JP2001203404A - 強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置 - Google Patents
強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置Info
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- JP2001203404A JP2001203404A JP2000173609A JP2000173609A JP2001203404A JP 2001203404 A JP2001203404 A JP 2001203404A JP 2000173609 A JP2000173609 A JP 2000173609A JP 2000173609 A JP2000173609 A JP 2000173609A JP 2001203404 A JP2001203404 A JP 2001203404A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた結晶性を有し、膜厚方向に均一に結晶
配向した強誘電体薄膜素子を製造する方法を提供する。 【解決手段】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素元
素を含む非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該
非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を
成膜する工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部電
極側から加熱する。強誘電体薄膜の結晶化は下部電極に
影響を受けて進行するとともに、下部電極側からの加熱
によって結晶成長が下部電極側から始まって薄膜上部に
至るので、結晶性が良好となる。
配向した強誘電体薄膜素子を製造する方法を提供する。 【解決手段】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素元
素を含む非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該
非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を
成膜する工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部電
極側から加熱する。強誘電体薄膜の結晶化は下部電極に
影響を受けて進行するとともに、下部電極側からの加熱
によって結晶成長が下部電極側から始まって薄膜上部に
至るので、結晶性が良好となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体薄膜素子の
製造技術に関し、特に、非晶質膜を加熱処理して結晶化
させ強誘電体薄膜を形成する際に、良好な結晶性を得る
ことができる強誘電体薄膜素子の製造方法に関する。
製造技術に関し、特に、非晶質膜を加熱処理して結晶化
させ強誘電体薄膜を形成する際に、良好な結晶性を得る
ことができる強誘電体薄膜素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】強誘電性を示す複合酸化物の結晶性材
料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム、ニオブ酸リチウム 等には、自発分極、高誘電率、
電気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の多くの機能
をもつので、広範なデバイス開発に応用されている。例
えば、その圧電性を利用して圧電体素子として、高誘電
性を利用してＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access
Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）
等のキャパシタに、焦電性を利用して赤外線リニアアレ
イセンサに、また、その電気光学効果を利用して導波路
型光変調器にと、様々な方面で用いられている。このよ
うに多様な機能を有する強誘電体薄膜素子を機能素子と
もいう。
料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム、ニオブ酸リチウム 等には、自発分極、高誘電率、
電気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の多くの機能
をもつので、広範なデバイス開発に応用されている。例
えば、その圧電性を利用して圧電体素子として、高誘電
性を利用してＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access
Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）
等のキャパシタに、焦電性を利用して赤外線リニアアレ
イセンサに、また、その電気光学効果を利用して導波路
型光変調器にと、様々な方面で用いられている。このよ
うに多様な機能を有する強誘電体薄膜素子を機能素子と
もいう。
【０００３】かかる強誘電体薄膜素子の製造にあたって
は、下部電極上に、強誘電体を構成する金属元素を含ん
だ非晶質の薄膜を積層し、これを例えば拡散炉や、高速
熱処理（ＲＴＡ）装置によって、例えば６００℃の温度
で焼成することによって結晶化させ、ペロブスカイト型
結晶構造を有する強誘電体薄膜素子を形成することが行
われている。
は、下部電極上に、強誘電体を構成する金属元素を含ん
だ非晶質の薄膜を積層し、これを例えば拡散炉や、高速
熱処理（ＲＴＡ）装置によって、例えば６００℃の温度
で焼成することによって結晶化させ、ペロブスカイト型
結晶構造を有する強誘電体薄膜素子を形成することが行
われている。
【０００４】かかる加熱処理を行うことにより、生成さ
れる強誘電体薄膜の結晶配向方位は、強誘電体薄膜の成
膜の際に下地となる基板或いは下部電極の結晶方位の影
響を受けることが知られている。
れる強誘電体薄膜の結晶配向方位は、強誘電体薄膜の成
膜の際に下地となる基板或いは下部電極の結晶方位の影
響を受けることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、強誘電体薄膜の下部電極に近い部分では所望の結
晶配向が得られても、下部電極から遠い部分、すなわち
強誘電体薄膜の上部においては、結晶性が悪くなる場合
があった。特に、膜厚０．５μｍ以上に厚膜化したとき
には、薄膜の上部において結晶性が低下する傾向が顕著
となり、圧電特性が劣るという問題があった。
では、強誘電体薄膜の下部電極に近い部分では所望の結
晶配向が得られても、下部電極から遠い部分、すなわち
強誘電体薄膜の上部においては、結晶性が悪くなる場合
があった。特に、膜厚０．５μｍ以上に厚膜化したとき
には、薄膜の上部において結晶性が低下する傾向が顕著
となり、圧電特性が劣るという問題があった。
【０００６】また、膜厚方向に歪みの分布ができるた
め、アクチュエータの変位効率が低くなるという問題が
あった。
め、アクチュエータの変位効率が低くなるという問題が
あった。
【０００７】そこで、本発明は、優れた結晶性を有し、
膜厚方向に均一に結晶配向した強誘電体薄膜素子を製造
する方法を提供することを目的とする。
膜厚方向に均一に結晶配向した強誘電体薄膜素子を製造
する方法を提供することを目的とする。
【０００８】さらには、この製造法によって得られる電
気機械変換素子をインク吐出駆動源とするインクジェッ
ト式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット
プリンタを提供することを目的とする。また、本製造法
によって得られる強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
強誘電体不揮発性メモリ及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
気機械変換素子をインク吐出駆動源とするインクジェッ
ト式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット
プリンタを提供することを目的とする。また、本製造法
によって得られる強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
強誘電体不揮発性メモリ及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の請求項１に記載された発明は、強誘電体を構成す
る金属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を下部電極上に
形成する工程と、当該非晶質膜を熱処理することで結晶
化した強誘電体薄膜を成膜する工程とを備え、前記熱処
理の際に、前記下部電極側から加熱することを特徴とす
る強誘電体薄膜素子の製造方法である。
本願の請求項１に記載された発明は、強誘電体を構成す
る金属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を下部電極上に
形成する工程と、当該非晶質膜を熱処理することで結晶
化した強誘電体薄膜を成膜する工程とを備え、前記熱処
理の際に、前記下部電極側から加熱することを特徴とす
る強誘電体薄膜素子の製造方法である。
【００１０】これにより、強誘電体薄膜の結晶成長が下
部電極側から始まって、強誘電体薄膜の結晶配向が下部
電極の影響を受けながら順次進行し、薄膜上部に至るの
で、優れた結晶性を有し、膜厚方向に均一な強誘電体薄
膜素子を製造することができる。また、圧電特性の優れ
た強誘電体薄膜素子を製造することができる。
部電極側から始まって、強誘電体薄膜の結晶配向が下部
電極の影響を受けながら順次進行し、薄膜上部に至るの
で、優れた結晶性を有し、膜厚方向に均一な強誘電体薄
膜素子を製造することができる。また、圧電特性の優れ
た強誘電体薄膜素子を製造することができる。
