JP3517876B2 - 強誘電体薄膜素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents
強誘電体薄膜素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電体素子、不揮発
性強誘電体メモリ素子、焦電素子等として機能する強誘
電体薄膜素子に係わり、特に、強誘電体薄膜の配向方位
制御技術及び当該素子の下部電極の改良技術に関する。
性強誘電体メモリ素子、焦電素子等として機能する強誘
電体薄膜素子に係わり、特に、強誘電体薄膜の配向方位
制御技術及び当該素子の下部電極の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】強誘電性を示す複合酸化物の結晶性材
料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム、ニオブ酸リチウム等には、自発分極、高誘電率、電
気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の多くの機能を
もつので、広範なデバイス開発に応用されている。例え
ば、その圧電性を利用して圧電体素子として、高誘電性
を利用してＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access
Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memor
y）等のキャパシタに、焦電性を利用して赤外線リニア
アレイセンサに、また、その電気光学効果を利用して導
波路型光変調器にと、様々な方面で用いられている。こ
のように多様な機能を有する強誘電体薄膜素子を機能素
子ともいう。
料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ム、ニオブ酸リチウム等には、自発分極、高誘電率、電
気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の多くの機能を
もつので、広範なデバイス開発に応用されている。例え
ば、その圧電性を利用して圧電体素子として、高誘電性
を利用してＦＲＡＭ（Ferroelectric Random Access
Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memor
y）等のキャパシタに、焦電性を利用して赤外線リニア
アレイセンサに、また、その電気光学効果を利用して導
波路型光変調器にと、様々な方面で用いられている。こ
のように多様な機能を有する強誘電体薄膜素子を機能素
子ともいう。
【０００３】このような強誘電体薄膜素子では、強誘電
体薄膜の結晶方位によって特性が変化する場合が多い。
例えば、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体の
一種であるチタン酸鉛系強誘電体の多くはその結晶構造
が正方晶系であり、ｃ軸方向に自発分極を持つ。このた
め、ｃ軸を基板と垂直方向に配向させることにより（ｃ
軸配向処理）、基板と垂直方向の自発分極を最大にする
ことができ、かかる特性を利用した強誘電体薄膜素子の
性能を最大限に発揮することができる。
体薄膜の結晶方位によって特性が変化する場合が多い。
例えば、ペロブスカイト型結晶構造を有する強誘電体の
一種であるチタン酸鉛系強誘電体の多くはその結晶構造
が正方晶系であり、ｃ軸方向に自発分極を持つ。このた
め、ｃ軸を基板と垂直方向に配向させることにより（ｃ
軸配向処理）、基板と垂直方向の自発分極を最大にする
ことができ、かかる特性を利用した強誘電体薄膜素子の
性能を最大限に発揮することができる。
【０００４】このような理由から、強誘電体薄膜、特に
ペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸鉛系強誘電
体膜を成膜する際には結晶配向の制御が必要になる。更
に、これら強誘電体薄膜は結晶面の配向方位に応じて電
気的特性が変化するため、強誘電体薄膜素子の用途に応
じて配向処理をすることが必要になる。例えば、ＦＲＡ
Ｍのような強誘電体薄膜の分極特性を利用した不揮発性
強誘電体メモリ素子においては、（１００）優先配向が
好ましいことが知られている。また、電気機械変換素子
（アクチュエータ）として利用される圧電体素子におい
ては、直流駆動をする場合には、駆動電圧領域における
圧電定数ｄ３１の特性上、（１１１）優先配向が好まし
いことが知れらている。
ペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸鉛系強誘電
体膜を成膜する際には結晶配向の制御が必要になる。更
に、これら強誘電体薄膜は結晶面の配向方位に応じて電
気的特性が変化するため、強誘電体薄膜素子の用途に応
じて配向処理をすることが必要になる。例えば、ＦＲＡ
Ｍのような強誘電体薄膜の分極特性を利用した不揮発性
強誘電体メモリ素子においては、（１００）優先配向が
好ましいことが知られている。また、電気機械変換素子
（アクチュエータ）として利用される圧電体素子におい
ては、直流駆動をする場合には、駆動電圧領域における
圧電定数ｄ３１の特性上、（１１１）優先配向が好まし
いことが知れらている。
【０００５】ところで、強誘電体薄膜の結晶配向方位
は、自然配向する場合を除いて、強誘電体薄膜の成膜の
際に下地になる基板或いは下部電極の結晶方位の影響を
受けて決定される。このため、下地となる基板或いは下
部電極の材料を適切に選択することが強誘電体薄膜の配
向制御に必要不可欠になる。強誘電体薄膜素子の基板と
してシリコン基板を用い、下部電極と基板の絶縁性を確
保するために二酸化珪素膜を成膜するのが一般的である
から、下部電極の特性として、アモルファス膜の上に成
膜されても配向性の良い膜になることが要求される。か
かる要求を満たす電極として、従来は白金電極が使用さ
れてきた。白金電極はジルコン酸チタン酸鉛と格子定数
が整合し、更に、酸化されにくいために誘電体層との界
面に酸化白金層を形成せず、素子の性能を劣化させにく
いという特性を有している。
は、自然配向する場合を除いて、強誘電体薄膜の成膜の
際に下地になる基板或いは下部電極の結晶方位の影響を
受けて決定される。このため、下地となる基板或いは下
部電極の材料を適切に選択することが強誘電体薄膜の配
向制御に必要不可欠になる。強誘電体薄膜素子の基板と
してシリコン基板を用い、下部電極と基板の絶縁性を確
保するために二酸化珪素膜を成膜するのが一般的である
から、下部電極の特性として、アモルファス膜の上に成
膜されても配向性の良い膜になることが要求される。か
かる要求を満たす電極として、従来は白金電極が使用さ
れてきた。白金電極はジルコン酸チタン酸鉛と格子定数
が整合し、更に、酸化されにくいために誘電体層との界
面に酸化白金層を形成せず、素子の性能を劣化させにく
いという特性を有している。
【０００６】下部電極に関連する技術として、特開平７
−２４５２３６号公報によれば、下部電極としてイリジ
ウム層或いは白金とイリジウムの合金層を有する構造が
ＰＺＴと下部電極の格子定数のマッチングに好適である
ことが報告されている。また、同公報の改良技術とし
て、特開平８−３３５６７６号公報によれば、下部電極
としてイリジウム層或いは白金とイリジウムの合金層を
有する構造において、ＰＺＴの成分元素の核（チタン）
を下部電極上に形成すると、核を中心に結晶が成長し、
ＰＺＴ膜の緻密性を確保することができると報告されて
いる。
−２４５２３６号公報によれば、下部電極としてイリジ
ウム層或いは白金とイリジウムの合金層を有する構造が
ＰＺＴと下部電極の格子定数のマッチングに好適である
ことが報告されている。また、同公報の改良技術とし
て、特開平８−３３５６７６号公報によれば、下部電極
としてイリジウム層或いは白金とイリジウムの合金層を
有する構造において、ＰＺＴの成分元素の核（チタン）
を下部電極上に形成すると、核を中心に結晶が成長し、
ＰＺＴ膜の緻密性を確保することができると報告されて
いる。
【０００７】さらに、下地となる基板に関連する技術と
して、特開平５−２８１５００号公報には、ニオブ酸リ
チウム薄膜をサファイア（００１）面単結晶基板上でゾ
ル・ゲル法により成膜する技術が報告されている。かか
る技術によれば、基板の結晶性を利用することで、強誘
電体薄膜の結晶軸を一軸配向させることができる。
して、特開平５−２８１５００号公報には、ニオブ酸リ
チウム薄膜をサファイア（００１）面単結晶基板上でゾ
ル・ゲル法により成膜する技術が報告されている。かか
る技術によれば、基板の結晶性を利用することで、強誘
電体薄膜の結晶軸を一軸配向させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のように、下部電極（或いは基板）と強誘電体薄膜の格
子定数を整合させる等、下部電極（或いは基板）による
強誘電体薄膜の配向性に影響する条件を最適に設定する
ことで配向性に優れた強誘電体薄膜を成膜できたとして
も、強誘電体薄膜素子の用途に応じて強誘電体薄膜の配
向方位を任意に制御することは困難であった。例えば、
ゾル・ゲル法でＰＺＴ膜を成膜する際の成膜条件を変え
てみても、不揮発性強誘電体メモリ素子に好適な（１０
０）優先配向と、電気機械変換素子を直流駆動する際に
好適な（１１１）優先配向を任意に制御することは困難
であった。
のように、下部電極（或いは基板）と強誘電体薄膜の格
子定数を整合させる等、下部電極（或いは基板）による
強誘電体薄膜の配向性に影響する条件を最適に設定する
ことで配向性に優れた強誘電体薄膜を成膜できたとして
も、強誘電体薄膜素子の用途に応じて強誘電体薄膜の配
向方位を任意に制御することは困難であった。例えば、
ゾル・ゲル法でＰＺＴ膜を成膜する際の成膜条件を変え
てみても、不揮発性強誘電体メモリ素子に好適な（１０
０）優先配向と、電気機械変換素子を直流駆動する際に
好適な（１１１）優先配向を任意に制御することは困難
であった。
【０００９】また、本発明者の鋭意検討により、強誘電
体薄膜素子を電気機械変換素子として使用する場合、数
ｋＨｚ程度の駆動周波数領域（低周波領域）では強誘電
体薄膜を（１１１）優先配向にすると圧電定数ｄ３１の
値が高くなり、数十ｋＨｚ程度の駆動周波数領域（高周
波領域）では強誘電体薄膜を（１００）優先配向にする
と圧電定数ｄ３１の値が高くなることが判明した。これ
は、強誘電体薄膜を（１００）優先配向にすると圧電定
数ｄ３１は駆動周波数に拘わらず、ほぼ一定になるのに
対し、強誘電体薄膜を（１１１）優先配向にすると駆動
周波数が高周波数になるに従い圧電定数ｄ３１の値が小
さくなるためであると考えられる。従って、電気機械変
換素子の駆動周波数に応じて強誘電体薄膜の配向方位を
任意に制御できることが望ましい。
体薄膜素子を電気機械変換素子として使用する場合、数
ｋＨｚ程度の駆動周波数領域（低周波領域）では強誘電
体薄膜を（１１１）優先配向にすると圧電定数ｄ３１の
値が高くなり、数十ｋＨｚ程度の駆動周波数領域（高周
波領域）では強誘電体薄膜を（１００）優先配向にする
と圧電定数ｄ３１の値が高くなることが判明した。これ
は、強誘電体薄膜を（１００）優先配向にすると圧電定
数ｄ３１は駆動周波数に拘わらず、ほぼ一定になるのに
対し、強誘電体薄膜を（１１１）優先配向にすると駆動
周波数が高周波数になるに従い圧電定数ｄ３１の値が小
さくなるためであると考えられる。従って、電気機械変
換素子の駆動周波数に応じて強誘電体薄膜の配向方位を
任意に制御できることが望ましい。
【００１０】また、特開平８−３３５６７６号公報に開
示されている技術によれば、ＰＺＴの成分元素の核（チ
タン）を下部電極上に形成することで核を中心に結晶が
成長し、ＰＺＴ膜の緻密性を確保することができるが、
下部電極としてイリジウム単体を用い、ゾル・ゲル法で
ＰＺＴ膜を成膜すると、ＰＺＴ膜の焼成工程の際に下部
電極が酸素を含有して膨らんでしまう問題が生じてい
た。下部電極が酸素を含有すると、硬くて脆くなるた
め、これをアクチュエータとして使用すると下部電極が
破壊してしまう問題があった。
示されている技術によれば、ＰＺＴの成分元素の核（チ
タン）を下部電極上に形成することで核を中心に結晶が
成長し、ＰＺＴ膜の緻密性を確保することができるが、
下部電極としてイリジウム単体を用い、ゾル・ゲル法で
ＰＺＴ膜を成膜すると、ＰＺＴ膜の焼成工程の際に下部
電極が酸素を含有して膨らんでしまう問題が生じてい
た。下部電極が酸素を含有すると、硬くて脆くなるた
め、これをアクチュエータとして使用すると下部電極が
破壊してしまう問題があった。
【００１１】また、強誘電体薄膜素子を電気機械変換素
子として用いる場合、従来では電気機械変換素子と当該
素子の設置面との接着性を向上させるために、下部電極
と設置面との間にチタン、クロム等の密着層（バッファ
層）を設ける構成を採用していた。しかしながら、本願
発明者は電気機械変換素子の製造工程の際に、密着層の
構成元素、例えば、チタンが熱処理によって拡散し強誘
電体薄膜中に移動してしまうことによって、電気機械変
換素子の圧電特性を低下させていることを見出した。こ
れは、チタンが強誘電体薄膜中に混入することによって
当該膜中の化学量論比がくずれたり、下部電極と強誘電
体薄膜の界面に低誘電率層が発生したりするためである
と考えられる。
子として用いる場合、従来では電気機械変換素子と当該
素子の設置面との接着性を向上させるために、下部電極
と設置面との間にチタン、クロム等の密着層（バッファ
層）を設ける構成を採用していた。しかしながら、本願
発明者は電気機械変換素子の製造工程の際に、密着層の
構成元素、例えば、チタンが熱処理によって拡散し強誘
電体薄膜中に移動してしまうことによって、電気機械変
換素子の圧電特性を低下させていることを見出した。こ
れは、チタンが強誘電体薄膜中に混入することによって
当該膜中の化学量論比がくずれたり、下部電極と強誘電
体薄膜の界面に低誘電率層が発生したりするためである
と考えられる。
【００１２】ところで強誘電体薄膜は自発分極を持ち、
外部電場の作用により分極方向を反転させることができ
るため、この特性を用いて不揮発性メモリを製造するこ
とができる。強誘電体薄膜素子をメモリ素子として応用
する場合、従来では誘電体薄膜の特性向上や経時劣化を
防ぐ目的で白金とイリジウムの合金やイリジウム、酸化
イリジウムが強誘電体薄膜に電界を印加するための下部
電極として使用されていた。例えば米国特許５１２２９
２３号、米国特許５１９１５１０号、特開平７−２４５
２８７号にこれらの使用例が報告されている。
外部電場の作用により分極方向を反転させることができ
るため、この特性を用いて不揮発性メモリを製造するこ
とができる。強誘電体薄膜素子をメモリ素子として応用
する場合、従来では誘電体薄膜の特性向上や経時劣化を
防ぐ目的で白金とイリジウムの合金やイリジウム、酸化
イリジウムが強誘電体薄膜に電界を印加するための下部
電極として使用されていた。例えば米国特許５１２２９
２３号、米国特許５１９１５１０号、特開平７−２４５
２８７号にこれらの使用例が報告されている。
【００１３】しかし、メモリ素子に用いられていた白金
とイリジウムとの合金やイリジウム、酸化イリジウムか
らなる下部電極は、インクジェット式記録ヘッドのよう
に電気機械変換素子として使用する場合には不都合が生
じていた。つまり、インクジェット式記録ヘッドでは電
気機械変換素子自体を変形させる必要があるが、イリジ
ウムを含む下部電極では、下部電極の硬度が高すぎた
り、下部電極中に発生する膜応力が大きすぎるとった課
題があった。また下部電極と設置面間及び下部電極と強
誘電体薄膜間の密着力が劣るという課題があった。
とイリジウムとの合金やイリジウム、酸化イリジウムか
らなる下部電極は、インクジェット式記録ヘッドのよう
に電気機械変換素子として使用する場合には不都合が生
じていた。つまり、インクジェット式記録ヘッドでは電
気機械変換素子自体を変形させる必要があるが、イリジ
ウムを含む下部電極では、下部電極の硬度が高すぎた
り、下部電極中に発生する膜応力が大きすぎるとった課
題があった。また下部電極と設置面間及び下部電極と強
誘電体薄膜間の密着力が劣るという課題があった。
【００１４】さらに、第５９回応用物理学会学術講演
集、１９９８年９月１５日発行、p450の論文「Ir電極上
に堆積したＰＺＴキャパシタのリーク機構の解明」に記
載されているように、イリジウムを下部電極として使用
した場合に、リーク電流が大幅に増大することが問題に
なっている。このため、強誘電体薄膜をインクジェット
式記録ヘッドのアクチュエータとして使用する場合に
は、下部電極として白金を使用することが普通であっ
た。
集、１９９８年９月１５日発行、p450の論文「Ir電極上
に堆積したＰＺＴキャパシタのリーク機構の解明」に記
載されているように、イリジウムを下部電極として使用
した場合に、リーク電流が大幅に増大することが問題に
なっている。このため、強誘電体薄膜をインクジェット
式記録ヘッドのアクチュエータとして使用する場合に
は、下部電極として白金を使用することが普通であっ
た。
【００１５】このため、電気機械変換素子の下部電極に
は白金が好適であるが、電気機械変換素子の製造工程中
における強誘電体薄膜中への不純物（例えば、チタン）
の混入を防止し、さらに下部電極と設置面間及び下部電
極と強誘電体薄膜間の密着力を向上させることのできる
構造を備えた下部電極の実現が望まれている。
は白金が好適であるが、電気機械変換素子の製造工程中
における強誘電体薄膜中への不純物（例えば、チタン）
の混入を防止し、さらに下部電極と設置面間及び下部電
極と強誘電体薄膜間の密着力を向上させることのできる
構造を備えた下部電極の実現が望まれている。
【００１６】また、電気機械変換素子の下部電極とし
て、特開平７−２４５２３６号公報に開示されているよ
うに白金とイリジウムとの合金を用いた場合や、特開平
７−２４５２３７号公報に開示されているように酸化イ
リジウムを用いた場合には、強誘電体薄膜を焼成し、結
晶化させる際に、イリジウムを含む下部電極に残留応力
が発生し、この残留応力が電気機械変換素子の特性を劣
化させるという不都合があった。例えば、下部電極に発
生した残留応力が強誘電体薄膜に歪を与え、体積変化率
を下げてしまうおそれがあった。
て、特開平７−２４５２３６号公報に開示されているよ
うに白金とイリジウムとの合金を用いた場合や、特開平
７−２４５２３７号公報に開示されているように酸化イ
リジウムを用いた場合には、強誘電体薄膜を焼成し、結
晶化させる際に、イリジウムを含む下部電極に残留応力
が発生し、この残留応力が電気機械変換素子の特性を劣
化させるという不都合があった。例えば、下部電極に発
生した残留応力が強誘電体薄膜に歪を与え、体積変化率
を下げてしまうおそれがあった。
【００１７】そこで、本発明は、強誘電体薄膜素子の用
途に応じて強誘電体薄膜の結晶配向方位を制御すること
のできる強誘電体薄膜素子の製造方法を提供することを
課題とする。さらには、この製造法によって得られる電
気機械変換素子をインク吐出駆動源とするインクジェッ
ト式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット
プリンタを提供することを課題とする。また、本製造法
によって得られる強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
不揮発性強誘電体メモリ及びその製造方法を提供するこ
とを課題とする。
途に応じて強誘電体薄膜の結晶配向方位を制御すること
のできる強誘電体薄膜素子の製造方法を提供することを
課題とする。さらには、この製造法によって得られる電
気機械変換素子をインク吐出駆動源とするインクジェッ
ト式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット
プリンタを提供することを課題とする。また、本製造法
によって得られる強誘電体薄膜素子をキャパシタとする
不揮発性強誘電体メモリ及びその製造方法を提供するこ
とを課題とする。
【００１８】また、本発明は下部電極の材料としてイリ
ジウム単体を用いた場合に、信頼性の高い駆動特性を有
する電気機械変換素子の製造方法を提供することを課題
とする。
ジウム単体を用いた場合に、信頼性の高い駆動特性を有
する電気機械変換素子の製造方法を提供することを課題
とする。
【００１９】さらに、本発明は圧電特性を劣化させずに
設置面との密着性を向上させることのできる電気機械変
換素子、それを用いたインクジェット式記録ヘッド及び
インクジェットプリンタを提供することを課題とする。
また、本発明は圧電特性を劣化させずに設置面との密着
性を維持可能な層構造を有する電気機械変換素子の製造
方法を提供することを課題とする。
設置面との密着性を向上させることのできる電気機械変
換素子、それを用いたインクジェット式記録ヘッド及び
インクジェットプリンタを提供することを課題とする。
また、本発明は圧電特性を劣化させずに設置面との密着
性を維持可能な層構造を有する電気機械変換素子の製造
方法を提供することを課題とする。
【００２０】また、本発明は焼成時における残留応力が
低減されることによって高い圧電特性を備えた電気機械
変換素子及びそれを用いたインクジェット式記録ヘッ
ド、プリンタ並びに電気機械変換素子の製造方法を提供
することを課題とする。
低減されることによって高い圧電特性を備えた電気機械
変換素子及びそれを用いたインクジェット式記録ヘッ
ド、プリンタ並びに電気機械変換素子の製造方法を提供
することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の強誘電体薄膜素
子の製造方法では、酸化ジルコニウムを主成分とする下
地層上に少なくともイリジウムを含む下部電極を成膜
し、下部電極上に極薄のチタン層を積層する。続いて、
強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非晶質
膜をチタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処理するこ
とで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する。このとき、チ
タン層を積層する際にその膜厚を調整することで強誘電
体薄膜の配向方位を制御できることが確認できた。例え
ば、チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ未満にすれば
強誘電体薄膜は（１００）優先配向になり、１０ｎｍ以
上２０ｎｍ未満にすれば強誘電体薄膜は（１１１）優先
配向になることが確認できた。
子の製造方法では、酸化ジルコニウムを主成分とする下
地層上に少なくともイリジウムを含む下部電極を成膜
し、下部電極上に極薄のチタン層を積層する。続いて、
強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非晶質
膜をチタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処理するこ
とで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する。このとき、チ
タン層を積層する際にその膜厚を調整することで強誘電
体薄膜の配向方位を制御できることが確認できた。例え
ば、チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ未満にすれば
強誘電体薄膜は（１００）優先配向になり、１０ｎｍ以
上２０ｎｍ未満にすれば強誘電体薄膜は（１１１）優先
配向になることが確認できた。
【００２２】従って、チタン層の膜厚を１０ｎｍ以上２
０ｎｍ未満とすることで、直流駆動若しくは低周波数の
駆動に用いる電気機械変換素子として好適な強誘電体薄
膜素子が得られ、チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ
未満とすることで、高周波数の駆動に好適な電気機械変
