JP4507564B2 - 圧電体デバイスの製造方法と液体吐出ヘッドの製造方法と液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は圧電体膜乃至強誘電体膜とこれを挟んで配置される一対の電極を備えた圧電体デバイス、強誘電体デバイス、これらデバイスを備えた液体吐出ヘッド及び電子機器に係り、特に、優れた配向性を有する圧電体膜又は強誘電体膜を備えた圧電体デバイス等に関する。

圧電体デバイス乃至強誘電体デバイスに用いられる圧電体膜又は強誘電体膜として、ペロブスカイト型結晶構造を有し、化学式ＡＢＯ₃で示すことのできる複合酸化物が知られている。例えばＡには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている。

この圧電体膜又は強誘電体膜の特性向上のため、結晶配向を所望の向きに揃える試みが種々行われている。

酸化物超伝導体の分野では、イオンビームアシスト法による面内配向膜の形成が提案されている（特開平６−１４５９７７号）。
特開平６−１４５９７７号公報

しかし、結晶配向が所望の向きに揃えられた圧電体膜又は強誘電体膜を効率よく得ることは困難であった。

本発明は、結晶配向が所望の向きに揃えられた圧電体膜又は強誘電体膜を備えた圧電体デバイス又は強誘電体デバイスを効率良く製造する方法を提供することを目的とする。

本発明による圧電体デバイスの製造方法は、基板の上にイオンビームアシスト法で下部電極を形成し、前記下部電極上に圧電体膜を形成し、前記圧電体膜上に上部電極を形成することを特徴とする。

上記製造方法において、前記圧電体膜は、前記下部電極上にエピタキシャル成長によって形成することが望ましい。

特に、前記圧電体膜は、Ｐｂ（Ｍ_1/3Ｎ_2/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｓｃ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、Ｐｂ（Ｍ_2/3Ｎ_1/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料ＰＭＮと、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃（ＰＺＴ、０．０≦ｘ≦１．０）との固溶体ＰＭＮ_y−ＰＺＴ_1-yを含み、かつ立方晶（１００）、正方晶（００１）、菱面体晶（１００）、擬立方晶（１００）、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。

上記製造方法において、前記下部電極は、金属材料によって形成してもよい。

上記製造方法において、前記下部電極は、ペロブスカイト型結晶構造の導電性酸化物材料によって形成してもよい。

特に、前記下部電極は、Ｍ₂ＲｕＯ₄（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥ₂ＮｉＯ₄（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＭＲｕＯ₃（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｒＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＭｎＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｏＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥＮｉＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、のいずれかあるいは固溶体を含み、かつ立方晶（１００）、正方晶（００１）、菱面体晶（１００）、擬立方晶（１００）、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、上記の製造方法により圧電体デバイスを形成する工程と、前記圧電体デバイスの前記圧電体膜の変形によって内容積が変化するキャビティを、前記圧電体デバイスの前記基板に形成する工程と、を備えている。

本発明の液体吐出装置の製造方法は、上記の製造方法により形成された液体吐出ヘッドを用いることを特徴とする。

本発明の強誘電体デバイスの製造方法は、基板の上にイオンビームアシスト法で下部電極を形成し、前記下部電極上に強誘電体膜を形成し、前記強誘電体膜上に上部電極を形成することを特徴とする。

特に、前記強誘電体膜は、Ｐｂ（Ｍ_1/3Ｎ_2/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｓｃ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、Ｐｂ（Ｍ_2/3Ｎ_1/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料ＰＭＮと、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃（ＰＺＴ、０．０≦ｘ≦１．０）との固溶体ＰＭＮ_y−ＰＺＴ_1-yを含み、かつ立方晶（１００）、正方晶（００１）、菱面体晶（１００）、擬立方晶（１００）、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。

また、前記下部電極は、Ｍ₂ＲｕＯ₄（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥ₂ＮｉＯ₄（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＭＲｕＯ₃（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｒＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＭｎＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｏＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥＮｉＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、のいずれかあるいは固溶体を含み、かつ立方晶（１００）、正方晶（００１）、菱面体晶（１００）、擬立方晶（１００）、のいずれかの方向で配向していることが望ましい。

本発明の強誘電体メモリの製造方法は、上記の製造方法により強誘電体デバイスを形成する工程と、前記強誘電体デバイスに対して選択的に信号電圧を印加する駆動回路を電気的に接続する工程と、を備えている。

本発明の電子機器の製造方法は、上記の製造方法により形成された強誘電体デバイスを用いることを特徴とする。

本発明の圧電体デバイスは、基板の上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極を形成してなる圧電体デバイスであって、前記下部電極はイオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜であることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、上記の圧電体デバイスを備えた液体吐出ヘッドであって、前記基板に、前記圧電体膜の変形によって内容積が変化するキャビティを形成したものである。

本発明の液体吐出装置は、上記の液体吐出ヘッドを備えている。

本発明の強誘電体デバイスは、基板の上に、下部電極、強誘電体膜及び上部電極を形成してなる強誘電体デバイスであって、前記下部電極はイオンビームアシスト法で形成された面内配向の膜であることを特徴とする。

本発明の強誘電体メモリは、上記の製造方法により製造された強誘電体デバイスと、前記強誘電体デバイスに対して電気的に接続され、選択的に信号電圧を印加する駆動回路と、を備えている。

