JP6764557B2 - 圧電素子利用装置 - Google Patents

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Description

この発明は、圧電素子を利用した圧電素子利用装置に関する。
特許文献１は、インクジェットプリントヘッドを開示している。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、インク流路としての圧力室（圧力発生室）を有するアクチュエータ基板（基板）と、アクチュエータ基板上に形成された可動膜（弾性膜）と、可動膜上に設けられた圧電素子とを含んでいる。圧電素子は、可動膜上に形成された下部電極（下電極膜）と、下部電極上に形成された圧電体膜（圧電体層）および圧電体膜上に形成された上部電極（上電極膜）を含む。特許文献１のインクジェットプリントヘッドは、さらに、基板の下面に接合されかつ圧力室に連通するノズル開口を有するノズル基板（ノズルプレート）と、アクチュエータ基板の上面に接合されかつ圧電素子を覆う保護基板とを備えている。
特開２０１５−９１６６８号公報
本出願人は、特許文献１に記載と同様に、圧力室を有するアクチュエータ基板と、アクチュエータ基板上に形成された可動膜と、可動膜上に設けられ、下部電極、圧電体膜および上部電極からなる圧電素子とを含むインクジェットプリントヘッド（以下、「参考例に係るインクジェットプリントヘッド」という）を発明している。参考例に係るインクジェットプリントヘッドでは、下部電極は、圧電素子を構成する主電極部と、主電極部から可動膜の表面に沿う方向に引き出された延長部とを含む。そして、圧電素子および下部電極上に、水素バリア膜および絶縁膜が順に形成されている。水素バリア膜および絶縁膜には、上部電極の表面の一部を露出させる第１コンタクト孔と、下部電極の延長部の表面の一部を露出させる第２コンタクト孔とが形成されている。絶縁膜上には、第１コンタクト孔を介して一端部が上部電極に接続された第１上部配線と、第２コンタクト孔を介して一端部が下部電極に接続された第１下部配線とが形成されている。第１上部配線および第１下部配線は、アルミニウム等の金以外の金属からなる。
絶縁膜上には、第１上部配線および第１下部配線を覆うパッシベーション膜が形成されている。パッシベーション膜には、第１上部配線の表面の一部を露出させる第１開口と、第１下部配線の表面の一部を露出させる第２開口とが形成されている。パッシベーション膜上には、第１開口を介して一端部が第１上部配線に接続された金製の第２上部配線（金リード線）と、第２開口を介して一端部が第１下部配線に接続された金製の第２下部配線（金リード線）とが形成されている。第２上部配線および第２下部配線は、駆動回路（圧電素子駆動用ＬＳＩ）に接続される。
参考例に係るインクジェットプリントヘッドでは、上部電極を駆動回路に接続するための上部配線として第１上部配線と第２上部配線とが必要であるため、上部配線を形成する工程が複雑である。同様に、下部電極を駆動回路に接続するための下部配線として第１下部配線と第２下部配線とが必要であるため、下部配線を形成する工程が複雑である。したがって、参考例に係るインクジェットプリントヘッドでは、インクジェットプリントヘッドの製造工程が煩雑となる。
この発明の目的は、製造が簡単な圧電素子利用装置を提供することである。
この発明の一実施形態は、キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子とを含み、前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極は、前記圧電素子を構成している主電極部と、前記主電極部から前記可動膜形成層の表面に沿う方向に引き出された延長部とを含む圧電体膜利用装置であって、前記上部電極および上記圧電体膜の側面全域と、前記上部電極の上面の少なくとも一部と、前記下部電極の上面の少なくとも一部とを覆う水素バリア膜と、前記水素バリア膜上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記上部電極を駆動回路に接続するための金製の上部配線と、前記絶縁膜上に形成され、前記下部電極を前記駆動回路に接続するための金製の下部配線とを含み、前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させる第１コンタクト孔と、前記延長部の一部を露出させる第２コンタクト孔が形成されており、前記上部配線は、前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極の上面に接続されており、前記下部配線は、前記第２コンタクト孔を介して前記延長部の上面に接続されている、圧電素子利用装置を提供する。
この構成では、上部電極を駆動回路に接続するための上部配線は１種類の配線から構成されている。同様に、下部電極を駆動回路に接続するための下部配線も１種類の配線から構成されている。このため、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。
また、この構成では、上部配線および下部配線は耐食性の高い金製であるため、これらの配線を保護するためのパッシベーション膜を省略することが可能となる。パッシベーション膜を省略した場合には、インクジェットプリントヘッドの製造がより簡単となる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有しており、前記上部配線は、前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記キャビティの天面部周縁の外側に引き出されている。
この発明の一実施形態では、前記延長部は、前記主電極部から前記振動膜形成層の表面に沿う方向に引き出され、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部周縁を跨いで前記キャビティの外方に延びている。前記下部配線は、前記延長部のうち、前記キャビティの天面部周縁よりも外側にある外側電極領域の上面に電気的に接続されている。
この発明の一実施形態では、前記平面視において、前記キャビティの天面部が所定の一方向に長い矩形状である。前記上部電極は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の短手方向の幅より短い幅と、前記キャビティの天面部の長手方向の長さより短い長さとを有する前記一方向に長い矩形状であり、その両端縁および両側縁が前記キャビティの天面部の両端縁および両側縁よりも前記キャビティの内方にそれぞれ後退している。前記圧電体膜および前記主電極部は、それぞれ、前記平面視において、前記上部電極と同じパターンの形状を有している。前記延長部は、前記主電極部の周縁から前記キャビティの天面部の周縁を跨いで、当該天面部周縁の外方に延びている。前記上部配線は、前記平面視において、前記上部電極の一端部の上面から、前記キャビティの天面部の対応する一端部を跨いで外側に延びている。前記下部配線は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の他端部の外側に配置された基部と、前記基部から前記キャビティの天面部の一側部に沿って延びた後、前記上部配線と平行に延びたリード部を含む。
この発明の一実施形態は、キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子とを含み、前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極は、前記圧電素子を構成している主電極部と、前記主電極部から前記可動膜形成層の表面に沿う方向に引き出された延長部とを含む圧電体膜利用装置であって、前記上部電極および上記圧電体膜の側面全域と、前記上部電極の上面の少なくとも一部と、前記下部電極の上面の少なくとも一部とを覆う水素バリア膜と、前記水素バリア膜上に形成され、前記上部電極を駆動回路に接続するための金製の上部配線と、前記水素バリア膜上に形成され、前記下部電極を前記駆動回路に接続するための金製の下部配線とを含み、前記水素バリア膜に、前記上部電極の一部を露出させる第１コンタクト孔と、前記下部電極の延長部の一部を露出させる第２コンタクト孔が形成されており、前記上部配線は前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極の上面に接続されており、前記下部配線は前記第２コンタクト孔を介して前記下部電極の延長部の上面に接続されている、圧電体膜利用装置を提供する。
