JPH09254386A

JPH09254386A - インクジェット記録用プリンタヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09254386A
Application number: JP8175196A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田; Kazumasa Hasegawa; 和正長谷川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JP3582550B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧電性の圧電体を担持でき、ノズルの高耐
久性化、及び高歩留まり化を実現できるインクジェット
記録用プリンタヘッドを提供すること。【解決手段】上部電極１０６、圧電体膜１０５、及び
下部電極１０４からなる圧電体素子が、珪素基板１０１
上に直接接触して担持された酸化ジルコニウム膜１０３
上に形成されている。製造方法は、単斜晶系酸化ジルコ
ニウム膜１０３形成後に結晶相転移温度以上で熱処理す
るか、特定膜厚金属ジルコニウム膜及び圧電体前駆体膜
の成膜後に、酸素を含む雰囲気中で熱酸化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録用プリンタヘッド又はその製造方法に関する。本発明
によるヘッドは、インクジェット記録装置に配置して用
いることができる。

【０００２】インクジェット記録用プリンタヘッドのイ
ンク室内に収納されているインクに吐出エネルギーを与
える手段としては、圧電体素子を用いてインク室内を加
圧する手段、又はヒータを用いてインク室内のインクを
加熱する手段が一般的である。本発明は、この内、圧電
体素子を用いてインク室内を加圧する手段をもつ、イン
クジェット記録用プリンタヘッドに関する。

【０００３】

【従来の技術】圧電／電歪膜型素子に酸化ジルコニウム
を用いる従来技術としては、例えば、特開平６−２０４
５８０号公報に、セラミック基板としての酸化ジルコニ
ウム基板の一部を薄肉化し、その上部に、膜形成法で、
圧電／電歪作動部を形成した圧電／電歪膜型素子が開示
されている。この素子の基板である酸化ジルコニウム
は、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウ
ム、又は酸化カルシウムの内の少なくとも一つの化合物
を含有することによって、結晶相が完全安定化、若しく
は部分安定化されていた。また、セラミック基板を用い
るため、薄肉部の寸法や厚みは比較的大きなものであっ
た。

【０００４】基板として単結晶珪素を用いる従来技術と
しては、例えば、米国特許第５，２６５，３１５号明細
書に、単結晶珪素基板上の薄肉部に、白金（Ｐｔ）又は
ニッケル（Ｎｉ）からなる金属遮断層、酸化アルミニウ
ム膜、下部電極、２成分系ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）膜、及び上部電極の積層構造を有するインクジェッ
ト記録用プリンタヘッドが開示されている。このインク
ジェット記録用プリンタヘッドでは、２成分系ＰＺＴを
用いているので、熱処理温度は、６００℃〜６５０℃程
度であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術によるインクジェット記録用プリンタヘッドにお
いては、例えば、以下に示すような課題がある。

【０００６】前記特開平６−２０４５８０号公報記載の
圧電／電歪膜型素子では、セラミック基板を使用してい
る。この圧電／電歪膜型素子を用いてインクジェット記
録用プリンタヘッドを形成する場合、セラミック基板か
ら形成される薄肉部の寸法や厚みを小さくするのが困難
であった。事実、前記公開公報記載の素子において、薄
肉部の寸法は、０．８ｍｍ×３ｍｍ、厚み１０μｍであ
る。この薄肉部の寸法はそのままインクジェット記録用
プリンタヘッドのインク室寸法となる。インクジェット
記録用プリンタヘッドのノズルを１８０ｄｐｉ程度に高
密度化してインク噴射動作を行うためには、薄肉部の寸
法を０．１ｍｍ×４ｍｍ、及び厚み１μｍ程度とするこ
とが必要である。従って、前記公開公報記載の素子か
ら、そのような微細な構造を形成することはできない。
更に、セラミック基板は高価であるので、前記公開公報
記載の素子からインクジェット記録用プリンタヘッドを
製造すると、高価なものとなってしまう。

【０００７】また、前記米国特許第５，２６５，３１５
号明細書に記載のインクジェット記録用プリンタヘッド
では、圧電体膜が２成分系ＰＺＴからなり、圧電特性が
充分ではないので、満足なインク噴射特性を有する製品
を得ることができなかった。こうした圧電特性を更に向
上させるためには、第３成分を５モル％以上を含んだ３
成分系ＰＺＴを用いることが望ましいが、圧電体薄膜に
よってバルクセラミックスのＰＺＴと同程度の特性を実
現するためには、ＰＺＴの焼成温度を８００℃以上に上
げなければならない。しかし、前記米国特許明細書に開
示された構成で、高温熱処理を行うと、振動板部に割れ
が生じる。

【０００８】本発明者は、前記の課題を解決することを
目的に、薄肉部の寸法や厚みを小さくすることができ、
安価で、しかも３成分系ＰＺＴを用いて高温処理を実施
した場合でも振動板部などに割れの生じることがない耐
久性に優れたインクジェット記録用プリンタヘッドを開
発するべく鋭意研究した結果、単結晶珪素基板を利用し
てインクジェット記録用プリンタヘッドを製造する際
に、単結晶珪素基板と下部電極との間に酸化ジルコニウ
ム膜又は金属ジルコニウム膜を設けることにより、前記
ヘッドの製造工程で実施する熱処理において、高温から
常温への及び／又は常温から高温への温度変化に伴う単
結晶珪素基板の体積変化と下部電極（及び圧電体膜）の
体積変化との差異によって前記単結晶珪素基板に負荷さ
れる応力を、前記酸化ジルコニウム膜の結晶相転移によ
る体積膨張、又はジルコニウムから酸化ジルコニウムへ
の酸化による体積膨張によって低減することができるこ
とを見い出した。しかも、こうして得られるインクジェ
ット記録用プリンタヘッドは、構造それ自体も新規であ
り、酸化ジルコニウム膜と単結晶珪素基板及び下部電極
との密着性が良好であり、高い圧電特性を有する圧電体
膜を担持することができ、ヘッド駆動耐久性も向上し
た。

【０００９】本発明はこうした知見に基づくものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、貫通孔を有す
る単結晶珪素基板と、その珪素基板の貫通孔の一方の開
口部を覆うように珪素基板表面に直接接触するか又はそ
の珪素基板表面の酸化珪素層に直接接触する酸化ジルコ
ニウム膜と、その酸化ジルコニウム膜上の下部電極と、
その下部電極上の圧電体膜と、その圧電体膜上の上部電
極とを含むインクジェット記録用プリンタヘッドに関す
る。

【００１１】また、本発明は、貫通孔を有する単結晶珪
素基板と、その貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素
基板上に直接接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪
素層上に直接接触する酸化ジルコニウム膜と、その酸化
ジルコニウム膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電
体膜と、その圧電体膜上の上部電極とを含むインクジェ
ット記録用プリンタヘッドの製造方法であって、製造工
程における高温から常温への温度変化に伴う単結晶珪素
基板の体積変化と下部電極及び圧電体膜の体積変化との
差異によって前記単結晶珪素基板に負荷される応力を、
前記酸化ジルコニウム膜の結晶相転移による体積膨張、
又はジルコニウムから酸化ジルコニウムへの酸化による
体積膨張によって低減することを特徴とするインクジェ
ット記録用プリンタヘッドの製造方法にも関する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明によるインクジェット記録
用プリンタヘッドの製造方法においては、（１）単結晶
珪素基板と下部電極との間に設けた酸化ジルコニウム膜
の結晶相転移による体積膨張を利用するか、及び／又は
（２）同じく単結晶珪素基板と下部電極との間に設けた
金属ジルコニウム膜のジルコニウムから酸化ジルコニウ
ムへの酸化による体積膨張を利用することができる。

【００１３】はじめに、前記（１）の結晶相転移による
体積膨張を利用する方法について、添付図面に添って説
明する。

【００１４】図１は、本発明によるインクジェット記録
用プリンタヘッドの一実施態様を模式的に示し、図１
（ａ）は本発明のインクジェット記録用プリンタヘッド
の概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−
Ａ’線断面拡大図である。

【００１５】図１に示す本発明のインクジェット記録用
プリンタヘッドは、複数個のインク室１０２を有する単
結晶珪素基板１０１；そのインク室１０２の底面を形成
して単結晶珪素基板１０１上に形成された酸化ジルコニ
ウム膜１０３；前記酸化ジルコニウム膜１０３の上に形
成された下部電極１０４と、前記下部電極１０４の上に
形成された圧電体膜１０５と、前記圧電体膜１０５の上
に形成された上部電極１０６とからなる圧電体素子；及
びノズル１０８を形成するノズル板１０７を接合して構
成されている。

【００１６】インク室１０２とノズル１０８は、同一の
ピッチで配置されている。

【００１７】このインクジェット記録用プリンタヘッド
の動作を簡単に説明すると、下部電極１０４と上部電極
１０６の間に電圧を印加し、下部電極１０４と圧電体膜
１０５と上部電極１０６とよりなる圧電体素子、及び酸
化ジルコニウム膜１０３を変形させることにより、イン
ク室１０２の体積を減少させ、インク室１０２内に充満
しているインクを、ノズル１０８より噴射させることが
できる。

