JP5345917B2

JP5345917B2 - Liquid ejection device

Info

Publication number: JP5345917B2
Application number: JP2009231733A
Authority: JP
Inventors: 高見新川; 慶一菱沼
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: JP2011082681A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress destruction of a piezoelectric element, and improve durability of a piezoelectric device. <P>SOLUTION: The piezoelectric device is formed by laminating a lower electrode 20, a piezoelectric film 30, and an upper electrode 50 in this order on a substrate 10 with a diaphragm structure 60. In a region excluding a predetermined region corresponding to the diaphragm structure 60 on the substrate 10, an interlayer dielectric 40 is prepared between the lower electrode 20 and the upper electrode 50 which are prepared facing each other, and a surface on which the upper electrode 50 is formed is made a flat plane. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出装置（インクジェット式記録ヘッド）に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejection apparatus (inkjet recording head).

近年、高性能な圧電体膜を利用したＭＥＭＳデバイスの開発が盛んに行われている。ＭＥＭＳデバイスとしては、ダイアフラム（振動板）を備えたデバイス基板上に下部電極、圧電体膜および上部電極が順次積層されてなる圧電素子を設けた構成の圧電デバイスが知られている。圧電デバイスは、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力室の一部を構成するダイアフラム上に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドや、ダイアフラムの振動を圧電素子からの電気信号として検知する圧電センサなどへの適用が検討されている。 In recent years, MEMS devices using high-performance piezoelectric films have been actively developed. As a MEMS device, a piezoelectric device having a configuration in which a piezoelectric element in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked on a device substrate having a diaphragm (diaphragm) is known. Piezoelectric devices include an inkjet recording head that forms a piezoelectric element on a diaphragm that forms part of a pressure chamber that communicates with a nozzle opening that ejects ink droplets, and ejects ink droplets by the displacement of the piezoelectric element. Application to a piezoelectric sensor that detects vibration as an electrical signal from a piezoelectric element has been studied.

このような圧電デバイスにおいては、圧電体膜への電圧の印加やダイアフラムの振動による絶縁破壊、放電、応力集中などにより圧電素子が破壊されるという問題があり、圧電デバイスの故障要因となっている。特許文献１および特許文献２等には、インクジェット式記録ヘッド（液滴吐出装置）における、このような圧電素子の破壊を抑制する方法が提案されている。 In such a piezoelectric device, there is a problem that the piezoelectric element is destroyed due to dielectric breakdown due to application of voltage to the piezoelectric film or vibration of the diaphragm, discharge, stress concentration, etc., which is a failure factor of the piezoelectric device. . Patent Documents 1 and 2 propose a method for suppressing such destruction of the piezoelectric element in an ink jet recording head (droplet discharge device).

特許文献１は、圧力室上の圧電体膜に電界を与えるために圧力室上の上下電極から圧力室の周壁上にそれぞれ引き出した電極（電気配線）間に層間絶縁膜を設け、かかる層間絶縁膜によってダイアフラムの縁部が補強されることにより、ダイアフラムの駆動による破壊を防止することができる構成が開示されている。 In Patent Document 1, an interlayer insulating film is provided between electrodes (electric wires) drawn from the upper and lower electrodes on the pressure chamber to the peripheral wall of the pressure chamber in order to apply an electric field to the piezoelectric film on the pressure chamber. The structure which can prevent the destruction by the drive of a diaphragm by the edge part of a diaphragm being reinforced with a film | membrane is disclosed.

特許文献２は、圧力室上（ダイアフラムの変位に関わる領域上）にのみ圧電体膜が設けられた構成の圧電素子を備えた場合において、圧電体膜の厚み分の上部電極と下部電極間の高低差に起因する金属配線の引き回しにおける段差が生じるために、局所的な配線幅の減少（細り）および断線が生じうるという問題に対し、ダイアフラムの変位に関わらない領域にも圧電体膜を配置することにより、金属配線の段差を減らし、金属配線の断線を抑制することができる構成が提案されている。また、特許文献２には、ダイアフラムの変位に寄与しない領域の圧電体膜と上部電極側配線との間に絶縁層を設けることにより、寄生容量を減らすことができる旨開示されている。 In Patent Document 2, when a piezoelectric element having a configuration in which a piezoelectric film is provided only on a pressure chamber (on a region related to the displacement of a diaphragm) is provided, an upper electrode and a lower electrode corresponding to the thickness of the piezoelectric film are provided. A piezoelectric film is placed in an area that is not related to the displacement of the diaphragm, in order to avoid the problem of local wiring width reduction (thinning) and disconnection due to steps in the routing of metal wiring due to height differences. By doing so, the structure which can reduce the level | step difference of metal wiring and can suppress the disconnection of metal wiring is proposed. Further, Patent Document 2 discloses that the parasitic capacitance can be reduced by providing an insulating layer between the piezoelectric film in the region that does not contribute to the displacement of the diaphragm and the upper electrode side wiring.

特開２０００−３７８６８号公報JP 2000-37868 A 特開２００６−３２１０５９号公報JP 2006-321059 A

本発明者らは、ダイアフラム上に設けられた圧電素子の故障について、種々検討を行って、以下の知見を得た。 The present inventors have made various studies on the failure of the piezoelectric element provided on the diaphragm and obtained the following knowledge.

複数の圧電素子に亘って一様な圧電体膜を備えた圧電デバイスにおいては、基板１０のダイアフラム構造６０上のみならず、ダイアフラム６１の振動に寄与しない部分にも圧電体膜３０が設けられている（図９Ａ参照）。このとき、圧電素子３５を駆動すると、ダイアフラム構造６０上のみならず、圧電体膜の全域に亘って圧電体膜の破壊が生じる可能性があり、ダイアフラムの振動に寄与しない部分での圧電体膜の破壊によっても、デバイスの故障となる場合があることがわかった。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいては、圧電素子の破壊部９９を模式的に示している。 In a piezoelectric device having a uniform piezoelectric film over a plurality of piezoelectric elements, the piezoelectric film 30 is provided not only on the diaphragm structure 60 of the substrate 10 but also in a portion that does not contribute to the vibration of the diaphragm 61. (See FIG. 9A). At this time, when the piezoelectric element 35 is driven, the piezoelectric film may be broken not only on the diaphragm structure 60 but also over the entire area of the piezoelectric film, and the piezoelectric film in a portion that does not contribute to the vibration of the diaphragm. It has been found that even the destruction of the device may cause a device failure. 9A to 9C schematically show the destruction portion 99 of the piezoelectric element.

そこで、特許文献２に記載のように、ダイアフラムの振動に寄与しない領域において圧電体膜３０と上部電極５０との間に絶縁膜４０Ｂを挿入することが考えられる（図９Ｂ）。しかしながら、図９Ｂに示すように、層間絶縁膜４０Ｂを設けた場合、圧電体膜３０上に設けられた層間絶縁膜４０Ｂの膜厚分かさ上げされるため、層間絶縁膜４０Ｂが設けられない領域の電極形成面と、層間絶縁膜４０Ｂ上の電極形成面との間に段差が生じ、該電極形成面に形成される電極５０にも段差が生じる。これは、特許文献１に記載の構成の圧電素子において、ダイアフラム縁部において上下電極間に絶縁膜を設けた場合にも同様である。かかる電極の段差の近傍では、圧電素子の破壊が起きやすかった。 Therefore, as described in Patent Document 2, it is conceivable to insert an insulating film 40B between the piezoelectric film 30 and the upper electrode 50 in a region that does not contribute to diaphragm vibration (FIG. 9B). However, as shown in FIG. 9B, when the interlayer insulating film 40B is provided, the thickness of the interlayer insulating film 40B provided on the piezoelectric film 30 is increased, and therefore the region where the interlayer insulating film 40B is not provided. A step is formed between the electrode formation surface of the first electrode and the electrode formation surface on the interlayer insulating film 40B, and a step is also formed on the electrode 50 formed on the electrode formation surface. The same applies to the piezoelectric element having the configuration described in Patent Document 1 when an insulating film is provided between the upper and lower electrodes at the diaphragm edge. In the vicinity of the step of the electrode, the piezoelectric element is easily broken.

そこで、図９Ｃに示すように、上部電極の段差をなくすため、ダイアフラム構造６０の周壁からダイアフラム構造の外側に向けて徐々に厚くなるテーパー状の層間絶縁膜４０Ｃを設け、上部電極５０が形成される面をゆるやかな傾斜面を含むものとなるように構成することが考えられる。しかし、テーパー状の層間絶縁膜５０の膜厚の薄い部分でやはり圧電素子の破壊が起こりやすく、十分に圧電デバイスの故障を抑制することはできなかった。 Therefore, as shown in FIG. 9C, in order to eliminate the step of the upper electrode, a tapered interlayer insulating film 40C that gradually increases from the peripheral wall of the diaphragm structure 60 toward the outside of the diaphragm structure is provided, and the upper electrode 50 is formed. It is conceivable to configure the surface to include a gently inclined surface. However, the piezoelectric element is easily broken at the thin portion of the tapered interlayer insulating film 50, and the failure of the piezoelectric device could not be sufficiently suppressed.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の破壊発生を抑制して耐久性を向上させた圧電デバイスを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric device having improved durability by suppressing the occurrence of breakdown of a piezoelectric element.