換素子、或いは不揮発性強誘電体メモリ素子のキャパシ
タとして好適な強誘電体薄膜素子が得られる。
０ｎｍ未満とすることで、直流駆動若しくは低周波数の
駆動に用いる電気機械変換素子として好適な強誘電体薄
膜素子が得られ、チタン層の膜厚を２ｎｍ以上１０ｎｍ
未満とすることで、高周波数の駆動に好適な電気機械変
換素子、或いは不揮発性強誘電体メモリ素子のキャパシ
タとして好適な強誘電体薄膜素子が得られる。
【００２３】強誘電体薄膜は、少なくともチタンと鉛を
構成成分とする強誘電体が好ましく、特に、ジルコン酸
チタン酸鉛が好適である。また、強誘電体薄膜はゾル・
ゲル法により成膜することが好ましい。ゾル・ゲル法に
よれば、下部電極側から強誘電体薄膜の結晶化が進むた
め、配向制御に好適である。
構成成分とする強誘電体が好ましく、特に、ジルコン酸
チタン酸鉛が好適である。また、強誘電体薄膜はゾル・
ゲル法により成膜することが好ましい。ゾル・ゲル法に
よれば、下部電極側から強誘電体薄膜の結晶化が進むた
め、配向制御に好適である。
【００２４】また、下部電極は、イリジウム単層膜又は
下地層側から順に、イリジウム層／白金層、白金層／イ
リジウム層、或いは、イリジウム層／白金層／イリジウ
ム層の積層構造を有する積層膜が好ましい。
下地層側から順に、イリジウム層／白金層、白金層／イ
リジウム層、或いは、イリジウム層／白金層／イリジウ
ム層の積層構造を有する積層膜が好ましい。
【００２５】本発明のインクジェット式記録ヘッドは、
本発明の製法により得られた電気機械変換素子と、当該
電気機械変換素子の機械的変位によって内容積が変化す
る加圧室と、加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出
口とを備える。また、本発明にインクジェットプリンタ
は、本発明のインクジェット式記録ヘッドを印字機構に
備える。
本発明の製法により得られた電気機械変換素子と、当該
電気機械変換素子の機械的変位によって内容積が変化す
る加圧室と、加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出
口とを備える。また、本発明にインクジェットプリンタ
は、本発明のインクジェット式記録ヘッドを印字機構に
備える。
【００２６】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製
造方法においては、シリコン基板表面或いは振動板膜を
介してその上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層
を成膜し、当該下地層上に上述した本発明の製造方法に
より電気機械変換素子を形成する。そして、加圧室に電
気機械変換素子の機械的変位を付与することが可能な位
置に合わせて電気機械変換素子を分離する。
造方法においては、シリコン基板表面或いは振動板膜を
介してその上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層
を成膜し、当該下地層上に上述した本発明の製造方法に
より電気機械変換素子を形成する。そして、加圧室に電
気機械変換素子の機械的変位を付与することが可能な位
置に合わせて電気機械変換素子を分離する。
【００２７】また、本発明の不揮発性強誘電体メモリ素
子の製造方法においては、メモリセルのキャパシタを上
述した本発明の製造方法により製造する工程を備えるこ
とを特徴とする。
子の製造方法においては、メモリセルのキャパシタを上
述した本発明の製造方法により製造する工程を備えるこ
とを特徴とする。
【００２８】本発明の電気機械変換素子の製造方法は、
酸化ジルコニウムを主成分とする下地層上にイリジウム
単体から成る下部電極を成膜する工程、当該下部電極上
に膜厚１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下のチタン層を積層する
工程、及び強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を
含む非晶質膜を前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜
を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する
工程を備える。
酸化ジルコニウムを主成分とする下地層上にイリジウム
単体から成る下部電極を成膜する工程、当該下部電極上
に膜厚１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下のチタン層を積層する
工程、及び強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を
含む非晶質膜を前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜
を熱処理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する
工程を備える。
【００２９】下部電極上に積層されるチタン層の膜厚を
１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲に調整することで強誘
電体薄膜の焼成の際における下部電極への酸素含有を極
力抑えることができ、靭性に優れた電気機械変換素子を
提供することができる。
１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲に調整することで強誘
電体薄膜の焼成の際における下部電極への酸素含有を極
力抑えることができ、靭性に優れた電気機械変換素子を
提供することができる。
【００３０】さらに、チタン層の膜厚を上記の範囲に調
整することで、強誘電体薄膜の優先配向方位を（１１
１）面或いは（１１０）面に制御することができる。強
誘電体薄膜を成膜する工程は、ゾル・ゲル法又はＭＯＤ
法が好適である。
整することで、強誘電体薄膜の優先配向方位を（１１
１）面或いは（１１０）面に制御することができる。強
誘電体薄膜を成膜する工程は、ゾル・ゲル法又はＭＯＤ
法が好適である。
【００３１】また、本発明の電気機械変換素子は、当該
素子の設置面と下部電極の間に成膜され、拡散防止性金
属を含む合金で形成された密着層と、下部電極と強誘電
体薄膜との間に成膜され、拡散防止性金属を含む合金で
形成された拡散防止層とを備えたことを特徴とする。
素子の設置面と下部電極の間に成膜され、拡散防止性金
属を含む合金で形成された密着層と、下部電極と強誘電
体薄膜との間に成膜され、拡散防止性金属を含む合金で
形成された拡散防止層とを備えたことを特徴とする。
【００３２】例えば、拡散防止性金属はイリジウム、パ
ラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムから成
る群から選択される。また例えば、上記密着層は下部電
極を構成する金属と拡散防止性金属との合金である。上
記拡散防止層は、例えばチタン又はクロムのうちいずれ
かである密着性金属と拡散防止性金属との合金である。
下部電極は、白金により構成されている。
ラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムから成
る群から選択される。また例えば、上記密着層は下部電
極を構成する金属と拡散防止性金属との合金である。上
記拡散防止層は、例えばチタン又はクロムのうちいずれ
かである密着性金属と拡散防止性金属との合金である。
下部電極は、白金により構成されている。
【００３３】好ましくは、強誘電体薄膜は１μｍ以上の
厚みに成膜される。これだけの厚さにするためには焼成
処理を多数回繰り返す必要があるが、焼成処理を多数回
実施しても本発明の拡散防止層によりチタンなどの密着
性金属の拡散が防止される。
厚みに成膜される。これだけの厚さにするためには焼成
処理を多数回繰り返す必要があるが、焼成処理を多数回
実施しても本発明の拡散防止層によりチタンなどの密着
性金属の拡散が防止される。
【００３４】本発明のインクジェット式記録ヘッドは本
発明の電気機械変換素子をインクを充填する加圧室の少
なくとも一方の面を形成する振動板膜に配置して構成し
たものである。例えば、振動板膜は酸化珪素膜と酸化ジ
ルコニウム膜等とを積層して構成される。さらに本発明
のインクジェットプリンタはこのインクジェット式記録
ヘッドをインク吐出手段として備えたプリンタである。
発明の電気機械変換素子をインクを充填する加圧室の少
なくとも一方の面を形成する振動板膜に配置して構成し
たものである。例えば、振動板膜は酸化珪素膜と酸化ジ
ルコニウム膜等とを積層して構成される。さらに本発明
のインクジェットプリンタはこのインクジェット式記録
ヘッドをインク吐出手段として備えたプリンタである。
【００３５】本発明の電気機械変換素子の製造方法は、
当該素子の設置面上に密着性金属から成る密着性金属層
を成膜する工程と、密着性金属層上に拡散防止性金属か
ら成る第１拡散防止性金属層を成膜する工程と、拡散防
止性金属層上に下部電極を成膜する工程と、下部電極上
に拡散防止性金属から成る第２拡散防止性金属層を成膜
する工程と、第２拡散防止性金属層上に強誘電体薄膜を
成膜しながら当該強誘電体薄膜の焼成を行うことによ
り、密着性金属を第２拡散防止性金属層にまで拡散し当
該第２拡散防止性金属層の位置に拡散防止層を生じさ
せ、拡散防止性金属と下部電極との合金化を促進して密
着性金属層及び第１拡散防止性金属層の位置に密着層を
生じさせる焼成工程とを備えたことを特徴とする。
当該素子の設置面上に密着性金属から成る密着性金属層
を成膜する工程と、密着性金属層上に拡散防止性金属か
ら成る第１拡散防止性金属層を成膜する工程と、拡散防
止性金属層上に下部電極を成膜する工程と、下部電極上
に拡散防止性金属から成る第２拡散防止性金属層を成膜
する工程と、第２拡散防止性金属層上に強誘電体薄膜を
成膜しながら当該強誘電体薄膜の焼成を行うことによ
り、密着性金属を第２拡散防止性金属層にまで拡散し当
該第２拡散防止性金属層の位置に拡散防止層を生じさ
せ、拡散防止性金属と下部電極との合金化を促進して密
着性金属層及び第１拡散防止性金属層の位置に密着層を
生じさせる焼成工程とを備えたことを特徴とする。
【００３６】好ましくは、拡散防止性金属としてイリジ
ウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウ
ムから成る群から選択される金属を使用する。また密着
性金属として、チタン又はクロムのうちいずれかを使用
する。
ウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウ
ムから成る群から選択される金属を使用する。また密着
性金属として、チタン又はクロムのうちいずれかを使用
する。
【００３７】本発明の電気機械変換素子は当該素子の設
置面に形成され、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒
化シリコン又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化
合物で形成された中間層と、当該中間層上に形成される
下部電極とを備える。そして下部電極は、中間層上に設
けられる所定の金属とイリジウムとの合金からなる第１
層と、当該第１層の上に設けられるイリジウムを含む第
２層とを備えている。
置面に形成され、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒
化シリコン又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化
合物で形成された中間層と、当該中間層上に形成される
下部電極とを備える。そして下部電極は、中間層上に設
けられる所定の金属とイリジウムとの合金からなる第１
層と、当該第１層の上に設けられるイリジウムを含む第
２層とを備えている。
【００３８】この構成は、例えば７５０℃以下という比
較的低い温度で焼成し、イリジウムの移動が少ない場合
に形成される構造である。
較的低い温度で焼成し、イリジウムの移動が少ない場合
に形成される構造である。
【００３９】本発明の他の形態における電気機械変換素
子は当該素子の設置面に形成され、酸化ジルコニウム、
酸化タンタル、窒化シリコン又は酸化アルミニウムのう
ちいずれか一の化合物で成膜された中間層と、中間層上
に成膜される下部電極とを備える。そして下部電極は中
間層上に設けられる所定の金属を含む第１層と、第１層
の上に設けられるイリジウムを含む第２層とを備えてい
る。
子は当該素子の設置面に形成され、酸化ジルコニウム、
酸化タンタル、窒化シリコン又は酸化アルミニウムのう
ちいずれか一の化合物で成膜された中間層と、中間層上
に成膜される下部電極とを備える。そして下部電極は中
間層上に設けられる所定の金属を含む第１層と、第１層
の上に設けられるイリジウムを含む第２層とを備えてい
る。
【００４０】この構成は、例えば７５０℃より高いとい
う比較的高い温度で焼成し、イリジウムの移動が激しい
場合に形成される構造である。
う比較的高い温度で焼成し、イリジウムの移動が激しい
場合に形成される構造である。
【００４１】上記第２層は下層側から拡散してきたイリ
ジウムと当初から存在したイリジウムとが分離して構成
されている点に特徴がある。また、中間層と下部電極と
の間にさらに双方の層と密着する金属による密着層が形
成されていてもよい。
ジウムと当初から存在したイリジウムとが分離して構成
されている点に特徴がある。また、中間層と下部電極と
の間にさらに双方の層と密着する金属による密着層が形
成されていてもよい。
【００４２】例えば、下部電極においてイリジウムを含
む合金の当該下部電極に占める体積比は２／５以上かつ
４／５以下になっていることが確かめられる。イリジウ
ムを含む合金は、例えばイリジウムとチタン、酸素など
との合金をいう。
む合金の当該下部電極に占める体積比は２／５以上かつ
４／５以下になっていることが確かめられる。イリジウ
ムを含む合金は、例えばイリジウムとチタン、酸素など
との合金をいう。
【００４３】本発明のインクジェットプリンタは、本発
明の電気機械変換素子が設置面である振動板膜上にアク
チュエータとして設けられていることを特徴とする。ま
た本発明のインクジェットプリンタはこのインクジェッ
ト式記録ヘッドを印字手段として備えていることを特徴
とする。
明の電気機械変換素子が設置面である振動板膜上にアク
チュエータとして設けられていることを特徴とする。ま
た本発明のインクジェットプリンタはこのインクジェッ
ト式記録ヘッドを印字手段として備えていることを特徴
とする。
【００４４】本発明の電気機械変換素子の製造方法は、
酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン又は酸
化アルミニウムのうちいずれか一の化合物を使用して当
該素子の設置面に中間層を成膜する工程と、中間層上に
下部電極を成膜する工程と、下部電極上に圧電体前駆体
膜を成膜する工程と、焼成工程とを備える。
酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン又は酸
化アルミニウムのうちいずれか一の化合物を使用して当
該素子の設置面に中間層を成膜する工程と、中間層上に
下部電極を成膜する工程と、下部電極上に圧電体前駆体
膜を成膜する工程と、焼成工程とを備える。
【００４５】ここで、下部電極を形成する工程はイリジ
ウムを使用して第１イリジウム層を成膜する工程と、第
１イリジウム層の上に所定の金属を使用して金属層を成
膜する工程と、金属層の上にイリジウムを使用して第２
イリジウム層を成膜する工程とを備え、焼成工程は強誘
電体薄膜前駆体の成膜後、７５０℃以下の温度で焼成す
ることにより、第１イリジウム層のイリジウムを拡散さ
せ、第１イリジウム層と金属層とをイリジウムと金属と
が合金化した合金層に変換する工程である。
ウムを使用して第１イリジウム層を成膜する工程と、第
１イリジウム層の上に所定の金属を使用して金属層を成
膜する工程と、金属層の上にイリジウムを使用して第２
イリジウム層を成膜する工程とを備え、焼成工程は強誘
電体薄膜前駆体の成膜後、７５０℃以下の温度で焼成す
ることにより、第１イリジウム層のイリジウムを拡散さ
せ、第１イリジウム層と金属層とをイリジウムと金属と
が合金化した合金層に変換する工程である。
【００４６】本発明の他の形態の電気機械変換素子の製
造方法は酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコ
ン又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物を使
用して当該素子の設置面に中間層を成膜する工程と、中
間層上に下部電極を成膜する工程と、下部電極上に強誘
電体薄膜前駆体を成膜する工程と、焼成工程とを備え
る。
造方法は酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコ
ン又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物を使
用して当該素子の設置面に中間層を成膜する工程と、中
間層上に下部電極を成膜する工程と、下部電極上に強誘
電体薄膜前駆体を成膜する工程と、焼成工程とを備え
る。
【００４７】ここで、下部電極を成膜する工程はイリジ
ウムを使用して第１イリジウム層を成膜工程と、第１イ
リジウム層の上に所定の金属を使用して金属層を成膜す
る工程と、金属層の上にイリジウムを使用して第２イリ
ジウム層を成膜する工程と、を備える。
ウムを使用して第１イリジウム層を成膜工程と、第１イ
リジウム層の上に所定の金属を使用して金属層を成膜す
る工程と、金属層の上にイリジウムを使用して第２イリ
ジウム層を成膜する工程と、を備える。
【００４８】焼成工程は強誘電体薄膜の成膜後、７５０
℃より高い温度で焼成することにより、第１イリジウム
層のイリジウムを拡散させ、第１イリジウム層のイリジ
ウムを第２イリジウム層に移動させる工程である。
℃より高い温度で焼成することにより、第１イリジウム
層のイリジウムを拡散させ、第１イリジウム層のイリジ
ウムを第２イリジウム層に移動させる工程である。
【００４９】好ましくは、焼成前における上記第１イリ
ジウム層の厚みの、当該下部電極全体の厚みに対する比
が、１／３乃至４／５になるように設定して形成する。
この範囲にイリジウム層の厚みが存在すると効率よく応
力を緩和しうるからである。
ジウム層の厚みの、当該下部電極全体の厚みに対する比
が、１／３乃至４／５になるように設定して形成する。
この範囲にイリジウム層の厚みが存在すると効率よく応
力を緩和しうるからである。
【００５０】さらに本発明は、下部電極と中間層との間
に、上下の層と密着する金属を使用して密着層を成膜す
る工程をさらに備えていてもよい。
に、上下の層と密着する金属を使用して密着層を成膜す
る工程をさらに備えていてもよい。
【００５１】ここで下部電極を成膜する工程は、焼成前
における密着層の厚みをｄ0、第１イリジウム層の厚み
をｄ1、金属層の厚みをｄ2、第２イリジウム層の厚みを
ｄ3及び焼成後における下部電極全体の厚みをｄTとした
場合に、ｄT＝３．６×ｄ0＋２．４×ｄ1＋０．８×ｄ2
＋２．３×ｄ3 という関係が満たされるように成膜する
工程である。この関係で成膜した後焼成することによっ
て結晶化後の層の厚みが上記関係のように変化するから
である。
における密着層の厚みをｄ0、第１イリジウム層の厚み
をｄ1、金属層の厚みをｄ2、第２イリジウム層の厚みを
ｄ3及び焼成後における下部電極全体の厚みをｄTとした
場合に、ｄT＝３．６×ｄ0＋２．４×ｄ1＋０．８×ｄ2
＋２．３×ｄ3 という関係が満たされるように成膜する
工程である。この関係で成膜した後焼成することによっ
て結晶化後の層の厚みが上記関係のように変化するから
である。
【００５２】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態１．本実施の形
態は強誘電体薄膜素子をインクジェット式記録ヘッドの
インク吐出駆動源（電気機械変換素子）として利用する
技術に係わるものである。以下、図１乃至図７を参照し
て本実施の形態について説明する。
態は強誘電体薄膜素子をインクジェット式記録ヘッドの
インク吐出駆動源（電気機械変換素子）として利用する
技術に係わるものである。以下、図１乃至図７を参照し
て本実施の形態について説明する。
【００５３】図１にインクジェットプリンタの構成図を
示す。インクジェットプリンタは、主にインクジェット
式記録ヘッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッ
ド駆動機構１０６を備えて構成されている。インクジェ
ット式記録ヘッド１００は、イエロー、マゼンダ、シア
ン、ブラックの計４色のインクカートリッジ１０１を備
えており、フルカラー印刷が可能なように構成されてい
る。また、このインクジェットプリンタは、内部に専用
のコントローラボード等を備えており、インクジェット
式記録ヘッド１００のインク吐出タイミング及びヘッド
駆動機構１０６の走査を制御し、高精度なインクドット
制御、ハーフトーン処理等を実現する。また、本体１０
２は背面にトレイ１０３を備えるとともに、その内部に
オートシードフィーダ（自動連続給紙機構）１０５を備
え、記録用紙１０７を自動的に送り出し、正面の排出口
１０４から記録用紙１０７を排紙する。記録用紙１０７
として、普通紙、専用紙、推奨ＯＨＰシート、光沢紙、
光沢フィルム、レベルシート、官製葉書等が利用でき
る。
示す。インクジェットプリンタは、主にインクジェット
式記録ヘッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッ
ド駆動機構１０６を備えて構成されている。インクジェ
ット式記録ヘッド１００は、イエロー、マゼンダ、シア
ン、ブラックの計４色のインクカートリッジ１０１を備
えており、フルカラー印刷が可能なように構成されてい
る。また、このインクジェットプリンタは、内部に専用
のコントローラボード等を備えており、インクジェット
式記録ヘッド１００のインク吐出タイミング及びヘッド
駆動機構１０６の走査を制御し、高精度なインクドット
制御、ハーフトーン処理等を実現する。また、本体１０
２は背面にトレイ１０３を備えるとともに、その内部に
オートシードフィーダ（自動連続給紙機構）１０５を備
え、記録用紙１０７を自動的に送り出し、正面の排出口
１０４から記録用紙１０７を排紙する。記録用紙１０７
として、普通紙、専用紙、推奨ＯＨＰシート、光沢紙、
光沢フィルム、レベルシート、官製葉書等が利用でき
る。
【００５４】次に、インクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図を図２に示す。ここではインクの共通通路が加圧
室基板内に設けられるタイプを示す。同図に示すよう
に、インクジェット式記録ヘッドは加圧室基板１、ノズ
ルプレート２及び基体３から構成される。加圧室基板１
はシリコン単結晶基板がエッチング加工された後、各々
に分離される。加圧室基板１には複数の短冊状の加圧室
１０が設けられ、全ての加圧室（キャビティ）１０にイ
ンクを供給するための共通通路１２を備える。加圧室１
０の間は側壁１１により隔てられている。加圧室基板１
の基体３側にはインク吐出駆動源として電気機械変換素
子が取り付けられている。電気機械変換素子は、本発明
の製法によって製造した強誘電体薄膜素子であり、電気
エネルギーを機械エネルギーに変換する素子である。当
該素子は圧電体素子、圧電アクチュエータ或いは微少変
位制御素子とも呼ばれる。また、各電気機械変換素子か
らの配線はフレキシブルケーブルである配線基板４に収
束され、プリントエンジン部によって制御される。
斜視図を図２に示す。ここではインクの共通通路が加圧
室基板内に設けられるタイプを示す。同図に示すよう
に、インクジェット式記録ヘッドは加圧室基板１、ノズ
ルプレート２及び基体３から構成される。加圧室基板１
