JP2012035490A - Method of manufacturing piezoelectric actuator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator which can be driven stably while minimizing a decrease in displacement and enhancing the adhesion of a substrate and a lower electrode, and to provide a liquid ejection head equipped with a piezoelectric actuator, and a liquid ejector.SOLUTION: A titanium film 61, and a platinum film 62 formed on the titanium film 61 and having a film thickness ratio of 1.5 or less are fired with a PZT precursor film 71 containing titanium, platinum, and oxygen. When the film thickness of the titanium film 61 is set to 40 nm or less, diffusion of titanium to the interface with the PZT precursor film 71 due to firing can be minimized, and thereby formation of titanium oxide is minimized. Furthermore, a lower limit of the film thickness of the titanium film 61 is determined according to the film thickness of the platinum film 62. Consequently, adhesion between an elastic film 50 and an insulator film 55 and a lower electrode 60 can be enhanced while minimizing a decrease in displacement, and a piezoelectric actuator 310 which can be driven stably and a manufacturing method the piezoelectric actuator 310 can be obtained.

Description

本発明は、圧電アクチュエーターの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric actuator.

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等に代表される結晶を含む圧電体は、圧電効果等を有しているため、圧電アクチュエーターに応用されている。圧電アクチュエーターは、基板と一対の電極を有する圧電素子とを備えている。圧電アクチュエーターの駆動は、一対の電極間に電圧を印加し、電圧に応じて圧電体を変形させて行なう。
また、液体としてのインクを吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を圧電アクチュエーターで構成し、圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインクを吐出させる液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドおよび液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置が知られている。
Piezoelectric materials including crystals typified by lead zirconate titanate (PZT) have a piezoelectric effect and the like, and thus are applied to piezoelectric actuators. The piezoelectric actuator includes a substrate and a piezoelectric element having a pair of electrodes. The piezoelectric actuator is driven by applying a voltage between a pair of electrodes and deforming the piezoelectric body according to the voltage.
In addition, an ink jet type as a liquid ejecting head in which a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for discharging ink as liquid is configured by a piezoelectric actuator and pressurizing ink in the pressure generating chamber to discharge ink from the nozzle opening 2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus is known as a recording head and a liquid ejecting apparatus.

酸化膜である絶縁体膜を有する基板を用い、絶縁体膜上に、密着層および白金層からなる下電極としての下電極膜、チタン層、圧電体層、上電極としての上電極膜を順次積層した圧電アクチュエーターとしてのアクチュエーター装置が知られている。
下電極膜は、具体的には、絶縁体膜上に、チタンからなる厚さが5〜50nmの密着層を形成し、次いで、密着層上に白金からなり厚さが50〜500nmの白金層を形成して得られる(特許文献1参照)。
Using a substrate having an insulator film that is an oxide film, a lower electrode film as a lower electrode composed of an adhesion layer and a platinum layer, a titanium layer, a piezoelectric layer, and an upper electrode film as an upper electrode are sequentially formed on the insulator film. An actuator device as a stacked piezoelectric actuator is known.
Specifically, the lower electrode film is formed by forming an adhesion layer made of titanium having a thickness of 5 to 50 nm on the insulator film, and then forming a platinum layer made of platinum on the adhesion layer and having a thickness of 50 to 500 nm. (See Patent Document 1).

特開2007−118193号公報JP 2007-118193 A

密着層を厚くすると、酸化膜と下電極との密着性は向上するが、PZTの焼成時にチタンが下電極とPZTとの界面まで拡散し、界面に酸化チタンが形成されて変位低下が生じる。
したがって、変位低下を抑えつつ、基板と下電極との密着性が向上し、安定した駆動が行なえる圧電アクチュエーター、圧電アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッド、液体噴射装置などを得るのが困難である。
When the adhesion layer is thickened, the adhesion between the oxide film and the lower electrode is improved, but titanium is diffused to the interface between the lower electrode and PZT during firing of PZT, and titanium oxide is formed at the interface, resulting in a decrease in displacement.
Therefore, it is difficult to obtain a piezoelectric actuator, a liquid ejecting head including the piezoelectric actuator, a liquid ejecting apparatus, and the like that can improve the adhesion between the substrate and the lower electrode while suppressing a decrease in displacement and can perform stable driving.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.

[適用例1]
酸化膜を有する基板の前記酸化膜上に40nm以下の膜厚のチタン膜を形成するチタン膜形成工程と、前記チタン膜上に、膜厚の比(白金膜の膜厚)/(前記チタン膜の膜厚)が1.5以下の前記白金膜を形成する白金膜形成工程と、前記白金膜上に鉛、ジルコンおよびチタンを含む圧電体前駆体膜を形成する圧電体前駆体膜形成工程と、前記圧電体前駆体膜を焼成して圧電体層を形成する圧電体層形成工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
[Application Example 1]
A titanium film forming step of forming a titanium film having a thickness of 40 nm or less on the oxide film of the substrate having an oxide film; and a ratio of film thickness (platinum film thickness) / (the titanium film) on the titanium film. A platinum film forming step of forming the platinum film having a thickness of 1.5 or less; and a piezoelectric precursor film forming step of forming a piezoelectric precursor film containing lead, zircon and titanium on the platinum film; And a piezoelectric layer forming step of firing the piezoelectric precursor film to form a piezoelectric layer.

この適用例によれば、40nm以下の膜厚のチタン膜と、チタン膜上に形成され、膜厚の比である(白金膜の膜厚)/(チタン膜の膜厚)が1.5以下の白金膜とが、チタン、白金および酸素を含む圧電体前駆体膜とともに焼成される。チタン膜の膜厚を40nm以下とすることで、圧電体前駆体膜との界面への焼成によるチタンの拡散が抑えられ、酸化チタンの形成が抑えられる。また、白金膜の膜厚に応じてチタン膜の膜厚の下限が決まる。したがって、変位低下を抑えつつ、基板と下電極との密着性が向上し、安定した駆動が行なえる圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。   According to this application example, a titanium film having a thickness of 40 nm or less and a ratio of the thickness (platinum film thickness) / (titanium film thickness) formed on the titanium film is 1.5 or less. The platinum film is fired together with the piezoelectric precursor film containing titanium, platinum and oxygen. By setting the film thickness of the titanium film to 40 nm or less, titanium diffusion due to baking to the interface with the piezoelectric precursor film is suppressed, and formation of titanium oxide is suppressed. Further, the lower limit of the thickness of the titanium film is determined according to the thickness of the platinum film. Therefore, it is possible to obtain a method of manufacturing a piezoelectric actuator capable of improving the adhesion between the substrate and the lower electrode while suppressing a decrease in displacement and performing stable driving.