この構成では、上部電極を駆動回路に接続するための上部配線は１種類の配線から構成されている。同様に、下部電極を駆動回路に接続するための下部配線も１種類の配線から構成されている。このため、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。
また、この構成では、絶縁膜を設けなくて済む。このため、インクジェットプリントヘッドの製造がより簡単となる。また、この構成では、上部配線および下部配線は耐食性の高い金製であるため、これらの配線を保護するためのパッシベーション膜を省略することが可能となる。パッシベーション膜を省略した場合には、インクジェットプリントヘッドの製造がより簡単となる。
この発明の一実施形態では、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部が所定の一方向に長い矩形状である。前記圧電素子は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の短手方向の幅より短い幅と、前記キャビティの天面部の長手方向の長さより短い長さとを有する前記一方向に長い矩形状であり、その両端縁および両側縁が前記キャビティの天面部の両端縁および両側縁よりも前記キャビティの内方にそれぞれ後退している。前記圧電体膜は、前記圧電素子を構成している能動部と、前記能動部の一端から前記キャビティの天面部の対応する一端の外側まで延びた非能動部とを含む。前記上部電極は、前記能動部上に形成された主電極部と、前記非能動部上に形成された延長部とを含む。前記上部配線は、前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部は前記上部電極の延長部側の一端を跨いで前記上部電極の主電極部とは反対側に延びている。前記下部電極は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の前記一端の外方において、前記上部配線の下方に存在しない。この構成では、水素バリア膜と上部配線との間に絶縁膜を設けなくても、上部配線と下部電極との間に絶縁性を保つことができる。
この発明の一実施形態では、前記下部配線は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の他端部の外側に配置された基部と、前記基部から前記キャビティの天面部の一側部に沿って延びた後、前記上部配線と平行に延びたリード部を含む。
この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、ＳｉＯ２単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記可動膜形成層は、前記基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されＳｉＯ２膜と、前記ＳｉＯ２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒ０２膜と、前記Ｉｒ０２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極は、前記可動膜側に形成されたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜との積層膜からなる。
この発明の一実施形態は、基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、前記可動膜形成層上に下部電極膜を形成した後、前記下部電極膜をパターニングして、下部電極を形成する工程と、前記可動膜形成層上に圧電体材料膜および上部電極膜を順に形成した後、前記上部電極膜および圧電体材料膜を順にパターニングして、上部電極および圧電体膜を形成することにより、前記下部電極と前記上部電極とそれらに挟まれた前記圧電体膜とを含む圧電素子を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、前記圧電素子および前記下部電極を覆う水素バリア膜および絶縁膜を順に形成する工程と、前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させる第１コンタクト孔と、前記下部電極の一部を露出させる第２コンタクト孔を形成する工程と、前記絶縁膜上に金製の配線膜を形成した後、前記配線膜をパターニングすることにより、前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極に接続され、前記上部電極を駆動回路に接続するための金製の上部配線と、前記第２コンタクト孔を介して前記下部電極に接続され、前記下部電極を前記駆動回路に接続するための金製の下部配線とを形成する工程と、前記基板を下方からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向するキャビティを形成する工程とを含む、第１の圧電素子利用装置の製造方法を提供する。
第１の圧電素子利用装置の製造方法では、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。
この発明の一実施形態は、基板上に可動膜形成領域を含む可動膜形成層を形成する工程と、前記可動膜形成層上に下部電極膜を形成した後、前記下部電極膜をパターニングして、下部電極を形成する工程と、前記可動膜形成層上に圧電体材料膜および上部電極膜を順に形成した後、前記上部電極膜および圧電体材料膜を順にパターニングして、上部電極および圧電体膜を形成することにより、前記下部電極と前記上部電極とそれらに挟まれた前記圧電体膜とを含む圧電素子を形成する工程と、前記可動膜形成層上に、前記圧電素子および前記下部電極を覆う水素バリア膜を形成する工程と、前記水素バリア膜に、前記上部電極の一部を露出させる第１コンタクト孔と、前記下部電極の一部を露出させる第２コンタクト孔を形成する工程と、前記水素バリア膜上に金製の配線膜を形成した後、前記配線膜をパターニングすることにより、前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極に接続され、前記上部電極を駆動回路に接続するための金製の上部配線と、前記第２コンタクト孔を介して前記下部電極に接続され、前記下部電極を前記駆動回路に接続するための金製の下部配線とを形成する工程と、前記基板を下方からエッチングすることにより、前記可動膜形成領域に対向するキャビティを形成する工程とを含む、第２の圧電素子利用装置の製造方法を提供する。
第２の圧電素子利用装置の製造方法では、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。
図１Ａは、この発明の第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。 図１Ｂは、図１Ａのインクジェットプリントヘッドの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。 図２は、図１ＡのII-II線に沿う図解的な断面図である。 図３は、図１ＡのIII-III線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。 図４は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。 図５は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。 図６は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。 図７Ａは、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す断面図である。 図７Ｂは、図７Ａの次の工程を示す断面図である。 図７Ｃは、図７Ｂの次の工程を示す断面図である。 図７Ｄは、図７Ｃの次の工程を示す断面図である。 図７Ｅは、図７Ｄの次の工程を示す断面図である。 図７Ｆは、図７Ｅの次の工程を示す断面図である。 図７Ｇは、図７Ｆの次の工程を示す断面図である。 図７Ｈは、図７Ｇの次の工程を示す断面図である。 図７Ｉは、図７Ｈの次の工程を示す断面図である。 図７Ｊは、図７Ｉの次の工程を示す断面図である。 図８Ａは、この発明の第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。 