【００１８】図２は、前記の結晶相転移による体積膨張
を利用して、本発明のインクジェット記録用プリンタヘ
ッドを製造する代表的な方法を、単結晶珪素基板１０１
に圧電体素子及びインク室１０２を形成するまでの製造
工程として、工程順〔（ａ）〜（ｃ）〕に示す断面図で
ある。なお、この断面図において、紙面に垂直な方向が
インク室の奥行き方向となる。

【００１９】はじめに、面方位（１１０）を有する単結
晶珪素基板１０１を１０００〜１２００℃で湿式熱酸化
し、基板１０１の両面に二酸化珪素膜２０１，２０２を
同時に形成する。二酸化珪素膜は、ＣＶＤ（化学気相成
長法）によって形成することもできる。二酸化珪素膜２
０１，２０２の厚みは、特に限定されないが、好ましく
は２０００〜１００００オングストロームである。な
お、エッチング停止層として作用する二酸化珪素膜２０
１は、オーバーエッチングを考慮すると、２０００オン
グストローム以上の厚みを有することが好ましい。ま
た、エッチングマスクとして作用する二酸化珪素膜２０
２の好ましい膜厚は、珪素基板の厚みによって変化する
が、６０００〜１００００オングストロームであること
が好ましい。なお、単結晶珪素基板１０１を酸化せず
に、単結晶珪素基板１０１上に直接、後記の酸化ジルコ
ニウム膜１０３を形成するか、あるいは一度形成した二
酸化珪素膜２０１をエッチングなどで除去してから、後
記の酸化ジルコニウム膜１０３を単結晶珪素基板１０１
上に直接、形成することもできる。

【００２０】次に、二酸化珪素膜２０２にフォトレジス
トを形成し、開口部を設け、二酸化珪素膜２０２を、エ
ッチング液（例えば、弗酸と弗化アンモニウムとの水溶
液）でパターニングし、開口部２０３を形成する。ここ
で、開口部２０３の奥行き方向、すなわち紙面に垂直な
方向を単結晶珪素基板１０１の

【００２１】

【外１】

【００２２】方向となるように配置する。フォトレジス
トを剥離した後、二酸化珪素膜２０１側に、酸化ジルコ
ニウム膜１０３を薄膜形成法によって形成する。酸化ジ
ルコニウム膜１０３の膜厚は、特に限定されないが、好
ましくは０．１〜２μｍである。なお、酸化ジルコニ
ウム膜１０３の膜厚の上限は、酸化ジルコニウム膜１０
３形成直後の熱処理後の残留応力の上限で決まり、その
下限は、圧電体膜の熱処理後の残留応力の上限で決ま
る。

【００２３】なお、本明細書において「薄膜形成法」と
は、インクジェット記録用プリンタヘッドなどのエレク
トロニクスデバイスの製造に一般的に使用されている薄
膜形成法であれば特に限定されないが、具体的には、ス
パッタ法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、蒸着法、及び水熱法
を挙げることができる。

【００２４】前記の酸化ジルコニウム膜１０３は、例え
ば、酸化ジルコニウムの焼結体スパッタリングターゲッ
トを用いて、高周波スパッタリング法により形成するの
が好ましい。続いて、酸素を含む雰囲気（特に空気中）
で１０５０〜１２００℃にて３０分間〜２時間の熱処理
を行う。室温にて、酸化ジルコニウム膜を担持した基板
の反りを測り、残留応力を計算すると、単結晶珪素基板
は、酸化ジルコニウム膜から０．５〜３×１０^-8Ｎ／ｍ
²程度の小さな引っ張り応力を受ける。

【００２５】酸化ジルコニウム膜を形成するには、酸化
ジルコニウム焼結体ターゲットを使用するスパッタ法の
他に、金属ジルコニウムターゲットを用いて、酸素雰囲
気中でスパッタして、酸化ジルコニウム膜を成膜するこ
ともでき、更にはゾルゲル法又はＣＶＤ法により、酸化
ジルコニウム膜を形成することもできる。

【００２６】ここで、酸化ジルコニウム膜１０３は、安
定化剤を実質的に含有せず、安定化されていない酸化ジ
ルコニウムから構成し、室温での結晶構造が単斜晶系と
なるようにする。酸化ジルコニウムは、安定化剤、例え
ば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化イットリ
ウム又は酸化セリウムを１モル％以上の量で固溶して含
むと、安定化する。前記の結晶相転移による体積膨張を
利用する本発明方法では、いわゆる安定化又は部分安定
化酸化ジルコニウムを使用せず、いわゆる非安定化酸化
ジルコニウム（ジルコニア）を使用する。

【００２７】次に、酸化ジルコニウム膜１０３上に、薄
膜形成法によって、下部電極１０４、及び圧電体膜１０
５を積層する。こうして得られる積層体の断面を図２
（ａ）に示す。

【００２８】下部電極１０４は、インクジェット記録用
プリンタヘッドなどのエレクトロニクスデバイスの製造
において電極、特に下部電極として一般的に使用されて
いる材料であれば特に限定されず、下部電極の上に形成
される圧電体（例えば、ＰＺＴ）の熱処理温度に対して
反応性が乏しく、安定な高融点金属であることが好まし
く、具体的には、白金又はパラジウムのいずれかを主成
分とする材料からなるのが好ましい。ここで、「主成分
とする」とは、白金又はパラジウムの含有量が５０重量
％以上、好ましくは８０重量％以上であることを意味す
る。下部電極の膜厚は、特に限定されないが、好ましく
は１０００〜１００００オングストロームである。下部
電極の膜厚は、配線抵抗の観点から１０００オングスト
ローム以上であることが好ましく、１００００オングス
トロームを越えると応力がかかり過ぎることがあるので
好ましくない。

【００２９】図２には示さないが、場合により、酸化ジ
ルコニウム膜１０３と下部電極１０４との間に、密着層
用としてチタン、タンタル、アルミニウム、錫、若しく
はイリジウムからなる金属膜、又はそれらの混合物膜を
薄膜形成法によって形成して、酸化ジルコニウム膜１０
３と下部電極１０４との密着性を向上させるのが好まし
い。密着層用金属膜の膜厚は、特に限定されないが、好
ましくは５０〜１０００オングストロームである。

【００３０】密着層用チタン膜と、下部電極１０４とし
ての白金層は、直流スパッタリング法により、２層を連
続して形成することができる。

【００３１】更に、下部電極１０４の上に、圧電体膜１
０５を積層する。圧電体膜は、最初に、種々の薄膜形成
法によって前駆体膜を成膜し、続いて、使用した薄膜形
成法に応じて、結晶化温度や処理時間を適宜選択し、加
熱処理を実施して結晶化し、前駆体を圧電体に変換する
ことができる。

【００３２】例えば、スパッタ法によって前駆体膜を成
膜した場合は、前駆体膜の組成等に応じて各種の熱処理
を実施する。例えば、主にランプアニール装置を用いた
急速加熱法（例えば、５００〜７００℃にて１〜５分間
の結晶化のための第１の熱処理と、６５０〜９００℃に
て１〜５分間の特性向上のための第２の熱処理の組み合
わせ）、または、半導体の製造に通常用いられている拡
散炉による特に急速でない熱処理法（例えば、５００〜
７００℃での１０分〜３時間の結晶化のための第１の熱
処理と、６５０〜９００℃での１０分〜３時間の特性向
上のための第２の熱処理の組み合わせ）によって前駆体
を圧電体に変換することができる。

【００３３】ゾルゲル法によって前駆体膜を成膜した場
合においても、ゾルの原料組成により熱処理条件を変え
るが、一般的には、ランプアニール装置を用いた急速加
熱法（例えば、５００〜７００℃にて１〜５分間の種結
晶生成のための第１の熱処理と、６５０〜９５０℃にて
１〜５分間の結晶成長及び特性向上のための第２の熱処
理の組み合わせ）を用いることができる。なお、水熱法
の場合には、膜形成時に圧電体膜が得られる。

【００３４】使用することのできる圧電体は、特に限定
されないが、高圧電性を有する圧電体が得られる点で、
３成分系ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が好ましく、
例えば、一般式（１）：Ｐｂ_1+x〔（Ｚｒ）_a（Ｔｉ）_b
（Ｂ_dＢ’_e）_c〕Ｏ_3+x（式中、Ｂ及びＢ’は、２価金属
イオンと５価金属イオンとの組み合わせ、２価金属イオ
ンと６価金属イオンとの組み合わせ、又は３価金属イオ
ンと５価金属イオンとの組み合わせであり、ｘ、ａ、
ｂ、ｃ、ｄ及びｅは以下の関係：０≦ｘ≦０．３、０．２５≦ａ≦０．５５、０．３５≦ｂ≦０．５５、０．０５≦ｃ≦０．０４であり、そして、Ｂ及びＢ’
が、２価金属イオンと５価金属イオンとの組み合わせの
場合には０．３１＜ｄ＜０．３５、０．６３＜ｅ＜０．７、０．９４＜ｄ＋ｅ＜１．０５であるか、あるいは、Ｂ及
びＢ’が、３価金属イオンと５価金属イオンとの組み合
わせ、又は２価金属イオンと６価金属イオンとの組み合
わせの場合には０．４７＜ｄ＜０．５３、０．４７＜ｅ＜０．５３、０．９４＜ｄ＋ｅ＜１．０６である）で表される３成分
系ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）が好ましい。前記の
一般式（１）において、２価金属イオンＢは、例えば、
マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マンガン（Ｍｎ）、又はニ
ッケル（Ｎｉ）であり、３価金属イオンＢは、例えば、
イットリウム（Ｙ）、鉄（Ｆｅ）、スカンジウム（Ｓ
ｃ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、
インジウム（Ｉｎ）、又はクロム（Ｃｒ）であり、５価
金属イオンＢ’は、例えば、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル
（Ｔａ）、又はアンチモン（Ｓｂ）であり、６価金属イ
オンＢ’は、例えば、タングステン（Ｗ）、又はテルル
（Ｔｅ）である。更に、インクジェット記録用プリンタ
ヘッドのインク噴射特性を向上させるためには、第３成
分、すなわち、前記一般式（１）におけるＢ及びＢ’を
好ましくは５モル％以上、より好ましくは５〜４０モル
％含み、圧電歪み定数の高い３成分系ＰＺＴを用いる。
上述した第３成分を５モル％以上含んだ３成分系ＰＺＴ
の場合、前述の酸素雰囲気中での熱処理温度（結晶成長
及び１または特成向上のための）を７００℃〜９００℃
にすることにより、より高い圧電性を有する圧電体が得
られる。また、８００℃以上であればより好ましい。

