CN116981334A - 压电元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备晶体取向性优异的压电体层的压电元件的制造方法。本发明的压电元件的制造方法具有：在基板上使第一电极成膜的第一成膜工序；在第一电极上使第一压电体层成膜的第二成膜工序；通过蚀刻法而对第一电极以及第一压电体层进行图案形成的第一加工工序；在第一加工工序后以覆盖第一电极、第一压电体层和基板的方式而使第二压电体层成膜的第三成膜工序。

Description

压电元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种压电元件的制造方法。
背景技术
压电元件通常具备基板、具有机电转换特性的压电体层、和对压电体层进行夹持的两个电极。近年来，使用这种压电元件来作为驱动源的器件(压电元件应用器件)的开发正在盛行。作为压电元件应用器件之一，具有以喷墨式记录头为代表的液体喷射头、以压电MEMS(Micro Electro-Mechanical System：微机电系统)元件为代表的MEMS要素、以超声波传感器等为代表的超声波测量装置，还有压电致动器装置等。
作为压电元件的压电体层的材料(压电材料)，已知有锆钛酸铅(PZT)。然而，近年来，从减少环境负载的观点出发，正在推进抑制了铅的含量的非铅系的压电材料的开发。
而且，近年来，强烈要求各种电子设备、电子产品等的进一步的小型化、高性能化，伴随于此，对于压电元件也开始要求小型化、高性能化。
在专利文献1中，公开了一种在图案形成后的下部电极的表面上成膜有包含钾、钠和铌的压电体层的压电元件。
如上文所述，迄今为止，提出了使用铌酸钾钠(KNN；(K，Na)NbO3)的压电元件(KNN系压电元件)等利用了非铅系的压电材料的压电元件。然而，如专利文献1那样，当在通过蚀刻处理而进行了图案形成的下部电极上使压电体层成膜的情况下，有可能发生压电体层的晶体取向性劣化而产生裂纹、空隙等不良状况。
根据这种情况，需求一种在非铅系的压电元件中具备优异的晶体取向性的压电体层。
另外，这种问题并未被限定于搭载在以喷墨式记录头为代表的液体喷射头上的压电致动器内所使用的压电元件中，在其他压电元件应用器件内所使用的压电元件中也同样存在。
专利文献1：日本特开2018-160535号公报
发明内容
为了解决上述的课题，根据本发明的第一方式，可提供一种压电元件的制造方法，所述压电元件的制造方法具有：第一成膜工序，在基板上使第一电极成膜；第二成膜工序，在所述第一电极上使第一压电体层成膜；第一加工工序，通过蚀刻法而对所述第一电极以及所述第一压电体层进行图案形成；第三成膜工序，在所述第一加工工序之后以覆盖所述第一电极、所述第一压电体层和所述基板的方式而使第二压电体层成膜。
附图说明
图1为示意性地表示第一实施方式的压电元件的剖视图。
图2为用于对第一实施方式的压电元件的制造方法进行说明的流程图。
图3A为示意性地表示第一实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图3B为示意性地表示第一实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图3C为示意性地表示第一实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图3D为示意性地表示第一实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图3E为示意性地表示第一实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图4为示意性地表示第一实施方式的变形例的压电元件的剖视图。
图5为用于对第一实施方式的变形例的压电元件的制造方法进行说明的流程图。
图6A为示意性地表示第一实施方式的变形例的压电元件的制造工序的剖视图。
图6B为示意性地表示第一实施方式的变形例的压电元件的制造工序的剖视图。
图7为示意性地表示第二实施方式的压电元件的剖视图。
图8为用于对第二实施方式的压电元件的制造方法进行说明的流程图。
图9A为示意性地表示第二实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图9B为示意性地表示第二实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图9C为示意性地表示第二实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图9D为示意性地表示第二实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图9E为示意性地表示第二实施方式的压电元件的制造工序的剖视图。
图10为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的分解立体图。
