JP5682187B2

JP5682187B2 - 圧電素子の製造方法

Info

Publication number: JP5682187B2
Application number: JP2010202731A
Authority: JP
Inventors: 康弘渡邉; 町田　治; 治町田; 光下福; 亮田代
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-09-10
Also published as: JP2012059982A

Description

本発明は、圧電素子の製造方法に関する。

インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さく、高速印字が可能であり、インクの自由度があり、安価な普通紙を使用できるため、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に適用されている。

インクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドとして、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部を構成する振動板を介して、圧力発生室に対応する領域に、下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子が形成されている記録ヘッドが知られている。

特許文献１には、幅方向中央部の膜厚が幅方向両端部より厚い圧電体層を有する圧電素子が開示されており、圧電素子をパターニングする際に、イオンプレーティング法により圧電体層に厚膜部と薄膜部を形成した後、エッチングする方法が用いられている。

しかしながら、圧電素子を簡便にパターニングすることができないという問題がある。

本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、簡便にパターニングすることが可能な圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第一の電極上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体及び第二の電極が順次積層されている圧電素子を製造する方法であって、第一の電極上にチオールを含む液を塗布して自己組織化膜を形成する工程と、該自己組織化膜が形成された第一の電極上に、フォトリソグラフィーを用いて、パターン化されているレジストを形成する工程と、該レジストが形成されていない領域に形成された自己組織化膜を除去して、パターン化されている自己組織化膜を形成する工程と、前記レジストを除去する工程と、前記パターン化されている自己組織化膜が形成されていない第一の電極上に、ゾルゲル法を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布した後、焼成して、前記パターン化されている自己組織化膜を除去すると共に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成する工程と、該チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜が形成されていない第一の電極上にチオールを含む液を塗布してパターン化されている自己組織化膜を形成する工程と、前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜上に、ゾルゲル法を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布した後、焼成して、該パターン化されている自己組織化膜を除去すると共に、前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成する工程と、前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体上に前記第二の電極を形成する工程を有し、前記チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布する際に、インクジェット法を用いることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電素子の製造方法において、前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体上に前記第二の電極を形成する際に、インクジェット法を用いて、電極ペーストを塗布することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の圧電素子の製造方法において、前記第一の電極及び前記第二の電極は、白金族元素を含むことを特徴とする。

本発明によれば、簡便にパターニングすることが可能な圧電素子の製造方法を提供することができる。

本発明の圧電素子の一例を示す断面図である。図１の圧電素子の製造方法の一例を示す断面図（１）である。図１の圧電素子の製造方法の一例を示す断面図（２）である。図１の圧電素子を製造する際に用いるインクジェット装置の一例を示す斜視図である。本発明の記録ヘッドの一例を示す断面図である。図５の記録ヘッドの変形例を示す断面図である。本発明のインクジェット記録装置の一例を示す図である。実施例１のＰＺＴ膜の積層体のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。

図１に、本発明の圧電素子の一例を示す。圧電素子１０は、下部電極１１上に、ＰＺＴ膜の積層体１２及び上部電極１３が順次積層されており、ＰＺＴ膜の積層体１２は、上部電極１３の幅方向の端部における膜厚Ｔ_１に対する上部電極１３の幅方向の中央部における膜厚Ｔ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１が３．０〜８．０であり、幅方向の膜厚が曲線的に変化する。Ｔ_２／Ｔ_１が３．０未満であると、下部電極１１と上部電極１２の間に電圧が印加された場合に、上部電極１３の幅方向の中央部における変形が上部電極１３の幅方向の端部における変形により拘束され、８．０を超えると、ＰＺＴ膜１２の絶縁膜破壊が発生する可能性がある。

ＰＺＴ膜の積層体１２は、上面の形状が正方形状である。

なお、ＰＺＴ膜の積層体１２の上面の形状としては、正方形状に限定されず、長方形状、円状等であってもよい。

以下、図２及び図３を用いて、圧電素子１０の製造方法について説明する。

まず、下部電極１１上にチオールを含む液を塗布してＳＡＭ２１を形成する（図２（ａ）参照）。このとき、下部電極１１の表面は、親水性であるため、チオールのチオール基が存在する。その結果、ＳＡＭ２１の表面は、チオールのアルキル基が存在するため、疎水性である。

下部電極１１を構成する材料としては、ＳＡＭ２１を形成することが可能であれば、特に限定されないが、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム等の白金族元素；白金族金属の合金等が挙げられる。