図８Ｂは、図８Ａのインクジェットプリントヘッドの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。 図９は、図８ＡのIX-IX線に沿う図解的な断面図である。 図１０は、図８ＡのX-X線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。 図１１は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。 図１２は、前記インクジェットプリントヘッドの水素バリア膜のパターン例を示す図解的な平面図である。 図１３は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。 図１４Ａは、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す断面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｃは、図１４Ｂの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｄは、図１４Ｃの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｅは、図１４Ｄの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｆは、図１４Ｅの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｇは、図１４Ｆの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｈは、図１４Ｇの次の工程を示す断面図である。 図１４Ｉは、図１４Ｈの次の工程を示す断面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１Ａは、この発明の第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。図１Ｂは、インクジェットプリントヘッド１の主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図２は、図１ＡのII-II線に沿う図解的な断面図である。図３は、図１ＡのIII-III線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。図４は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。
図２を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成を概略的に説明する。
インクジェットプリントヘッド１は、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３と、保護基板４とを備えている。アクチュエータ基板２の表面には、可動膜形成層１０が積層されている。アクチュエータ基板２には、インク流路（インク溜まり）５が形成されている。インク流路５は、この実施形態では、アクチュエータ基板２を貫通して形成されている。インク流路５は、図２に矢印で示すインク流通方向４１に沿って細長く延びて形成されている。インク流路５は、インク流通方向４１の上流側端部（図２では左端部）のインク流入部６と、インク流入部６に連通する圧力室７とから構成されている。図２において、インク流入部６と圧力室７との境界を二点鎖線で示すことにする。
ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなる。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされている。ノズル基板３は、アクチュエータ基板２および可動膜形成層１０とともにインク流路５を区画している。より具体的には、ノズル基板３は、インク流路５の底面部を区画している。ノズル基板３は、圧力室７に臨む凹部３ａを有し、凹部３ａの底面にインク吐出通路３ｂが形成されている。インク吐出通路３ｂは、ノズル基板３を貫通しており、圧力室７とは反対側に吐出口３ｃを有している。したがって、圧力室７の容積変化が生じると、圧力室７に溜められたインクは、インク吐出通路３ｂを通り、吐出口３ｃから吐出される。
可動膜形成層１０における圧力室７の天壁部分は、可動膜１０Ａを構成している。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。可動膜１０Ａ（可動膜形成層１０）は、たとえば、アクチュエータ基板２上に形成されるシリコン（Ｓｉ）膜と、シリコン膜上に形成される酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜と、酸化シリコン膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜との積層膜から構成されていてもよい。この明細書において、可動膜１０Ａとは、可動膜形成層１０のうち圧力室７の天面部を区画している天壁部を意味している。したがって、可動膜形成層１０のうち、圧力室７の天壁部以外の部分は、可動膜１０Ａを構成していない。
可動膜１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。可動膜１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。可動膜１０Ａが、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成される場合には、シリコン膜、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
圧力室７は、可動膜１０Ａと、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室７の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク流入部６は、圧力室７の長手方向一端部に連通している。
可動膜１０Ａの表面には、圧電素子９が配置されている。圧電素子９は、可動膜形成層１０上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上部電極１３とを備えている。言い換えれば、圧電素子９は、圧電体膜１２を上部電極１３および下部電極１１で上下から挟むことにより構成されている。
上部電極１３は、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよいし、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。上部電極１３の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
圧電体膜１２としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜１２は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜１２は、上部電極１３と平面視で同形状に形成されている。圧電体膜１２の厚さは、１μｍ程度である。可動膜１０Ａの全体の厚さは、圧電体膜１２の厚さと同程度か、圧電体膜１２の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
下部電極１１は、たとえば、Ｔｉ（チタン）膜およびＰｔ（プラチナ）膜を可動膜形成層１０側から順に積層した２層構造を有している。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極１１を形成することもできる。下部電極１１は、圧電体膜１２の下面に接した主電極部１１Ａと、圧電体膜１２の外方の領域まで延びた延長部１１Ｂとを有している。下部電極１１の厚さは、たとえば、０．２μｍ程度であってもよい。
下部電極１１の延長部１１Ｂ上および圧電素子９上には、水素バリア膜１４が形成されている。水素バリア膜１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。水素バリア膜１４の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。水素バリア膜１４は、圧電体膜１２の水素還元による特性劣化を防止するために設けられている。