はシリコン単結晶基板がエッチング加工された後、各々
に分離される。加圧室基板１には複数の短冊状の加圧室
１０が設けられ、全ての加圧室（キャビティ）１０にイ
ンクを供給するための共通通路１２を備える。加圧室１
０の間は側壁１１により隔てられている。加圧室基板１
の基体３側にはインク吐出駆動源として電気機械変換素
子が取り付けられている。電気機械変換素子は、本発明
の製法によって製造した強誘電体薄膜素子であり、電気
エネルギーを機械エネルギーに変換する素子である。当
該素子は圧電体素子、圧電アクチュエータ或いは微少変
位制御素子とも呼ばれる。また、各電気機械変換素子か
らの配線はフレキシブルケーブルである配線基板４に収
束され、プリントエンジン部によって制御される。
【００５５】ノズルプレート２は加圧室基板１に貼り合
わされる。ノズルプレート２における加圧室１０の対応
する位置にはインク滴を吐出するためのノズル（吐出
口）２１が形成されている。ノズル２１は印字の際のイ
ンクジェット式記録ヘッドの主走査方向と略平行方向に
ライン状に列設されており、ノズル間のピッチは印刷精
度に応じて適宜設定される。例えば、１４４０ｄｐｉ×
７２０ｄｐｉの解像度を設定すると、ノズル径は極細に
なるため、超微少のインクドットにより高精細な印字が
可能になる。各色のノズル数は、カラー印字精度に応じ
て定められ、例えば、黒色３２ノズル、カラー各色３２
ノズル等が設定される。基体３はプラスチック等で形成
されており、加圧室基板１の取付台となる。
わされる。ノズルプレート２における加圧室１０の対応
する位置にはインク滴を吐出するためのノズル（吐出
口）２１が形成されている。ノズル２１は印字の際のイ
ンクジェット式記録ヘッドの主走査方向と略平行方向に
ライン状に列設されており、ノズル間のピッチは印刷精
度に応じて適宜設定される。例えば、１４４０ｄｐｉ×
７２０ｄｐｉの解像度を設定すると、ノズル径は極細に
なるため、超微少のインクドットにより高精細な印字が
可能になる。各色のノズル数は、カラー印字精度に応じ
て定められ、例えば、黒色３２ノズル、カラー各色３２
ノズル等が設定される。基体３はプラスチック等で形成
されており、加圧室基板１の取付台となる。
【００５６】インクジェット式記録ヘッドの主要部の断
面図を図３（Ｆ）に示す。加圧室基板１には加圧室１０
がエッチング加工により形成されている。加圧室１０の
上面には振動板膜５及び下地層６を介して電気機械変換
素子１３が形成されている。電気機械変換素子１３の機
械的変位は加圧室１０内の内容積を変化させ、加圧室１
０に充填されているインクをノズル２１から吐出する。
下地層６は電気機械変換素子１３を形成する際の下地の
役割を担うものであり、特に、本発明の強誘電体薄膜の
配向処理において重要な役割をする。下地層６の役割に
ついての詳細は後述する。電気機械変換素子１３は下部
電極７１、チタン層８、強誘電体薄膜９及び上部電極７
２を備えて構成されている。強誘電体薄膜９は本発明の
製造法によって、（１１１）面方位或いは（１００）面
方位に優先配向処理されたものである。
面図を図３（Ｆ）に示す。加圧室基板１には加圧室１０
がエッチング加工により形成されている。加圧室１０の
上面には振動板膜５及び下地層６を介して電気機械変換
素子１３が形成されている。電気機械変換素子１３の機
械的変位は加圧室１０内の内容積を変化させ、加圧室１
０に充填されているインクをノズル２１から吐出する。
下地層６は電気機械変換素子１３を形成する際の下地の
役割を担うものであり、特に、本発明の強誘電体薄膜の
配向処理において重要な役割をする。下地層６の役割に
ついての詳細は後述する。電気機械変換素子１３は下部
電極７１、チタン層８、強誘電体薄膜９及び上部電極７
２を備えて構成されている。強誘電体薄膜９は本発明の
製造法によって、（１１１）面方位或いは（１００）面
方位に優先配向処理されたものである。
【００５７】強誘電体薄膜９の種類としては、少なくと
もチタン、鉛を構成成分に有する誘電体が好ましく、例
えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン
酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ラ
ンタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、又は、
マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が好適である。
特に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好適である。
もチタン、鉛を構成成分に有する誘電体が好ましく、例
えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン
酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ラ
ンタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、又は、
マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が好適である。
特に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好適である。
【００５８】下部電極７１はイリジウムの単層膜で構成
されるか、或いは、下地層６側からイリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、イリジウム層／白金層／イ
リジウム層の積層構造を有している。また、イリジウム
と白金の合金としてもよい。イリジウムと白金の含有率
を加減することで誘電体薄膜９の格子定数と整合させる
ことができる。上部電極７２は、通常電極として用いる
ことができる導電性材料であれば特に限定されるもので
はなく、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ2 、ＩｒＯ2 等の単層膜
又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／
Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ
／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ2 ／ＴｉＮ、ＩｒＯ2 ／
Ｉｒ、ＩｒＯ2 ／ＴｉＮ等の２層以上の積層膜であって
もよい。下地層６と下部電極７１間の密着力を向上させ
るために、極薄のチタン薄膜やクロム薄膜等の適当なバ
ッファ層を介在させてもよい。また、振動板膜５を省略
して下地層６に振動板膜の役割を兼ねるように構成して
もよい。また、同図に図示してないが、電気機械変換素
子１３及び表面に露出している下地層６の全面を覆うよ
うにパッシベーション膜で被覆してもよい。パッシベー
ション膜としてフッ素樹脂、シリコン酸化膜、エポキシ
樹脂等が好適である。 （実施例）図３を参照しながら本実施の形態の電気機械
変換素子の製造工程について、インクジェット式記録ヘ
ッドの主要部の製造工程と併せて説明する。まず、同図
（Ａ）に示すように、加圧室基板１に振動板膜５、下地
層６を成膜した。加圧室基板１として、例えば、直径１
００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板を用い
た。振動板膜５は、１１００℃の炉の中で、乾燥酸素を
流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸
化膜を形成した。この他に、ＣＶＤ法等の成膜法を適宜
選択して成膜してもよい。また、振動板膜５として、二
酸化珪素膜に限られず、酸化ジルコニウム膜、酸化タン
タル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよ
い。次に、下地層６として酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ２）を成膜するため、ジルコニウムをターゲットと
し、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法等で
膜厚４００ｎｍ程度に成膜した。他の成膜法として、酸
化ジルコニウムターゲットでＲＦスパッタリング法で成
膜したり、ＤＣスパッタリング法でジルコニウムをを成
膜した後、熱酸化してもよい。
されるか、或いは、下地層６側からイリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、イリジウム層／白金層／イ
リジウム層の積層構造を有している。また、イリジウム
と白金の合金としてもよい。イリジウムと白金の含有率
を加減することで誘電体薄膜９の格子定数と整合させる
ことができる。上部電極７２は、通常電極として用いる
ことができる導電性材料であれば特に限定されるもので
はなく、例えば、Ｐｔ、ＲｕＯ2 、ＩｒＯ2 等の単層膜
又はＰｔ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｐｔ／ＴｉＮ／
Ｐｔ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ、ＴｉＮ／Ｐｔ／ＴｉＮ、Ｐｔ
／Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ、ＲｕＯ2 ／ＴｉＮ、ＩｒＯ2 ／
Ｉｒ、ＩｒＯ2 ／ＴｉＮ等の２層以上の積層膜であって
もよい。下地層６と下部電極７１間の密着力を向上させ
るために、極薄のチタン薄膜やクロム薄膜等の適当なバ
ッファ層を介在させてもよい。また、振動板膜５を省略
して下地層６に振動板膜の役割を兼ねるように構成して
もよい。また、同図に図示してないが、電気機械変換素
子１３及び表面に露出している下地層６の全面を覆うよ
うにパッシベーション膜で被覆してもよい。パッシベー
ション膜としてフッ素樹脂、シリコン酸化膜、エポキシ
樹脂等が好適である。 （実施例）図３を参照しながら本実施の形態の電気機械
変換素子の製造工程について、インクジェット式記録ヘ
ッドの主要部の製造工程と併せて説明する。まず、同図
（Ａ）に示すように、加圧室基板１に振動板膜５、下地
層６を成膜した。加圧室基板１として、例えば、直径１
００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板を用い
た。振動板膜５は、１１００℃の炉の中で、乾燥酸素を
流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸
化膜を形成した。この他に、ＣＶＤ法等の成膜法を適宜
選択して成膜してもよい。また、振動板膜５として、二
酸化珪素膜に限られず、酸化ジルコニウム膜、酸化タン
タル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよ
い。次に、下地層６として酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ２）を成膜するため、ジルコニウムをターゲットと
し、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法等で
膜厚４００ｎｍ程度に成膜した。他の成膜法として、酸
化ジルコニウムターゲットでＲＦスパッタリング法で成
膜したり、ＤＣスパッタリング法でジルコニウムをを成
膜した後、熱酸化してもよい。
【００５９】次に、下地層６上に下部電極７１を成膜し
た（同図（Ｂ））。下部電極７１として、下地層６側か
ら白金／イリジウムの積層構造を有するようにそれぞれ
膜厚１００ｎｍ程度に成膜した。この他に、下地層６側
からイリジウム／白金、イリジウム／白金／イリジウム
となる積層構造に成膜してもよく、また、イリジウム単
体をターゲットとしてスパッタ成膜してもよい。後述す
る強誘電体薄膜の熱処理工程においてイリジウムの一部
は酸化され、白金の柱状結晶の間には酸化イリジウム層
が形成される。かかる酸化イリジウムは強誘電体薄膜の
酸素の抜け出しを防ぎ、強誘電体薄膜の特性の劣化を防
ぐことができる。
た（同図（Ｂ））。下部電極７１として、下地層６側か
ら白金／イリジウムの積層構造を有するようにそれぞれ
膜厚１００ｎｍ程度に成膜した。この他に、下地層６側
からイリジウム／白金、イリジウム／白金／イリジウム
となる積層構造に成膜してもよく、また、イリジウム単
体をターゲットとしてスパッタ成膜してもよい。後述す
る強誘電体薄膜の熱処理工程においてイリジウムの一部
は酸化され、白金の柱状結晶の間には酸化イリジウム層
が形成される。かかる酸化イリジウムは強誘電体薄膜の
酸素の抜け出しを防ぎ、強誘電体薄膜の特性の劣化を防
ぐことができる。
【００６０】続いて、下部電極７１上にチタン層８を積
層した（同図（Ｃ））。チタン層８の成膜は、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を利用して、２ｎｍ〜１０ｎｍの範
囲で成膜した。かかる範囲に設定する理由については後
述する。チタン層８の成膜は、ＣＶＤ法、蒸着法等の成
膜法を利用することもできる。
層した（同図（Ｃ））。チタン層８の成膜は、ＤＣマグ
ネトロンスパッタ法を利用して、２ｎｍ〜１０ｎｍの範
囲で成膜した。かかる範囲に設定する理由については後
述する。チタン層８の成膜は、ＣＶＤ法、蒸着法等の成
膜法を利用することもできる。
【００６１】次に、チタン層８上に強誘電体薄膜９、上
部電極７２を成膜した（同図（Ｄ））。本実施例では強
誘電体薄膜９としてＰＺＴ膜をゾル・ゲル法で成膜し
た。ゾル・ゲル法とは、一般には、金属アルコキシド等
の金属有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて金
属−酸素−金属結合を成長させ、最終的に焼結すること
により完成させる無機酸化物の作製方法である。ゾル・
ゲル法の特徴は低基板温度で均一な膜が得られることで
ある。さらに溶液から成膜するため基板との密着性に優
れている。特に、本発明ではゾル・ゲル法により強誘電
体薄膜を成膜すると、下部電極側から順に上部電極側へ
結晶化が進むため、配向方位の制御に優れている。具体
的には、基板上に金属有機化合物を含む溶液を塗布し、
乾燥したあと焼結を行う。用いられる金属有機化合物と
しては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、エト
キシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシドや
アセテート化合物等があげられる。硝酸塩、しゅう酸
塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。これら化合物から
無機酸化物を作製するには加水分解及び重縮合反応を進
める必要があるため、塗布溶液中には水の添加が必要と
なる。添加量は系により異なるが多すぎると反応が速く
進むため得られる膜質が不均一となり易く、また反応速
度の制御が難しい。水の添加量が少なすぎても反応のコ
ントロールが難しく、適量がある。さらに、加水分解の
加速触媒や金属原子に配位するキレート剤を添加して反
応速度及び反応形態の制御ができる。加速触媒としては
一般の酸及び塩基が用いられる。触媒の種類により膜質
が大きく影響される。また、キレート剤としては、アセ
チルアセトン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロ
ネート等があげられる。溶媒としては、上記材料が沈澱
しないもの、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。
溶液濃度は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場
合、溶液粘度が数ｃＰ〜数十ｃＰとなるように調整する
と良い。コーティングした膜は焼結することにより有機
物の脱離及び結晶化が促進される。焼結温度は材料によ
り異なるが、通常の金属酸化物粉末の焼成にかかる温度
より低温で作製できる。
部電極７２を成膜した（同図（Ｄ））。本実施例では強
誘電体薄膜９としてＰＺＴ膜をゾル・ゲル法で成膜し
た。ゾル・ゲル法とは、一般には、金属アルコキシド等
の金属有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて金
属−酸素−金属結合を成長させ、最終的に焼結すること
により完成させる無機酸化物の作製方法である。ゾル・
ゲル法の特徴は低基板温度で均一な膜が得られることで
ある。さらに溶液から成膜するため基板との密着性に優
れている。特に、本発明ではゾル・ゲル法により強誘電
体薄膜を成膜すると、下部電極側から順に上部電極側へ
結晶化が進むため、配向方位の制御に優れている。具体
的には、基板上に金属有機化合物を含む溶液を塗布し、
乾燥したあと焼結を行う。用いられる金属有機化合物と
しては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、エト
キシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシドや
アセテート化合物等があげられる。硝酸塩、しゅう酸
塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。これら化合物から
無機酸化物を作製するには加水分解及び重縮合反応を進
める必要があるため、塗布溶液中には水の添加が必要と
なる。添加量は系により異なるが多すぎると反応が速く
進むため得られる膜質が不均一となり易く、また反応速
度の制御が難しい。水の添加量が少なすぎても反応のコ
ントロールが難しく、適量がある。さらに、加水分解の
加速触媒や金属原子に配位するキレート剤を添加して反
応速度及び反応形態の制御ができる。加速触媒としては
一般の酸及び塩基が用いられる。触媒の種類により膜質
が大きく影響される。また、キレート剤としては、アセ
チルアセトン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロ
ネート等があげられる。溶媒としては、上記材料が沈澱
しないもの、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。
溶液濃度は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場
合、溶液粘度が数ｃＰ〜数十ｃＰとなるように調整する
と良い。コーティングした膜は焼結することにより有機
物の脱離及び結晶化が促進される。焼結温度は材料によ
り異なるが、通常の金属酸化物粉末の焼成にかかる温度
より低温で作製できる。
【００６２】本実施例においては、ＰＺＴ膜の出発原料
として、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｒ（ｔ
−ＯＣＨ４Ｈ９）４、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４の混合
溶液を用意した。この混合溶液を１５００ｒｐｍで０．
１μｍの厚さにスピンコーティングし、４００℃の温度
環境下で脱脂した。この工程を５回繰り返し、膜厚０．
５μｍのゲルとした。最後にＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing）で結晶化した。この処理は６５０℃で５分
間行った。以上の工程を経て膜厚０．５μｍの強誘電体
薄膜９が得られた。強誘電体薄膜素子を電気機械変換素
子として使用する場合、強誘電体薄膜は特に圧電体膜と
も呼ばれる。次に、強誘電体薄膜９上に上部電極７２と
して、白金を１００ｎｍの膜厚にＤＣスパッタ法で成膜
した。
として、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ、Ｚｒ（ｔ
−ＯＣＨ４Ｈ９）４、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４の混合
溶液を用意した。この混合溶液を１５００ｒｐｍで０．
１μｍの厚さにスピンコーティングし、４００℃の温度
環境下で脱脂した。この工程を５回繰り返し、膜厚０．
５μｍのゲルとした。最後にＲＴＡ（Rapid Thermal
Annealing）で結晶化した。この処理は６５０℃で５分
間行った。以上の工程を経て膜厚０．５μｍの強誘電体
薄膜９が得られた。強誘電体薄膜素子を電気機械変換素
子として使用する場合、強誘電体薄膜は特に圧電体膜と
も呼ばれる。次に、強誘電体薄膜９上に上部電極７２と
して、白金を１００ｎｍの膜厚にＤＣスパッタ法で成膜
した。
【００６３】次に、上部電極７２上にレジストをスピン
コートし、加圧室が形成されるべき位置に合わせて露光
・現像してパターニングする。残ったレジストをマスク
として上部電極７２、強誘電体薄膜９、チタン層８及び
下部電極７１をエッチングし、加圧室が形成されるべき
位置に対応して電気機械変換素子１３を分離した（同図
（Ｅ））。続いて、加圧室が形成されるべき位置に合わ
せてエッチングマスクを施し、平行平板型反応性イオン
エッチング等の活性気体を用いたドライエッチングによ
り、予め定められた深さまで加圧室基板１をエッチング
し、加圧室１０を形成した（同図（Ｅ））。エッチング
されずに残った部分は側壁１１となる。加圧室基板１の
エッチングは、５重量％〜４０重量％の水酸化カリウム
水溶液等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチ
ングでも可能である。
コートし、加圧室が形成されるべき位置に合わせて露光
・現像してパターニングする。残ったレジストをマスク
として上部電極７２、強誘電体薄膜９、チタン層８及び
下部電極７１をエッチングし、加圧室が形成されるべき
位置に対応して電気機械変換素子１３を分離した（同図
（Ｅ））。続いて、加圧室が形成されるべき位置に合わ
せてエッチングマスクを施し、平行平板型反応性イオン
エッチング等の活性気体を用いたドライエッチングによ
り、予め定められた深さまで加圧室基板１をエッチング
し、加圧室１０を形成した（同図（Ｅ））。エッチング
されずに残った部分は側壁１１となる。加圧室基板１の
エッチングは、５重量％〜４０重量％の水酸化カリウム
水溶液等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチ
ングでも可能である。
【００６４】最後に、同図（Ｆ）に示すように、樹脂等
を用いてノズルプレート２を加圧室基板１に接合した。
ノズル２１はリソグラフィ法、レーザ加工、ＦＩＢ加
工、放電加工等を利用してノズルプレート２の所定位置
に開口することで形成することができる。ノズルプレー
ト２を加圧室基板１に接合する際には、各ノズル２１が
加圧室１０の各々の空間に対応して配置されるよう位置
合せする。ノズルプレート２を接合した加圧室基板１を
基体３に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッドが
完成する。
を用いてノズルプレート２を加圧室基板１に接合した。
ノズル２１はリソグラフィ法、レーザ加工、ＦＩＢ加
工、放電加工等を利用してノズルプレート２の所定位置
に開口することで形成することができる。ノズルプレー
ト２を加圧室基板１に接合する際には、各ノズル２１が
加圧室１０の各々の空間に対応して配置されるよう位置
合せする。ノズルプレート２を接合した加圧室基板１を
基体３に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッドが
完成する。
【００６５】上述の製造プロセスで成膜した強誘電体薄
膜９（ＰＺＴ膜）について、本発明者はチタン層８の膜
厚の変化に対するＰＺＴ膜の（１００）面と（１１１）
面の配向度［％］をＸ線回折広角測定法で測定した。測
定結果を図４に示す。ここで各面の配向度は、（１０
０）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を