本発明の電子機器は、上記の製造方法により形成された強誘電体デバイスを備えることを特徴とする。

＜１．強誘電体デバイスの構成＞
図１は、本発明の強誘電体デバイスであるキャパシタの断面図である。

図１に示すキャパシタ２００は、基板１１と、基板１１上に設けられた中間膜であるアモルファス層１５と、このアモルファス層１５上に形成された下部電極１３と、その上の所定領域に設けられた強誘電体膜２４と、強誘電体膜２４上に設けられた上部電極２５とを有している。

＜１−１．基板＞
基板１１は、下部電極１３等を支持する機能を有するものであり、平板状をなす部材で構成されている。この基板１１には、その表面（図１中、上側）にアモルファス層１５が形成されている。アモルファス層１５は、アモルファス状態の物質で構成される部分であり、基板１１と一体的に形成されたもの、基板１１に対して固着されたもののいずれであってもよい。

基板１１としては、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（Si on Insulator）基板等を用いることができる。この場合、その表面が自然酸化膜又は熱酸化膜であるＳｉＯ₂膜で覆われているものを用いることができる。すなわち、この場合、これらの自然酸化膜又は熱酸化膜がアモルファス層１５を構成する。

また、アモルファス層１５は、ＳｉＯ₂の他、例えば、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化ジルコニウムなどの各種金属材料等で構成することもできる。例えば、１０００ｎｍのＳｉＯ₂と４００ｎｍのＺｒＯ₂の二層構造とする。

このようなアモルファス層１５は、例えば、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリーフロー、Ｓｉ基板表面の熱酸化等により形成する。

また、基板１１そのものが、アモルファス状態の物質で構成されていてもよい。この場合、基板１１としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ボリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等の各種樹脂材料、または、各種ガラス材料等で構成される基板を用いることができる。

これらのＳｉ基板、ＳＯＩ基板、各種樹脂基板、各種ガラス基板等は、いずれも、汎用的な基板である。このため、基板１１として、これらの基板を用いることにより、強誘電体デバイスの製造コストを削減することができる。

基板１１の平均厚さは、特に限定されないが、１０μｍ〜１ｍｍ程度であるのが好ましく、１００〜６００μｍ程度であるのがより好ましい。基板１１の平均厚さを、前記範囲内とすることにより、強誘電体デバイスは、十分な強度を確保しつつ、その薄型化（小型化）を図ることができる。

＜１−２．下部電極＞
基板１１上には、下部電極１３がイオンビームアシスト法により面内配向されて形成されている。

この下部電極１３の組成は、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｒｕなどの金属材料で構成することが望ましい。これら金属材料の層を複数形成してもよい。例えば、２０ｎｍ厚のＴｉ／２０ｎｍ厚のＩｒ／１４０ｎｍ厚のＰｔという層構造で下部電極を構成する。これらの金属材料は、イオンビームアシスト法による面内配向膜の形成に適しかつ良好な導電性を有している。

また、下部電極１３の組成は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含むものでもよい。この場合、好ましくはペロブスカイト構造を有する金属酸化物を主材料とするものである。

ペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、例えば、Ｍ₂ＲｕＯ₄（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥ₂ＮｉＯ₄（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、ＭＲｕＯ₃（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｒＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＭｎＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、（ＲＥ、Ｍ）ＣｏＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＲＥＮｉＯ₃（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、のいずれかあるいは固溶体等が挙げられる。特にＣａＲｕＯ₃、ＳｒＲｕＯ₃、ＢａＲｕＯ₃、ＳｒＶＯ₃、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ₃、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ₃、ＬａＮｉＯ_x、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）または、これらを含む固溶体等が好ましく、特に、イオンビームアシスト法による面内配向膜の形成に適しかつ良好な特性を有するものとして、ＳｒＲｕＯ₃、ＬａＮｉＯ_x、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも１種であるのが好ましい。これらのペロブスカイト構造を有する金属酸化物は、導電性や化学的安定性に優れている。このため、下部電極１３も、導電性や化学的安定性に優れたものとすることができる。そして、その上に良好な強誘電体膜を形成するのに適している。

ペロブスカイト構造を有する下部電極１３は、例えば、立方晶（１００）、正方晶（００１）、菱面体晶（１００）、擬立方晶（１００）配向、擬立方晶（１１０）配向、擬立方晶（１１１）配向等のいずれであってもよいが、これらの中でも、特に、擬立方晶（１００）配向または擬立方晶（１１０）配向であるものが好ましい。

また、下部電極１３の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜３００ｎｍ程度とするのが好ましく、５０〜１５０ｎｍ程度とするのがより好ましい。これにより、下部電極１３は、電極としての機能を十分に発揮することができるとともに、強誘電体デバイスの大型化を防止することができる。

＜１−３．強誘電体膜＞
この下部電極１３上には、強誘電体膜２４が形成されている。下部電極１３は、前述の通り面内配向しているので、この下部電極１３上に強誘電体膜２４を形成することにより、強誘電体膜２４は、配向方位が揃ったものとなる。特に、強誘電体膜２４は、下部電極上にエピタキシャル成長により形成することが望ましい。

これにより、キャパシタ２００は、例えば残留分極が増大、抗電界が低減等する。すなわち、キャパシタ２００は、各種特性が向上する。このため、このようなキャパシタ２００を用いて強誘電体メモリを作製した場合には、かかる強誘電体メモリをヒステリシス曲線の角型性に優れたものとすることができる。

強誘電体膜２４は、各種強誘電体材料で構成することができるが、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料を含むものが好ましく、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料を主材料とするものがより好ましい。さらに、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としては、正方晶（００１）配向でエピタキシャル成長しているもの、菱面体晶（１００）配向でエピタキシャル成長しているもの、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しているもの、擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しているもの、のいずれであってもよいが、特に、正方晶（００１）配向でエピタキシャル成長しているものが好ましい。これにより、前記効果がより向上する。

このペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（ＰＬＺＴ）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃（ＢＳＴ）、ＢａＴｉＯ₃、ＫＮｂＯ₃、Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ₃（ＰＺＮ）、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃（ＰＭＮ）、ＰｂＦｅＯ₃、ＰｂＷＯ₃のようなペロブスカイト構造の金属酸化物、ＳｒＢｉ₂（Ｔａ，Ｎｂ）₂Ｏ₉、（Ｂｉ，Ｌａ）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂のようなＢｉ層状化合物、または、これらを含む固溶体（ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴ等）が挙げられるが、これらの中でも、特に、ＰＺＴ、ＢＳＴ、または、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴ等のリラクサ材料が好ましい。更に、Ｐｂ（Ｍ_1/3Ｎ_2/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｓｃ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、Ｐｂ（Ｍ_2/3Ｎ_1/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料ＰＭＮと、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃（ＰＺＴ、０．０≦ｘ≦１．０）との固溶体ＰＭＮ_y−ＰＺＴ_1-yを含むことが望ましい。これにより、キャパシタ２００は、各種特性が特に優れたものとなる。

なお、下部電極１３が、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含むもの（特に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を主材料とするもの）である場合、このペロブスカイト構造を有する金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料との格子不整合が小さい。このため、下部電極１３上には、強誘電体膜２４を、容易かつ確実に、正方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させることができる。また、得られる強誘電体膜２４は、下部電極１３との接合性が向上する。

また、強誘電体膜２４の平均厚さは、特に限定されないが、５０〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、１００〜２００ｎｍ程度であるのがより好ましい。強誘電体膜２４の平均厚さを、前記範囲とすることにより、キャパシタ２００の大型化を防止しつつ、各種特性を好適に発揮し得るキャパシタ２００とすることができる。

＜１−４．上部電極＞
強誘電体膜２４上には、櫛歯状（または帯状）をなす上部電極２５が形成されている。

この上部電極２５の構成材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、または、これらを含む合金等のうちの、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、上部電極２５の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、５０〜１５０ｎｍ程度であるのがより好ましい。

＜２．強誘電体デバイスの製造方法＞
次に、このような強誘電体デバイスであるキャパシタ２００の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。

以下に示すキャパシタ２００の製造方法は、アモルファス層１５上に下部電極１３を形成する工程（下部電極形成工程）と、下部電極１３上に強誘電体膜２４を形成する工程（強誘電体膜形成工程）と、強誘電体膜２４の一部を除去する工程（下部電極取出工程）と、強誘電体膜２４上に上部電極２５を形成する工程（上部電極形成工程）とを有している。以下、各工程について、順次説明する。

まず、アモルファス層１５を有する基板１１を用意する。この基板１１には、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に使用される。アモルファス層１５を形成する方法については前述の通りである。

［１Ａ］下部電極形成工程
まず、基板１１のアモルファス層１５上に下部電極１３を形成する。この下部電極１３は、例えば、次のようにして形成することができる。

まず、アモルファス層１５が形成された基板１１を基板ホルダーに装填して、真空装置内に設置する。真空装置内には、基板１１のアモルファス層１５に対向して、前述したような下部電極１３の構成元素を含む第１ターゲット（下部電極用ターゲット）が所定距離、離間して配置されている。なお、第１ターゲットとしては、目的とする下部電極１３の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使用される。

次いで、例えばレーザー光を第１ターゲットに照射すると、第１ターゲットから下部電極を構成する各種金属原子（及び該当する場合には酸素原子）を含む原子が叩き出され、プルームが発生する。換言すれば、このプルームがアモルファス層１５に向かって照射される。そして、このプルームがアモルファス層１５の表面（上面）に接触する。

また、これとほぼ同時に、アモルファス層１５の表面に対して、イオンビームを所定角度傾斜させて照射する。これにより、アモルファス層１５上に、面内配向した下部電極１３の層が形成される。

なお、前記原子をターゲットから叩き出す方法としては、レーザー光をターゲット表面へ照射する方法の他、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマ、電子線等をターゲット表面へ照射（入射）する方法を用いることもできる。

これらの中でも、前記原子をターゲットから叩き出す方法としては、特に、レーザー光をターゲット表面へ照射する方法が好ましい。かかる方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いて、容易かつ確実に、原子をターゲットから叩き出すことができる。

また、このレーザー光は、好ましくは波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光とされる。具体的には、レーザー光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザーのようなエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＣＯ₂レーザー等が挙げられる。これらの中でも、レーザー光としては、特に、ＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適である。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも、取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。 また、下部電極１３の形成における各条件は、各種金属原子が、所定の比率（例えば、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、アモルファス層１５上に到達し、かつ、下部電極１３が面内配向し得るものであればよく、例えば、次のようにすることができる。

レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下程度とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下程度とするのがより好ましい。

レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ²以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ²以上とするのがより好ましい。

アモルファス層１５が形成された基板１１の温度は、０〜１００℃程度とするのが好ましく、３０〜７０℃程度とするのがより好ましい。

アモルファス層１５が形成された基板１１とターゲットとの距離は、３０〜１００ｍｍとするのが好ましく、５０〜８０ｍｍ程度とするのがより好ましい。

また、真空装置内の圧力は、１３３×１０^-1Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０^-3Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。また、この場合、真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。

下部電極１３の形成における各条件を、それぞれ、前記範囲とすると、効率よく下部電極１３を形成することができる。

また、このとき、レーザー光の照射時間を適宜設定することにより、下部電極１３の平均厚さを前述したような範囲に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるが、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。