图11为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的俯视图。
图12为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的剖视图。
图13为示意性地表示本实施方式所涉及的打印机的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图而对本发明的实施方式进行说明。以下的说明为表示本发明的一个方式的说明，其能够在不脱离本发明的主旨的范围内任意地进行变更。另外，在各附图中标记了相同符号的部件表示相同的部件，并适当地省略了说明。构成参照符号的文字后的数字通过包含相同文字的参照符号而被参照，并且为了对具有相同结构的要素彼此进行区分而被使用。在无需对用包含相同文字的参照符号来表示的要素彼此进行区分的情况下，这些要素分别通过仅包含文字的参照符号而被参照。
在各附图中，X、Y以及Z表示相互正交的三个空间轴。在本说明书中，将沿着这些轴的方向分别设为第一方向X(X方向)、第二方向Y(Y方向)以及第三方向Z(Z方向)，并将各附图中的箭头标记所指向的方向设为正(+)方向、将箭头标记的相反方向设为负(-)方向来进行说明。X方向以及Y方向表示板、层以及膜的面内方向，Z方向表示板、层以及膜的厚度方向或者层叠方向。
此外，在各附图中所示的构成要素、即各个部分的形状与大小、板、层以及膜的厚度、相对的位置关系、重复单位等有时会在对本发明进行说明的基础上被夸张地示出。另外，本说明书中的“上”这样的术语并不是对结构要素的位置关系为“紧邻其上”的情况进行限定。例如，后述的“基板上的第一电极”或“第一电极上的压电体层”这样的表达不排除在基板与第一电极之间或者第一电极与压电体层之间包含其他构成要素的情况。
第一实施方式
首先，参照附图而对第一实施方式所涉及的压电元件以及其制造方法进行说明。
压电元件
图1为示意性地表示本实施方式所涉及的压电元件100的剖视图。
如图1所示，压电元件100包含第一电极(下部电极)10、压电体层20和第二电极30。压电体层20从第一电极10侧起依次包含第一压电体层21A以及第二压电体层21B。压电元件100被设置在基板2上。
基板2例如为由半导体、绝缘体等形成的平板。基板2既可以为单层，也可以为多个层被层叠而成的层叠体。基板2只要为上表面为平面的形状，则并不限定内部的结构，也可以为在内部形成有空间等的结构。
基板2也可以包含具有挠性且通过压电体层20的动作而发生变形的振动板。振动板例如为氧化硅层、氧化锆层、或者在氧化硅层上设置有氧化锆层的层叠体等。
第一电极10被设置在基板2上。第一电极10被设置在基板2与第一压电体层20A之间。第一电极10的形状例如为层状。第一电极10的厚度例如为5nm以上且500nm以下。第一电极10例如为铂层、铱层、钌层等金属层、其导电性氧化物层、镍酸镧(LaNiO3：LNO)层、钌酸锶(SrRuO3：SRO)层等。第一电极10也可以具有将以上所例示出的多个层层叠而成的结构。
在基板2与第一电极10之间，也可以设置有钛层等紧贴层50。紧贴层50例如由氧化钛(TiOX)、钛(Ti)、SiN等构成，并且具有使压电体层20与基板2之间的紧贴性提高的功能。此外，在将氧化钛(TiOX)层、钛(Ti)层或者氮化硅(SiN)层作为紧贴层而使用的情况下，紧贴层50也具有在形成后述的压电体层20时防止压电体层20的构成元素(例如，钾以及钠等)透过第一电极10而到达基板2的作为阻挡层的功能。另外，可以省略紧贴层50。
第一电极10为，用于向压电体层20施加电压的一个电极。第一电极10为，被设置在压电体层20的下方的下部电极。
压电体层20被设置在第一电极10上。压电体层20包含第一压电体层20A和第二压电体层20B。在图1所示的示例中，第一压电体层20A被设置在第一电极10上。第二压电体层20B以覆盖第一压电体层20A以及基板2的方式而设置。另外，虽然未图示，但是第二压电体层20B也可以不设置在基板2上，而仅被设置在第一压电体层20A上。第一压电体层20A的厚度例如为5nm以上且500nm以下。第二压电体层20B的厚度例如为100nm以上且3μm以下。通过向第一电极10与第二电极30之间施加电压，从而包含第一压电体层20A和第二压电体层20B的压电体层20能够进行变形。
第一压电体层20A以及第二压电体层20B优选为由通式ABO3表示的钙钛矿结构的复合氧化物，更优选为包含由下式(1)所示的铌酸钾钠(KNN系复合氧化物；(K,Na)NbO3)构成的压电材料。
(KX，Na1-X)NbO3…(1)
(0.1≤X≤0.9)
上式(1)所示的复合氧化物为所谓的KNN系的复合氧化物。由于KNN系的复合氧化物为抑制了铅(Pb)等的含量的非铅系压电材料，因此生物相容性优异且环境负载较少。而且，由于KNN系的复合氧化物即使在非铅系压电材料中压电特性也优异，因此有利于提高各种特性。
第一压电体层20A以及第二压电体层20B也可以包含构成上述的钙钛矿结构的复合氧化物的元素(例如，铌、钾、钙和氧)以外的添加物。即，第一压电体层20A例如也可以为添加了添加物的KNN层。作为这种添加物，例如可以列举出锰(Mn)。另外，第一电极60的材料和第二电极80的材料既可以相同，也可以不同。
