JP2010003971A - 圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】特性の劣化を抑制した圧電素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された下部電極２０と、下部電極２０の上方に形成された圧電体層３０と、圧電体層３０の上方に形成された上部電極４０と、上部電極４０の上面の端部に形成された第１保護層５０と、少なくとも第１保護層５０、上部電極４０および圧電体層３０を覆うように形成された第２保護層６０と、を含み、第１保護層５０の一方の側面、上部電極４０の側面および圧電体層３０の側面は、それぞれ連続して、１つの傾斜面７０となるように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。

現在、高精細、高速印刷手法として、インクジェット記録装置が実用化されている。インクジェット記録装置に搭載される液体噴射ヘッドとしては、圧電体層を下部電極と上部電極で挟んだ構造の圧電素子を用いる方法が有用である。代表的な圧電体層の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている。圧電体層は、水分などと接触することにより、その特性が劣化することが知られている。そのため、圧電素子は、一般に保護層で覆われている（特開２００５−１１９１９９号公報参照）。

このような圧電素子は、圧電体層が変形を繰り返すことにより、上部電極の端部付近および圧電体層と下部電極との界面付近等に応力が集中し、その箇所を覆う保護層にクラックが入る場合がある。このクラックから水分などが侵入するため、圧電素子の特性の劣化、さらには破壊につながる。
特開２００５−１１９１９９号公報

本発明の目的は、特性の劣化を抑制した圧電素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、上記圧電素子を有する圧電アクチュエータおよび液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、
前記上部電極の上面の端部に形成された第１保護層と、
少なくとも前記第１保護層、前記上部電極および前記圧電体層を覆うように形成された第２保護層と、を含み、
前記第１保護層の一方の側面、前記上部電極の側面および前記圧電体層の側面は、それぞれ連続して、１つの傾斜面となるように形成される。

本発明に係る圧電素子は、上部電極の上面の端部に第１保護層を有するため、圧電体層の変形を妨げることなく、第２保護層に発生したクラックが圧電体層に到達することを防止することができる。したがって、圧電素子１００は、特性の劣化を抑制することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明に係る圧電素子において、
前記第１保護層の上面は、該第１保護層の上面と側面とがなす角部が、曲面で形成されることにより、前記傾斜面と連続していることができる。

本発明に係る圧電素子において、
前記第１保護層の膜厚は、前記第２保護層の膜厚よりも厚くすることができる。

本発明に係る圧電素子において、
前記第１保護層は、前記第２保護層と同じ材料からなることができる。

本発明に係る圧電素子において、
前記第１保護層は、前記上部電極と同じ材料からなることができる。

本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、前記下部電極と前記上部電極の間に形成された第１部分と、
前記第１部分の外側に連続して形成され、前記第１部分から離れる方向に向かって膜厚が薄くなるテーパー形状に形成された第２部分と、を有し、
前記第１部分の側面の前記基板に対する傾斜角は、前記第２部分の側面の基板に対する傾斜角よりも大きくすることができる。

本発明に係る圧電素子において、
前記第２部分の最大膜厚は、前記第１部分の膜厚の１／１０以下であることができる。

本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層、上部電極および第１保護層を順次積層する工程と、
前記第１保護層の一方の側面、前記上部電極の側面および前記圧電体層の側面が、それぞれ連続して、１つの傾斜面となるように前記圧電体層、前記上部電極および前記第１保護層をエッチングする工程と、
少なくとも前記第１保護層、前記上部電極および前記圧電体層を第２保護層で覆う工程と、
前記上部電極の上面の端部に前記第１保護層が残るようにパターニングする工程と、を含む。

本発明に係る圧電アクチュエータは、
本発明に係る圧電素子を含み、
前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有することができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエータを含み、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．圧電素子
図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示した断面図である。

圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０と、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、第１保護層５０と、第２保護層６０と、を含む。圧電体層３０は、第１部分３２と、第２部分３４と、を有する。

基板１０の材質は、例えば、導電体、半導体または絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。基板１０は、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板を用いることができる。基板１０は、例えば、後述するインクジェット式記録ヘッドの圧力室１２（図７参照）が形成されることができる。基板１０は、例えば、振動板２１０（図７参照）や酸化チタン等の下部電極２０との密着層を有してもよい。

下部電極２０は、基板１０上に形成される。下部電極２０は、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極２０としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物およびランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の酸化物を用いることができる。下部電極２０は、前記例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極２０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。下部電極２０は、例えば、複数の圧電素子の共通電極として形成されることができる。

