JP2017050422A - 圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク電流及び電極の剥離を抑制して信頼性が向上した圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１電極６０と、圧電体層７０と、第１白金層８１ａ及び第２白金層８１ｂを含む第２電極とを備える圧電素子の製造方法であって、第１電極６０上に設けられた圧電体層７０上に、液相法により第１白金層８１ａを形成し、スパッタ法により第１白金層８１ａ上に第２白金層８１ｂを形成する。【選択図】図１２

Description

本発明は、圧電素子の製造方法に関する。

圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズル開口から液滴を噴射させる液体噴射ヘッドが知られている。この液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射させるインクジェット式記録ヘッドがある。インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、圧電素子の駆動によって振動板を変形させることで、圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を噴射させる。

圧電素子は、基板上に圧力発生室ごとに設けられた第１電極（個別電極）、各第１電極上に亘って設けられた圧電体層、及び圧電体層上に設けられた第２電極（共通電極）を具備する。第２電極は、圧電素子の特性低下を抑制する等の目的で、イリジウム、白金及びパラジウムからなる群から選択される何れか一つを用いた層を複数積層することで形成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１９６３２９号公報

しかしながら、イリジウム及びパラジウムを使用した場合、仕事関数が小さいことから第１電極と第２電極との間でリーク電流が大きく、圧電体層が破壊される虞があり、信頼性に課題がある。

また、インクジェット式記録ヘッドに高速印字を行わせる場合、液滴を大きくする必要があるが、大きな液滴を吐出させるために圧電素子に印加する駆動電圧も大きくする必要がある。駆動電圧を大きくすると圧電素子の信頼性が低下するという課題が生じる。

上述した課題を解決するために、白金を用いることが考えられる。白金は、仕事関数が最も大きく、ショットキー障壁が高いので、リーク電流を抑制できる。しかしながら、白金は、圧電体層から剥離しやすいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、リーク電流及び電極の剥離を抑制して信頼性が向上した圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、第１電極と、圧電体層と、第１白金層及び第２白金層を含む第２電極とを備え、前記第１電極は能動部ごとに電気的に独立して設けられた個別電極であり、前記第２電極は複数の前記能動部に亘って電気的に共通して設けられた共通電極である圧電素子の製造方法であって、前記第１電極上に設けられた前記圧電体層上に、液相法により前記第１白金層を形成し、気相法により前記第１白金層上に前記第２白金層を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法にある。

かかる態様では、白金からなる第１白金層及び第２白金層を用いることで、リーク電流を抑え、破壊が防止された信頼性の高い圧電素子を形成することができる。そして、第１白金層を液相法により形成することで、第１白金層と圧電体層との密着性を向上させることができる。さらに、第２白金層を気相法で形成することで、第１白金層と第２白金層との密着性を向上して信頼性を向上させることができ、かつ良好な特性を有する圧電素子を形成することができる。

ここで、前記第１白金層に空孔を形成することが好ましい。これによれば、第１白金層と第２白金層との密着性をより向上させることができる。

また、前記第２白金層上に、チタン層を形成することが好ましい。これによれば、圧電体層に含まれる過剰鉛をチタン層に吸収させ、高信頼性の圧電素子を形成することができる。

また、前記第２白金層の形成後に、熱処理を行うことが好ましい。これによれば、より確実に過剰鉛をチタン層に吸収させることができる。

また、前記第２電極は、前記第１白金層及び前記第２白金層からなる第１層上に設けられる第２層を含み、前記第１層の表面と前記圧電体層の側面とを覆う前記第２白金層を形成することが好ましい。これによれば、第２層により、第１層と圧電体層とをより確実に密着させることができる。

また、イリジウム、ニッケル、タングステン、アルミニウム、ニクロム、金、及びチタンからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む前記第２層を形成することが好ましい。これによれば、第２層により、第１層と圧電体層とをより確実に密着させることができる。

インクジェット式記録ヘッドの斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の平面図である。 図２のＡ−Ａ′線に準ずる断面図である。 図３の一部を拡大した断面図である。 図２のＢ−Ｂ′線に準ずる断面図である。 図５の一部を拡大した断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 圧電素子の製造方法を示す断面図である。 インクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ′線に準ずる断面図であり、図４は図３の一部を拡大した断面図であり、図５は図２のＢ−Ｂ′線に準ずる断面図であり、図６は図５の一部を拡大した断面図である。

