が変形する。これにより、圧電素子６とともに可動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室５の容積変化がもたらされ、圧力室５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３１を通って、吐出口３１ａから微小液滴となって吐出される。
【0051】
図１～図３を参照して、シリコン基板２（またはシリコン基板２と可動膜形成層１０との積層体）には、複数の圧力室５が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数の圧力室５は、それらの幅方向に微小な間隔（例えば３０μｍ～３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。
【0052】
各圧力室５は、平面視において、インク供給路４から吐出通路３３に向かうインク流通方向２１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５の天面部は、インク流通方向２１に沿う２つの側縁５ｃ，５ｄと、インク流通方向２１に直交する方向に沿う２つの端縁５ａ，５ｂとを有している。
【0053】
インク供給路４は、圧力室５の一端部において、２つの通路に分かれて形成されており、共通インク通路２２に連通している。共通インク通路２２は、複数の圧力室５に対応したインク供給路４に連通しており、それらのインク供給路４に、インクタンクからのインクを供給するように形成されている。
【0054】
配線１３は、一端部が上部電極９におけるインク流通方向２１の上流側の一端部に接続されかつインク流通方向２１と反対方向に延びた引き出し部１３Ａと、引き出し部１３Ａと一体化し、引き出し部１３Ａの先端に接続された平面視矩形状のパッド部１３Ｂとからなる。引き出し部１３Ａは、上部電極９に接続されている部分を除いて、圧電素子６の上面の一端部とそれに連なる圧電素子６の端面と可動膜形成層１０の表面とを覆う絶縁膜１２の表面上に形成されている。パッド部１３Ｂは、可動膜形成層１０の表面を覆う絶縁膜１２上に形成されている。
【0055】
可動膜１０Ａにおける可動膜１０Ａの周縁と圧電素子６の周縁との間の環状領域（この実施形態では、インク流通方向２１に長手の矩形環状領域）は、圧電素子６または圧力室５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１０Ａ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６が駆動されると、可動膜１０Ａの周縁部の内周縁側が圧力室５の厚さ方向（この実施形態では下方）に変位するように可動膜１０Ａの周縁部が屈曲し、これにより可動膜１０Ａの周縁部に囲まれた中央部全体が圧力室５の厚さ方向（この実施形態では下方）に変位する。
【0056】
以下、インクジェットプリントヘッド１の製造方法を具体的に説明する。
【0057】
【0058】
まず、図５Ａに示すように、シリコン基板２が用意される。ただし、シリコン基板２としては、最終的なシリコン基板２の厚さよりも厚いものが用いられる。
【0059】
次に、図５Ｂに示すように、シリコン基板２の表面に可動膜形成層１０が形成される。具体的には、シリコン基板２の表面に酸化シリコン膜（例えば、２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層１０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で構成される場合には、シリコン基板２の表面にシリコン膜（例えば０．６μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（例えば０．６μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（例えば０．６μｍ厚）が形成される。
【0060】
次に、図５Ｃに示すように、可動膜形成層１０上に、下部電極７の材料層である下部電極膜１０７が形成される。下部電極膜１０７は、例えば、Ｐｔ膜（例えば２００ｎｍ厚）からなる。このような下部電極膜１０７は、例えばスパッタ法で形成される。