本発明の圧電デバイスは、ダイアフラム構造を備えた基板上に、下部電極、圧電体膜、および上部電極がこの順に形成されてなる圧電デバイスであって、前記基板上の前記ダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域において、対向して設けられている前記下部電極と前記上部電極との間に、層間絶縁膜が設けられ、前記上部電極の形成される面が平面であることを特徴とするものである。かかる「ダイアフラム構造に対応する所定領域」とは、ダイアフラムを変位させるために十分な駆動力を発生する圧電素子を形成することができる領域をいい、言い換えると、その所定領域に形成された圧電素子への電圧の印加により、ダイアフラムが変位するために十分な駆動力を発生しうるような領域を意味する。ここでいう「平面」とは、表面が平らな面であり、曲面でなく、凹凸や段差のない面をいい、上部電極の厚みｄに対して、表面粗さである中心線平均粗さＲａの大きさが小さいことを意味する。好ましくは、Ｒａ／ｄが０．１以下であることが望ましい。 The piezoelectric device of the present invention is a piezoelectric device in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are formed in this order on a substrate having a diaphragm structure, and is a predetermined device corresponding to the diaphragm structure on the substrate. An interlayer insulating film is provided between the lower electrode and the upper electrode that are provided to face each other in a region other than the region, and a surface on which the upper electrode is formed is a plane. It is. The “predetermined region corresponding to the diaphragm structure” refers to a region where a piezoelectric element that generates a sufficient driving force for displacing the diaphragm can be formed, in other words, a piezoelectric element formed in the predetermined region. This means a region where a sufficient driving force can be generated by the application of a voltage to the diaphragm to displace it. The term “plane” as used herein refers to a surface having a flat surface, not a curved surface, and having no irregularities or steps, and the center line average roughness Ra, which is the surface roughness with respect to the thickness d of the upper electrode. This means that the size of is small. Preferably, Ra / d is 0.1 or less.

また、前記所定領域の面積と前記ダイアフラム構造の開口面積との比は、０．２以上１．２以下であることが望ましい。 The ratio of the area of the predetermined region to the opening area of the diaphragm structure is preferably 0.2 or more and 1.2 or less.

また、本発明の圧電デバイスに備えられた、前記層間絶縁膜は、前記圧電体膜の一部に埋め込まれていてもよい。すなわち、基板上のダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域において、前記層間絶縁膜が、前記下部電極と前記上部電極との間に、前記圧電体膜と積層配置されるように設けられていてもよい。 The interlayer insulating film provided in the piezoelectric device of the present invention may be embedded in a part of the piezoelectric film. That is, in a region excluding a predetermined region corresponding to the diaphragm structure on the substrate, the interlayer insulating film is provided so as to be laminated with the piezoelectric film between the lower electrode and the upper electrode. Also good.

さらに、前記上部電極と前記下部電極との間に前記層間絶縁膜と前記圧電体膜とが積層されてなる構成である場合、前記層間絶縁膜が設けられた領域の前記圧電体膜にかかる電圧が、前記層間絶縁膜が設けられていない領域にかかる電圧の１／１０以下となることが好ましい。 Further, when the interlayer insulating film and the piezoelectric film are laminated between the upper electrode and the lower electrode, the voltage applied to the piezoelectric film in the region where the interlayer insulating film is provided However, the voltage is preferably 1/10 or less of the voltage applied to the region where the interlayer insulating film is not provided.

また、本発明の圧電デバイスの前記ダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域において、前記上部電極と前記下部電極の間に前記層間絶縁膜のみが設けられていてもよい。すなわち、基板上のダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域においては、前記圧電体膜を備えず、層間絶縁膜のみが設けられるように構成されていてもよい。 Further, only the interlayer insulating film may be provided between the upper electrode and the lower electrode in a region excluding a predetermined region corresponding to the diaphragm structure of the piezoelectric device of the present invention. In other words, in a region excluding a predetermined region corresponding to the diaphragm structure on the substrate, the piezoelectric film may not be provided, and only an interlayer insulating film may be provided.

また、本発明の圧電デバイスは、前記基板の下面に、前記ダイアフラム構造により構成される空間と連通する小孔を備えた薄板をさらに備え、前記空間が圧力室を構成し、前記小孔が前記圧力室内の液体を外部に吐出する液体吐出口を構成してなる液体吐出装置であってもよい。 The piezoelectric device of the present invention further includes a thin plate having a small hole communicating with the space constituted by the diaphragm structure on the lower surface of the substrate, the space constituting a pressure chamber, and the small hole being the It may be a liquid ejection device that constitutes a liquid ejection port that ejects the liquid in the pressure chamber to the outside.

また、本発明の圧電デバイスは、前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加して前記圧電体膜を駆動させることにより圧力波を発生させるとともに、該圧力波の反射波を検知する超音波トランスデューサーであってもよい。 The piezoelectric device of the present invention generates a pressure wave by applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode to drive the piezoelectric film, and detects a reflected wave of the pressure wave. It may be an ultrasonic transducer.

本発明の圧電デバイスは、前記上部電極が形成される面が平面であるので、電極の凹凸や段差近傍において圧電素子の破壊発生を抑制することができ、その結果圧電デバイスの耐久性を向上させることができる。また、層間絶縁膜がダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域において、対向して設けられている下部電極と上部電極との間に設けられているので、層間絶縁膜が設けられている領域の圧電体膜に印加される電圧を低減することができるため、ダイアフラムを変位させるために十分な駆動力を発生する圧電素子を形成する領域以外の領域における圧電体膜の絶縁破壊やリーク等の素子破壊を抑制することができ、圧電デバイスの耐久性を向上させることができる。 In the piezoelectric device of the present invention, since the surface on which the upper electrode is formed is a flat surface, it is possible to suppress the breakdown of the piezoelectric element near the unevenness or step of the electrode, thereby improving the durability of the piezoelectric device. be able to. Further, since the interlayer insulating film is provided between the lower electrode and the upper electrode provided opposite to each other in a region excluding the predetermined region corresponding to the diaphragm structure, the region of the region where the interlayer insulating film is provided Since the voltage applied to the piezoelectric film can be reduced, an element such as dielectric breakdown or leakage of the piezoelectric film in a region other than the region where the piezoelectric element that generates a sufficient driving force to displace the diaphragm is formed Breakage can be suppressed and the durability of the piezoelectric device can be improved.

さらに、前記上部電極と前記下部電極との間に前記層間絶縁膜と前記圧電体膜とが積層されてなる構成である場合において、前記層間絶縁膜が設けられた領域の前記圧電体膜にかかる電圧が、前記層間絶縁膜が設けられていない領域の圧電体膜にかかる電圧の１／１０以下となる場合には、所定領域を除く領域に電圧が印加されるのを十分抑制することができるため、所定領域を除く領域における圧電素子の破壊を抑制することができ、圧電デバイスの耐久性を向上させることができる。 Furthermore, in the case where the interlayer insulating film and the piezoelectric film are laminated between the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric film in the region where the interlayer insulating film is provided is applied. When the voltage is 1/10 or less of the voltage applied to the piezoelectric film in the region where the interlayer insulating film is not provided, it is possible to sufficiently suppress the voltage from being applied to the region other than the predetermined region. Therefore, destruction of the piezoelectric element in the region excluding the predetermined region can be suppressed, and the durability of the piezoelectric device can be improved.

第１の実施形態の圧電デバイスの切断部端面図Cutaway end view of the piezoelectric device of the first embodiment 図１Ａの圧電デバイスの平面図Plan view of the piezoelectric device of FIG. 1A 第１の実施形態の変形例の圧電デバイスの切断部端面図Cutaway end view of a piezoelectric device according to a modification of the first embodiment 図２Ａの圧電デバイスの平面図Plan view of the piezoelectric device of FIG. 2A 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その１）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 1) 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その２）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 2) 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その３）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 3) 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その４）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 4) 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その５）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 5) 第１の実施形態の圧電デバイスの製造工程を示す断面図（その６）Sectional drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric device of 1st Embodiment (the 6) 第１の実施形態の変形例を示す圧電デバイスの断面図Sectional drawing of the piezoelectric device which shows the modification of 1st Embodiment 第２の実施形態の圧電デバイスであるインクジェットヘッドの要部平面図The principal part top view of the inkjet head which is a piezoelectric device of 2nd Embodiment 図５Ａの圧電デバイスの５Ｂ−５Ｂ断面図5B-5B sectional view of the piezoelectric device of FIG. 5A 第２の実施形態の圧電デバイスを備えたインクジェット式記録装置の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the inkjet recording device provided with the piezoelectric device of 2nd Embodiment. 図６のインクジェット式記録装置の部分上面図Partial top view of the ink jet recording apparatus of FIG. 第３の実施形態の圧電デバイスであるｐＭＵＴの要部の断面図Sectional drawing of the principal part of pMUT which is a piezoelectric device of 3rd Embodiment. 比較例１の断面図Sectional view of Comparative Example 1 比較例２の断面図Sectional view of Comparative Example 2 比較例３の断面図Sectional view of Comparative Example 3

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

＜第１の実施形態の圧電デバイス＞
本発明の第１の実施形態のＭＥＭＳ圧電デバイス１について説明する。図１Ａは本発明に係る第１の実施形態の圧電デバイスの切断部端面図（圧電素子の厚み方向の切断部端面図）、図１Ｂは図１Ａに示す圧電デバイス１の平面図であり、図１Ｂの１Ａ−１Ａにおける切断部端面図が図１Ａに相当する。図２Ａは本発明に係る第１の実施形態の変形例の圧電デバイス１１の切断部端面図（圧電素子の厚み方向の切断部端面図）である。図２Ａに示す圧電デバイス１１は、図１Ａに示す圧電デバイス１と層間絶縁膜４０の形成範囲のみが相違する。図２Ｂは図２Ａに示す圧電デバイス１１の平面図であり、図２Ａは、図２Ｂの２Ａ−２Ａにおける切断部端面図に相当する。図３Ａ〜図３Ｆは圧電デバイスの製造工程を示す断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。 <Piezoelectric Device of First Embodiment>
A MEMS piezoelectric device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described. 1A is a sectional view of the piezoelectric device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of the piezoelectric device 1 shown in FIG. 1A. An end view of the cut portion at 1A-1A of 1B corresponds to FIG. 1A. FIG. 2A is a cut end view of the piezoelectric device 11 according to a modification of the first embodiment of the present invention (cut end face view of the piezoelectric element in the thickness direction). The piezoelectric device 11 shown in FIG. 2A is different from the piezoelectric device 1 shown in FIG. 1A only in the formation range of the interlayer insulating film 40. 2B is a plan view of the piezoelectric device 11 shown in FIG. 2A, and FIG. 2A corresponds to a cut end view taken along line 2A-2A in FIG. 2B. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the piezoelectric device. In order to facilitate visual recognition, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one.