[適用例2]
上記圧電アクチュエーターの製造方法であって、前記白金の膜厚が、30nm以下であることを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
この適用例では、基板と下電極との密着性のバラツキを抑えて均一な密着性を有する圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
[Application Example 2]
The method of manufacturing a piezoelectric actuator, wherein the platinum film has a thickness of 30 nm or less.
In this application example, a method of manufacturing a piezoelectric actuator having uniform adhesion can be obtained by suppressing variation in adhesion between the substrate and the lower electrode.

実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図。1 is a schematic perspective view illustrating an example of an ink jet recording apparatus according to an embodiment. インクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解部分斜視図。FIG. 2 is an exploded partial perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head. (a)はインクジェット式記録ヘッドの部分平面図、(b)は(a)におけるA−A部分断面図。(A) is a partial top view of an inkjet recording head, (b) is the AA fragmentary sectional view in (a). 圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエーターの製造方法を表す概略断面図。The schematic sectional drawing showing the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエーターの製造方法を表す概略断面図。The schematic sectional drawing showing the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエーターの製造方法を表す概略断面図。The schematic sectional drawing showing the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 圧電アクチュエーターの製造方法を表す概略断面図。The schematic sectional drawing showing the manufacturing method of a piezoelectric actuator. 密着層の膜厚と変位低下率との関係を表す図。The figure showing the relationship between the film thickness of a contact | adherence layer, and a displacement fall rate. 白金の膜厚と密着力との関係を表す図。The figure showing the relationship between the film thickness of platinum, and adhesive force.

以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1は、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置1000の一例を示す概略斜視図である。インクジェット式記録装置1000は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド1を備えている。
図1において、インクジェット式記録装置1000は、記録ヘッドユニット1Aおよび1Bを備えている。記録ヘッドユニット1Aおよび1Bには、インク供給手段を構成するカートリッジ2Aおよび2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1Aおよび1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an example of an ink jet recording apparatus 1000 as a liquid ejecting apparatus. The ink jet recording apparatus 1000 includes an ink jet recording head 1 as a liquid ejecting head.
In FIG. 1, an ink jet recording apparatus 1000 includes recording head units 1A and 1B. The recording head units 1A and 1B are detachably provided with cartridges 2A and 2B constituting ink supply means. A carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is a carriage shaft 5 attached to the apparatus main body 4. Are provided so as to be axially movable.

記録ヘッドユニット1Aおよび1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出する。そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1Aおよび1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動する。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。   The recording head units 1A and 1B, for example, discharge a black ink composition and a color ink composition, respectively. Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and a timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted moves along the carriage shaft 5. . On the other hand, the apparatus main body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S, which is a recording medium such as paper fed by a not-shown paper feed roller, is conveyed on the platen 8. It is like that.

記録ヘッドユニット1Aおよび1Bは、インクジェット式記録ヘッド1を記録シートSに対向する位置に備えている。図では、インクジェット式記録ヘッド1は、記録ヘッドユニット1Aおよび1Bの記録シートS側に位置しており、直接図示されていない。   The recording head units 1 </ b> A and 1 </ b> B include the ink jet recording head 1 at a position facing the recording sheet S. In the drawing, the ink jet recording head 1 is located on the recording sheet S side of the recording head units 1A and 1B, and is not directly illustrated.

図2に、実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッド1を示す分解部分斜視図を示した。インクジェット式記録ヘッド1の形状は略直方体であり、図2は、インクジェット式記録ヘッド1の長手方向(図中の白抜き矢印方向)に直交する面で切断した分解部分斜視図である。
また、図3(a)には、インクジェット式記録ヘッド1の部分平面図を、(b)には、(a)におけるA−A部分断面図を示した。
FIG. 2 is an exploded partial perspective view showing the ink jet recording head 1 according to the embodiment. The shape of the ink jet recording head 1 is a substantially rectangular parallelepiped, and FIG. 2 is an exploded partial perspective view cut along a plane orthogonal to the longitudinal direction of the ink jet recording head 1 (the direction of the white arrow in the figure).
3A is a partial plan view of the ink jet recording head 1, and FIG. 3B is a partial sectional view taken along line AA in FIG.

図2および図3において、インクジェット式記録ヘッド1は、流路形成基板10とノズルプレート20と保護基板30とコンプライアンス基板40と駆動回路200とを備えている。
流路形成基板10とノズルプレート20と保護基板30とは、流路形成基板10をノズルプレート20と保護基板30とで挟むように積み重ねられ、保護基板30上には、コンプライアンス基板40が形成されている。
2 and 3, the ink jet recording head 1 includes a flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20, a protective substrate 30, a compliance substrate 40, and a drive circuit 200.
The flow path forming substrate 10, the nozzle plate 20, and the protective substrate 30 are stacked so that the flow path forming substrate 10 is sandwiched between the nozzle plate 20 and the protective substrate 30, and the compliance substrate 40 is formed on the protective substrate 30. ing.

流路形成基板10は、面方位(110)のシリコン単結晶板からなる。流路形成基板10には、異方性エッチングによって、複数の圧力発生室12が列をなすように形成されている。圧力発生室12のインクジェット式記録ヘッド1の幅方向の断面形状は台形状で、圧力発生室12は、インクジェット式記録ヘッド1の幅方向に長く形成されている。   The flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal plate having a plane orientation (110). A plurality of pressure generating chambers 12 are formed in a row on the flow path forming substrate 10 by anisotropic etching. The cross-sectional shape of the pressure generation chamber 12 in the width direction of the ink jet recording head 1 is trapezoidal, and the pressure generation chamber 12 is formed long in the width direction of the ink jet recording head 1.

また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、さらに、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12に設けられた液体供給路としてのインク供給路14を介して連通されている。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。   In addition, a communication portion 13 is formed in a region outside the longitudinal direction of the pressure generation chamber 12 of the flow path forming substrate 10, and the communication portion 13 and each pressure generation chamber 12 are provided in each pressure generation chamber 12. It communicates via an ink supply path 14 as a liquid supply path. The ink supply path 14 is formed with a narrower width than the pressure generation chamber 12, and maintains a constant flow path resistance of ink flowing into the pressure generation chamber 12 from the communication portion 13.