インクジェット式記録ヘッドＩが備える基板である流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。圧力発生室１２は、同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、この第１の方向Ｘと直交する方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を、以降、第３の方向Ｚと称する。

流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側、すなわち第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが複数の隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。

流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設されている。

流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。

絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。本実施形態では、圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０と、振動板５０と、圧電素子３００とが、圧電素子を備える圧電デバイスの一例であるアクチュエーター装置となっている。

圧電素子３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられて、後述する能動部３１０毎に独立した個別電極を構成する。第１電極６０は、圧力発生室の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。また、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。なお、第１電極６０の材料は、後述する圧電体層７０を成膜する際に酸化せず、導電性を維持できる材料が好ましく、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属、またはランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）などに代表される導電性酸化物が好適に用いられる。

第１電極６０として、前述の導電材料と、振動板５０との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。すなわち、本実施形態では、チタンからなる密着層と、上述した導電材料から選択される少なくとも一種の導電層とで第１電極６０が形成されている。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。

圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０のインク供給路１３側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧電体層７０のノズル開口２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のノズル開口２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。

圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）である。圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。また、圧電体層７０の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。

圧電体層７０は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法などの液相法や、スパッタ法、レーザーアブレーション法等などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）などで形成することができる。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部３１０に共通する共通電極を構成する。本実施形態では、第２電極８０は、圧電体層７０側に設けられた第１層８１と、第１層８１の圧電体層７０とは反対側に設けられた第２層８２と、を具備する。

第１層８１は、白金（Ｐｔ）からなる。さらに、第１層８１は、第１白金層８１ａ及び第２白金層８１ｂが積層されたものである。

第１白金層８１ａは、第１層８１のうち圧電体層７０側に形成された白金からなる層である。詳細は後述するが、第１白金層８１ａは、液相法により形成され、例えば約１０ｎｍの膜厚を有する。さらに、第１白金層８１ａの表面には空孔８４が形成されている。

第２白金層８１ｂは、第１層８１のうち第２層８２側に形成された白金からなる層である。詳細は後述するが、第２白金層８１ｂは、気相法により形成され、例えば約５ｎｍの膜厚を有する。

このような第１白金層８１ａは、液相法で形成されているため、第１白金層８１ａの形成時における圧電体層７０の表面へのダメージが低減されている。また、第１白金層８１ａは、スパッタ法で形成された第２白金層８１ｂと比較して圧電体層７０との密着性が高い。

また、第２白金層８１ｂは、第１白金層８１ａと同一金属種であるので、第１白金層８１ａとの密着性は高い。さらに、第２白金層８１ｂは、表面に空孔８４が形成された第１白金層８１ａ上に形成されることでアンカー効果が生じ、より密着性が向上している。

このように、圧電素子３００は、白金からなる第１層８１を用いることで、リーク電流を抑え、圧電体層７０の破壊が防止された信頼性の高いものとなる。そして、第１白金層８１ａを液相法により形成することで、第１層８１と圧電体層７０との密着性を向上させることができる。

ここで、液相法による第１白金層８１ａのみを第１層８１とすることも考えられる。この場合、空孔８４が露出した第１白金層８１ａからなる第１層８１上に第２層８２が形成されることになる。このような空孔８４が形成され表面に第２層８２を形成すると、圧電体層７０と第２層８２が直接接触する部分が生じ、信頼性の低い部分が形成される。よって、信頼性の高い圧電体素子が得られない。一方、液相法で空孔８４のない第１白金層８１ａを形成する場合、約１００ｎｍ以上の膜厚が必要となる。この場合、圧電素子の変位が大きく阻害されるため、高性能の圧電素子が得られない。

しかしながら、本実施形態のように、気相法で形成した第２白金層８１ｂは、空孔８４を覆い、第２層８２に対して空孔８４のない表面を提供する。また、第１白金層８１ａと第２白金層８１ｂの合計した膜厚は１５ｎｍ程度と薄くすることができる。

このように、圧電素子３００は、第２白金層８１ｂを気相法で形成することで、第１白金層８１ａと第２白金層８１ｂとが良好な密着性を有して信頼性が向上し、かつ膜厚を薄くできるため、変形に支障を来さずに良好な特性を有する。