【００３５】圧電体膜１０５の膜厚は、特に限定されな
いが、好ましくは０．５〜５μｍである。なお、酸化ジ
ルコニウム膜１０３と下部電極１０４との間に、密着層
用として金属膜を形成してある場合には、圧電体前駆体
の加熱処理の際に、前記金属も同時に酸化される。

【００３６】次に、圧電体膜１０５をエッチング液（例
えば、ホウ弗酸水溶液）で、下部電極１０４をエッチン
グ液（例えば、王水水溶液）でパターンエッチングした
後、圧電体膜１０５上に、上部電極１０６を薄膜形成法
によって形成する。

【００３７】上部電極１０６は、インクジェット記録用
プリンタヘッドなどのエレクトロニクスデバイスの製造
において電極、特に上部電極として一般的に使用されて
いる材料であれば特に限定されないが、具体的には、
金、白金又はアルミニウムからなるのが好ましい。上部
電極の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５００
〜５０００オングストロームである。

【００３８】図２には示さないが、場合により、圧電体
膜１０５と上部電極１０６との間に、密着層用として、
例えばチタン層を薄膜形成法によって形成して、圧電体
膜１０５と上部電極１０６との密着性を向上させるのが
好ましい。密着層用金属膜の膜厚は、特に限定されない
が、好ましくは５０〜３００オングストロームである。
上部電極形成後は、高温処理を必要とせず、充分な密着
力が得られるので、特に前記チタン層を酸化する必要は
ない。

【００３９】密着層用金属膜と上部電極１０６とをスパ
ッタリング法で順に形成し、続いてエッチング液（例え
ば、ヨウ素とヨウ化カリウムとを含む水溶液）でパター
ンエッチングする。圧電体膜１０５の上に上部電極１０
６を形成してからパターンエッチングして得られる積層
体の構造を図２（ｂ）に示す。また、不活性ガスを用い
た、イオンミリング法によっても同様の積層体を得るこ
とができる。

【００４０】その後、図２（ｃ）に示すように、圧電体
膜１０５の保護膜２０４として、例えば、ポリイミド形
成用の感光性モノマー層を厚み０．３〜５μｍに形成
し、上部電極１０６上の保護膜を現像により取り除いた
後、３００〜４５０℃で熱処理を行いポリイミド層とす
る。

【００４１】次に、保護膜２０４を形成した圧電体素子
側の面がエッチング液に接触せず、反対側の珪素基板側
の面のみをエッチング液に接触させることのできる治具
を用いて、７０〜９０℃の異方性エッチング液（例え
ば、１０〜４０％水酸化カリウム水溶液）に浸漬し、二
酸化珪素膜２０２の開口部２０３から単結晶珪素基板１
０１の異方性エッチングを行い、インク室１０２を形成
する。この時、単結晶珪素基板１０１の面方位が（１１
０）であり、更に開口部２０３の奥行き方向が

【００４２】

【外２】

【００４３】方向となるように配置してあるので、イン
ク室１０２の奥行き方向の辺を形成する側壁の面を（１
１１）面とすることができる。

【００４４】異方性エッチング液として水酸化カリウム
水溶液を用いた場合、単結晶珪素の（１１０）面と（１
１１）面のエッチング速度の比は３００：１程度とな
り、単結晶珪素基板１０１の厚み２５０μｍの深さの溝
をサイドエッチング１μｍ程度に抑えることができるの
で、インク室１０２を高精度に形成することができる。
引き続き、単結晶珪素基板１０１を前記治具に固定した
まま、二酸化珪素膜２０２，２０１の露出部をエッチン
グ液（例えば、弗酸と弗化アンモニウムとの水溶液）で
エッチング除去する。

【００４５】このエッチング処理において、酸化ジルコ
ニウム膜１０３は、インク室１０２形成時の二酸化珪素
膜２０１のエッチング停止層として優れており、酸化ジ
ルコニウム膜１０３がない場合に比べて、格段に製造歩
留まりを向上することができる。

【００４６】更に、非安定化酸化ジルコニウムは、酸化
マグネシウムや酸化イットリウムによって安定化された
酸化ジルコニウムよりも、ヤング率が高くなり、インク
の噴射特性も向上する。

【００４７】純粋な酸化ジルコニウム（ジルコニア）
は、温度変化に応じて結晶構造を変化させることが知ら
れている。すなわち、常温から約１０００℃の温度範囲
では単斜晶系（六方晶系とも呼ぶ）、それ以上の温度か
ら約１９００℃以下の温度範囲では正方晶系、それ以上
の温度から約２７００℃（融点）以下の温度範囲では立
方晶系となる。従って、本発明方法における酸化ジルコ
ニウム膜形成後の加熱処理（１０５０〜１２００℃）、
例えば、密着層や下部電極の形成工程の前後で、結晶系
が単斜晶系と正方晶系とに変化する。

【００４８】また、正方晶系の酸化ジルコニウムは、単
斜晶系の酸化ジルコニウムよりも約３％体積が小さくな
り、単斜晶系／正方晶系の転移温度を挟んで温度を上下
させる熱処理を実施すると、体積変化は、熱処理温度に
対してヒステリシスを示すため、酸化ジルコニウム結晶
に歪みが入ることが既に知られている。すなわち、バル
クセラミックスの酸化ジルコニウムに、結晶構造が変化
するような熱サイクルを与えると、体積収縮に伴う割れ
が発生してしまい、使用可能な製品を得ることができな
い。このため、バルクセラミックスでは、一般的に、高
温型の立方晶系として常に存在するように、酸化マグネ
シウム、酸化カルシウム、酸化イットリウム、又は酸化
セリウム等を１モル％〜３０モル％の量で固溶させて、
室温でも立方晶系を有する安定化ジルコニアを用いてい
る。

【００４９】しかし、本発明のように、単結晶珪素基板
上に薄膜状の酸化ジルコニウム膜を形成した場合は、酸
化ジルコニウムの体積膨張エネルギーを、珪素基板が反
ることにより吸収することができるので、酸化ジルコニ
ウム膜の割れの発生を防ぐことができる。すなわち、安
定化していない酸化ジルコニウムは、１０００℃以上の
正方晶系の熱的に安定な状態から、降温冷却する際に、
単斜晶系に結晶相転移を起こし、体積が膨張する。その
ため、単結晶珪素基板は、酸化ジルコニウム膜から引張
応力を受ける。一方、安定化ジルコニアを１０００℃
以上の高温から冷却した場合には、結晶相転移を伴わな
いため、単結晶珪素基板は、熱膨張率（安定化ジルコニ
アの方が珪素より熱膨張率が大きい）にのみ依存して強
い圧縮応力を受ける。圧電体薄膜を形成する工程におい
て、圧電体膜を結晶化して、高い圧電特性を得るために
は、８００℃以上の熱処理が必要不可欠であるが、下部
電極と圧電体膜の熱膨張係数が単結晶珪素基板に比べて
大きいため、安定化ジルコニア層を用いる場合も用いな
い場合も、高温から冷却した時に、単結晶珪素基板は強
い圧縮応力を受ける。

【００５０】本発明は、前記の原理を利用したものであ
り、いわゆる安定化していない酸化ジルコニウム膜を単
結晶珪素基板と下部電極との間に介在させることによ
り、圧電体素子形成後の単結晶珪素基板にかかる残留応
力を低減することができ、しかも製品中に形成される酸
化ジルコニウム膜を振動板材料として用いることができ
る。

【００５１】一般に、インクジェット記録用プリンタヘ
ッドの製造工程においては、前記のように各種の熱処理
を実施するので、珪素基板と膜構造全体（上部電極、圧
電体膜及び下部電極振動板）との熱膨張係数の差異など
により、両者の間に強い応力がかかる。膜構造全体にお
ける残留応力が大きい場合には、インク室形成時に珪素
基板がエッチングによって削られると、振動板部の応力
変化が大きく、振動板部に破壊が発生する。しかし、本
発明においては、膜構造全体での残留応力が少ないの
で、インク室形成時にも振動板部（酸化ジルコニウム
膜）における応力破壊による不良を防ぐことができる。