本発明の第一の実施形態の圧電デバイス１は、ダイアフラム構造６０を備えた基板１０上に下部電極２０、圧電体膜３０、および上部電極５０がこの順に積層され、基板１０上のダイアフラム構造６０に対応する所定領域を除く領域において、対向して設けられている下部電極２０と上部電極５０の間に層間絶縁膜４０が設けられ、上部電極５０が形成される面が平面とされた構成である。なお、本実施形態の圧電デバイス１において、ダイアフラム６１を駆動する圧電素子３５は、下部電極２０、上部電極５０、圧電体膜３０から構成されている。 In the piezoelectric device 1 according to the first embodiment of the present invention, the lower electrode 20, the piezoelectric film 30, and the upper electrode 50 are stacked in this order on the substrate 10 having the diaphragm structure 60, and the diaphragm structure 60 on the substrate 10. In a region excluding a predetermined region corresponding to, an interlayer insulating film 40 is provided between the lower electrode 20 and the upper electrode 50 provided to face each other, and the surface on which the upper electrode 50 is formed is a flat surface. is there. In the piezoelectric device 1 according to the present embodiment, the piezoelectric element 35 that drives the diaphragm 61 includes the lower electrode 20, the upper electrode 50, and the piezoelectric film 30.

基板１０に備えられたダイアフラム構造６０は、基板表面に設けられた、基板１０の厚みに対して十分に薄いダイアフラム（振動板）６１と、そのダイアフラム６１を支持する周壁６２を構成する基板部分とからなる。ダイアフラム６１上に設けられている圧電素子３５を駆動する、すなわち、圧電体膜３０に対して、下部電極２０と上部電極５０とにより厚み方向に電圧が印加されることにより、圧電体膜３０を伸縮させ、この伸縮の結果ダイアフラムを凹凸変位させてアクチュエータとして用いることができる。あるいは、ダイアフラム６１の凹凸変位により、下部電極２０、上部電極５０間に生じる電位差に基づく電気信号を検知するセンサとして用いることができる。 A diaphragm structure 60 provided in the substrate 10 includes a diaphragm (vibrating plate) 61 provided on the substrate surface that is sufficiently thin with respect to the thickness of the substrate 10, and a substrate portion that constitutes a peripheral wall 62 that supports the diaphragm 61. Consists of. The piezoelectric element 35 provided on the diaphragm 61 is driven, that is, a voltage is applied to the piezoelectric film 30 in the thickness direction by the lower electrode 20 and the upper electrode 50, thereby causing the piezoelectric film 30 to move. The diaphragm can be expanded and contracted, and as a result of the expansion and contraction, the diaphragm can be displaced and used as an actuator. Alternatively, it can be used as a sensor for detecting an electric signal based on a potential difference generated between the lower electrode 20 and the upper electrode 50 due to the uneven displacement of the diaphragm 61.

基板１０としては、ダイアフラム構造６０を含むものであれば、その材料に特に制限なく、シリコン、ガラス、ステンレス（ＳＵＳ）、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、アルミナ、サファイヤ、シリコンカーバイド等の基板が挙げられる。また、ＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。 The substrate 10 is not particularly limited as long as it includes the diaphragm structure 60, and examples thereof include silicon, glass, stainless steel (SUS), yttrium stabilized zirconia (YSZ), alumina, sapphire, silicon carbide, and the like. It is done. A stacked substrate such as an SOI substrate may be used.

下部電極２０の主成分としては特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ_２，ＲｕＯ_２，ＬａＮｉＯ_３，及びＳｒＲｕＯ_３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。 The main component of the lower electrode 20 is not particularly limited, and examples thereof include metals or metal oxides such as Au, Pt, Ir, IrO ₂ , RuO ₂ , LaNiO ₃ , and SrRuO ₃ , and combinations thereof.

上部電極５０の主成分としては特に制限なく、下部電極２０で例示した材料、Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，及びＣｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極２０と上部電極５０の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。 The main component of the upper electrode 50 is not particularly limited, and examples thereof include the materials exemplified for the lower electrode 20, electrode materials generally used in semiconductor processes such as Al, Ta, Cr, and Cu, and combinations thereof. . The thickness of the lower electrode 20 and the upper electrode 50 is not particularly limited, and is preferably 50 to 500 nm.

圧電体膜３０の組成は特に制限されず、既知のいかなる圧電体により構成されていてもよい。なお、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物からなる（不可避不純物を含んでいてもよい）圧電体は、圧電特性が良好であり好ましい。 The composition of the piezoelectric film 30 is not particularly limited, and may be composed of any known piezoelectric body. Note that a piezoelectric body made of one or more perovskite oxides (which may contain inevitable impurities) represented by the following general formula (P) has favorable piezoelectric characteristics and is preferable.

一般式ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
（Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｋ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｈｆ，及びＡｌからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む。
Ｏ：酸素。
Ａサイト元素とＢサイト元素と酸素元素のモル比は１：１：３が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。）
圧電体膜３０の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、及びＰＬＤ法等の気相法；ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法；及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。電極および圧電体膜を直接構造体に成膜することが量産、歩留まり向上の観点から好ましい。なお、圧電体膜のスパッタリングに際しては、例えば、特開２００８−０８１８０１号公報、特開２００８−０８１８０２号公報、特開２００８−１０６７０３号公報等に記載の成膜条件を用い、特開２００８−０８１８０３号公報に記載のスパッタ装置を用いることができる。 General formula ABO ₃ (P)
(A: Element of A site, including at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, K, and lanthanide elements.
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Mg, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, Hf , And at least one element selected from the group consisting of Al.
O: oxygen.
The molar ratio of the A site element, the B site element, and the oxygen element is 1: 1: 3 as a standard, but these molar ratios may deviate from the reference molar ratio within a range where a perovskite structure can be taken. )
The film formation method of the piezoelectric film 30 is not particularly limited, and gas phase methods such as sputtering, plasma CVD, MOCVD, and PLD; liquid phase methods such as sol-gel method and organometallic decomposition method; and aerosol deposition Law. Forming the electrode and the piezoelectric film directly on the structure is preferable from the viewpoint of mass production and yield improvement. For sputtering of the piezoelectric film, for example, the film formation conditions described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-081801, 2008-081802, and 2008-106703 are used, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-081803. Can be used.

層間絶縁膜４０は、基板１０上のダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域において、下部電極２０と上部電極５０との間に設けられる。本実施形態においては、層間絶縁膜４０は、図１Ａに示すように圧電体膜３０の上層部（上部電極５０との隣接部）に埋め込まれている。なお、ここでは、層間絶縁膜４０は、図１Ｂに示すように、ダイアフラム構造６０の開口領域６３の周縁より外側の領域に形成されている。すなわち、本実施形態においては、ダイアフラム構造６０の開口領域６３を含み、該開口領域６３より広い領域がダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａに相当し、層間絶縁膜４０は、この所定領域４１Ａを除く領域に形成されている。本実施形態において、上下電極間に電圧を印加する際、層間絶縁膜４０により実効的な上部電極サイズが規定される。すなわち、層間絶縁層が形成されない、前述のダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａは、実効的な上部電極サイズに相当する。この所定領域４１Ａは、ダイアフラム構造６０のダイアフラム６１を変位させるために十分な駆動力を生じる圧電素子を、ダイアフラム構造上に構成しうるサイズの領域であればよい。従って、層間絶縁膜４０の形成範囲は、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域、即ち、ダイアフラム６１を変位させるために十分な駆動力を発生する圧電素子を形成できる領域を除く領域であればよく、言い換えると、その所定領域４１Ａに形成された圧電素子への電圧の印加に応じて、ダイアフラム６１が変位するために十分な駆動力を発生しうる領域を除く領域であればよい。 The interlayer insulating film 40 is provided between the lower electrode 20 and the upper electrode 50 in a region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60 on the substrate 10. In the present embodiment, the interlayer insulating film 40 is embedded in the upper layer portion (adjacent to the upper electrode 50) of the piezoelectric film 30 as shown in FIG. 1A. Here, as shown in FIG. 1B, the interlayer insulating film 40 is formed in a region outside the periphery of the opening region 63 of the diaphragm structure 60. That is, in the present embodiment, the opening region 63 of the diaphragm structure 60 is included, and a region wider than the opening region 63 corresponds to the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure, and the interlayer insulating film 40 excludes the predetermined region 41A. Formed in the region. In this embodiment, when a voltage is applied between the upper and lower electrodes, an effective upper electrode size is defined by the interlayer insulating film 40. That is, the predetermined region 41A corresponding to the above-described diaphragm structure in which no interlayer insulating layer is formed corresponds to an effective upper electrode size. The predetermined area 41A may be an area of a size that allows a piezoelectric element that generates a sufficient driving force to displace the diaphragm 61 of the diaphragm structure 60 to be formed on the diaphragm structure. Therefore, the formation range of the interlayer insulating film 40 is a region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60, that is, a region excluding a region where a piezoelectric element that generates a driving force sufficient to displace the diaphragm 61 can be formed. In other words, any region other than a region that can generate a driving force sufficient to displace the diaphragm 61 in response to the application of a voltage to the piezoelectric element formed in the predetermined region 41A may be used.

かかる条件を満たす領域であれば、所定領域４１Ａは、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ダイアフラム構造６０の開口領域６３の面積より所定領域４１Ａの面積が大きくてもよく、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ダイアフラム構造の開口領域６３の面積より小さくてもよい。 As long as the area satisfies such a condition, the area of the predetermined area 41A may be larger than the area of the opening area 63 of the diaphragm structure 60 as shown in FIGS. 1A and 1B. As shown in FIG. 5, the area may be smaller than the area of the opening region 63 of the diaphragm structure.