水素バリア膜１４上に、絶縁膜１５が積層されている。絶縁膜１５は、たとえば、ＳｉＯ２、低水素のＳｉＮ等からなる。絶縁膜１５の厚さは、５００ｎｍ程度である。絶縁膜１５上には、上部電極１３を図示しない駆動回路（圧電素子駆動用ＬＳＩ）に接続するための金製の上部配線１７と、下部電極１１を駆動回路に接続するための金製の下部配線１８が形成されている。これらの配線１７，１８の厚さは、たとえば、１０００ｎｍ（１μｍ）程度である。
上部配線１７の一端部は、上部電極１３の一端部（インク流通方向４１の下流側端部）の上方に配置されている。上部配線１７と上部電極１３との間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通するコンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔３３に入り込み、コンタクト孔３３内で上部電極１３に接続されている。上部配線１７は、上部電極１３の上方から、圧力室７の外縁を横切って圧力室７の外方に延びている。
下部配線１８は、インク流路５のインク流入部６に対して圧力室７とは反対側において、下部電極１１の延長部１１Ｂの上方に配置された基部１８Ａを含んでいる。下部配線１８の基部１８Ａと下部電極１１の延長部１１Ｂとの間において、水素バリア膜１４および絶縁膜１５を連続して貫通する複数のコンタクト孔３４が形成されている。下部配線１８の基部１８Ａは、コンタクト孔３４に入り込み、コンタクト孔３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
インク流路５におけるインク流入部６側の端部に対応する位置に、絶縁膜１５、水素バリア膜１４、下部電極１１および可動膜形成層１０を貫通するインク供給用貫通孔２２が形成されている。下部電極１１には、インク供給用貫通孔２２を含み、インク供給用貫通孔２２よりも大きな貫通孔２３が形成されている。下部電極１１の貫通孔２３とインク供給用貫通孔２２との隙間には、水素バリア膜１４が入り込んでいる。インク供給用貫通孔２２は、インク流入部６に連通している。
保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子９を覆うようにアクチュエータ基板２上に配置されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２に、接着剤５０を介して接合されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２の表面２ａに対向する対向面５１に収容凹所５２を有している。収容凹所５２内に圧電素子９が収容されている。さらに、保護基板４には、インク供給用貫通孔２２に連通するインク供給路５３が形成されている。インク供給路５３は、保護基板４を貫通している。保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク（図示せず）が配置されている。
圧電素子９は、可動膜１０Ａを挟んで圧力室７に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子９は、可動膜１０Ａの圧力室７とは反対側の表面に接するように形成されている。インクタンクからインク供給路５３、インク供給用貫通孔２２、インク流入部６を通って圧力室７にインクが供給されることによって、圧力室７にインクが充填される。可動膜１０Ａは、圧力室７の天面部を区画していて、圧力室７に臨んでいる。可動膜１０Ａは、アクチュエータ基板２における圧力室７の周囲の部分によって支持されており、圧力室７に対向する方向（換言すれば可動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
上部配線１７および下部配線１８は、駆動回路に接続されている。駆動回路から圧電素子９に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜１２が変形する。これにより、圧電素子９とともに可動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室７の容積変化がもたらされ、圧力室７内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３ｂを通って、吐出口３ｃから微小液滴となって吐出される。
図１Ａ〜図４を参照して、インクジェットプリントヘッド１の構成についてさらに詳しく説明する。
アクチュエータ基板２には、複数のインク流路５（圧力室７）が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のインク流路５毎に、圧電素子９が配置されている。インク供給用貫通孔２２は、複数のインク流路５毎に設けられている。保護基板４の収容凹所５２およびインク供給路５３は、複数のインク流路５毎に設けられている。
複数のインク流路５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各インク流路５は、インク流通方向４１に沿って細長く延びている。インク流路５は、インク供給用貫通孔２２に連通するインク流入部６とインク流入部６に連通する圧力室７とからなる。圧力室７は、平面視において、インク流通方向４１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室７の天面部は、インク流通方向４１に沿う２つの側縁と、インク流通方向４１に直交する方向に沿う２つの端縁とを有している。インク流入部６は、平面視で圧力室７とほぼ同じ幅を有している。インク流入部６における圧力室７とは反対側の端部の内面は、平面視で半円形に形成されている。インク供給用貫通孔２２は、平面視において、円形状である（特に図１Ｂ参照）。
圧電素子９は、平面視において、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子９の長手方向の長さは、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。図１Ｂに示すように、圧電素子９の短手方向に沿う両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子９の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子９の長手方向に沿う両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
下部電極１１は、可動膜形成層１０の主要部の表面のほぼ全域に形成されている（特に図４参照）。ただし、圧力室７のインク流通方向の下流側端から下流側に所定距離以上離れた領域には、下部電極１１は形成されていない。下部電極１１は、複数の圧電素子９に対して共用される共通電極である。下部電極１１は、圧電素子９を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室７の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。
主電極部１１Ａの長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。主電極部１１Ａの両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、主電極部１１Ａの短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。主電極部１１Ａの両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。延長部１１Ｂは、下部電極１１の全領域のうち主電極部１１Ａを除いた領域である。
上部電極１３は、平面視において、下部電極１１の主電極部１１Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極１３の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。上部電極１３の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、上部電極１３の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。上部電極１３の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