なお、下部電極１１は、酸化イリジウム等の白金族元素の酸化物層上に、イリジウム、白金等の白金族元素層が形成されている積層体であってもよい。

下部電極１１の厚さは、通常、０．０５〜２μｍ程度である。

チオールとしては、ＳＡＭ２１を形成することが可能であれば、特に限定されない。

チオールを含む液としては、チオール単独であってもよいし、チオールが溶媒中に溶解している溶液であってもよい。

チオールを含む液を塗布する方法としては、特に限定されないが、ディッピング法等が挙げられる。

下部電極１１は、通常、基板上に形成されているが、下部電極１１が基板を兼ねていてもよい。

基板上に下部電極１１を形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、蒸着法等が挙げられる。

基板を構成する材料としては、特に限定されないが、シリコンウェハ等が挙げられる。

次に、ＳＡＭ２１が形成された下部電極１１上に、フォトリソグラフィーを用いて、正方形状がパターン化されているレジスト２２を形成する（図２（ｂ）参照）。具体的には、ＳＡＭ２１が形成された下部電極１１上に、フォトレジストを塗布した後、マスクを介して露光し、現像する。

フォトレジストとしては、特に限定されないが、ポリケイ皮酸ビニル、環化ゴム−ビスアジド系レジスト、ポリビニルフェノール／メラミン等の架橋剤／酸発生剤からなる架橋タイプの化学増幅系レジスト等のネガ型；キノンジアジド−ノボラック樹脂系レジスト、アセタール化ポリビニルフェノール／酸発生剤等の保護基脱離又は溶解抑止タイプの化学増幅系レジスト等のポジ型が挙げられる。

フォトレジストを塗布する方法としては、特に限定されないが、スピンコーティング法、ディッピング法、キャスト法、スプレーコーティング法、ダイコーティング法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法等が挙げられる。

レジスト２２の厚さは、通常、０．５〜１０μｍ程度である。

露光する際に用いる光源としては、特に限定されないが、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、ＵＶランプ、エキシマレーザー等が挙げられる。

露光される光は、波長が１００〜５００ｎｍ程度であることが好ましく、紫外線が特に好ましい。

現像する際に用いる現像液としては、特に限定されないが、水、アルカリ水溶液、有機溶剤等が挙げられ、二種以上併用してもよい。

次に、レジスト２２が形成されていない領域に形成されたＳＡＭ２１を除去して、パターン化されているＳＡＭ２１を形成する（図２（ｃ）参照）。

ＳＡＭ２１を除去する方法としては、特に限定されないが、酸素プラズマ処理する方法、紫外線を照射する方法等が挙げられる。

次に、レジスト２２を除去する（図２（ｄ）参照）。

レジスト２２を除去する際に用いる溶媒としては、特に限定されないが、アセトン、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリドン等が挙げられる。

次に、インクジェット法を用いて、ＳＡＭ２１が形成されていない下部電極１１上にＰＺＴの前駆体ゾル２３を塗布する（図２（ｅ）参照）。このとき、ＰＺＴの前駆体ゾル２３は、親水性であるため、パターン化されているＳＡＭ２１が形成されていない下部電極１１の表面に存在する。

ＰＺＴの前駆体ゾル２３は、アルコキシチタンと、アルコキシジルコニウムと、アルコキシ鉛又は酢酸鉛が溶媒中に溶解している溶液を加水分解することにより得られる。

アルコキシチタンとしては、特に限定されないが、テトラ−ｎ−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン等が挙げられる。

アルコキシジルコニウムとしては、特に限定されないが、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラ−ｎ−ブトキシジルコニウム、テトライソブトキシジルコニウム等が挙げられる。

アルコキシ鉛としては、特に限定されないが、ジ−ｎ−プロポキシ鉛、ジイソプロポキシ鉛、Ｐｂ（Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）（ＣＨ_３ＣＯＯ）等が挙げられる。

溶媒としては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール等の極性溶媒が挙げられる。このとき、極性溶媒をトルエン等の非極性溶媒と混合してもよい。

加水分解は、通常、酸触媒の存在下、−１００〜２００℃で行われる。

次に、ＰＺＴの前駆体ゾル２３が塗布された下部電極１１を焼成して、ＳＡＭ２１を除去すると共に、ＰＺＴ膜１２ａを形成する（図２（ｆ）参照）。

ＰＺＴ膜１２ａの膜厚は、通常、１００ｎｍ程度である。

焼成温度は、通常、３００〜１４００℃程度であり、６００〜１２００℃程度が好ましい。このとき、焼成時に段階的に昇温してもよい。また、焼成時間は、通常、２〜２４時間程度である。