なお、本発明者らは、本実施形態と同様の構成の圧電デバイスにおいて、所定領域４１Ａの中心を、ダイアフラム構造の開口領域６３の中心位置と一致するものとし、両領域は略相似形であるとして、所定領域４１Ａの面積Ａ２（すなわち実効的な上部電極サイズ）の開口領域６３の面積Ａ１に対する比Ａ２／Ａ１を変化させて、各比毎のダイアフラム６１の変位量についてシミュレーションを行った。シミュレーションから比Ａ２／Ａ１が、０．２以上、１．２以下であれば、ダイアフラムを十分に変位させる駆動力を生じさせ得ることが明らかになった。所定領域の面積Ａ２とダイアフラム構造６０の開口面積Ａ１との比Ａ２／Ａ１が、０．２よりも小さい場合は、圧電体膜３０にダイアフラム６１を変位させるために十分な電圧が印加できないため、ダイアフラム６１の十分な変位が得られず、１．２よりも大きい場合は、圧電体膜３０にダイアフラム６１の変位を抑制する応力が発生し変位が低下すると考えられる。なお、さらにこのシミュレーションから比Ａ２／Ａ１は０．４以上０．８以下であることがより好ましく、比Ａ２／Ａ１が０．６であるとき、最大の変位量が得られて最も好ましいという結果が得られた。 In the piezoelectric device having the same configuration as that of the present embodiment, the inventors assume that the center of the predetermined region 41A coincides with the center position of the opening region 63 of the diaphragm structure, and both regions are substantially similar. As described above, the ratio A2 / A1 of the area A2 of the predetermined region 41A (that is, the effective upper electrode size) to the area A1 of the opening region 63 is changed, and the displacement amount of the diaphragm 61 for each ratio is simulated. From the simulation, it was found that when the ratio A2 / A1 is 0.2 or more and 1.2 or less, a driving force that sufficiently displaces the diaphragm can be generated. When the ratio A2 / A1 between the area A2 of the predetermined region and the opening area A1 of the diaphragm structure 60 is smaller than 0.2, a voltage sufficient to displace the diaphragm 61 cannot be applied to the piezoelectric film 30. When sufficient displacement of the diaphragm 61 cannot be obtained and is larger than 1.2, it is considered that a stress that suppresses the displacement of the diaphragm 61 is generated in the piezoelectric film 30 and the displacement is lowered. Further, from this simulation, the ratio A2 / A1 is more preferably 0.4 or more and 0.8 or less, and when the ratio A2 / A1 is 0.6, the maximum displacement is obtained and the result is most preferable. was gotten.

なお、ダイアフラム構造の開口領域６３の形状は円形状であっても、矩形形状であってもよく、さらに、所定領域４１Ａの形状も、ダイアフラム６１を変位させるために十分な駆動力を発生する圧電素子を形成できる領域であれば特に限定されず、円形状であっても、矩形形状であってもよい。所定領域４１Ａの形状は、ダイアフラム構造の開口領域６３の形状と相似形であることが好ましいが、両領域４１Ａおよび６３の形状は異なっていてもよい。所定領域４１Ａおよび開口領域６３の中心位置がほぼ一致していれば、いずれの場合も両領域４１Ａおよび６３の面積比Ａ２／Ａ１の好ましい範囲は、上記シミュレーション結果で得られたものとほぼ同様であると考えられる。 The shape of the opening area 63 of the diaphragm structure may be circular or rectangular, and the shape of the predetermined area 41 </ b> A is a piezoelectric that generates a driving force sufficient to displace the diaphragm 61. The region is not particularly limited as long as it can form an element, and may be circular or rectangular. The shape of the predetermined region 41A is preferably similar to the shape of the opening region 63 of the diaphragm structure, but the shapes of both the regions 41A and 63 may be different. If the center positions of the predetermined region 41A and the opening region 63 are substantially coincident with each other, the preferable range of the area ratio A2 / A1 between the regions 41A and 63 is almost the same as that obtained in the simulation result. It is believed that there is.

さらに、図１Ａに示すように、層間絶縁膜４０は、圧電体膜３０の表面の一部除去された領域に埋め込まれるように設けられ、その表面が隣接部の圧電体膜３０表面と面一となっている。すなわち、上部電極５０が形成される面は、圧電体膜３０および層間絶縁膜４０により構成される、段差のない平面となっている。 Further, as shown in FIG. 1A, the interlayer insulating film 40 is provided so as to be embedded in a partially removed region of the surface of the piezoelectric film 30, and the surface thereof is flush with the surface of the adjacent piezoelectric film 30. It has become. That is, the surface on which the upper electrode 50 is formed is a flat surface formed by the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film 40 without a step.

このように、本実施形態の圧電デバイス１は、上部電極５０が形成されている面が平面であるので、電極の凹凸や段差部分に起因する圧電素子の破壊を避けることができ、この結果、圧電デバイスの故障を低減し、耐久性を向上させることが可能となる。また、層間絶縁膜４０がダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域のみにおいて備えられているので、ダイアフラム６１の変位を大きく妨げることなく、所定領域４１Ａを除く領域の圧電体膜３０にかかる電圧を小さくすることができるため、所定領域４１Ａを除く領域で圧電素子が破壊されるのを抑制することができる。この結果、圧電デバイスの耐久性を増すことができる。 Thus, since the surface on which the upper electrode 50 is formed is a plane, the piezoelectric device 1 of the present embodiment can avoid the destruction of the piezoelectric element due to the unevenness or the step portion of the electrode. As a result, The failure of the piezoelectric device can be reduced and the durability can be improved. Further, since the interlayer insulating film 40 is provided only in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60, the interlayer insulating film 40 is applied to the piezoelectric film 30 in the region excluding the predetermined region 41A without greatly disturbing the displacement of the diaphragm 61. Since the voltage can be reduced, it is possible to suppress the piezoelectric element from being destroyed in a region excluding the predetermined region 41A. As a result, the durability of the piezoelectric device can be increased.

なお、上部電極５０を、圧電デバイス１の図示しない制御回路に電気的に接続する電気配線は、上部電極５０と一体的に、圧電体膜および層間絶縁膜の表面により構成される平面に形成されていることが好ましい。この場合、上部電極５０およびその電気配線は、段差がなく形成できるため、電極および配線の凹凸や段差部分から生じる圧電素子の破壊を避けることができ、この結果、圧電デバイスの故障を低減することが可能となる。 The electrical wiring that electrically connects the upper electrode 50 to a control circuit (not shown) of the piezoelectric device 1 is formed integrally with the upper electrode 50 on a plane constituted by the surfaces of the piezoelectric film and the interlayer insulating film. It is preferable. In this case, since the upper electrode 50 and its electric wiring can be formed without a step, it is possible to avoid the destruction of the piezoelectric element caused by the unevenness or step portion of the electrode and the wiring, thereby reducing the failure of the piezoelectric device. Is possible.

また、層間絶縁膜４０としては、誘電率に特に限定はなく、様々な絶縁体を用いることができる。ただし、誘電率が大きい場合、十分な絶縁効果を得るために層間絶縁膜を誘電率が低い場合よりも厚く設ける必要があるため、圧電体膜をエッチングする厚みが厚くなりエッチング工程の所要時間が長くなるため、圧電体膜の誘電率より小さい誘電率を有する絶縁体が好ましい。絶縁体の材料として、特に限定はなく、例えば、以下に示す無機材料、有機高分子材料を用いることができる。無機材料の例として、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２に例示される単純酸化物、ＬａＡｌＯ_３・ＳｒＴｉＯ_３に例示される複合酸化物、ＡｌＮＳｉ_３Ｎ_４に例示される窒化物があげられる。また、有機高分子材料の例として、ポリイミド、セルロース、ＳＵ−８レジストなどのエポキシ系レジスト、などがあげられる。 In addition, as the interlayer insulating film 40, the dielectric constant is not particularly limited, and various insulators can be used. However, when the dielectric constant is large, it is necessary to provide the interlayer insulating film thicker than when the dielectric constant is low in order to obtain a sufficient insulating effect. Therefore, the thickness of etching the piezoelectric film is increased and the time required for the etching process is increased. An insulator having a dielectric constant smaller than that of the piezoelectric film is preferable because it becomes longer. The insulator material is not particularly limited, and for example, the following inorganic materials and organic polymer materials can be used. Examples of inorganic materials include simple oxides exemplified by SiO ₂ , MgO, Al ₂ O ₃ and TiO ₂ , composite oxides exemplified by LaAlO ₃ · SrTiO _3, and nitrides exemplified by AlNSi ₃ N _4. can give. Examples of the organic polymer material include polyimide, cellulose, epoxy resist such as SU-8 resist, and the like.