【００１１】また、本願の請求項２に記載された発明
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該非晶質膜を
熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する工
程とを備え、前記熱処理の際に、前記非晶質膜に対して
下部電極側から供給される熱エネルギーは、下部電極の
反対側から供給される熱エネルギーよりも大きいことを
特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法である。
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該非晶質膜を
熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する工
程とを備え、前記熱処理の際に、前記非晶質膜に対して
下部電極側から供給される熱エネルギーは、下部電極の
反対側から供給される熱エネルギーよりも大きいことを
特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法である。
【００１２】これにより、下部電極側から先に、結晶化
が促進される温度に到達するので、強誘電体薄膜の結晶
化が下部電極側から始まるようにすることができる。
が促進される温度に到達するので、強誘電体薄膜の結晶
化が下部電極側から始まるようにすることができる。
【００１３】また、本願の請求項３に記載された発明
は、強誘電体を構成する金属元素および酸素元素を含む
非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該非晶質膜
を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する
工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部電極上に前
記非晶質膜を形成した基板を複数用意し、当該複数の基
板の各非晶質側の面を互いに向かい合わせにして加熱す
ることを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法であ
る。
は、強誘電体を構成する金属元素および酸素元素を含む
非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該非晶質膜
を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する
工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部電極上に前
記非晶質膜を形成した基板を複数用意し、当該複数の基
板の各非晶質側の面を互いに向かい合わせにして加熱す
ることを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法であ
る。
【００１４】非晶質側の面が向かい合わせになっている
ので、非晶質側から受ける輻射熱を軽減し、下部電極側
に受ける輻射熱が強くなるようにすることができる。
ので、非晶質側から受ける輻射熱を軽減し、下部電極側
に受ける輻射熱が強くなるようにすることができる。
【００１５】また、本願の請求項４に記載された発明
は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記下部電極上にチ
タン層を積層する工程を更に含み、当該工程の実行後
に、前記非晶質膜を形成する工程を実行することを特徴
とする強誘電体薄膜素子の製造方法である。
は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記下部電極上にチ
タン層を積層する工程を更に含み、当該工程の実行後
に、前記非晶質膜を形成する工程を実行することを特徴
とする強誘電体薄膜素子の製造方法である。
【００１６】下部電極上にチタン層を積層することによ
り、強誘電体薄膜の結晶配向を所望の方向に制御するこ
とができる。
り、強誘電体薄膜の結晶配向を所望の方向に制御するこ
とができる。
【００１７】また、本願の請求項５に記載された発明
は、請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であ
って、前記チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ未満と
することを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法であ
る。これにより、強誘電体薄膜を（１００）面に優先配
向させることができる。
は、請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であ
って、前記チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ未満と
することを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法であ
る。これにより、強誘電体薄膜を（１００）面に優先配
向させることができる。
【００１８】また、本願の請求項６に記載された発明
は、請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であ
って、前記チタン層の膜厚を１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満
とすることを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法で
ある。これにより、強誘電体薄膜を（１１１）面に優先
配向させることができる。
は、請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であ
って、前記チタン層の膜厚を１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満
とすることを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法で
ある。これにより、強誘電体薄膜を（１１１）面に優先
配向させることができる。
【００１９】また、本願の請求項７に記載された発明
は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記強誘電体はジル
コン酸チタン酸鉛であることを特徴とする強誘電体薄膜
素子の製造方法である。
は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記強誘電体はジル
コン酸チタン酸鉛であることを特徴とする強誘電体薄膜
素子の製造方法である。
【００２０】また、本願の請求項８に記載された発明
は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記強誘電体薄膜の
膜厚は０．５μｍ以上であることを特徴とする強誘電体
薄膜素子の製造方法である。膜厚の大きな強誘電体素子
の製造において、従来に比べ特に優れた結晶性を得るこ
とができる。
は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の強誘
電体薄膜素子の製造方法であって、前記強誘電体薄膜の
膜厚は０．５μｍ以上であることを特徴とする強誘電体
薄膜素子の製造方法である。膜厚の大きな強誘電体素子
の製造において、従来に比べ特に優れた結晶性を得るこ
とができる。
【００２１】また、本願の請求項９に記載された発明
は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法
によって得られた電気機械変換素子である。電気機械変
換素子に応用することにより、変位効率の向上が達成で
きる。
は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法
によって得られた電気機械変換素子である。電気機械変
換素子に応用することにより、変位効率の向上が達成で
きる。
【００２２】また、本願の請求項１０に記載された発明
は、請求項９に記載の電気機械変換素子と、当該電気機
械変換素子の機械的変位によって内容積が変化するイン
ク室と、当該インク室に連通してインク滴を吐出する吐
出口とを備えることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドである。圧電特性が向上した電気機械変換素子を
備えているので、高速化、高解像度化を可能にするイン
クジェット式記録ヘッドを提供することができる。
は、請求項９に記載の電気機械変換素子と、当該電気機
械変換素子の機械的変位によって内容積が変化するイン
ク室と、当該インク室に連通してインク滴を吐出する吐
出口とを備えることを特徴とするインクジェット式記録
ヘッドである。圧電特性が向上した電気機械変換素子を
備えているので、高速化、高解像度化を可能にするイン
クジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【００２３】また、本願の請求項１１に記載された発明
は、請求項１０に記載のインクジェット式記録ヘッドを
印字機構に備えるインクジェットプリンタである。
は、請求項１０に記載のインクジェット式記録ヘッドを
印字機構に備えるインクジェットプリンタである。
【００２４】また、本願の請求項１２に記載された発明
は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法
によって製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
強誘電体不揮発性メモリ素子である。結晶性に優れた強
誘電体薄膜を備えているので、特性良好なメモリ素子を
提供することができる。
は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の方法
によって製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
強誘電体不揮発性メモリ素子である。結晶性に優れた強