焼成する雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気、空気等の酸素を含む雰囲気等が挙げられ、雰囲気は、常圧であってもよいし、減圧されていてもよい。

次に、図２（ａ）と同様にして、下部電極１１上にＳＡＭ２１を形成する（図３（ａ）参照）。このとき、ＰＺＴ膜１２ａ上にＳＡＭ２１は形成されない。

次に、図２（ｅ）と同様にして、インクジェット法を用いて、ＰＺＴ膜１２ａ上にＰＺＴの前駆体ゾル２３を塗布する（図３（ｂ）参照）。このとき、ＰＺＴの前駆体ゾル２３は、親水性であるため、パターン化されているＳＡＭ２１が形成されていないＰＺＴ膜１２ａの表面に存在する。

次に、図２（ｆ）と同様にして、ＰＺＴの前駆体ゾル２３が塗布された下部電極１１を焼成して、ＳＡＭ２１を除去すると共に、ＰＺＴ膜１２ａ上にＰＺＴ膜１２ｂを形成し、ＰＺＴ膜の積層体１２を形成する（図３（ｃ）参照）。

なお、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のプロセスを繰り返して、ＰＺＴ膜１２ｂ上にＰＺＴ膜をさらに形成して、３層以上のＰＺＴ膜を積層してもよい。

また、ＰＺＴ膜を積層した後に、結晶化度を向上させるために、焼成してもよい。

ＰＺＴ膜の積層体１２の中央部の膜厚Ｔ_２は、通常、１〜５μｍ程度である。

次に、図２（ｂ）と同様にして、ＰＺＴ膜の積層体１２が形成されている下部電極１１上に、正方形状がパターン化されているレジスト３１を形成する（図３（ｄ）参照）。これにより、上部電極１３の短絡を防止することができる。

次に、図２（ｅ）と同様にして、インクジェット法を用いて、レジスト３１が形成されていないＰＺＴ膜の積層体１２上に電極ペースト３２を塗布する（図３（ｅ）参照）。

電極ペースト３２としては、上部電極１３を構成する材料を含むペーストであれば、特に限定されない。

次に、図２（ｄ）と同様にして、レジスト２２を除去する。

次に、図２（ｆ）と同様にして、電極ペースト３２が塗布された下部電極１１を焼成して、上部電極１３を形成する（図３（ｆ）参照）。

上部電極１３を構成する材料としては、特に限定されないが、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金；酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化オスミウム、酸化イリジウム、酸化白金等の白金族元素の酸化物等が挙げられる。

上部電極１３の厚さは、通常、０．０５〜２μｍ程度である。

なお、ＰＺＴ膜の積層体１２上に上部電極１３を形成する方法としては、インクジェット法に限定されず、スパッタ法、蒸着法等を用いてもよい。

また、インクジェット法を用いる場合は、ＰＺＴ膜の積層体１２が形成されている下部電極１１上に、パターン化されているレジスト３１を形成する代わりに、図２（ａ）、（ｅ）及び（ｆ）と同様にして、下部電極１１上にＳＡＭ２１を形成してもよい。

図４に、圧電素子１０を製造する際に用いるインクジェット装置の一例を示す斜視図である。インクジェット装置１００は、架台１０１上に、Ｙ軸駆動手段１０２が設置されており、Ｙ軸駆動手段１０２上には、基板Ｐを搭載することが可能なステージ１０３がＹ軸方向に移動できるように設置されている。なお、ステージ１０３には、真空、静電気等により基板Ｐを固定することが可能な基板固定手段（不図示）が設置されている。また、支持部材１０４には、Ｘ軸駆動手段１０５が設置されており、Ｘ軸駆動手段１０５には、ヘッドベース１０６がＺ軸方向に移動できるように設置されているＺ軸駆動手段１０６が、Ｘ軸方向に移動できるように設置されている。さらに、ヘッドベース１０６上には、インクを吐出するインクジェットヘッド１０８が搭載されている。インクジェットヘッド１０８には、インクタンク（不図示）からインク供給用パイプ１０９を経由してインクが供給される。

図５に、本発明の記録ヘッドの一例を示す。記録ヘッド２０は、ノズル２１ａが形成されているノズル板２１、基板２２及び振動板２３から構成される圧力室２４を有し、振動板２３の圧力室２４に対応する領域に、密着層２４を介して、圧電素子１０が形成されている。このとき、記録ヘッド２０は、圧電素子１０が形成されている基板を、圧電素子１０が形成されていない側からエッチングした後、ノズル板２１と接合することにより得られる。