圧電体膜１２は、平面視において、上部電極１３と同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、圧電体膜１２の長手方向の長さは、可動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短い。圧電体膜１２の両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ、所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電体膜１２の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電体膜１２の両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。圧電体膜１２の下面は下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接しており、圧電体膜１２の上面は上部電極１３の下面に接している。
上部配線１７は、圧電素子９の一端部の上面からインク流通方向４１に沿って延びている。上部配線１７は、平面視において、圧電素子９（上部電極１３）の一端部の上面から、圧力室７の天面部の対応する一端部を跨いで外側に延びている。具体的には、上部配線１７は、圧電素子９の一端部の上面からそれに連なる圧電素子９の端面に沿って延び、さらに下部電極１１の延長部１１Ｂおよび水素バリア膜１４の表面に沿って延びている。上部配線１７の先端部は、保護基板４のインク流通方向４１の下流側に延びている。上部配線１７の先端部には、接続端子部（図示略）が形成されている。
下部配線１８は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に長い矩形状の基部１８Ａと、基部１８Ａの一端部からインク流通方向４１に沿って延びたリード部１８Ｂとを有している。リード部１８Ｂは、基部１８Ａの一端部（一側部）から圧力室７の天面部の一側部に沿って延びた後、上部配線１７と平行に延びている。リード部１８Ｂの先端部は、保護基板４のインク流通方向４１の下流側端よりも下流側に延びている。リード部１８Ｂの先端部には、接続端子部（図示略）が形成されている。
図６は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。
図１Ａ、図３および図６に示すように、保護基板４の対向面５１には、複数の収容凹所５２が、インク流通方向４１と直交する方向に間隔をおいて平行に形成されている。複数の収容凹所５２は、平面視において、複数の圧力室７に対向する位置に配置されている。各収容凹所５２に対してインク流通方向４１の上流側にインク供給路５３が配置されている。各収容凹所５２は、平面視において、対応する圧電素子９の上部電極１３のパターンよりも少し大きな矩形状に形成されている。そして、各収容凹所５２に、対応する圧電素子９が収容されている。
保護基板４のインク供給路５３は、平面視において、アクチュエータ基板２側のインク供給用貫通孔２２と同じパターンの円形状である。インク供給路５３は、平面視でインク供給用貫通孔２２に整合している。
図５は、前記インクジェットプリントヘッドの絶縁膜のパターン例を示す図解的な平面図である。
この実施形態では、絶縁膜１５は、アクチュエータ基板２上において、平面視で保護基板４の収容凹所５２の外側領域のほぼ全域に形成されている。ただし、この領域において、絶縁膜１５には、インク供給用貫通孔２２およびコンタクト孔３４が形成されている。保護基板４の収容凹所５２の内側領域においては、絶縁膜１５は、上部配線１７が存在する一端部（上部配線領域）にのみ形成されている。換言すれば、絶縁膜１５には、平面視で収容凹所５２の内側領域のうち、上部配線領域を除いた領域に、開口３７が形成されている。絶縁膜１５には、さらに、コンタクト孔３３が形成されている。
この実施形態では、平面視で圧力室７の周縁の内側領域において、絶縁膜１５は、上部配線１７の存在する上部配線領域のみに形成されている。したがって、圧電素子９の側面および上面の大部分は絶縁膜１５によって覆われていない。これにより、圧電素子９の側面および上面の全域が絶縁膜によって覆われている場合に比べて、可動膜１０Ａの変位を大きくすることができる。また、この実施形態では、絶縁膜１５上に配線１７，１８を覆うパッシベーション膜は形成されていない。これにより、圧電素子９の側面および上面の少なくとも一部がパッシベーション膜で覆われている場合に比べて、可動膜１０Ａの変位を大きくすることができる。この実施形態では、配線１７，１８は金製で耐食性が高いため、パッシベーション膜によって被覆されていない。
図７Ａ〜図７Ｊは、前記インクジェットプリントヘッド１の製造工程の一例を示す断面図であり、図２に対応する切断面を示す。
まず、図７Ａに示すように、アクチュエータ基板２の表面２ａに可動膜形成層１０が形成される。ただし、アクチュエータ基板２としては、最終的なアクチュエータ基板２の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、アクチュエータ基板２の表面に酸化シリコン膜（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層１０が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板２の表面にシリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。
可動膜形成層１０の表面には、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２などの下地酸化膜が形成されてもよい。これらの下地酸化膜は、後に形成される圧電体膜１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
次に、可動膜形成層１０の上（前記下地酸化膜が形成されている場合には当該下地酸化膜の上）に、下部電極１１の材料層である下部電極膜が形成される。下部電極膜は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。この後、フォトグラフィによって、下部電極１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図７Ｂに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極１１が形成される。これにより、主電極部１１Ａと、貫通孔２３を有する延長部１１Ｂとからなる下部電極１１が形成される。
次に、圧電体膜１２の材料膜（圧電体材料膜）が下部電極膜上の全面に形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜３μｍ厚の圧電体材料膜が形成される。このような圧電体材料膜は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。次に、圧電体材料膜の全面に上部電極１３の材料である上部電極膜が形成される。上部電極膜は、たとえば、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよい。上部電極膜は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜であってもよい。このような上部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、フォトグラフィによって、上部電極１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図７Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜および圧電体材料膜が連続してエッチングされることにより、所定パターンの上部電極１３および圧電体膜１２が形成される。これにより、下部電極１１の主電極部１１Ａ、圧電体膜１２および上部電極１３からなる圧電素子９が形成される。
次に、図７Ｄに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜１４が形成される。水素バリア膜１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、水素バリア膜１４上の全面に絶縁膜１５が形成される。絶縁膜１５は、ＳｉＯ２膜であってもよく、その膜厚は、２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。続いて、絶縁膜１５および水素バリア膜１４が連続してエッチングされることにより、コンタクト孔３３，３４が形成される。