【００５２】更に、一般に、インクジェット記録用プリ
ンタヘッドにおいては、インク噴射時に振動板部を振動
させるため、振動板部に応力変化が発生する。この際、
振動板部に高い残留応力が存在すると、その残留応力と
インク噴射時の応力とが膜の破壊応力限界を超えてしま
うことがあり、プリンタヘッドとしての耐久性が低下す
る。しかし、本発明のインクジェット記録用プリンタヘ
ッドでは、前記の残留応力が少ないので、酸化ジルコニ
ウム膜を含めた駆動部の変位動作に対する耐久性を飛躍
的に向上することができる。

【００５３】本発明のインクジェット記録用プリンタヘ
ッドは、前記のように、酸化ジルコニウム膜を形成した
後に、前記酸化ジルコニウム膜の結晶構造が単斜晶系か
ら正方晶系に転移する温度より高温（好ましくは１０５
０℃以上、より好ましくは１１５０℃以上）で熱処理を
実施することによって製造することもできるが、後述す
るように、金属ジルコニウム膜を成膜する工程と、酸素
を含む雰囲気中にて、前記酸化ジルコニウム膜の結晶構
造が単斜晶系から正方晶系に転移する温度より高温（好
ましくは１０５０℃以上、より好ましくは１１５０℃以
上）で酸化して、前記金属ジルコニウム膜を前記酸化ジ
ルコニウム膜に変換する工程を実施することによって製
造することもできる。後者の場合には酸化反応によって
酸化ジルコニウム膜が形成されるので、ピンホールの少
ない緻密な膜を得ることができると共に、製造工程にお
いて前記の結晶層転移による体積膨張に加えて、金属ジ
ルコニウムから酸化ジルコニウムへの体積膨張を利用す
ることもできる。

【００５４】こうして得られた本発明によるインクジェ
ット記録用プリンタヘッドは、貫通孔を有する単結晶珪
素基板；その珪素基板の貫通孔の一方の開口部を覆うよ
うに珪素基板表面に直接接触するか又はその珪素基板表
面の二酸化珪素層に直接接触する酸化ジルコニウム膜
（好ましい膜厚＝０．１〜２μｍ）；その酸化ジルコニ
ウム膜上の下部電極（好ましい膜厚＝１０００〜１００
００オングストローム）；場合により、前記酸化ジルコ
ニウム膜と前記下部電極との間の密着層（好ましい膜厚
＝０〜１０００オングストローム）；前記下部電極上の
圧電体膜（好ましい膜厚＝０．５〜５μｍ）；その圧電
体膜上の上部電極（好ましい膜厚＝５００〜５０００オ
ングストローム）；場合により、前記圧電体膜と前記上
部電極との間の密着層（好ましい膜厚＝０〜３００オン
グストローム）からなり、前記酸化ジルコニウム膜の結
晶構造が常温で単斜晶系である。前記の比較的厚い単斜
晶系酸化ジルコニウム膜は、振動板として作用する。

【００５５】また、本発明による前記インクジェット記
録用プリンタヘッドにおいては、前記下部電極の厚みよ
り、前記単斜晶系酸化ジルコニウム膜の厚みの方が厚い
ことが好ましい。すなわち、両者の厚みの比（単斜晶系
酸化ジルコニウム膜の厚み／下部電極の厚み）が１以上
（特には１〜１０）であると、前記と同様の理由によ
り、インク室形成前の単結晶珪素基板の残留応力、振動
板の製造歩留まり、及びヘッド駆動の耐久性が向上す
る。

【００５６】更に、本発明による前記インクジェット記
録用プリンタヘッドにおいては、前記単斜晶系酸化ジル
コニウム膜を構成する酸化ジルコニウムの平均結晶粒径
が５００〜３０００オングストロームであることが好ま
しい。平均結晶粒径が前記の範囲内にあると、ヘッド駆
動の耐久性が向上する。なお、平均結晶粒径は、熱処理
温度、熱処理時間、及び／又は熱処理時の雰囲気ガス等
を変化させることにより適宜調整することができる。

【００５７】次に、本発明によるインクジェット記録用
プリンタヘッドの製造において、単結晶珪素基板と下部
電極との間に設けた金属ジルコニウム膜のジルコニウム
から酸化ジルコニウムへの酸化による体積膨張を利用す
る方法について、添付図面に添って説明する。

【００５８】図３は、本発明によるインクジェット記録
用プリンタヘッドの一実施態様を模式的に示し、図３
（ａ）は本発明のインクジェット記録用プリンタヘッド
の概略斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−
Ａ’線断面拡大図である。

【００５９】図３に示す本発明のインクジェット記録用
プリンタヘッドも、複数個のインク室１０２を有する単
結晶珪素基板１０１；その単結晶珪素基板１０１上に形
成された二酸化珪素膜２０１；前記インク室１０２の底
面を形成して二酸化珪素膜２０１上に形成された酸化ジ
ルコニウム膜１０３；前記酸化ジルコニウム膜１０３の
上に形成された下部電極１０４と、前記下部電極１０４
の上に形成された圧電体膜１０５と、前記圧電体膜１０
５の上に形成された上部電極１０６とからなる圧電体素
子；及びノズル１０８を形成するノズル板１０７を接合
して構成されている。インク室１０２とノズル１０８
は、同一のピッチで配置されている。

【００６０】このインクジェット記録用プリンタヘッド
の動作を簡単に説明すると、下部電極１０４と上部電極
１０６の間に電圧を印加し、下部電極１０４と圧電体膜
１０５と上部電極１０６とよりなる圧電体素子、及び酸
化ジルコニウム膜１０３を変形させることにより、イン
ク室１０２の体積を減少させ、インク室１０２内に充満
しているインクを、ノズル１０８より噴射させることが
できる。

【００６１】図４は、ジルコニウムから酸化ジルコニウ
ムへの酸化による体積膨張を利用して、本発明のインク
ジェット記録用プリンタヘッドを製造する代表的な方法
を、単結晶珪素基板１０１に圧電体素子及びインク室１
０２を形成するまでの製造工程として、工程順〔（ａ）
〜（ｃ）〕に示す断面図である。なお、この断面図にお
いて、紙面に垂直な方向がインク室の奥行き方向とな
る。はじめに、前記の方法と同様に、面方位（１１０）
を有する単結晶珪素基板１０１を１０００〜１２００℃
で湿式熱酸化するか又はＣＶＤによって、基板１０１の
両面に二酸化珪素膜２０１，２０２を形成する。二酸化
珪素膜２０１，２０２の厚みは、特に限定されないが、
前記と同様に好ましくは４０００〜１００００オングス
トロームである。単結晶珪素基板１０１を酸化せずに、
単結晶珪素基板１０１上に直接、後記の金属ジルコニウ
ム膜１０３を形成するか、あるいは一度形成した二酸化
珪素膜２０１をエッチングなどで除去してから、後記の
酸化ジルコニウム膜１０３を単結晶珪素基板１０１上に
直接、形成することもできる。そして、通常のフォトリ
ソ工程により二酸化珪素膜２０１，２０２両面にフォト
レジストを形成し、二酸化珪素膜２０２上のフォトレジ
ストに所望のパターンを形成する。

【００６２】得られた基板を、エッチング液（例えば、
弗酸と弗化アンモニウムとを含む水溶液）に浸漬し、二
酸化珪素膜２０２をパターンエッチングし、開口部２０
３を形成する。この時、開口部２０３の奥行き方向、す
なわち紙面に垂直な方向を単結晶珪素基板１０１の

【００６３】

【外３】

【００６４】方向となるように配置する。

【００６５】得られた基板を、８０〜９０℃の剥離液
（例えば、硫酸）に浸漬してフォトレジストを剥離した
後、二酸化珪素膜２０１側に、金属ジルコニウム膜１０
３を、薄膜形成法、特には直流スパッタ法により形成す
る。金属ジルコニウム膜の膜厚は、金属ジルコニウムか
ら酸化ジルコニウムへ変換することによる体積膨張が本
発明の目的に適っている限り限定されるものではない。
特に、圧電体膜形成前に金属ジルコニウムから酸化ジル
コニウムへの酸化工程を実施する場合には、前記の膜厚
は限定されない。一方、圧電体前駆体から圧電体への変
換工程を実施するまでは、金属ジルコニウムから酸化ジ
ルコニウムへの酸化工程を実施しない場合には、金属ジ
ルコニウム膜の膜厚は、約５０〜約３００オングストロ
ームであることが好ましい。以下、後者の場合に沿って
本発明方法を説明する。

【００６６】金属ジルコニウム膜１０３の形成後に、下
部電極１０４を、薄膜形成法、特には直流スパッタ法に
より形成する。下部電極の膜厚は、特に限定されるもの
ではないが、０．２〜２μｍであることが好ましい。

【００６７】図４には示さないが、場合により、金属ジ
ルコニウム膜からの酸化により形成される酸化ジルコニ
ウム膜１０３と下部電極１０４との密着性を向上するた
めに、金属ジルコニウム膜１０３と下部電極１０４の間
に、薄膜形成法により、前記と同様の密着層用金属膜を
挿入することができる。

【００６８】次に、下部電極１０４の上に、圧電体前駆
体膜を積層する。この前駆体膜は、前記と同様に、薄膜
形成法によって成膜し、使用した薄膜形成法に応じて、
結晶化温度や処理時間を適宜調整して加熱処理を実施
し、前駆体膜から圧電体膜１０５に変換することができ
る。