此外，第一压电体层20A例如不包含氧化铅(PbO)层。第一压电体层20A不包含氧化铅层的情况例如能够通过XRD(X-ray diffraction：X射线衍射)测量来进行确认。
第二电极30被设置在第二压电体层20B上。只要第二电极30与第一电极10电分离，则也可以进一步被设置在第二压电体层20B的侧面以及基板2上。
第二电极30的形状例如为层状。第二电极30的厚度例如为10nm以上且1000nm以下。第二电极30例如为铱层、铂层、钌层等金属层、其导电性氧化物层、镍酸镧层、钌酸锶层等。第二电极30也可以具有将以上所例示出的多个层层叠而成的结构。另外，第一电极10的材料和第二电极30的材料既可以相同，也可以不同。
第二电极30为，用于向压电体层20施加电压的另一个电极。第二电极30作为被设置在压电体层20上的上部电极而发挥功能。
压电元件的制造方法
接下来，在参照附图的同时，对本实施方式所涉及的压电元件100的制造方法进行说明。图2为用于对本实施方式所涉及的压电元件100的制造方法进行说明的流程图。图3A至图3E为示意性地表示本实施方式所涉及的压电元件100的制造工序的剖视图。另外，虽然在下文中对通过化学溶液法(湿式法)来制造第一压电体层20A以及第二压电体层20B的情况进行了说明，但是作为第一压电体层20A以及第二压电体层20B的制造方法并不限定于湿式法，例如也可以为气相法。
如图3A所示，准备基板2(基板准备工序；步骤S1)。
具体而言，例如通过对硅基板进行热氧化，从而形成氧化硅层。接下来，通过溅射法等而在氧化硅层上形成锆层，并对该锆层进行热氧化，从而形成氧化锆层。通过以上的工序，从而能够准备基板2。
接下来，在基板2上使第一电极10成膜(第一成膜工序；步骤S2)。
第一电极10例如通过溅射法或真空蒸镀法等而形成。另外，在设置紧贴层50的情况下，在基板2上，在作为紧贴层50而使金属钛膜等成膜的基础上，使第一电极10成膜。紧贴层50也可以通过溅射法等而成膜。
然后，如图3B所示，使第一压电体层20A成膜(第二成膜工序；步骤S3)。
第一压电体层20A例如通过将压电体膜形成多层而获得。第一压电体层20A由这些多层的压电体膜构成。第一压电体层20A例如能够通过涂敷包含金属络合物的溶液(前驱体溶液)并使之干燥、进而在高温下进行烧成从而获得金属氧化物的化学溶液法(湿式法)来形成。除此之外，也能够通过激光消融法、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD(ChemicalVapor Deposition：化学气相沉积)法、气溶胶沉积法等而形成。在本实施方式中，从使第一压电体层20A的晶体取向性提高的观点出发，优选为使用湿式法(液相法)。
在此，湿式法是指，通过MOD法、溶胶-凝胶法等化学溶液法等而成膜的方法，且为区别于溅射法等气相法的概念。在本实施方式中，除了湿式法以外，也可以使用气相法。
例如，通过湿式法(液相法)而形成的第一压电体层20A具有多层的压电体膜20Aa，所述多层的压电体膜20Aa通过涂敷前驱体溶液而形成前驱体膜的工序(涂敷工序)、对前驱体膜进行干燥的工序(干燥工序)、对干燥后的前驱体膜进行加热以使之脱脂的工序(脱脂工序)、以及对脱脂后的前驱体膜进行烧成的工序(烧成工序)这一系列的工序而形成。即，第一压电体层20A通过将从涂敷工序到烧成工序为止的一系列工序重复实施多次而形成。另外，在上述的一系列工序中，也可以在将从涂敷工序到脱脂工序为止重复实施了多次之后，实施烧成工序。
利用湿式法(液相法)来形成第一压电体层20A的情况下的具体的步骤例如像接下来那样。
首先，对包含预定的金属络合物的前驱体溶液进行调节。前驱体溶液为，使可以通过烧成而形成含有K、Na以及Nb的复合氧化物的金属络合物在有机溶剂中溶解或分散而形成的液体。此时，也可以进一步混合包含Mn、Li、Cu等添加物的金属络合物。通过使前驱体溶液混合包含Mn、Li或者Cu金属络合物，从而能够进一步提高所获得的第一压电体层20A的绝缘性。
作为包含钾(K)的金属络合物，可以列举出2-乙基己酸钾、醋酸钾等。作为包含钠(Na)的金属络合物，可以列举出2-乙基己酸钠、醋酸钠等。作为包含铌(Nb)的金属络合物，可以列举出2-乙基己酸铌、五乙氧基铌等。在作为添加物而添加Mn的情况下，作为包含Mn的金属络合物，可以列举出2-乙基己酸锰等。在作为添加物而添加Li的情况下，作为包含Li的金属络合物，可以列举出2-乙基己酸锂等。此时，也可以一并使用两种以上的金属络合物。例如，作为包含钾(K)的金属络合物，也可以一并使用2-乙基己酸钾和醋酸钾。作为溶剂，可以列举出2-正丁氧基乙醇或正辛烷或它们的混合溶剂等。前驱体溶液也可以包含使含有K、Na、Nb的金属络合物的分散稳定化的添加剂。作为这种添加剂，可以列举出2-乙基己酸等。
并且，如图3B所示，通过在第一电极10上涂敷上述的前驱体溶液，从而形成前驱体膜(涂敷工序)。