次に、図７Ｅに示すように、コンタクト孔３３，３４内を含む絶縁膜１５上に、スパッタ法によって、上部配線１７および下部配線１８を構成する配線膜（Ａｕ膜）が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７および下部配線１８が同時に形成される。上部配線１７および下部配線１８を、ダンプ形成法を用いて形成してもよい。
次に、フォトグラフィによって開口３７およびインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、絶縁膜１５がエッチングされる。これにより、図７Ｆに示すように、絶縁膜１５に、開口３７およびインク供給用貫通孔２２が形成される。
次に、レジストマスクが剥離される。そして、フォトグラフィによってインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０がエッチングされる。これにより、図７Ｇに示すように、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０に、インク供給用貫通孔２２が形成される。
次に、図７Ｈに示すように、保護基板４の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５３とインク供給用貫通孔２２とが一致するように、アクチュエータ基板２に保護基板４が固定される。
次に、図７Ｉに示すように、アクチュエータ基板２を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータ基板２が裏面２ｂから研磨されることにより、アクチュエータ基板２が薄膜化される。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のアクチュエータ基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。次に、アクチュエータ基板２に対して、アクチュエータ基板２の裏面からエッチング（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を行うことによって、インク流路５（インク流入部６および圧力室７）が形成される。
このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、可動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図７Ｊに示すように、ノズル基板３がアクチュエータ基板２の裏面に張り合わされることにより、インクジェットプリントヘッド１が得られる。
前記第１実施形態では、上部電極１３を駆動回路に接続するための上部配線１７は１種類の配線から構成されている。同様に、下部電極１１を駆動回路に接続するための下部配線１８も１種類の配線から構成されている。このため、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。
また、前記第１実施形態では、上部配線１７および下部配線１８は耐食性の高い金製であるため、これらの配線１７，１８を保護するためのパッシベーション膜は設けられていない。このため、インクジェットプリントヘッドの製造がより簡単となる。
図８Ａは、この発明の第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの主要部の構成を説明するための図解的な平面図である。図８Ｂは、インクジェットプリントヘッド１Ａの主要部の図解的な平面図であって、保護基板が省略された平面図である。図９は、図８ＡのIX-IX線に沿う図解的な断面図である。図１０は、図８ＡのX-X線に沿った切断面のうちの一部を図解的に示す拡大断面図である。図１１は、前記インクジェットプリントヘッドの下部電極のパターン例を示す図解的な平面図である。図１２は、前記インクジェットプリントヘッドの水素バリア膜のパターン例を示す図解的な平面図である。図１３は、前記インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ基板側から見た保護基板の主要部の底面図である。
図８Ａ、図８Ｂ、図９および図１０において、前述の図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１Ａは、第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッド１に比べて、下部電極１１、圧電体膜１２および上部電極１３のパターンが異なっている点と、絶縁体膜が設けられていない点とが異なっている。以下、これらの点について説明する。
図８Ｂおよび図９には、インク流入部６と圧力室７との境界が二点鎖線で示されている。主として図９を参照して、可動膜１０Ａの表面には、圧電素子９が配置されている。圧電素子９は、可動膜形成層１０上に形成された下部電極１１と、下部電極１１上に形成された圧電体膜１２と、圧電体膜１２上に形成された上部電極１３とを備えている。圧電素子９は、平面視において、下部電極１１と圧電体膜１２と上部電極１３とが重なり合っている部分から構成されている。
主として図８Ｂを参照して、圧電素子９は、平面視において、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向に長い矩形形状を有している。圧電素子９の長手方向の長さは、圧力室７（可動膜１０Ａ）の長手方向の長さよりも短い。圧電素子９の短手方向に沿う両端縁は、可動膜１０Ａの対応する両端縁に対して、それぞれ所定間隔を開けて内側に配置されている。また、圧電素子９の短手方向の幅は、可動膜１０Ａの短手方向の幅よりも狭い。圧電素子９の長手方向に沿う両側縁は、可動膜１０Ａの対応する両側縁に対して、所定間隔を開けて内側に配置されている。
下部電極１１は、圧電素子９を構成する平面視矩形状の主電極部１１Ａと、主電極部１１Ａから可動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室７の天面部の周縁の外方に延びた延長部１１Ｂとを含んでいる。図９および図１１を参照して、下部電極１１は、可動膜形成層１０の主要部の表面のほぼ全域に形成されている。ただし、下部電極１１におけるインク流通方向４１の下流側端は、圧力室７のインク流通方向４１の下流側端よりも所定間隔ｄだけ上流側に位置している。延長部１１Ｂは、下部電極１１の全領域（図１１参照）のうち主電極部１１Ａを除いた領域である。
圧電体膜１２は、下部電極１１の主電極部１１Ａの上面に接している平面視矩形状の能動部１２Ａと、能動部１２Ａのインク流通方向４１の下流側端から下流側に延び、可動膜形成層１０の上面に接している平面視矩形状の非能動部１２Ｂとを含む。能動部１２Ａは主電極部１１Ａ上に形成されているのに対し、非能動部１２Ｂは可動膜形成層１０上に形成されている。このため、能動部１２Ａの上面と、非能動部１２Ｂの上面との境界部には段部が形成されている。
上部電極１３は、能動部１２Ａの上面に接した平面視矩形状の主電極部１３Ａと、主電極部１３Ａのインク流通方向４１の下流側端から下流側に延び、非能動部１２Ｂの上面に接した平面視矩形状の延長部１３Ｂとを含む。主電極部１３Ａの上面と延長部１３Ｂの上面との境界部には段部が形成されている。
図９および図１２を参照して、下部電極１１の延長部１１Ｂ上および圧電素子９上には、水素バリア膜１４が形成されている。水素バリア膜１４は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。第２実施形態では、水素バリア膜１４上に絶縁膜は形成されていない。水素バリア膜１４上には、上部電極１３を図示しない駆動回路（圧電素子駆動用ＬＳＩ）に接続するための金製の上部配線１７と、下部電極１１を駆動回路に接続するための金製の下部配線１８が形成されている。
上部配線１７の一端部は、上部電極１３の延長部１３Ｂの上方に配置されている。延長部１３Ｂと上部電極１３との間において、水素バリア膜１４を貫通するコンタクト孔３３が形成されている。上部配線１７の一端部は、コンタクト孔３３に入り込み、コンタクト孔３３内で上部電極１３に接続されている。上部配線１７は、平面視において、一端部が上部電極１３の上面（この実施形態では延長部１３Ｂの上面）に接続され、他端部は上部電極１３の延長部１３Ｂ側の一端を跨いで上部電極１３の主電極部１３Ａとは反対側に延びている。上部配線１７の先端部は、保護基板４のインク流通方向４１の下流側に延びている。上部配線１７の先端部には、接続端子部（図示略）が形成されている。