ノズルプレート20には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に、外部と連通するノズル開口21が穿設されている。
なお、ノズルプレート20は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板または不錆鋼などからなる。
流路形成基板10とノズルプレート20とは、マスク膜51を介して、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。マスク膜51は、窒化シリコン等からなり、マスク膜51を介して流路形成基板10をKOH等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチングすることにより、流路形成基板10に圧力発生室12、連通部13およびインク供給路14等を形成する。
In the nozzle plate 20, nozzle openings 21 communicating with the outside are formed in the vicinity of the end of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14.
The nozzle plate 20 is made of glass ceramics, a silicon single crystal substrate, non-rust steel, or the like.
The flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20 are fixed by an adhesive, a heat welding film, or the like via a mask film 51. The mask film 51 is made of silicon nitride or the like, and the flow path forming substrate 10 is anisotropically etched using an alkaline solution such as KOH through the mask film 51, whereby the pressure generating chamber 12, The communication part 13 and the ink supply path 14 are formed.

流路形成基板10のノズルプレート20が固着された面と対向する面には、基板としての振動板を構成する弾性膜50が形成されている。弾性膜50は、熱酸化により形成された酸化膜からなる。
流路形成基板10の弾性膜50上には、酸化膜からなる絶縁体膜55が形成されている。絶縁体膜55は、例えば、以下のようにして形成する。
まず、ジルコニウム膜を形成する。ジルコニウム膜は、スパッタリング法等により形成できる。ジルコニウム膜を500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。
実施形態では、基板としての振動板は、弾性膜50と絶縁体膜55とから構成されている。
An elastic film 50 constituting a vibration plate as a substrate is formed on the surface of the flow path forming substrate 10 facing the surface to which the nozzle plate 20 is fixed. The elastic film 50 is made of an oxide film formed by thermal oxidation.
An insulator film 55 made of an oxide film is formed on the elastic film 50 of the flow path forming substrate 10. The insulator film 55 is formed as follows, for example.
First, a zirconium film is formed. The zirconium film can be formed by a sputtering method or the like. The insulator film 55 made of zirconium oxide is formed by thermally oxidizing the zirconium film in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C.
In the embodiment, the diaphragm as a substrate is composed of the elastic film 50 and the insulator film 55.

また、絶縁体膜55上には、厚さが例えば、約0.01〜0.02μmの下電極60と、厚さが例えば、約0.5〜5μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.01μmの上電極80とを含む圧電素子300が形成されている。
下電極60は、例えば、白金、イリジウム、チタン等の金属や、これらの酸化物を含む。
圧電体層70は、例えば、圧電材料のPZTを含む。圧電材料としては、例えば、PZTに、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまたはイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。また、鉛を圧電材料に含まない、いわゆる非鉛の圧電材料を用いてもよい。
上電極80は、金、白金、イリジウム等の金属を用いることができる。
Further, on the insulator film 55, a lower electrode 60 having a thickness of, for example, about 0.01 to 0.02 μm, a piezoelectric layer 70 having a thickness of, for example, about 0.5 to 5 μm, and a thickness of For example, the piezoelectric element 300 including the upper electrode 80 of about 0.01 μm is formed.
The lower electrode 60 includes, for example, metals such as platinum, iridium, and titanium, and oxides thereof.
The piezoelectric layer 70 includes, for example, a piezoelectric material PZT. As the piezoelectric material, for example, a relaxor ferroelectric material in which a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium is added to PZT may be used. Moreover, you may use what is called a lead-free piezoelectric material which does not contain lead in a piezoelectric material.
For the upper electrode 80, a metal such as gold, platinum, or iridium can be used.

一般的には、圧電素子300のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。
なお、実施形態では、下電極60を圧電素子300の共通電極とし、上電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。いずれの場合においても、圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と圧電素子300の駆動により変位が生じる基板としての弾性膜50および絶縁体膜55とを合わせて圧電アクチュエーター310と称する。
In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generation chamber 12. In addition, here, a portion that is configured by any one of the patterned electrodes and the piezoelectric layer 70 and in which piezoelectric distortion is generated by applying a voltage to both electrodes is referred to as a piezoelectric active portion.
In the embodiment, the lower electrode 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the upper electrode 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. In either case, a piezoelectric active part is formed for each pressure generating chamber 12. In addition, here, the piezoelectric element 300 and the elastic film 50 and the insulator film 55 serving as substrates on which displacement occurs due to the driving of the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator 310.

以下に、圧電アクチュエーター310の製造方法について述べる。
図4は、圧電アクチュエーター310の製造方法の一部を示すフローチャート図である。
圧電アクチュエーター310の製造方法は、チタン膜形成工程としてのステップ1(S1)と、白金膜形成工程としてのステップ2(S2)と、圧電体前駆体膜形成工程としてのステップ3(S3)と、圧電体層形成工程としてのステップ4(S4)とを含む。
A method for manufacturing the piezoelectric actuator 310 will be described below.
FIG. 4 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the piezoelectric actuator 310.
The manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 includes step 1 (S1) as a titanium film forming process, step 2 (S2) as a platinum film forming process, step 3 (S3) as a piezoelectric precursor film forming process, Step 4 (S4) as a piezoelectric layer forming process.

図5(a)および図5(b)は基板形成工程を、図5(c)はチタン膜形成工程(S1)を、図5(d)は白金膜形成工程(S2)を、図6(e)はイリジウム膜形成工程を、図6(f)は種チタン膜形成工程を、図6(g)〜図7(j)は圧電体前駆体膜形成工程(S3)または圧電体層形成工程(S4)を、図7(k)〜図8(m)は圧電アクチュエーター形成工程を表している。ここで、図5(a)〜図7(j)は拡大概略断面図で、図7(k)〜図8(m)は概略断面図である。   5 (a) and 5 (b) show the substrate forming step, FIG. 5 (c) shows the titanium film forming step (S1), FIG. 5 (d) shows the platinum film forming step (S2), and FIG. e) shows an iridium film forming step, FIG. 6 (f) shows a seed titanium film forming step, and FIGS. 6 (g) to 7 (j) show a piezoelectric precursor film forming step (S3) or a piezoelectric layer forming step. (S4) and FIGS. 7 (k) to 8 (m) show the piezoelectric actuator forming step. Here, FIGS. 5A to 7J are enlarged schematic sectional views, and FIGS. 7K to 8M are schematic sectional views.