誘電体薄膜を備えているので、特性良好なメモリ素子を
提供することができる。
【００２５】また、本願の請求項１３に記載された発明
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記熱処理の際に、前記下部電
極側から加熱するように構成されていることを特徴とす
る加熱処理装置である。
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記熱処理の際に、前記下部電
極側から加熱するように構成されていることを特徴とす
る加熱処理装置である。
【００２６】また、本願の請求項１４に記載された発明
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記非晶質膜を備えた基板を、
前記非晶質膜側の面が一定方向を向くように保持する保
持部を設け、前記非晶質膜側の面と反対側の面に対向す
る位置に加熱部を設けたことを特徴とする加熱処理装置
である。
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記非晶質膜を備えた基板を、
前記非晶質膜側の面が一定方向を向くように保持する保
持部を設け、前記非晶質膜側の面と反対側の面に対向す
る位置に加熱部を設けたことを特徴とする加熱処理装置
である。
【００２７】また、本願の請求項１５に記載された発明
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記非晶質膜を備えた基板を、
前記非晶質膜側の面が互いに向かい合うように複数保持
する保持部を設けたことを特徴とする加熱処理装置であ
る。
は、強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜であって下部電極上に形成されたものを、熱処理
することで結晶化させて強誘電体薄膜を形成するための
加熱処理装置であって、前記非晶質膜を備えた基板を、
前記非晶質膜側の面が互いに向かい合うように複数保持
する保持部を設けたことを特徴とする加熱処理装置であ
る。
【００２８】また、本願の請求項１６に記載された発明
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法
により測定した（１００）面半価幅は、０．２度以下で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子である。
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法
により測定した（１００）面半価幅は、０．２度以下で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子である。
【００２９】また、本願の請求項１７に記載された発明
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法
により測定した（１１１）面半価幅は、０．２度以下で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子である。
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法
により測定した（１１１）面半価幅は、０．２度以下で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子である。
【００３０】また、本願の請求項１８に記載された発明
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜中の鉛（Ｐｂ）原
子の含有量は、膜厚方向に一定であることを特徴とする
強誘電体薄膜素子である。
は、下部電極と、該下部電極上に形成されるＰＺＴ薄膜
と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極とを備えた強
誘電体素子であって、前記ＰＺＴ薄膜中の鉛（Ｐｂ）原
子の含有量は、膜厚方向に一定であることを特徴とする
強誘電体薄膜素子である。
【００３１】
【発明の実施の形態】（インクジェットプリンタの全体
構成）図１は、本発明の１実施形態に係る製造方法によ
って製造される強誘電体薄膜素子である電気機械変換素
子を備えたインクジェットプリンタの構成図である。イ
ンクジェットプリンタは、主にインクジェット式記録ヘ
ッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッド駆動機
構１０６を備えて構成されている。
構成）図１は、本発明の１実施形態に係る製造方法によ
って製造される強誘電体薄膜素子である電気機械変換素
子を備えたインクジェットプリンタの構成図である。イ
ンクジェットプリンタは、主にインクジェット式記録ヘ
ッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッド駆動機
構１０６を備えて構成されている。
【００３２】インクジェット式記録ヘッド１００は、イ
エロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインク
カートリッジ１０１を備えており、フルカラー印刷が可
能なように構成されている。また、このインクジェット
プリンタは、内部に専用のコントローラボード等を備え
ており、インクジェット式記録ヘッド１００のインク吐
出タイミング及びヘッド駆動機構１０６の走査を制御す
る。
エロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインク
カートリッジ１０１を備えており、フルカラー印刷が可
能なように構成されている。また、このインクジェット
プリンタは、内部に専用のコントローラボード等を備え
ており、インクジェット式記録ヘッド１００のインク吐
出タイミング及びヘッド駆動機構１０６の走査を制御す
る。
【００３３】また、本体１０２は背面にトレイ１０３を
備えるとともに、その内部にオートシードフィーダ（自
動連続給紙機構）１０５を備え、記録用紙１０７を自動
的に送り出し、正面の排出口１０４から記録用紙１０７
を排紙する。
備えるとともに、その内部にオートシードフィーダ（自
動連続給紙機構）１０５を備え、記録用紙１０７を自動
的に送り出し、正面の排出口１０４から記録用紙１０７
を排紙する。
【００３４】（インクジェット式記録ヘッドの全体構
成）図２に、上記インクジェット式記録ヘッドの分解斜
視図を示す。インクジェット式記録ヘッド１００は、イ
ンク室基板２０と、その一方の面に固定された振動板３
０と、他方の面に固定されたノズル板１０とを備えて構
成されている。このヘッド１００は、オンデマンド形の
ピエゾジェット式ヘッドを構成している。
成）図２に、上記インクジェット式記録ヘッドの分解斜
視図を示す。インクジェット式記録ヘッド１００は、イ
ンク室基板２０と、その一方の面に固定された振動板３
０と、他方の面に固定されたノズル板１０とを備えて構
成されている。このヘッド１００は、オンデマンド形の
ピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【００３５】インク室基板２０は、キャビティ（インク
室）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給
口２４を備えている。キャビティ２１は、インクなどを
吐出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２は
複数のキャビティ２１間を仕切るよう形成されている。
リザーバ２３は、インクを共通して各キャビティ２１に
充たすための流路となっている。供給口２４は、リザー
バ２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に形成
されている。
室）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給
口２４を備えている。キャビティ２１は、インクなどを
吐出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２は
複数のキャビティ２１間を仕切るよう形成されている。
リザーバ２３は、インクを共通して各キャビティ２１に
充たすための流路となっている。供給口２４は、リザー
バ２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に形成
されている。
【００３６】ノズル板１０は、インク室基板２０に設け
られたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズ
ル穴１１が配置されるよう、インク室基板２０に貼り合
わせられている。ノズル板１０を貼り合わせたインク室
基板２０は、筐体２５に納められている。
られたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズ
ル穴１１が配置されるよう、インク室基板２０に貼り合
わせられている。ノズル板１０を貼り合わせたインク室
基板２０は、筐体２５に納められている。
【００３７】振動板３０には圧電アクチュエータ（後
述）が設けられている。振動板３０には、インクタンク
口（図示せず）が設けられて、図示しないインクタンク
に貯蔵されているインクをリザーバ２３に供給可能にな
っている。
述）が設けられている。振動板３０には、インクタンク
口（図示せず）が設けられて、図示しないインクタンク
に貯蔵されているインクをリザーバ２３に供給可能にな
っている。
【００３８】（層構造）図３に、本発明の製造方法によ
って製造されるインクジェット式記録ヘッドおよび各圧
電アクチュエータ４０の層構造を説明する断面図を示
す。図に示すように、振動板３０は、絶縁膜３１、下地
層３４、密着層３２、下部電極３３、及びチタン層３５
を積層して構成され、圧電アクチュエータ４０は強誘電
体薄膜層４１および上部電極４２を積層して構成されて
いる。
って製造されるインクジェット式記録ヘッドおよび各圧
電アクチュエータ４０の層構造を説明する断面図を示
す。図に示すように、振動板３０は、絶縁膜３１、下地
層３４、密着層３２、下部電極３３、及びチタン層３５