第２層８２は、白金及び圧電体層に対して密着力が高く抵抗の低い金属であることが好ましい。具体的には、イリジウム、ニッケル、タングステン、アルミニウム、ニクロム、金、及びチタンからなる群から選択される少なくとも一つの金属を用いることが好ましい。また、第１層８１と第２層８２との間、すなわち第２白金層８１ｂ上に、チタンからなるチタン層を設けるようにしてもよい。本実施形態では、第２層８２として、イリジウム（Ｉｒ）とチタン（Ｔｉ）との積層電極を使用している。

第１層８１は圧電体層７０上のみ、すなわち、圧電体層７０の流路形成基板１０とは反対側の表面上のみに形成されている。また、第２層８２は、本実施形態では、第１層８１上と、第１層８１が設けられていない圧電体層７０の側面上と、第１電極６０上と、に亘って連続して設けられている。

第１層８１上の第２層８２と、第１電極６０上の第２層８２とは、除去部８３で電気的に切断されている。すなわち、第１層８１上の第２層８２と、第１電極６０上の第２層８２とは、同一層からなるが電気的に不連続となるように形成されている。ここで、除去部８３は、圧電体層７０上のノズル開口２１側に設けられており、第１層８１及び第２層８２を厚さ方向に貫通して電気的に切断するものである。このような除去部８３は、第１の方向Ｘに亘って連続して第２電極８０を厚さ方向に貫通して設けられている。

圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部３１０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。この能動部３１０の第１の方向Ｘの端部は、第１電極６０によって規定されている。また、能動部３１０の第２の方向Ｙの端部は、第２電極８０（除去部８３）によって規定されている。

圧電素子３００の第１電極６０と、第２電極８０とには、個別リード電極９１と、共通リード電極９２とが接続されている。

個別リード電極９１及び共通リード電極９２（以降、両者を合わせてリード電極９０と称する）は、本実施形態では、同一層からなるが、電気的に不連続となるように形成されている。具体的には、リード電極９０は、電極（第２電極８０の第２層８２）側に設けられた密着層１９１と、密着層１９１上に設けられた導電層１９２と、を具備する。

密着層１９１は、第２層８２、振動板５０等と導電層１９２との密着性を向上させるためのものであり、その材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等を用いることができる。もちろん、密着層１９１は、上述したものを単一材料として用いたものであってもよく、また、複数の材料が混合した複数材料であってもよく、さらに、異なる材料の複数層を積層したものであってもよい。本実施形態では、密着層１９１としてニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を用いた。

また、導電層１９２は、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。本実施形態では、導電層１９２として金（Ａｕ）を用いた。

個別リード電極９１は、圧電体層７０の外側に設けられた第１電極６０上に設けられている。ちなみに、第１電極６０上には、第２電極８０の第２層８２と同一層からなり、第２層８２とは不連続となる電極層８２Ａが設けられている。このため、第１電極６０と個別リード電極９１とは、この電極層８２Ａを介して電気的に接続されている。

共通リード電極９２は、第２電極８０上（圧電体層７０の第２電極８０上）に設けられている。このような共通リード電極９２は、図１及び図２に示すように、流路形成基板１０の第１の方向Ｘの両端部に、第２の方向Ｙに連続して振動板５０上に引き出されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子３００を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、マニホールド１００の一部を構成するマニホールド部３２が設けられている。マニホールド部３２は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通している。また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各能動部３１０の第１電極６０に接続されたリード電極９０（個別リード電極９１）及び第２電極８０に接続されたリード電極９０（共通リード電極９２）は、この貫通孔３３内に露出しており、図示しない駆動回路に接続される接続配線の一端が、この貫通孔３３内でリード電極９０に接続されている。

保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部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で形成される。この固定板４２のマニホールド１００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１００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。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル開口２１からインク滴が噴射される。

本実施形態の圧電素子の製造方法を含む、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図７〜図２０は、圧電素子及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

図７に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に振動板５０を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって形成した二酸化シリコン（弾性膜５１）と、スパッタ法で成膜後、熱酸化することによって形成した酸化ジルコニウム（絶縁体膜５２）との積層からなる振動板５０を形成した。