一方、アモルファス層１５の表面に照射するイオンビームとしては、特に限定されないが、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスのうちの少なくとも１種のイオン、または、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオン等が挙げられる。

このイオンビームのイオン源としては、例えば、Kauffmanイオン源等を用いるのが好ましい。このイオン源を用いることにより、イオンビームを比較的容易に生成することができる。

また、イオンビームのアモルファス層１５の表面の法線方向に対する照射角度（前記所定角度）は、特に限定されないが、３５〜６５°程度とするのが好ましい。特に、前記照射角度を５２〜５７°程度とするのがより好ましい。このような照射角度に設定して、イオンビームをアモルファス層１５の表面に照射することにより、面内配向した下部電極１３を形成することができる。

イオンビーム加速電圧は、１００〜３００Ｖ程度とするのが好ましく、１５０〜２５０Ｖ程度とするのがより好ましい。

また、イオンビームの照射量は、１〜３０ｍＡ程度とするのが好ましく、５〜１５ｍＡ程度とするのがより好ましい。

以上のようにして、下部電極１３が得られる（図２参照）。

［２Ａ］強誘電体膜形成工程
次に、下部電極１３上に強誘電体膜２４を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。

なお、強誘電体膜２４の形成に先立って、前記第１ターゲット（下部電極用）ターゲットに代わり、基板１１に対向して、前述したような強誘電体膜２４の構成元素を含む第２ターゲット（強誘電体膜用ターゲット）が所定距離、離間して配置される。なお、第２ターゲットとしては、目的とする強誘電体膜２４の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使用される。

前記工程［１Ａ］に引き続き、下部電極１３上に、酸素原子および各種金属原子を含む原子のプルームを照射する。そして、このプルームが下部電極１３の表面（上面）に接触することにより、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料（前述した通りである）を含む強誘電体膜２４が、例えば正方晶（００１）配向でエピタキシャル成長により膜状に形成される。

このプルームは、前記第２ターゲット表面に、前記工程［１Ａ］と同様に、レーザー光を照射することにより、第２ターゲットから酸素原子および各種金属原子を含む原子を叩きだして、発生させるのが好ましい。

このようなレーザー光は、前記工程［１Ａ］と同様に、ＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適である。

なお、必要に応じて、前記工程［１Ａ］と同様に、下部電極１３の表面にイオンビームを照射しつつ、強誘電体膜２４を形成するようにしてもよい。これにより、より効率よく強誘電体膜２４を形成することができる。

また、強誘電体膜２４の形成における各条件は、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料における組成比）で、下部電極１３上に到達し、強誘電体膜２４を形成し得るものであればよく、例えば、次のようにすることができる。

レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好ましい。

レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ²以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ²以上とするのがより好ましい。

下部電極１３が形成された基板１１の温度は、３００〜８００℃程度とするのが好ましく、４００〜７００℃程度とするのがより好ましい。

なお、イオンビームの照射を併用する場合には、この温度は、０〜１００℃程度とするのが好ましく、３０〜７０℃程度とするのがより好ましい。

下部電極１３が形成された基板１１と第２ターゲットとの距離は、３０〜１００ｍｍとするのが好ましく、５０〜８０ｍｍ程度とするのがより好ましい。

また、真空装置内の圧力は、１気圧以下が好ましく、そのうち、酸素分圧は、例えば、酸素ガス供給下で１３３×１０^-3Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）以上とするのが好ましく、原子状酸素ラジカル供給下で１３３×１０^-5Ｐａ（１×１０^-5Ｔｏｒｒ）以上とするのが好ましい。

なお、イオンビームの照射を併用する場合には、真空装置内の圧力は、１３３×１０^-1Ｐａ（１×１０^-1Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０^-3Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。また、この場合、真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。

強誘電体膜２４の形成における各条件を、それぞれ前記範囲とすると、効率よく強誘電体膜２４を形成することができる。

また、このとき、レーザー光の照射時間を適宜設定することにより、強誘電体膜２４の平均厚さを前述したような範囲に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるが、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。

以上のようにして、強誘電体膜２４が得られる。

なお、上記の方法に限らず、強誘電体膜２４は、ＣＶＤ法、レーザーアブレーションなどの方法によりエピタキシャル成長させて形成してもよい。

［３Ａ］下部電極の取出工程
次に、強誘電体膜２４の一部を除去して、下部電極１３を取り出す。これは、例えば、フォトリソグラフィー法を用いることにより、行うことができる。

まず、除去する部分を残して、強誘電体膜２４上にレジスト層を形成する。

次いで、強誘電体膜２４に対して、エッチング処理（例えば、ウェットエッチング処理、ドライエッチング処理等）を施す。

次いで、前記レジスト層を除去する。これにより、下部電極１３の一部（図１中左側）が露出する。

［４Ａ］上部電極の形成工程
次に、強誘電体膜２４上に上部電極２５を形成する。これは、例えば、次のようにして行うことができる。

まず、所望のパターン形状を有するマスク層を、例えばスパッタリング法等により強誘電体膜２４上に形成する。

次いで、例えばＰｔ等で構成される上部電極２５の材料を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等を用いることにより、膜状に形成する。