１００としたときの、それぞれ各面の回折強度の割合と
定義した。同図に示すように、（１１１）面の配向比率
は、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲では、
１５％〜４５％であるのに対し、１０ｎｍ〜２０ｎｍの
範囲では、４５％〜９０％であった。一方、（１００）
面の配向比率は、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍ
の範囲では、４０％〜９０％であるのに対し、１０ｎｍ
〜２０ｎｍの範囲では、５％〜４０％であった。
膜９（ＰＺＴ膜）について、本発明者はチタン層８の膜
厚の変化に対するＰＺＴ膜の（１００）面と（１１１）
面の配向度［％］をＸ線回折広角測定法で測定した。測
定結果を図４に示す。ここで各面の配向度は、（１０
０）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を
１００としたときの、それぞれ各面の回折強度の割合と
定義した。同図に示すように、（１１１）面の配向比率
は、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲では、
１５％〜４５％であるのに対し、１０ｎｍ〜２０ｎｍの
範囲では、４５％〜９０％であった。一方、（１００）
面の配向比率は、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍ
の範囲では、４０％〜９０％であるのに対し、１０ｎｍ
〜２０ｎｍの範囲では、５％〜４０％であった。
【００６６】以上の結果から、強誘電体薄膜素子を電気
機械変換素子として用いる場合には、低周波数の駆動領
域においては、（１１１）面が優先配向となる範囲、即
ち、チタン層８の膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲が好
ましいことが解る。一方、高周波数の駆動領域において
電気機械変換素子として使用する場合や、強誘電体薄膜
素子をＦＲＡＭやＤＲＡＭ等のメモリ素子に使用される
キャパシタに用いる場合には、（１００）面が優先配向
となる範囲、即ち、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎ
ｍの範囲が好ましいことが解る。
機械変換素子として用いる場合には、低周波数の駆動領
域においては、（１１１）面が優先配向となる範囲、即
ち、チタン層８の膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲が好
ましいことが解る。一方、高周波数の駆動領域において
電気機械変換素子として使用する場合や、強誘電体薄膜
素子をＦＲＡＭやＤＲＡＭ等のメモリ素子に使用される
キャパシタに用いる場合には、（１００）面が優先配向
となる範囲、即ち、チタン層８の膜厚が２ｎｍ〜１０ｎ
ｍの範囲が好ましいことが解る。
【００６７】但し、用途は上記に限定されるものではな
く、使用周波数などに応じて適切な配向を選ぶことが好
ましい。例えば、電気機械変換素子をインクジェット式
記録ヘッドとして用いる場合、１４ｋＨｚ或いは２８ｋ
Ｈｚ程度の駆動周波数領域（高周波領域）では｛１０
０｝優先配向度が７０％、｛１１１｝優先配向度が３０
％程度が好ましいと考えられる。ここで、配向度とは、
広角ＸＲＤ法にて強誘電体薄膜の面方位（ＸＹＺ）面の
反射強度をＩ（ＸＹＺ）で表したときに、 Ｉ（ＸＹＺ）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１
１１）｝ と表されるものとする。
く、使用周波数などに応じて適切な配向を選ぶことが好
ましい。例えば、電気機械変換素子をインクジェット式
記録ヘッドとして用いる場合、１４ｋＨｚ或いは２８ｋ
Ｈｚ程度の駆動周波数領域（高周波領域）では｛１０
０｝優先配向度が７０％、｛１１１｝優先配向度が３０
％程度が好ましいと考えられる。ここで、配向度とは、
広角ＸＲＤ法にて強誘電体薄膜の面方位（ＸＹＺ）面の
反射強度をＩ（ＸＹＺ）で表したときに、 Ｉ（ＸＹＺ）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１
１１）｝ と表されるものとする。
【００６８】本発明者は更に、チタン層８の膜厚の変化
に対する強誘電体膜９（ＰＺＴ膜）の圧電定数ｄ３１の
変化を測定した。測定は直流駆動で行い、その測定結果
を図５に示す。同図に示すように、チタン層８の膜厚が
２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲において、圧電定数ｄ３１が１
７０ｐＣ／Ｎ〜２００Ｎであり、チタン層８の膜厚が１
０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲において、圧電定数ｄ３１が２
００ｐＣ／Ｎ〜２２０ｐＣ／Ｎであった。以上の結果か
ら、電気機械変換素子を直流駆動する場合には、チタン
層８の膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍにおいて圧電特性に優
れていることが確認できた。
に対する強誘電体膜９（ＰＺＴ膜）の圧電定数ｄ３１の
変化を測定した。測定は直流駆動で行い、その測定結果
を図５に示す。同図に示すように、チタン層８の膜厚が
２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲において、圧電定数ｄ３１が１
７０ｐＣ／Ｎ〜２００Ｎであり、チタン層８の膜厚が１
０ｎｍ〜２０ｎｍの範囲において、圧電定数ｄ３１が２
００ｐＣ／Ｎ〜２２０ｐＣ／Ｎであった。以上の結果か
ら、電気機械変換素子を直流駆動する場合には、チタン
層８の膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍにおいて圧電特性に優
れていることが確認できた。
【００６９】また、本発明者は上述の製造プロセスで製
造した電気機械変換素子１３の膜厚方向における、各成
分元素の分布をＳＩＭＳ分析によって測定した。測定結
果を図６、図７に示す。図６はチタン層８の膜厚が１０
ｎｍのときの測定結果であり、図７はチタン層８の膜厚
が２０ｎｍのときの測定結果である。横軸は時間を表し
ているが、ＳＩＭＳ分析によって電気機械変換素子１３
を深さ方向に測定しているため、実質的には膜厚方向に
おける各層、即ち、ＰＺＴ膜（強誘電体薄膜９）／ＢＥ
（下部電極７１）／ＺｒＯ２（下地層６）／ＳｉＯ
２（振動板膜５）を表している。チタン層８はＰＺＴ膜
と下部電極の界面に存在している。縦軸は元素の分布量
を表している。これらの図を参照して解るように、チタ
ン（Ｔｉ）の分布は、ＰＺＴ膜内において膜厚方向にほ
ぼ平均的に分布しており、下部電極付近において分布量
が増加している。下部電極７１上に積層されたチタン層
８がＰＺＴ膜の結晶化の際に核となって結晶化が進むも
のと考えられている。
造した電気機械変換素子１３の膜厚方向における、各成
分元素の分布をＳＩＭＳ分析によって測定した。測定結
果を図６、図７に示す。図６はチタン層８の膜厚が１０
ｎｍのときの測定結果であり、図７はチタン層８の膜厚
が２０ｎｍのときの測定結果である。横軸は時間を表し
ているが、ＳＩＭＳ分析によって電気機械変換素子１３
を深さ方向に測定しているため、実質的には膜厚方向に
おける各層、即ち、ＰＺＴ膜（強誘電体薄膜９）／ＢＥ
（下部電極７１）／ＺｒＯ２（下地層６）／ＳｉＯ
２（振動板膜５）を表している。チタン層８はＰＺＴ膜
と下部電極の界面に存在している。縦軸は元素の分布量
を表している。これらの図を参照して解るように、チタ
ン（Ｔｉ）の分布は、ＰＺＴ膜内において膜厚方向にほ
ぼ平均的に分布しており、下部電極付近において分布量
が増加している。下部電極７１上に積層されたチタン層
８がＰＺＴ膜の結晶化の際に核となって結晶化が進むも
のと考えられている。
【００７０】チタン層８の膜厚を１０ｎｍ〜２０ｎｍに
すると、強誘電体薄膜９が（１１１）優先配向になる理
由は明らかではないが、本発明者が実験を試みたとこ
ろ、酸化ジルコニウム膜以外の下地層で上記の効果を得
ることのできる膜は未だ発見されていない。従って、酸
化ジルコニウム膜が強誘電体薄膜の配向制御に何らかの
影響を有しているものと考えられる。また、チタン以外
の元素、例えば、鉛やジルコニウム等の強誘電体を構成
する他の元素では上記の効果を得ることはできなかっ
た。チタン層８と同様の機能を有する膜は未だ見出され
ていない。一方、強誘電体薄膜９の膜厚、下部電極７２
の膜厚等に拘わらず、チタン層８の膜厚を上記の範囲に
設定することで（１１１）優先配向と（１００）優先配
向を制御できることが確認できた。
すると、強誘電体薄膜９が（１１１）優先配向になる理
由は明らかではないが、本発明者が実験を試みたとこ
ろ、酸化ジルコニウム膜以外の下地層で上記の効果を得
ることのできる膜は未だ発見されていない。従って、酸
化ジルコニウム膜が強誘電体薄膜の配向制御に何らかの
影響を有しているものと考えられる。また、チタン以外
の元素、例えば、鉛やジルコニウム等の強誘電体を構成
する他の元素では上記の効果を得ることはできなかっ
た。チタン層８と同様の機能を有する膜は未だ見出され
ていない。一方、強誘電体薄膜９の膜厚、下部電極７２
の膜厚等に拘わらず、チタン層８の膜厚を上記の範囲に
設定することで（１１１）優先配向と（１００）優先配
向を制御できることが確認できた。
【００７１】また、本発明者は、ＭＯＤ法（Metal Org
anic Decomposition Process）においても上記の効果
を得ることができることを確認した。しかし、ゾル・ゲ
ル法以外の成膜法、例えば、スパッタ法、レーザアブレ
ーション法、ＣＶＤ法でＰＺＴ膜の配向制御を試みた
が、上記の効果を得ることはできなかった。これは、ゾ
ル・ゲル法あるいはＭＯＤ法では下部電極側から上部電
極側にかけて徐々にＰＺＴ膜の結晶化が進行するのに対
し、ＣＶＤ法、スパッタ法等ではＰＺＴ膜の結晶化がラ
ンダムに進行し、結晶化に規則性がないことが配向制御
を困難にしている原因の一つではないかと考えられる。
anic Decomposition Process）においても上記の効果
を得ることができることを確認した。しかし、ゾル・ゲ
ル法以外の成膜法、例えば、スパッタ法、レーザアブレ
ーション法、ＣＶＤ法でＰＺＴ膜の配向制御を試みた
が、上記の効果を得ることはできなかった。これは、ゾ
ル・ゲル法あるいはＭＯＤ法では下部電極側から上部電
極側にかけて徐々にＰＺＴ膜の結晶化が進行するのに対
し、ＣＶＤ法、スパッタ法等ではＰＺＴ膜の結晶化がラ
ンダムに進行し、結晶化に規則性がないことが配向制御
を困難にしている原因の一つではないかと考えられる。
【００７２】本実施の形態によれば、特別な製造設備を
必要とせずに、ＰＺＴ膜の配向方位を制御することがで
きる。しかも、従来の電気機械変換素子の製造プロセス
に比べて、下地層及びチタン層の積層プロセスを追加す
るだけでよいため、ＰＺＴ膜の配向方位の制御を簡易な
手段で実現できる。
必要とせずに、ＰＺＴ膜の配向方位を制御することがで
きる。しかも、従来の電気機械変換素子の製造プロセス
に比べて、下地層及びチタン層の積層プロセスを追加す
るだけでよいため、ＰＺＴ膜の配向方位の制御を簡易な
手段で実現できる。
【００７３】発明の実施の形態２．強誘電体薄膜は比誘
電率が数百から数千と極めて大きく、キャパシタの絶縁
膜に用いれば大規模集積回路に好適な小面積、大容量の
キャパシタが得られる。強誘電体薄膜は自発分極を持
ち、外部電場の作用により分極方向を反転させることが
できるため、この特性を用いて不揮発性メモリを製造す
ることができる。かかる強誘電体薄膜をキャパシタ絶縁
膜とするＦＲＡＭは、不揮発性、高速動作、低消費電
力、書き換え回数が多い等の従来の不揮発性メモリには
ない特長を有する。
電率が数百から数千と極めて大きく、キャパシタの絶縁
膜に用いれば大規模集積回路に好適な小面積、大容量の
キャパシタが得られる。強誘電体薄膜は自発分極を持
ち、外部電場の作用により分極方向を反転させることが
できるため、この特性を用いて不揮発性メモリを製造す
ることができる。かかる強誘電体薄膜をキャパシタ絶縁
膜とするＦＲＡＭは、不揮発性、高速動作、低消費電
力、書き換え回数が多い等の従来の不揮発性メモリには
ない特長を有する。
【００７４】本実施の形態は強誘電体薄膜素子をＦＲＡ
Ｍメモリセルのキャパシタとして利用する技術に係わる
ものである。具体的には、キャパシタの下地層として酸
化ジルコニウムを成膜し、この膜上に下部電極、チタン
薄膜、強誘電体薄膜及び上部電極を順次成膜する。上述
したように、チタン薄膜の膜厚を２ｎｍ〜１０ｎｍ程度
にすることで、強誘電体膜を（１００）優先配向にし、
キャパシタ絶縁膜として良好な膜を得ることができる。
以下、図８を参照してＦＲＡＭのメモリセルの製造工程
について説明する。 （実施例）同図（Ａ）に示すように、シリコン基板１０
１上に窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を全面に成膜した後、フォト
エッチング工程によりアクティブ領域を形成する部分の
窒化膜に穴を開け、水蒸気を用いた湿式酸化によりシリ
コン基板１０１の露出部を酸化し、ＬＯＣＯＳ（Local
Oxidation of Silicon）１０２を形成した。次に、
不要な窒化膜を除去した後、ＨＣｌ酸化により厚さ１５
０Åのゲート酸化膜を形成した。モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガスの熱分解により多結晶シリコンを基板表面に
堆積し、リン（Ｐ）を１０21／ｃｍ3程度の濃度でイオ
ン打ち込みを行った。その後、フォトエッチングとＣＦ
4ガス等を用いたドライ・エッチングによって当該多結
晶シリコンを同図（Ａ）のように加工し、ゲート電極１
０３を形成した。 次に、ゲート電極１０３をマスクに
して砒素（Ａｓ）をイオン打ち込みし、セルフアライン
でソース領域１０４及びドレイン１０５領域を形成し
た。更に、ＣＶＤ法により燐ガラスを堆積し、層間絶縁
膜１０６を成膜した。
Ｍメモリセルのキャパシタとして利用する技術に係わる
ものである。具体的には、キャパシタの下地層として酸
化ジルコニウムを成膜し、この膜上に下部電極、チタン
薄膜、強誘電体薄膜及び上部電極を順次成膜する。上述
したように、チタン薄膜の膜厚を２ｎｍ〜１０ｎｍ程度
にすることで、強誘電体膜を（１００）優先配向にし、
キャパシタ絶縁膜として良好な膜を得ることができる。
以下、図８を参照してＦＲＡＭのメモリセルの製造工程
について説明する。 （実施例）同図（Ａ）に示すように、シリコン基板１０
１上に窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）を全面に成膜した後、フォト
エッチング工程によりアクティブ領域を形成する部分の
窒化膜に穴を開け、水蒸気を用いた湿式酸化によりシリ
コン基板１０１の露出部を酸化し、ＬＯＣＯＳ（Local
Oxidation of Silicon）１０２を形成した。次に、
不要な窒化膜を除去した後、ＨＣｌ酸化により厚さ１５
０Åのゲート酸化膜を形成した。モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）ガスの熱分解により多結晶シリコンを基板表面に
堆積し、リン（Ｐ）を１０21／ｃｍ3程度の濃度でイオ
ン打ち込みを行った。その後、フォトエッチングとＣＦ
4ガス等を用いたドライ・エッチングによって当該多結
晶シリコンを同図（Ａ）のように加工し、ゲート電極１
０３を形成した。 次に、ゲート電極１０３をマスクに
して砒素（Ａｓ）をイオン打ち込みし、セルフアライン
でソース領域１０４及びドレイン１０５領域を形成し
た。更に、ＣＶＤ法により燐ガラスを堆積し、層間絶縁
膜１０６を成膜した。
【００７５】続いて、同図（Ｂ）に示すように、層間絶
縁膜１０６上に下地層６、下部電極７１、チタン層８、
強誘電体薄膜９及び上部電極７２を順次成膜した。下地
層６として酸化ジルコニウムをスパッタ法により２００
ｎｍの膜厚に成膜し、下部電極７１として白金／イリジ
ウムの積層構造をそれぞれ１００ｎｍの膜厚に成膜し
た。続いて、下部電極７１上にＤＣスパッタ法により、
膜厚２ｎｍ〜１０ｎｍのチタン層８を成膜した。さら
に、強誘電体薄膜９として、ＰＺＴ膜をゾル・ゲル法で
０．２μｍの膜厚に成膜した。この強誘電体薄膜９はキ
ャパシタ絶縁膜として機能するものである。
縁膜１０６上に下地層６、下部電極７１、チタン層８、
強誘電体薄膜９及び上部電極７２を順次成膜した。下地
層６として酸化ジルコニウムをスパッタ法により２００
ｎｍの膜厚に成膜し、下部電極７１として白金／イリジ
ウムの積層構造をそれぞれ１００ｎｍの膜厚に成膜し
た。続いて、下部電極７１上にＤＣスパッタ法により、
膜厚２ｎｍ〜１０ｎｍのチタン層８を成膜した。さら
に、強誘電体薄膜９として、ＰＺＴ膜をゾル・ゲル法で
０．２μｍの膜厚に成膜した。この強誘電体薄膜９はキ
ャパシタ絶縁膜として機能するものである。
【００７６】次に、同図（Ｃ）に示すように、イオンミ
リング法を用いて上部電極７２、強誘電体薄膜９、チタ
ン層８、下部電極７１及び下地層６の積層構造のエッチ
ングを行い、層間絶縁膜１０６を介してゲート電極１０
３上にキャパシタ１０７を形成した。基板全面を被覆す
るように、層間絶縁膜１０８として燐ガラスをテトラ・
エチル・オルト・シリケート（ＴＥＯＳ）のプラズマＣ
ＶＤ法で堆積し、上部電極７２及びドレイン領域１０５
に連通するコンタクトホールを開口した後、アルミ配線
１０９をＤＣスパッタとフォトプロセス、アルミエッチ
ングプロセスにより形成した。以上の製造工程で得られ
たＦＲＡＭメモリセルのソース領域１０４はビット線に
接続し、ゲート電極１０３はワード線に接続する。下部
電極７２はドライブ線に接続する。
リング法を用いて上部電極７２、強誘電体薄膜９、チタ
ン層８、下部電極７１及び下地層６の積層構造のエッチ
ングを行い、層間絶縁膜１０６を介してゲート電極１０
３上にキャパシタ１０７を形成した。基板全面を被覆す
るように、層間絶縁膜１０８として燐ガラスをテトラ・
エチル・オルト・シリケート（ＴＥＯＳ）のプラズマＣ
ＶＤ法で堆積し、上部電極７２及びドレイン領域１０５
に連通するコンタクトホールを開口した後、アルミ配線
１０９をＤＣスパッタとフォトプロセス、アルミエッチ
ングプロセスにより形成した。以上の製造工程で得られ
たＦＲＡＭメモリセルのソース領域１０４はビット線に
接続し、ゲート電極１０３はワード線に接続する。下部
電極７２はドライブ線に接続する。
【００７７】本実施の形態によれば、特別な製造設備を
必要とせずに、キャパシタ絶縁膜の配向方位を制御でき
ることができる。しかも、従来のＦＲＡＭメモリセルの
製造プロセスに比べて、下地層及びチタン層の積層プロ
セスを追加するだけでよいため、キャパシタ絶縁膜の配
向方位の制御を簡易な手段で実現できる。発明の実施の
形態３．本実施の形態はイリジウム単体を用いて下部電
極を構成する電気機械変換素子の製造技術に関する。本
実施の形態では、酸化ジルコニウムから成る下地層上に
イリジウム単体から成る下部電極を成膜する。そして、
強誘電体薄膜（圧電体膜）の構成元素であるチタン層
（チタン核）を下部電極上に積層し、チタン層の膜厚を
１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度に調整することで、ゾル・ゲル
法による強誘電体薄膜の焼成時における下部電極への酸
素の混入を防止するものである。 （実施例）電気機械変換素子の製造工程の概略は実施の
形態１で説明した電気機械変換素子の製造工程とほぼ同
じであり、異なる点を中心に説明する。
必要とせずに、キャパシタ絶縁膜の配向方位を制御でき
ることができる。しかも、従来のＦＲＡＭメモリセルの
製造プロセスに比べて、下地層及びチタン層の積層プロ
セスを追加するだけでよいため、キャパシタ絶縁膜の配
向方位の制御を簡易な手段で実現できる。発明の実施の
形態３．本実施の形態はイリジウム単体を用いて下部電
極を構成する電気機械変換素子の製造技術に関する。本
実施の形態では、酸化ジルコニウムから成る下地層上に
イリジウム単体から成る下部電極を成膜する。そして、
強誘電体薄膜（圧電体膜）の構成元素であるチタン層
（チタン核）を下部電極上に積層し、チタン層の膜厚を
１５ｎｍ〜３０ｎｍ程度に調整することで、ゾル・ゲル
法による強誘電体薄膜の焼成時における下部電極への酸
素の混入を防止するものである。 （実施例）電気機械変換素子の製造工程の概略は実施の
形態１で説明した電気機械変換素子の製造工程とほぼ同
じであり、異なる点を中心に説明する。
【００７８】まず、図３（Ａ）に示すように、厚さ２２
０μｍの加圧室基板１の表面に二酸化珪素膜から成る振
動板膜５を１μｍ、酸化ジルコニウム膜から成る下地層
６を４００ｎｍ積層した。続いて、下地層６と下部電極
７１との接着性を向上させるために、チタンからなる密
着層（同図に図示せず）を下地層６上に１０ｎｍ程度の
膜厚に成膜した。
０μｍの加圧室基板１の表面に二酸化珪素膜から成る振
動板膜５を１μｍ、酸化ジルコニウム膜から成る下地層
６を４００ｎｍ積層した。続いて、下地層６と下部電極
７１との接着性を向上させるために、チタンからなる密
着層（同図に図示せず）を下地層６上に１０ｎｍ程度の
膜厚に成膜した。
【００７９】そして、イリジウム単体をターゲットとし
てスパッタ法により下部電極７１を２００ｎｍ程度の厚
みに成膜した後（同図（B））、チタン層８を２０ｎｍ
の厚みに成膜した（同図（C））。さらに、同図（D）、
（E）及び（F）に示すように、ゾル・ゲル法で強誘電体
薄膜９を成膜し、スパッタ法で上部電極７２を成膜して
からこれらの薄膜の積層構造をエッチングすることで加
圧室に対応して電気機械変換素子を分離するとともに、
加圧室基板１をエッチング加工して加圧室１０を形成
し、ノズルプレート２を接合した。
てスパッタ法により下部電極７１を２００ｎｍ程度の厚
みに成膜した後（同図（B））、チタン層８を２０ｎｍ
の厚みに成膜した（同図（C））。さらに、同図（D）、
（E）及び（F）に示すように、ゾル・ゲル法で強誘電体
薄膜９を成膜し、スパッタ法で上部電極７２を成膜して
からこれらの薄膜の積層構造をエッチングすることで加
圧室に対応して電気機械変換素子を分離するとともに、
加圧室基板１をエッチング加工して加圧室１０を形成
し、ノズルプレート２を接合した。
【００８０】上記の製造工程で得られた電気機械変換素
子（本例）と従来の製造工程で得られた電気機械変換素
子（従来例）の各特性を表１に示す。両者とも下地層６
の膜厚は４００ｎｍ、密着層の膜厚は１０ｎｍ、下部電
極（イリジウム電極）７１の膜厚は２００ｎｍであり、
本例の電気機械変換素子のチタン層８の膜厚は２０ｎ
ｍ、比較例の電気機械変換素子のチタン層８の膜厚は５
ｎｍである。
子（本例）と従来の製造工程で得られた電気機械変換素
子（従来例）の各特性を表１に示す。両者とも下地層６
の膜厚は４００ｎｍ、密着層の膜厚は１０ｎｍ、下部電
極（イリジウム電極）７１の膜厚は２００ｎｍであり、
本例の電気機械変換素子のチタン層８の膜厚は２０ｎ
ｍ、比較例の電気機械変換素子のチタン層８の膜厚は５
ｎｍである。
【００８１】
【表１】
上記の結果から、従来例では下部電極７１の厚みが２倍
以上になるのに対して、本例では下部電極７１の厚みは
１０ｎｍ増加するに止まった。その原因は、従来例では
強誘電体薄膜９の焼成工程において下部電極７１中に酸
素が取り込まれ、下部電極７１の厚みが増すのに対し
て、本例では下部電極７１上に成膜された厚み２０ｎｍ
のチタン層８により下部電極７１への酸素の含有を抑止
できるためであると考えられる。また、下部電極７１に
積層されるチタン層８の膜厚を１５ｎｍ〜３０ｎｍの範
囲にしても同様の効果を得ることができた。また、強誘
電体薄膜９の焼成はゾル・ゲル法の他にMOD法でも可能
である。
以上になるのに対して、本例では下部電極７１の厚みは
１０ｎｍ増加するに止まった。その原因は、従来例では