図６に、記録ヘッド２０の変形例を示す。記録ヘッド３０は、４個の記録ヘッド２０が併設されている構成である。

図７に、本発明のインクジェット記録装置の一例を示す。なお、図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ斜視図及び側面断面図である。インクジェット記録装置２００は、本体２０１の内部に、主走査方向に移動することが可能なキャリッジ２０２、キャリッジ２０２に搭載されている記録ヘッド３０、記録ヘッド３０にインクを供給するインクカートリッジ２０３を有する印字機構部２０４が収納されている。また、本体２０１の下方には、前方側から多数枚の用紙Ｐを積載することが可能な給紙カセット２０５を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ２０６を開倒することができる。このため、インクジェット記録装置２００は、給紙カセット２０５又は手差しトレイ２０６から給送される用紙Ｐを取り込み、印字機構部２０４で画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２０７に排紙する。

印字機構部２０４は、左右の側板（不図示）に横架されている主ガイドロッド２０８と従ガイドロッド２０９で、キャリッジ２０２を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ２０２には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂｋ）の各色のインクを吐出する記録ヘッド３０が、複数のノズルが主走査方向と交差し、インクの吐出方向が下方になるように配置されている。また、キャリッジ２０２には、記録ヘッド３０に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２０３が交換可能に装着されている。

インクカートリッジ２０３は、上方に大気と連通する大気口が形成されており、下方に記録ヘッド３０にインクを供給する供給口が形成されており、内部にインクが充填されている多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド３０に供給されるインクを僅かな負圧に維持している。

なお、各色のインクを吐出する記録ヘッド３０の代わりに、各色のインクを吐出するノズルを有する１個の記録ヘッドを用いてもよい。

ここで、キャリッジ２０２は、用紙Ｐが搬送される方向に対して下流側が主ガイドロッド２０８に摺動自在に嵌装されており、用紙Ｐが搬送される方向に対して上流側が従ガイドロッド２０９に摺動自在に載置されている。そして、キャリッジ２０２を主走査方向に移動させるために、主走査モーター２１０により回転駆動される駆動プーリ２１１と従動プーリ２１２の間にタイミングベルト２１３が張装されている。キャリッジ２０２は、タイミングベルト２１３により固定されているため、主走査モーター２１０を用いて、駆動プーリ２１１を回転駆動させることにより往復移動する。

一方、インクジェット記録装置２００には、給紙カセット２０５に積載されている用紙Ｐを記録ヘッド３０の下方側に搬送するために、給紙カセット２０５から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ２１４及びフリクションパッド２１５と、用紙Ｐを案内するガイド部材２１６と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ２１７と、搬送ローラ２１７の周面に押し付けられる搬送コロ２１８及び搬送ローラ２１７から用紙Ｐを搬送する角度を規定する先端コロ２１９が設置されている。搬送ローラ２１７は、副走査モーター２２０により、ギヤ列を介して、回転駆動される。

そして、インクジェット記録装置２００には、キャリッジ２０２の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ２１７から搬送された用紙Ｐを記録ヘッド３０の下方側で案内する印写受け部材２２１が設置されている。また、印写受け部材２２１の用紙Ｐが搬送される方向に対して下流側には、用紙Ｐを排紙する方向に搬送するために回転駆動される搬送コロ２２２及び拍車２２３、用紙Ｐを排紙トレイ２０７に排紙する排紙ローラ２２４及び拍車２２５、排紙経路を形成するガイド部材２２６及び２２７が設置されている。

用紙Ｐに画像を記録する時は、キャリッジ２０２を移動させながら、画像信号に応じて記録ヘッド３０を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１行分を記録し、用紙Ｐを所定量搬送した後、次の行を記録する。画像の記録が終了した信号又は用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、画像を記録する動作を終了させ、用紙Ｐを排紙する。

また、キャリッジ２０２が移動する方向に対して右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド３０の吐出不良を回復するための回復装置２２８が設置されている。回復装置２２８は、キャップ手段（不図示）、吸引手段（不図示）及びクリーニング手段（不図示）を有する。キャリッジ２０２は、印字待機中に、回復装置２２８側に移動して、キャッピング手段により記録ヘッド３０がキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保持することにより、インクが乾燥することによる吐出不良を防止することができる。また、画像を記録している途中に画像の記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズルにおけるインクの粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持することができる。