を積層して構成され、圧電アクチュエータ４０は強誘電
体薄膜層４１および上部電極４２を積層して構成されて
いる。
【００３９】絶縁膜３１は、導電性のない材料、例えば
二酸化珪素（ＳｉＯ２）により構成され、強誘電体層の
変形により変形し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間
的に高めることが可能に構成されている。
二酸化珪素（ＳｉＯ２）により構成され、強誘電体層の
変形により変形し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間
的に高めることが可能に構成されている。
【００４０】下地層３４は、圧電アクチュエータ４０を
構成する際の下地の役割を担うものである。例えば酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成される。密着層３２
は、下地層３４と下部電極３３との密着性を向上させ
る。例えばチタン（Ｔｉ）により構成される。
構成する際の下地の役割を担うものである。例えば酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ２）で構成される。密着層３２
は、下地層３４と下部電極３３との密着性を向上させ
る。例えばチタン（Ｔｉ）により構成される。
【００４１】下部電極３３は、強誘電体薄膜層４１に電
圧を印加するための一方の電極であり、インク室基板２
０上に形成される複数の圧電アクチュエータに共通な電
極として機能するように絶縁膜３１と同じ領域に形成さ
れる。ただし、強誘電体薄膜層４１と同様の大きさに、
すなわち上部電極と同じ形状に形成することも可能であ
る。下部電極３３は、導電性を有する材料により構成さ
れる。例えば、基板２０側からイリジウム層／白金層／
イリジウム層の積層構造を有している。但し、下部電極
の材料はこれに限定されず、白金の単相膜や、イリジウ
ムの単層膜で構成しても良いし、イリジウム層／白金層
の積層構造や、白金層／イリジウム層の積層構造を有し
ていてもよい。また、イリジウムと白金の合金としても
よい。
圧を印加するための一方の電極であり、インク室基板２
０上に形成される複数の圧電アクチュエータに共通な電
極として機能するように絶縁膜３１と同じ領域に形成さ
れる。ただし、強誘電体薄膜層４１と同様の大きさに、
すなわち上部電極と同じ形状に形成することも可能であ
る。下部電極３３は、導電性を有する材料により構成さ
れる。例えば、基板２０側からイリジウム層／白金層／
イリジウム層の積層構造を有している。但し、下部電極
の材料はこれに限定されず、白金の単相膜や、イリジウ
ムの単層膜で構成しても良いし、イリジウム層／白金層
の積層構造や、白金層／イリジウム層の積層構造を有し
ていてもよい。また、イリジウムと白金の合金としても
よい。
【００４２】強誘電体薄膜層４１は、例えばペロブスカ
イト構造を持つ強誘電性セラミックスの結晶であり、振
動板３０上に所定の形状で形成されて構成されている。
強誘電体薄膜層４１の組成は、例えばジルコニウム酸チ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン
酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウ
ム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のう
ちいずれかの強誘電性セラミックスなどである。ただし
上記組成に限定されるものではない。
イト構造を持つ強誘電性セラミックスの結晶であり、振
動板３０上に所定の形状で形成されて構成されている。
強誘電体薄膜層４１の組成は、例えばジルコニウム酸チ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン
酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウ
ム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３）またはマグ
ネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍ
ｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のう
ちいずれかの強誘電性セラミックスなどである。ただし
上記組成に限定されるものではない。
【００４３】上部電極４２は、強誘電体薄膜層４１に電
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば白金（Ｐｔ）、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2等で構成
されている。
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば白金（Ｐｔ）、ＲｕＯ2、ＩｒＯ2等で構成
されている。
【００４４】（インクジェット式記録ヘッドの動作）上
記インクジェット式記録ヘッド１００の動作を説明す
る。所定の吐出信号が供給されず圧電アクチュエータ４
０の下部電極３３と上部電極４２との間に電圧が印加さ
れていない場合、強誘電体薄膜層４１には変形を生じな
い。吐出信号が供給されていない圧電アクチュエータ４
０が設けられているキャビティ２１には、圧力変化が生
じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐出されない。
記インクジェット式記録ヘッド１００の動作を説明す
る。所定の吐出信号が供給されず圧電アクチュエータ４
０の下部電極３３と上部電極４２との間に電圧が印加さ
れていない場合、強誘電体薄膜層４１には変形を生じな
い。吐出信号が供給されていない圧電アクチュエータ４
０が設けられているキャビティ２１には、圧力変化が生
じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐出されない。
【００４５】一方、所定の吐出信号が供給され圧電アク
チュエータ４０の下部電極３３と上部電極４２との間に
一定電圧が印加された場合、強誘電体薄膜層４１に変形
を生じる。吐出信号が供給された圧電アクチュエータ４
０が設けられているキャビティ２１ではその振動板３０
が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の圧力が瞬
間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐出され
る。細長いヘッド中で印刷させたい位置の圧電アクチュ
エータに吐出信号を個別に供給することで、任意の文字
や図形を印刷させることができる。
チュエータ４０の下部電極３３と上部電極４２との間に
一定電圧が印加された場合、強誘電体薄膜層４１に変形
を生じる。吐出信号が供給された圧電アクチュエータ４
０が設けられているキャビティ２１ではその振動板３０
が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の圧力が瞬
間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐出され
る。細長いヘッド中で印刷させたい位置の圧電アクチュ
エータに吐出信号を個別に供給することで、任意の文字
や図形を印刷させることができる。
【００４６】（製造方法）図４を参照しながら本実施の
形態の強誘電体薄膜素子の製造工程について、インクジ
ェット式記録ヘッドの製造工程と併せて説明する。ま
ず、図４（Ａ）に示すように、インク室基板２０に絶縁
膜３１を成膜する。インク室基板２０として、例えば、
直径１００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板
を用いる。絶縁膜３１は、１１００℃の炉の中で、乾燥
酸素を流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚
の熱酸化膜を形成する。この他に、ＣＶＤ法等の成膜法
を適宜選択して成膜してもよい。また、絶縁膜３１とし
て、二酸化珪素に限られず、酸化ジルコニウム膜、酸化
タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でも
よい。
形態の強誘電体薄膜素子の製造工程について、インクジ
ェット式記録ヘッドの製造工程と併せて説明する。ま
ず、図４（Ａ）に示すように、インク室基板２０に絶縁
膜３１を成膜する。インク室基板２０として、例えば、
直径１００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板
を用いる。絶縁膜３１は、１１００℃の炉の中で、乾燥
酸素を流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚
の熱酸化膜を形成する。この他に、ＣＶＤ法等の成膜法
を適宜選択して成膜してもよい。また、絶縁膜３１とし
て、二酸化珪素に限られず、酸化ジルコニウム膜、酸化
タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でも
よい。
【００４７】次に、下地層３４として酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ２）を成膜するため、ジルコニウムをターゲッ
トとし、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法
等で膜厚４００ｎｍ程度に成膜する。他の成膜法とし
て、酸化ジルコニウムターゲットでＲＦスパッタリング
法で成膜したり、ＤＣスパッタリング法でジルコニウム
を成膜した後、熱酸化してもよい。
（ＺｒＯ２）を成膜するため、ジルコニウムをターゲッ
トとし、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法
等で膜厚４００ｎｍ程度に成膜する。他の成膜法とし
て、酸化ジルコニウムターゲットでＲＦスパッタリング
法で成膜したり、ＤＣスパッタリング法でジルコニウム
を成膜した後、熱酸化してもよい。