強誘電体薄膜９の焼成工程において下部電極７１中に酸
素が取り込まれ、下部電極７１の厚みが増すのに対し
て、本例では下部電極７１上に成膜された厚み２０ｎｍ
のチタン層８により下部電極７１への酸素の含有を抑止
できるためであると考えられる。また、下部電極７１に
積層されるチタン層８の膜厚を１５ｎｍ〜３０ｎｍの範
囲にしても同様の効果を得ることができた。また、強誘
電体薄膜９の焼成はゾル・ゲル法の他にMOD法でも可能
である。
【００８２】下部電極７１に酸素が含有すると、下部電
極７１は硬くて脆くなるため、アクチュエータとして使
用すると電気機械変換素子が破壊される現象が生じる。
同表に示すヘッド駆動時の電気機械変換素子の破壊率を
見て解るように、従来例では破壊率７％であるのに対し
て本例では０％であった。また、本例の下部電極のヤン
グ率の方が向上したことが確認できた。
極７１は硬くて脆くなるため、アクチュエータとして使
用すると電気機械変換素子が破壊される現象が生じる。
同表に示すヘッド駆動時の電気機械変換素子の破壊率を
見て解るように、従来例では破壊率７％であるのに対し
て本例では０％であった。また、本例の下部電極のヤン
グ率の方が向上したことが確認できた。
【００８３】また、下部電極７１上に積層されたチタン
層８の影響により強誘電体薄膜９は（１１１）面配向と
（１１０）面配向の混合になり、従来の製法で得られる
（１１１）面配向と（１００）面配向の混合とは異なる
結果が得られた。
層８の影響により強誘電体薄膜９は（１１１）面配向と
（１１０）面配向の混合になり、従来の製法で得られる
（１１１）面配向と（１００）面配向の混合とは異なる
結果が得られた。
【００８４】以上、説明したように本実施の形態によれ
ば、イリジウム単体から成る下部電極上に１５ｎｍ〜３
０ｎｍの膜厚のチタン層を積層することで、ゾル・ゲル
法或いはMOD法による強誘電体薄膜の焼成時における下
部電極への酸素含有を極力抑えることができるため、下
部電極が優れた靭性を示し、信頼性に優れたアクチュエ
ータを実現することができる。発明の実施の形態４．本
実施の形態は圧電特性を劣化させずに設置面との密着性
を向上させることのできる電気機械変換素子の下部電極
の構造に関する。
ば、イリジウム単体から成る下部電極上に１５ｎｍ〜３
０ｎｍの膜厚のチタン層を積層することで、ゾル・ゲル
法或いはMOD法による強誘電体薄膜の焼成時における下
部電極への酸素含有を極力抑えることができるため、下
部電極が優れた靭性を示し、信頼性に優れたアクチュエ
ータを実現することができる。発明の実施の形態４．本
実施の形態は圧電特性を劣化させずに設置面との密着性
を向上させることのできる電気機械変換素子の下部電極
の構造に関する。
【００８５】図９は本実施の形態に係わる電気機械変換
素子を設置面上に形成した場合の層構造を説明する断面
図である。同図に示すように、電気機械変換素子４０
は、設置面上に、密着層４１、下部電極４２、拡散防止
層４３、強誘電体薄膜（圧電体膜）４４及び上部電極４
５が順に積層されて構成されている。設置面は特に限定
されるものではないが、本実施形態ではインクジェット
式記録ヘッドの振動板（例えば、酸化珪素膜又は酸化珪
素膜層と酸化ジルコニウム膜との積層構造）に相当す
る。
素子を設置面上に形成した場合の層構造を説明する断面
図である。同図に示すように、電気機械変換素子４０
は、設置面上に、密着層４１、下部電極４２、拡散防止
層４３、強誘電体薄膜（圧電体膜）４４及び上部電極４
５が順に積層されて構成されている。設置面は特に限定
されるものではないが、本実施形態ではインクジェット
式記録ヘッドの振動板（例えば、酸化珪素膜又は酸化珪
素膜層と酸化ジルコニウム膜との積層構造）に相当す
る。
【００８６】密着層４１は、本発明の電気機械変換素子
の製造方法を経て製造されるもので、拡散防止性金属を
含む合金で形成されている。拡散防止性金属は、例えば
イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム
（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）又はオスミウム（Ｏｓ）
のうちいずれかから選択される。これらの金属は、その
結晶粒の粒界に沿ってチタンやクロムなどの熱による拡
散性の高い金属が移動しようとする場合にその移動を阻
止し得る特性を有すると考えられる。密着層４１は、上
記拡散防止性金属と下部電極を構成する金属との合金を
主成分としている。本実施形態では下部電極に白金を使
用するので、密着層は白金と上記拡散防止性金属との合
金となる。ただしこの密着層の位置に当初形成されてい
た密着性金属、例えばチタンやクロムも若干残留してい
る。すなわちこの密着層４１は、形成当初から組成が一
定している層ではなく、熱処理工程を経て元素の移動が
生じた結果として生ずる層である。密着層４１の厚み
は、熱処理前に塗布した密着性金属層と第１拡散防止性
金属層との厚みを合わせた厚みとなる。
の製造方法を経て製造されるもので、拡散防止性金属を
含む合金で形成されている。拡散防止性金属は、例えば
イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム
（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）又はオスミウム（Ｏｓ）
のうちいずれかから選択される。これらの金属は、その
結晶粒の粒界に沿ってチタンやクロムなどの熱による拡
散性の高い金属が移動しようとする場合にその移動を阻
止し得る特性を有すると考えられる。密着層４１は、上
記拡散防止性金属と下部電極を構成する金属との合金を
主成分としている。本実施形態では下部電極に白金を使
用するので、密着層は白金と上記拡散防止性金属との合
金となる。ただしこの密着層の位置に当初形成されてい
た密着性金属、例えばチタンやクロムも若干残留してい
る。すなわちこの密着層４１は、形成当初から組成が一
定している層ではなく、熱処理工程を経て元素の移動が
生じた結果として生ずる層である。密着層４１の厚み
は、熱処理前に塗布した密着性金属層と第１拡散防止性
金属層との厚みを合わせた厚みとなる。
【００８７】下部電極４２は、強誘電体薄膜４４に電圧
を印加するための一方の電極であり、導電性を有する材
料、例えば白金（Ｐｔ）で０．４μｍ程度の厚みに形成
されている。従来品では密着性金属がこの下部電極を通
して移動するために０．５μｍ以上の厚みに形成してお
く必要があったが、本実施形態では拡散防止性金属がそ
の役割を担うので、０．２μｍと従来より薄く形成して
おくことが可能である。上部電極４５は、強誘電体薄膜
４４に電圧を印加するための他方の電極となり、導電性
を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で０．１μｍ程度の
厚みに形成されている。
を印加するための一方の電極であり、導電性を有する材
料、例えば白金（Ｐｔ）で０．４μｍ程度の厚みに形成
されている。従来品では密着性金属がこの下部電極を通
して移動するために０．５μｍ以上の厚みに形成してお
く必要があったが、本実施形態では拡散防止性金属がそ
の役割を担うので、０．２μｍと従来より薄く形成して
おくことが可能である。上部電極４５は、強誘電体薄膜
４４に電圧を印加するための他方の電極となり、導電性
を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）で０．１μｍ程度の
厚みに形成されている。
【００８８】拡散防止層４３は、拡散防止性金属と密着
性金属との合金で形成されている。拡散防止性金属は上
記と同様のものであり、例えばイリジウム、パラジウ
ム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムのうちいずれ
かから選択される。密着性金属とは、熱処理前に密着性
金属層として形成されたものであり、例えばチタン又は
クロムのうちいずれか１つである。拡散防止層４３は、
熱処理前に拡散防止性金属で形成され第２拡散防止性金
属層が、密着性金属層から移動してきた密着性金属と合
金化して結晶となった層である。この拡散防止層４３の
前身である第２拡散防止性金属層は、熱処理工程におい
て密着性金属が強誘電体薄膜４４中に拡散することを防
止する機能を果たし、また熱処理工程において強誘電体
薄膜４４中に存在する鉛や酸素が下部電極４２中に抜け
出す現象をも防止してきている。このように拡散防止層
４３は、元素の移動により形成されるものであるため、
その厚みは熱処理前に形成された第２拡散防止性金属層
と密着性金属層の形成量に応じて変動する。例えば、拡
散防止性金属と密着性金属との合金からなる結晶粒の大
きさによって微変動する。
性金属との合金で形成されている。拡散防止性金属は上
記と同様のものであり、例えばイリジウム、パラジウ
ム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムのうちいずれ
かから選択される。密着性金属とは、熱処理前に密着性
金属層として形成されたものであり、例えばチタン又は
クロムのうちいずれか１つである。拡散防止層４３は、
熱処理前に拡散防止性金属で形成され第２拡散防止性金
属層が、密着性金属層から移動してきた密着性金属と合
金化して結晶となった層である。この拡散防止層４３の
前身である第２拡散防止性金属層は、熱処理工程におい
て密着性金属が強誘電体薄膜４４中に拡散することを防
止する機能を果たし、また熱処理工程において強誘電体
薄膜４４中に存在する鉛や酸素が下部電極４２中に抜け
出す現象をも防止してきている。このように拡散防止層
４３は、元素の移動により形成されるものであるため、
その厚みは熱処理前に形成された第２拡散防止性金属層
と密着性金属層の形成量に応じて変動する。例えば、拡
散防止性金属と密着性金属との合金からなる結晶粒の大
きさによって微変動する。
【００８９】強誘電体薄膜４４は、通常の圧電性セラミ
ックスの結晶で構成されている。例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これに
ニオブ酸、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が好適である。強誘電体薄膜４
４の組成は電気機械変換素子の特性、用途等を考慮して
適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チ
タン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン
酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用
いることができる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸
鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することで圧電特性に優
れた膜を得ることができる。
ックスの結晶で構成されている。例えば、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これに
ニオブ酸、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が好適である。強誘電体薄膜４
４の組成は電気機械変換素子の特性、用途等を考慮して
適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チ
タン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン
酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用
いることができる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸
鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することで圧電特性に優
れた膜を得ることができる。
【００９０】強誘電体薄膜の厚みについては、製造工程
でクラックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、十分
な変位特性を呈する程度に厚く形成する。特に本実施形
態では多数回の熱処理を行っても密着性金属が強誘電体
薄膜に拡散しない構造となっているので、多数回の熱処
理により従来品より厚膜化しておくことが可能である。
従来であれば、焼成回数を２回より多くすると密着性金
属の拡散により密着性が劣化していたが、本実施形態で
あれば、焼成回数を４回以上にしても密着性の劣化が生
じない。このため強誘電体薄膜４４の膜厚を、例えば１
μｍ以上にすることが可能である。 （実施例）次に、本発明の電気機械変換素子の製造方法
を含めたインクジェット式記録ヘッドの製造方法を図１
０、図１１を参照して説明する。まず、シリコン単結晶
基板から成る加圧室基板１の表面に振動板膜５を成膜し
た（図１０（Ａ））。この工程では通常用いる熱酸化法
等により、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高
温処理し、二酸化珪素からなる熱酸化膜を形成すればよ
い。この工程により、所定の厚さ（例えば、２２０μ
ｍ）の加圧室基板１上に適当な膜厚（例えば、１．０μ
ｍ）の振動板膜５を成膜した。なお、酸化珪素膜に限ら
れず、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜を形成してもよい。また振
動板を酸化珪素膜と酸化ジルコニウム膜等との積層構造
に構成してもよい。積層構造にするためには、例えばシ
リコン単結晶基板上に酸化珪素膜を上記のようにして１
μｍ程度形成した後、ジルコニウム層をスパッタ法又は
真空蒸着法等により形成する。そして酸素雰囲気中で高
温処理し、酸化ジルコニウム膜を例えば４００ｎｍ程度
の厚みで形成すればよい。
でクラックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、十分
な変位特性を呈する程度に厚く形成する。特に本実施形
態では多数回の熱処理を行っても密着性金属が強誘電体
薄膜に拡散しない構造となっているので、多数回の熱処
理により従来品より厚膜化しておくことが可能である。
従来であれば、焼成回数を２回より多くすると密着性金
属の拡散により密着性が劣化していたが、本実施形態で
あれば、焼成回数を４回以上にしても密着性の劣化が生
じない。このため強誘電体薄膜４４の膜厚を、例えば１
μｍ以上にすることが可能である。 （実施例）次に、本発明の電気機械変換素子の製造方法
を含めたインクジェット式記録ヘッドの製造方法を図１
０、図１１を参照して説明する。まず、シリコン単結晶
基板から成る加圧室基板１の表面に振動板膜５を成膜し
た（図１０（Ａ））。この工程では通常用いる熱酸化法
等により、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高
温処理し、二酸化珪素からなる熱酸化膜を形成すればよ
い。この工程により、所定の厚さ（例えば、２２０μ
ｍ）の加圧室基板１上に適当な膜厚（例えば、１．０μ
ｍ）の振動板膜５を成膜した。なお、酸化珪素膜に限ら
れず、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリ
コン膜、酸化アルミニウム膜を形成してもよい。また振
動板を酸化珪素膜と酸化ジルコニウム膜等との積層構造
に構成してもよい。積層構造にするためには、例えばシ
リコン単結晶基板上に酸化珪素膜を上記のようにして１
μｍ程度形成した後、ジルコニウム層をスパッタ法又は
真空蒸着法等により形成する。そして酸素雰囲気中で高
温処理し、酸化ジルコニウム膜を例えば４００ｎｍ程度
の厚みで形成すればよい。
【００９１】続いて、振動板膜５上に密着性金属による
層５０を成膜した（同図（Ｂ））。密着性金属とは、チ
タンやクロムのことをいう。これらの金属は後の強誘電
体薄膜４４形成時の熱処理によって容易に拡散するが、
拡散後に拡散防止層４３に移動する他、最終的に密着層
４１に残留して、下部電極４２と振動板膜５とを密着さ
せる役割を担う。密着性金属層５０の成膜法としてはス
パッタ法、真空蒸着法等を用いればよい。密着性金属層
５０の膜厚は密着用の金属として十分な量を供給できる
程度の厚みにし、かつ多すぎて強誘電体薄膜に拡散しな
い程度の厚みにする。例えば２０ｎｍ程度の厚みにす
る。
層５０を成膜した（同図（Ｂ））。密着性金属とは、チ
タンやクロムのことをいう。これらの金属は後の強誘電
体薄膜４４形成時の熱処理によって容易に拡散するが、
拡散後に拡散防止層４３に移動する他、最終的に密着層
４１に残留して、下部電極４２と振動板膜５とを密着さ
せる役割を担う。密着性金属層５０の成膜法としてはス
パッタ法、真空蒸着法等を用いればよい。密着性金属層
５０の膜厚は密着用の金属として十分な量を供給できる
程度の厚みにし、かつ多すぎて強誘電体薄膜に拡散しな
い程度の厚みにする。例えば２０ｎｍ程度の厚みにす
る。
【００９２】次に、密着性金属層５０上に拡散防止性金
属の層５１を成膜した（同図（Ｃ））。この層は、後の
熱処理により拡散する密着性金属の一部を残留させ、下
部電極４２と振動板膜５との密着力を向上させる密着層
４１として機能するものである。第１拡散防止性金属層
５１の成膜法としてはスパッタ法、真空蒸着法等を用い
る。第１拡散防止性金属層５１の厚みは、強誘電体薄膜
の方向へ拡散する密着性金属の一部を残留させるに足り
る程度の厚みに、例えば２０ｎｍ程度の厚みに形成す
る。
属の層５１を成膜した（同図（Ｃ））。この層は、後の
熱処理により拡散する密着性金属の一部を残留させ、下
部電極４２と振動板膜５との密着力を向上させる密着層
４１として機能するものである。第１拡散防止性金属層
５１の成膜法としてはスパッタ法、真空蒸着法等を用い
る。第１拡散防止性金属層５１の厚みは、強誘電体薄膜
の方向へ拡散する密着性金属の一部を残留させるに足り
る程度の厚みに、例えば２０ｎｍ程度の厚みに形成す
る。
【００９３】次に、第１拡散防止性金属層５１上に下部
電極の層４２を成膜した（同図（Ｄ））。下部電極４２
の成膜法としてはスパッタ法等を用いた。従来品ではチ
タンの拡散を防止するために５００ｎｍ以上の膜厚が必
要であったが、本実施形態では拡散防止性金属がチタン
の拡散を防止するため、４００ｎｍ以下の膜厚に形成可
能である。
電極の層４２を成膜した（同図（Ｄ））。下部電極４２
の成膜法としてはスパッタ法等を用いた。従来品ではチ
タンの拡散を防止するために５００ｎｍ以上の膜厚が必
要であったが、本実施形態では拡散防止性金属がチタン
の拡散を防止するため、４００ｎｍ以下の膜厚に形成可
能である。
【００９４】次に、下部電極４２上に拡散防止性金属の
層５２を成膜した（同図（Ｅ））。この層は、後の熱処
理により下部電極４２を通して拡散してきた密着性金属
の拡散を停止させる障壁として機能するものである。第
２拡散防止性金属層５２の成膜法としてはスパッタ法、
真空蒸着法等を用いることができる。第２拡散防止性金
属層５２の厚みは、強誘電体薄膜への密着性金属の拡散
を停止させるに足りる程度の厚みに、例えば２０ｎｍ程
度の厚みに成膜した。尚、密着性金属層、第１拡散防止
性金属層、下部電極及び第２拡散防止性金属層は汚染を
防ぐために真空中で連続して形成することが好ましい。
層５２を成膜した（同図（Ｅ））。この層は、後の熱処
理により下部電極４２を通して拡散してきた密着性金属
の拡散を停止させる障壁として機能するものである。第
２拡散防止性金属層５２の成膜法としてはスパッタ法、
真空蒸着法等を用いることができる。第２拡散防止性金
属層５２の厚みは、強誘電体薄膜への密着性金属の拡散
を停止させるに足りる程度の厚みに、例えば２０ｎｍ程
度の厚みに成膜した。尚、密着性金属層、第１拡散防止
性金属層、下部電極及び第２拡散防止性金属層は汚染を
防ぐために真空中で連続して形成することが好ましい。
【００９５】次に、ゾル・ゲル法により強誘電体薄膜を
積層して強誘電体薄膜４４を成膜した（同図（Ｆ）〜図
１１（Ｈ））。強誘電体薄膜の結晶化のための焼成処理
により、密着性金属５０を第２拡散防止性金属層５２に
まで拡散させ当該第２拡散防止性金属層５２の位置に拡
散防止層４３を生じさせた。さらにこの工程は、第１拡
散防止性金属膜５１と下部電極４２との合金化を促進し
て密着性金属層５０及び第１拡散防止性金属層５１の位
置に密着層４１を生じさせる工程でもある。
積層して強誘電体薄膜４４を成膜した（同図（Ｆ）〜図
１１（Ｈ））。強誘電体薄膜の結晶化のための焼成処理
により、密着性金属５０を第２拡散防止性金属層５２に
まで拡散させ当該第２拡散防止性金属層５２の位置に拡
散防止層４３を生じさせた。さらにこの工程は、第１拡
散防止性金属膜５１と下部電極４２との合金化を促進し
て密着性金属層５０及び第１拡散防止性金属層５１の位
置に密着層４１を生じさせる工程でもある。
【００９６】まず有機金属アルコキシド溶液からなるゾ
ルをスピンコート等の塗布法にて下部電極４２上にし
た。次いで一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発さ
せた。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温
で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を
熱分解させ、金属酸化物とした。この塗布→乾燥→脱脂
の各工程を所定回数、例えば４回以上繰り返して４層以
上の強誘電体薄膜前駆体４４１〜４４ｎ（ｎは塗布回
数）を積層した（図１０（Ｆ）→図１１（Ｇ）→図１０
（Ｆ）→図１１（Ｇ）…）。これらの乾燥や脱脂によ
り、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱
分解を経て金属−酸素−金属のネットワークが形成され
る。一定回数強誘電体薄膜前駆体を積層した後には、さ
らに一定の雰囲気下で焼成処理をした。この焼成処理に
よりアモルファス状態のゲルからいずれかの結晶構造を
備えたペロブスカイト結晶構造が形成された。
ルをスピンコート等の塗布法にて下部電極４２上にし
た。次いで一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発さ
せた。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温
で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を
熱分解させ、金属酸化物とした。この塗布→乾燥→脱脂
の各工程を所定回数、例えば４回以上繰り返して４層以
上の強誘電体薄膜前駆体４４１〜４４ｎ（ｎは塗布回
数）を積層した（図１０（Ｆ）→図１１（Ｇ）→図１０
（Ｆ）→図１１（Ｇ）…）。これらの乾燥や脱脂によ
り、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱
分解を経て金属−酸素−金属のネットワークが形成され
る。一定回数強誘電体薄膜前駆体を積層した後には、さ
らに一定の雰囲気下で焼成処理をした。この焼成処理に
よりアモルファス状態のゲルからいずれかの結晶構造を
備えたペロブスカイト結晶構造が形成された。
【００９７】上記熱処理の過程で、密着性金属層５０中
のチタンが結晶の粒界に沿って拡散していく。その一部
は第１拡散防止性金属層５１によって拡散を阻止され
る。一方下部電極４２の白金はこの第１拡散防止性金属
層５１に向かって若干拡散する。これによって第１拡散
性金属層５１及び密着性金属層５０の位置に、拡散性金
属、下部電極を構成する金属及び密着性金属による合金
層が形成される。これが密着層４１である（図１１
（Ｈ））。
のチタンが結晶の粒界に沿って拡散していく。その一部
は第１拡散防止性金属層５１によって拡散を阻止され
る。一方下部電極４２の白金はこの第１拡散防止性金属