図5(a)において、基板形成工程では、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を形成する。なお、実施形態では、流路形成基板用ウェハー110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハーを用いている。   In FIG. 5A, in the substrate forming step, a flow path forming substrate wafer 110, which is a silicon wafer, is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C., and an elastic film 50 is formed on the surface thereof. In the embodiment, a silicon wafer having a relatively thick film thickness of about 625 μm and a high rigidity is used as the flow path forming substrate wafer 110.

図5(b)において、基板形成工程では、弾性膜50上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム膜を形成後、このジルコニウム膜を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。   In FIG. 5B, in the substrate forming step, an insulator film 55 made of zirconium oxide is formed on the elastic film 50. Specifically, after forming a zirconium film on the elastic film 50 by, for example, a sputtering method or the like, the zirconium film is thermally oxidized in, for example, a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C. to thereby form an insulator film made of zirconium oxide. 55 is formed.

図5(c)において、チタン膜形成工程(S1)では、絶縁体膜55上に、密着層としての厚さが40nm以下のチタン膜61を形成する。実施形態では、チタン膜61を20nmの厚さで形成した。このようにチタン膜61を設けることによって、絶縁体膜55と図3に示した下電極60との密着力を高めることができる。   5C, in the titanium film forming step (S1), a titanium film 61 having a thickness of 40 nm or less as an adhesion layer is formed on the insulator film 55. In the embodiment, the titanium film 61 is formed with a thickness of 20 nm. By providing the titanium film 61 in this manner, the adhesion between the insulator film 55 and the lower electrode 60 shown in FIG. 3 can be enhanced.

図5(d)において、白金膜形成工程(S2)では、チタン膜61上に白金からなり、膜厚の比(白金膜の膜厚)/(チタン膜の膜厚)が1.5以下の白金膜62を形成する。実施形態では、白金膜62を30nmの厚さで形成した。   In FIG. 5D, in the platinum film forming step (S2), the titanium film 61 is made of platinum, and the ratio of film thickness (platinum film thickness) / (titanium film thickness) is 1.5 or less. A platinum film 62 is formed. In the embodiment, the platinum film 62 is formed with a thickness of 30 nm.

図6(e)において、イリジウム膜形成工程では、白金膜62上にイリジウム膜63を形成する。イリジウム膜63の厚さは、例えば、5nmとする。イリジウム膜63を形成することにより、図3に示した圧電体層70からの鉛の拡散を低減できる。   In FIG. 6 (e), in the iridium film forming step, an iridium film 63 is formed on the platinum film 62. The thickness of the iridium film 63 is 5 nm, for example. By forming the iridium film 63, diffusion of lead from the piezoelectric layer 70 shown in FIG. 3 can be reduced.

図6(f)において、種チタン膜形成工程では、イリジウム膜63上にチタンからなり厚さが1〜20nm、実施形態では厚さが4nmの種チタン膜64を形成する。このようにイリジウム膜63上に種チタン膜64を設けることにより、後の工程で種チタン膜64上に図3に示した圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配向方位を(100)または(111)に制御することができ、好適な圧電効果を備えた圧電体層70を得ることができる。なお、種チタン膜64は、圧電体が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層70の焼成後には種チタン膜64の一部または全部が圧電体層70内に拡散するものである。   6F, in the seed titanium film forming step, a seed titanium film 64 made of titanium and having a thickness of 1 to 20 nm, and in the embodiment, a thickness of 4 nm is formed on the iridium film 63. By providing the seed titanium film 64 on the iridium film 63 in this way, when the piezoelectric layer 70 shown in FIG. 3 is formed on the seed titanium film 64 in a later step, the preferred orientation direction of the piezoelectric layer 70 is set. Can be controlled to (100) or (111), and the piezoelectric layer 70 having a suitable piezoelectric effect can be obtained. The seed titanium film 64 functions as a seed for promoting crystallization when the piezoelectric body is crystallized. After the piezoelectric body layer 70 is baked, part or all of the seed titanium film 64 is in the piezoelectric body layer 70. It is something that diffuses.

チタン膜61、白金膜62、イリジウム膜63および種チタン膜64とで下電極膜65が形成される。
下電極膜65の各層は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によって形成できる。
The lower electrode film 65 is formed by the titanium film 61, the platinum film 62, the iridium film 63 and the seed titanium film 64.
Each layer of the lower electrode film 65 can be formed by, for example, a DC magnetron sputtering method.

図6(g)〜図7(j)において、圧電体前駆体膜形成工程(S3)と圧電体層形成工程(S4)とで、図3に示した圧電体層70を形成する。実施形態では、金属有機物を触媒に溶解、分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の材料としては、例えば、PZT等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまたはイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。   6 (g) to 7 (j), the piezoelectric layer 70 shown in FIG. 3 is formed by the piezoelectric precursor film forming step (S3) and the piezoelectric layer forming step (S4). In the embodiment, a so-called sol in which a metal organic material is dissolved and dispersed in a catalyst is applied, dried, gelled, and further fired at a high temperature to obtain a piezoelectric layer 70 made of a metal oxide. A piezoelectric layer 70 is formed. As a material of the piezoelectric layer 70, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as PZT, or a relaxor ferroelectric material in which a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth or yttrium is added thereto is used.

さらに、これらの液相法による圧電体層膜の製造方法に限定されず、スパッタリングなどの蒸着法を用いた圧電体層膜の製造方法であってもよい。
なお、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal−Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
Furthermore, it is not limited to the manufacturing method of the piezoelectric layer film by these liquid phase methods, The manufacturing method of the piezoelectric layer film using vapor deposition methods, such as sputtering, may be used.
The method is not limited to the sol-gel method, and for example, a MOD (Metal-Organic Decomposition) method or the like may be used.