接下来，将该前驱体膜加热至预定温度、例如200℃至450℃左右并使之干燥固定时间(干燥工序)。
接下来，通过将干燥后的前驱体膜加热至预定温度、例如350℃至450℃，并以该温度而保持固定时间，从而进行脱脂(脱脂工序)。
最后，将脱脂后的前驱体膜加热至较高的温度、例如600℃至850℃左右，并以该温度而保持固定时间，从而使之晶体化。由此，完成了压电体膜(烧成工序)。
从提高第一压电体层20A的密度并使晶体取向性提高的观点出发，烧成工序中的加热温度优选为较高的温度。具体而言，优选设为700℃以上。更优选为750℃以上。另一方面，如果烧成工序的加热温度过高，则碱金属会向第一电极扩散，从而有可能使组分发生变化而使晶体取向性降低。因此，加热温度优选设为850℃以下。
作为在干燥工序、脱脂工序以及烧成工序中所使用的加热装置，例如可以列举出通过红外线灯的照射来进行加热的RTA(Rapid Thermal Annealing：快速热退火)装置或加热板等。将上述的工序重复实施多次，从而形成由多层的压电体膜20Aa构成的第一压电体层20A。
另外，一系列的上述工序的重复实施次数并不被特别限定。此外，也可以不将上述工序重复实施多次而形成由一层压电体膜20A构成的第一压电体层20A。
此外，在从涂敷工序到烧成工序的一系列工序中，也可以在将从涂敷工序到脱脂工序为止重复实施了多次之后，实施烧成工序。
通过以上的工序，从而能够如图3B所示那样在第一电极10上形成第一压电体层20A。
然后，如图3C所示，对第一电极10以及第一压电体层20A进行图案形成(第一加工工序；步骤S4)。
第一加工工序中的图案形成例如通过光刻法以及蚀刻法而被实施。通过第一加工工序而使基板2的上表面、第一电极10的侧面以及第一压电体层20A的侧面露出。
然后，如图3D所示，在基板2上以及第一压电体层20A上，使第二压电体层20B成膜(第三成膜工序；步骤S5)。
第二压电体层20B与第一压电体层20A同样地例如通过将压电体膜20Ba形成多层而获得。第二压电体层20B由这些多层的压电体膜20Ba构成。第二压电体层20B与第一压电体层20A同样地能够通过湿式法来形成。除此之外，也能够通过激光消融法、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法、气溶胶沉积法等来形成。在本实施方式中，从使第二压电体层20B的晶体取向性提高的观点出发，优选为使用湿式法(液相法)。另外，第一压电体层20A的成膜法和第二压电体层20B的成膜法既可以相同，也可以不同。
在此，在本实施方式的制造方法中，在第一压电体层20A上形成第二压电体层20B的前后、以及在第二压电体层20B上形成第二电极30的前后，也可以根据需要而在600℃至800℃的温度区域中实施再加热处理(后退火)。通过如此实施后退火，从而能够形成第一压电体层20A与第一电极10之间的良好的界面、以及第二压电体层20B与第二电极30之间的良好的界面。此外，通过实施该后退火，从而能够改善压电体层20的结晶性，由此能够进一步提高压电体层20的绝缘性。
接下来，如图3E所示，对第二压电体层20B进行图案形成(第二加工工序；步骤S6)，之后，在第二压电体层20B上使第二电极30成膜(第四成膜工序；步骤S7)。
具体而言，将第二压电体层20B图案形成为图3E所示的形状。图案形成能够通过反应性离子蚀刻、离子铣削等干蚀刻、或利用了蚀刻液的湿蚀刻来实施。
之后，在第二压电体层20B上形成第二电极30。第二电极30例如通过溅射法或真空蒸镀法等而形成。
通过以上的工序，从而能够制造第一实施方式所涉及的压电元件100。
第一实施方式所涉及的压电元件100的制造方法例如具有以下的特征。
在压电元件100的制造方法中，具有：在基板2上使第一电极10成膜的第一成膜工序(步骤S2)、在第一电极10上使第一压电体层20A成膜的第二成膜工序(步骤S3)、通过蚀刻法而对第一电极10以及第一压电体层20A进行图案形成的第一加工工序(步骤S4)、在第一加工工序之后以覆盖第一电极10、第一压电体层20A和基板2的方式而使第二压电体层20B成膜的第三成膜工序(步骤S5)。也就是说，在第一实施方式所涉及的制造方法中，在通过蚀刻处理而对第一电极10进行图案形成之前预先使第一压电体层20A成膜，之后，对第一电极10以及第一压电体层20A进行图案形成。
在现有技术中，当在通过蚀刻处理而进行了图案形成的第一电极上使压电体层成膜的情况下，有可能发生压电体层的晶体取向性劣化从而产生裂纹、空隙等不良状况。这种不良状况被认为是由伴随着蚀刻处理而使第一电极的表面的清洁度劣化或者杂物附着在第一电极表面上等、在蚀刻处理前后电极的表面状态发生变化所引起的。虽然也考虑在蚀刻处理后实施清洗工序的情况，但是难以将因蚀刻处理而发生的电极表面的变化恢复至电极成膜时的状态(即，清洁度高的表面状态)。具体而言，电极的表面状态的变化可以列举出蚀刻液中所包含的元素的附着、在清洗工序中未被除净的保护膜的元素、因跨越制造工序而附着的大气中的水分、碳等杂质等。由于这些因素，如果第一电极的表面状态劣化，则在使压电体层成膜时，(111)晶粒易于生长，从而成为产生裂纹、空隙的原因。