次に、図８に示すように、絶縁体膜５２の全面に第１電極６０を形成する。この第１電極６０の材料は特に限定されないが、例えば、高温でも導電性を失わない白金、イリジウム等の金属や、酸化イリジウム、ランタンニッケル酸化物などの導電性酸化物、及びこれらの材料の積層材料が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタ法やＰＶＤ法（物理蒸着法）、レーザーアブレーション法などの気相成膜、スピンコート法などの液相成膜などにより形成することができる。また、前述の導電材料と、振動板５０との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。また、電極表面（圧電体層７０の成膜側）に圧電体層７０の結晶成長を制御するための制御層を形成してもよい。本実施形態では、圧電体層７０（ＰＺＴ）の結晶制御としてチタンを使用している。チタンは、圧電体層７０の成膜時に圧電体層７０内に取り込まれるため、圧電体層７０形成後には膜として存在していない。結晶制御層としては、ランタンニッケル酸化物などのペロブスカイト型結晶構造の導電性酸化物などを使用してもよい。

次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。この圧電体層７０は、金属錯体を溶媒に溶解・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−ゲル法により形成することができる。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタ法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。

本実施形態では、複数層の圧電体膜７４を積層することで圧電体層７０を形成するようにした。具体的には、図９に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７４を形成した段階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４をそれらの側面が傾斜するように同時にパターニングする。なお、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。

ここで、例えば、第１電極６０をパターニングしてから１層目の圧電体膜７４を形成する場合、フォト工程・イオンミリング・アッシングして第１電極６０をパターニングするため、第１電極６０の表面や、表面に設けた図示しないチタン等の結晶種層などが変質してしまう。そうすると変質した面上に圧電体膜７４を形成しても当該圧電体膜７４の結晶性が良好なものではなくなり、２層目以降の圧電体膜７４も１層目の圧電体膜７４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層７０を形成することができない。

それに比べ、１層目の圧電体膜７４を形成した後に第１電極６０と同時にパターニングすれば、１層目の圧電体膜７４はチタン等の結晶種に比べて２層目以降の圧電体膜７４を良好に結晶成長させる種（シード）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７４の結晶成長に大きな影響を与えない。

なお、２層目の圧電体膜７４を成膜する前に露出した振動板５０上（本実施形態では、酸化ジルコニウムである絶縁体膜５２）に、２層目以降の圧電体膜７４を成膜するときに、結晶制御層（中間結晶制御層）を用いてもよい。本実施形態では、中間結晶制御層としてチタンを用いるようにした。このチタンからなる中間結晶制御層は、第１電極６０上に形成する結晶制御層のチタンと同様に、圧電体膜７４を成膜する際に圧電体膜７４に取り込まれる。ちなみに、中間結晶制御層は、中間電極または直列接続されるコンデンサの誘電体となってしまった場合、圧電特性の低下を引き起こす。このため、中間結晶制御層は、圧電体膜７４（圧電体層７０）に取り込まれ、圧電体層７０の成膜後に膜として残らないものが望ましい。

次に、図１０に示すように、２層目以降の圧電体膜７４を積層することにより、複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。ちなみに、２層目以降の圧電体膜７４は、絶縁体膜５２上、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７４の側面上、及び１層目の圧電体膜７４上に亘って連続して形成される。

次に、圧電体層７０上に第２電極８０を構成する第１層８１を形成する。この第１層８１は、まず第１白金層８１ａを形成し、その後、第２白金層８１ｂを形成することで形成される。

図１１に示すように、圧電体層７０上に第１白金層８１ａを形成する。具体的には、第１白金層８１ａの前駆体となる白金レジネートを圧電体層７０上に塗布する。白金レジネートは、白金の有機化合物溶液であり、溶媒は例えば、酢酸ブチルを用いることができる。この白金レジネートを、例えば２００ｒｐｍでスピンコート法により圧電体層７０上に形成する。スピンコート法により形成された白金レジネートからなる膜を前駆体膜と称する。

次に、前駆体膜を乾燥及び脱脂することで、第１白金層８１ａを形成する。乾燥は例えば１００℃で１分、脱脂は３５０℃で３分行う。このような液相法により形成された第１白金層８１ａは表面に空孔８４（図６参照）を有する。