次いで、前記マスク層を除去する。

以上のようにして、上部電極２５が得られる。

以上のような工程［１Ａ］〜［４Ａ］を経て、キャパシタ２００が製造される。

＜３．圧電体デバイスの構成＞
図３は、本発明の圧電体デバイス及びこれを用いた液体吐出ヘッドの実施形態を示す断面図である。

まず、図３に示す圧電体デバイス５４について、前記キャパシタ２００との相違点を中心に説明する。圧電体デバイス５４は、基板５２、基板５２上の中間膜であるアモルファス層（振動板）５３、アモルファス層５３上の下部電極５４２、下部電極５４２上の圧電体膜５４３、および圧電体膜５４３上の上部電極５４１を有している。

下部電極５４２は、アモルファス層５３上にイオンビームアシスト法により面内配向されて形成されている。この下部電極５４２上に、圧電体膜５４３が形成されている。これにより、圧電体膜５４３は、配向方位が揃ったものとなる。

これにより、圧電体デバイス５４は、例えば電界歪み特性等の各種特性が向上する。また、圧電体膜５４３は、各種強誘電体材料で構成することができるが、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料を含むものが好ましく、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料を主材料とするものがより好ましい。さらに、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としては、菱面体晶（１００）配向であるもの、正方晶（００１）配向であるもの、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しているもの、擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しているもの、のいずれであってもよいが、特に、菱面体晶（１００）配向であるものが望ましい。また、下部電極上５４２上にエピタキシャル成長しているものが好ましい。これにより、前記効果がより向上する。

このペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としては、前記キャパシタ２００で挙げたのと同様のものを用いることができる。特に、Ｐｂ（Ｍ_1/3Ｎ_2/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｓｃ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｎ＝Ｎｂ、Ｔａ）、Ｐｂ（Ｍ_1/2Ｎ_1/2）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、Ｐｂ（Ｍ_2/3Ｎ_1/3）Ｏ₃（Ｍ＝Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎ＝Ｗ、Ｒｅ）、のいずれかあるいは混相からなるリラクサ材料ＰＭＮと、Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ₃（ＰＺＴ、０．０≦ｘ≦１．０）との固溶体ＰＭＮ_y−ＰＺＴ_1-yを含むことが望ましい。特に、Ｐｂ（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃とＰＺＴの固溶体、Ｐｂ（Ｚｎ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃とＰＺＴの固溶体が望ましい。これにより、圧電体デバイス５４は、圧電特性その他の各種特性が特に優れたものとなる。

なお、下部電極５４２がペロブスカイト構造を有する金属酸化物である場合は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料との格子不整合が小さい。このため、下部電極５４２上には、圧電体膜５４３を、容易かつ確実に、菱面体晶（１００）配向でエピタキシャル成長させることができる。また、圧電体膜５４３は、下部電極５４２との接合性が向上する。

また、圧電体膜５４３の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１００〜３０００ｎｍ程度であるのが好ましく、５００〜２０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。圧電体膜５４３の平均厚さを、前記範囲とすることにより、圧電体デバイス５４の大型化を防止しつつ、各種特性を好適に発揮し得る圧電体デバイスとすることができる。

圧電体膜５４３上には、上部電極５４１が形成されている。この上部電極５４１の構成材料および平均厚さは、それぞれ、前記キャパシタ２００で記載した上部電極２５と同様とすることができる。

＜４．圧電体デバイスの製造方法＞
次に、図４に基づき、圧電体デバイスの製造方法について説明する。

以下に示す圧電体デバイス５４の製造方法は、基板５２上のアモルファス層５３上に下部電極５４２を形成する工程（下部電極形成工程）と、下部電極５４２上に圧電体膜５４３を形成する工程（圧電体膜形成工程）と、圧電体膜５４３上に上部電極２５を形成する工程（上部電極形成工程）と、圧電体膜及び上部電極をパターニングする工程（パターニング工程）とを有している。以下、各工程について、順次説明する。

［１Ｃ］下部電極形成工程
前記工程［１Ａ］と同様にして、イオンビームアシスト法により行う。

［２Ｃ］圧電体膜形成工程
次に、下部電極５４２上に圧電体膜５４３を形成する。これは、前記工程［２Ａ］と同様にして行うことができる。

［３Ｃ］上部電極形成工程
次に図４［３Ｃ］に示すように、圧電体薄膜５４３上に上部電極５４１を形成する。具体的には、上部電極５４１として白金（Ｐｔ）等を１００ｎｍの膜厚に直流スパッタ法で成膜する。

［４Ｃ］パターニング工程
図４［４Ｃ］に示すように、圧電体薄膜５４３及び上部電極５４１を所定形状に加工して圧電体デバイスを形成する。具体的には、上部電極５４１上にレジストをスピンコートした後、所定形状に露光・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５４１、圧電体薄膜５４３をイオンミリング等でエッチングする。

以上のような工程［１Ｃ］〜［４Ｃ］を経て、圧電体デバイス５４が製造される。

＜５．強誘電体メモリの構成＞
次に、本発明の強誘電体デバイスをキャパシタとして備える強誘電体メモリについて説明する。

図５は、本発明の強誘電体メモリの実施形態を模式的に示す平面図であり、図６は、図５中のＡ−Ａ線断面の一部を拡大した図である。なお、図５では、煩雑となることを避けるため、断面であることを示す斜線を一部省略して示す。

図６に示すように、強誘電体メモリ４０は、メモリセルアレイ４２と、周辺回路部４１とを有している。これらのメモリセルアレイ４２と周辺回路部４１とは、異なる層に形成されている。本実施形態では、下層（下側）に周辺回路部４１が、上層（上側）にメモリセルアレイ４２が形成されている。

メモリセルアレイ４２は、行選択のための第１信号電極（ワード線）４２２と、列選択のための第２信号電極（ビット線）４２４とが直交するように配列されている。なお、信号電極の配置は、前記のものに限らず、逆であってもよい。すなわち、第１信号電極４２２がビット線、第２信号電極４２４がワード線でもよい。