【００６９】一方、この熱処理において、金属ジルコニ
ウム膜１０３は、酸化されて酸化ジルコニウム膜１０３
になり、その膜厚もほぼ倍増する。金属ジルコニウム膜
１０３を存在させないで前記と同様の熱処理を実施する
と、この熱処理中に下部電極１０４が二酸化珪素膜２０
１より剥離する。また、金属ジルコニウム膜１０３の変
わりに、例えば金属チタン膜を用いて前記と同様の熱処
理を実施すると、圧電体としてＰＺＴを用いた場合に
は、ＰＺＴから拡散した鉛により、二酸化珪素膜２０１
が溶融し、やはり下部電極の一部領域に剥離が生じる。
従って、酸化ジルコニウム膜１０３は、下部電極１０４
と二酸化珪素膜２０１との密着層として作用すると共
に、鉛拡散防止膜としても作用している。なお、金属ジ
ルコニウム膜１０３と下部電極１０４との間に、密着層
用金属膜を挿入してある場合には、前記の熱処理におい
て、前記密着層用金属膜も酸化される。

【００７０】次に、圧電体膜１０５上に、薄膜形成法に
よって上部電極１０６を形成する。上部電極１０６の膜
厚は、特に限定されるものではないが、５００〜５００
０オングストロームであることが好ましい。

【００７１】図４には示さないが、場合により、圧電体
膜１０５と上部電極１０６の密着性を向上するために、
圧電体膜１０５と上部電極１０６の間に、密着層用金属
膜を挿入することができる。この密着層用金属膜は、特
に酸化する必要はない。

【００７２】次に、通常のフォトリソ工程と、例えば、
不活性ガス（例えば、アルゴンガス）を用いた、イオン
ミリング法を用いることにより、順次、上部電極１０
６、圧電体膜１０５、及び下部電極膜１０４を所望の形
状に加工し、図４（ｂ）に示す断面形状の積層体を得る
ことができる。また、エッチング液を用いたパターンエ
ッチングによっても同様の積層体を得ることができる。

【００７３】その後、図４（ｃ）に示すように、圧電体
膜１０５の保護膜２０４として、例えば、ポリイミド形
成用の感光性モノマー層を厚み０．３〜５μｍに形成
し、上部電極１０６上の保護膜を現像により取り除いた
後、３００〜４５０℃で熱処理を行いポリイミド層とす
る。

【００７４】その後の操作及び条件などは、前記の結晶
相転移による体積膨張を利用する方法において記載した
操作及び条件と同様であり、保護膜２０４を形成した圧
電体素子側の面を治具により保護し、水酸化カリウム水
溶液に浸漬し、二酸化珪素膜２０２の開口部２０３から
単結晶珪素基板１０１の異方性エッチングを行い、イン
ク室１０２を形成する。引き続き、単結晶珪素基板１０
１を前記治具に固定したまま、二酸化珪素膜２０２，２
０１の露出部を異方性エッチング液でエッチング除去す
る。

【００７５】金属ジルコニウム膜の熱酸化により形成し
た酸化ジルコニウム膜１０３は、緻密であるため、イン
ク室１０２形成時の二酸化珪素膜２０１のエッチング停
止層として優れている。

【００７６】金属ジルコニウムから酸化ジルコニウムへ
の酸化による体積膨張を利用する前記の方法において、
下部電極、圧電体、上部電極、及び密着層の形成に使用
する材料は、それぞれ、前記の結晶相転移による体積膨
張を利用する方法において使用する材料と、同じもので
あることができる。

【００７７】金属ジルコニウムから酸化ジルコニウムへ
の酸化による体積膨張を利用する前記の方法により、熱
処理に伴う単結晶珪素基板の体積変化と下部電極及び圧
電体膜の体積変化との差異に基づいて前記単結晶珪素基
板に負荷される応力を軽減することができる理由は以下
のとおりである。すなわち、下部電極及び圧電体膜を担
持する単結晶珪素基板に対して加熱処理を実施すると、
単結晶珪素基板と、下部電極及び圧電体膜では熱膨張係
数が異なるので、体積の膨張及び収縮の程度が異なり、
例えば高温状態から低温状態へ冷却される際に、単結晶
珪素基板と下部電極及び圧電体膜とは相互に強い応力を
受け、下部電極などには体積収縮により割れが発生して
しまう。

【００７８】しかし、本発明方法においては、単結晶珪
素基板と下部電極との間に金属ジルコニウム膜を設け、
前記の加熱処理の際に、同時に金属ジルコニウムを酸化
ジルコニウムへ酸化して体積を膨張させるので、単結晶
珪素基板と下部電極及び圧電体膜との体積変化によって
生じる応力を相殺することができる。しかも、酸化の結
果として製品中に形成される酸化ジルコニウム膜は、薄
膜形成法によって直接に形成された酸化ジルコニウム膜
と比較すると、緻密性が高いので、単結晶珪素基板又は
二酸化珪素膜のエッチング停止層としても、一層優れて
いる。

【００７９】圧電体前駆体膜から圧電体膜への変換工程
と、金属ジルコニウムから酸化ジルコニウムへの酸化工
程とを同時に実施する本発明方法によって得られた本発
明によるインクジェット記録用プリンタヘッドは、貫通
孔を有する単結晶珪素基板；その珪素基板の貫通孔の一
方の開口部を覆うように珪素基板表面に直接接触するか
又はその珪素基板表面の二酸化珪素層に直接接触する酸
化ジルコニウム膜；その酸化ジルコニウム膜上の下部電
極；場合により、前記酸化ジルコニウム膜と前記下部電
極との間の密着層；前記下部電極上の圧電体膜；その圧
電体膜上の上部電極；場合により、前記圧電体膜と前記
上部電極との間の密着層からなり、前記酸化ジルコニウ
ム膜の膜厚が、１００〜６００オングストローム、好ま
しくは１５０〜４５０オングストロームの範囲内にあ
る。酸化ジルコニウム膜の膜厚が１００オングストロー
ム未満になると、下部電極と酸化ジルコニウム膜との密
着力が低下する。膜厚が６００オングストロームを越え
ると、酸化時の体積膨張に耐えられなくなり、下部電極
の剥離が多くなる。１５０〜４５０オングストロームの
範囲内になると、下部電極の剥離が起きる確率が大幅に
減少する。なお、この場合、酸化ジルコニウム膜が、安
定化されていない酸化ジルコニウムから構成されている
必要はない。

【００８０】下部電極の膜厚は、振動板として作用する
ことのできる膜厚である限り、特に限定されるものでは
ないが、好ましくは０．２〜２μｍである。圧電体膜の
膜厚も、その機能を発揮することができる限り、特に限
定されるものではないが、好ましくは０．５〜５μｍで
ある。上部電極の膜厚は、特に限定されるものではない
が、好ましくは５００〜５０００オングストロームであ
る。

【００８１】以上のとおり、本発明の技術をインクジェ
ット記録用プリンタヘッドに利用する場合に関して説明
したが、本発明の技術は、一般にアクチュエータに利用
することもできる。従って、本発明は、貫通孔を有する
単結晶珪素基板と、その珪素基板の貫通孔の一方の開口
部を覆うように珪素基板表面に直接接触するか又はその
珪素基板表面の酸化珪素層に直接接触する酸化ジルコニ
ウム膜と、その酸化ジルコニウム膜上の下部電極と、そ
の下部電極上の圧電体膜と、その圧電体膜上の上部電極
とを含むアクチュエータにも関する。本発明によるアク
チュエータは、インクジェット記録用プリンタヘッドの
他に、例えば、マイクロホン、発音体（例えば、スピー
カー）、各種の振動子若しくは発振子、又はセンサーな
どに用いることができる。

【００８２】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、これらは本発明の範囲を限定するものではな
い。

【００８３】＜実施例１＞図２に示す方法で本発明によ
るインクジェット記録用プリンタヘッドを製造した。イ
ンク室１０２の配列方向の長さ〔図２の紙面の左右方
向〕を１００μｍ、その奥行き方向〔図２の紙面と垂直
の方向〕の長さを４ｍｍとし、圧電体膜の配列方向〔図
２の紙面の左右方向〕の長さは８０μｍとし、インク室
上に形成した。インク室の配列方向のピッチは１４１μ
ｍとし、解像度を８０ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）
とした。

【００８４】次に、図２の（ａ）〜（ｃ）に沿って、製
造工程を具体的に説明する。

【００８５】面方位（１１０）を有する単結晶珪素基板
１０１を１２００℃で湿式熱酸化し、基板１０１の両面
に厚み８０００オングストロームの二酸化珪素膜２０
１，２０２を同時に形成した。そして、二酸化珪素膜２
０２にフォトレジストを形成し、開口部を設け、二酸化
珪素膜２０２を、弗酸と弗化アンモニウムとを含む水溶
液でパターニングし、開口部２０３を形成した。この
時、開口部２０３の奥行き方向、すなわち紙面に垂直な
方向を単結晶珪素基板１０１の