なお、第１白金層８１ａを形成する液相法としては上述した条件や方法に限定されない。例えば、めっき法などの液相法を用いてもよい。

次に、図１２に示すように、第１白金層８１ａ上に第２白金層８１ｂをスパッタ法やＰＶＤ法（物理蒸着法）、レーザーアブレーション法などの気相法で形成する。具体的には、スパッタ法により第１白金層８１ａ上に、例えば約５ｎｍの膜厚の第２白金層８１ｂを形成する。このようなスパッタ法により、第１白金層８１ａの表面の空孔８４が埋められる。

このように第１白金層８１ａ及び第２白金層８１ｂを形成することで、それらを含む第１層８１が形成される。

次に、例えば７００℃で５分間、酸素雰囲気にて熱処理を行う。これにより、第１白金層８１ａおよび第２白金層８１ｂの形成時に圧電体層７０の表面に入ったダメージを回復することができる。

また、特に図示しないが、第１層８１上、すなわち第２白金層８１ｂ上に、チタン（Ｔｉ）からなるチタン層を形成し、その後、熱処理を行ってもよい。チタン層は、スパッタ法により形成することができ、膜厚は例えば約２．５ｎｍであることが好ましい。熱処理は、例えば７００℃で５分間、酸素雰囲気にて行う。

このように白金からなる第１層８１上にチタン層を設けて熱処理することで、圧電体層７０に含まれる過剰鉛が第１層８１を通してチタンに吸収される。これにより、高信頼性の圧電素子３００が提供される。

なお、本実施形態では、第１白金層８１ａを液層法で形成しているため、スパッタ法やＰＶＤ法（物理蒸着法）、レーザーアブレーション法などの気相成膜と比較して、圧電体層７０の表面にダメージが入りにくいため、熱処理は必ずしも実施しなくても良い。

次に、図１３に示すように、第１層８１及び圧電体層７０を各圧力発生室１２に対応してパターニングする。本実施形態では、第１層８１上に所定形状に形成したマスク（図示せず）を設け、このマスクを介して第１層８１及び圧電体層７０をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィーによってパターニングした。なお、圧電体層７０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。

次に、図１４に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面側（圧電体層７０が形成された面側）に亘って、すなわち、第１層８１上、圧電体層７０をパターニングした側面上、絶縁体膜５２上、及び第１電極６０上等に亘って、第２層８２を形成することで第２電極８０を形成する。

この第２層８２は、白金及び圧電体層に対して密着力が高い金属であることが好ましい。具体的には、イリジウム、ニッケル、タングステン、アルミニウム、ニクロム、金、及びチタンからなる群から選択される少なくとも一つの金属を用いることが好ましい。本実施形態では、上述した第１白金層８１ａ上のチタン層にイリジウム層を形成し、チタン層及びイリジウム層からなる積層電極を第２層８２とした。このような金属を用いて、白金からなる第１層８１、及び圧電体層７０の側面を覆う第２層８２を形成することで、第１層８１と圧電体層７０とをより確実に密着させることができる。

次に、図１５に示すように、第２電極８０を所定形状にパターニングする。これにより、除去部８３等を形成する。
次に、図１６に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面の全面に亘ってリード電極９０を形成する。本実施形態では、密着層１９１と、導電層１９２とを積層することでリード電極９０を形成した。
次に、図１７に示すように、リード電極９０を所定形状にパターニングする。リード電極９０のパターニングでは、先に導電層１９２をウェットエッチング等でパターニングした後、密着層１９１をウェットエッチングによってパターニングすればよい。

次に、図１８に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。

次いで、図１９に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図２０に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。

その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０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１３０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１３０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１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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

以上に説明した本実施形態の圧電素子の製造方法によれば、白金からなる第１層８１を用いることで、リーク電流を抑え、破壊が防止された信頼性の高い圧電素子３００を形成することができる。そして、第１白金層８１ａを液相法により形成することで、第１白金層８１ａと圧電体層７０との密着性を向上させることができる。さらに、第２白金層８１ｂをスパッタ法で形成することで、第１白金層８１ａと第２白金層８１ｂとの密着性を向上して信頼性を向上させることができ、かつ第１層８１の膜厚を薄くできるため変形に支障を来さずに良好な特性を有する圧電素子３００を形成することができる。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態１では、各能動部３１０の圧電体層７０が連続的に設けられた構成を例示したが、勿論、圧電体層７０は、能動部３１０毎に独立して設けられていてもよい。