【００４８】次に、下地層３４上にチタン膜（チタン）
からなる密着層３２を、例えば直流スパッタ法により形
成する。密着層３２の膜厚は、５ｎｍ〜４０ｎｍ程度が
望ましく、本実施形態では１０ｎｍ程度に形成する。
からなる密着層３２を、例えば直流スパッタ法により形
成する。密着層３２の膜厚は、５ｎｍ〜４０ｎｍ程度が
望ましく、本実施形態では１０ｎｍ程度に形成する。
【００４９】密着層３２の上に、下部電極３３を成膜す
る。下部電極３３として、下地層３４側から、イリジウ
ム２０ｎｍ／白金１４０ｎｍ／イリジウム２０ｎｍの積
層構造を有するようにそれぞれ成膜する。後述する強誘
電体薄膜の熱処理工程においてイリジウムは酸化され、
白金の柱状結晶の間には酸化イリジウム層が形成され
る。かかる酸化イリジウムは強誘電体薄膜の酸素の抜け
出しを防ぎ、強誘電体薄膜の特性の劣化を防ぐことがで
きる。
る。下部電極３３として、下地層３４側から、イリジウ
ム２０ｎｍ／白金１４０ｎｍ／イリジウム２０ｎｍの積
層構造を有するようにそれぞれ成膜する。後述する強誘
電体薄膜の熱処理工程においてイリジウムは酸化され、
白金の柱状結晶の間には酸化イリジウム層が形成され
る。かかる酸化イリジウムは強誘電体薄膜の酸素の抜け
出しを防ぎ、強誘電体薄膜の特性の劣化を防ぐことがで
きる。
【００５０】続いて、下部電極３３上に、２ｎｍ〜２０
ｎｍのチタン層３５を積層する。特に、２ｎｍ以上１０
ｎｍ未満とすると、強誘電体薄膜は（１００）面に優先
配向される。また、１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満とする
と、強誘電体薄膜は（１１１）面に優先配向される。チ
タン層３５の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を利
用する。また、ＣＶＤ法、蒸着法等の成膜法を利用する
こともできる。
ｎｍのチタン層３５を積層する。特に、２ｎｍ以上１０
ｎｍ未満とすると、強誘電体薄膜は（１００）面に優先
配向される。また、１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満とする
と、強誘電体薄膜は（１１１）面に優先配向される。チ
タン層３５の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を利
用する。また、ＣＶＤ法、蒸着法等の成膜法を利用する
こともできる。
【００５１】（強誘電体前駆体膜の形成）次に、チタン
層３５上に強誘電体前駆体膜４１’を成膜する。強誘電
体前駆体膜４１’は、後述の処理で結晶化されて強誘電
体薄膜４１となる以前の、非晶質膜として構成される。
本実施例ではＰＺＴ前駆体膜をゾル・ゲル法で成膜す
る。ゾル・ゲル法とは、金属アルコキシド等の金属有機
化合物を溶液系で加水分解、重縮合させるものである。
層３５上に強誘電体前駆体膜４１’を成膜する。強誘電
体前駆体膜４１’は、後述の処理で結晶化されて強誘電
体薄膜４１となる以前の、非晶質膜として構成される。
本実施例ではＰＺＴ前駆体膜をゾル・ゲル法で成膜す
る。ゾル・ゲル法とは、金属アルコキシド等の金属有機
化合物を溶液系で加水分解、重縮合させるものである。
【００５２】具体的には、基板上に金属有機化合物を含
む溶液を塗布し、乾燥させる。用いられる金属有機化合
物としては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、
エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシ
ドやアセテート化合物等が挙げられる。硝酸塩、しゅう
酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。
む溶液を塗布し、乾燥させる。用いられる金属有機化合
物としては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、
エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシ
ドやアセテート化合物等が挙げられる。硝酸塩、しゅう
酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。
【００５３】本実施形態においては、ＰＺＴ膜の出発原
料として、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｒ
（ｔ−ＯＣＨ４Ｈ９）４、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４の
混合溶液を用意する。この混合溶液を１５００ｒｐｍで
０．１μｍの厚さにスピンコーティングし、４００℃の
温度環境下で脱脂する。この工程を５回繰り返し、膜厚
０．５μｍのゲルとする。
料として、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｒ
（ｔ−ＯＣＨ４Ｈ９）４、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４の
混合溶液を用意する。この混合溶液を１５００ｒｐｍで
０．１μｍの厚さにスピンコーティングし、４００℃の
温度環境下で脱脂する。この工程を５回繰り返し、膜厚
０．５μｍのゲルとする。
【００５４】（加熱処理）図４（Ｂ）に示すように、上
記の工程によって得られた強誘電体前駆体膜４１’を加
熱処理することによって結晶化させ、強誘電体薄膜層４
１を形成する。焼結温度は材料により異なるが、通常の
金属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で処理でき
る。本実施形態では６５０℃で５分から３０分間加熱を
行う。加熱装置としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anne
aling）装置、拡散炉等を使用することができる。
記の工程によって得られた強誘電体前駆体膜４１’を加
熱処理することによって結晶化させ、強誘電体薄膜層４
１を形成する。焼結温度は材料により異なるが、通常の
金属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で処理でき
る。本実施形態では６５０℃で５分から３０分間加熱を
行う。加熱装置としては、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anne
aling）装置、拡散炉等を使用することができる。
【００５５】特に本発明では、強誘電体前駆体膜４１’
を、下部電極３３側から加熱する。すなわち、強誘電体
前駆体膜４１’に対して下部電極３３側から供給される
熱エネルギーは、下部電極３３の反対側から供給される
熱エネルギーよりも大きくなるようにする。
を、下部電極３３側から加熱する。すなわち、強誘電体
前駆体膜４１’に対して下部電極３３側から供給される
熱エネルギーは、下部電極３３の反対側から供給される
熱エネルギーよりも大きくなるようにする。
【００５６】図５に、この加熱処理に使用される加熱装
置の一例であるＲＴＡ装置の概念図を示す。ＲＴＡ装置
５０は、装置外枠５４内に、加熱手段５２を配置した構
造となっている。加熱手段５２は、強誘電体前駆体膜を
積層した基板である試料５１を照射可能なランプ等から
なる。加熱手段５２には、加熱手段制御装置５３が接続
され、加熱手段５２に供給する電力等が制御される。
置の一例であるＲＴＡ装置の概念図を示す。ＲＴＡ装置
５０は、装置外枠５４内に、加熱手段５２を配置した構
造となっている。加熱手段５２は、強誘電体前駆体膜を
積層した基板である試料５１を照射可能なランプ等から
なる。加熱手段５２には、加熱手段制御装置５３が接続
され、加熱手段５２に供給する電力等が制御される。
【００５７】このＲＴＡ装置のように、装置外枠５４の
対向する２つの壁面に沿って加熱手段５２が設けられて
いる場合には、そのうち一方（加熱される試料の下部電
極側）の壁面に沿って設けられた加熱手段５２のみを点
灯させる。例えば、図５のように、試料５１の強誘電体
前駆体側の面５１１を図示上側に、下部電極側の面５１
２を図示下側に配している場合、図示下側の加熱手段５
２のみを点灯させる。
対向する２つの壁面に沿って加熱手段５２が設けられて
いる場合には、そのうち一方（加熱される試料の下部電
極側）の壁面に沿って設けられた加熱手段５２のみを点
灯させる。例えば、図５のように、試料５１の強誘電体
前駆体側の面５１１を図示上側に、下部電極側の面５１
２を図示下側に配している場合、図示下側の加熱手段５
２のみを点灯させる。
【００５８】なお、本発明の目的を達成するには、試料
の一方の面から加熱すれば良いので、ＲＴＡ装置はこれ
に限らず、加熱手段５２が一方の壁面のみに設けられて
いるものでもよい。また、ＲＴＡ装置内に基板を保持す
るための保持部（図示せず）は、基板の下部電極側の面
が、一方の壁面のみに設けられた加熱手段に対向するよ
うに、基板を一定方向に向けて保持するようにしてもよ
い。これによりＲＴＡ装置内に基板を設置する作業を、
誤りなく効率的に行うことができる。
の一方の面から加熱すれば良いので、ＲＴＡ装置はこれ
に限らず、加熱手段５２が一方の壁面のみに設けられて
いるものでもよい。また、ＲＴＡ装置内に基板を保持す
るための保持部（図示せず）は、基板の下部電極側の面
が、一方の壁面のみに設けられた加熱手段に対向するよ
うに、基板を一定方向に向けて保持するようにしてもよ
い。これによりＲＴＡ装置内に基板を設置する作業を、
誤りなく効率的に行うことができる。
【００５９】図６に、加熱処理に使用される加熱装置の
他の一例である横型拡散炉の概念図を示す。横型拡散炉
６０は、筒状の炉心管６２を備えている。炉心管６２
は、試料の出入口である炉口６４、炉口６４の開閉扉で
あるシャッタ６５、及び反応ガス送入口６８を備えてい
る。また、横型拡散炉６０は、炉内の温度を上昇させる
ためのヒータ６１を、炉心管の周りに備えている。
他の一例である横型拡散炉の概念図を示す。横型拡散炉
６０は、筒状の炉心管６２を備えている。炉心管６２
は、試料の出入口である炉口６４、炉口６４の開閉扉で
あるシャッタ６５、及び反応ガス送入口６８を備えてい
る。また、横型拡散炉６０は、炉内の温度を上昇させる
