JP3451700B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッド及びその製造方法Info
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- JP3451700B2 JP3451700B2 JP3953994A JP3953994A JP3451700B2 JP 3451700 B2 JP3451700 B2 JP 3451700B2 JP 3953994 A JP3953994 A JP 3953994A JP 3953994 A JP3953994 A JP 3953994A JP 3451700 B2 JP3451700 B2 JP 3451700B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に用いるインクジェット記録ヘッドに関わる。
置に用いるインクジェット記録ヘッドに関わる。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと記
す）に代表される圧電体薄膜は、スパッタ法、ゾルゲル
法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することができる。膜厚
を厚くするためには、成膜する堆積時間を増加させた
り、成膜を複数回繰り返すことにより対応している。ペ
ロブスカイト構造を得るために、通常５００〜７００℃
の酸素雰囲気中でアニールが行なわれている。圧電体薄
膜はフォトエッチング工程を用いたパターニングが可能
で、バルクのように切り出し、位置合わせ、張り付け等
をする必要がない。
す）に代表される圧電体薄膜は、スパッタ法、ゾルゲル
法、ＣＶＤ法、水熱法等で形成することができる。膜厚
を厚くするためには、成膜する堆積時間を増加させた
り、成膜を複数回繰り返すことにより対応している。ペ
ロブスカイト構造を得るために、通常５００〜７００℃
の酸素雰囲気中でアニールが行なわれている。圧電体薄
膜はフォトエッチング工程を用いたパターニングが可能
で、バルクのように切り出し、位置合わせ、張り付け等
をする必要がない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インクの吐出
性能を確保するため、圧電体薄膜の圧電ひずみ定数を高
めるべく、７００℃以上の温度でアニールを行なうと、
振動板やインク流路隔壁に鉛の拡散が発生し、薄膜の剥
離等が発生した。鉛の拡散防止膜として、ジルコニア薄
膜を蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の気相法
で形成したものは、緻密さが不十分でプロセス信頼性に
耐えなかった。また、有機ジルコニウム化合物を加水分
解したゾルを塗布し、比較的低温で加熱して定着させる
ゾルゲル法においても、膜質が多孔質で鉛の拡散を防止
できなかった。
性能を確保するため、圧電体薄膜の圧電ひずみ定数を高
めるべく、７００℃以上の温度でアニールを行なうと、
振動板やインク流路隔壁に鉛の拡散が発生し、薄膜の剥
離等が発生した。鉛の拡散防止膜として、ジルコニア薄
膜を蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の気相法
で形成したものは、緻密さが不十分でプロセス信頼性に
耐えなかった。また、有機ジルコニウム化合物を加水分
解したゾルを塗布し、比較的低温で加熱して定着させる
ゾルゲル法においても、膜質が多孔質で鉛の拡散を防止
できなかった。
【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、７００℃以上の高
温でアニールを行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い
圧電ひずみ定数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を
備えたインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提
供するところにある。
るもので、その目的とするところは、７００℃以上の高
温でアニールを行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い
圧電ひずみ定数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を
備えたインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提
供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、圧電体素子
の下地に緻密なジルコニア薄膜が形成されているインク
ジェット記録ヘッドの製造において、単結晶シリコン基
板上に有機ジルコニウム化合物を加水分解したゾルを塗
布し、１２００℃から１４００℃の温度範囲に加熱して
安定化した結晶相からなるジルコニア薄膜とした後、圧
電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより達成さ
れる。
の下地に緻密なジルコニア薄膜が形成されているインク
ジェット記録ヘッドの製造において、単結晶シリコン基
板上に有機ジルコニウム化合物を加水分解したゾルを塗
布し、１２００℃から１４００℃の温度範囲に加熱して
安定化した結晶相からなるジルコニア薄膜とした後、圧
電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより達成さ
れる。
【０００６】
【作用】鉛の拡散防止膜としてのジルコニア薄膜は、緻
密かつ化学的に安定な状態で形成する必要がある。液相
で成膜できるゾルゲル法は、ゾルを網目状に重合が進む
よう調製できるため可能性がある。有機ジルコニウム化