第２電極８０の第１層８１は、第１白金層８１ａと第２白金層８１ｂをそれぞれ一層ずつ積層したものとしたが、特にこれに限定されない。第１白金層８１ａ及び第２白金層８１ｂをそれぞれ複数層以上形成してもよい。
第１白金層８１ａは空孔８４が形成されていたが、これに限定されず、空孔８４を形成しなくてもよい。例えば、第１白金層８１ａを１００ｎｍより厚い膜厚とすることで空孔８４を形成しないことができる。
第２層８２は、第１層８１及び圧電体層７０の側面を覆うように構成されていたが、これに限定されず、第１層８１を覆う構成としてもよい。また、第２層８２は必須の構成ではなく、第１層８１のみからなる第２電極８０を構成してもよい。

また、インクジェット式記録ヘッドＩは、図２１に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩに搭載される。
図２１は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。本実施形態に係るインクジェット式記録装置ＩＩは、装置本体２を備え、装置本体２には一方向に延びるキャリッジ軸３が設けられている。キャリッジ軸３には、軸方向に沿って往復移動可能なキャリッジ４が取り付けられている。キャリッジ４には、ヘッド１及びインクカートリッジ５が搭載されている。

装置本体２には、駆動モーター６及びタイミングベルト７が設けられている。タイミングベルト７は、駆動モーター６とキャリッジ４に取り付けられており、駆動モーター６の駆動力がタイミングベルト７によりキャリッジ４に伝達される。この駆動モーター６の駆動により、キャリッジ４はキャリッジ軸３に沿って往復移動する。

一方、装置本体２にはキャリッジ軸３に沿ってプラテン８が設けられている。給紙ローラーなど（図示せず）により給紙された紙等の被記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて、キャリッジ軸３とは直交する方向に搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、給紙ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
このようなインクジェット式記録装置ＩＩでは、キャリッジ４がキャリッジ軸３に沿って移動されると共にヘッド１によってインクが吐出されて記録シートＳに印刷される。

なお、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩとして、インクジェット式記録ヘッドＩがキャリッジ４に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置ＩＩは、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩを固定し、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩは、液体貯留手段であるカートリッジ２Ａ、２Ｂがキャリッジ４に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体２に固定して、液体貯留手段とインクジェット式記録ヘッドＩとをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。

なお、上記実施の形態においては、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、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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や液体噴射装置にも勿論適用することができる。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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

また、本発明の圧電素子は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電アクチュエーターに限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の圧電デバイスにも適用することができる。

Ｉ…インクジェット式記録ヘッド、ＩＩ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、 ３０…保護基板、４０…コンプライアンス基板、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、８１…第１層、８１ａ…第１白金層、８１ｂ…第２白金層、８２…第２層、８３…除去部、９０…リード電極、１００…マニホールド、３００…圧電素子、３１０…能動部

Claims (6)

1. 第１電極と、圧電体層と、第１白金層及び第２白金層を含む第２電極とを備え、前記第１電極は能動部ごとに電気的に独立して設けられた個別電極であり、前記第２電極は複数の前記能動部に亘って電気的に共通して設けられた共通電極である圧電素子の製造方法であって、
   前記第１電極上に設けられた前記圧電体層上に、液相法により前記第１白金層を形成し、気相法により前記第１白金層上に前記第２白金層を形成する
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
2. 請求項１に記載する圧電素子の製造方法において、
   前記第１白金層に空孔を形成する
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載する圧電素子の製造方法において、
   前記第２白金層上に、チタン層を形成する
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
4. 請求項３に記載する圧電素子の製造方法において、
   前記第２白金層の形成後に、熱処理を行う
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載する圧電素子の製造方法において、
   前記第２電極は、前記第１白金層及び前記第２白金層からなる第１層上に設けられる第２層を含み、
   前記第１層の表面と前記圧電体層の側面とを覆う前記第２白金層を形成する
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
6. 請求項５に記載する圧電素子の製造方法において、
   イリジウム、ニッケル、タングステン、アルミニウム、ニクロム、金、及びチタンからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む前記第２層を形成する
   ことを特徴とする圧電素子の製造方法。

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