【0061】
次に、図５Ｄに示すように、圧電体膜８の材料である圧電体材料膜１０８が下部電極膜１０７上の全面に形成される。具体的には、例えば、ゾルゲル法によって例えば２μｍ厚の圧電体材料膜１０８が形成される。このような圧電体材料膜１０８は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
【0062】
次に、図５Ｅに示すように、圧電体材料膜１０８の全面に上部電極９の材料である上部電極膜１０９が形成される。上部電極膜１０９は、例えば、ＩｒＯ２膜（例えば５０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（例えば５０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜からなる。このような上部電極膜１０９は、例えばスパッタ法で形成される。
【0063】
次に、図５Ｆに示すように、フォトリソグラフィによって、上部電極９のパターンのレジストマスク１１１が形成される。レジストマスク１１１の各側面１１１ａは、下方に行くほど外方に拡がる傾斜面に形成されている。
【0064】
次に、図５Ｇおよび図５Ｈに示すように、レジストマスク１１１をマスクとして、上部電極膜１０９がエッチングされることにより、所定パターンの上部電極９が形成される。このエッチング工程においては、図５Ｈに示すように、レジストマスク１１１の表面および傾斜状の側面１１１ａが徐々にエッチングされるので、上部電極９の上面周縁部においては外側ほどエッチング量が大きくなる。この結果、膜厚が一定の中央部（厚肉部）９１と、外方に向かって膜厚が徐々に小さくなる周縁部（薄肉部）９２とからなる上部電極９が得られる。周縁部９２は、圧電体膜８上面との距離が外方に向かって徐々に小さくなるテーパ状上面９２ａを有している。周縁部９２の外方縁部９２ｂは、外方に凸の湾曲状に形成される。
【0065】
次に、図５Ｉに示すように、圧電体材料膜１０８がエッチングされることにより、所定パターンの圧電体膜８が形成される。この後、レジストマスク１１１が剥離される。
【0066】
次に、図５Ｊに示すように、フォトリソグラフィによって、下部電極７のパターンのレジストマスク１１２が形成される。
【0067】
次に、図５Ｋに示すように、レジストマスク１１２をマスクとして、下部電極膜１０７がエッチングされることにより、主電極部７１Ａを含む矩形部７１と引き出し電極部７２と共通接続部７３とからなる下部電極７が形成される。この後、レジストマスク１１２が剥離される。
【0068】
次に、全面を覆う水素バリア膜１１が形成される。この後、水素バリア膜１１上の全面に絶縁膜１２が形成される。続いて、絶縁膜１２および水素バリア膜１１が連続してエッチングされることにより、貫通孔１４が形成される。貫通孔１４内を含む絶縁膜１２上に、スパッタ法によって、配線１３を構成する配線膜が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、配線１３が形成される。この後、図５Ｌに示すように、絶縁膜１２および水素バリア膜１１が連続してエッチングされることにより、切除部１５が形成される。
【0069】
次に、図５Ｍに示すように、シリコン基板２を薄くするための裏面研削が行われる。シリコン基板２が裏面から研磨されることにより、シリコン基板２が薄膜化される。例えば、初期状態で６７０μｍ厚程度のシリコン基板２が、１００μｍ厚程度に薄型化される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、シリコン基板２に、共通インク通路２２、インク供給路４および圧力室５が形成される。
【0070】
【0071】
前述の実施形態では、上部電極９は、厚肉の中央部９１と、中央部９１の外側の薄肉の周縁部９２とからなる。中央部９１の膜厚は一定である。周縁部９２は、外方に向かって膜厚が徐々に小さくなるテーパ形状の薄肉部に形成されている。言い換えれば、周縁部９２は、圧電体膜８上面との距離が外方に向かって徐々に小さくなるテーパ状上面９２ａを有している。
【0072】