【００８６】

【外４】

【００８７】方向とした。フォトレジストを剥離した
後、二酸化珪素膜２０１側に、膜厚１μｍの酸化ジルコ
ニウム膜１０３を酸化ジルコニウムの焼結体スパッタリ
ングターゲットを用いて、高周波スパッタリング法によ
り形成した。その後、空気中で１１００℃にて１時間の
熱処理を実施した。この時、酸化ジルコニウム膜付きの
基板の反りを測り、残留応力を計算したところ、単結晶
珪素基板１０１は、酸化ジルコニウム膜１０３から２×
１０^-8Ｎ／ｍ²と小さい引張応力を受けていた。ここ
で、酸化ジルコニウム膜１０３は、室温での結晶構造を
単斜晶系とするために酸化マグネシウム、酸化カルシウ
ム、酸化イットリウム、又は酸化セリウム等の不純物を
１モル％以上固溶していない、いわゆる非安定化ジルコ
ニアとした。

【００８８】次に、酸化ジルコニウム膜１０３上に、下
部電極１０４及び圧電体膜１０５を積層し、図２（ａ）
に示す断面形状を有する積層体を得た。

【００８９】実際には、酸化ジルコニウム膜１０３と下
部電極１０４の間に、密着層としてチタン膜を５０オン
グストロームの膜厚で形成した。密着層用チタンと下部
電極１０４としての白金は、直流スパッタリング法によ
り、２層を連続して形成し、膜厚は、それぞれ５０オン
グストローム、及び２０００オングストロームとした。
更に、圧電体膜１０５は、膜厚２μｍの３成分系ＰＺＴ
〔ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃−Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）
Ｏ₃〕とし、その製法には、ＰＺＴの焼結体スパッタリ
ングターゲットを使った、高周波スパッタ法を用いた。
基板加熱を行わずに高周波スパッタリング成膜を行い、
アモルファスのＰＺＴ前駆体膜を成膜し、その後、酸素
雰囲気中で６５０℃にて１分間及び９００℃にて１分間
の急速熱処理により、結晶化して、圧電性を示すＰＺＴ
膜に変換した。

【００９０】続いて、圧電体膜１０５をホウ弗酸水溶液
で、そして下部電極１０４を王水水溶液でそれぞれパタ
ーンエッチングした後、スパッタリング法により、チタ
ン膜（厚み＝５０オングストローム）及び上部電極１０
６としての金膜（厚み＝２０００オングストローム）
を、この順に形成し、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶
液でパターンエッチングを行い、図２（ｂ）に示す断面
形状とした。

【００９１】その後、図２（ｃ）に示すように、圧電体
膜１０５の保護膜２０４として、感光性モノマー層を厚
み２μｍで形成し、上部電極１０６上の保護膜を現像に
より取り除いた後、４００℃で熱処理を行ってポリイミ
ド層を形成した。次に、保護膜２０４を形成した圧電体
素子側の面をポリプロピレン製円筒状治具（ＷＯ９３／
２２１４０号公報の図３に記載の治具）により保護し、
８０℃の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、二酸化珪素膜
２０２の開口部２０３から単結晶珪素基板１０１の異方
性エッチングを行い、インク室１０２を形成した。この
時、単結晶珪素基板１０１の面方位が（１１０）であ
り、更に開口部２０３の奥行き方向が

【００９２】

【外５】

【００９３】方向であるから、インク室１０２の奥行き
方向の辺を形成する側壁の面を（１１１）面とすること
ができ、単結晶珪素基板１０１の厚み２５０μｍの深さ
の溝をサイドエッチング１μｍ程度に抑えることができ
た。

【００９４】続いて、単結晶珪素基板１０１を前記治具
に固定したまま、二酸化珪素膜２０２，２０１の露出部
を、弗酸と弗化アンモニウムとの水溶液でエッチングし
て除去した。この時、酸化ジルコニウム膜１０３の振動
板の割れに対する製造歩留まりは９８％と良好であっ
た。

【００９５】酸化ジルコニウム膜１０３は、インク室１
０２形成時の二酸化珪素膜２０１のエッチング停止層と
して優れており、酸化ジルコニウム膜１０３がない場合
に比べて、格段に本エッチング工程の製造歩留まりを向
上することができた。更に、非安定化の酸化ジルコニウ
ムは、酸化マグネシウムや酸化イットリウムによって安
定化された酸化ジルコニウムより、ヤング率が高くな
り、インクの噴射特性も向上した。

【００９６】前記実施例では、酸化ジルコニウム膜に、
結晶構造が単斜晶系の非安定化ジルコニア膜を用いた
が、酸化ジルコニウム膜中に酸化イットリウムを５モル
％固溶した半安定化ジルコニア膜を用いて前記方法と同
様に製造した場合には、単結晶珪素基板１０１に、イン
ク室１０２を形成したときに、薄肉部（酸化ジルコニウ
ム膜と、下部電極で構成される部分）に割れが多発し、
製造歩留まりが３０％と極めて悪かった。また、前記半
安定化ジルコニア膜は、Ｘ線回折法により結晶構造が単
斜晶系と立方晶系の混在であることが判った。

【００９７】＜実施例２＞下部電極１０４の厚みと酸化
ジルコニウム膜１０３の厚みとの比（酸化ジルコニウム
膜の厚み／下部電極の厚み）を種々に変化させること以
外は、前記実施例１と同様の操作を繰り返して各種のイ
ンクジェット記録用プリンタヘッドを調製し、インク室
形成前の単結晶珪素基板の残留応力、振動板の製造歩留
まり、及びヘッド駆動の耐久性試験を行った。具体的に
は、下部電極の厚みを２０００オングストロームに固定
し、酸化ジルコニウム膜の膜厚だけを変化させた。残留
応力は、インク室形成前の単結晶珪素基板の反り測定か
ら計算により求めた。振動板の製造歩留まりは、振動板
の割れの有無によって判定し、良品／全数の比率（％）
で示した。耐久性試験は、圧電体素子に、パルス幅１ミ
リ秒で、電圧３０Ｖのパルス電圧を１×１０⁸回印加
し、その前後での歩留まりで評価した。歩留まりは、下
部電極及び酸化ジルコニウム部の割れの有無によって判
定し、良品／全数の比率（％）で示した。

【００９８】結果を判定結果と共に表１に示す。表１に
おいて、残留応力の正負の記号は、圧縮応力を−符号、
引張応力を＋符号にて示す。

【００９９】

【表１】

【０１００】表１に示すように、残留応力と、振動板製
造歩留まりと、耐久性歩留まりとには、相関関係が存在
した。すなわち、厚みの比（酸化ジルコニウム厚み／下
部電極厚み）が１以上であると、耐久性歩留まりが、概
ね良好であった。この時、単結晶珪素基板にかかる残留
応力は、弱い圧縮応力から引張応力の範囲内であった。

【０１０１】＜実施例３＞酸化ジルコニウム膜を構成す
る酸化ジルコニウムの平均結晶粒径を種々に変化させる
こと以外は、前記実施例１と同様の操作を繰り返して各
種のインクジェット記録用プリンタヘッドを調製し、実
施例２と同様のヘッド駆動の耐久性試験評価を行った。
その結果を表２に示す。結晶粒径は、熱処理温度、熱処
理時間、及び／又は熱処理時の雰囲気ガス等を適宜調整
して変化させた。

【０１０２】

【表２】

【０１０３】表２に示すように、酸化ジルコニウム膜の
平均結晶粒径が５００〜３０００オングストロームの場
合に、耐久性歩留まりが良好であった。

【０１０４】＜実施例４＞酸化ジルコニウム膜形成後の
熱処理温度を種々に変化させること以外は、前記実施例
１と同様の操作を繰り返して各種のインクジェット記録
用プリンタヘッドを調製し、実施例２と同様のヘッド駆
動の耐久性試験評価を行った。その結果を表３に示す。

【０１０５】

【表３】

【０１０６】熱処理温度１０５０℃以上で、耐久性歩留
まりが比較的良好であり、１１５０℃以上で格段に良好
になった。

【０１０７】＜実施例５＞本実施例では、実施例１での
酸化ジルコニウム膜の形成方法を以下の形成方法に変更
した。

【０１０８】二酸化珪素膜２０１上に、金属ジルコニウ
ムをスパッタリングターゲットとした直流スパッタ法に
より、ジルコニウム膜を５０００オングストローム程度
の厚みで成膜した。

【０１０９】次に、拡散炉中で、純酸素を流しながら所
定の温度で１時間、酸化熱処理を行い、膜厚１μｍの酸
化ジルコニウム膜１０４を得た。酸化熱処理温度を種々
に変更して、インクジェット記録用プリンタヘッドを作
成し、実施例２と同様の耐久性試験を行った。その結果
を表４に示す。

【０１１０】

【表４】

【０１１１】ジルコニウムの酸化は３００℃程度で始ま
り、表４に示す酸化温度で酸化した膜は、全て、単斜晶
系の酸化ジルコニウム膜であった。

【０１１２】表４から明らかなように、金属ジルコニウ
ムの酸化温度は、１０５０℃以上であることが比較的望
ましく、１１５０℃以上であると、格段に優れた結果が
得られた。

【０１１３】また、熱酸化で、酸化ジルコニウム膜を形
成した場合には、実施例１で述べた酸化ジルコニウムの
製法に比較して、より緻密な膜が得られるので、インク
室形成時の良好なエッチング停止層となると共に、ヤン
グ率が大きくなりインクの噴射特性も向上した。