前述したように、下部電極１１におけるインク流通方向４１の下流側端は、圧力室７のインク流通方向４１の下流側端から所定間隔ｄだけ上流側に位置している。したがって、下部電極１１は、平面視において、圧力室７の天面部のインク流通方向４１の下流側端の外方において、上部配線１７の下方には存在しない。これにより、水素バリア膜１４と上部配線１７との間に絶縁膜を設けなくても、上部配線１７と下部電極１１との間に絶縁性を保つことができる。
下部配線１８は、インク流路５のインク流入部６に対して圧力室７とは反対側において、下部電極１１の延長部１１Ｂの上方に配置された基部１８Ａを含む。下部配線１８の基部１８Ａと下部電極１１の延長部１１Ｂとの間において、水素バリア膜１４を貫通する複数のコンタクト孔３４が形成されている。下部配線１８の基部１８Ａは、コンタクト孔３４に入り込み、コンタクト孔３４内で下部電極１１の延長部１１Ｂに接続されている。
図８Ｂを参照して、下部配線１８は、平面視において、インク流通方向４１と直交する方向に長い矩形状の基部１８Ａと、基部１８Ａの一端部からインク流通方向４１に沿って延びたリード部１８Ｂとを有している。リード部１８Ｂは、基部１８Ａの一端部から圧力室７の天面部の一側部に沿って延びた後、上部配線１７と平行に延びている。リード部１８Ｂの先端部は、保護基板４のインク流通方向４１の下流側端よりも下流側に延びている。リード部１８Ｂの先端部には、接続端子部（図示略）が形成されている。
図１４Ａ〜図１４Ｉは、前記インクジェットプリントヘッド１Ａの製造工程の一例を示す断面図であり、図２に対応する切断面を示す。
まず、図１４Ａに示すように、アクチュエータ基板２の表面２ａに可動膜形成層１０が形成される。ただし、アクチュエータ基板２としては、最終的なアクチュエータ基板２の厚さより厚いものが用いられる。具体的には、アクチュエータ基板２の表面に酸化シリコン膜（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。可動膜形成層１０が、シリコン膜と酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜で構成される場合には、アクチュエータ基板２の表面にシリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン膜上に酸化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。
可動膜形成層１０の表面には、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２などの下地酸化膜が形成されてもよい。これらの下地酸化膜は、後に形成される圧電体膜１２からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜１２の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が可動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると可動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
次に、可動膜形成層１０の上（前記下地酸化膜が形成されている場合には当該下地酸化膜の上）に、下部電極１１の材料層である下部電極膜が形成される。下部電極膜は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１０ｎｍ〜４００ｎｍ厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。この後、フォトグラフィによって、下部電極１１のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１４Ｂに示すように、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜がエッチングされることにより、所定パターンの下部電極１１が形成される。これにより、主電極部１１Ａと、貫通孔２３を有する延長部１１Ｂとからなる下部電極１１が形成される。
次に、圧電体膜１２の材料膜（圧電体材料膜）が可動膜形成層１０上に下部電極１１を覆うように形成される。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜３μｍ厚の圧電体材料膜が形成される。このような圧電体材料膜は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。次に、圧電体材料膜の全面に上部電極１３の材料である上部電極膜が形成される。上部電極膜は、たとえば、白金（Ｐｔ）の単膜であってもよい。上部電極膜は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（たとえば４０ｎｍ〜１６０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜であってもよい。このような上部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、フォトグラフィによって、上部電極１３のパターンのレジストマスクが形成される。そして、図１４Ｃに示すように、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜および圧電体材料膜が連続してエッチングされることにより、所定パターンの上部電極１３および圧電体膜１２が形成される。これにより、主電極部１３Ａおよび延長部１３Ｂからなる上部電極１３と、能動部１２Ａおよび非能動部１２Ｂからなる圧電体膜１２が形成される。これにより、下部電極１１の主電極部１１Ａ、圧電体膜１２の能動部１２Ａおよび上部電極１３の主電極部１３Ａからなる圧電素子９が形成される。
次に、図１４Ｄに示すように、レジストマスクが剥離された後、全面を覆う水素バリア膜１４が形成される。水素バリア膜１４は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。この後、水素バリア膜１４がエッチングされることにより、コンタクト孔３３，３４が形成される。
次に、図１４Ｅに示すように、コンタクト孔３３，３４内を含む水素バリア膜１４上に、スパッタ法によって、上部配線１７および下部配線１８を構成する配線膜（Ａｕ膜）が形成される。この後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線膜がパターニングされることにより、上部配線１７および下部配線１８が同時に形成される。上部配線１７および下部配線１８を、ダンプ形成法を用いて形成してもよい。
次に、フォトグラフィによってインク供給用貫通孔２２に対応した開口を有するレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０がエッチングされる。これにより、図１４Ｆに示すように、水素バリア膜１４および可動膜形成層１０に、インク供給用貫通孔２２が形成される。
次に、図１４Ｇに示すように、保護基板４の対向面５１に接着剤５０が塗布され、インク供給路５３とインク供給用貫通孔２２とが一致するように、アクチュエータ基板２に保護基板４が固定される。
次に、図１４Ｈに示すように、アクチュエータ基板２を薄くするための裏面研削が行われる。アクチュエータ基板２が裏面２ｂから研磨されることにより、アクチュエータ基板２が薄膜化される。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のアクチュエータ基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。次に、アクチュエータ基板２に対して、アクチュエータ基板２の裏面からエッチング（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を行うことによって、インク流路５（インク流入部６および圧力室７）が形成される。
このエッチングの際、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜１２から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜１２の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、可動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、可動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、図１４Ｉに示すように、ノズル基板３がアクチュエータ基板２の裏面に張り合わされることにより、インクジェットプリントヘッド１Ａが得られる。