另一方面，在第一实施方式中，如上述那样，在通过蚀刻处理而对第一电极10进行图案形成之前预先使第一压电体层20A成膜，之后，通过蚀刻处理而对第一电极10以及第一压电体层20A进行图案形成。之后，在第一压电体层20A上使第二压电体层20B成膜，从而形成由第一压电体层20A和第二压电体层20B构成的压电体层20。经过这样的制造工序，从而能够对第一压电体层20A的晶体取向性的劣化进行抑制，由此能够获得具有良好的膜质的第一压电体层20A。另外，即使在蚀刻处理后在第一压电体层20A上残留有一些杂质，也能够附随于第一压电体层20A的优选的晶体取向而使第二压电体层20B生长，因此能够对在第二压电体层20B内(111)晶粒生长的情况进行抑制，其结果为，能够防止在压电元件100整体上产生裂纹、空隙等。
此外，在设置紧贴层50的情况下，由于在第一压电体层20A的成膜时第一电极10覆盖紧贴层50(参照图3A)，因此即使在高温区域中对压电体膜20Aa进行烧成的情况下，也能够防止构成紧贴层50的元素向第一电极10内扩散的情况。
此外，在第一实施方式的制造方法中，利用第二电极30来对第二压电体层20B的整个表面进行覆盖。由此，能够防止水分从外部侵入到压电元件100内的情况，其结果为，能够对裂纹、空隙等不良状况进行抑制。
第一实施方式的变形例
接下来，参照附图而对第一实施方式的变形例所涉及的压电元件及其制造方法进行说明。
图4为示意性地表示第一实施方式的变形例所涉及的压电元件100A的剖视图。本变形例的压电元件100A除了第二电极的结构以外均与第一实施方式的压电元件100相同。因此，在以下的说明中，对于具有与第一实施方式相同或者相类似的功能的结构而标记相同的符号。并且，有时会省略这些结构的重复的说明。
如图4所示，本变形例的第二电极30A也可以仅被设置在第二压电体层20B上。也就是说，在本变形例的压电元件100A中，在第二压电体层20B的侧面未设置第二电极30A，而使第二压电体层20B的侧面露出。
通过设为这种结构，从而能够提高第二电极30A与第二压电体层20B之间的紧贴性。
此外，在本变形例中，也可以以覆盖第二电极30A以及第二压电体层20B的方式而使导电层成膜。作为导电层的材料，可以根据所期望的特性来适当决定。例如，可以列举出铂、铱、钌、铜等金属层、其导电性氧化物层、镍酸镧(LaNiO3:LNO)层、钌酸锶(SrRuO3:SRO)层等。如上述那样，通过在第二电极30A以及第二压电体层20B上设置导电层，从而能够对水分从外部的侵入进行抑制，并且，通过隔着第二电极30A而设置导电层，从而能够提高导电层与第二压电体层20B之间的紧贴性。另外，导电层和第二电极30的材料既可以相同，也可以不同。
此外，在本变形例中，也可以在第二压电体层20B的侧面使保护膜成膜。作为保护膜的材料，可以列举出由TiN、SiN、AlN、TiAlN等构成氮化物、AlOx、TiOx、TaOx、CrOx、IrOx、HfOx等氧化物、聚对亚苯基二甲基、粘合剂等树脂系材料、感光性抗蚀剂、类金刚石等碳系材料。如此，通过在第二压电体层20B的侧面设置保护膜，从而能够对水从外部的侵入进行抑制。另外，导电层和第二电极30的材料既可以相同，也可以不同。
图5为用于对本实施方式的变形例所涉及的压电元件100A的制造方法进行说明的流程图。图6A以及图6B为示意性地表示本变形例所涉及的压电元件100A的制造工序的剖视图。另外，在本变形例中，也与第一实施方式同样地，作为第一压电体层20A以及第二压电体层20B的制造方法而并不限定于湿式法，例如也可以为气相法。此外，由于本变形例的制造方法到第三成膜工序为止与第一实施方式相同，因此对第三成膜工序以后进行说明。
如图6A所示，在第二压电体层20B上使第二电极30成膜(第五成膜工序；步骤S8)，之后，如图6B所示，对第二压电体层20B以及第二电极30进行图案形成(第三加工工序；步骤S9)。
具体而言，如图6A所示，在第二压电体层20B上，通过溅射法或真空蒸镀法等而使第二电极30成膜。之后，将第二压电体层20B以及第二电极30图案形成为图6B所示的形状。图案形成能够通过反应性离子蚀刻、离子铣削等干蚀刻、或利用了蚀刻液的湿刻蚀来实施。
在使前述的导电体层成膜的情况下，只需在第三加工工序之后以覆盖第二电极30以及第二压电体层20B的方式而使导电层成膜即可(第六成膜工序)。
此外，在使前述的保护膜成膜的情况下，只需在第三加工工序之后于第二压电体层20B的侧面通过MOD法、溅射法、CVD法、ALD(Atom Layer Deposition：原子层沉积法)法等而使保护膜成膜即可(第七成膜工序)。保护膜也可以组合这些方法中的两种以上的方法来进行成膜。
第二实施方式
接下来，参照附图而对第二实施方式所涉及的压电元件100B及其制造方法进行说明。
压电元件
图7为示意性地表示第二实施方式所涉及的压电元件100B的剖视图。第二实施方式的压电元件100B除了紧贴层以及第一电极的结构以外，均与第一实施方式的压电元件100相同。因此，在以下的说明中，对于具有与第一实施方式相同或者相类似的功能的结构而标记相同的符号。并且，有时会省略这些结构的重复的说明。