これらの第１信号電極４２２と第２信号電極４２４との間には、強誘電体膜４２３が配置され、第１信号電極４２２と第２信号電極４２４との交差領域において、それぞれ、単位キャパシタ（メモリセル）が構成されている。

また、第１信号電極４２２、強誘電体膜４２３および第２信号電極４２４を覆うように、絶縁材料からなる第１保護層４２５が形成されている。

さらに、第２配線層４４を覆うように第１保護層４２５上に絶縁材料からなる第２保護層４２６が形成されている。

第１信号電極４２２および第２信号電極４２４は、それぞれ、第２配線層４４によって周辺回路部４１の第１配線層４３と電気的に接続されている。

周辺回路部４１は、図５に示すように、第１信号電極４２２を選択的に制御するための第１駆動回路４５１と、第２信号電極４２４を選択的に制御するための第２駆動回路４５２と、センスアンプなどの信号検出回路４５３とを有しており、前記の単位キャパシタ（メモリセル）に対して選択的に情報の書き込み、または、読み出しを行うことができる。

また、周辺回路部４１は、図６に示すように、半導体基板４１１上に形成されたＭＯＳトランジスタ４１２を有している。このＭＯＳトランジスタ４１２は、ゲート絶縁層４１２ａ、ゲート電極４１２ｂおよびソース／ドレイン領域４１２ｃを有している。

各ＭＯＳトランジスタ４１２は、それぞれ、素子分離領域４１３によって分離されるとともに、所定のパターンで形成された第１配線層４３によって、それぞれ、電気的接続がなされている。

ＭＯＳトランジスタ４１２が形成された半導体基板４１１上には、第１層間絶縁層４１４が、さらに、第１層間絶縁層４１４上には、第１配線層４３を覆うようにして第２層間絶縁層４１５が形成されている。

この第２層間絶縁層４１５上にはメモリセルアレイ４２が設けられている。

そして、周辺回路部４１とメモリセルアレイ４２とは、第２配線層４４によって電気的に接続されている。

本実施形態では、第２層間絶縁層４１５、第１信号電極４２２、強誘電体膜４２３および第２信号電極４２４により、前述したキャパシタ２００が構成されている。

以上の構成のような強誘電体メモリ４０によれば、単一の半導体基板４１１上に周辺回路部４１およびメモリセルアレイ４２が積層されているので、周辺回路部４１とメモリセルアレイ４２とを同一面に配置した場合に比べて、チップ面積を大幅に小さくすることができ、単位キャパシタ（メモリセル）の集積度を高めることができる。

このような強誘電体メモリ４０における書き込み、読み出し動作の一例について説明する。

まず、読み出し動作においては、選択された単位キャパシタに読み出し電圧「Ｖｏ」が印加される。これは、同時に‘０’の書き込み動作を兼ねている。このとき、選択されたビット線を流れる電流またはビット線をハイインピーダンスにしたときの電位をセンスアンプにて読み出す。

なお、このとき、選択されない単位キャパシタには、読み出し時のクロストークを防ぐため、所定の電圧が印加される。

一方、書き込み動作においては、‘１’の書き込みの場合は、選択された単位キャパシタに「−Ｖｏ」の電圧が印加される。‘０’の書き込みの場合は、選択された単位キャパシタに、この選択された単位キャパシタの分極を反転させない電圧が印加され、読み出し動作時に書き込まれた‘０’状態を保持する。

なお、このとき、選択されない単位キャパシタには、書き込み時のクロストークを防ぐため、所定の電圧が印加される。

＜６．強誘電体メモリの製造方法＞
次に、強誘電体メモリ４０の製造方法の一例について説明する。

前述したような強誘電体メモリ４０は、例えば、次のようにして製造することができる。

−１− まず、公知のＬＳＩプロセス（半導体プロセス）を用いて、周辺回路部４１を形成する。

具体的には、半導体基板４１１上に、ＭＯＳトランジスタ４１２を形成する。例えば、半導体基板４１１上の所定領域にトレンチ分離法、ＬＯＣＯＳ法等を用いて素子分離領域４１３を形成し、次いで、ゲート絶縁層４１２ａおよびゲート電極４１２ｂを形成し、その後、半導体基板４１１に不純物をドープすることでソース／ドレイン領域４１２ｃを形成する。

−２− 次に、第１層間絶縁層４１４を形成した後、コンタクトホールを形成し、その後、所定パターンの第１配線層４３を形成する。

−３− 次に、第１配線層４３が形成された第１層間絶縁層４１４上に、第２層間絶縁層４１５を形成する。

以上のようにして、駆動回路４５１、４５２および信号検出回路４５３等の各種回路を有する周辺回路部４１が形成される。

−４− 次に、周辺回路部４１上に、メモリセルアレイ４２を形成する。これは、前述した工程［１Ａ］〜［４Ａ］と同様にして行うことができる。

−５− 次に、第２信号電極４２４が形成された強誘電体膜４２３上に、第１保護層４２５を形成し、さらに、第１保護層４２５の所定領域にコンタクトホールを形成し、その後、所定パターンの第２配線層４４を形成する。これにより、周辺回路部４１とメモリセルアレイ４２とが電気的に接続される。

−６− 次に、最上層に、第２保護層４２６を形成する。

以上のようにして、メモリセルアレイ４２が形成され、強誘電体メモリ４０が得られる。

このような強誘電体メモリ４０は、各種電子機器に適用することができる。この電子機器としては、パーソナルコンピュータ、ＩＣカード、タグ、携帯電話等が挙げられる。

＜７．インクジェット式記録ヘッドの構成＞
本発明の圧電体デバイスを備える液体吐出ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。