図6(g)において、パターニングする前の下電極膜65上に圧電体前駆体膜であるPZT前駆体膜71を成膜する。すなわち、下電極膜65が形成された流路形成基板10上に金属有機化合物を含むゾルを塗布(塗布工程)する。次いで、このPZT前駆体膜71を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる。例えば、実施形態では、PZT前駆体膜71を170〜180℃で8〜30分保持することで乾燥(乾燥工程)できる。また、乾燥工程での昇温レートは0.5〜1.5℃/secが好適である。なお、ここで言う「昇温レート」とは、加熱開始時の温度(室温)と到達温度との温度差の20%上昇した温度から、温度差の80%の温度に達するまでの温度の時間変化率と規定する。例えば、室温25℃から100℃まで50秒で昇温させた場合の昇温レートは、(100−25)×(0.8−0.2)/50=0.9[℃/sec]となる。   In FIG. 6G, a PZT precursor film 71 which is a piezoelectric precursor film is formed on the lower electrode film 65 before patterning. That is, a sol containing a metal organic compound is applied (application process) on the flow path forming substrate 10 on which the lower electrode film 65 is formed. Next, the PZT precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time. For example, in the embodiment, the PZT precursor film 71 can be dried (drying process) by holding at 170 to 180 ° C. for 8 to 30 minutes. Moreover, 0.5-1.5 degreeC / sec is suitable for the temperature increase rate in a drying process. The “temperature increase rate” referred to here is the time from the temperature at which the temperature difference between the temperature at the start of heating (room temperature) and the attained temperature increases by 20% to the temperature at which the temperature difference reaches 80%. It is defined as the rate of change. For example, when the temperature is raised from room temperature 25 ° C. to 100 ° C. in 50 seconds, the rate of temperature rise is (100−25) × (0.8−0.2) /50=0.9 [° C./sec]. Become.

次に、乾燥したPZT前駆体膜71を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂(脱脂工程)する。例えば、実施形態では、PZT前駆体膜71を300〜400℃程度の温度に加熱して約10〜30分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、PZT前駆体膜71に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。また、脱脂では、昇温レートを0.5〜1.5℃/secとするのが好ましい。 Next, the dried PZT precursor film 71 is degreased (degreasing step) by heating it to a predetermined temperature and holding it for a certain period of time. For example, in the embodiment, the PZT precursor film 71 is degreased by heating to a temperature of about 300 to 400 ° C. and holding for about 10 to 30 minutes. The degreasing referred to here is to release the organic component contained in the PZT precursor film 71 as, for example, NO 2 , CO 2 , H 2 O or the like. Moreover, in degreasing, it is preferable that a temperature increase rate shall be 0.5-1.5 degree-C / sec.

図6(h)において、PZT前駆体膜71を所定温度に加熱して焼成(焼成工程)し、一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜72を形成する。焼成では、PZT前駆体膜71を680〜900℃に加熱するのが好ましい。実施形態では、680℃で5〜30分間加熱を行ってPZT前駆体膜71を焼成して圧電体膜72を形成した。ここで、焼成におけるPZT前駆体膜71の加熱方法は特に限定されないが、例えば、RTA(Rapid Thermal Annealing)法等を用いて、昇温レートを比較的速くすることが好ましい。例えば、実施形態では、赤外線ランプの照射により加熱するRTA装置を用いて、PZT前駆体膜71を比較的速い昇温レートで加熱した。なお、PZT前駆体膜71を焼成する際の昇温レートは、50℃/sec以上である。   In FIG. 6 (h), the PZT precursor film 71 is heated to a predetermined temperature and fired (firing process), and is crystallized by holding for a certain period of time to form a piezoelectric film 72. In baking, it is preferable to heat the PZT precursor film 71 to 680-900 degreeC. In the embodiment, the PZT precursor film 71 is baked by heating at 680 ° C. for 5 to 30 minutes to form the piezoelectric film 72. Here, the heating method of the PZT precursor film 71 in the baking is not particularly limited, but it is preferable to use a RTA (Rapid Thermal Annealing) method or the like, for example, to relatively increase the temperature rising rate. For example, in the embodiment, the PZT precursor film 71 is heated at a relatively high temperature increase rate using an RTA apparatus that is heated by irradiation with an infrared lamp. Note that the rate of temperature rise when the PZT precursor film 71 is fired is 50 ° C./sec or more.

図7(i)において、下電極膜65上に圧電体膜72の1層目を形成した段階で、下電極膜65および1層目の圧電体膜72を同時にパターニングする。   In FIG. 7I, when the first layer of the piezoelectric film 72 is formed on the lower electrode film 65, the lower electrode film 65 and the first piezoelectric film 72 are simultaneously patterned.

ここで、例えば、種チタン膜64を形成した後にパターニングしてから1層目の圧電体膜72を形成すると、フォト工程、イオンミリング、アッシングしてパターニングするために、種チタン膜64が変質してしまう。したがって、変質した種チタン膜64上に1層目の圧電体膜72を形成しても当該圧電体膜72の結晶性が良好なものではなくなり、1層目の圧電体膜72の上に形成される他の圧電体膜72も、1層目の圧電体膜72の結晶状態に影響して結晶成長するため、良好な結晶性を有する圧電体膜72が形成されない。   Here, for example, when the first piezoelectric film 72 is formed after patterning after the seed titanium film 64 is formed, the seed titanium film 64 is altered for patterning by photo process, ion milling, and ashing. End up. Therefore, even if the first piezoelectric film 72 is formed on the altered seed titanium film 64, the crystallinity of the piezoelectric film 72 is not good, and the first piezoelectric film 72 is formed on the first piezoelectric film 72. Since the other piezoelectric film 72 is also grown by affecting the crystal state of the first piezoelectric film 72, the piezoelectric film 72 having good crystallinity is not formed.

それに比べ、1層目の圧電体膜72を形成した後に下電極膜65と同時にパターニングすれば、1層目の圧電体膜72は種チタン膜64に比べて2層目以降の圧電体膜72を良好に結晶成長させる種としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても2層目以降の圧電体膜72の結晶成長に大きな影響を与えない。   In contrast, if the first piezoelectric film 72 is formed and then patterned simultaneously with the lower electrode film 65, the first piezoelectric film 72 is the second and subsequent piezoelectric films 72 compared to the seed titanium film 64. As a seed for crystal growth, the property is strong. Even if an extremely thin altered layer is formed on the surface layer by patterning, the crystal growth of the second and subsequent piezoelectric films 72 is not greatly affected.

図7(j)において、パターニング後に上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、複数層の圧電体膜72からなる所定厚さの圧電体層70を形成する。例えば、ゾルの1回あたりの膜厚が0.1μm程度の場合には、例えば、10層の圧電体膜72からなる圧電体層70全体の膜厚は約1.1μm程度となる。   In FIG. 7 (j), a piezoelectric film having a predetermined thickness composed of a plurality of layers of piezoelectric films 72 is repeated by repeating the piezoelectric film forming process including the coating process, the drying process, the degreasing process, and the baking process described above after patterning. The body layer 70 is formed. For example, when the film thickness per sol is about 0.1 μm, the entire film thickness of the piezoelectric layer 70 composed of ten piezoelectric films 72 is about 1.1 μm, for example.