如图7所示，第二实施方式的第一电极10A以覆盖紧贴层50A的上表面以及侧面的方式而设置，第二实施方式的第一电极10A的端部被配置在基板2上。也就是说，第二实施方式的第一电极10A以覆盖紧贴层50A的方式而设置，因此第二压电体层20B在不接触紧贴层50A的条件下被设置在第一电极10A上。
通过设为这种结构，从而能够对紧贴层50A的元素向第二压电体层20B扩散的情况进行抑制，由此能够使压电体层20整体的结晶性提高。
图8为用于对第二实施方式所涉及的压电元件100B的制造方法进行说明的流程图。图9A至图9E为示意性地表示第二实施方式所涉及的压电元件100B的制造工序的剖视图。另外，在第二实施方式中，也与第一实施方式同样地，作为第一压电体层20A以及第二压电体层20B的制造方法而并不限定于湿式法，例如也可以为气相法。
此外，如图8的流程图所示那样，第二实施方式的制造方法在基板准备工序(步骤S1)与第一成膜工序之间具有使紧贴层50A成膜的第八成膜工序(步骤S1-1)、对紧贴层50A进行图案形成的第四加工工序(步骤S1-2)。关于除此之外的各工序，由于与第一实施方式相同，因此有时会省略下文中的说明。
首先，在基板2上使紧贴层50A成膜(第八成膜工序；步骤S1-1)。作为紧贴层50A的材料，可以列举出金属钛、氧化钛、锌、氧化锌、铌、铜等。紧贴层50A能够通过溅射法等而成膜。
接下来，将紧贴层50A图案形成为图9A所示的形状(第四加工工序；步骤S1-2)。第一加工工序中的图案形成例如通过光刻法以及蚀刻法而实施。
之后，如图9B以及图9C所示，使第一电极10A以及第一压电体层20A成膜(第一成膜工序以及第二成膜工序)。第一成膜工序以及第二成膜工序可以以与第一实施方式相同的方式而实施。
接下来，对第一电极10A以及第一压电体层20A进行图案形成(第一加工工序；步骤S4)。
第一加工工序中的图案形成例如通过光刻法以及蚀刻法而实施。另外，此时如图9D所示，以使紧贴层50A的侧面不露出的方式而对第一电极10A以及第一压电体层20A进行图案形成。通过使紧贴层50A的侧面不露出，从而能够对紧贴层50A的元素向之后形成的第二压电体层20B扩散的情况进行抑制。
接下来，如图9E所示，在基板2上以及第一压电体层20A上使第二压电体层20B成膜(第三成膜工序；步骤S5)。
之后，既可以与第一实施方式同样地，一旦对第二压电体层20B进行了图案形成之后，使第二电极30成膜，也可以如图9E所示那样，在第二压电体层20B上使第二电极30成膜(第五成膜工序；步骤S8)，之后，对第二压电体层20B以及第二电极30进行图案形成(参照图6B)。
第二实施方式所涉及的压电元件100B的制造方法例如具有以下的特征。
在压电元件100B的制造方法中，在第一实施方式的第一成膜工序之前具有在基板2上使紧贴层50A成膜的第八成膜工序、和通过蚀刻而对紧贴层50A进行图案形成的第四加工工序。也就是说，在第二实施方式所涉及的制造方法中，预先对紧贴层50A进行图案形成，之后，以覆盖紧贴层50A的上表面以及侧面的方式而形成第一电极10A，从而能够对紧贴层50A的元素向第二压电体层20B扩散的情况进行抑制，由此能够使压电体层20整体的结晶性提高。
此外，在第二实施方式的压电元件100B中，利用第一电极10A来覆盖紧贴层50A，从而能够防止紧贴层50A的元素向第二压电体层20B的扩散，因此，在对第二压电体层20B进行烧成时，能够在更高的温度区域中进行烧成。
在对压电体膜进行烧成而形成压电体时，通过提高烧成温度，从而能够实现压电体材料的致密化，由此能够获得更优质的高结晶性的压电体膜。然而，由于越提高烧成温度，构成紧贴层的元素的扩散程度也成比例地升高，因此会导致压电体膜的膜质劣化。也就是说，仅通过简单地提高烧成温度，难以进一步提高压电体层的结晶性。
另一方面，在第二实施方式中，由于通过以覆盖紧贴层50A的方式形成的第一电极10A而能够防止紧贴层50A的元素向第二压电体层20B的扩散，因此在对第二压电体层20B进行烧成时，能够在不考虑紧贴层50A的元素的扩散的条件下实施烧成温度的设计。例如，在第二实施方式中，即使将第二压电体层20B的烧成温度设为与第一压电体层20A的烧成温度相同水准，也能够防止紧贴层50A的元素的扩散，因此，能够获得结晶性更优异的压电体层20。
液体喷出头
接下来，参照附图而对本实施方式所涉及的液体喷出头进行说明。图10为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的分解立体图。图11为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的俯视图。图12为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的图11的VII-VII线剖视图。另外，在图10至图12中，作为相互正交的三个轴而图示了X轴、Y轴以及Z轴。此外，在图10至图12中，将压电元件100简化而进行图示。