中央部（厚肉部）９１は周縁部（薄肉部）９２に比べて電気抵抗値が小さいので、大きな電圧降下を起こすことなく電荷を圧電体膜８に注入させることができる。一方、周縁部９２は中央部９１に比べて電気抵抗値は大きいが、上部電極９の周縁までの距離が短く、電荷が通る距離が短いため、周縁部９２に流れる電流量が少ない。このため、周縁部９２においても、大きな電圧降下が生じない。
【0073】
この結果、上部電極９全体が中央部９１と同じ厚さである場合に比べて、平均的な厚さを減らしても、圧電体膜８に正常な電界を印加することが可能となる。上部電極９全体が中央部９１と同じ厚さである場合に比べて、平均的な厚さを減らすことができるので、可動膜１０Ａの変位量を大きくすることができる。
【0074】
前述の実施形態では、上部電極９の周縁部全体が、テーパ形状の薄肉部に形成されているが、上部電極９の周縁部の一部のみがテーパ形状の薄肉部に形成されてもよい。例えば、上部電極９の両側部および両端部のうち、両側部のみがテーパ形状の薄肉部に形成されてもよい。
【0075】
また、前述の実施形態では、上部電極９は、平面視矩形状であったが、上部電極９の平面形状は、円形、楕円等の任意の形状であってもよい。
【0076】
また、前述の実施形態では、上部電極９の周縁部９２は、テーパ形状の薄肉部に形成されているが、図６に示されるインクジェットプリントヘッド１Ａのように、上部電極９の周縁部９２は、中央部９１よりも薄くかつ厚さが一定の薄肉部に形成されていてもよい。図６は、図２に対応する断面図である。この場合においても、平面視において、周縁部９２の内外方向の長さは、０．５μｍ以上であることが好ましい。図６の例では、周縁部９２の内外方向の長さは、１．５μｍ程度である。
【0077】
また、前述の実施形態では、水素バリア膜１１上に絶縁膜１２が形成されているが、水素バリア膜１１上に絶縁膜１２が形成されていなくてもよい。
【0078】
前述の実施形態では、この発明をインクジェットプリントヘッドに適用した場合について説明したが、この発明は、圧電体膜を用いたマイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ、超音波センサ、スピーカー、ＩＲセンサ（熱センサ）等にも適用することができる。
【0079】
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【0080】
この出願は、２０１９年４月２４日に日本国特許庁に提出された特願２０１９－０８３０７０号に対応しており、その出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【0081】
１，１Ａ インクジットプリントヘッド
２ シリコン基板
３ ノズル基板
３１ インク吐出通路
３１ａ 吐出口
４ インク供給路
５ 圧力室（キャビティ）
６ 圧電素子
７ 下部電極
７１ 矩形部
７１Ａ 主電極部
７２ 引き出し電極部
７３ 共通接続部
８ 圧電体膜
９ 上部電極
９Ａ ＩｒＯ２膜
９Ｂ Ｉｒ膜
９１ 中央部
９２ 周縁部
９２ａ テーパ状上面
９２ｂ 外方縁部
１０ 可動膜形成層
１０Ａ 可動膜
１１ 水素バリア膜
１２ 絶縁膜
１３ 配線
１３Ａ 引き出し部
１３Ｂ パッド部
１４ 貫通孔
１５ 切除部
２０ 駆動回路
２１ インク流通方向
２２ 共通インク通路
１０７ 下部電極膜
１０８ 圧電体材料膜
１０９ 上部電極膜
１１１，１１２ レジストマスク
２ シリコン基板
３ ノズル基板
３１ インク吐出通路
３１ａ 吐出口
４ インク供給路
５ 圧力室（キャビティ）
６ 圧電素子
７ 下部電極
７１ 矩形部
７１Ａ 主電極部
７２ 引き出し電極部
７３ 共通接続部
８ 圧電体膜
９ 上部電極
９Ａ ＩｒＯ２膜
９Ｂ Ｉｒ膜
９１ 中央部
９２ 周縁部
９２ａ テーパ状上面
９２ｂ 外方縁部
１０ 可動膜形成層
１０Ａ 可動膜
１１ 水素バリア膜
１２ 絶縁膜
１３ 配線
１３Ａ 引き出し部
１３Ｂ パッド部
１４ 貫通孔
１５ 切除部
２０ 駆動回路
２１ インク流通方向
２２ 共通インク通路
１０７ 下部電極膜
１０８ 圧電体材料膜
１０９ 上部電極膜
１１１，１１２ レジストマスク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図5H】
【図5I】
【図5J】
【図5K】
【図5L】
【図5M】
【図6】