なお、上述のように下電極膜65上に圧電体膜72の1層目を形成した段階でこれらを同時にパターニングすることで、2層目の圧電体膜72を形成する際に、下電極膜65および1層目の圧電体膜72が形成された部分とそれ以外の部分との境界近傍において、下地の違いによる2層目の圧電体膜72の結晶性への悪影響を小さく、すなわち、緩和できる。これにより、下電極膜65とそれ以外の部分との境界近傍において、2層目の圧電体膜72の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層70を形成できる。   As described above, when the first layer of the piezoelectric film 72 is formed on the lower electrode film 65, these are simultaneously patterned to form the lower electrode film 72 when the second piezoelectric film 72 is formed. In the vicinity of the boundary between the portion where the 65 and first layer piezoelectric films 72 are formed and the other portion, the adverse effect on the crystallinity of the second layer piezoelectric film 72 due to the difference in the base is reduced, that is, relaxed. it can. Thereby, in the vicinity of the boundary between the lower electrode film 65 and the other part, the crystal growth of the second piezoelectric film 72 proceeds well, and the piezoelectric layer 70 having excellent crystallinity can be formed.

このように圧電体膜72を形成した際に、下電極膜65を構成するチタン膜61と白金膜62とイリジウム膜63と種チタン膜64も同時に加熱され、下電極膜65の中でチタンの拡散や、白金の結晶粒の形成や、酸化等が起こり、チタン、白金、酸素およびイリジウムとを含む合金が形成される。したがって、図6(h)〜図7(j)では、各段階によって下電極膜65の様子が異なると考えられるので各膜を詳細には示していない。   When the piezoelectric film 72 is thus formed, the titanium film 61, the platinum film 62, the iridium film 63, and the seed titanium film 64 constituting the lower electrode film 65 are also heated at the same time. Diffusion, formation of platinum crystal grains, oxidation, and the like occur, and an alloy containing titanium, platinum, oxygen, and iridium is formed. Therefore, in FIGS. 6 (h) to 7 (j), the state of the lower electrode film 65 is considered to be different depending on each stage, and therefore each film is not shown in detail.

図7(k)において、圧電体層70を形成した後は、例えば、イリジウムからなる上電極膜を流路形成基板用ウェハー110の全面に形成し、圧電体層70および上電極膜を、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして、下電極60、圧電体層70および上電極80を備えた圧電素子300および圧電アクチュエーター310を形成する。上電極膜は、スパッタリング法、例えば、DCまたはRFスパッタリング法によって形成できる。   In FIG. 7 (k), after the piezoelectric layer 70 is formed, for example, an upper electrode film made of iridium is formed on the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, and the piezoelectric layer 70 and the upper electrode film are Patterning is performed in a region facing the pressure generation chamber 12 to form the piezoelectric element 300 and the piezoelectric actuator 310 including the lower electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the upper electrode 80. The upper electrode film can be formed by sputtering, for example, DC or RF sputtering.

図8(l)において、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300および圧電アクチュエーター310を覆うように、保護膜100を形成すると共に所定形状にパターニングして接続孔120を形成する。保護膜100としては、耐湿性を有する材料、例えば、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム、例えば、アルミナを用いるのが好ましい。   In FIG. 8L, a protective film 100 is formed and patterned into a predetermined shape so as to cover the piezoelectric element 300 and the piezoelectric actuator 310 of the flow path forming substrate wafer 110, and the connection hole 120 is formed. As the protective film 100, a material having moisture resistance, for example, an inorganic insulating material such as silicon oxide, tantalum oxide, or aluminum oxide is preferably used. In particular, aluminum oxide that is an inorganic amorphous material, for example, alumina is used. preferable.

このように圧電素子300を保護膜100で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子300の破壊を防止できる。保護膜100の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜100の膜厚を100nm程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。   By covering the piezoelectric element 300 with the protective film 100 in this way, it is possible to prevent the piezoelectric element 300 from being damaged due to moisture in the atmosphere. When aluminum oxide is used as the material of the protective film 100, moisture permeation in a high humidity environment can be sufficiently prevented even if the thickness of the protective film 100 is as thin as about 100 nm.

なお、実施形態では、保護膜100を図2に示すように、複数の圧電素子300に亘って連続して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、保護膜100を圧電素子300毎に設けるようにしてもよい。   In the embodiment, as shown in FIG. 2, the protective film 100 is continuously provided over the plurality of piezoelectric elements 300, but the present invention is not particularly limited thereto. You may make it provide for every.

図8(m)において、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極膜を形成後、例えば、レジスト等からなる図示しないマスクパターンを介して圧電素子300毎にパターニングする。
なお、圧電素子300が形成された段階までで、圧電素子300および圧電アクチュエーター310としたが、保護膜100やリード電極90を含めて、圧電素子300および圧電アクチュエーター310としてもよい。
In FIG. 8 (m), after a lead electrode film made of, for example, gold (Au) is formed over the entire surface of the flow path forming substrate wafer 110, the piezoelectric film is formed through a mask pattern (not shown) made of, for example, a resist. Patterning is performed for each element 300.
Although the piezoelectric element 300 and the piezoelectric actuator 310 are used up to the stage where the piezoelectric element 300 is formed, the piezoelectric element 300 and the piezoelectric actuator 310 including the protective film 100 and the lead electrode 90 may be used.

図2、図3および図8(m)においてリード電極90は、保護膜100および上電極80に形成された接続孔120を介して一端部が上電極80に接続されている。一方、他端部は延設され、延設された先端部は、少なくともその先端部が、保護基板30に形成された貫通孔33の底部に露出している。リード電極90の他端部は、圧電素子300を駆動する駆動回路200と接続配線210を介して接続されている。   2, 3, and 8 (m), one end of the lead electrode 90 is connected to the upper electrode 80 through a connection hole 120 formed in the protective film 100 and the upper electrode 80. On the other hand, the other end is extended, and at least the tip of the extended tip is exposed at the bottom of the through hole 33 formed in the protective substrate 30. The other end of the lead electrode 90 is connected to a drive circuit 200 that drives the piezoelectric element 300 via a connection wiring 210.

圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、保護基板30が接着剤35によって接着されている。
保護基板30は、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態の圧電素子保持部31を有する。
なお、実施形態では、各圧電素子保持部31は、各圧力発生室12の列に対応する領域に一体的に設けられているが、圧電素子300毎に独立して設けられていてもよい。
保護基板30の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成する。
On the flow path forming substrate 10 on which the piezoelectric element 300 is formed, the protective substrate 30 is bonded with an adhesive 35.
The protective substrate 30 has a piezoelectric element holding portion 31 in a state where a space that does not hinder the movement of the piezoelectric element 300 is secured in a region facing the piezoelectric element 300.
In the embodiment, each piezoelectric element holding portion 31 is integrally provided in a region corresponding to each row of pressure generation chambers 12, but may be provided independently for each piezoelectric element 300.
Examples of the material of the protective substrate 30 include glass, ceramic material, metal, resin, and the like, but it is more preferable that the protective substrate 30 is formed of a material that is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. Then, a silicon single crystal substrate made of the same material as the flow path forming substrate 10 is used.

また、保護基板30には、流路形成基板10の連通部13に対応する領域にリザーバー部32が設けられている。このリザーバー部32は、実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の列に沿って設けられており、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド130を構成している。   The protective substrate 30 is provided with a reservoir portion 32 in a region corresponding to the communication portion 13 of the flow path forming substrate 10. In the embodiment, the reservoir portion 32 is provided along the row of the pressure generating chambers 12 through the protective substrate 30 in the thickness direction, and is communicated with the communicating portion 13 of the flow path forming substrate 10 to be connected to each pressure. A manifold 130 serving as a common ink chamber for the generation chamber 12 is configured.

駆動信号は、例えば、駆動電源信号等の駆動ICを駆動させるための駆動系信号のほか、シリアル信号(SI)等の各種制御系信号を含み、配線は、それぞれの信号が供給される複数の配線で構成される。   The drive signal includes, for example, a drive system signal for driving the drive IC such as a drive power supply signal, and various control system signals such as a serial signal (SI), and the wiring includes a plurality of signals supplied with the respective signals. Consists of wiring.

保護基板30上には、封止膜41および固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成されている。この固定板42のマニホールド130に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド130の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。   A compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded onto the protective substrate 30. Here, the sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility (for example, a polyphenylene sulfide (PPS) film having a thickness of 6 μm). The sealing film 41 seals one surface of the reservoir portion 32. It has been stopped. The fixing plate 42 is formed of a hard material such as metal (for example, stainless steel (SUS) having a thickness of 30 μm). Since the area of the fixing plate 42 facing the manifold 130 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the manifold 130 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

インクジェット式記録ヘッド1の製造は、以下のように行なうことができる。
流路形成基板用ウェハー110および保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図2および図3に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、実施形態のインクジェット式記録ヘッド1とする。
The inkjet recording head 1 can be manufactured as follows.
Unnecessary portions of the outer peripheral edge of the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer are removed by cutting, for example, by dicing. Then, the nozzle plate 20 having the nozzle openings 21 formed on the surface of the flow path forming substrate wafer 110 opposite to the protective substrate wafer is bonded, and the compliance substrate 40 is bonded to the protective substrate wafer. By dividing the path forming substrate wafer 110 and the like into the channel forming substrate 10 and the like having one chip size as shown in FIGS. 2 and 3, the ink jet recording head 1 of the embodiment is obtained.

インクジェット式記録ヘッド1では、カートリッジ2Aおよび2Bからインクを取り込み、マニホールド130からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路200からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極60と上電極80との間に電圧が印加される。電圧の印加によって、弾性膜50および圧電体層70がたわみ変形し、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。   In the ink jet recording head 1, after taking ink from the cartridges 2 </ b> A and 2 </ b> B and filling the interior from the manifold 130 to the nozzle opening 21 with ink, each corresponding to the pressure generating chamber 12 according to the recording signal from the drive circuit 200. A voltage is applied between the lower electrode 60 and the upper electrode 80. By applying voltage, the elastic film 50 and the piezoelectric layer 70 are bent and deformed, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

図9に、チタン膜61の膜厚と変位低下率を表す図を示した。
図9において、横軸がチタン膜61の膜厚(nm)を示し、縦軸が変位低下率(%)を示している。
変位低下率は、一定の電圧を印加した場合の圧電アクチュエーター310の変位量を初期で測定し、190億回駆動後の圧電アクチュエーター310の変位量を測定して、初期の変位量に対する変位量低下の割合で評価を行なった。
20nmで3.9%、50nmで5.5%であった。5%以上の変位低下率は、圧電アクチュエーター310の駆動性能としては好ましくない低下である。
FIG. 9 is a diagram showing the thickness of the titanium film 61 and the displacement reduction rate.
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the film thickness (nm) of the titanium film 61, and the vertical axis indicates the displacement reduction rate (%).
The rate of decrease in displacement is measured by initially measuring the amount of displacement of the piezoelectric actuator 310 when a constant voltage is applied, measuring the amount of displacement of the piezoelectric actuator 310 after being driven 19 billion times, and reducing the amount of displacement with respect to the initial amount of displacement. Evaluation was performed at the ratio of.
It was 3.9% at 20 nm and 5.5% at 50 nm. A displacement reduction rate of 5% or more is an undesirable decrease in the driving performance of the piezoelectric actuator 310.

図10に、白金の膜厚と密着力との関係を表す図を示した。
図10において、横軸が白金膜62の膜厚(nm)を示し、縦軸が密着力(Kg/cm2)を示している。ここで、チタン膜61の膜厚は、20nmとし、イリジウム膜63の膜厚は、20nmとした。
密着力の評価は引っ張り試験により行なった。密着力の評価は複数回行い、図には、最小値、最大値および平均値を示した。
白金膜62の膜厚が、30nmでは密着性が向上し、バラツキが少なくなるのがわかる。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of platinum and the adhesion force.
In FIG. 10, the horizontal axis indicates the film thickness (nm) of the platinum film 62, and the vertical axis indicates the adhesion force (Kg / cm 2 ). Here, the film thickness of the titanium film 61 was 20 nm, and the film thickness of the iridium film 63 was 20 nm.
The adhesion was evaluated by a tensile test. The evaluation of adhesion force was performed a plurality of times, and the minimum value, maximum value, and average value were shown in the figure.
It can be seen that when the film thickness of the platinum film 62 is 30 nm, the adhesion is improved and the variation is reduced.