ためのヒータ６１を、炉心管の周りに備えている。
【００６０】拡散炉内部の試料を加熱する輻射熱は、試
料の周囲を取り囲んだ炉心管６２の壁面全体から発せら
れるので、炉内の一方のみから加熱することができな
い。そこで、拡散炉によって加熱処理をする場合は、基
板６３を複数用意し、当該複数の基板の各非晶質側の面
６３１を、互いに向かい合わせにして加熱装置内で加熱
する。これにより、基板の下部電極側の面６３２から加
熱することができ、非晶質膜に対して下部電極側に供給
される熱エネルギーが、下部電極の反対側から供給され
る熱エネルギーよりも大きくなるようにすることができ
る。また、拡散炉内に基板を保持するための保持部は、
複数の基板の各非晶質側の面を互いに向かい合わせにし
て保持するように構成してもよい。これにより拡散炉内
に基板を設置する作業を、誤りなく効率的に行うことが
できる。
料の周囲を取り囲んだ炉心管６２の壁面全体から発せら
れるので、炉内の一方のみから加熱することができな
い。そこで、拡散炉によって加熱処理をする場合は、基
板６３を複数用意し、当該複数の基板の各非晶質側の面
６３１を、互いに向かい合わせにして加熱装置内で加熱
する。これにより、基板の下部電極側の面６３２から加
熱することができ、非晶質膜に対して下部電極側に供給
される熱エネルギーが、下部電極の反対側から供給され
る熱エネルギーよりも大きくなるようにすることができ
る。また、拡散炉内に基板を保持するための保持部は、
複数の基板の各非晶質側の面を互いに向かい合わせにし
て保持するように構成してもよい。これにより拡散炉内
に基板を設置する作業を、誤りなく効率的に行うことが
できる。
【００６１】以上のように、下部電極側から基板を加熱
することにより、強誘電体前駆体膜４１’の結晶化が、
下部電極３３側から始まって膜厚方向に進行するので、
良好な結晶性を得ることができる。なお、インク室基板
２０を構成するシリコンは加熱装置からの輻射熱をあま
り吸収しないこと、下部電極３３を構成する金属は熱伝
導性が高いことも、強誘電体前駆体膜４１’を下部電極
側から加熱するには好都合に働いている。
することにより、強誘電体前駆体膜４１’の結晶化が、
下部電極３３側から始まって膜厚方向に進行するので、
良好な結晶性を得ることができる。なお、インク室基板
２０を構成するシリコンは加熱装置からの輻射熱をあま
り吸収しないこと、下部電極３３を構成する金属は熱伝
導性が高いことも、強誘電体前駆体膜４１’を下部電極
側から加熱するには好都合に働いている。
【００６２】（圧電アクチュエータの形成）図４（Ｃ）
に示すように、強誘電体薄膜４１上に上部電極４２を形
成し、所定形状に加工して圧電アクチュエータを形成す
る。具体的には、上部電極４２として白金（Ｐｔ）を１
００ｎｍの膜厚にＤＣスパッタ法で成膜する。次に、上
部電極４２上にレジストをスピンコートした後、インク
室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパタ
ーニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極
４２、強誘電体薄膜４１をイオンミリング等でエッチン
グする。以上の工程により、強誘電体薄膜素子の一例で
ある圧電アクチュエータが形成される。 （インクジェット式記録ヘッドの形成）図４（Ｄ）に示
すように、インク室基板２０にインク室２１を形成し、
ノズル板１０を形成する。
に示すように、強誘電体薄膜４１上に上部電極４２を形
成し、所定形状に加工して圧電アクチュエータを形成す
る。具体的には、上部電極４２として白金（Ｐｔ）を１
００ｎｍの膜厚にＤＣスパッタ法で成膜する。次に、上
部電極４２上にレジストをスピンコートした後、インク
室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパタ
ーニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極
４２、強誘電体薄膜４１をイオンミリング等でエッチン
グする。以上の工程により、強誘電体薄膜素子の一例で
ある圧電アクチュエータが形成される。 （インクジェット式記録ヘッドの形成）図４（Ｄ）に示
すように、インク室基板２０にインク室２１を形成し、
ノズル板１０を形成する。
【００６３】具体的には、インク室基板２０に、インク
室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを
施し、例えば平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められ
た深さまでインク室基板２０をエッチングし、インク室
２１を形成する。エッチングされずに残った部分は側壁
２２となる。
室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを
施し、例えば平行平板型反応性イオンエッチング等の活
性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められ
た深さまでインク室基板２０をエッチングし、インク室
２１を形成する。エッチングされずに残った部分は側壁
２２となる。
【００６４】最後に、樹脂等を用いてノズル板１０をイ
ンク室基板２０に接合する。ノズル板１０をインク室基
板２０に接合する際には、ノズル１１がインク室２１の
各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。以
上の工程により、インクジェット式記録ヘッドが形成さ
れる。
ンク室基板２０に接合する。ノズル板１０をインク室基
板２０に接合する際には、ノズル１１がインク室２１の
各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。以
上の工程により、インクジェット式記録ヘッドが形成さ
れる。
【００６５】（他の強誘電体薄膜素子の例）本発明の製
造方法によって製造される強誘電体薄膜素子は、上記の
ような電気機械変換素子ないし圧電体素子に限らず、種
々の用途が存在する。例えば、キャパシタの絶縁膜に用
いれば大規模集積回路に好適な小面積、大容量のキャパ
シタが得られる。強誘電体薄膜は自発分極を持ち、外部
電場の作用により分極方向を反転させることができるた
め、この特性を用いて不揮発性メモリを製造することが
できる。
造方法によって製造される強誘電体薄膜素子は、上記の
ような電気機械変換素子ないし圧電体素子に限らず、種
々の用途が存在する。例えば、キャパシタの絶縁膜に用
いれば大規模集積回路に好適な小面積、大容量のキャパ
シタが得られる。強誘電体薄膜は自発分極を持ち、外部
電場の作用により分極方向を反転させることができるた
め、この特性を用いて不揮発性メモリを製造することが
できる。
【００６６】特に、本発明の強誘電体薄膜素子の製造方
法によれば、結晶性の良好な強誘電体薄膜を形成するこ
とができるので、高速動作、低消費電力等、特性良好な
キャパシタを得ることができる。
法によれば、結晶性の良好な強誘電体薄膜を形成するこ
とができるので、高速動作、低消費電力等、特性良好な
キャパシタを得ることができる。
【００６７】（実施例１）本実施形態の製造方法に従
い、強誘電体薄膜素子を製造した。特に、強誘電体薄膜
を所望の結晶配向に制御するため、下部電極３３上に形
成する上記チタン層３５の膜厚を、５ｎｍとした。すな
わち、強誘電体前駆体層４１’より下の層構造を、Ｔｉ
５ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｐｔ１４０ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ
／Ｔｉ１０ｎｍ／ＺｒＯ２４００ｎｍとした。この基板
を加熱処理して結晶化させると、上記層構造の影響によ
り、強誘電体薄膜は（１００）面に優先配向される。実
際に、下部電極側から加熱処理して得られた強誘電体薄
膜について、Ｘ線回折広角法により（１００）面半価幅
を測定し、更に圧電定数を測定した。その結果、（１０
０）面半価幅は０．１７８度、圧電定数は１４５ｐＣ／
Ｎであった。
い、強誘電体薄膜素子を製造した。特に、強誘電体薄膜
を所望の結晶配向に制御するため、下部電極３３上に形
成する上記チタン層３５の膜厚を、５ｎｍとした。すな
わち、強誘電体前駆体層４１’より下の層構造を、Ｔｉ
５ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｐｔ１４０ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ
／Ｔｉ１０ｎｍ／ＺｒＯ２４００ｎｍとした。この基板
を加熱処理して結晶化させると、上記層構造の影響によ
り、強誘電体薄膜は（１００）面に優先配向される。実
際に、下部電極側から加熱処理して得られた強誘電体薄
膜について、Ｘ線回折広角法により（１００）面半価幅
を測定し、更に圧電定数を測定した。その結果、（１０
０）面半価幅は０．１７８度、圧電定数は１４５ｐＣ／
Ｎであった。
【００６８】（比較例１）上記実施例１と同一の層構造
を有する試料を、強誘電体前駆体膜側から加熱処理し、
同様の測定を行った。その結果、（１００）面半価幅は
０．２１３度、圧電定数は１１５ｐＣ／Ｎであった。
を有する試料を、強誘電体前駆体膜側から加熱処理し、
同様の測定を行った。その結果、（１００）面半価幅は
０．２１３度、圧電定数は１１５ｐＣ／Ｎであった。
【００６９】以上の実施例１と比較例１とを対比する
と、試料を下部電極側から加熱することにより、（１０
０）面の半価幅がより小さい、すなわち歪みの少ない結
晶となることがわかる。また、圧電定数が向上すること
がわかる。
と、試料を下部電極側から加熱することにより、（１０
０）面の半価幅がより小さい、すなわち歪みの少ない結
晶となることがわかる。また、圧電定数が向上すること
がわかる。
【００７０】（実施例２）本実施形態の製造方法に従
い、他の強誘電体薄膜素子を製造した。特に、下部電極
３３上に形成する上記チタン層３５の膜厚を、１５ｎｍ
とした。すなわち、強誘電体前駆体層４１’より下の層
構造を、Ｔｉ１５ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｐｔ１４０ｎｍ