圧電体層３０は、下部電極２０上に形成される。圧電体層３０には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層３０は、例えば、ペロブスカイト型酸化物からなることができる。具体的には、圧電体層３０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）（以下ＰＺＴという）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ_３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層３０は、例えば、第１部分３２と第２部分３４とを有することができる。圧電体層３０は、例えば、第２部分３４を有さないこともできる。

圧電体層３０の第１部分３２は、下部電極２０と上部電極４０との間に形成され、印加された電圧により変形することができる。第１部分３２は、圧電体層３０の実質的な駆動部分である。第１部分３２の膜厚は、例えば、１μｍ程度であることができる。

圧電体層３０の第２部分３４は、第１部分３２の外側に、第１部分３２と連続して形成される。第２部分３４は、下部電極２０の少なくとも一部を覆うように形成されることができる。第２部分３４は、第１部分３２から離れる方向に向かって膜厚が薄くなるテーパー形状であることができる。これにより、第２部分３４は、第１部分３２の変形および振動板２１０（図７参照）の変位を妨げないことができる。第２部分３４の最大膜厚となる、第２部分３４が第１部分３２と接する箇所の膜厚は、第１部分３２の膜厚の１／１０以下であることが望ましい。これにより、第２部分３４は、第１部分３２の変形および振動板２１０（図７参照）の変位をより妨げないことができる。第２部分３４が第１部分３２と接する箇所の膜厚は、例えば、２０ｎｍ〜１００ｎｍであることができる。

第２部分３４は、第１部分３２と下部電極２０との界面を覆うように形成される。第２部分３４の側面の基板１０に対する第２傾斜角βは、第１部分３２の側面の基板１０に対する第１傾斜角αより小さく設けられることができる。したがって、第２部分３４は、第２保護層６０の被覆性を向上させることができる。第１部分３２の第１傾斜角αは、例えば、４０°〜７０°であることができる。第２部分３４の第２傾斜角βは、例えば、１°程度であることができる。第２部分３４の長さ、すなわち、第２部分３４が第１部分３２と接している箇所から第２部分３４の先端までの長さは、第１部分３２の厚さにもよるが、例えば、１００ｎｍ以上であることができる。

上部電極４０は、第１部分３２上に形成される。上部電極４０は、下部電極２０と対になり他方の電極として機能する。上部電極４０の厚みは、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。上部電極４０としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物などを用いることができる。また、上部電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。

第１保護層５０は、上部電極４０の上面の端部に形成される。第１保護層５０は、平面的に視て、上部電極４０の周縁に形成されることができる。これにより、第１保護層５０は、圧電体層３０が変形しても、その変形を妨げないことができる。第１保護層５０の膜厚は、第２保護層６０の膜厚よりも厚く形成されることができる。

上部電極４０の端部付近は、圧電体層３０の変形により応力が集中すること、および保護層自身の膜応力により、第２保護層６０にクラックが入る場合がある。本実施例では、第２保護層６０が、第１保護層５０を介して上部電極４０の端部を覆っている。したがって、第２保護層６０にクラックが入っても、その場所は、第１保護層５０の上端部である。よって、第１保護層５０により、クラックが圧電体層３０に到達することを防止することができる。また、第１保護層５０の上面と側面とがなす角部は、曲面で形成されることができる。これにより、第２保護層６０に加わる応力を緩和させることができるため、第２保護層６０にクラックが入ることを防止することができる。なお、第１保護層５０の上面と側面とがなす角部は、例えば、角を有していてもよい。

第１保護層５０は、例えば、第２保護層６０と同じ材料からなることができる。また、第１保護層５０は、例えば、第２保護層６０と異なる材料であっても良く、第２保護層６０と密着性の良い材料からなることができる。第１保護層５０と第２保護層６０の密着性が良いことにより、第２保護層６０の剥離を防止することができる。第１保護層５０としては、例えば、窒化チタン、チタン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、アルミニウム、酸化アルミニウムおよびランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）のうちの少なくとも１つの材料を用いることができる。

第２保護層６０は、例えば、第１保護層５０と、上部電極４０と、圧電体層３０と、を覆うことができる。第２保護層６０は、圧電体層３０が、水分などの外部からの物質と接触することを防ぐことができる。第２保護層６０は、例えば、さらに、下部電極２０の上面の一部を覆うことができる。第２保護層６０としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム等を用いることができる。