圧電体膜３０の誘電率をε_１、層間絶縁膜４０の誘電率をε_２、圧電体膜３０の厚みをｄ_１、層間絶縁膜４０の厚みをｄ_２としたとき、層間絶縁膜４０が設けられていない領域での圧電体膜３０にかかる電圧Ｖ_０と層間絶縁膜４０が設けられた領域での圧電体膜３０にかかる電圧Ｖ_１の割合Ｖ_１／Ｖ_０は、ε_２×ｄ_１／（ε_２×ｄ_１＋ε_１×ｄ_２）で表される。
ここで、圧電体膜３０および層間絶縁膜４０は、Ｖ_１／Ｖ_０≦１／１０となるようにその材料（ε_１、ε_２）および厚み（ｄ_１、ｄ_２）をそれぞれ決定して形成することが望ましい。この場合、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域の圧電体膜３０に加わる電圧を十分に小さくできるため、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域の圧電素子破壊を効果的に抑制し、圧電デバイスの耐久性を増すことができる。一例として、圧電体膜として３．３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を設け、層間絶縁膜としてＳｉＯ_２を設けた場合は、層間絶縁膜ＳｉＯ_２を１００ｎｍ以上の厚みになるよう形成することにより、Ｖ_１／Ｖ_０≦１／１０を満たすことができ、好ましい。ここで、ＰＺＴ圧電体膜の誘電率ε１＝１２００、ＳｉＯ_２層間絶縁膜の誘電率ε２＝４であるため、Ｖ_１／Ｖ_０＝ε_２×ｄ_１／（ε_２×ｄ_１＋ε_１×ｄ_２）≦０．０９９１となって、Ｖ_１／Ｖ_０≦１／１０を満たす。 When the dielectric constant of the piezoelectric film 30 is ε ₁ , the dielectric constant of the interlayer insulating film 40 is ε ₂ , the thickness of the piezoelectric film 30 is d ₁ , and the thickness of the interlayer insulating film 40 is d ₂ , the interlayer insulating film 40 is The ratio V ₁ / V ₀ of the voltage V ₀ applied to the piezoelectric film 30 in the region not provided and the voltage V ₁ applied to the piezoelectric film 30 in the region provided with the interlayer insulating film 40 is ε ₂ × d ₁ / (ε ₂ × d ₁ + ε ₁ × d ₂ )
Here, the materials (ε ₁ , ε ₂ ) and thicknesses (d ₁ , d ₂ ) of the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film 40 are determined so that V ₁ / V ₀ ≦ 1/10. It is desirable to form. In this case, since the voltage applied to the piezoelectric film 30 in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60 can be sufficiently reduced, the piezoelectric element destruction in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60 can be effectively performed. This can suppress the durability of the piezoelectric device. As an example, when a 3.3 μm PZT (lead zirconate titanate) film is provided as the piezoelectric film and SiO ₂ is provided as the interlayer insulating film, the interlayer insulating film SiO ₂ is formed to a thickness of 100 nm or more. Therefore, V ₁ / V ₀ ≦ 1/10 can be satisfied, which is preferable. Here, since the dielectric constant ε1 of the PZT piezoelectric film is 1200 and the dielectric constant ε2 of the SiO ₂ interlayer insulating film is 4, V ₁ / V ₀ = ε ₂ × d ₁ / (ε ₂ × d ₁ + ε ₁ × d ₂ ) ≦ 0.0991, which satisfies V ₁ / V ₀ ≦ 1/10.

なお、層間絶縁膜４０は、必ずしも図１Ａに示すようにダイアフラム構造６０に対して対称形状に設けられている必要はない。また、層間絶縁膜４０は、必ずしもダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域の全領域に設けられる必要はなく、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域の一部だけに設けられたのでもよい。 Note that the interlayer insulating film 40 is not necessarily provided symmetrically with respect to the diaphragm structure 60 as shown in FIG. 1A. The interlayer insulating film 40 is not necessarily provided in the entire region except the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure, and is provided only in a part of the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure 60. It's okay.

本実施形態の圧電デバイス１の製造方法の一例を層構成の具体例と共に説明する。 An example of the manufacturing method of the piezoelectric device 1 of this embodiment will be described together with a specific example of the layer configuration.

図３Ａに示すように、まず、シリコン基板１０を用意し、基板１０の内部にダイアフラム構造６０を、ボッシュ法を用いたドライエッチングにより基板１０の裏面側からエッチング形成する。かかるダイアフラム構造６０を設けた基板１０上に、スパッタ法により、下部電極２０および圧電体膜３０を成膜する。下部電極２０は、一例として、Ｔｉ３０ｎｍ／Ｉｒ１５０ｎｍである。なお、下部電極２０上に圧電体膜３０を成膜する。圧電体膜３０は、一例として、３．３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜である。 As shown in FIG. 3A, first, a silicon substrate 10 is prepared, and a diaphragm structure 60 is etched from the back side of the substrate 10 by dry etching using the Bosch method. The lower electrode 20 and the piezoelectric film 30 are formed on the substrate 10 provided with the diaphragm structure 60 by sputtering. For example, the lower electrode 20 is made of Ti 30 nm / Ir 150 nm. A piezoelectric film 30 is formed on the lower electrode 20. The piezoelectric film 30 is, for example, a 3.3 μm PZT (lead zirconate titanate) film.

次に、図３Ｂに示すように、リソグラフィー行程により、層間絶縁膜４０の形成領域が開口するようにレジスト８０をパターニングする。 Next, as shown in FIG. 3B, the resist 80 is patterned by the lithography process so that the formation region of the interlayer insulating film 40 is opened.

また、図３Ｃに示すように、ドライエッチングにより圧電体膜３０をエッチングする。ここで、ドライエッチングのエッチングレートを制御することにより、圧電体膜の厚み方向のエッチング深さを調整することができる。つまり、層間絶縁膜４０を形成する領域の深さを調整することができる。上述の例において、圧電体膜として３．３μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜を設け、層間絶縁層として１００ｎｍのＳｉＯ_２を設ける場合は、圧電体膜３０を１００ｎｍμｍエッチングする。 Further, as shown in FIG. 3C, the piezoelectric film 30 is etched by dry etching. Here, the etching depth in the thickness direction of the piezoelectric film can be adjusted by controlling the etching rate of the dry etching. That is, the depth of the region where the interlayer insulating film 40 is formed can be adjusted. In the above example, when a 3.3 μm PZT (lead zirconate titanate) film is provided as the piezoelectric film and a 100 nm SiO ₂ film is provided as the interlayer insulating layer, the piezoelectric film 30 is etched by 100 nm μm.

図３Ｄに示すように、スパッタリング法により層間絶縁膜４０を成膜する。層間絶縁膜４０は、一例としてＳｉＯ_２を用いることができる。ここで層間絶縁膜４０は、成膜レートを制御してその表面が圧電体膜３０の表面と面一となるよう形成する。 As shown in FIG. 3D, an interlayer insulating film 40 is formed by sputtering. For example, SiO ₂ can be used for the interlayer insulating film 40. Here, the interlayer insulating film 40 is formed such that the surface thereof is flush with the surface of the piezoelectric film 30 by controlling the film formation rate.

図３Ｅに示すように、リフトオフ法によりレジスト８０およびレジスト８０上の層間絶縁膜４０を除去する。
ここでは、層間絶縁膜４０と圧電体膜３０とが平面をなす方法の一例として、層間絶縁膜４０の成膜レートを、圧電体膜３０と層間絶縁膜４０が平面をなす膜厚となるように制御するものとしたが、層間絶縁膜４０と圧電体膜３０とが平面をなす方法はこれに限られるものでなく、層間絶縁膜４０を成膜後、層間絶縁膜４０と圧電体膜３０とが平面をなすように研磨して表面を均一化しても良い。研磨する行程の一例として、ＣＭＰ（化学機械研磨、Chemical Mechanical Polishing）行程があげられる。 As shown in FIG. 3E, the resist 80 and the interlayer insulating film 40 on the resist 80 are removed by a lift-off method.
Here, as an example of a method in which the interlayer insulating film 40 and the piezoelectric film 30 form a plane, the deposition rate of the interlayer insulating film 40 is set so that the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film 40 have a planar thickness. However, the method in which the interlayer insulating film 40 and the piezoelectric film 30 form a plane is not limited to this, and the interlayer insulating film 40 and the piezoelectric film 30 are formed after the interlayer insulating film 40 is formed. The surface may be made uniform by polishing so as to form a flat surface. An example of the polishing process is a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process.

最後に、図３Ｆに示すように、圧電体膜３０および層間絶縁膜４０上に、スパッタ法により上部電極５０を形成する。上部電極５０は、一例として、Ｔｉ３０ｎｍ／Ｉｒ１５０ｎｍである。 Finally, as shown in FIG. 3F, the upper electrode 50 is formed on the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film 40 by sputtering. For example, the upper electrode 50 is made of Ti 30 nm / Ir 150 nm.

このような製造方法により、上部電極５０と圧電体膜３０および層間絶縁膜４０との境界が平面をなす圧電デバイス１を製造することができる。 With such a manufacturing method, the piezoelectric device 1 in which the boundary between the upper electrode 50, the piezoelectric film 30, and the interlayer insulating film 40 forms a plane can be manufactured.

なお、上記製造方法により作製した圧電デバイス１と、同様の方法で作製した図９Ａ〜図９Ｃに示した構成の比較例１〜３の圧電デバイスについて、駆動寿命の評価を行ったところ、本実施形態の構成の圧電デバイス１は、比較例１〜３と比較して寿命が２倍程度に延びることを確認した。 The drive life of the piezoelectric device 1 manufactured by the above manufacturing method and the piezoelectric devices of Comparative Examples 1 to 3 having the configurations shown in FIGS. 9A to 9C manufactured by the same method were evaluated. It was confirmed that the lifetime of the piezoelectric device 1 having the configuration extended about twice as long as that of Comparative Examples 1 to 3.