／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｔｉ１０ｎｍ／ＺｒＯ２４００ｎｍと
した。この試料を加熱処理して結晶化させると、上記層
構造の影響により、強誘電体薄膜は（１１１）面に優先
配向される。実際に、下部電極側から加熱処理して得ら
れた強誘電体薄膜について、Ｘ線回折広角法により（１
１１）面半価幅を測定し、インクジェットヘッドを構成
した場合の圧電定数を測定した。その結果、（１１１）
面半価幅は０．１８２度、圧電定数は１３１ｐＣ／Ｎで
あった。
い、他の強誘電体薄膜素子を製造した。特に、下部電極
３３上に形成する上記チタン層３５の膜厚を、１５ｎｍ
とした。すなわち、強誘電体前駆体層４１’より下の層
構造を、Ｔｉ１５ｎｍ／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｐｔ１４０ｎｍ
／Ｉｒ２０ｎｍ／Ｔｉ１０ｎｍ／ＺｒＯ２４００ｎｍと
した。この試料を加熱処理して結晶化させると、上記層
構造の影響により、強誘電体薄膜は（１１１）面に優先
配向される。実際に、下部電極側から加熱処理して得ら
れた強誘電体薄膜について、Ｘ線回折広角法により（１
１１）面半価幅を測定し、インクジェットヘッドを構成
した場合の圧電定数を測定した。その結果、（１１１）
面半価幅は０．１８２度、圧電定数は１３１ｐＣ／Ｎで
あった。
【００７１】（比較例２）上記実施例２と同一の層構造
を有する基板を、強誘電体前駆体膜側から加熱処理し、
同様の測定を行った。その結果、（１１１）面半価幅は
０．２１５度、圧電定数は９５ｐＣ／Ｎであった。
を有する基板を、強誘電体前駆体膜側から加熱処理し、
同様の測定を行った。その結果、（１１１）面半価幅は
０．２１５度、圧電定数は９５ｐＣ／Ｎであった。
【００７２】以上の実施例２と比較例２とを対比する
と、基板を下部電極側から加熱することにより、（１１
１）面の半価幅がより小さい、すなわち歪みの少ない結
晶となることがわかる。また、圧電定数が向上すること
がわかる。
と、基板を下部電極側から加熱することにより、（１１
１）面の半価幅がより小さい、すなわち歪みの少ない結
晶となることがわかる。また、圧電定数が向上すること
がわかる。
【００７３】（鉛原子含有量の分布）本実施形態の方法
で得られたＰＺＴ膜の膜厚方向における鉛原子含有量の
分布を、図７に線（ａ）で示す。比較例として、上記実
施形態と同一組成のゾル液を用い、結晶化工程において
前駆体膜側から加熱して得られたＰＺＴ膜の膜厚方向に
おける鉛原子含有量の分布を、図７に線（ｂ）で示す。
図に示すように、比較例の製造方法では加熱により鉛原
子が飛散し、鉛の割合が低くなる。また、この傾向はＰ
ＺＴ表面付近で顕著となる。これに対し、本実施形態に
よる製造方法では、鉛の飛散が少なく、比較例と比べて
鉛の割合が大きくなる。また、ＰＺＴ表面付近から鉛が
飛散して濃度が不均一になることを防止することができ
る。従って、本発明の方法により製造する場合、過剰鉛
の少ないゾル液を使用することが可能である。また、耐
電圧が大きく、リーク電流が小さくなり、信頼性の向上
にも結びつくものである。
で得られたＰＺＴ膜の膜厚方向における鉛原子含有量の
分布を、図７に線（ａ）で示す。比較例として、上記実
施形態と同一組成のゾル液を用い、結晶化工程において
前駆体膜側から加熱して得られたＰＺＴ膜の膜厚方向に
おける鉛原子含有量の分布を、図７に線（ｂ）で示す。
図に示すように、比較例の製造方法では加熱により鉛原
子が飛散し、鉛の割合が低くなる。また、この傾向はＰ
ＺＴ表面付近で顕著となる。これに対し、本実施形態に
よる製造方法では、鉛の飛散が少なく、比較例と比べて
鉛の割合が大きくなる。また、ＰＺＴ表面付近から鉛が
飛散して濃度が不均一になることを防止することができ
る。従って、本発明の方法により製造する場合、過剰鉛
の少ないゾル液を使用することが可能である。また、耐
電圧が大きく、リーク電流が小さくなり、信頼性の向上
にも結びつくものである。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば、強誘電体薄膜素子を構
成する金属元素を含んだ非晶質膜を熱処理して結晶させ
る際に、加熱装置の輻射熱が下部電極側に当たるように
基板や発熱体を配置することとしたので、下部電極側か
ら加熱され、強誘電体薄膜素子の結晶成長が下部電極側
から始まって薄膜上部に至るので、優れた結晶性を有
し、膜厚方向に均一に結晶配向した強誘電体薄膜素子を
製造することができる。これにより、例えば圧電アクチ
ュエータとして利用した場合は、変位効率が向上する。
成する金属元素を含んだ非晶質膜を熱処理して結晶させ
る際に、加熱装置の輻射熱が下部電極側に当たるように
基板や発熱体を配置することとしたので、下部電極側か
ら加熱され、強誘電体薄膜素子の結晶成長が下部電極側
から始まって薄膜上部に至るので、優れた結晶性を有
し、膜厚方向に均一に結晶配向した強誘電体薄膜素子を
製造することができる。これにより、例えば圧電アクチ
ュエータとして利用した場合は、変位効率が向上する。
【図１】本発明の１実施形態に係る製造方法によって製
造される強誘電体薄膜素子である電気機械変換素子を備
えたインクジェットプリンタの構成図である。
造される強誘電体薄膜素子である電気機械変換素子を備
えたインクジェットプリンタの構成図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であ
る。
る。
【図３】インクジェット式記録ヘッドおよび各圧電アク
チュエータ４０の層構造を説明する断面図である。
チュエータ４０の層構造を説明する断面図である。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工
程断面図である。
程断面図である。
【図５】加熱装置の一例であるＲＴＡ装置の概念図であ
る。
る。
【図６】加熱装置の他の一例である横型拡散炉の概念図
である。
である。
【図７】本実施形態および比較例の各方法により製造し
たＰＺＴ膜の膜厚方向における鉛原子含有量の分布を示
すグラフである。
たＰＺＴ膜の膜厚方向における鉛原子含有量の分布を示
すグラフである。
２０…インク室基板、２１…インク室、１０…ノズル
板、１１…ノズル、３１…絶縁膜、３４…下地層、３２
…密着層、３３…下部電極、３５…チタン層、４１…強
誘電体薄膜、４１’…強誘電体前駆体膜、４２…上部電
極
板、１１…ノズル、３１…絶縁膜、３４…下地層、３２
…密着層、３３…下部電極、３５…チタン層、４１…強
誘電体薄膜、４１’…強誘電体前駆体膜、４２…上部電
極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｄ 41/187 １０１Ｂ 41/24 41/22 Ａ
Claims (18)
- 【請求項１】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素元
素を含む非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該
非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を
成膜する工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部電
極側から加熱することを特徴とする強誘電体薄膜素子の
製造方法。 - 【請求項２】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素元
素を含む非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当該
非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を
成膜する工程とを備え、前記熱処理の際に、前記非晶質
膜に対して下部電極側から供給される熱エネルギーは、
下部電極の反対側から供給される熱エネルギーよりも大
きいことを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項３】 強誘電体を構成する金属元素および酸素
元素を含む非晶質膜を下部電極上に形成する工程と、当
該非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜
を成膜する工程とを備え、前記熱処理の際に、前記下部
電極上に前記非晶質膜を形成した基板を複数用意し、当
該複数の基板の各非晶質側の面を互いに向かい合わせに
して加熱することを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造
方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であって、 前記下部電極上にチタン層を積層する工程を更に含み、
当該工程の実行後に、前記非晶質膜を形成する工程を実
行することを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製
造方法であって、 前記チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ未満とするこ
とを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項６】 請求項４に記載の強誘電体薄膜素子の製
造方法であって、 前記チタン層の膜厚を１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満とする
ことを特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であって、 前記強誘電体はジルコン酸チタン酸鉛であることを特徴
とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に
記載の強誘電体薄膜素子の製造方法であって、 前記強誘電体薄膜の膜厚は０．５μｍ以上であることを
特徴とする強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に