吐出不良が発生した場合には、キャッピング手段により、記録ヘッド３０のノズルを密封し、吸引手段により、チューブを通してノズルからインクと共に気泡を吸引し、クリーニング手段により、ノズル面に付着したインク、ゴミ等が除去される。また、吸引されたインクは、本体２０１の下部に設置されている廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜の内部のインク吸収体に吸収される。

［実施例１］
ディッピング法を用いて、白金製の下部電極１１上に、エタンチオールを塗布してＳＡＭ２１を形成した（図２（ａ）参照）。このとき、下部電極１１は、スパッタ法により、チタン密着層が形成されているシリコン熱酸化膜付きシリコンウェハの表面に形成されている。

次に、ＳＡＭ２１が形成された下部電極１１上に、フォトレジストを塗布した。さらに、マスクを介して、露光した。次に、現像して、正方形がパターン化されているレジスト２２を形成した（図２（ｂ）参照）。

次に、酸素プラズマ処理することにより、レジスト２２が形成されていない領域に形成されたＳＡＭ２１を除去して、正方形がパターン化されているＳＡＭ２１を形成した（図２（ｃ）参照）。

次に、レジスト２２を除去した（図２（ｄ）参照）。このとき、下部電極１１及びＳＡＭ２１の純水に対する接触角は、それぞれ５°及び９２°であった。

次に、インクジェット装置１００を用いて、ＳＡＭ２１が形成されていない下部電極１１上に０．１ｍｏｌ／ＬのＰＺＴの前駆体ゾル２３を塗布した（図２（ｅ）参照）。

このとき、ＰＺＴの前駆体ゾル２３は、以下のようにして合成した。まず、酢酸鉛三水和物をメトキシエタノール中に溶解させた後、脱水することにより、酢酸鉛のメトキシエタノール溶液を得た。次に、テトライソプロポキシチタン、テトライソプロポキシジルコニウムをメトキシエタノール中に溶解させ、加水分解させた後、酢酸鉛のメトキシエタノール溶液と混合することにより、ＰＺＴの前駆体ゾル２３を得た。

なお、焼成時のいわゆる鉛抜けによる結晶性の低下を防ぐため、化学量論比に対して、鉛量が１０ｍｏｌ％過剰になるように、酢酸鉛を添加した。

次に、ＰＺＴの前駆体ゾル２３が塗布されたシリコンウェハを１２０℃で乾燥した後、空気中で焼成して、ＳＡＭ２１を分解除去すると共に、正方形のＰＺＴ膜１２ａを形成した（図２（ｆ）参照）。このとき、ＰＺＴ膜１２ａの純水に対する接触角は３４°であった。また、ＰＺＴ膜１２ａの上部電極１３の幅方向の端部及び中央部における膜厚Ｔ_１及びＴ_２は、それぞれ１８ｎｍ及び９０ｎｍであった。

なお、Ｔ_１として、ＰＺＴ膜１２ａの幅をＷとすると、ＰＺＴ膜１２ａの端部との間の距離Ｇが０．０２Ｗである位置における膜厚を測定した。

次に、イソプロピルアルコールを用いてシリコンウェハを洗浄した後、図２（ａ）と同様にして、下部電極１１上にＳＡＭ２１を形成した（図３（ａ）参照）。

次に、図２（ｅ）と同様にして、インクジェット装置１００を用いて、ＰＺＴ膜１２ａ上にＰＺＴの前駆体ゾル２３を塗布した（図３（ｂ）参照）。

次に、図２（ｆ）と同様にして、ＰＺＴの前駆体ゾル２３が塗布されたシリコンウェハを１２０℃で乾燥した後、空気中で焼成して、ＳＡＭ２１を分解除去すると共に、ＰＺＴ膜１２ａ上にＰＺＴ膜１２ｂを形成した（図３（ｃ）参照）。このとき、ＰＺＴ膜１２ａ及びＰＺＴ膜１２ｂの積層体の上部電極１３の幅方向の端部及び中央部における膜厚Ｔ_１及びＴ_２は、それぞれ３６ｎｍ及び１８０ｎｍであり、クラック等の欠陥は発生しなかった。

次に、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のプロセスを４回繰り返して、ＰＺＴ膜１２ｂ上にＰＺＴ膜をさらに４層形成した後、急速熱処理装置（ＩＲＴＡ）を用いて、７００℃で焼成した。