合物としてはジルコニウムのアルコキシド、アリールオ
キシド、カルボン酸誘導体のいずれかが、加水分解安定
性に優れており、緻密なジルコニア薄膜形成に適してい
る。またゾルゲル法は、１０００℃以下の比較的低温で
加熱して基板上に定着できるが、結晶相として安定化さ
せる必要がある。粉体のジルコニアは２０００℃以上の
加熱により安定な立方晶となるが、ゾルゲル法を用いる
と１２００℃以上の温度で結晶化が可能である。１２５
０℃以上の温度まで加熱すると、容易に立方晶を主とし
た結晶相になるのでより好ましい。但し、単結晶シリコ
ン基板の耐熱性を考慮すると、１４００℃以下より好ま
しくは１３５０℃以下の加熱温度に制限される。
密かつ化学的に安定な状態で形成する必要がある。液相
で成膜できるゾルゲル法は、ゾルを網目状に重合が進む
よう調製できるため可能性がある。有機ジルコニウム化
合物としてはジルコニウムのアルコキシド、アリールオ
キシド、カルボン酸誘導体のいずれかが、加水分解安定
性に優れており、緻密なジルコニア薄膜形成に適してい
る。またゾルゲル法は、１０００℃以下の比較的低温で
加熱して基板上に定着できるが、結晶相として安定化さ
せる必要がある。粉体のジルコニアは２０００℃以上の
加熱により安定な立方晶となるが、ゾルゲル法を用いる
と１２００℃以上の温度で結晶化が可能である。１２５
０℃以上の温度まで加熱すると、容易に立方晶を主とし
た結晶相になるのでより好ましい。但し、単結晶シリコ
ン基板の耐熱性を考慮すると、１４００℃以下より好ま
しくは１３５０℃以下の加熱温度に制限される。
【０００７】振動板としてのジルコニア薄膜は、緻密か
つ化学的に安定な状態であるとともに、機械的強度が強
く高靱性の材料として形成する必要がある。そのために
は１２００℃から１４００℃の温度範囲に加熱して安定
化した結晶相からなるジルコニア薄膜とする必要があ
る。しかし、鉛の拡散防止膜としては０．１μｍ程度の
膜厚で十分であったが、振動板としては０．３μｍ以上
の膜厚が必要となる。一方、緻密な厚い膜を結晶化させ
ると、密度変化によりクラックが発生しやすくなり、特
に２μｍ以上の膜厚において顕緒である。但し、計算上
は２μｍ以下の膜厚の振動板でも十分なインク吐出量が
得られるため、インクジェット記録ヘッド応用において
は２μｍ以下の膜厚にとどめることが望ましい。
つ化学的に安定な状態であるとともに、機械的強度が強
く高靱性の材料として形成する必要がある。そのために
は１２００℃から１４００℃の温度範囲に加熱して安定
化した結晶相からなるジルコニア薄膜とする必要があ
る。しかし、鉛の拡散防止膜としては０．１μｍ程度の
膜厚で十分であったが、振動板としては０．３μｍ以上
の膜厚が必要となる。一方、緻密な厚い膜を結晶化させ
ると、密度変化によりクラックが発生しやすくなり、特
に２μｍ以上の膜厚において顕緒である。但し、計算上
は２μｍ以下の膜厚の振動板でも十分なインク吐出量が
得られるため、インクジェット記録ヘッド応用において
は２μｍ以下の膜厚にとどめることが望ましい。
【０００８】
（実施例１）図１はインクジェット記録ヘッドの一例を
模式的に示した断面図である。１は圧力室であり、圧電
体素子によってインク吐出のための圧力を得る部分であ
る。２は単結晶シリコン製の第一基板でインク流路用の
パターン溝が形成されている。３はガラス製の第二基板
であり、両者の張り合わせによってインク流路は形成さ
れる。４が窒化ケイ素製の振動板であり、５がジルコニ
ア製の鉛拡散防止膜である。６が白金製の下電極であ
り、７がＰＺＴ製の圧電体薄膜、８が金製の上電極であ
る。
模式的に示した断面図である。１は圧力室であり、圧電
体素子によってインク吐出のための圧力を得る部分であ
る。２は単結晶シリコン製の第一基板でインク流路用の
パターン溝が形成されている。３はガラス製の第二基板
であり、両者の張り合わせによってインク流路は形成さ
れる。４が窒化ケイ素製の振動板であり、５がジルコニ
ア製の鉛拡散防止膜である。６が白金製の下電極であ
り、７がＰＺＴ製の圧電体薄膜、８が金製の上電極であ
る。
【０００９】単結晶シリコン基板上にスパッタ法で、窒
化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。その上にジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。ゾルはジルコニア換算で２重量％の
塗布液で、テトラエトキシジルコニウムをエチルアルコ
ールに分散させ、５倍モル量の水と酢酸を添加して加水
分解し、均一となった加水分解溶液を２−エトキシエタ
ノールで希釈して調整した。更に０．５μｍのフィルタ
ーを通し、黄色味がかった透明な塗布液とした。冷暗所
で保存すると、一週間以上は透明で均一な溶液であっ
た。塗布した後、基板を室温で約１時間静置した後、最
高温度１３００℃で１時間加熱処理し、緻密なジルコニ
ア薄膜を約０．２μｍの厚みで形成できた。光学顕微鏡
観察では平滑な鏡面で、欠陥や粒界は認められなかっ
た。Ｘ線解析により、立方晶が主成分で単斜晶が混在し
た混晶であることがわかった。また、破断面を走査型電
子顕微鏡で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均
質な膜で、貫通孔は認められなかった。
化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。その上にジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。ゾルはジルコニア換算で２重量％の
塗布液で、テトラエトキシジルコニウムをエチルアルコ
ールに分散させ、５倍モル量の水と酢酸を添加して加水
分解し、均一となった加水分解溶液を２−エトキシエタ
ノールで希釈して調整した。更に０．５μｍのフィルタ
ーを通し、黄色味がかった透明な塗布液とした。冷暗所