記載の方法によって得られた電気機械変換素子。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の電気機械変換素子
と、当該電気機械変換素子の機械的変位によって内容積
が変化するインク室と、当該インク室に連通してインク
滴を吐出する吐出口とを備えることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載のインクジェット式
記録ヘッドを印字機構に備えるインクジェットプリン
タ。 - 【請求項１２】 請求項１乃至請求項８のいずれか一項
に記載の方法によって製造した強誘電体薄膜素子をキャ
パシタとする強誘電体不揮発性メモリ素子。 - 【請求項１３】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素
元素を含む非晶質膜であって下部電極上に形成されたも
のを、熱処理することで結晶化させて強誘電体薄膜を形
成するための加熱処理装置であって、 前記熱処理の際に、前記下部電極側から加熱するように
構成されていることを特徴とする加熱処理装置。 - 【請求項１４】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素
元素を含む非晶質膜であって下部電極上に形成されたも
のを、熱処理することで結晶化させて強誘電体薄膜を形
成するための加熱処理装置であって、 前記非晶質膜を備えた基板を、前記非晶質膜側の面が一
定方向を向くように保持する保持部を設け、前記非晶質
膜側の面と反対側の面に対向する位置に加熱部を設けた
ことを特徴とする加熱処理装置。 - 【請求項１５】 強誘電体を構成する金属元素及び酸素
元素を含む非晶質膜であって下部電極上に形成されたも
のを、熱処理することで結晶化させて強誘電体薄膜を形
成するための加熱処理装置であって、 前記非晶質膜を備えた基板を、前記非晶質膜側の面が互
いに向かい合うように複数保持する保持部を設けたこと
を特徴とする加熱処理装置。 - 【請求項１６】 下部電極と、該下部電極上に形成され
るＰＺＴ薄膜と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極
とを備えた強誘電体素子であって、 前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法により測定した（１０
０）面半価幅は、０．２度以下であることを特徴とする
強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１７】 下部電極と、該下部電極上に形成され
るＰＺＴ薄膜と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極
とを備えた強誘電体素子であって、 前記ＰＺＴ薄膜のＸ線回折広角法により測定した（１１
１）面半価幅は、０．２度以下であることを特徴とする
強誘電体薄膜素子。 - 【請求項１８】 下部電極と、該下部電極上に形成され
るＰＺＴ薄膜と、該ＰＺＴ薄膜上に形成された上部電極
とを備えた強誘電体素子であって、 前記ＰＺＴ薄膜中の鉛（Ｐｂ）原子の含有量は、膜厚方
向に一定であることを特徴とする強誘電体薄膜素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000173609A JP3685318B2 (ja) | 1999-11-09 | 2000-06-09 | 強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置 |
| US09/812,847 US6494567B2 (en) | 2000-03-24 | 2001-03-21 | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof |
| EP01107204A EP1137078A3 (en) | 2000-03-24 | 2001-03-22 | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof |
| EP06004659A EP1675193A3 (en) | 2000-03-24 | 2001-03-22 | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof |
| US10/145,134 US6499837B2 (en) | 2000-03-24 | 2002-05-15 | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31798199 | 1999-11-09 | ||
| JP11-317981 | 1999-11-09 | ||
| JP2000173609A JP3685318B2 (ja) | 1999-11-09 | 2000-06-09 | 強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004173493A Division JP2004349712A (ja) | 1999-11-09 | 2004-06-11 | 強誘電体薄膜素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001203404A true JP2001203404A (ja) | 2001-07-27 |
| JP3685318B2 JP3685318B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=26569205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000173609A Expired - Fee Related JP3685318B2 (ja) | 1999-11-09 | 2000-06-09 | 強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3685318B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003070641A1 (fr) * | 2002-02-19 | 2003-08-28 | Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. | Corps piezo-electrique, son procede de fabrication, element piezo-electrique comportant le corps piezo-electrique, tete d'injection, et dispositif d'enregistrement de type a injection |
| JP2006245247A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Seiko Epson Corp | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 |
| JP2006278489A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Seiko Epson Corp | 圧電素子及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
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| JP2008091877A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-04-17 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2008294345A (ja) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Seiko Epson Corp | 強誘電体メモリ装置の製造方法及び強誘電体メモリ装置 |
| JP2010214801A (ja) * | 2009-03-17 | 2010-09-30 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
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| JP2011029399A (ja) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Utec:Kk | 強誘電体膜、電子部品及び強誘電体膜の製造方法 |
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-
2000
- 2000-06-09 JP JP2000173609A patent/JP3685318B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2006245247A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Seiko Epson Corp | 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 |
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| US7568792B2 (en) | 2005-03-28 | 2009-08-04 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element, actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
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| JP3685318B2 (ja) | 2005-08-17 |
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