なお、上記実施形態においては、層間絶縁膜４０が、圧電体膜３０の上層部に埋め込まれるように設けられている形態について説明したが、層間絶縁膜はダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域において、圧電体膜３０の一部に埋め込まれていればよく、圧電体膜の下層部（下部電極層に隣接する部分間）に埋め込まれるように設けられてもよい。さらには圧電体膜の層中に埋め込まれるように設けられていてもよい。なお、層間絶縁膜４０が圧電体膜３０の下層部に埋め込まれるように設けられている場合は、層間絶縁膜４０により実効的な下部電極サイズが規定されるため、所定領域４１Ａの形状は圧電素子３５の実効的な下部電極サイズに相当する。層間絶縁膜４０が圧電体膜３０の層中に設けられている場合は、層間絶縁膜４０により圧電素子３５の圧電体膜３０に電圧が印加される実効的なサイズが規定される。ただし、いずれも場合にも、層間絶縁膜が設けられた領域の圧電体膜表面は、層間絶縁膜が設けられていない領域の圧電体膜表面と面一となるように構成されている必要がある。このように、ダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域における上下電極層間に層間絶縁膜が設けられ、かつ、上部電極が形成される面が平面とされていれば、いずれの場合も上記実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、製造工程上、層間絶縁膜４０は上記第1の実施形態のように圧電体膜３０の上層部に設けられている方が有利である。 In the above embodiment, the embodiment has been described in which the interlayer insulating film 40 is provided so as to be embedded in the upper layer portion of the piezoelectric film 30. However, the interlayer insulating film excludes the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure. In the region, it may be embedded in a part of the piezoelectric film 30 and may be provided so as to be embedded in a lower layer portion (a portion adjacent to the lower electrode layer) of the piezoelectric film. Furthermore, it may be provided so as to be embedded in the layer of the piezoelectric film. When the interlayer insulating film 40 is provided so as to be embedded in the lower layer portion of the piezoelectric film 30, the effective lower electrode size is defined by the interlayer insulating film 40. This corresponds to the effective lower electrode size of the element 35. When the interlayer insulating film 40 is provided in the layer of the piezoelectric film 30, an effective size by which a voltage is applied to the piezoelectric film 30 of the piezoelectric element 35 is defined by the interlayer insulating film 40. However, in either case, the surface of the piezoelectric film in the region where the interlayer insulating film is provided needs to be configured to be flush with the surface of the piezoelectric film in the region where the interlayer insulating film is not provided. is there. As described above, in any case, if the interlayer insulating film is provided between the upper and lower electrode layers in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure and the surface on which the upper electrode is formed is a flat surface The same effect as the form can be obtained. However, in the manufacturing process, it is advantageous that the interlayer insulating film 40 is provided in the upper layer portion of the piezoelectric film 30 as in the first embodiment.

また、ダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域においては、上部電極と下部電極の間に圧電体膜が設けられず、層間絶縁膜のみが設けられていてもよい。このようなダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域の上部電極と下部電極の間に層間絶縁膜のみが設けられている例を、第１実施形態の設計変更例として、図４に示す。 Further, in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure, the piezoelectric film may not be provided between the upper electrode and the lower electrode, and only the interlayer insulating film may be provided. An example in which only the interlayer insulating film is provided between the upper electrode and the lower electrode in a region excluding the predetermined region 41A corresponding to such a diaphragm structure is shown in FIG. 4 as a design modification example of the first embodiment.

図４に示す圧電デバイス１２では、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域４１Ａを除く領域の上部電極５０と下部電極２０の間において、圧電体膜３０が設けられることなく、層間絶縁膜４０Ａのみが設けられているものであり、層間絶縁膜が、圧電体膜３０中に埋め込まれるように設けられているものではない。層間絶縁膜４０Ａは、圧電体膜３０と同じ厚みで設けられており、層間絶縁膜４０Ａと圧電体膜３０とは面一となっている。上部電極５０は、この層間絶縁膜４０Ａおよび圧電体膜３０の表面からなる平面上に形成されるから、上述の第１の実施形態と同様に、電極の段差に起因する圧電素子の破壊を抑制する効果を得ることができる。 In the piezoelectric device 12 shown in FIG. 4, the piezoelectric film 30 is not provided between the upper electrode 50 and the lower electrode 20 except for the predetermined area 41A corresponding to the diaphragm structure 60, and only the interlayer insulating film 40A is provided. However, the interlayer insulating film is not provided so as to be embedded in the piezoelectric film 30. The interlayer insulating film 40A is provided with the same thickness as the piezoelectric film 30, and the interlayer insulating film 40A and the piezoelectric film 30 are flush with each other. Since the upper electrode 50 is formed on a plane composed of the surfaces of the interlayer insulating film 40A and the piezoelectric film 30, the piezoelectric element is prevented from being destroyed due to the step of the electrode as in the first embodiment. Effect can be obtained.

さらに、図４に示す設計変更例の圧電デバイス１２では、圧電体膜３０が、ダイアフラム構造に対応する所定領域４１Ａを除く領域に設けられていないことから、所定領域４１Ａを除く領域を含む全域に圧電体膜３０が設けられている第１の実施形態の場合と比較して圧電体膜３０が設けられている領域が小さい。圧電体膜３０の設けられている領域が小さい程、圧電体膜３０が破壊される確率が低くなるため、層間絶縁膜４０Ａが圧電体膜３０と積層して形成される場合よりも、圧電デバイス１２の耐久性をさらに高めることができる。 Furthermore, in the piezoelectric device 12 of the design change example shown in FIG. 4, since the piezoelectric film 30 is not provided in the region excluding the predetermined region 41A corresponding to the diaphragm structure, the entire region including the region excluding the predetermined region 41A is provided. Compared to the case of the first embodiment in which the piezoelectric film 30 is provided, the region in which the piezoelectric film 30 is provided is small. The smaller the region where the piezoelectric film 30 is provided, the lower the probability that the piezoelectric film 30 will be destroyed. Therefore, the piezoelectric device is more than in the case where the interlayer insulating film 40A is laminated with the piezoelectric film 30. The durability of 12 can be further increased.

＜第２の実施形態の圧電デバイス＞
本発明の第２の実施形態の圧電デバイスであるインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）２について以下に説明する。図５Ａはインクジェット式記録ヘッドの要部平面図、図５Ｂは図５Ａのインクジェット式記録ヘッドの５Ｂ−５Ｂ断面図（圧電素子の厚み方向の断面図）である。 <Piezoelectric Device of Second Embodiment>
An ink jet recording head (liquid ejecting apparatus) 2 that is a piezoelectric device according to a second embodiment of the present invention will be described below. 5A is a plan view of an essential part of the ink jet recording head, and FIG. 5B is a 5B-5B sectional view (sectional view in the thickness direction of the piezoelectric element) of the ink jet recording head of FIG. 5A.

第２の実施形態の圧電デバイスであるインクジェット式記録ヘッド２は、第１の実施形態の圧電デバイス１を適用して構成されたものである。 An ink jet recording head 2 which is a piezoelectric device of the second embodiment is configured by applying the piezoelectric device 1 of the first embodiment.

図５Ａにおよび図５Ｂ示す如く、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２は、複数のダイアフラム構造６０を内部に備えた基板１０と、該基板１０上の複数のダイアフラム構造６０に亘って一様に形成された下部電極２０および圧電体膜３０と、圧電体膜３０の、ダイアフラム構造６０が形成されていない領域に設けられた層間絶縁膜４０と、圧電体膜３０上に、ダイアフラム構造毎に独立した個別電極として設けられた上部電極５０と、基板１０の下面に各ダイアフラム構造６０により構成される空間とそれぞれ個別に連通する小孔７０ａを備えた薄板（ノズルプレート）７０を備えてなる。層間絶縁膜４０は、圧電体膜３０の上層部にダイアフラム構造６０上の圧電体膜３０の表面と面一となるように埋め込まれており、上部電極５０は、圧電体膜３０および層間絶縁膜４０の表面により構成されている平面の上に形成されている。すなわち、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２は、各ダイアフラム構造６０とそれに対応して形成された、下部電極２０、圧電体膜３０および上部電極５０からなる圧電素子３５と、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域を除く領域において圧電体膜３０上に設けられた層間絶縁膜４０により構成された第１の実施形態の圧電デバイス１が複数一体的に形成された構成を有している。 As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the ink jet recording head 2 of the present embodiment is uniform over the substrate 10 provided with a plurality of diaphragm structures 60 and the plurality of diaphragm structures 60 on the substrate 10. The lower electrode 20 and the piezoelectric film 30 formed, the interlayer insulating film 40 provided in the region of the piezoelectric film 30 where the diaphragm structure 60 is not formed, and the piezoelectric film 30 are independent for each diaphragm structure. The upper electrode 50 provided as an individual electrode, and a thin plate (nozzle plate) 70 provided with a small hole 70a individually communicating with the space formed by each diaphragm structure 60 on the lower surface of the substrate 10 are provided. The interlayer insulating film 40 is embedded in the upper layer portion of the piezoelectric film 30 so as to be flush with the surface of the piezoelectric film 30 on the diaphragm structure 60, and the upper electrode 50 includes the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film. It is formed on a plane constituted by 40 surfaces. That is, the ink jet recording head 2 according to the present embodiment corresponds to each diaphragm structure 60 and the piezoelectric element 35 formed correspondingly to the lower electrode 20, the piezoelectric film 30 and the upper electrode 50, and the diaphragm structure 60. In the region excluding the predetermined region, a plurality of the piezoelectric devices 1 of the first embodiment configured by the interlayer insulating film 40 provided on the piezoelectric film 30 are integrally formed.

インクジェット式記録ヘッド２においては、ダイアフラム構造６０とノズルプレート７０で囲まれた空間が、液体（ここではインク）が充填される圧力室を構成し、小孔７０ａが圧力室内のインクを外部に吐出する液体吐出口を構成する。さらに、基板１０は、圧力室に連通して図示しないインク貯留室からインクを供給する図示しないインク流路を備えている。 In the ink jet recording head 2, the space surrounded by the diaphragm structure 60 and the nozzle plate 70 constitutes a pressure chamber filled with a liquid (here, ink), and the small holes 70 a eject ink in the pressure chamber to the outside. The liquid discharge port is configured. Further, the substrate 10 includes an ink channel (not shown) that communicates with the pressure chamber and supplies ink from an ink storage chamber (not shown).

また、基板１０上には各圧電素子３５の上部電極５０を駆動するための電源に接続された駆動ＩＣ９０と、各上部電極５０を駆動ＩＣ９０に電気的に接続する電気配線５１を備えている。なお、下部電極２０は、図示しない配線によって圧電デバイス１の制御回路に接続されている。ここで、層間絶縁膜４０は、圧電体膜３０上の電気配線５１が形成されている領域にも設けられており、上部電極５０および電気配線５１は一括して、圧電体膜３０と層間絶縁膜４０とから構成される段差のない平面上に形成され、段差のない平面状に一体的につながっている。電極および電気配線が一平面上に設けられていることから、電極および電気配線に段差がある場合と比較して、段差部での素子破壊の問題が生じないため、耐久性を向上させることができる。 On the substrate 10, a drive IC 90 connected to a power source for driving the upper electrode 50 of each piezoelectric element 35 and an electric wiring 51 for electrically connecting each upper electrode 50 to the drive IC 90 are provided. The lower electrode 20 is connected to the control circuit of the piezoelectric device 1 by a wiring (not shown). Here, the interlayer insulating film 40 is also provided in the region where the electric wiring 51 is formed on the piezoelectric film 30, and the upper electrode 50 and the electric wiring 51 are collectively connected to the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film. The film 40 is formed on a flat surface having no step and is integrally connected to a flat surface having no step. Since the electrode and the electrical wiring are provided on a single plane, the problem of element destruction at the stepped portion does not occur as compared with the case where there is a step in the electrode and the electrical wiring, so that durability can be improved. it can.