で保存すると、一週間以上は透明で均一な溶液であっ
た。塗布した後、基板を室温で約１時間静置した後、最
高温度１３００℃で１時間加熱処理し、緻密なジルコニ
ア薄膜を約０．２μｍの厚みで形成できた。光学顕微鏡
観察では平滑な鏡面で、欠陥や粒界は認められなかっ
た。Ｘ線解析により、立方晶が主成分で単斜晶が混在し
た混晶であることがわかった。また、破断面を走査型電
子顕微鏡で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均
質な膜で、貫通孔は認められなかった。
【００１０】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。９００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
上にスパッタ法によりチタンを介して金を約０．１μｍ
の厚みで形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムによるフォト
エッチングにより、上電極とした。９００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。また、アルカリによるフォトレジスト剥離工
程や、エッチング工程でジルコニア薄膜が劣化すること
はなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボル
ト以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優
れたものであった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。９００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
上にスパッタ法によりチタンを介して金を約０．１μｍ
の厚みで形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムによるフォト
エッチングにより、上電極とした。９００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。また、アルカリによるフォトレジスト剥離工
程や、エッチング工程でジルコニア薄膜が劣化すること
はなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボル
ト以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優
れたものであった。
【００１１】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１２】（実施例２）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのカル
ボン酸誘導体を加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で０．５重量％の塗布液
で、テトラオクチル酸ジルコニウムをイソプロピルアル
コールに分散させ、微量の塩酸水溶液を添加して加水分
解し、０．５μｍのフィルターを通して塗布液とした。
塗布液は均一で透明な液体であった。塗布した後、基板
を室温で約１時間静置した後、最高温度１３５０℃で１
時間加熱処理して、約０．０５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡
面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析によ
り、立方晶が主成分で立方晶と単斜晶が混在した混晶で
あることがわかった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均質な膜
で、貫通孔は認められなかった。
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上にジルコニウムのカル
ボン酸誘導体を加水分解したゾルを、スピンコートで塗
布した。ゾルはジルコニア換算で０．５重量％の塗布液
で、テトラオクチル酸ジルコニウムをイソプロピルアル
コールに分散させ、微量の塩酸水溶液を添加して加水分
解し、０．５μｍのフィルターを通して塗布液とした。
塗布液は均一で透明な液体であった。塗布した後、基板
を室温で約１時間静置した後、最高温度１３５０℃で１
時間加熱処理して、約０．０５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡
面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析によ
り、立方晶が主成分で立方晶と単斜晶が混在した混晶で
あることがわかった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均質な膜
で、貫通孔は認められなかった。
【００１３】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約２μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で１時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１３０ｐＣ／Ｎと優れたも
のであった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約２μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で１時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１３０ｐＣ／Ｎと優れたも
のであった。