層５１に向かって若干拡散する。これによって第１拡散
性金属層５１及び密着性金属層５０の位置に、拡散性金
属、下部電極を構成する金属及び密着性金属による合金
層が形成される。これが密着層４１である（図１１
（Ｈ））。
【００９８】また、密着性金属層５０中のチタンは下部
電極４２を通過し第２拡散防止性金属層５２に到達し、
ここで拡散を阻止される。このため第２拡散防止性金属
層５２の位置には拡散防止性金属と密着性金属との合金
層が形成される。これが拡散防止層４３である（同図
（Ｈ））。
電極４２を通過し第２拡散防止性金属層５２に到達し、
ここで拡散を阻止される。このため第２拡散防止性金属
層５２の位置には拡散防止性金属と密着性金属との合金
層が形成される。これが拡散防止層４３である（同図
（Ｈ））。
【００９９】次に、強誘電体薄膜４４の上に電子ビーム
蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて上部電極４５を形
成した（同図（Ｉ））。上部電極の材料には白金、イリ
ジウム等を用い、厚みを１００ｎｍ程度にした。
蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて上部電極４５を形
成した（同図（Ｉ））。上部電極の材料には白金、イリ
ジウム等を用い、厚みを１００ｎｍ程度にした。
【０１００】以上の工程で電気機械変換素子の原形が完
成する。この電気機械変換素子を使用箇所に適した形状
にエッチングして整形し上下電極間に電圧を印加可能に
製造すれば、本発明の圧電体素子として動作させること
が可能である。本実施形態では上記圧電体素子の積層構
造をインクジェット式記録ヘッドに適合させてエッチン
グし、さらに以下に説明する工程でインクジェット式記
録ヘッドを製造した。図１１では特に電気機械変換素子
三個の断面構造を示しているが、実際にはインクジェッ
ト式記録ヘッドの解像度に応じて電気機械変換素子の間
隔や個数を変更すればよい。
成する。この電気機械変換素子を使用箇所に適した形状
にエッチングして整形し上下電極間に電圧を印加可能に
製造すれば、本発明の圧電体素子として動作させること
が可能である。本実施形態では上記圧電体素子の積層構
造をインクジェット式記録ヘッドに適合させてエッチン
グし、さらに以下に説明する工程でインクジェット式記
録ヘッドを製造した。図１１では特に電気機械変換素子
三個の断面構造を示しているが、実際にはインクジェッ
ト式記録ヘッドの解像度に応じて電気機械変換素子の間
隔や個数を変更すればよい。
【０１０１】まず、各電気機械変換素子の層構造を形成
後、上部電極４５、強誘電体薄膜４４、拡散防止層４
３、下部電極４２及び密着層４１を各加圧室１０に合わ
せた形状になるようマスクし、その周囲をエッチングし
た（同図（Ｊ））。具体的には、まずスピンナー法、ス
プレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジスト材料を
上部電極上に塗布し、マスクを電気機械変換素子の形状
に形成してから露光し現像して、レジストパターンを上
部電極４５上に形成した。これに通常用いるイオンミリ
ング、あるいはドライエッチング法等を適用して、上部
電極４５、強誘電体薄膜４４、拡散防止層４３、下部電
極４２及び密着層４１をエッチングし除去し、電気機械
変換素子４０を整形した。
後、上部電極４５、強誘電体薄膜４４、拡散防止層４
３、下部電極４２及び密着層４１を各加圧室１０に合わ
せた形状になるようマスクし、その周囲をエッチングし
た（同図（Ｊ））。具体的には、まずスピンナー法、ス
プレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジスト材料を
上部電極上に塗布し、マスクを電気機械変換素子の形状
に形成してから露光し現像して、レジストパターンを上
部電極４５上に形成した。これに通常用いるイオンミリ
ング、あるいはドライエッチング法等を適用して、上部
電極４５、強誘電体薄膜４４、拡散防止層４３、下部電
極４２及び密着層４１をエッチングし除去し、電気機械
変換素子４０を整形した。
【０１０２】次に、電気機械変換素子４０が形成された
加圧室基板１の他方の面をエッチングして加圧室１０を
形成した（同図（Ｊ））。例えば、異方性エッチング、
平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用い
た異方性エッチングを用いて、シリコン基板に対し加圧
室１０空間のエッチングを行った。エッチングされずに
残された部分が側壁１１になる。
加圧室基板１の他方の面をエッチングして加圧室１０を
形成した（同図（Ｊ））。例えば、異方性エッチング、
平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用い
た異方性エッチングを用いて、シリコン基板に対し加圧
室１０空間のエッチングを行った。エッチングされずに
残された部分が側壁１１になる。
【０１０３】最後に、エッチング後の加圧室基板１にノ
ズルプレート２を接着剤で貼り合わせてインクジェット
式記録ヘッドの主要部を製造した（同図（Ｋ））。貼り
合わせのときに各ノズル２１が加圧室１０各々の空間に
配置されるよう位置合せする。ノズルプレート２が貼り
合わせられた加圧室基板１を筐体に取り付け、インクジ
ェット式記録ヘッド１を完成させる。なお、ノズルプレ
ート２を貼り合わせる代わりに、ノズルプレート２と加
圧室基板１を一体的にエッチングして形成してもよい。
一体的にエッチングしてノズルプレートと加圧室基板と
を同時に製造した場合には貼り合わせ工程は不要であ
る。ノズルは加圧室１０に相当する位置に開口させる。
ズルプレート２を接着剤で貼り合わせてインクジェット
式記録ヘッドの主要部を製造した（同図（Ｋ））。貼り
合わせのときに各ノズル２１が加圧室１０各々の空間に
配置されるよう位置合せする。ノズルプレート２が貼り
合わせられた加圧室基板１を筐体に取り付け、インクジ
ェット式記録ヘッド１を完成させる。なお、ノズルプレ
ート２を貼り合わせる代わりに、ノズルプレート２と加
圧室基板１を一体的にエッチングして形成してもよい。
一体的にエッチングしてノズルプレートと加圧室基板と
を同時に製造した場合には貼り合わせ工程は不要であ
る。ノズルは加圧室１０に相当する位置に開口させる。
【０１０４】上製造方法において、密着性金属としてチ
タン、下部電極として白金、拡散防止性金属としてイリ
ジウム、強誘電体薄膜としてＰＺＴ−ＰＭＮを用いて電
気機械変換素子を形成した。その結晶構造を図１２の断
面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）写真の
模写図に示す。同図に示すように、振動板膜と下部電極
間に合金化が進んだ密着層が形成されているのが確認で
きる。また、下部電極と強誘電体薄膜の界面に拡散防止
性金属結晶と密着性金属との合金層である拡散防止層が
形成されているのが確認できた。
タン、下部電極として白金、拡散防止性金属としてイリ
ジウム、強誘電体薄膜としてＰＺＴ−ＰＭＮを用いて電
気機械変換素子を形成した。その結晶構造を図１２の断
面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）写真の
模写図に示す。同図に示すように、振動板膜と下部電極
間に合金化が進んだ密着層が形成されているのが確認で
きる。また、下部電極と強誘電体薄膜の界面に拡散防止
性金属結晶と密着性金属との合金層である拡散防止層が
形成されているのが確認できた。
【０１０５】図１３に密着層の組成分析図を示す。この
図は、密着層のうち比較的下部電極に近い領域の組成に
関するものである。同図から判るように、本実施例では
熱処理前にこの位置に形成されてあった密着性金属層の
組成であるチタン（矢印１）がわずかしか残っていな
い。その代わり下部電極を構成する金属である白金（Ｐ
ｔ）（矢印２）と熱処理前に拡散防止性金属層を構成し
ていた拡散防止性金属であるイリジウム（Ｉｒ）（矢印
３）とが存在している。両金属が合金化していることを
確認することができる。熱処理によってチタンが拡散
し、下部電極の白金と拡散防止性金属層のイリジウムと
が移動してきて密着層を形成しているのである。
図は、密着層のうち比較的下部電極に近い領域の組成に
関するものである。同図から判るように、本実施例では
熱処理前にこの位置に形成されてあった密着性金属層の
組成であるチタン（矢印１）がわずかしか残っていな
い。その代わり下部電極を構成する金属である白金（Ｐ
ｔ）（矢印２）と熱処理前に拡散防止性金属層を構成し
ていた拡散防止性金属であるイリジウム（Ｉｒ）（矢印
３）とが存在している。両金属が合金化していることを
確認することができる。熱処理によってチタンが拡散
し、下部電極の白金と拡散防止性金属層のイリジウムと
が移動してきて密着層を形成しているのである。
【０１０６】図１４に下部電極の組成分析図を示す。同
図から判るように、当初より存在する白金（Ｐｔ）（矢
印１）が組成の殆どを占めている。密着性金属層から拡
散してきた密着性金属であるチタン（Ｔｉ）（矢印２）
の一部が残留している。
図から判るように、当初より存在する白金（Ｐｔ）（矢
印１）が組成の殆どを占めている。密着性金属層から拡
散してきた密着性金属であるチタン（Ｔｉ）（矢印２）
の一部が残留している。
【０１０７】図１５に拡散防止層の組成分析図を示す。
同図に示すように、熱処理前に拡散防止性金属層に形成
されていた拡散防止性金属であるイリジウム（Ｉｒ）
（矢印１）が存在している。そして、密着性金属層から
拡散してきた密着性金属であるチタン（Ｔｉ）（矢印
２）が存在してきている。また、強誘電体薄膜から移動
してきた酸素（Ｏ）（矢印３）も存在している。その組
織はほとんど酸化されていないイリジウムと酸化チタン
との混合になっている。すなわち拡散防止層はチタンが
強誘電体薄膜へ移動することを防止し、酸素が強誘電体
薄膜から下部電極に抜け出すことを防止していることが
判る。
同図に示すように、熱処理前に拡散防止性金属層に形成
されていた拡散防止性金属であるイリジウム（Ｉｒ）
（矢印１）が存在している。そして、密着性金属層から
拡散してきた密着性金属であるチタン（Ｔｉ）（矢印
２）が存在してきている。また、強誘電体薄膜から移動
してきた酸素（Ｏ）（矢印３）も存在している。その組
織はほとんど酸化されていないイリジウムと酸化チタン
との混合になっている。すなわち拡散防止層はチタンが
強誘電体薄膜へ移動することを防止し、酸素が強誘電体
薄膜から下部電極に抜け出すことを防止していることが
判る。
【０１０８】表２に、拡散防止層と密着層の組成を変化
させた場合における密着性の変化を示す。比較例は、拡
散防止層に相当する層が無く、密着層がチタンで構成さ
れているものである。
させた場合における密着性の変化を示す。比較例は、拡
散防止層に相当する層が無く、密着層がチタンで構成さ
れているものである。
【０１０９】
【表２】
表２から判るように、本実施例による密着性が比較例に
比べて高い。特に焼成回数を増して１μｍ以上の強誘電
体薄膜の厚みにした場合に密着性が相対的に高くなって
いる。したがって本実施形態の層構造は強誘電体薄膜を
１μｍ以上に厚膜化した場合にも有効である。
比べて高い。特に焼成回数を増して１μｍ以上の強誘電
体薄膜の厚みにした場合に密着性が相対的に高くなって
いる。したがって本実施形態の層構造は強誘電体薄膜を
１μｍ以上に厚膜化した場合にも有効である。
【０１１０】次いで下部電極の厚みを５００ｎｍとし、
強誘電体薄膜の厚みを変えた場合の上記層構造の実施例
及び比較例における電気機械変換素子の破壊電圧、圧電
定数ｄ３１を表３に示す。
強誘電体薄膜の厚みを変えた場合の上記層構造の実施例
及び比較例における電気機械変換素子の破壊電圧、圧電
定数ｄ３１を表３に示す。
【０１１１】
【表３】
表３から判るように、実施例は比較例に比べて破壊電圧
及び圧電定数ｄ３１が大きい。これは本実施例の電気機
械変換素子には下部電極と強誘電体薄膜との界面に低誘
電率層が存在していないことに起因している。また圧電
定数ｄ３１の値が測定電圧に応じて変化するのは、電気
機械変換素子では印加する電界強度が大きいため、高電
界になるほど圧電定数ｄ３１が小さくなる傾向を示すか
らである。よって電気機械変換素子の特性を向上させる
ためには強誘電体薄膜の厚みを大きくすることが有効で
ある。ただし、強誘電体薄膜の厚みが大きすぎると変位
効率が下がるため、好ましくない。例えば高解像度のイ
ンクジェット式記録ヘッドに適した強誘電体薄膜の厚み
は１〜２μｍ程度と考えられる。発明の実施の形態５．
本実施形態は比較的低い温度で形成される電気機械変換
素子及びその製造方法並びにそれを利用したインクジェ
ット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタに関す
る。
及び圧電定数ｄ３１が大きい。これは本実施例の電気機
械変換素子には下部電極と強誘電体薄膜との界面に低誘
電率層が存在していないことに起因している。また圧電
定数ｄ３１の値が測定電圧に応じて変化するのは、電気
機械変換素子では印加する電界強度が大きいため、高電
界になるほど圧電定数ｄ３１が小さくなる傾向を示すか
らである。よって電気機械変換素子の特性を向上させる
ためには強誘電体薄膜の厚みを大きくすることが有効で
ある。ただし、強誘電体薄膜の厚みが大きすぎると変位
効率が下がるため、好ましくない。例えば高解像度のイ
ンクジェット式記録ヘッドに適した強誘電体薄膜の厚み
は１〜２μｍ程度と考えられる。発明の実施の形態５．
本実施形態は比較的低い温度で形成される電気機械変換
素子及びその製造方法並びにそれを利用したインクジェ
ット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタに関す
る。
【０１１２】図１は本実施形態におけるインクジェット
式記録ヘッドの電気機械変換素子部分を拡大した層構造
断面図である。
式記録ヘッドの電気機械変換素子部分を拡大した層構造
断面図である。
【０１１３】電気機械変換素子８０は同図に示すよう
に、設置面を形成する酸化膜９１上に、中間層９２、密
着層８１、下部電極８２、強誘電体薄膜（圧電体膜）８
３及び上部電極８４を積層して構成されている。
に、設置面を形成する酸化膜９１上に、中間層９２、密
着層８１、下部電極８２、強誘電体薄膜（圧電体膜）８
３及び上部電極８４を積層して構成されている。
【０１１４】中間層９２は弾性を備える層であって、酸
化膜９１と併せて振動板膜７０を構成している。中間層
９２は酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン
又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物で形成
される。ここでは、酸化ジルコニウムで形成されるもの
としている。中間層９２は弾性層としての機能を備え得
る厚み（例えば、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの間）を有
する。
化膜９１と併せて振動板膜７０を構成している。中間層
９２は酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン
又は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物で形成
される。ここでは、酸化ジルコニウムで形成されるもの
としている。中間層９２は弾性層としての機能を備え得
る厚み（例えば、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの間）を有
する。
【０１１５】密着層８１は中間層９２と下部電極８２と
の間に双方の層と密着する金属により形成される層であ
る。この層は、電気機械変換素子の設置面への密着を良
くするための層であり、密着性を確保できる場合にはこ
の層を形成しなくてもよい。密着性のある金属として
は、チタンやクロムなどが挙げられる。密着層８１の厚
みは最低限の密着性が確保できる厚み、例えば１０ｎｍ
以上とする。
の間に双方の層と密着する金属により形成される層であ
る。この層は、電気機械変換素子の設置面への密着を良
くするための層であり、密着性を確保できる場合にはこ
の層を形成しなくてもよい。密着性のある金属として
は、チタンやクロムなどが挙げられる。密着層８１の厚
みは最低限の密着性が確保できる厚み、例えば１０ｎｍ
以上とする。
【０１１６】下部電極８２は第１層８２４と第２層８２
５とで構成されている。第１層８２４と第２層８２５と
は、後述する本実施形態の製造方法により組成の移動が
生じた結果形成されるものである。
５とで構成されている。第１層８２４と第２層８２５と
は、後述する本実施形態の製造方法により組成の移動が
生じた結果形成されるものである。
【０１１７】第１層８２４は、中間層９２上に設けられ
る所定の金属とイリジウムとの合金からなる層である。
金属としては、例えば白金が挙げられる。この合金は、
白金などの金属層（８２２）の下に設けられたイリジウ
ム（８２１）が熱で金属層に移動して合金化したもので
ある。このため、第１層８２４は層全体にわたって均一
な混合をしているのではなく、白金などの金属内にイリ
ジウムの結晶が入り込んで結晶化した、やや不均一な結
晶構造になっている。
る所定の金属とイリジウムとの合金からなる層である。
金属としては、例えば白金が挙げられる。この合金は、
白金などの金属層（８２２）の下に設けられたイリジウ
ム（８２１）が熱で金属層に移動して合金化したもので
ある。このため、第１層８２４は層全体にわたって均一
な混合をしているのではなく、白金などの金属内にイリ
ジウムの結晶が入り込んで結晶化した、やや不均一な結
晶構造になっている。
【０１１８】第２層８２５は、第１層８２４の上に設け
られ、イリジウムを含む層で形成されている。この層
は、当初から設けられているイリジウムの層（８２３）
がそのまま結晶化したものである。
られ、イリジウムを含む層で形成されている。この層
は、当初から設けられているイリジウムの層（８２３）
がそのまま結晶化したものである。
【０１１９】第１層８２４と第２層８２５とで構成され
る下部電極８２において、イリジウムを含む合金（例え
ば、密着層８１から移動してきたチタンなどの金属、強
誘電体薄膜８３中から抜け出てきた酸素及びイリジウム
との合金）の下部電極８２に占める体積比が、２／５以
上かつ４／５以下になっている。
る下部電極８２において、イリジウムを含む合金（例え
ば、密着層８１から移動してきたチタンなどの金属、強
誘電体薄膜８３中から抜け出てきた酸素及びイリジウム
との合金）の下部電極８２に占める体積比が、２／５以
上かつ４／５以下になっている。
【０１２０】強誘電体薄膜８３は、通常の圧電性セラミ
ックスの結晶で構成された強誘電体である。例えば、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料
や、これにニオブ酸、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が好適である。強誘
電体薄膜８３の組成は電気機械変換素子の特性、用途等
を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（Ｐ
ｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタ
ン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコ
ン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等
を用いることができる。また、チタン酸鉛やジルコニウ
ム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することで圧電特性
に優れた膜を得ることができる。
ックスの結晶で構成された強誘電体である。例えば、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料
や、これにニオブ酸、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が好適である。強誘
電体薄膜８３の組成は電気機械変換素子の特性、用途等
を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（Ｐ
ｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタ
ン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコ
ン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチ
タン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等
を用いることができる。また、チタン酸鉛やジルコニウ
ム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することで圧電特性
に優れた膜を得ることができる。
【０１２１】強誘電体薄膜の厚みは、製造工程でクラッ
クが発生しない程度に抑え、かつ、十分な変位特性を呈
する程度に厚く形成する。
クが発生しない程度に抑え、かつ、十分な変位特性を呈
する程度に厚く形成する。
【０１２２】上部電極８４は、下部電極８２と対になる
電極であり、所定の金属、例えば、白金、イリジウム等
で形成される。その厚みは１００ｎｍ程度にする。 （実施例）次に、図１７及び図１８に基づいて本発明の
電気機械変換素子及びインクジェット式記録ヘッドの製
造例を説明する。
電極であり、所定の金属、例えば、白金、イリジウム等
で形成される。その厚みは１００ｎｍ程度にする。 （実施例）次に、図１７及び図１８に基づいて本発明の
電気機械変換素子及びインクジェット式記録ヘッドの製
造例を説明する。
【０１２３】まず、加圧室基板１の表面に酸化膜９１を
成膜した（図１７（Ａ））。この工程は、酸素或いは水
蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、二酸化珪素か
らなる酸化膜９１を成膜する工程である。この工程には
通常用いる熱酸化法の他ＣＶＤ法を使用することもでき
る。この工程により、所定の厚さ（例えば、２２０μ
ｍ）のシリコン単結晶基板から成る加圧室基板１上に適
当な膜厚（例えば、１．０μｍ）の酸化膜９１が成膜さ
れた。
成膜した（図１７（Ａ））。この工程は、酸素或いは水
蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、二酸化珪素か
らなる酸化膜９１を成膜する工程である。この工程には
通常用いる熱酸化法の他ＣＶＤ法を使用することもでき
る。この工程により、所定の厚さ（例えば、２２０μ
ｍ）のシリコン単結晶基板から成る加圧室基板１上に適
当な膜厚（例えば、１．０μｍ）の酸化膜９１が成膜さ
れた。
【０１２４】次に、酸化膜９１上に中間層９２を成膜し
た（同図（Ｂ））。中間膜の材料として、酸化ジルコニ
ウム、酸化タンタル、窒化シリコン及び酸化アルミニウ
ムのうちいずれか一の化合物を使用した。例えば酸化ジ
ルコニウムを使用するなら、まずジルコニウム層をスパ
ッタ法又は真空蒸着法等により酸化膜９１上に成膜し、
それを酸素雰囲気中で高温処理して酸化ジルコニウムの
中間層９２にする。その厚みは、例えば４００ｎｍ程度
が好適である。
た（同図（Ｂ））。中間膜の材料として、酸化ジルコニ
ウム、酸化タンタル、窒化シリコン及び酸化アルミニウ
ムのうちいずれか一の化合物を使用した。例えば酸化ジ
ルコニウムを使用するなら、まずジルコニウム層をスパ
ッタ法又は真空蒸着法等により酸化膜９１上に成膜し、
それを酸素雰囲気中で高温処理して酸化ジルコニウムの
中間層９２にする。その厚みは、例えば４００ｎｍ程度
が好適である。
【０１２５】次に、上記の工程で成膜された振動板膜７