図７は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す分解斜視図である。前述の図３は、図７に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を断面図で表したものである。なお、図７は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。

図７に示すインクジェット式記録ヘッド５０（以下、単に「ヘッド５０」と言う。）は、ノズル板５１と、インク室基板５２と、振動板５３と、振動板５３に接合された圧電素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する。

ノズル板５１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されている。このノズル板５１には、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１が形成されている。これらのノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。

このノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。このインク室基板５２は、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２および後述する振動板５３により、複数のインク室（キャビティ、圧力室）５２１と、インクカートリッジ６３１から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ５２３と、リザーバ５２３から各インク室５２１に、それぞれインクを供給する供給口５２４とが区画形成されている。

これらのインク室５２１は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズル５１１に対応して配設されている。各インク室５２１は、後述する振動板５３の振動により容積可変であり、この容積変化により、インクを吐出するよう構成されている。

このインク室基板５２を得るための母材としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種ガラス基板、各種プラスチック基板等を用いることができる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるので、これらの基板を用いることにより、ヘッド５０の製造コストを低減することができる。

また、これらの中でも、母材としては、（１１０）配向シリコン単結晶基板を用いるのが好ましい。この（１１０）配向シリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板５２を、容易かつ確実に形成することができる。

このインク室基板５２の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。

また、インク室５２１の容積は、特に限定されないが、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。

一方、インク室基板５２のノズル板５１と反対側には、振動板５３が接合され、さらに振動板５３のインク室基板５２と反対側には、複数の圧電素子５４が設けられている。

また、振動板５３の所定位置には、振動板５３の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている、この連通孔５３１を介して、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３に、インクが供給可能となっている。

各圧電素子５４は、それぞれ、下部電極５４２と上部電極５４１との間に圧電体膜５４３を介挿してなり、各インク室５２１のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電素子５４は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。

これらの圧電素子５４は、それぞれ、振動源として機能し、振動板５３は、圧電素子５４の振動により振動し、インク室５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。

基体５６は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この基体５６にインク室基板５２が固定、支持されている。

このようなヘッド５０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極５４２と上部電極５４１との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体膜５４３に変形が生じない。このため、振動板５３にも変形が生じず、インク室５２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル５１１からインク滴は吐出されない。

一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子５４の下部電極５４２と上部電極５４１との間に一定電圧が印加された状態では、圧電体膜５４３に変形が生じる。これにより、振動板５３が大きくたわみ、インク室５２１の容積変化が生じる。このとき、インク室５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。

１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極５４２と上部電極５４１との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子５４は、ほぼ元の形状に戻り、インク室５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からインク室５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てインク室５２１へ供給される。

このようにして、ヘッド５０において、印刷させたい位置の圧電素子５４に、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。

＜８．インクジェット式記録ヘッドの製造方法＞
次に、ヘッド５０の製造方法の一例について説明する。前述したようなヘッド５０は、例えば、次のようにして製造することができる。

−１０− まず、インク室基板５２となる母材と、振動板５３とを貼り合わせ（接合して）、これらを一体化させる。

この接合には、例えば、母材と振動板５３とを圧着させた状態で熱処理する方法が好適に用いられる。かかる方法によれば、容易かつ確実に、母材と振動板５３とを一体化させることができる。

この熱処理条件は、特に限定されないが、１００〜６００℃×１〜２４時間程度とするのが好ましく、３００〜６００℃×６〜１２時間程度とするのがより好ましい。なお、接合には、その他の各種接着方法、各種融着方法等を用いてもよい。

−２０− 次に、振動板５３上に圧電素子５４を形成する。これは、前述した工程［１Ｃ］〜［４Ｃ］と同様にして行うことができる。

−３０− 次に、インク室基板５２となる母材の圧電素子５４に対応した位置に、それぞれインク室５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。

具体的には、インク室５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せて、マスク層を形成した後、例えば、平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエッチング、５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングを行う。

これにより、母材を、その厚さ方向に振動板５３が露出する程度にまで削り取り（除去し）、インク室基板５２を形成する。なお、このとき、エッチングされずに残った部分が、側壁５２２となり、また、露出した振動板５３は、振動板としての機能を発揮し得る状態となる。

なお、母材として、（１１０）配向シリコン基板を用いる場合には、前述の高濃度アルカリ水溶液を用いることにより、母材は、容易に異方性エッチングされるので、インク室基板５２の形成が容易となる。

−４０− 次に、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各インク室５２１となる凹部に対応するように位置合わせして接合する。これにより、複数のインク室５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が画成される。

この接合には、例えば、接着剤による接着等の各種接着方法、各種融着方法等を用いることができる。

−５０− 次に、インク室基板５２を基体５６に取り付ける。以上のようにして、インクジェット式記録ヘッド５０が得られる。

＜９．インクジェットプリンタ＞
本発明のインクジェット式記録ヘッドを備えた液体吐出装置であるインクジェットプリンタについて説明する。

図８は、本実施形態のインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、以下の説明では、図８中、上側を「上部」、下側を「下部」と言う。

図８に示すインクジェットプリンタ６０は、装置本体６２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２と、上部面に操作パネル６７とが設けられている。

操作パネル６７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。

また、装置本体６２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３を備える印刷装置（印刷手段）６４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４に送り込む給紙装置（給紙手段）６５と、印刷装置６４および給紙装置６５を制御する制御部（制御手段）６６とを有している。