傾斜面７０は、第１保護層５０の一方の側面、上部電極４０の側面および圧電体層３０の側面が、それぞれ連続して、形成されることができる。これにより、第２保護層６０の被覆性を向上させることができる。傾斜面７０は、基板１０の垂線に対して傾いた面であることができる。図示の例では、第１保護層５０の上面と側面とがなす角部が、曲面で形成されることにより、第１保護層５０の上面と傾斜面７０と連続していることができる。これにより、第２保護層６０の被覆性を向上させることができる。

圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。

圧電素子１００は、上部電極４０の上面の端部に形成された第１保護層５０を有する。第１保護層５０は、圧電体層３０の変形を妨げることなく、第２保護層６０に発生したクラックが圧電体層３０に到達することを防止することができる。したがって、圧電素子１００は、特性の劣化を抑制することができる。

圧電素子１００は、第１保護層５０の一方の側面、上部電極４０の側面および圧電体層３０の側面が、それぞれ連続して、１つの傾斜面７０となるように形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、第２保護層６０の被覆性を向上させ、さらに応力の集中を防ぐことができるため、第２保護層６０のクラック、および剥離を防止することができる。

圧電素子１００は、第１保護層５０の上面と側面とがなす角部が、曲面で形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、第２保護層６０に加わる応力を緩和させることができるため、第２保護層６０にクラックが入ることを防止することができる。

圧電素子１００は、第１保護層５０が、第２保護層６０と同じ材料、または、第２保護層６０と密着性の良い材料で形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、第２保護層６０の剥離を防止することができる。

圧電素子１００は、圧電体層３０の第２部分３４が、第１部分３２と下部電極２０との界面を覆うように形成されることができる。また、第２部分３４の第２傾斜角βは、第１部分３２の第１傾斜角αより小さいことができる。したがって、第２部分３４は、圧電体層３０および振動板２１０の変位を妨げることなく、第２保護層６０の被覆性を向上させることができる。これにより、圧電素子１００は、第２保護層６０のクラック、および剥離を防止することができる。

２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図５は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。

図２に示すように、基板１０の上に下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、第１保護層５０とを、この順に成膜する。

下部電極２０および上部電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。

圧電体層３０は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。ここで例えば、圧電体層３０の材質がＰＺＴからなる場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことで、圧電体層３０が結晶化される。

第１保護層５０は、例えば、スパッタ法等の公知の方法により成膜される。

図３に示すように、第１保護層５０上に、レジストマスク８０を形成する。レジストマスク８０は、公知の方法で成膜、パターニングがされる。後述する上部電極４０および圧電体層３０をパターニングする工程で酸素を導入する場合、第１保護層５０に、例えば、チタンまたは、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等を用いると、第１保護層５０がこのパターニングの際に好適なハードマスクとして機能するため、精度の高いパターニングを行うことができる。

図４に示すように、第１保護層５０、上部電極４０および圧電体層３０をパターニングする。パターニングは、例えば、ドライエッチングで行うことができる。ドライエッチングは、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマを用いたエッチング装置で１．０Ｐａ以下の圧力で行うと良好なパターニングができる。上部電極４０のエッチングガスとしては、例えば、塩素とアルゴンの混合ガスを用いることができる。圧電体層３０のエッチングガスとしては、例えば、塩素系のガスとフロン系のガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などが挙げられる。

圧電体層３０は、ドライエッチングにより、圧電体層３０の第１部分３２が形成されるとともに、μローディング効果により、第１部分３２の外側に第１部分３２から離れる方向に向かって膜厚が薄くなるテーパー形状が形成されることができる。μローディング効果とは、パターン密度の局所的な差異により、エッチング速度や形状が変化する現象を言う。μローディング効果によって、例えば、パターンが密な部分ではエッチングレートが遅くなり、粗の部分ではエッチングレートが早くなる。圧電体層３０のドライエッチング時に酸素をエッチングガスとして導入することにより、μローディング効果を増大させることができる。また、酸素を加えた場合、レジストマスク８０は急速にエッチングされるためマスク寸法が大きく変化する。このとき、第１保護層５０にチタンやランタンニッケルオキサイドなどを用いると、これらの材料はエッチングされる速度が遅いため、寸法変換差が少なく好適なマスクとして機能することができる。

第１部分３２の外側が所望の形状になったところで、エッチングを中止することで、第２部分３４が形成される。例えば、下部電極２０の少なくとも一部が露出した時点でエッチングを中止することで、第２部分３４が形成されることができる。第２部分３４は、オーバーエッチング量を調整することで任意の形状に形成されることができる。