如图10至图12所示，液体喷出头200例如包括基板2、压电元件100、喷嘴板220、保护基板240、电路基板250、可塑性基板260。基板2具有流道形成基板210和振动板230。另外，为了便于说明，在图11中省略了电路基板250的图示。
流道形成基板210例如为硅基板。在流道形成基板210上设置有压力产生室211。压力产生室211通过多个隔壁212而被划分出。压力产生室211通过压电元件100而使容积发生变化。
在流道形成基板210的、压力产生室211的+X轴方向的端部处设置有第一连通通道213以及第二连通通道214。第一连通通道213被构成为，通过从Y轴方向缩小压力产生室211的+X轴方向的端部，从而使其开口面积变小。第二连通通道214的Y轴方向上的宽度例如与压力产生室211的Y轴方向上的宽度相同。在第二连通通道214的+X轴方向上，设置有与多个第二连通通道214连通的第三连通通道215。第三连通通道215构成歧管216的一部分。歧管216成为各压力产生室211的共用的液室。如上述那样，在流道形成基板210上设置有由第一连通通道213、第二连通通道214以及第三连通通道215构成的供给流道217、和压力产生室211。供给流道217与压力产生室211连通，并向压力产生室211供给液体。
喷嘴板220被设置在流道形成基板210的一侧的面上。喷嘴板220的材质例如为SUS(Steel Use Stainless：不锈钢)。喷嘴板220例如通过粘合剂、热熔焊接薄膜等而被接合在流道形成基板210上。在喷嘴板220上，沿着Y轴而设置有多个喷嘴孔222。喷嘴孔222与压力产生室211连通，并喷出液体。
振动板230被设置在流道形成基板210的另一侧的面上。振动板230例如由被设置于流道形成基板210上的氧化硅层232、和被设置于氧化硅层232上的氧化锆层234构成。
压电元件100例如被设置在振动板230上。压电元件100被设置有多个。压电元件100的数量并不被特别限定。
在液体喷出头200中，通过具有机电转换特性的压电体层20的变形，而使振动板230以及第一电极10发生位移。即，在液体喷出头200中，振动板230以及第一电极10实质上具有作为振动板的功能。
第一电极10作为针对每个压力产生室211而独立的单独电极而构成。第一电极10的Y轴方向上的宽度窄于压力产生室211的Y轴方向上的宽度。第一电极10的X轴方向上的长度长于压力产生室211的X轴方向上的长度。在X轴方向上，第一电极10的两端以夹着压力产生室211的两端的方式而设置。在第一电极10的-X轴方向的端部处连接有引线电极202。
压电体层20的Y轴方向上的宽度例如宽于第一电极10的Y轴方向上的宽度。压电体层20的X轴方向上的长度例如长于压力产生室211的X轴方向上的长度。第一电极10的+X轴方向的端部例如位于压电体层20的+X轴方向的端部与压力产生室211的+X轴方向的端部之间。第一电极10的+X轴方向上的端部被压电体层20覆盖。另一方面，压电体层20的-X轴方向上的端部例如位于第一电极10的-X轴方向侧的端部与压力产生室211的+X轴方向的端部之间。第一电极10的-X轴方向侧的端部未被压电体层20覆盖。
第二电极30例如以在压电体层20以及振动板230上连续的方式而设置。第二电极30作为多个压电元件100所共用的共用电极而构成。
保护基板240通过粘合剂203等而被接合在振动板230上。在保护基板240上设置有贯穿孔242。在图示的示例中，贯穿孔242在Z轴方向上贯穿保护基板240，并与第三连通通道215连通。贯穿孔242以及第三连通通道215构成了成为各压力产生室211的共用的液室的歧管216。另外，在保护基板240上设置有贯穿孔244，所述贯穿孔244在Z轴方向上贯穿保护基板240。引线电极202的端部位于贯穿孔244中。
在保护基板240上设置有开口部246。开口部246为，用于不阻碍压电元件100的驱动的空间。开口部246既可以被密封，也可以不被密封。
电路基板250被设置在保护基板240上。在电路基板250中包括用于使压电元件100驱动的半导体集成电路(Integrated Circuit：IC)。电路基板250和引线电极202经由连接配线204而被电连接。
可塑性基板260被设置在保护基板240上。可塑性基板260具有被设置于保护基板240上的密封层262、和被设置于密封层262上的固定板264。密封层262为，用于对歧管216进行密封的层。密封层262例如具有挠性。在固定板264上设置有贯穿孔266。贯穿孔266在Z轴方向上贯穿固定板264。贯穿孔266被设置在从Z轴方向观察时与歧管216重叠的位置上。
打印机
接下来，参照附图而对本实施方式所涉及的打印机进行说明。图13为示意性地表示本实施方式所涉及的打印机300的立体图。
打印机300为喷墨式打印机。如图13所示，打印机300包括头单元310。头单元310例如具有液体喷出头200。液体喷出头200的数量并不被特别限定。头单元310以可拆装的方式而设置有构成供给单元的盒312、314。搭载有头单元310的滑架316以在轴向上移动自如的方式而被设置于滑架轴322上，并且喷出从液体供给单元供给来的液体，所述滑架轴322被安装在装置主体320上。