０上に下部電極８２を成膜した（同図（Ｃ））。本例で
は、電気機械変換素子８０と振動板膜７０との剥離を防
止するためにさらに両者の間に密着性金属により密着層
８１を成膜した。密着性金属とはチタンやクロムのこと
をいう。成膜法としてはスパッタ法、真空蒸着法等を用
いればよい。密着層８１の膜厚は密着用の金属層として
十分機能する程度の厚みにし、かつ多すぎて圧電体膜に
拡散しない程度の厚みにする。その厚みは、例えば１０
ｎｍ以上程度あれば十分である。
０上に下部電極８２を成膜した（同図（Ｃ））。本例で
は、電気機械変換素子８０と振動板膜７０との剥離を防
止するためにさらに両者の間に密着性金属により密着層
８１を成膜した。密着性金属とはチタンやクロムのこと
をいう。成膜法としてはスパッタ法、真空蒸着法等を用
いればよい。密着層８１の膜厚は密着用の金属層として
十分機能する程度の厚みにし、かつ多すぎて圧電体膜に
拡散しない程度の厚みにする。その厚みは、例えば１０
ｎｍ以上程度あれば十分である。
【０１２６】下部電極を成膜する工程は、第１イリジウ
ム層８２１の成膜工程、金属層８２２の成膜工程及び第
２イリジウム層８２３の成膜工程から成る。
ム層８２１の成膜工程、金属層８２２の成膜工程及び第
２イリジウム層８２３の成膜工程から成る。
【０１２７】第１イリジウム層８２１はイリジウムをス
パッタ法等で付着させることで成膜される。第１イリジ
ウム層８２１の厚みは重要である。すなわちこの第１イ
リジウム層８２１の厚みは、その厚みの下部電極８２全
体の厚みに対する比が、１／３乃至４／５になるように
設定して形成する。当該層８２１だけでなく金属層８２
２や第２イリジウム層８２３の膜厚も影響するため、全
体として必要な下部電極８２の厚みを定めてから各層の
厚みを設定する。このとき、焼成前における密着層８１
の厚みをｄ0、第１イリジウム層８２１の厚みをｄ1、金
属層８２２の厚みをｄ2、第２イリジウム層８２３の厚
みをｄ3及び焼成後における下部電極８２全体の厚みを
ｄTとした場合に、 ｄT＝３．６×ｄ0＋２．４×ｄ1＋０．８×ｄ2＋２．３×ｄ3 …（１） という関係が満たされるように調整することが大切であ
る。このような比率で積層する場合に本発明の目的であ
る応力緩和が有効に行えるからである。
パッタ法等で付着させることで成膜される。第１イリジ
ウム層８２１の厚みは重要である。すなわちこの第１イ
リジウム層８２１の厚みは、その厚みの下部電極８２全
体の厚みに対する比が、１／３乃至４／５になるように
設定して形成する。当該層８２１だけでなく金属層８２
２や第２イリジウム層８２３の膜厚も影響するため、全
体として必要な下部電極８２の厚みを定めてから各層の
厚みを設定する。このとき、焼成前における密着層８１
の厚みをｄ0、第１イリジウム層８２１の厚みをｄ1、金
属層８２２の厚みをｄ2、第２イリジウム層８２３の厚
みをｄ3及び焼成後における下部電極８２全体の厚みを
ｄTとした場合に、 ｄT＝３．６×ｄ0＋２．４×ｄ1＋０．８×ｄ2＋２．３×ｄ3 …（１） という関係が満たされるように調整することが大切であ
る。このような比率で積層する場合に本発明の目的であ
る応力緩和が有効に行えるからである。
【０１２８】金属層８２２は、所定の導電性金属、例え
ば白金などをスパッタ法等で付着させることで形成され
る。その厚みには特に限定は無く、例えば１００ｎｍ程
度にする。
ば白金などをスパッタ法等で付着させることで形成され
る。その厚みには特に限定は無く、例えば１００ｎｍ程
度にする。
【０１２９】第２イリジウム層８２３は金属層８２２上
に再びイリジウムをスパッタ法等で付着させることで成
膜される。第２イリジウム層８２３の厚みは金属層８２
２を通過して拡散してきたイリジウムやチタン等の金属
が圧電体薄膜中に拡散するのを防止可能な程度の厚み、
例えば、２０ｎｍ以上にする。
に再びイリジウムをスパッタ法等で付着させることで成
膜される。第２イリジウム層８２３の厚みは金属層８２
２を通過して拡散してきたイリジウムやチタン等の金属
が圧電体薄膜中に拡散するのを防止可能な程度の厚み、
例えば、２０ｎｍ以上にする。
【０１３０】なお、密着層８１、第１イリジウム層８２
１、金属層８２２及び第２イリジウム層８２３は汚染を
防ぐために真空中で連続して形成することが好ましい。
１、金属層８２２及び第２イリジウム層８２３は汚染を
防ぐために真空中で連続して形成することが好ましい。
【０１３１】次に、ゾル・ゲル法により強誘電体薄膜８
３を成膜した（同図（Ｄ）、（Ｅ））。 まず、有機金
属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗
布法にて下部電極８２上に塗布する。次いで一定温度で
一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに
大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金
属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化
物とする。この塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、
例えば４回以上繰り返して４層以上の強誘電体薄膜前駆
体を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中
の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て
金属−酸素−金属のネットワークを形成した（同図
（Ｄ））。
３を成膜した（同図（Ｄ）、（Ｅ））。 まず、有機金
属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗
布法にて下部電極８２上に塗布する。次いで一定温度で
一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに
大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金
属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化
物とする。この塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、
例えば４回以上繰り返して４層以上の強誘電体薄膜前駆
体を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中
の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て
金属−酸素−金属のネットワークを形成した（同図
（Ｄ））。
【０１３２】続いて、７５０℃以下の温度で焼成し強誘
電体薄膜前駆体を結晶化させた（同図（Ｅ））。この熱
処理により、第1イリジウム層８２１のイリジウムが拡
散し、第１イリジウム層８２１と金属層８２２とが、イ
リジウム及び白金が合金化した合金層である第１層８２
４に変換される。
電体薄膜前駆体を結晶化させた（同図（Ｅ））。この熱
処理により、第1イリジウム層８２１のイリジウムが拡
散し、第１イリジウム層８２１と金属層８２２とが、イ
リジウム及び白金が合金化した合金層である第１層８２
４に変換される。
【０１３３】またこの熱処理により強誘電体薄膜前駆体
は、アモルファス状態の前駆体からペロブスカイト結晶
構造が形成され、電気機械変換作用を示す薄膜に変化す
る。
は、アモルファス状態の前駆体からペロブスカイト結晶
構造が形成され、電気機械変換作用を示す薄膜に変化す
る。
【０１３４】最後に、強誘電体薄膜８３上に電子ビーム
蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて上部電極８４を形
成した（同図（Ｆ））。上部電極の材料は白金、イリジ
ウム等を用いればよく、厚みは１００ｎｍ程度にする。
蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて上部電極８４を形
成した（同図（Ｆ））。上部電極の材料は白金、イリジ
ウム等を用いればよく、厚みは１００ｎｍ程度にする。
【０１３５】以上の工程で電気機械変換素子の原形が完
成した。この電気機械変換素子を使用箇所に適した形状
にエッチングして整形し、上下電極間に電圧を印加可能
に製造すれば、本発明の電気機械変換素子として動作さ
せることが可能である。以降、図１１（Ｊ）〜同図
（Ｌ）に示す工程に従って電気機械変換素子を加圧室に
対応して当該素子をエッチング処理により分離し、加圧
室基板を加工すればインクジェット式記録ヘッドが完成
する。
成した。この電気機械変換素子を使用箇所に適した形状
にエッチングして整形し、上下電極間に電圧を印加可能
に製造すれば、本発明の電気機械変換素子として動作さ
せることが可能である。以降、図１１（Ｊ）〜同図
（Ｌ）に示す工程に従って電気機械変換素子を加圧室に
対応して当該素子をエッチング処理により分離し、加圧
室基板を加工すればインクジェット式記録ヘッドが完成
する。
【０１３６】本実施形態によれば、中間層の上に電極を
イリジウム層で挟み、７５０℃以下の温度で焼成するこ
とにより、イリジウムが拡散する過程で下部電極の残留
応力が効果的に緩和され、高い圧電特性を有する電気機
械変換素子及びその応用製品を提供することが可能であ
る。発明の実施の形態６．本実施の形態は実施形態５の
製造工程において、７５０℃より高い温度で焼成した場
合に製造される電気機械変換素子の構造に関する。
イリジウム層で挟み、７５０℃以下の温度で焼成するこ
とにより、イリジウムが拡散する過程で下部電極の残留
応力が効果的に緩和され、高い圧電特性を有する電気機
械変換素子及びその応用製品を提供することが可能であ
る。発明の実施の形態６．本実施の形態は実施形態５の
製造工程において、７５０℃より高い温度で焼成した場
合に製造される電気機械変換素子の構造に関する。
【０１３７】図１８に本実施形態におけるインクジェッ
ト式記録ヘッドの電気機械変換素子部分を拡大した層構
造断面図を示す。
ト式記録ヘッドの電気機械変換素子部分を拡大した層構
造断面図を示す。
【０１３８】同図に示すように、電気機械変換素子９０
は設置面を形成する酸化膜９１上に、中間層９２、密着
層８１、下部電極８５、強誘電体薄膜（圧電体膜）８３
及び上部電極８４を積層して構成されている。
は設置面を形成する酸化膜９１上に、中間層９２、密着
層８１、下部電極８５、強誘電体薄膜（圧電体膜）８３
及び上部電極８４を積層して構成されている。
【０１３９】中間層９２、密着層８１、強誘電体薄膜８
３及び上部電極８４については実施形態５と同様である
から詳細な説明は省略する。
３及び上部電極８４については実施形態５と同様である
から詳細な説明は省略する。
【０１４０】下部電極８５は第１層８２６と第２層８２
７とで構成されている。第１層８２６と第２層８２７と
は、後述する本実施形態の製造方法により組成の移動が
生じた結果形成されるものである。
７とで構成されている。第１層８２６と第２層８２７と
は、後述する本実施形態の製造方法により組成の移動が
生じた結果形成されるものである。
【０１４１】第１層８２６は、中間層９２上に設けられ
る白金などの所定の金属からなる層である。この層は、
焼成前に金属層（８２２）の下に設けられたイリジウム
（８２１）が熱で金属層に拡散し通過した後の層構造で
ある。このため第１層８２６は殆どが白金などの元から
存在していた金属で構成されるが、通過していったイリ
ジウムの結晶が残留している場合がある。
る白金などの所定の金属からなる層である。この層は、
焼成前に金属層（８２２）の下に設けられたイリジウム
（８２１）が熱で金属層に拡散し通過した後の層構造で
ある。このため第１層８２６は殆どが白金などの元から
存在していた金属で構成されるが、通過していったイリ
ジウムの結晶が残留している場合がある。
【０１４２】第２層８２７は、第１層８２６の上に設け
られ、イリジウムを含む層で形成されている。この層
は、当初から設けられている第２イリジウム層（８２
３）と金属層（８２２）を介して移動してきた第１イリ
ジウム層（８２１）のイリジウム層が分離して結晶化し
たものである。
られ、イリジウムを含む層で形成されている。この層
は、当初から設けられている第２イリジウム層（８２
３）と金属層（８２２）を介して移動してきた第１イリ
ジウム層（８２１）のイリジウム層が分離して結晶化し
たものである。
【０１４３】第１層８２６と第２層８２７とで構成され
る下部電極８５において、イリジウムを含む合金（例え
ば、密着層８１から移動してきたチタンなどの金属、強
誘電体薄膜８３中から抜け出てきた酸素及びイリジウム
との合金）の下部電極８５に占める体積比は、２／５以
上かつ４／５以下になっている。 （実施例）次に、図１９を参照して電気機械変換素子の
製造例を説明する。本製造方法では、図１７で説明した
焼成工程が異なる。他の工程、例えば、酸化膜成膜工程
（同図（Ａ）、中間層成膜工程（同図（Ｂ））、下部電
極成膜工程（同図（Ｃ））、強誘電体薄膜成膜工程（同
図（Ｄ）、（Ｅ））及び上部電極成膜工程（同図
（Ｆ））については、上記実施形態５と同様である。
る下部電極８５において、イリジウムを含む合金（例え
ば、密着層８１から移動してきたチタンなどの金属、強
誘電体薄膜８３中から抜け出てきた酸素及びイリジウム
との合金）の下部電極８５に占める体積比は、２／５以
上かつ４／５以下になっている。 （実施例）次に、図１９を参照して電気機械変換素子の
製造例を説明する。本製造方法では、図１７で説明した
焼成工程が異なる。他の工程、例えば、酸化膜成膜工程
（同図（Ａ）、中間層成膜工程（同図（Ｂ））、下部電
極成膜工程（同図（Ｃ））、強誘電体薄膜成膜工程（同
図（Ｄ）、（Ｅ））及び上部電極成膜工程（同図
（Ｆ））については、上記実施形態５と同様である。
【０１４４】本例の焼成工程では、７５０℃より高い温
度で焼成する点に特徴がある。このような比較的高温で
焼成することにより、第１イリジウム層８２１のイリジ
ウムが拡散し、このイリジウムが金属層８２２を通過し
て第2イリジウム層８２３にほぼ移動するようになる。
度で焼成する点に特徴がある。このような比較的高温で
焼成することにより、第１イリジウム層８２１のイリジ
ウムが拡散し、このイリジウムが金属層８２２を通過し
て第2イリジウム層８２３にほぼ移動するようになる。
【０１４５】またこの熱処理により強誘電体薄膜前駆体
は、アモルファス状態の前駆体からペロブスカイト結晶
構造が形成され、電気機械変換作用を示す薄膜に変化す
る。
は、アモルファス状態の前駆体からペロブスカイト結晶
構造が形成され、電気機械変換作用を示す薄膜に変化す
る。
【０１４６】電気機械変換素子の各層構造の形成後、イ
ンクジェット式記録ヘッドを成形する工程やそれを利用
したプリンタの構造については実施形態５と同様であ
る。
ンクジェット式記録ヘッドを成形する工程やそれを利用
したプリンタの構造については実施形態５と同様であ
る。
【０１４７】本実施形態によれば、中間層の上に電極を
イリジウム層で挟み、７５０℃より高い温度で焼成する
ことにより、イリジウムが拡散する過程で下部電極の残
留応力が効果的に緩和され、高い圧電特性を有する圧電
体素子、その応用製品を提供することが可能である。
イリジウム層で挟み、７５０℃より高い温度で焼成する
ことにより、イリジウムが拡散する過程で下部電極の残
留応力が効果的に緩和され、高い圧電特性を有する圧電
体素子、その応用製品を提供することが可能である。
【０１４８】本発明者は上記製造法により、中間層９２
に酸化ジルコニウム、密着層８１にチタン、金属層８２
２に白金を使用して、電気機械変換素子を幾つか製造し
た。実施形態５の製造法により焼成温度を７００℃とし
て製造した素子を実施例１とし、実施形態６の製造法に
より焼成温度を８５０℃として製造した素子を実施例２
とする。
に酸化ジルコニウム、密着層８１にチタン、金属層８２
２に白金を使用して、電気機械変換素子を幾つか製造し
た。実施形態５の製造法により焼成温度を７００℃とし
て製造した素子を実施例１とし、実施形態６の製造法に
より焼成温度を８５０℃として製造した素子を実施例２
とする。
【０１４９】実施例１の電気機械変換素子において、焼
成前の下部電極全体の厚みに対する第１イリジウム層の
厚みの比と圧電定数ｄ３１との関係を測定した結果を図
２０に示す。また、実施例１の電気機械変換素子におい
て、焼成後の下部電極に占めるイリジウムを含む合金の
体積比と圧電定数ｄ３１との関係を測定した結果を図２
１に示す。
成前の下部電極全体の厚みに対する第１イリジウム層の
厚みの比と圧電定数ｄ３１との関係を測定した結果を図
２０に示す。また、実施例１の電気機械変換素子におい
て、焼成後の下部電極に占めるイリジウムを含む合金の
体積比と圧電定数ｄ３１との関係を測定した結果を図２
１に示す。
【０１５０】加圧室を形成し残留応力を開放される前の
圧電定数はいずれも１５０ｐＣ／Ｎであった。加圧室を
形成することにより応力が緩和され、圧電定数が低下す
る傾向にある。この低下率が低いと優れた特性を有する
ことになる。
圧電定数はいずれも１５０ｐＣ／Ｎであった。加圧室を
形成することにより応力が緩和され、圧電定数が低下す
る傾向にある。この低下率が低いと優れた特性を有する
ことになる。
【０１５１】図２０や図２２から判るように、焼成温度
によらず焼成前における下部電極に対する第１イリジウ
ム層の厚みの比が大体１／３から４／５になる範囲で良
好な圧電特性を呈する電気機械変換素子が得られること
が確認できた。
によらず焼成前における下部電極に対する第１イリジウ
ム層の厚みの比が大体１／３から４／５になる範囲で良
好な圧電特性を呈する電気機械変換素子が得られること
が確認できた。
【０１５２】図２１や図２３から判るように、焼成温度
によらず焼成後における下部電極に占めるイリジウムを
含む合金の体積比が、２／５以上かつ４／５以下になっ
ている場合に、良好な圧電特性を呈する圧電体素子が得
られることが確認できた。この体積比が４／５より大き
い場合を除いているのは、この比が高すぎると下部電極
が殆どイリジウムで構成されることになり、インクジェ
ット式記録ヘッドのアクチュエータとして使用するに
は、硬くて脆すぎる素子になってしまうからである。
によらず焼成後における下部電極に占めるイリジウムを
含む合金の体積比が、２／５以上かつ４／５以下になっ
ている場合に、良好な圧電特性を呈する圧電体素子が得
られることが確認できた。この体積比が４／５より大き
い場合を除いているのは、この比が高すぎると下部電極
が殆どイリジウムで構成されることになり、インクジェ
ット式記録ヘッドのアクチュエータとして使用するに
は、硬くて脆すぎる素子になってしまうからである。
【０１５３】また焼成前における密着層、第１イリジウ
ム層、金属層、第２イリジウム層の各厚みと焼成後にお
ける下部電極全体の厚みとの関係は、いずれの実施例で
も（１）式の関係を満たしていることが確認できた。
ム層、金属層、第２イリジウム層の各厚みと焼成後にお
ける下部電極全体の厚みとの関係は、いずれの実施例で
も（１）式の関係を満たしていることが確認できた。
【０１５４】尚、本発明は上記各実施形態によらず種々
に変形して適応することが可能である。例えば本発明で
製造した強誘電体薄膜素子はインクジェット式記録ヘッ
ドのインク吐出駆動源のみならず、不揮発性半導体記憶
装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出器、センサ、表
面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器、ダ
イオードレーザ用周波数二倍器等のような強誘電体装
置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装置、及び電気
光学装置の製造に適応することができる。
に変形して適応することが可能である。例えば本発明で
製造した強誘電体薄膜素子はインクジェット式記録ヘッ
ドのインク吐出駆動源のみならず、不揮発性半導体記憶
装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出器、センサ、表
面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器、ダ
イオードレーザ用周波数二倍器等のような強誘電体装
置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装置、及び電気
光学装置の製造に適応することができる。
【０１５５】
【発明の効果】本発明によれば、強誘電体薄膜素子の用
途に応じて強誘電体薄膜の配向方位を制御することがで
きる。特に、チタン層の膜厚を調整するだけで強誘電体
薄膜の配向方位を制御できるので、特別な装置を必要と
せず、簡易な製法で配向制御を実現できる。
途に応じて強誘電体薄膜の配向方位を制御することがで
きる。特に、チタン層の膜厚を調整するだけで強誘電体
薄膜の配向方位を制御できるので、特別な装置を必要と
せず、簡易な製法で配向制御を実現できる。
【０１５６】また、本発明によれば強誘電体薄膜の焼成
時にイリジウム単体から成る下部電極への酸素の含有を
極力抑えることができ、信頼性の高い駆動特性を備えた
電気機械変換素子の製造方法を提供することができる。
時にイリジウム単体から成る下部電極への酸素の含有を
極力抑えることができ、信頼性の高い駆動特性を備えた
電気機械変換素子の製造方法を提供することができる。
【０１５７】また、本発明によれば密着層と拡散防止層
とを備えているので、従来品より下部電極の厚みを薄く
しても、密着性金属が圧電体膜に入り込んで低誘電率層
を形成させたり強誘電体薄膜中の酸素や鉛が下部電極か
ら密着層へ抜け出したりすることを防止でき圧電特性が
劣化することがない。また下部電極を薄くできるので、
変位特性を最適化する際に振動板膜の材質や厚さの自由
度が大きくなる。さらに強誘電体薄膜が厚くても高い密
着性を保持できるので、信頼性を高めることができる。
とを備えているので、従来品より下部電極の厚みを薄く
しても、密着性金属が圧電体膜に入り込んで低誘電率層
を形成させたり強誘電体薄膜中の酸素や鉛が下部電極か
ら密着層へ抜け出したりすることを防止でき圧電特性が
劣化することがない。また下部電極を薄くできるので、
変位特性を最適化する際に振動板膜の材質や厚さの自由
度が大きくなる。さらに強誘電体薄膜が厚くても高い密
着性を保持できるので、信頼性を高めることができる。
【０１５８】また、本発明によれば、焼成時にイリジウ
ムが移動する過程で残留応力が緩和され、高い圧電特性
を備えた電気機械変換素子及びその応用製品を提供する
ことができる。
ムが移動する過程で残留応力が緩和され、高い圧電特性
を備えた電気機械変換素子及びその応用製品を提供する
ことができる。
【図１】インクジェットプリンタの構成図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であ
る。
る。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工
程断面図である。
程断面図である。
【図４】チタンの膜厚を変化させたときのＰＺＴ膜の
（１１１）配向と（１００）配向の配向度を示すグラフ
である。
（１１１）配向と（１００）配向の配向度を示すグラフ
である。
【図５】チタンの膜厚を変化させたときのＰＺＴ膜の圧
電定数ｄ３１を示すグラフである。
電定数ｄ３１を示すグラフである。
【図６】電気機械変換素子の膜厚方向における各構成元
素の分布を示すグラフである。
素の分布を示すグラフである。
【図７】電気機械変換素子の膜厚方向における各構成元
素の分布を示すグラフである。
素の分布を示すグラフである。
【図８】ＦＲＡＭメモリセルの製造工程断面図である。
【図９】電気機械変換素子の断面図である。
【図１０】電気機械変換素子の製造工程断面図である。
【図１１】インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造