本工程で各層がエッチングされることにより、第１保護層５０の一方の側面、上部電極４０の側面および圧電体層３０の側面が、それぞれ連続して、１つの傾斜面７０を形成することができる。また、例えば、レジストマスク８０を水平方向に後退させるようにエッチングを進ませることで、第１保護層５０の角部を曲面とすることができる。

図５に示すように、レジストマスク８０を除去する。レジストマスク８０は、公知の方法で除去することができる。

図１に示すように、第１保護層５０、上部電極４０および圧電体層３０を覆うように第２保護層６０を成膜する。第２保護層６０は、公知の方法で成膜することができる。例えば、酸化アルミニウムを用いる場合は、トリメチルアルミとオゾンを原料ガスとして用いたＣＶＤ法で成膜することができ、その膜厚は、例えば１００ｎｍである。

次に、上部電極４０上の第１保護層５０と第２保護膜６０をパターニングする。第１保護層５０と第２保護膜６０は、公知の方法でドライエッチングなどによりパターニングすることができる。なお、パターニングする工程において、第１保護層５０は、例えば、上部電極４０とエッチング選択比の大きい材料を用いると、上部電極４０がこのパターニングにより膜べりすることを防止できる。

以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。

圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。

圧電素子１００の製造方法は、上部電極４０の上面の端部に第１保護層５０を形成することができる。第１保護層５０は、圧電体層３０の変形を妨げることなく、第２保護層６０に発生したクラックが圧電体層３０に到達することを防止することができる。したがって、圧電素子１００の製造方法によれば、特性の劣化を抑制した圧電素子１００を得ることができる。

圧電素子１００の製造方法は、第１保護層５０の一方の側面、上部電極４０の側面および圧電体層３０の側面が、それぞれ連続して、１つの傾斜面７０となるように形成されることができる。したがって、圧電素子１００の製造方法によれば、第２保護層６０の被覆性が向上するため、第２保護層６０のクラックおよび剥離を防止することができる。

圧電素子１００の製造方法は、第１保護層５０の上面と側面とがなす角部が、曲面で形成されることができる。これにより、圧電素子１００の製造方法によれば、第２保護層６０に加わる応力を緩和させることができるため、第２保護層６０にクラックが入ることを防止することができる。

圧電素子１００の製造方法は、圧電体層３０の第２部分３４が、第１部分３２と下部電極２０との界面を覆うように形成されることができる。また、第２部分３４の第２傾斜角βは、第１部分３２の第１傾斜角αより小さいことができる。したがって、圧電素子１００の製造方法によれば、第２部分３４が形成されるため、圧電体層３０および振動板２１０の変形を妨げることなく、第２保護層６０の被覆性が向上し、第２保護層６０のクラックおよび剥離を防止することができる。

３．変形例
次に、本実施形態に係る圧電素子の変形例について説明する。なお、上述した圧電素子１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

図６は、本変形例に係る圧電素子１５０を概略的に示す断面図である。

圧電素子１００の例では、第１保護層５０は、上部電極４０と異なる材料を用いたが、本変形例に係る圧電素子１５０は、図６に示すように、第１保護層５０は、上部電極４０と同じ材料を用いることができる。すなわち、上部電極４０の一部が、第１保護層５０を構成することができる。

本変形例に係る圧電素子１５０の製造方法は、第１保護層５０を成膜する工程に代えて上部電極４０を第１保護層５０の膜厚だけ厚く成膜すること、圧電体層３０のエッチング工程の後に、塩素とアルゴンの混合ガスを１．０Ｐａ程度の圧力で、２００Ｗ程度の低バイアスでドライエッチングを行うことで第１保護層５０の端部を曲面にすること、以外については、基本的に上述した圧電素子１００の製造方法と同じである。したがって、その説明を省略する。

本変形例に係る圧電素子１５０は、上部電極４０の上面の端部に形成された第１保護層５０を有する。第１保護層５０は、圧電体層３０の変形を妨げることなく、第２保護層６０に発生したクラックが圧電体層３０に到達することを防止することができる。したがって、圧電素子１５０は、特性の劣化を抑制することができる。

４．圧電アクチュエータおよび液体噴射ヘッド
次に、上述した圧電素子がアクチュエータとして機能している液体噴射ヘッドについて説明する。

図７は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の要部を模式的に示す断面図である。図８は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の分解斜視図である。なお、図８は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。

液体噴射ヘッド３００は、図７に示すように、圧力室１２と、ノズル板３２０と、圧電アクチュエータ２００と、を含む。圧電アクチュエータ２００は、振動板２１０と、圧電素子１００と、を含む。液体噴射ヘッド３００は、図８に示すように、さらに、筐体１７を有する。なお、図８では、便宜上、積層体３４０を簡略化している。