【０１１４】＜実施例６＞図３に示すような本発明によ
るインクジェット記録用プリンタヘッドを製造した。イ
ンク室１０２の配列方向の長さ〔図３（ｂ）の紙面の左
右方向〕を１００μｍ、その奥行き方向〔図３（ｂ）の
紙面と垂直の方向〕の長さを４ｍｍとし、圧電体膜の配
列方向〔図３（ｂ）の紙面の左右方向〕の長さは８０μ
ｍとし、インク室上に形成した。インク室の配列方向の
ピッチは１４１μｍとし、解像度を８０ｄｐｉ（ドット
・パー・インチ）とした。

【０１１５】次に、図４に沿って、製造工程を具体的に
説明する。なお、図４の断面図において、紙面に垂直な
方向がインク室の奥行き方向となる。

【０１１６】厚み２２０μｍの面方位（１１０）を有す
る単結晶珪素基板１０１を１１００℃で湿式熱酸化し、
基板１０１の両面に厚み０．８μｍの二酸化珪素膜２０
１，２０２を同時に形成した。

【０１１７】そして、通常のフォトリソ工程により二酸
化珪素膜２０１，２０２両面にフォトレジストを形成
し、二酸化珪素膜２０２上のフォトレジストに所望のパ
ターンを形成した。

【０１１８】この基板を、弗酸と弗化アンモニウムとの
水溶液に浸漬し、二酸化珪素膜２０２をパターンエッチ
ングし、開口部２０３を形成した。この時、開口部２０
３の奥行き方向、すなわち紙面に垂直な方向を単結晶珪
素基板１０１の

【０１１９】

【外６】

【０１２０】方向とした。

【０１２１】この基板を８０℃の硫酸に浸し、フォトレ
ジストを剥離した後、二酸化珪素膜２０１側に、膜厚２
００オングストロームの金属ジルコニウム膜１０３を直
流スパッタ法により形成した。次に、下部電極１０４と
して、膜厚０．８μｍの白金層を、直流スパッタ法によ
り形成した。更に、圧電体膜１０５は、膜厚２μｍの３
成分系ＰＺＴ〔ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃−Ｐｂ（Ｍｇ
_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃〕とし、その製法には、ＰＺＴの焼結
体スパッタリングターゲットを使った、高周波スパッタ
法を用いた。基板加熱を行わずに高周波スパッタリング
成膜を行い、アモルファスのＰＺＴ前駆体膜を成膜し、
その後、酸素雰囲気中で７５０℃にて１時間の熱処理に
より、結晶化して、圧電性を示すＰＺＴ膜に変換した。
同時に、この熱処理において、金属ジルコニウム膜１０
３は、酸化されて酸化ジルコニウム膜になり、その膜厚
も４００オングストロームに倍増した。続いて、圧電体
膜１０５上に、上部電極１０６として、膜厚０．１μｍ
の金膜を直流スパッタ法にて形成した。

【０１２２】次に、通常のフォトリソ工程と、アルゴン
ガスを用いたイオンミリング法を用いることにより、順
次、上部電極１０６、圧電体膜１０５、及び下部電極膜
１０４を所望の形状に加工し、図４（ｂ）に示す断面形
状とした。

【０１２３】その後、図４（ｃ）に示すように、圧電体
膜１０５の保護膜２０４として感光性モノマー層を厚み
２μｍに形成し、上部電極１０６上の保護膜を現像によ
り取り除いた後、４００℃で熱処理を行ってポリイミド
層を形成した。次に、保護膜２０４を形成した圧電体素
子側の面を、前記実施例１で用いた治具により保護し、
８０℃の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、二酸化珪素膜
２０２の開口部２０３から単結晶珪素基板１０１の異方
性エッチングを行い、インク室１０２を形成した。この
時、単結晶珪素基板１０１の面方位が（１１０）であ
り、更に開口部２０３の奥行き方向が

【０１２４】

【外７】

【０１２５】方向であるから、インク室１０２の奥行き
方向の辺を形成する側壁の面を（１１１）面とすること
ができ、単結晶珪素基板１０１の厚み２２０μｍの深さ
の溝をサイドエッチング０．８μｍ程度に抑えることが
できた。

【０１２６】続いて、単結晶珪素基板１０１を前記治具
に固定したまま、二酸化珪素膜２０２，２０１の露出部
を、弗酸と弗化アンモニウムとの水溶液でエッチング除
去した。

【０１２７】こうして、珪素基板と酸化ジルコニウム
膜、及び酸化ジルコニウム膜と下部電極との密着性が各
々良好で、膜剥がれのないインクジェット記録ヘッドを
製造することができた。また、このヘッドを実施例２と
同様の耐久性試験にかけたところ、８０％以上の高歩留
まりが得られた。

【０１２８】＜実施例７＞本実施例では、図５に示すよ
うに、二酸化珪素層を介することなく、単結晶珪素基板
１０１上に直接金属ジルコニウム膜１０３を形成した。

【０１２９】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に沿って製造
工程を具体的に説明する。

【０１３０】図６（ａ）に示すように、単結晶珪素基板
１０１の両面に実施例６と同様にして、二酸化珪素膜２
０１，２０２を形成した後、二酸化珪素膜２０２の面に
のみ通常のフォトリソ工程にて、フォトレジスト４０１
をパターン形成した。次に、前記フォトレジストのパタ
ーンが形成された基板を、弗酸と弗化アンモニウムとの
水溶液中に浸すことにより、二酸化珪素膜２０１を全面
エッチング除去すると同時に、二酸化珪素膜２０２をパ
ターンエッチングした。

【０１３１】その後、図６（ｂ）に示すように、８０℃
の硫酸にて、フォトレジスト４０１を剥離した。次に、
実施例６と同様にして、図６（ｃ）に示すよう、酸化ジ
ルコニウム膜１０３、下部電極１０４、圧電体膜１０
５、及び上部電極１０６を順次形成した。

【０１３２】最後に、実施例６と同様にして、インク室
１０２と保護膜２０４を形成して、図５に示す構造体を
得ることができた。

【０１３３】こうして、珪素基板と酸化ジルコニウム
膜、及び酸化ジルコニウム膜と下部電極との密着性が各
々良好で、膜剥がれのないインクジェット記録ヘッドを
製造することができた。また、このヘッドを実施例２と
同様の耐久性試験にかけたところ、８０％以上の高歩留
まりが得られた。

【０１３４】＜実施例８＞金属ジルコニウムの膜厚を種
々に変化させること以外は、前記実施例６と同様の操作
を繰り返して素子を製造し、それらの素子の歩留りを評
価した。

【０１３５】下部電極、及び圧電体膜としては、それぞ
れ膜厚が０．８μｍの白金層、及び膜厚が１．５μｍの
３成分系ＰＺＴ（実施例６で使用したもの）を用いた。
得られた素子の良否の判断は、ＰＺＴ結晶化熱処理後の
下部電極の密着性で評価し、下部電極に、剥離又は浮き
の観察されるチップを不良とした。歩留り５０％を境に
○×で判定した。表５に結果を示す。

【０１３６】

【表５】

【０１３７】金属ジルコニウム膜は、熱処理により、全
てのサンプルで膜厚が倍になった。前記実験結果より、
酸化ジルコニウム膜の好適な膜厚の範囲は、１００〜６
００オングストロームであることが分かる。

【０１３８】下部電極の厚みを０．２〜２μｍとし、Ｐ
ＺＴ圧電体膜の厚みを０．５〜５μｍとして、前記と同
様の試験を実施したところ、好適な酸化ジルコニウムの
厚みの範囲は、同様に１００〜６００オングストローム
であった。

【０１３９】膜厚２００オングストロームの金属ジルコ
ニウムをあらかじめ熱酸化し、その後、下部電極、及び
ＰＺＴ膜を順次形成し、続いてＰＺＴの結晶化熱処理を
行った場合には、下部電極と酸化ジルコニウムの密着性
が極めて悪く、下部電極が酸化ジルコニウム膜から全面
剥離してしまった。

【０１４０】前記実施例では、二酸化珪素膜が存在する
構造体を使用したが、前記実施例７に示した二酸化珪素
膜が存在しない構造体に対して同様の試験を実施したと
ころ、酸化ジルコニウム膜の好適な膜厚の範囲は、１０
０〜６００オングストロームであった。

【０１４１】＜実施例９＞金属ジルコニウム膜と下部電
極の間に更に密着層を追加すること以外は、前記実施例
８と同様の操作を繰り返して素子を製造した。

【０１４２】密着層用金属として、チタン、タンタル、
アルミニウム、又は錫を用いた場合には、密着力が向上
し、歩留りが１〜５ポイント向上した。

【０１４３】これらの密着層をＸ線回折によって分析し
たところ、全て酸化物となっていた。特にタンタルの場
合には、ＰＺＴから拡散した鉛と一部分が反応し、酸化
タンタルと酸化タンタル鉛との合金となっていた。

【０１４４】また、イリジウムを密着層用金属として用
いた場合には、下部電極と同じ白金族に属することが原
因であると想像されるが、特に密着力が高くなり、歩留
りは７〜１０ポイント向上した。

【０１４５】前記の実施例６〜９においては、ＰＺＴの
結晶化熱処理温度を７５０℃として試験を実施したが、
使用するＰＺＴの組成に応じて、高い圧電特性を得るた
めの最適熱処理温度は、変化する。６５０〜８５０℃の
範囲で、熱処理温度を種々に変化させて試験を実施した
ところ、前記の好適膜厚範囲の酸化ジルコニウム膜を用
いた場合には、下部電極の密着性には、問題はなかっ
た。