工程断面図である。
工程断面図である。
【図１２】実施例の電気機械変換素子の断面ＴＥＭ写真
模写図である。
模写図である。
【図１３】熱処理後における密着層の組成分析図であ
る。
る。
【図１４】熱処理後における下部電極の組成分析図であ
る。
る。
【図１５】熱処理後における拡散防止層の組成分析図で
ある。
ある。
【図１６】電気機械変換素子の断面図である。
【図１７】電気機械変換素子の製造工程断面図である。
【図１８】電気機械変換素子の断面図である。
【図１９】電気機械変換素子の製造工程断面図である。
【図２０】７００℃で焼成した実施例における焼成前の
下部電極総膜厚に対する第１イリジウム層の膜厚と圧電
定数との関係を示す測定図である。
下部電極総膜厚に対する第１イリジウム層の膜厚と圧電
定数との関係を示す測定図である。
【図２１】７００℃で焼成した実施例における焼成後の
下部電極に占めるイリジウムを含む合金の体積比と圧電
定数との関係を示す測定図である。
下部電極に占めるイリジウムを含む合金の体積比と圧電
定数との関係を示す測定図である。
【図２２】８５０℃で焼成した実施例における焼成前の
下部電極総膜厚に対する第１イリジウム層の膜厚と圧電
定数との関係を示す測定図である。
下部電極総膜厚に対する第１イリジウム層の膜厚と圧電
定数との関係を示す測定図である。
【図２３】８５０℃で焼成した実施例における焼成後の
下部電極に占めるイリジウムを含む合金の体積比と圧電
定数との関係を示す測定図である。
下部電極に占めるイリジウムを含む合金の体積比と圧電
定数との関係を示す測定図である。
１…加圧室基板、２…ノズルプレート、３…基体、４…
配線基板、５…振動板膜、６…下地層、７１…下部電
極、８…チタン層、９…強誘電体薄膜、７２…上部電
極、１３…電気機械変換素子、１０１…シリコン基板、
１０２…ＬＯＣＯＳ、１０３…ゲート電極、１０４…ソ
ース領域、１０５…ドレイン領域、１０６…層間絶縁
膜、１０７…キャパシタ、１０８…層間絶縁膜、１０９
…アルミ配線、４０…電気機械変換素子、４１…密着
層、４２…下部電極、４３…拡散防止層、４４…強誘電
体薄膜、４５…上部電極、５０…密着性金属層、５１…
第１拡散防止性金属層、５２…第２拡散防止性金属層、
８２１…第１イリジウム層、８２２…金属層（Ｐｔ）、
８２３…第２イリジウム層、８２４…第１層（Ｐｔ−Ｉ
ｒ）、８２５…第２層（Ｉｒ）、８２６…第１層（Ｐ
ｔ）、８２７…第２層（Ｉｒ）
配線基板、５…振動板膜、６…下地層、７１…下部電
極、８…チタン層、９…強誘電体薄膜、７２…上部電
極、１３…電気機械変換素子、１０１…シリコン基板、
１０２…ＬＯＣＯＳ、１０３…ゲート電極、１０４…ソ
ース領域、１０５…ドレイン領域、１０６…層間絶縁
膜、１０７…キャパシタ、１０８…層間絶縁膜、１０９
…アルミ配線、４０…電気機械変換素子、４１…密着
層、４２…下部電極、４３…拡散防止層、４４…強誘電
体薄膜、４５…上部電極、５０…密着性金属層、５１…
第１拡散防止性金属層、５２…第２拡散防止性金属層、
８２１…第１イリジウム層、８２２…金属層（Ｐｔ）、
８２３…第２イリジウム層、８２４…第１層（Ｐｔ−Ｉ
ｒ）、８２５…第２層（Ｉｒ）、８２６…第１層（Ｐ
ｔ）、８２７…第２層（Ｉｒ）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４４Ｂ
27/105
27/108
37/02
Claims (51)
- 【請求項１】 酸化ジルコニウムを主成分とする下地層
上に少なくともイリジウムを含む下部電極を成膜する工
程、当該下部電極上に極薄のチタン層を積層する工程、
及び強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜を前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処
理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する工程を
備え、前記チタン層を積層する際にその膜厚を所定の厚
さとすることによって前記強誘電体薄膜の優先配向方位
を（１００）または（１１１）に制御することを特徴と
する強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記チタン層を積層する際にその膜厚を
２ｎｍ以上１０ｎｍ未満とすることで前記強誘電体薄膜
の優先配向方位を（１００）に配向処理することを特徴
とする請求項１に記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記チタン層を積層する際にその膜厚を
１０ｎｍ以上２０ｎｍ未満とすることで前記強誘電体薄
膜の優先配向方位を（１１１）に配向処理することを特
徴とする請求項１に記載の強誘電体薄膜素子の製造方
法。 - 【請求項４】 前記強誘電体薄膜を成膜する工程は、少
なくともチタンと鉛を構成成分とする強誘電体をゾル・
ゲル法により成膜する工程であることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の強誘電体薄
膜素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記強誘電体はジルコン酸チタン酸鉛で
あることを特徴とする請求項４に記載の強誘電体薄膜素
子の製造方法。 - 【請求項６】 前記下部電極を成膜する工程は、イリジ
ウムの単層膜を成膜するか、又は、白金及びイリジウム
を用いて前記下地層側から順に、イリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、或いは、イリジウム層／白
金層／イリジウム層の積層膜を成膜する工程であること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に
記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項７】 請求項２又は請求項３に記載の方法によ
って得られた電気機械変換素子。 - 【請求項８】 請求項７に記載の電気機械変換素子と、
当該電気機械変換素子の機械的変位によって内容積が変
化する加圧室と、当該加圧室に連通してインク滴を吐出
する吐出口とを備えることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッド。 - 【請求項９】 前記吐出口は、主走査方向と略平行にラ
イン状に列設されていることを特徴とする請求項８に記
載のインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項１０】 請求項８又は請求項９に記載のインク
ジェット式記録ヘッドを印字機構に備えるインクジェッ
トプリンタ。 - 【請求項１１】 シリコン基板表面或いは振動板膜を介
してその上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層を
成膜する工程、当該下地層上に少なくともイリジウムを
含む下部電極を成膜する工程、当該下部電極上に膜厚１
０ｎｍ以上２０ｎｍ未満のチタン層を積層する工程、強
誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非晶質膜
を前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処理する
ことで（１１１）優先配向を有する強誘電体薄膜を成膜
する工程、当該強誘電体薄膜上に上部電極を成膜して電
気機械変換素子を製造する工程、及び、加圧室に電気機
械変換素子の機械的変位を付与することが可能な位置に
合わせて電気機械変換素子を分離する工程、を備えるイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項１２】 シリコン基板表面或いは振動板膜を介
してその上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層を
成膜する工程、当該下地層上に少なくともイリジウムを
含む下部電極を成膜する工程、当該下部電極上に膜厚２
ｎｍ以上１０ｎｍ未満のチタン層を積層する工程、強誘
電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を
前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処理するこ
とで（１００）優先配向を有する強誘電体薄膜を成膜す
る工程、当該強誘電体薄膜上に上部電極を成膜して電気
機械変換素子を製造する工程、及び、加圧室に電気機械
変換素子の機械的変位を付与することが可能な位置に合
わせて電気機械変換素子を分離する工程、を備えるイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項１３】 前記強誘電体薄膜を成膜する工程は、
少なくともチタンと鉛を構成成分とする強誘電体をゾル
・ゲル法により成膜する工程であることを特徴とする請
求項１１又は請求項１２に記載のインクジェット式記録
ヘッドの製造方法。 - 【請求項１４】 前記強誘電体はジルコン酸チタン酸鉛
であることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェ
ット式記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項１５】 前記下部電極を成膜する工程は、イリ
ジウムの単層膜を成膜するか、又は、白金及びイリジウ
ムを用いて前記下地層側から順に、イリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、或いは、イリジウム層／白
金層／イリジウム層の積層膜を成膜する工程であること
を特徴とする請求項１１乃至請求項１４のうち何れか１
項に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項１６】 請求項２又は請求項３に記載の方法に
よって製造した強誘電体薄膜素子をキャパシタとする不
揮発性強誘電体メモリ素子。 - 【請求項１７】 酸化ジルコニウムを主成分とする下地
層上に少なくともイリジウムを含む下部電極を成膜する
工程、当該下部電極上に膜厚２ｎｍ以上１０ｎｍ未満の
チタン層を積層する工程、及び、強誘電体を構成する金
属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を前記チタン層上に
形成し、当該非晶質膜を熱処理することで（１００）優
先配向を有するキャパシタ絶縁膜を成膜する工程を備え
た不揮発性強誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項１８】 前記キャパシタ絶縁膜を成膜する工程
は、少なくともチタンと鉛を構成成分とする強誘電体を
ゾル・ゲル法により成膜する工程であることを特徴とす
る請求項１７に記載の不揮発性強誘電体メモリ素子の製
造方法。 - 【請求項１９】 前記強誘電体はジルコン酸チタン酸鉛
であることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性強
誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項２０】 前記下部電極を成膜する工程は、イリ
ジウムの単層膜を成膜するか、又は、白金及びイリジウ
ムを用いて前記下地層側から順に、イリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、或いは、イリジウム層／白
金層／イリジウム層の積層膜を成膜する工程であること
を特徴とする請求項１７乃至請求項１９のうち何れか１
項に記載の不揮発性強誘電体メモリ素子の製造方法。 - 【請求項２１】 酸化ジルコニウムを主成分とする下地
層上に少なくともイリジウムを含む下部電極を成膜する
工程、当該下部電極上に膜厚２ｎｍ以上１０ｎｍ未満の
チタン層を積層する工程、及び、強誘電体を構成する金
属元素及び酸素元素を含む非晶質膜を前記チタン層上に
形成し、当該非晶質膜を熱処理することで（１００）優
先配向を有する強誘電体薄膜を成膜する工程を備えた電
気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項２２】 前記強誘電体薄膜を成膜する工程は、
少なくともチタンと鉛を構成成分とする強誘電体をゾル
・ゲル法により成膜する工程であることを特徴とする請
求項２１に記載の電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項２３】 前記強誘電体はジルコン酸チタン酸鉛
であることを特徴とする請求項２２に記載の電気機械変
換素子の製造方法。 - 【請求項２４】 前記下部電極を成膜する工程は、イリ
ジウムの単層膜を成膜するか、又は、白金及びイリジウ
ムを用いて前記下地層側から順に、イリジウム層／白金
層、白金層／イリジウム層、或いは、イリジウム層／白
金層／イリジウム層の積層膜を成膜する工程であること
を特徴とする請求項２１乃至請求項２３のうち何れか１
項に記載の電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項２５】 酸化ジルコニウムを主成分とする下地
層上にイリジウム単体から成る下部電極を成膜する工
程、当該下部電極上に膜厚１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の
チタン層を積層する工程、及び強誘電体を構成する金属
元素及び酸素元素を含む非晶質膜を前記チタン層上に形
成し、当該非晶質膜を熱処理することで結晶化した強誘
電体薄膜を成膜する工程を備えた電気機械変換素子の製
造方法。 - 【請求項２６】 酸化ジルコニウムを主成分とする下地
層上にイリジウム単体から成る下部電極を成膜する工
程、当該下部電極上に極薄のチタン層を積層する工程、
及び強誘電体を構成する金属元素及び酸素元素を含む非
晶質膜を前記チタン層上に形成し、当該非晶質膜を熱処
理することで結晶化した強誘電体薄膜を成膜する工程を
備え、前記チタン層の膜厚を１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下
に調整することで強誘電体薄膜の優先配向方位を（１１
１）面或いは（１１０）面に制御することを特徴とする
電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項２７】 前記強誘電体薄膜を成膜する工程は、
ゾル・ゲル法又はＭＯＤ法により成膜する工程であるこ
とを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の電気
機械変換素子の製造方法。 - 【請求項２８】 上部電極と下部電極に挟まれた強誘電
体薄膜を備える電気機械変換素子であって、当該素子の
設置面上に密着性金属から成る密着性金属層を成膜する
工程、当該密着性金属層上に拡散防止性金属から成る第
１拡散防止性 金属層を成膜する工程、前記拡散防止性金
属層上に前記下部電極を成膜する工程、前記下部電極上
に前記拡散防止性金属から成る第２拡散防止性金属層を
成膜する工程、及び前記第２拡散防止性金属層上に前記
強誘電体薄膜を成膜しながら当該強誘電体薄膜の焼成を
行うことにより、前記密着性金属を前記第２拡散防止性
金属層にまで拡散し当該第２拡散防止性金属層の位置に
拡散防止層を生じさせ、前記拡散防止性金属と前記下部
電極との合金化を促進して前記密着性金属層及び第１拡
散防止性金属層の位置に密着層を生じさせる焼成工程、
を含む製造方法により得られる電気機械変換素子。 - 【請求項２９】 前記拡散防止性金属はイリジウム、パ
ラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムから成
る群から選択される金属である請求項２８に記載の電気
機械変換素子。 - 【請求項３０】 前記密着層は前記下部電極を構成する
金属と前記拡散防止性金属との合金であることを特徴と
する請求項２８に記載の電気機械変換素子。 - 【請求項３１】 前記拡散防止層はチタン又はクロムの
うちいずれかの密着性金属と前記拡散防止性金属との合
金であることを特徴とする請求項２８に記載の電気機械
変換素子。 - 【請求項３２】 前記下部電極は白金により構成されて
いることを特徴とする請求項２８に記載の電気機械変換
素子。 - 【請求項３３】 前記強誘電体薄膜は１μｍ以上の厚み
に成膜されていることを特徴とする請求項２８に記載の
電気機械変換素子。 - 【請求項３４】 請求項２８乃至請求項３３のうちいず
れか一項に記載の電気機械変換素子をインクを充填する
加圧室の少なくとも一方の面を形成する振動板膜に配置
して構成されたことを特徴とするインクジェット式記録
ヘッド。 - 【請求項３５】 前記振動板膜は酸化珪素膜と酸化ジル
コニウム膜とを積層して構成される請求項３４に記載の
インクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項３６】 請求項３４又は請求項３５のいずれか
に記載のインクジェット式記録ヘッドをインク吐出手段
として備えたことを特徴とするインクジェットプリン
タ。 - 【請求項３７】 上部電極と下部電極に挟まれた強誘電
体薄膜を備えた電気機械変換素子の製造方法において、
当該素子の設置面上に密着性金属から成る密着性金属層
を成膜する工程、当該密着性金属層上に拡散防止性金属
から成る第１拡散防止性金属層を成膜する工程、前記拡
散防止性金属層上に前記下部電極を成膜する工程、前記
下部電極上に前記拡散防止性金属から成る第２拡散防止
性金属層を成膜する工程、及び前記第２拡散防止性金属
層上に前記強誘電体薄膜を成膜しながら当該強誘電体薄
膜の焼成を行うことにより、前記密着性金属を前記第２
拡散防止性金属層にまで拡散し当該第２拡散防止性金属
層の位置に拡散防止層を生じさせ、前記拡散防止性金属
と前記下部電極との合金化を促進して前記密着性金属層
及び第１拡散防止性金属層の位置に密着層を生じさせる
焼成工程とを備えた電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項３８】 拡散防止性金属としてイリジウム、パ
ラジウム、ロジウム、ルテニウム又はオスミウムから成
る群から選択される金属を使用する請求項３７に記載の
電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項３９】 前記密着性金属としてチタン又はクロ
ムのうちいずれかを使用する請求項３７に記載の電気機
械変換素子の製造方法。 - 【請求項４０】 下部電極と強誘電体薄膜とを備える電
気機械変換素子において、当該素子の設置面に形成さ
れ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン又
は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物で成膜さ
れた中間層と、前記中間層上に形成される下部電極とを
備え、前記下部電極は前記中間層上に設けられる所定の
金属とイリジウムとの合金からなる第１層と、前記第１
層の上に設けられるイリジウムを含む第２層とを備えて
いることを特徴とする電気機械変換素子。 - 【請求項４１】 下部電極と強誘電体薄膜とを備える電
気機械変換素子において、当該素子の設置面に形成さ
れ、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、窒化シリコン又
は酸化アルミニウムのうちいずれか一の化合物で成膜さ
れた中間層と、前記中間層上に形成される下部電極とを
備え、前記下部電極は前記中間層上に設けられる所定の
金属を含む第１層と、前記第１層の上に設けられるイリ
ジウムを含む第２層とを備えていることを特徴とする電
気機械変換素子。 - 【請求項４２】 前記第２層は焼成時に下層側から拡散
してきたイリジウムと焼成前から存在したイリジウムと
が分離して構成されている請求項４１に記載の電気機械
変換素子。 - 【請求項４３】 前記中間層と前記下部電極との間にさ
らに双方の層と密着する金属による密着層が形成されて
いる請求項４０又は請求項４１のうちいずれか一項に記
載の電気機械変換素子。 - 【請求項４４】 前記下部電極においてイリジウムを含
む合金の当該下部電極に占める体積比は２／５以上かつ
４／５以下である請求項４３に記載の電気機械変換素
子。 - 【請求項４５】 請求項４０乃至請求項４４のいずれか
一項に記載の電気機械変換素子が前記設置面である振動
板膜上にアクチュエータとして設けられていることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 【請求項４６】 請求項４５に記載のインクジェット式
記録ヘッドを印字手段として備えていることを特徴とす
るインクジェットプリンタ。 - 【請求項４７】 下部電極と強誘電体薄膜とを備える電
気機械変換素子の製造方法において、酸化ジルコニウ
ム、酸化タンタル、窒化シリコン又は酸化アルミニウム
のうちいずれか一の化合物を使用して当該素子の設置面
に中間層を成膜する工程、前記中間層上に下部電極を成
膜する工程、前記下部電極上に強誘電体薄膜前駆体を成
膜する工程、及び焼成工程を備え、前記下部電極を成膜
する工程はイリジウムを使用して第１イリジウム層を形
成する工程、前記第１イリジウム層の上に所定の金属を
使用して金属層を形成する工程、及び前記金属層の上に
イリジウムを使用して第２イリジウム層を形成する工程
を備え、前記焼成工程は前記強誘電体薄膜前駆体の成膜
後、７５０℃以下の温度で焼成することにより前記第１
イリジウム層のイリジウムを拡散させ、前記第１イリジ
ウム層と前記金属層とをイリジウムと前記金属とが合金
化した合金層に変換する工程であることを特徴とする電
気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項４８】 下部電極と強誘電体薄膜とを備える電
気機械変換素子の製造方法において、酸化ジルコニウ
ム、酸化タンタル、窒化シリコン又は酸化アルミニウム
のうちいずれか一の化合物を使用して圧電体素子の設置
面に中間層を成膜する工程、前記中間層上に下部電極を
形成する工程、前記下部電極上に強誘電体薄膜前駆体を
成膜する工程、及び焼成工程を備え、前記下部電極を成
膜する工程はイリジウムを使用して第１イリジウム層を
成膜する工程、前記第１イリジウム層の上に所定の金属
を使用して金属層を成膜する工程、前記金属層の上にイ
リジウムを使用して第２イリジウム層を成膜する工程、
前記第２イリジウム層上に強誘電体薄膜を成膜する工程
を備え、前記焼成工程は前記強誘電体薄膜前駆体の成膜
後、７５０℃より高い温度で焼成することにより、前記
第１イリジウム層のイリジウムを拡散させ、前記第１イ
リジウム層のイリジウムが前記第２イリジウム層に移動
させる工程であることを特徴とする電気機械変換素子の
製造方法。 - 【請求項４９】 焼成前における前記第１イリジウム層
の厚みの、当該下部電極全体の厚みに対する比が、１／
３乃至４／５になるように設定して形成する請求項４７
又は請求項４８のうちいずれか一項に記載の電気機械変
換素子の製造方法。 - 【請求項５０】 前記下部電極と前記中間層との間に上
下の層と密着する金属を使用して密着層を形成する工程
をさらに備えている請求項４７乃至請求項４９のうちい
ずれか一項に記載の電気機械変換素子の製造方法。 - 【請求項５１】 前記下部電極を形成する工程は焼成前
における前記密着層の厚みをｄ0、前記第１イリジウム
層の厚みをｄ1、前記金属層の厚みをｄ2、前記第２イリ
ジウム層の厚みをｄ3及び焼成後における前記下部電極
全体の厚みをｄTとした場合に、 ｄT＝３．６×ｄ0＋２．４×ｄ1＋０．８×ｄ2＋２．３
×ｄ3 という関係が満たされるように成膜する工程である請求
項５０に記載の電気機械変換素子の製造方法。
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