前記第２実施形態では、上部電極１３を駆動回路に接続するための上部配線１７は１種類の配線から構成されている。同様に、下部電極１１を駆動回路に接続するための下部配線１８も１種類の配線から構成されている。このため、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、上部配線および下部配線を形成するための工程が簡単となる。これにより、参考例に係るインクジェットプリントヘッドに比べて、インクジェットプリントヘッドの製造が簡単となる。また、前記第２実施形態では、絶縁膜およびパッシベーション膜が設けられていないので、インクジェットプリントヘッドの製造がより簡単となる。
以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。前述の第１実施形態では、水素バリア膜１４の表面の一部に絶縁膜１５が形成されているが、水素バリア膜１４の表面の全域に絶縁膜１５が形成されていてもよい。
また、前述の第１および第２実施形態では、圧電体膜の材料としてＰＺＴを例示したが、そのほかにも、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、ニオブ酸ノチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などに代表される金属酸化物からなる圧電材料が適用されてもよい。
前述の第１および第２実施形態では、この発明をインクジェットプリントヘッドに適用した場合について説明したが、この発明は、圧電素子を利用した圧電マイクロホン、圧力センサ等にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１，１Ａ インクジェットプリントヘッド
２ アクチュエータ基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ ノズル基板
３ａ 凹部
３ｂ インク吐出通路
３ｃ 吐出口
４ 保護基板
５ インク室
６ インク流入部
７ 圧力室（キャビティ）
９ 圧電素子
１０ 可動膜形成層
１０Ａ 可動膜
１１ 下部電極
１１Ａ 主電極部
１１Ｂ 延長部
１２ 圧電体膜
１２Ａ 能動部
１２Ｂ 非能動部
１３ 上部電極
１３Ａ 主電極部
１３Ｂ 延長部
１４ 水素バリア膜
１５ 絶縁膜
１７ 上部配線
１８ 下部配線
１８Ａ 基部
１８Ｂ リード部
２２ インク供給路
２３ 貫通孔（下部電極）
３３ コンタクト孔
３４ コンタクト孔
３７ 開口
４１ インク流通方向
５０ 接着剤
５１ 対向面
５２ 収容凹所
５５ インク供給路

Claims (9)

  1. キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する可動膜を含む可動膜形成層と、前記可動膜上に形成された圧電素子とを含み、前記圧電素子は、前記可動膜上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極は、前記圧電素子を構成している主電極部と、前記主電極部から前記可動膜形成層の表面に沿う方向に引き出された延長部とを含む、圧電体膜利用装置であって、
    前記上部電極および上記圧電体膜の側面全域と、前記上部電極の上面の少なくとも一部と、前記下部電極の上面の少なくとも一部とを覆う水素バリア膜と、
    前記水素バリア膜上に形成された絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記上部電極を駆動回路に接続するための金製の上部配線と、
    前記絶縁膜上に形成され、前記下部電極を前記駆動回路に接続するための金製の下部配線とを含み、
    前記水素バリア膜および前記絶縁膜に、前記上部電極の一部を露出させる第１コンタクト孔と、前記延長部の一部を露出させる第２コンタクト孔が、それぞれ前記水素バリア膜および前記絶縁膜を連続して貫通するように形成されており、
    前記上部配線は前記第１コンタクト孔を介して前記上部電極の上面に接続されており、
    前記下部配線は前記第２コンタクト孔を介して前記延長部の上面に接続されており、
    前記上部電極は、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記可動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有しており、
    前記上部配線は、前記平面視において、一端部が前記上部電極の上面に接続され、他端部が前記キャビティの天面部周縁の外側に引き出されており、
    前記延長部は、前記主電極部から前記可動膜形成層の表面に沿う方向に引き出され、前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部周縁を跨いで前記キャビティの外方に延びており、
    前記下部配線は、前記延長部のうち、前記キャビティの天面部周縁よりも外側にある外側電極領域の上面に電気的に接続されており、
    前記キャビティと連通するインク流入部を有し、前記下部配線は、前記延長部のうち、前記インク流入部よりもさらに外側にある外側電極領域の上面に電気的に接続されている、圧電素子利用装置。
  2. 前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部が所定の一方向に長い矩形状であり、
    前記上部電極は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の短手方向の幅より短い幅と、前記キャビティの天面部の長手方向の長さより短い長さとを有する前記一方向に長い矩形状であり、前記上部電極の両端縁および両側縁が前記キャビティの天面部の両端縁および両側縁よりも前記キャビティの内方にそれぞれ後退しており、
    前記圧電体膜および前記主電極部は、それぞれ、前記平面視において、前記上部電極と同じパターンの形状を有しており、
    前記延長部は、前記主電極部の周縁から前記キャビティの天面部の周縁を跨いで、当該天面部周縁の外方に延びており、
    前記上部配線は、前記平面視において、前記上部電極の一端部の上面から、前記キャビティの天面部の対応する一端部を跨いで外側に延びており、
    前記下部配線は、前記平面視において、前記キャビティの天面部の他端部の外側に配置された基部と、前記基部から前記キャビティの天面部の一側部に沿って延びた後、前記上部配線と平行に延びたリード部を含む、請求項１に記載の圧電素子利用装置。
  3. 前記可動膜形成層は、ＳｉＯ２単膜からなる、請求項１または２に記載の圧電素子利用装置。
  4. 前記可動膜形成層は、基板上に形成されたＳｉ膜と、前記Ｓｉ膜上に形成されたＳｉＯ２膜と、前記ＳｉＯ２膜上に形成されたＳｉＮ膜との積層膜からなる、請求項１または２に記載の圧電素子利用装置。
  5. 前記圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
  6. 前記上部電極は、Ｐｔ単膜からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
  7. 前記上部電極は、前記圧電体膜上に形成されたＩｒＯ２膜と、前記ＩｒＯ２膜上に形成されたＩｒ膜との積層膜からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
  8. 前記下部電極は、前記可動膜側に形成されたＴｉ膜と、前記Ｔｉ膜上に形成されたＰｔ膜との積層膜からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
  9. 前記可動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの周縁の内側領域に前記絶縁膜の開口部が形成されており、前記第１コンタクト孔は前記開口部以外の領域に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧電素子利用装置。
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