【００１４】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１５】（実施例３）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、その上にジルコニウムのアリー
ルオキシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗布
した。ゾルはジルコニア換算で４重量％の塗布液で、ジ
ルコニウムアセチルアセトナートをブチルアルコールに
分散させ、硝酸を触媒として加水分解し、０．５μｍの
フィルターを通して塗布液とした。塗布液は均一で透明
な液体であった。毎分１５００回転の速度でスピンコー
トした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更に塗
布、乾燥を３回繰り返した。最高温度１２５０℃で２時
間加熱処理して、約１．５μｍの厚みの緻密なジルコニ
ア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡面
で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析により、
立方晶が主成分で単斜晶と非晶質成分が混在した状態で
あることがわかった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均質な膜
で、貫通孔は認められなかった。
ケイ素層を形成した後、その上にジルコニウムのアリー
ルオキシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗布
した。ゾルはジルコニア換算で４重量％の塗布液で、ジ
ルコニウムアセチルアセトナートをブチルアルコールに
分散させ、硝酸を触媒として加水分解し、０．５μｍの
フィルターを通して塗布液とした。塗布液は均一で透明
な液体であった。毎分１５００回転の速度でスピンコー
トした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更に塗
布、乾燥を３回繰り返した。最高温度１２５０℃で２時
間加熱処理して、約１．５μｍの厚みの緻密なジルコニ
ア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡面
で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析により、
立方晶が主成分で単斜晶と非晶質成分が混在した状態で
あることがわかった。また、破断面を走査型電子顕微鏡
で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均質な膜
で、貫通孔は認められなかった。
【００１６】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で２時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。また、振動板としてのジルコニア薄膜
も十分なヤング率を有していた。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。８００℃で２時間アニールすること
により、強誘電体とした。その上にスパッタ法によりチ
タンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォト
エッチングにより、上電極とした。８００℃のアニール
において鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発生し
なかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボルト
以上有り、圧電ひずみ定数が１５０ｐＣ／Ｎと大変優れ
たものであった。また、振動板としてのジルコニア薄膜
も十分なヤング率を有していた。
【００１７】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００１８】（実施例４）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、その上にジルコニウムのアルコ
キシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗布し
た。ゾルはジルコニア換算で３重量％の塗布液で、テト
ラエトキシジルコニウムを２−エトキシエタノールに分
散させ、酢酸を添加して加水分解し、均一となった加水
分解溶液を０．５μｍのフィルターを通して調製した。
毎分２０００回転の速度でスピンコートした後、基板を
１５０℃で約１時間加熱し、更に塗布、乾燥をもう一度
繰り返した。最高温度１３７０℃で２時間加熱処理し
て、約０．５μｍの厚みの緻密なジルコニア薄膜を形成
できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡面で、欠陥や粒界
は認められなかった。Ｘ線解析により、立方晶が主成分
の単晶であることがわかった。また、破断面を走査型電
子顕微鏡で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均
質な膜で、貫通孔は認められなかった。
ケイ素層を形成した後、その上にジルコニウムのアルコ
キシドを加水分解したゾルを、スピンコートで塗布し
た。ゾルはジルコニア換算で３重量％の塗布液で、テト
ラエトキシジルコニウムを２−エトキシエタノールに分
散させ、酢酸を添加して加水分解し、均一となった加水
分解溶液を０．５μｍのフィルターを通して調製した。
毎分２０００回転の速度でスピンコートした後、基板を
１５０℃で約１時間加熱し、更に塗布、乾燥をもう一度
繰り返した。最高温度１３７０℃で２時間加熱処理し
て、約０．５μｍの厚みの緻密なジルコニア薄膜を形成
できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡面で、欠陥や粒界
は認められなかった。Ｘ線解析により、立方晶が主成分
の単晶であることがわかった。また、破断面を走査型電
子顕微鏡で観察すると微小な結晶が緻密に充填された均
質な膜で、貫通孔は認められなかった。
【００１９】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。１１５０℃で１時間アニールするこ
とにより、強誘電体とした。その上にスパッタ法により
チタンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォ
トエッチングにより、上電極とした。１１５０℃のアニ
ールにおいて鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発
生しなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボ
ルト以上有り、圧電ひずみ定数が２００ｐＣ／Ｎと大変
優れたものであった。また、振動板としてのジルコニア
薄膜も十分なヤング率を有していた。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。１１５０℃で１時間アニールするこ
とにより、強誘電体とした。その上にスパッタ法により
チタンを介して金を約０．１μｍの厚みで形成し、フォ
トエッチングにより、上電極とした。１１５０℃のアニ
ールにおいて鉛の拡散は認められず、積層膜の剥離も発
生しなかった。圧電体素子としての特性は耐圧が３０ボ
ルト以上有り、圧電ひずみ定数が２００ｐＣ／Ｎと大変
優れたものであった。また、振動板としてのジルコニア
薄膜も十分なヤング率を有していた。
【００２０】このように作製したシリコン基板を用い、
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
異方性エッチングにより流路形成して製造したインクジ
ェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験を行
なったところ、十分な量のインクの吐出が得られ、クロ
ストーク等のトラブルは発生しなかった。小型で量産性
の高い、高精細の印字が可能となるインクジェット記録
ヘッドを達成できた。
【００２１】（比較例１）単結晶シリコン基板上にスパ
ッタ法で、窒化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。
その上に実施例１と同様のジルコニウムのアルコキシド
を加水分解したゾルを、スピンコートで塗布した。塗布
した後、基板を室温で約１時間静置した後、最高温度１
１５０℃で２時間加熱処理し、緻密なジルコニア薄膜を
約０．２μｍの厚みで形成できた。光学顕微鏡観察では
平滑な鏡面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解
析により、非晶質が主成分で極僅かに立方晶成分が存在
する状態であることがわかった。また、破断面を走査型
電子顕微鏡で観察するとガラス質の均質な膜で、粒界は
認められなかった。
ッタ法で、窒化ケイ素薄膜を１μｍの膜厚で形成した。
その上に実施例１と同様のジルコニウムのアルコキシド
を加水分解したゾルを、スピンコートで塗布した。塗布
した後、基板を室温で約１時間静置した後、最高温度１
１５０℃で２時間加熱処理し、緻密なジルコニア薄膜を
約０．２μｍの厚みで形成できた。光学顕微鏡観察では
平滑な鏡面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解
析により、非晶質が主成分で極僅かに立方晶成分が存在
する状態であることがわかった。また、破断面を走査型
電子顕微鏡で観察するとガラス質の均質な膜で、粒界は
認められなかった。
【００２２】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。９００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
際白金電極がいたるところで浮き上がり、凹凸のある表
面となった。破断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、
シリコン基板と窒化ケイ素薄膜との間で剥離が発生して
いた。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、王水によるフォト
エッチングにより、下電極とした。更に、スパッタ法に
よりＰＺＴを約３μｍの厚みで形成し、熱塩酸によるフ
ォトエッチングによりパターンニングした。９００℃で
１時間アニールすることにより、強誘電体とした。その
際白金電極がいたるところで浮き上がり、凹凸のある表
面となった。破断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、
シリコン基板と窒化ケイ素薄膜との間で剥離が発生して
いた。
【００２３】（比較例２）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、その上に実施例３と同様のジル
コニウムのアリールオキシドを加水分解したゾルを、ス
ピンコートで塗布した。毎分１５００回転の速度でスピ
ンコートした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更
に塗布、乾燥を５回繰り返した。最高温度１２５０℃で
２時間加熱処理して、約２．５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。ところが、直径３インチのシ
リコン基板上にクラックが多数発生していた。光学顕微
鏡でクラック以外の部分を観察すると平滑な鏡面で、欠
陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析により、立方晶
が主成分で単斜晶と非晶質成分が混在した状態であるこ
とがわかった。
ケイ素層を形成した後、その上に実施例３と同様のジル
コニウムのアリールオキシドを加水分解したゾルを、ス
ピンコートで塗布した。毎分１５００回転の速度でスピ
ンコートした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更
に塗布、乾燥を５回繰り返した。最高温度１２５０℃で
２時間加熱処理して、約２．５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。ところが、直径３インチのシ
リコン基板上にクラックが多数発生していた。光学顕微
鏡でクラック以外の部分を観察すると平滑な鏡面で、欠
陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析により、立方晶
が主成分で単斜晶と非晶質成分が混在した状態であるこ
とがわかった。
【００２４】微小領域においては実施例３と同様の状態
であったが、インクジェット記録ヘッドには応用できな
い。
であったが、インクジェット記録ヘッドには応用できな
い。
【００２５】（比較例３）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上に実施例２と同様のジ
ルコニウムのカルボン酸誘導体を加水分解したゾルを、
スピンコートで塗布した。塗布した後、基板を室温で約
１時間静置した後、最高温度１４５０℃で３０分間加熱
処理した。シリコン基板は原型をとどめず、液滴状の形
状をしていた。
ケイ素層を形成した後、スパッタ法で窒化ケイ素薄膜を
１μｍの膜厚で形成した。その上に実施例２と同様のジ
ルコニウムのカルボン酸誘導体を加水分解したゾルを、
スピンコートで塗布した。塗布した後、基板を室温で約
１時間静置した後、最高温度１４５０℃で３０分間加熱
処理した。シリコン基板は原型をとどめず、液滴状の形
状をしていた。
【００２６】（比較例４）単結晶シリコン基板上に酸化
ケイ素層を形成した後、その上に実施例４と同様のジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。毎分２０００回転の速度でスピンコ
ートした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更に塗
布、乾燥をもう一度繰り返した。最高温度１３７０℃で
２時間加熱処理して、約０．５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡
面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析によ
り、立方晶が主成分の単晶であることがわかった。ま
た、破断面を走査型電子顕微鏡で観察すると微小な結晶
が緻密に充填された均質な膜で、貫通孔は認められなか
った。
ケイ素層を形成した後、その上に実施例４と同様のジル
コニウムのアルコキシドを加水分解したゾルを、スピン
コートで塗布した。毎分２０００回転の速度でスピンコ
ートした後、基板を１５０℃で約１時間加熱し、更に塗
布、乾燥をもう一度繰り返した。最高温度１３７０℃で
２時間加熱処理して、約０．５μｍの厚みの緻密なジル
コニア薄膜を形成できた。光学顕微鏡観察では平滑な鏡
面で、欠陥や粒界は認められなかった。Ｘ線解析によ
り、立方晶が主成分の単晶であることがわかった。ま
た、破断面を走査型電子顕微鏡で観察すると微小な結晶
が緻密に充填された均質な膜で、貫通孔は認められなか
った。
【００２７】その上にスパッタ法によりチタンを介して
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。１３００℃で１時間アニールを試み
た。積層膜の剥離は発生しなかったが、鉛成分が多量に
蒸発して組成比が変動し、予想していた強誘電体とはな
らなかった。
白金を約０．２μｍの厚みで形成し、フォトエッチング
により、下電極とした。更に、スパッタ法によりＰＺＴ
を約５μｍの厚みで形成し、フォトエッチングによりパ
ターンニングした。１３００℃で１時間アニールを試み
た。積層膜の剥離は発生しなかったが、鉛成分が多量に
蒸発して組成比が変動し、予想していた強誘電体とはな
らなかった。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、圧電
体素子の下地に緻密なジルコニア薄膜が形成されている
インクジェット記録ヘッドの製造において、単結晶シリ
コン基板上に有機ジルコニウム化合物を加水分解したゾ
ルを塗布し、１２００℃から１４００℃の温度範囲に加
熱して安定化した結晶相からなるジルコニア薄膜とした
後、圧電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより
強誘電体薄膜となった。７００℃以上の高温でアニール
を行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定
数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。小型で量産性の高
い、高精細の印字が可能となった。
体素子の下地に緻密なジルコニア薄膜が形成されている
インクジェット記録ヘッドの製造において、単結晶シリ
コン基板上に有機ジルコニウム化合物を加水分解したゾ
ルを塗布し、１２００℃から１４００℃の温度範囲に加
熱して安定化した結晶相からなるジルコニア薄膜とした
後、圧電体薄膜を積層し高温でアニールすることにより
強誘電体薄膜となった。７００℃以上の高温でアニール
を行なっても、鉛の拡散が防止でき、高い圧電ひずみ定
数と高いヤング率を持つ圧電体薄膜素子を備えたインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。小型で量産性の高