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)40nm以下の膜厚のチタン膜61と、チタン膜61上に形成され、膜厚の比である(白金膜62の膜厚)/(チタン膜61の膜厚)が1.5以下の白金膜62とが、チタン、白金および酸素を含むPZT前駆体膜71とともに焼成される。チタン膜61の膜厚を40nm以下とすることで、PZT前駆体膜71との界面への焼成によるチタンの拡散を抑えることができ、酸化チタンの形成を抑えることができる。また、白金膜62の膜厚に応じてチタン膜61の膜厚の下限が決まる。したがって、変位低下を抑えつつ、弾性膜50および絶縁体膜55と下電極60との密着性を向上でき、安定した駆動が行なえる圧電アクチュエーター310および圧電アクチュエーター310の製造方法を得ることができる。
According to such an embodiment, there are the following effects.
(1) Titanium film 61 having a film thickness of 40 nm or less and a ratio of film thickness (film thickness of platinum film 62) / (film thickness of titanium film 61) of 1.5 or less. The platinum film 62 is fired together with the PZT precursor film 71 containing titanium, platinum and oxygen. By setting the film thickness of the titanium film 61 to 40 nm or less, it is possible to suppress the diffusion of titanium due to the baking to the interface with the PZT precursor film 71 and to suppress the formation of titanium oxide. Further, the lower limit of the thickness of the titanium film 61 is determined according to the thickness of the platinum film 62. Therefore, it is possible to improve the adhesion between the elastic film 50 and the insulator film 55 and the lower electrode 60 while suppressing a decrease in displacement, and to obtain a piezoelectric actuator 310 and a method for manufacturing the piezoelectric actuator 310 that can be stably driven.

(2)白金膜62の膜厚が、30nm以下なので、PZT前駆体膜71との界面への焼成によるチタンの拡散がより抑えられ、変位低下をより抑え、より安定した駆動が行なえる圧電アクチュエーター310および圧電アクチュエーター310の製造方法を得ることができる。   (2) Since the film thickness of the platinum film 62 is 30 nm or less, the diffusion of titanium due to the baking to the interface with the PZT precursor film 71 is further suppressed, the decrease in displacement is further suppressed, and a more stable drive can be performed. 310 and the manufacturing method of the piezoelectric actuator 310 can be obtained.

(3)前述の効果を有する圧電アクチュエーター310を備えているので、インクを安定して吐出できるインクジェット式記録ヘッド1を得ることができる。   (3) Since the piezoelectric actuator 310 having the above-described effects is provided, the ink jet recording head 1 that can stably eject ink can be obtained.

(4)前述の効果を有するインクジェット式記録ヘッド1を備えているので、インクを安定して吐出できるインクジェット式記録装置1000を得ることができる。   (4) Since the ink jet recording head 1 having the above-described effects is provided, an ink jet recording apparatus 1000 that can stably eject ink can be obtained.

上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用できる。
その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルター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(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
In the above-described embodiment, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and is a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink. Of course, it is also applicable.
Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.

1…インクジェット式記録ヘッド、1A,1B…記録ヘッドユニット、2A,2B…カートリッジ、3…キャリッジ、4…装置本体、5…キャリッジ軸、6…駆動モーター、7…タイミングベルト、8…プラテン、10…流路形成基板、12…圧力発生室、13…連通部、14…インク供給路、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、31…圧電素子保持部、32…リザーバー部、33…貫通孔、35…接着剤、40…コンプライアンス基板、41…封止膜、42…固定板、43…開口部、50…弾性膜、51…マスク膜、55…絶縁体膜、60…下電極、61…チタン膜、62…白金膜、63…イリジウム膜、64…種チタン膜、65…下電極膜、70…圧電体層、71…PZT前駆体膜、72…圧電体膜、80…上電極、90…リード電極、100…保護膜、130…マニホールド、200…駆動回路、300…圧電素子、310…圧電アクチュエーター、1000…インクジェット式記録装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet recording head, 1A, 1B ... Recording head unit, 2A, 2B ... Cartridge, 3 ... Carriage, 4 ... Device main body, 5 ... Carriage shaft, 6 ... Drive motor, 7 ... Timing belt, 8 ... Platen, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Flow path formation board | substrate, 12 ... Pressure generating chamber, 13 ... Communication part, 14 ... Ink supply path, 20 ... Nozzle plate, 21 ... Nozzle opening, 30 ... Protection board, 31 ... Piezoelectric element holding part, 32 ... Reservoir part, 33 ... Through hole, 35 ... Adhesive, 40 ... Compliance substrate, 41 ... Sealing film, 42 ... Fixing plate, 43 ... Opening, 50 ... Elastic film, 51 ... Mask film, 55 ... Insulator film, 60 ... Bottom Electrode, 61 ... Titanium film, 62 ... Platinum film, 63 ... Iridium film, 64 ... Titanium film, 65 ... Lower electrode film, 70 ... Piezoelectric layer, 71 ... PZT precursor film, 72 ... Piezoelectric film, 80 ... Up Pole, 90 ... lead electrode, 100 ... protective layer, 130 ... manifold, 200 ... driving circuit, 300 ... piezoelectric element, 310 ... piezoelectric actuator, 1000 ... ink jet recording apparatus.

Claims (2)

酸化膜を有する基板の前記酸化膜上に40nm以下の膜厚のチタン膜を形成するチタン膜形成工程と、
前記チタン膜上に、膜厚の比(白金膜の膜厚)/(前記チタン膜の膜厚)が1.5以下の前記白金膜を形成する白金膜形成工程と、
前記白金膜上に鉛、ジルコンおよびチタンを含む圧電体前駆体膜を形成する圧電体前駆体膜形成工程と、
前記圧電体前駆体膜を焼成して圧電体層を形成する圧電体層形成工程とを含む
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
A titanium film forming step of forming a titanium film having a thickness of 40 nm or less on the oxide film of the substrate having an oxide film;
On the titanium film, a platinum film forming step of forming the platinum film having a film thickness ratio (platinum film thickness) / (thickness of the titanium film) of 1.5 or less;
A piezoelectric precursor film forming step of forming a piezoelectric precursor film containing lead, zircon and titanium on the platinum film;
And a piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by firing the piezoelectric precursor film.
請求項1に記載の圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記白金膜の膜厚が、30nm以下である
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
In the manufacturing method of the piezoelectric actuator of Claim 1,
The method for manufacturing a piezoelectric actuator, wherein the platinum film has a thickness of 30 nm or less.
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