制御部６６の制御により、給紙装置６５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット６３の往復動と．記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。

印刷装置６４は、ヘッドユニット６３と、ヘッドユニット６３の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。

ヘッドユニット６３は、その下部に、多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、インクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有している。

なお、インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。

往復動機構６４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有している。

キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。

キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

給紙装置６５は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有している。

給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと駆動ローラ６５２ｂとで構成され、駆動ローラ６５２ｂは給紙モータ６５１に連結されている。これにより、給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。

制御部６６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４や給紙装置６５等を制御することにより印刷を行うものである。

制御部６６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）５４を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを備えている。

また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。

制御部６６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子５４、印刷装置６４および給紙装置６５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。

＜１０．その他＞
以上、本発明の強誘電体デバイス、圧電体デバイス、強誘電体メモリ、電子機器、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

例えば、本発明の強誘電体デバイス、圧電体デバイス、強誘電体メモリ、電子機器、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタを構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、またはその他の構成を追加することもできる。

また、例えば、強誘電体デバイス、圧電体デバイス、強誘電体メモリおよびインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、それぞれ、任意の工程を追加することもできる。

また、前記実施形態のインクジェット式記録ヘッドの構成は、例えば、各種工業用液体吐出装置の液体吐出機構に適用することもできる。この場合、液体吐出装置では、前述したようなインク（イエロー、シアン、マゼンダ、ブラック等のカラー染料インク）の他、例えば、液体吐出機構のノズル（液体吐出口）からの吐出に適当な粘度を有する溶液や液状物質等が使用可能である。

本発明の強誘電体デバイスであるキャパシタの断面図である。 本発明の強誘電体デバイスの製造方法を説明するための図である。 本発明の圧電体デバイス及びこれを用いた液体吐出ヘッドの実施形態を示す断面図である。 圧電体デバイスの製造方法について説明するための図である。 本発明の強誘電体メモリの実施形態を模式的に示す平面図である。 図５中のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す分解斜視図である。 本発明の液体吐出装置であるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１１…基板、１３…下部電極、１５…アモルファス層、２００…キャパシタ、２４…強誘電体膜、２５…上部電極、４０…強誘電体メモリ、４１…周辺回路部、４１１…半導体基板、４１２…ＭＯＳトランジスタ、４１２ａ…ゲート絶縁層、４１２ｂ…ゲート電極、４１２ｃ…ソース／ドレイン領域、４１３…素子分離領域、４１４…第１層間絶縁層、４１５…第２層間絶縁層、４２…メモリセルアレイ、４２２…第１信号電極、４２３…強誘電体膜、４２４…第２信号電極、４２５…第１保護層、４２６…第２保護層、４３…第１配線層、４４…第２配線層、４５１…第１駆動回路、４５２…第２駆動回路、４５３…信号検出回路、５０…インクジェット式記録ヘッド、５１…ノズル板、５１１…ノズル、５２…インク室基板、５２１…インク室、５２２…側壁、５２３…リザーバ、５２４…供給口、５３…振動板、５３１…連通孔、５４…圧電素子、５４１…上部電極、５４２…下部電極、５４３…圧電体膜、５６…基体、６０…インクジェットプリンタ、６２…装置本体、６２１…トレイ、６２２…排紙口、６３…ヘッドユニット、６３１…インクカートリッジ、６３２…キャリッジ、６４…印刷装置、６４１…キャリッジモータ、６４２…往復動機構、６４３…キャリッジガイド軸、６４４…タイミングベルト、６５…給紙装置、６５１…給紙モータ、６５２…給紙ローラ、６５２ａ…従動ローラ、６５２ｂ…駆動ローラ、６６…制御部、６７…操作パネル、Ｐ…記録用紙

Claims (5)

1. 基板の上にイオンビームアシスト法で、ペロブスカイト型結晶構造を有する導電性酸化物からなる下部電極を形成し、前記下部電極上に圧電体膜を形成し、前記圧電体膜上に上部電極を形成する、圧電体デバイスの製造方法であって、
   前記基板の表面にはアモルファス層が形成されており、前記下部電極の形成において、イオンビームの照射方向と前記アモルファス層の法線がつくる照射角度は35°〜65°で、前期下部電極は面内配向しており、さらに前記圧電体膜はペロブスカイト構造を有し、菱面体晶（１００）配向、正方晶（００１）配向、立方晶（１００）配向、擬立方晶（１００）配向のいずれかの配向を有する圧電体デバイスの製造方法
2. 請求項１において、前記圧電体膜は、 Ｐｂ（Ｍｎ _1/3 Ｎｂ _2/3 ）Ｏ ₃ とＰｂ（Ｚｒ _x Ｔｉ _1-x ）Ｏ ₃ （０．０≦ｘ≦１．０）の固溶体またはＰｂ（Ｚｎ _1/3 Ｎｂ _2/3 ）Ｏ ₃ とＰｂ（Ｚｒ _x Ｔｉ _1-x ）Ｏ ₃ （０．０≦ｘ≦１．０）の固溶体の少なくともいずれかを含む圧電体デバイスの製造方法。
   
3. 請求項１または２において、前記下部電極は、ＲＥＢａ ₂ Ｃｕ ₃ Ｏx（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ）、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも一種である、圧電体デバイスの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の製造方法により圧電体デバイスを形成する工程と、 前記圧電体デバイスの前記圧電体膜の変形によって内容積が変化するキャビティを、前記圧電体デバイスの前記基板に形成する工程と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法により形成された液体吐出ヘッドを用いることを特徴とする、液体吐出装置の製造方法。

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