さらに、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のプロセスを６回繰り返して、ＰＺＴ膜１２ｂ上にＰＺＴ膜をさらに６層形成し、ＰＺＴ膜の積層体１２を形成した後、急速熱処理装置（ＩＲＴＡ）を用いて、７００℃で焼成した。このとき、ＰＺＴ膜の積層体１２の上部電極１３の幅方向の端部及び中央部における膜厚Ｔ_１及びＴ_２は、それぞれ２１６ｎｍ及び１．０８μｍであり、クラック等の欠陥は発生しなかった。

次に、イソプロピルアルコールを用いてシリコンウェハを洗浄した後、図２（ｂ）と同様にして、ＰＺＴ膜の積層体１２が形成されている下部電極１１上に、正方形がパターン化されているレジスト３１を、ＰＺＴ膜の積層体１２の端部と上部電極１３の端部の間の距離Ｇが０．０２Ｗとなるように形成した（図３（ｄ）参照）。

次に、図２（ｅ）と同様にして、インクジェット装置１００を用いて、レジスト３１が形成されていないＰＺＴ膜の積層体１２上に白金ペーストを塗布した（図３（ｅ）参照）。

次に、図２（ｄ）と同様にして、レジスト３１を除去した。

次に、図２（ｆ）と同様にして、白金ペーストが塗布されたシリコンウェハを１２０℃で乾燥した後、空気中、２５０℃で焼成して、ＰＺＴ膜の積層体１２上に上部電極１３を形成し、圧電素子１０を得た（図３（ｆ）参照）。このとき、上部電極１３の膜厚は０．５μｍであり、比抵抗が５×１０^−６Ω・ｃｍであった。

ＰＺＴ膜の積層体１２の電気特性を評価したところ、図８に示すＰ−Ｅヒステリシス曲線が得られた。図９から、ＰＺＴ膜の積層体１２は、比誘電率が１２２０、誘電損失が０．０２、残留分極が１９．３μＣ／ｃｍ^２、抗電界が３６．５ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の値であった。

圧電素子１０の圧電定数ｄ３１を、電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出したところ、１２０ｐｍ／Ｖであり、セラミック焼結体と同等の値であった。一方、ＰＺＴ膜の積層体１２の幅方向の中央部における変形量は、セラミック焼結体に比べて２０％向上していた。

［実施例２］
上部電極１３を形成する前に、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のプロセスを６回繰り返して、ＰＺＴ膜１２ｂ上にＰＺＴ膜をさらに６層形成し、ＰＺＴ膜の積層体１２を形成した後、急速熱処理装置（ＩＲＴＡ）を用いて、７００℃で焼成する操作をさらに４回繰り返した以外は、実施例１と同様にして、圧電素子１０を得た。このとき、ＰＺＴ膜の積層体１２の上部電極１３の幅方向の端部及び中央部における膜厚Ｔ_１及びＴ_２は、それぞれ１．０８μｍ及び５．４μｍであり、クラック等の欠陥は発生しなかった。

１０圧電素子
１１下部電極
１２ＰＺＴ膜の積層体
１２ａ、１２ｂＰＺＴ膜
１３上部電極
２１ＳＡＭ
２２レジスト
２３ＰＺＴの前駆体ゾル
３１レジスト
３２電極ペースト

特開２０００−２４６８８８号広報

Claims

第一の電極上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体及び第二の電極が順次積層されている圧電素子を製造する方法であって、
第一の電極上にチオールを含む液を塗布して自己組織化膜を形成する工程と、
該自己組織化膜が形成された第一の電極上に、フォトリソグラフィーを用いて、パターン化されているレジストを形成する工程と、
該レジストが形成されていない領域に形成された自己組織化膜を除去して、パターン化されている自己組織化膜を形成する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記パターン化されている自己組織化膜が形成されていない第一の電極上に、ゾルゲル法を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布した後、焼成して、前記パターン化されている自己組織化膜を除去すると共に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成する工程と、
該チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜が形成されていない第一の電極上にチオールを含む液を塗布してパターン化されている自己組織化膜を形成する工程と、
前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜上に、ゾルゲル法を用いて、チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布した後、焼成して、該パターン化されている自己組織化膜を除去すると共に、前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜上に、チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜を形成する工程と、
前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体上に前記第二の電極を形成する工程を有し、
前記チタン酸ジルコン酸鉛の前駆体ゾルを塗布する際に、インクジェット法を用いることを特徴とする圧電素子の製造方法。
前記チタン酸ジルコン酸鉛を含む膜の積層体上に前記第二の電極を形成する際に、インクジェット法を用いて、電極ペーストを塗布することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
前記第一の電極及び前記第二の電極は、白金族元素を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子の製造方法。