ノズル板３２０は、圧力室１２に通じるノズル孔３２２を有する。ノズル孔３２２からは、インクが吐出される。ノズル板３２０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製の圧延プレートである。ノズル板３２０は、通常使用される状態では基板１０の下（図８では上）に固定される。筐体１７は、ノズル板３２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体１７は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。

基板１０がノズル板３２０と振動板２１０との間の空間を区画することにより、図８に示すように、リザーバ（液体貯留部）１４、供給口１５および圧力室１２が設けられている。振動板２１０には、厚さ方向に貫通した貫通孔１６が設けられている。リザーバ１４は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔１６を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口１５によって、リザーバ１４から圧力室１２へインクが供給される。

圧力室１２は、基板１０に形成されている。圧力室１２は、振動板２１０の変形により容積可変になっている。この容積変化により、ノズル孔３２２からインクが吐出される。圧力室１２は、ノズル孔３２２と連通している。

振動板２１０は、基板１０上に形成されている。振動板２１０は、圧電素子１００の動作により、変位することができる。振動板２１０は、例えば、酸化シリコンと酸化ジルコニウムの２層からなることができる。

積層体３４０は、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、を含む。積層体３４０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板２１０は、積層体３４０の変形によって変形し、圧力室１２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。

本実施形態に係る圧電アクチュエータ２００と液体噴射ヘッド３００は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る圧電素子１００は、特性の劣化を抑制することができる。これにより、特性の劣化を抑制することができる圧電アクチュエータ２００と液体噴射ヘッド３００を得ることができる。

なお、上述した例では、液体噴射ヘッド３００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。

また、例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等のキャパシタ構造を有するデバイスに適用することができる。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。

符号の説明

１０ 基板、１２ 圧力室、１４ リザーバ、１５ 供給口、１６ 貫通孔、１７ 筐体、２０ 下部電極、３０ 圧電体層、３２ 第１部分、３４ 第２部分、４０ 上部電極、５０ 第１保護層、６０ 第２保護層、７０ 傾斜面、８０ レジストマスク、１００，１５０ 圧電素子、２００ 圧電アクチュエータ、３００ 液体噴射ヘッド、３２０ ノズル板、３２２ ノズル孔、３４０ 積層体

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の上方に形成された下部電極と、
   前記下部電極の上方に形成された圧電体層と、
   前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、
   前記上部電極の上面の端部に形成された第１保護層と、
   少なくとも前記第１保護層、前記上部電極および前記圧電体層を覆うように形成された第２保護層と、を含み、
   前記第１保護層の一方の側面、前記上部電極の側面および前記圧電体層の側面は、それぞれ連続して、１つの傾斜面となるように形成される、圧電素子。
2. 請求項１において、
   前記第１保護層の上面は、該第１保護層の上面と側面とがなす角部が、曲面で形成されることにより、前記傾斜面と連続している、圧電素子。
3. 請求項１または２において、
   前記第１保護層の膜厚は、前記第２保護層の膜厚よりも厚い、圧電素子。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第１保護層は、前記第２保護層と同じ材料からなる、圧電素子。
5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第１保護層は、前記上部電極と同じ材料からなる、圧電素子。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記圧電体層は、前記下部電極と前記上部電極の間に形成された第１部分と、
   前記第１部分の外側に連続して形成され、前記第１部分から離れる方向に向かって膜厚が薄くなるテーパー形状に形成された第２部分と、を有し、
   前記第１部分の側面の前記基板に対する傾斜角は、前記第２部分の側面の基板に対する傾斜角よりも大きい、圧電素子。
7. 請求項６において、
   前記第２部分の最大膜厚は、前記第１部分の膜厚の１／１０以下である、圧電素子。
8. 基板の上方に下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極の上方に圧電体層、上部電極および第１保護層を順次積層する工程と、
   前記第１保護層の一方の側面、前記上部電極の側面および前記圧電体層の側面が、それぞれ連続して、１つの傾斜面となるように前記圧電体層、前記上部電極および前記第１保護層をエッチングする工程と、
   少なくとも前記第１保護層、前記上部電極および前記圧電体層を第２保護層で覆う工程と、
   前記上部電極の上面の端部に前記第１保護層が残るようにパターニングする工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電素子を含み、
   前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有する、圧電アクチュエータ。
10. 請求項９に記載の圧電アクチュエータを含み、
    前記基板に形成された圧力室と、
    前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有する、液体噴射ヘッド。

Images