第１の実施形態の圧電デバイス１における各構成要素と同一名称の構成要素は、その材料、機能についてもほぼ同一であるため、同一部分については詳細な説明を省略する（以下の実施形態において同様）。 The components having the same names as the components in the piezoelectric device 1 of the first embodiment are also substantially the same in terms of materials and functions, and thus detailed description thereof will be omitted (the same applies to the following embodiments). ).

インクジェット式記録ヘッド２は、ダイアフラム６１上に配置されている圧電体膜３０に印加する電界強度を増減させて圧電体膜３０を伸縮させ、この伸縮の結果ダイアフラム６１を凹凸変位させることにより、圧力室への減加圧がなされ、液体の吐出や吐出量の制御が行われる。インクジェット式記録ヘッド２に備えられた各圧電デバイス１のダイアフラム構造６０を構成する空間の開口サイズは、例えば、４００μｍ×８００μｍであり、このようなダイアフラム構造６０を、基板内部にピッチ６００μｍ程度で二次元アレイ状に多数備える。 The ink jet recording head 2 expands and contracts the piezoelectric film 30 by increasing / decreasing the electric field strength applied to the piezoelectric film 30 disposed on the diaphragm 61, and the diaphragm 61 is displaced as a result of the expansion / contraction, thereby reducing the pressure. The chamber is depressurized and the liquid is discharged and the discharge amount is controlled. The opening size of the space constituting the diaphragm structure 60 of each piezoelectric device 1 provided in the ink jet recording head 2 is, for example, 400 μm × 800 μm, and such a diaphragm structure 60 is formed at a pitch of about 600 μm inside the substrate. Many are provided in a dimensional array.

インクジェット式記録ヘッド２は、図３Ａから図３Ｆに示す圧電デバイス１の製造工程の後に、別途作成した、各ダイアフラム構造６０に対応した吐出口７０ａを有するノズルプレート７０を、基板１０の裏面に接合することで作製することができる。 In the ink jet recording head 2, after the manufacturing process of the piezoelectric device 1 shown in FIGS. 3A to 3F, a nozzle plate 70 having a discharge port 70 a corresponding to each diaphragm structure 60 is separately bonded to the back surface of the substrate 10. It can produce by doing.

本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２は、第１の実施形態の圧電デバイス１を備えたものであり、圧電デバイス１と同様に、耐久性向上の効果を得ることができる。複数の圧電デバイス１を備えたインクジェット式記録ヘッド２においては、故障率を減ずる効果が特に著しい。 The ink jet recording head 2 according to the present embodiment includes the piezoelectric device 1 according to the first embodiment, and the effect of improving durability can be obtained in the same manner as the piezoelectric device 1. In the ink jet recording head 2 provided with a plurality of piezoelectric devices 1, the effect of reducing the failure rate is particularly remarkable.

＜インクジェット式記録装置＞
図６および図７を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド２を備えたインクジェット式記録装置１００の構成例について説明する。図６は装置全体図であり、図７は部分上面図である。 <Inkjet recording device>
A configuration example of the ink jet recording apparatus 100 including the ink jet recording head 2 of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. 6 is an overall view of the apparatus, and FIG. 7 is a partial top view.

図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とから概略構成されている。 The illustrated ink jet recording apparatus 100 includes a printing unit 102 having a plurality of ink jet recording heads (hereinafter simply referred to as “heads”) 2K, 2C, 2M, and 2Y provided for each ink color, and each head 2K, An ink storage / loading unit 114 that stores ink to be supplied to 2C, 2M, and 2Y, a paper feeding unit 118 that supplies recording paper 116, a decurling unit 120 that removes curling of the recording paper 116, and a printing unit An adsorption belt conveyance unit 122 that conveys the recording paper 116 while maintaining the flatness of the recording paper 116, and a print detection unit that reads a printing result by the printing unit 102. 124 and a paper discharge unit 126 that discharges printed recording paper (printed matter) to the outside.

印字部１０２をなすヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド２である。 The heads 2K, 2C, 2M, and 2Y that form the printing unit 102 are the ink jet recording heads 2 of the above-described embodiment.

デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。 In the decurling unit 120, heat is applied to the recording paper 116 by the heating drum 130 in the direction opposite to the curl direction, and the decurling process is performed.

ロール紙を使用する装置では、図６のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。 In the apparatus using roll paper, as shown in FIG. 6, a cutter 128 is provided at the subsequent stage of the decurling unit 120, and the roll paper is cut into a desired size by this cutter. The cutter 128 includes a fixed blade 128A having a length equal to or larger than the conveyance path width of the recording paper 116, and a round blade 128B that moves along the fixed blade 128A. The fixed blade 128A is provided on the back side of the print. The round blade 128B is arranged on the print surface side with the conveyance path interposed therebetween. In an apparatus using cut paper, the cutter 128 is unnecessary.

デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。 The decurled and cut recording paper 116 is sent to the suction belt conveyance unit 122. The suction belt conveyance unit 122 has a structure in which an endless belt 133 is wound between rollers 131 and 132, and at least portions facing the nozzle surface of the printing unit 102 and the sensor surface of the printing detection unit 124 are horizontal ( Flat surface).

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１７０で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。 The belt 133 has a width that is wider than the width of the recording paper 116, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. An adsorption chamber 134 is provided at a position facing the nozzle surface of the printing unit 102 and the sensor surface of the print detection unit 124 inside the belt 133 that is stretched between the rollers 131 and 132. The recording paper 116 on the belt 133 is sucked and held by suctioning at 170 to make a negative pressure.

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図６上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図６の左から右へと搬送される。 The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 131 and 132 around which the belt 133 is wound, so that the belt 133 is driven in the clockwise direction in FIG. 6 and held on the belt 133. The recording paper 116 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。 Since ink adheres to the belt 133 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 136 is provided at a predetermined position outside the belt 133 (an appropriate position other than the print region).

吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。 A heating fan 140 is provided on the upstream side of the printing unit 102 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 122. The heating fan 140 heats the recording paper 116 by blowing heated air onto the recording paper 116 before printing. Heating the recording paper 116 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

印字部１０２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図６を参照）。各印字ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。 The printing unit 102 is a so-called full line type head in which line type heads having a length corresponding to the maximum paper width are arranged in a direction (main scanning direction) orthogonal to the paper feed direction (see FIG. 6). Each of the print heads 2K, 2C, 2M, and 2Y is a line-type head in which a plurality of ink discharge ports (nozzles) are arranged over a length that exceeds at least one side of the maximum size recording paper 116 targeted by the ink jet recording apparatus 100. It is configured.

記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。 Heads 2K, 2C, 2M, and 2Y corresponding to the respective color inks are arranged in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording paper 116. ing. A color image is recorded on the recording paper 116 by ejecting the color inks from the heads 2K, 2C, 2M, and 2Y while conveying the recording paper 116, respectively.

印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。 The print detection unit 124 includes a line sensor that images the droplet ejection result of the print unit 102 and detects ejection defects such as nozzle clogging from the droplet ejection image read by the line sensor.

印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けた方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。 A post-drying unit 142 including a heating fan or the like for drying the printed image surface is provided at the subsequent stage of the print detection unit 124. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。 A heating / pressurizing unit 144 is provided downstream of the post-drying unit 142 in order to control the glossiness of the image surface. The heating / pressurizing unit 144 presses the image surface with a pressure roller 145 having a predetermined surface irregularity shape while heating the image surface, and transfers the irregular shape to the image surface.

こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。 The printed matter obtained in this manner is outputted from the paper output unit 126. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. In the ink jet recording apparatus 100, there is provided sorting means (not shown) for switching the paper discharge path in order to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 126A and 126B. It has been.

大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。 When the main image and the test print are simultaneously printed on a large sheet of paper, the cutter 148 may be provided to separate the test print portion.

インクジェット式記録装置１００は、以上のように構成されている。 The ink jet recording apparatus 100 is configured as described above.

＜第３の実施形態の圧電デバイス＞
本発明の第３の実施形態の圧電デバイスである圧電型超微細加工超音波トランスデューサー（ｐＭＵＴ）３について説明する。ｐＭＵＴは例えば超音波内視鏡スコープの超音波プローブとして使われ、人体内の体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断することができる。図８は、本発明に係る第３の実施形態の圧電デバイス３の要部の断面図である。 <Piezoelectric Device of Third Embodiment>
A piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) 3 that is a piezoelectric device according to a third embodiment of the present invention will be described. The pMUT is used as, for example, an ultrasonic probe of an ultrasonic endoscope scope, and can irradiate ultrasonic waves toward the inner wall of a body cavity in a human body and image and diagnose a state inside the body from the echo signal. FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the piezoelectric device 3 according to the third embodiment of the present invention.

第３の実施形態の圧電デバイスであるｐＭＵＴ３は、第１の実施形態の圧電デバイス１を適用して構成されたものである。 The pMUT 3 that is the piezoelectric device of the third embodiment is configured by applying the piezoelectric device 1 of the first embodiment.