い、高精細の印字が可能となった。
【図１】 実施例１におけるインクジェット記録ヘッド
の概略を、模式的に示した断面図である。
の概略を、模式的に示した断面図である。
１ 圧力室
２ 単結晶シリコン製の第一基板
３ 第二基板
４ 振動板
５ ジルコニア製の鉛拡散防止膜
６ 下電極
７ ＰＺＴ製の圧電体薄膜
８ 上電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/045
B41J 2/055
B41J 2/16
H01L 41/09
Claims (4)
- 【請求項１】 強誘電体圧電体素子を備えたインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法において、 単結晶シリコン基板上に有機ジルコニウム化合物を加水
分解したゾルを塗布する工程と、１２００℃から１４０
０℃の温度範囲に加熱して前記ゾルを安定化した結晶相
からなるジルコニア薄膜とする工程と、圧電体薄膜を積
層し７００℃以上の高温でアニ−ルすることにより該圧
電体薄膜を強誘電体圧電素子とする工程とを有すること
を特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項２】 前記加熱により安定化したジルコニアの
結晶相が、立方晶、正方晶、単斜晶いずれかからなる単
晶または混晶からなり、該ジルコニア薄膜の膜厚が２μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項３】 前記ジルコニア薄膜の結晶化温度がより
好ましくは１２５０℃から１３００℃の温度範囲であ
り、圧電体薄膜のアニ−ル温度が７００℃から１２００
℃の温度範囲であることを特徴とする請求項１記載のイ
ンクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項４】 インクジェット記録ヘッドにおいて、 単結晶シリコン基板上に安定化した結晶相からなるジル
コニア薄膜と、圧電体薄膜を積層し７００℃以上の高温
でアニ−ルすることにより形成される強誘電体圧電素子
とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3953994A JP3451700B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3953994A JP3451700B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07246705A JPH07246705A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3451700B2 true JP3451700B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=12555862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3953994A Expired - Lifetime JP3451700B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451700B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3503386B2 (ja) | 1996-01-26 | 2004-03-02 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 |
| DE69705031T2 (de) | 1996-10-28 | 2001-09-13 | Seiko Epson Corp | Tintenstrahlaufzeichnungskopf |
| DE69804724T2 (de) * | 1997-07-25 | 2002-08-14 | Seiko Epson Corp | Tintenstrahldruckkopf und sein Herstellungsverfahren |
| US7380318B2 (en) | 2003-11-13 | 2008-06-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing liquid discharge head |
| JP6205703B2 (ja) * | 2012-10-24 | 2017-10-04 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエーター、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置 |
| JP2014175577A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、超音波トランデューサー及び超音波デバイス |
| JP2014198398A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-23 | セイコーエプソン株式会社 | 流路ユニット、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、流路ユニットの製造方法 |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP3953994A patent/JP3451700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07246705A (ja) | 1995-09-26 |
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