在此，液体只要是物质为液相时的状态下的材料即可，溶胶、凝胶等液体状态的材料也包含在液体中。此外，液体不仅是作为物质的一种状态的液体，而且由颜料、金属粒子等固体物构成的功能材料的粒子在溶剂中溶解、分散或混合所形成的物质等也包含在液体中。作为液体的代表性的示例，可以列举出油墨、液晶乳化剂等。油墨是指，一般性的水性油墨及油性油墨、以及凝胶油墨、热熔油墨等各种包括液体状组成物的物质。
在打印机300中，通过驱动电机330的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带332而被传递至滑架316，从而使搭载有头单元310的滑架316沿着滑架轴322移动。另一方面，在装置主体320上设置有作为输送机构的输送辊340，所述输送辊340使纸张等作为被记录介质的薄片S相对于液体喷出头200而进行相对移动。对薄片S进行输送的输送机构并不限于输送辊，也可以为带或滚筒等。
打印机300包括对液体喷出头200以及输送辊340进行控制的作为控制部的打印机控制器350。打印机控制器350与液体喷出头200的电路基板250电连接。打印机控制器350例如具备临时性地对各种数据进行存储的RAM(Random Access Memory：随时存取存储器)、存储有控制程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、以及产生用于向液体喷出头200供给的驱动信号的驱动信号产生电路等。
另外，本实施方式所涉及的压电元件100、100A以及100B都不限于液体喷出头以及打印机，其能够用于广泛的用途中。压电元件100、100A以及100B例如被优选用作超声波电机、振动式除尘装置、压电变压器、压电扬声器、压电泵、压力-电转换设备等的压电致动器。此外，压电元件100、100A以及100B例如被优选用作超声波检测器、角速度传感器、加速度传感器、振动传感器、倾斜传感器、压力传感器、碰撞传感器、人感传感器、红外线传感器、太赫兹传感器、热检测传感器、热电传感器、压电传感器等压电方式的传感器元件。此外，压电元件100、100A以及100B被优选用作为铁电存储器(FeRAM)、铁电晶体管(FeFET)、铁电运算电路(FeLogic)、铁电电容器等的铁电元件。此外，压电元件100、100A以及100B被优选用作波长转换器、光波导、光路调制器、折射率控制元件、电子快门机构等电压控制型的光学元件。
符号说明
2…基板；10、10A…第一电极；20A…第一压电体层；20B…第二压电体层；30…第二电极；50、50A…紧贴层；100、100A、100B…压电元件；200…液体喷出头；202…引线电极；203…粘合剂；204…连接配线；210…流道形成基板；211…压力产生室；212…隔壁；213…第一连通通道；214…第二连通通道；215…第三连通通道；216…歧管；217…供给流道；220…喷嘴板；222…喷嘴孔；230…振动板；232…氧化硅层；234…氧化锆层；240…保护基板；242、244…贯穿孔；246…开口部；250…电路基板；260…可塑性基板；262…密封层；264…固定板；266…贯穿孔；300…打印机；310…头单元；312、314…盒；316…滑架；320…装置主体；322…滑架轴；330…驱动电机；332…同步带；340…输送辊；350…打印机控制器。

Claims (6)

1.一种压电元件的制造方法，具有：
第一成膜工序，在基板上使第一电极成膜；
第二成膜工序，在所述第一电极上使第一压电体层成膜；
第一加工工序，通过蚀刻法而对所述第一电极以及所述第一压电体层进行图案形成；
第三成膜工序，在所述第一加工工序之后以覆盖所述第一电极、所述第一压电体层和所述基板的方式而使第二压电体层成膜。
2.如权利要求1所述的压电元件的制造方法，其中，具有：
第二加工工序，通过蚀刻法而对所述第二压电体层进行图案形成；
第四成膜工序，在所述第二加工工序之后于所述第二压电体层上使第二电极成膜。
3.如权利要求1所述的压电元件的制造方法，其中，具有：
第五成膜工序，在所述第二压电体层上使第二电极成膜；
第三加工工序，通过蚀刻法而对所述第二压电体层以及所述第二电极进行图案形成。
4.如权利要求3所述的压电元件的制造方法，其中，具有：
第六成膜工序，以覆盖所述第二电极以及所述第二压电体层的方式而使导电层成膜。
5.如权利要求3所述的压电元件的制造方法，其中，具有：
第七成膜工序，在所述第二压电体层的侧面使保护膜成膜。
6.如权利要求1所述的压电元件的制造方法，其中，具有：
第八成膜工序，在所述基板上使紧贴层成膜；
第四加工工序，通过蚀刻法而对所述紧贴层进行图案形成，
所述第八成膜工序以及所述第四加工工序在所述第一成膜工序之前被执行。
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