本実施形態のｐＭＵＴ３は、複数のダイアフラム構造６０を内部に備えた基板１０と、該基板１０上の複数のダイアフラム構造６０に亘って一様に形成された下部電極２０および圧電体膜３０と、圧電体膜３０の、ダイアフラム構造６０が形成されていない領域に設けられた層間絶縁膜４０と、圧電体膜３０上に、ダイアフラム構造毎に独立した個別電極として設けられた上部電極５０とを備えてなる。層間絶縁膜４０は、圧電体膜３０の上層部にダイアフラム構造６０上の圧電体膜３０の表面と面一となるように埋め込まれており、上部電極５０は、圧電体膜３０および層間絶縁膜４０の表面により構成されている平面の上に形成されている。 The pMUT 3 of this embodiment includes a substrate 10 provided with a plurality of diaphragm structures 60 therein, a lower electrode 20 and a piezoelectric film 30 that are uniformly formed over the plurality of diaphragm structures 60 on the substrate 10, An interlayer insulating film 40 provided in a region of the piezoelectric film 30 where the diaphragm structure 60 is not formed, and an upper electrode 50 provided on the piezoelectric film 30 as an independent electrode for each diaphragm structure. It becomes. The interlayer insulating film 40 is embedded in the upper layer portion of the piezoelectric film 30 so as to be flush with the surface of the piezoelectric film 30 on the diaphragm structure 60, and the upper electrode 50 includes the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film. It is formed on a plane constituted by 40 surfaces.

すなわち、本実施形態のｐＭＵＴ３は、各ダイアフラム構造６０とそれに対応して形成された、下部電極２０、圧電体膜３０および上部電極５０からなる圧電素子３５と、ダイアフラム構造６０に対応する所定領域を除く領域において圧電体膜３０上に設けられた層間絶縁膜４０により構成された第１の実施形態の圧電デバイス１が複数一体的に形成された構成を有している。これは、第２の実施形態のインクジェット式記録ヘッド２とほぼ同じ構成であり、薄板７０を備えない点のみ異なる。また、上部電極５０は図示しない配線により、本実施形態のｐＭＵＴ３の制御回路に電気的に接続される。ここで、層間絶縁膜４０は、図示しない配線が設けられている領域にも設けられており、上部電極５０および図示しない電気配線は、一括して、圧電体膜３０と層間絶縁膜４０から構成される段差のない平面上に形成され、一体的につながっている。本実施形態のｐＭＵＴ３は、第２の実施形態同様、電極５０および電気配線（不図示）が一平面上に設けられているから、電極および電気配線に段差がある場合と比較して、段差部での素子破壊の問題が生じず、耐久性を向上させることができる。 That is, the pMUT 3 of the present embodiment includes each diaphragm structure 60 and the piezoelectric element 35 formed corresponding to the diaphragm structure 60 including the lower electrode 20, the piezoelectric film 30 and the upper electrode 50, and a predetermined region corresponding to the diaphragm structure 60. In the excluded region, the piezoelectric device 1 according to the first embodiment constituted by the interlayer insulating film 40 provided on the piezoelectric film 30 is integrally formed. This is substantially the same configuration as the ink jet recording head 2 of the second embodiment, and differs only in that the thin plate 70 is not provided. Further, the upper electrode 50 is electrically connected to the control circuit of the pMUT 3 of this embodiment by a wiring (not shown). Here, the interlayer insulating film 40 is also provided in a region where wiring (not shown) is provided, and the upper electrode 50 and the electric wiring (not shown) are configured by the piezoelectric film 30 and the interlayer insulating film 40 in a lump. It is formed on a flat surface with no step and is connected together. As in the second embodiment, the pMUT 3 of the present embodiment is provided with the electrode 50 and the electrical wiring (not shown) on a single plane. In this case, the problem of device destruction does not occur, and durability can be improved.

この基板１０に多数設けられているダイアフラム構造６０により構成される空間は、円柱状とされており、基板１０裏面における開口形状は、直径Ｄが２００μｍの円形である。圧電デバイス３の平面図は表していないが、実際には、５〜１０ｍｍ角程度の領域に数十〜数百の圧電デバイス１がアレイ状に配置される。なお、ｐＭＵＴ３に備えられた複数の圧電デバイス１の配置は、同心円状に配置した場合には、同一の数であっても、他の配列と比較して解像度を向上させることができ、好ましい。 A space constituted by a large number of diaphragm structures 60 provided on the substrate 10 has a cylindrical shape, and the opening shape on the back surface of the substrate 10 is a circle having a diameter D of 200 μm. Although a plan view of the piezoelectric device 3 is not shown, in practice, several tens to several hundreds of piezoelectric devices 1 are arranged in an array in an area of about 5 to 10 mm square. In addition, when the arrangement | positioning of the several piezoelectric device 1 with which pMUT3 was arrange | positioned concentrically, even if it is the same number, the resolution can be improved compared with another arrangement | sequence, and it is preferable.

圧電デバイス３の圧電体膜３０は、一例として、２μｍのＰＺＴ膜である。上記第１の実施形態と同様に、圧電体膜３０は、ＰＺＴに限定されず、第１の実施形態に示した様々な物質を使用することができる。 As an example, the piezoelectric film 30 of the piezoelectric device 3 is a 2 μm PZT film. As in the first embodiment, the piezoelectric film 30 is not limited to PZT, and various substances shown in the first embodiment can be used.

上記のｐＭＵＴ３は、第１の実施形態の圧電デバイス１とほぼ同様の製造方法で製造することができる。 Said pMUT3 can be manufactured with the manufacturing method substantially the same as the piezoelectric device 1 of 1st Embodiment.

ｐＭＵＴ３は、圧力波としての超音波を発生させ、対象物により反響して戻ってきた圧力波（超音波）を検知するものである。ここで、ダイアフラム６１は圧力波を発生するトランスデューサーとして機能すると共に、圧力波を検知するセンサとして機能する。より詳細には、圧電体膜３０への電界強度を増減させることにより圧電体膜３０を伸縮させて、ダイアフラム６１を振動させ、圧力波を発生する。さらに、その反射波（圧力波）によるダイアフラム６１の振動に伴い圧電体膜３０に力が加えられ、電圧を生じる。圧電体膜３０には、ダイアフラム６１の変位量に応じた電圧が生じ、この電圧が反響シグナルとして検出される。 The pMUT 3 generates an ultrasonic wave as a pressure wave and detects a pressure wave (ultrasonic wave) that has been echoed back by the object. Here, the diaphragm 61 functions as a transducer that generates a pressure wave, and also functions as a sensor that detects the pressure wave. More specifically, the piezoelectric film 30 is expanded and contracted by increasing / decreasing the electric field strength to the piezoelectric film 30 to vibrate the diaphragm 61 to generate a pressure wave. Furthermore, a force is applied to the piezoelectric film 30 with the vibration of the diaphragm 61 due to the reflected wave (pressure wave) to generate a voltage. A voltage corresponding to the amount of displacement of the diaphragm 61 is generated in the piezoelectric film 30, and this voltage is detected as an echo signal.

ｐＭＵＴ３の各ダイアフラム６１から得られた反響シグナルに基づいて映像化することで、対象物の形状を知ることができる。なお、ｐＭＵＴにおいては、基板上に配置されている圧電素子（基板に形成されているダイアフラム構造）が高密度であればあるほど、映像の解像度が向上する。 By imaging based on the echo signal obtained from each diaphragm 61 of pMUT3, the shape of the object can be known. In pMUT, the higher the density of piezoelectric elements (diaphragm structure formed on the substrate) arranged on the substrate, the higher the resolution of the image.

本実施形態のｐＭＵＴ３は、第１の実施形態の圧電デバイス１を備えたものであり、圧電デバイス１と同様に、耐久性向上の効果を得ることができる。複数の圧電デバイス１を備えたｐＭＵＴ３においては、故障率を減ずる効果が特に著しい。 The pMUT 3 according to the present embodiment includes the piezoelectric device 1 according to the first embodiment, and can obtain the effect of improving the durability similarly to the piezoelectric device 1. In the pMUT 3 provided with a plurality of piezoelectric devices 1, the effect of reducing the failure rate is particularly remarkable.

１圧電デバイス
２圧電デバイス（インクジェット式記録ヘッド）
３圧電デバイス（圧電型超微細加工超音波トランスデューサー）
１０基板
２０下部電極
３０圧電体膜
４０層間絶縁膜
５０上部電極
６０ダイアフラム構造
７０ノズルプレート
８０レジスト
９０駆動ＩＣ
１００インクジェット式記録装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric device 2 Piezoelectric device (inkjet recording head)
3 Piezoelectric devices (piezoelectric ultra-fine processed ultrasonic transducers)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20 Lower electrode 30 Piezoelectric film 40 Interlayer insulating film 50 Upper electrode 60 Diaphragm structure 70 Nozzle plate 80 Resist 90 Drive IC
100 Inkjet recording device

Claims

To the corresponding positions in the plurality of diaphragm structures on a substrate having a plurality of diaphragm structures, a plurality of piezoelectric elements lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are formed in this order, the lower electrode and the A liquid ejection device in which a piezoelectric film is provided uniformly over the plurality of piezoelectric elements,
A thin plate provided with a plurality of small holes respectively communicating with a plurality of spaces respectively constituted by the plurality of diaphragm structures on the lower surface of the substrate,
Each of the plurality of spaces constitutes a pressure chamber, and each of the plurality of small holes constitutes a liquid discharge port for discharging the liquid in the plurality of pressure chambers to the outside;
In a region excluding the predetermined region corresponding to the diaphragm structure on the substrate, an interlayer insulating film is provided between the lower electrode and the upper electrode provided to face each other,
A liquid ejection apparatus, wherein a surface on which the upper electrode is formed is a flat surface.

The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein a ratio of an area of the predetermined region to an opening area of the diaphragm structure is 0.2 or more and 1.2 or less.

3. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is embedded in a part of the piezoelectric film.

4. The liquid according to claim 3, wherein a voltage applied to the piezoelectric film in a region where the interlayer insulating film is provided is 1/10 or less of a voltage applied to a region where the interlayer insulating film is not provided. Discharge device .