【０１４６】

【発明の効果】本発明によれば、インクジェット記録用
プリンタヘッドを製造する際に、単結晶珪素基板と下部
電極との間に、単斜晶系の酸化ジルコニウム膜又は金属
ジルコニウム膜を設けることにより、前記製造工程での
熱処理による温度変化に伴う単結晶珪素基板と下部電極
及び圧電体膜などの体積変化の差異によって前記単結晶
珪素基板に負荷される応力を、前記単斜晶系酸化ジルコ
ニウム膜の結晶相転移による体積膨張、又はジルコニウ
ムから酸化ジルコニウムへの酸化による体積膨張によっ
て低減することができる。従って、本発明によるインク
ジェット記録用プリンタヘッドでは、単斜晶系酸化ジル
コニウム膜からなる振動板の割れが無く、耐久性の優れ
たインクジェット記録用プリンタヘッドを提供すること
ができる。また、高い圧電特性を有する圧電体薄膜素子
を一体的に形成することができるため、高密度で、イン
ク噴射特性の優れたインクジェット記録用プリンタヘッ
ドを安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録用プリンタヘ
ッドの一実施態様の概略斜視図（ａ）と、そのＡ−Ａ’
線断面拡大図である。

【図２】本発明によるインクジェット記録用プリンタヘ
ッドの一実施態様の製造工程を示す断面図である。

【図３】本発明によるインクジェット記録用プリンタヘ
ッドの別の一実施態様の概略斜視図（ａ）と、そのＡ−
Ａ’線断面拡大図である。

【図４】図３に示す本発明によるインクジェット記録用
プリンタヘッドの製造工程を示す断面図である。

【図５】本発明によるインクジェット記録用プリンタヘ
ッドの更に別の一実施態様の主要部の断面図である。

【図６】図５に示す本発明によるインクジェット記録用
プリンタヘッドの主要部の製造工程を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１・・・単結晶珪素基板１０２・・・インク室１０３・・・酸化ジルコニウム膜又は金属ジルコニウム
膜１０４・・・下部電極１０５・・・圧電体膜１０６・・・上部電極１０７・・・ノズル板１０８・・・ノズル２０１，２０２・・・二酸化珪素膜２０３・・・開口部２０４・・・保護膜４０１・・・フォトレジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、その
珪素基板の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基板
表面に直接接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪素
層に直接接触する酸化ジルコニウム膜と、その酸化ジル
コニウム膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電体膜
と、その圧電体膜上の上部電極とを含むインクジェット
記録用プリンタヘッド。
【請求項２】前記酸化ジルコニウム膜の結晶構造が常
温で単斜晶系である請求項１に記載のインクジェット記
録用プリンタヘッド。
【請求項３】前記下部電極の厚みより、前記酸化ジル
コニウム膜の厚みの方が厚い請求項２に記載のインクジ
ェット記録用プリンタヘッド。
【請求項４】前記酸化ジルコニウム膜の平均結晶粒径
が５００〜３０００オングストロームである請求項２又
は３に記載のインクジェット記録用プリンタヘッド。
【請求項５】前記酸化ジルコニウム膜の膜厚が、１０
０〜６００オングストロームである請求項１に記載のイ
ンクジェット記録用プリンタヘッド。
【請求項６】前記圧電体膜の膜厚が、０．５〜５μｍ
である請求項５に記載のインクジェット記録用プリンタ
ヘッド。
【請求項７】前記圧電体膜が、ジルコン酸チタン酸鉛
（ＰＺＴ）膜である請求項１〜６のいずれか一項に記載
のインクジェット記録用プリンタヘッド。
【請求項８】前記圧電体膜が、第３成分を５モル％以
上含んだ３成分系ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）膜で
ある請求項７に記載のインクジェット記録用プリンタヘ
ッド。
【請求項９】前記下部電極が、白金又はパラジウムの
いずれかを主成分とする材料からなる請求項１〜８のい
ずれか一項に記載のインクジェット記録用プリンタヘッ
ド。
【請求項１０】前記酸化ジルコニウム膜と前記下部電
極との間に密着層を更に含む請求項１〜９のいずれか一
項に記載のインクジェット記録用プリンタヘッド。
【請求項１１】前記密着層が酸化金属よりなる請求項
１０に記載のインクジェット記録用プリンタヘッド。
【請求項１２】前記酸化金属が、酸化チタン、酸化タ
ンタル、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化鉛タンタル、
若しくは酸化イリジウム、又はそれらの混合物である請
求項１１に記載のインクジェット記録用プリンタヘッ
ド。
【請求項１３】前記下部電極、前記圧電体膜、及び前
記上部電極が、薄膜形成法により形成されている請求項
１〜１２のいずれか一項に記載のインクジェット記録用
プリンタヘッド。
【請求項１４】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、そ
の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基板上に直接
接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪素層上に直接
接触する酸化ジルコニウム膜と、その酸化ジルコニウム
膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電体膜と、その
圧電体膜上の上部電極とを含むインクジェット記録用プ
リンタヘッドの製造方法であって、製造工程における高
温から常温への温度変化に伴う単結晶珪素基板の体積変
化と下部電極及び圧電体膜の体積変化との差異によって
前記単結晶珪素基板に負荷される応力を、前記酸化ジル
コニウム膜の結晶相転移による体積膨張、又はジルコニ
ウムから酸化ジルコニウムへの酸化による体積膨張によ
って低減することを特徴とするインクジェット記録用プ
リンタヘッドの製造方法。
【請求項１５】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、そ
の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基板上に直接
接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪素層上に直接
接触する単斜晶系の酸化ジルコニウム膜と、その酸化ジ
ルコニウム膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電体
膜と、その圧電体膜上の上部電極とを含むインクジェッ
ト記録用プリンタヘッドの製造方法であって、前記酸化
ジルコニウム膜の形成後に、その酸化ジルコニウム膜の
結晶構造が単斜晶系から正方晶系に転移する温度よりも
高い温度で熱処理する工程を含むことを特徴とするイン
クジェット記録用プリンタヘッドの製造方法。
【請求項１６】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、そ
の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基板上に直接
接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪素層上に直接
接触する単斜晶系の酸化ジルコニウム膜と、その酸化ジ
ルコニウム膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電体
膜と、その圧電体膜上の上部電極とを含むインクジェッ
ト記録用プリンタヘッドの製造方法であって、金属ジル
コニウム膜を成膜する工程と、酸素を含む雰囲気中に
て、前記酸化ジルコニウム膜の結晶構造が単斜晶系から
正方晶系に転移する温度よりも高い温度で熱処理して前
記金属ジルコニウム膜を前記酸化ジルコニウム膜に変換
する工程を含むことを特徴とするインクジェット記録用
プリンタヘッドの製造方法。
【請求項１７】前記の熱処理温度が１０５０℃以上で
ある請求項１５又は１６に記載の製造方法。
【請求項１８】前記の熱処理温度が１１５０℃以上で
ある請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】前記下部電極上に、ジルコン酸チタン
酸鉛（ＰＺＴ）圧電体前駆体膜を形成する工程と、酸素
を含む雰囲気中にて６５０℃以上の温度で熱処理して前
記ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）圧電体前駆体膜をジ
ルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）圧電体膜に変換する工程
を更に含む請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の製
造方法。
【請求項２０】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、そ
の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基板上に直接
接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪素層上に直接
接触する膜厚１００〜６００オングストロームの酸化ジ
ルコニウム膜と、その酸化ジルコニウム膜上の下部電極
と、その下部電極上の圧電体膜と、その圧電体膜上の上
部電極とを含むインクジェット記録用プリンタヘッドの
製造方法であって、単結晶珪素基板上に直接、又はその
珪素基板表面の酸化珪素層上に直接、金属ジルコニウム
膜を形成する工程と、その金属ジルコニウム膜上に下部
電極を形成する工程と、その下部電極上に薄膜形成法に
て、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）圧電体前駆体膜を
形成する工程と、そのジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）
圧電体前駆体膜が形成された基板を、酸素を含む雰囲気
中にて熱処理し、前記ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）
圧電体前駆体を結晶性のジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）圧電体に変換すると同時に、前記金属ジルコニウム
膜を酸化ジルコニウム膜に変換する工程とを含むことを
特徴とするインクジェット記録用プリンタヘッドの製造
方法。
【請求項２１】金属ジルコニウム膜を形成する工程の
後で、金属ジルコニウム膜上に密着層用の金属膜を形成
する工程を実施し、続いてその金属膜上に下部電極を形
成する工程を実施する請求項２０に記載の製造方法。
【請求項２２】密着層用の金属膜が、チタン、タンタ
ル、アルミニウム、錫、若しくはイリジウムからなる
膜、又はそれらの混合物膜である請求項２１に記載の製
造方法。
【請求項２３】熱処理温度が６５０〜８５０℃である
請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項２４】貫通孔を有する単結晶珪素基板と、そ
の珪素基板の貫通孔の一方の開口部を覆うように珪素基
板表面に直接接触するか又はその珪素基板表面の酸化珪
素層に直接接触する酸化ジルコニウム膜と、その酸化ジ
ルコニウム膜上の下部電極と、その下部電極上の圧電体
膜と、その圧電体膜上の上部電極とを含むアクチュエー
タ。